DNA断裂能量

DNA断裂能量 放射生物效应简介 【字号: 小 中 大 】 发布时间:2011-03-22 来源:中国科学院等离子体物理研究所 本文主要对人体在受到辐射照射后可能产生的生物学效应进行介绍。 辐射效应按效应发生概率、后果与剂量的关系，可分为随机性效应和确定性效应。 Ø 随机性效应 随机效应是指生物效应的发生没有剂量阈值，只要受到照射就有发生的可能，发生的概率与剂量大小有关，而严重程度与剂量大小无关。1列出了辐射引发随机性效应的概率(源自ICRP Publication No. 103，2007)。 表1随机效应标称概率系数 -2随机效应标称概率系数 (10/Sv) 受照人群 癌症 遗传疾病 合计 全部 5.5 0.2 5.7 成年 4.1 0.1 4.2 Ø 确定性效应 确定性效应有剂量阈值，即达到或超过某一剂量数值后才会发生，在剂量阈值之下不会发生;确定性效应的严重程度与辐射剂量大小有关。表2列举了一些人体确定性效应及其剂量阈值(源自ICRP Publication No. 103，2007)。 表2确定性效应的阈值 确定性效应的阈值 (Sv) 效应 单次吸收 (Sv) 长期吸收 (Sv-year) 睾丸 不育 3.5 - 6.0 2 卵巢 不育 2.5 - 6.0 > 0.2 可见浑浊 0.5 - 2.0 > 0.1 眼睛晶状体 白内障 5.0 > 0.15 骨髓 造血功能障碍 0.5 > 0.4 1 图1 剂量-效应关系图 表3 辐射引起的健康效应概述 预期剂量 效应 后果 很低剂量 无急性效应，极小的附加癌症甚至在涉及大人群时，可能也约10mSv(有效剂量)或更小 危险。 不能察觉癌症发生率增加 低剂量: 无急性效应，附加癌症危险小如果受照人群大(可能大于10接近100mSv(有效剂量) 于1% 万)可能观察到癌症发生率增 加 中度剂量 恶心，可能呕吐，中度骨髓阻如果受照人群大于几百人，可接近1000mSv(急性全身剂量) 抑，随后附加癌症危险约10%。 能观察到癌症发生率增加 高剂量 一定恶心，可能发生骨髓综合 1000mSv(急性全身剂量) 症;受到4000mSv急性全身照 射，不进行医学治疗，死亡危观察到癌症发生率增加 险大。 明显的附加癌症危险 1. 辐射生物学效应的分子机理 辐射能量沉积于生物体，引起机体生物活性分子的电离和激发，导致机体的核酸、蛋白质和酶类等分子结构的改变和生物活性的丧失，引起系列辐射损伤。其中最为严重的损伤为携带遗传物质的DNA发生的损伤。研究表明，哺乳动物细胞在受到低线性能量转移(1inear energy transfer，LET)辐射后，每Gy剂量产生大约1 000个左右的单链断裂(single strand break，SSB)和40个左右的双链断裂(double strand break，DSB)。单链断裂通常是可以被细胞自身的修复机制所修复的(DNA是由互补的双链构成，当一条链断裂后，细胞能够以剩下那条完好的链作为，修补断裂 2 点)，而双链断裂非常难以修补，或被错误修补，这样会导致细胞的变异(诱发癌症)、或细胞不能分裂并走向死亡。 人体细胞分为体细胞和生殖细胞两种，如果是体细胞出现大量的死亡，则会影响到正常组织的功能行使，出现不同程度的功能障碍或丧失;如果是生殖细胞死亡的话，则会引起永久不育。这些由于大量细胞死亡引起的功能障碍的现象为确定性效应。当细胞发生突变的情况下，体细胞可能发展为癌细胞，从而导致癌症的产生;如果变异发生在生殖细胞中，那么子代将会出现遗传缺陷。这种由于细胞突变而产生的效应属于随机性效应。 2. 机体的放射损伤(确定性效应) Ø 急性放射病 外照射引起的急性放射病是由穿透力较强的射线，如X射线、γ射线和中子流由体外大剂量照射机体所致。 根据受照剂量、剂量率、身体部位和照射后时间，对于人体照射引起的急性放射病可分为脑型、胃肠型和骨髓型三种类型。 脑型:由极高整体剂量(,50Gy)辐射所致，几乎都是致死的。该综合征有3个阶段:表现为恶心和呕吐的前驱期;倦怠和嗜睡，程度上从淡漠到虚脱(可能因脑内非细菌性炎症灶或辐射产生的毒性产物所致);震颤，抽搐，共济失调，最后在数小时至数天内死亡。 胃肠型:由整体剂量(>10Gy)辐射所致，其特征为恶心、呕吐和可导致严重脱水，血容量降低和血管虚脱的腹泻。胃肠道综合征由组织坏死引起，并且可因进行性胃肠道粘膜萎缩而持续不愈，也可因肠道坏死而发生菌血症，最后肠绒毛脱落，大量血浆流失于肠腔。若补充大量血浆，4,6天后胃肠道上皮细胞可再生。在该期用抗生素可使病人保持存活，但2或3周内可发生造血衰竭而通常致死。 骨髓型:辐射损伤由整体剂量为(1,10Gy)的辐射所致，主要损伤骨髓等造血系统，在造血抑制和破坏的基础上，发生以全血细胞减少为主的造血障碍综合症。主要临床表现为出血、感染。 Ø 中期迟发效应 长期或反复的内置或外源性低剂量率照射，可使女性闭经和性欲降低，男女两性的生育能力降低，贫血，白细胞减少，血小板减少和白内障。更高剂量或更局限的照射可引起脱发，皮肤萎缩和溃疡，角化病和毛细血管扩张，最终可发生鳞状细胞癌。摄入放射性亲骨核素(如镭盐)数年后可发生骨癌。 对癌肿的广泛放射治疗，有时可供被照射器官严重损伤。若肾脏被照射则降低肾小球滤过率和肾小管功能。极高剂量照射，经6个月至1年潜伏期后可引起急性临床症状(如蛋白尿，不同程度的肾功能不全，贫血，低血压)。若在5周内肾脏累积照射剂量,20Gy，约37%的病人可发生放射性纤维化和少尿性肾衰竭。其余病人可在一个长时期内出现各种异常变化。肌肉的大量累积剂量可引起伴有肌萎缩和钙化的疼痛性肌病，极少数人随之可发生恶性变(如肉瘤)。肺癌放射治疗后可产生严重的放射性肺炎和其后发生的肺纤维化，若在不太长的治疗期间内累积剂量超过30Gy则可能致死。纵隔部位的广泛放射治疗可引起放射性心包炎和心肌炎。一段脊柱的累积剂量超过50Gy时，可产生灾难性的骨髓病。但若剂量率限止在2Gy/d内，可减少这种危险性。若剂量率为8Gy/d，则当累积剂量到达16Gy(2天治疗后)时，就可发生骨髓病。广泛照射腹部淋巴结(如精原细胞瘤，淋巴瘤或卵巢癌)后，可发生肠的慢性溃疡，纤维化和穿孔。 Ø 晚期身体和遗传效应 3 对体细胞的照射可引起癌(如白血病;甲状腺，皮肤或骨癌)和白内障，在动物模型中可见非特异性的寿命缩短。用X线治疗增殖体和扁桃体增生后20,30年可发生甲状腺癌。外照射的生物学效应似乎比放射性碘的生物学效应大。 对生殖细胞的照射累及基因，突变增加。生殖可使突变持续，进而使下一代的遗传缺陷增多。对某些个体的观察表明10-2/Gy可产生能测到的长期遗传或身体的生物学效应。 3. 影响辐射效应的因素 影响辐射效应的因素主要包括两个方面: Ø 与辐射有关的因素 除与不同类型的射线有关外，最直接的影响因素是辐射的剂量、剂量率。一般来说，剂量、剂量率越大，效应越严重。当照射的其它条件相同时，受照射面积越大，生物效应越明显。 Ø 与机体有关的因素 个体的辐射敏感性与年龄、性别、生理和健康状况等因素有关。此外，人体各种组织的放射敏感性也不相同，如淋巴组织、胸腺、骨髓住址、胃肠上皮、性腺、胚胎组织最为敏感，因而人体在接受中等剂量(1Gy以上)照射后，可能在几小时后就出现恶心、呕吐，也可能引起白血球减少、血小板下降等疾病。 4