电离辐射生物学效应基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第四四章章 电离离辐射生物射生物学学效效应基基础金顺子金顺子 教授/博导吉林大学公共卫生学院吉林大学公共卫生学院放射生物学教研室放射生物学教研室第1页Ionizing radiation is ubiquitous.Air,water,soil,plants,animals,people,food,paper,machinery and buildings are radioactive.第2页第3页 医学放射生物学医学放射生物学 研究研究电离辐射电离辐射对对机体机体（尤其是人体）各种细胞、（尤其是人体）各种细胞、组织、器官和系统组织、器官和系统作用规律和机理作用规律和机理一门科学。为保障机体安全和健康，探索有效防护办法和提升临床放射治疗水平提供理论基础提供理论基础，使射线和核技术更加好地为人类服务。第4页第一节辐射生物学效应基本概念第5页辐射生物效应 （biological effect of ionizing biological effect of ionizing radiationradiation）电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体分子、细胞、组织和器官等基本生命物质和分子后，引发一系列复杂物理、化学和生物学改变，由此所造成生物体组织细胞和生命各系统功效、调整和代谢改变，产生各种生物学效应。第6页电离辐射生物效应种类电离辐射生物效应种类 ICRP第60号提议书(1991)中，区分以下四个述语:改变改变:由辐射引发某种生物学改变，可能有害，也可能无害;损伤损伤:表示某种程度有害改变，这种损伤是指对细胞 有害，不一定是对受照射人体有害;损害损害:指临床上可观察到有害效应，表现于 受照射个体(躯体效应)或其后代（遗传效应）;危害危害:是一个复杂概念，它将损害概率、严重程度 和显现时间结合起来加以考虑。第7页u 辐射种类l按与物质作用分类：按与物质作用分类：电离辐射（Ionizing Radiation）非电离辐射（Non-Ionizing Radiation）l按本质和性质分类：按本质和性质分类：电磁辐射(Electromagnetic Radiation)粒子辐射(Particle Radiation)第8页p电离辐射与非电离辐射电离辐射与非电离辐射 电离辐射是指一切能引发物质电离辐射总称。p电磁辐射（无形）电磁辐射（无形）以相互垂直电场和磁场，随时间改变而交变振荡，形成向前运动电磁波 电离辐射(如X射线和 射线)非电离辐射(如无线电波、微波等)l粒子辐射（有形）粒子辐射（有形）高能粒子经过消耗本身动能把能量传递给其它物质 高速粒子、带电粒子第9页电磁辐射电磁辐射电离辐射电离辐射粒子辐射粒子辐射X,射线射线、中子、中子质子、负质子、负第10页电磁辐射-波谱第11页传能线密度 与 相对生物效应 重重 点点第12页一、传能线密度一、传能线密度 （linear energy transfer，LET）l定义：定义：带电电离粒子在其单位长度径迹单位长度径迹上消耗平均能量平均能量（单位J/m）。lLET概念也适合用于虽不是直接电离粒子，但经过次级带电粒子X、射线和中子。与生物效应关系：正相关正相关第13页 二、二、相对生物效能相对生物效能 （elative biological effectiveness,RBE）RBE X或射线引发某一生物效应所需剂量引发某一生物效应所需剂量所观察电离辐射引发相同生物效引发相同生物效应所需剂量应所需剂量第14页（一）（一）RBE含义含义 l RBE大小随所比较剂量不一样而有些差异，最好在平均灭活剂量或平均致死剂量下比较。l意义：意义：主要是为了比较在剂量相同时，不一样种类电离辐射引发某一特定效应效率差异。即：剂量相同、辐射种类不一样，产生效应也不一样；若剂量相同、辐射种类不一样，产生效应也不一样；若要产生相同效应，则不一样种类辐射所需剂量就不一要产生相同效应，则不一样种类辐射所需剂量就不一样样。第15页（二）（二）LET与与RBE关系关系 RBE改变是改变是LET函数（正相关）函数（正相关）LET：100kev/um时；LET继续增加，RBE反而下 降，表明更多射线并不能用于 引发生物效应上，反而被浪费了第16页 原发作用 与与 继发作用第17页一、原初作用（primary effectprimary effect）l指从照射之时起到在细胞学上观察到可见损伤这段时间内，在细胞中进行着辐射损伤原初和强化过程原初和强化过程。包含物理、物理化学和化学物理、物理化学和化学三个阶段。此过程中辐射能量吸收和传递、分子激发和电离激发和电离、自由基产生、化学键断裂等，都是在生物体内进行。第18页二、继发作用（secondary effectsecondary effect）：是指在原发作用发生基础上，因原发作用形成各种活性基团不停攻击生命大分子，造成生物显微结构破坏，继而发生一系列生物学、生物化学损伤效应。第19页 继发反应：继发反应：亚细胞亚细胞结构破结构破坏坏细胞内水解细胞内水解酶释放酶释放信号转导网络信号转导网络改变或破坏改变或破坏代谢方向性和协代谢方向性和协调性紊乱调性紊乱生物化学损伤生物化学损伤细胞、组织器官细胞、组织器官和系统改变和系统改变病理学病理学改变改变功效改变功效改变第20页三、电离和激发Q 电离（作用）电离（作用）（ionization）生物组织分子被粒子或光子流撞击，轨道电子击出，产生自由电子和带正电荷离子，即形成离子对，这一过程称为电离（作用）。电离（作用）。Q 激发作用激发作用（excitation）电离辐射与组织分子相互作用，能量不足以击出电子，而使轨道电子从低能级跃迁到较高能级轨道，分子处于激发态激发态。激发分子很不稳定，轻易向邻近分子或原子释放能量。第21页四、水电离和激发 l水原初辐解产物：水原初辐解产物：电离辐射作用于机体水分子水分子，使水分子发生电离和激发，产生自由基和分子。这种反应称水辐解反应，各种自由基和分子统称水原初辐解产物水原初辐解产物。第22页l水合电子水合电子 游离电子在碰撞过程中丧失其大部分能量，当其能量水平降至100eV以下而未被捕捉时，可吸收若干水分子而形成水合电子。l刺团刺团 水原初辐射反应并非平均分布于空间，普通是在小体积内成簇发生，这种小反应体积小反应体积称为刺团，平均半径为1.5nm，每个刺团内含有6个自由基。第23页 直接作用 与 间接作用重重 点点第24页一、直接作用（direct effect）l概念：概念：电离辐射能量直接沉积于生物大分子能量直接沉积于生物大分子，引发生物大分子电离和激发，破坏机体核酸、蛋白质、酶等含有生命功效物质，这种直接由射线造成生物大分子损伤效应直接由射线造成生物大分子损伤效应称为直接作用直接作用。l特点：特点：生物效应与辐射能量沉积发生于同一同一生物 大分子上。第25页电电 离离 辐辐 射射 对对 D N A分分 子子 损损 伤伤 直直 接接 作作 用用直接作用直接作用第26页二、间接作用（indirect effect）l概念：概念：电离辐射首先作用于水首先作用于水，使水分子产生一系列原初辐射分解产物原初辐射分解产物（H，OH，水合电子等），再作用于生物大分子再作用于生物大分子引发后者物理和化学改变。l特点：特点：能量沉积和生物效应发生在不一样分子不一样分子第27页电电 离离 辐辐 射射 对对 DNA分分 子子 损损 伤伤 间间 接接 作作 用用间接作用间接作用第28页l电离辐射间接作用四种效应1.稀释效应稀释效应（dilution effect）：指最大相对效应发生在最稀释溶液中。l一定剂量电离辐射在溶液中产生固定数量自由基，假如作用是间接，那么失活溶质分子数目就与溶液浓度无关，只与产生自由基数量一致；若作用为直接，则失活溶质分子数将取决于受照溶液溶质分子数，并与溶液浓度成正比。l在稀释溶液系统中，间接作用间接作用占主要地位第29页l2.温度效应（temperature effect）：l 指在一定试验条件下，受照射系统（如酶浓度）辐射效应，伴随周围温度升高而加重。l 因为温度升高，增加了自由基靠近酶机会，使酶分子损伤加重，反之亦然。l 对于恒温生物表面来讲（包含人体），通常条件下照射所产生辐射效应不受环境温度改变影响。第30页3.防护效应防护效应（protective effect）：指向受照射生物系统中引入某种或某几个物质含有能降低该系统损伤程度作用。辐射防护剂辐射防护剂（radioprotectors）：指有机体或某一个生物系统受辐照前或辐照后立 即给予某种物质，能减轻其辐射损伤，促进其修 复物质。剂量降低系数剂量降低系数（dose reduction factor，DRF）DRF=有防护剂时，引发致死效应所需辐照剂量 无防护剂时，引发致死效应所需辐照剂量 第31页 表表4.5 WRWR27212721对正常组织防护作用对正常组织防护作用 被防护组织被防护组织 未被防护组织未被防护组织 骨髓 （2.43）脑 免疫系统（1.83.4）脊髓 皮肤 （22.4）小肠 （1.82）结肠 （1.21.8）食道 （1.4）肾 （1.5）肝 （2.7）唾液腺 （2.0）睾丸 （2.1）第32页4.氧效应氧效应（oxygen effect）氧效应氧效应：是指受照射生物组织、细胞或生物大分子辐射效应随周围介质中氧浓度周围介质中氧浓度升高而增加。氧+自由基 过氧化物自由基(R00)在有氧条件下细胞放射敏感性增高，增高幅度与氧浓度相关。氧增强比氧增强比（oxygen enhancement radio,OEROER）是指缺氧条件下引发一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引发一样效应所需辐射剂量比值。其公式是：OER=缺氧缺氧条件下产生一定效应剂量 有氧有氧条件下产生一样效应剂量第33页 氧效应发生机制氧效应发生机制：氧含有双重作用。氧固定假说氧固定假说 ：电离辐射在靶分子中诱发自由基，假如有氧存在，辐射产生自由基快速与氧分子结合，形成一个妨碍靶分子生物功效集团 ROO。辐射 O2 R R ROO电子转移假说：电子转移假说：辐射靶分子游离电子（两种可能）回到靶分子原位自愈 转移到一个电子陷阱部位靶分子损伤第34页l 氧浓度对氧效应影响F有氧条件下细胞放射敏感性增高 F氧分压从0上升至1，放射敏感性快速增加 增至21或至100时，敏感性处于坪值l 照射时间对氧效应影响F照射前照射前引入氧，表现出氧效应 F照射后照射后引入氧，无效 第35页l氧效应生物学意义氧效应生物学意义：许多实体瘤细胞是乏氧，因而对放射治疗有抗性，应用高压氧舱高压氧舱能够提升肿瘤细胞氧合量，或者放疗前使用乏氧细胞增敏剂乏氧细胞增敏剂能够增加射线对肿瘤细胞杀伤能力。第36页自 由 基第37页l自由基自由基（free radical）：指含有一个或多个不配对电子不配对电子原子、分子、离子或游离基团。l形成方式形成方式均裂（homolytic fission)l自由基特征自由基特征：l高反应性：高反应性：带有未配对电子，含有强烈获取或失去电子以成为配对 电子趋势，所以化学性质活泼l不稳定性：不稳定性：寿命短不稳定 l顺磁性：顺磁性：当电子成对存在于同一轨道时，因为两个电子自旋方向 相反，各自对应磁矩相互抵消，对外不显示磁性。第38页 活性氧活性氧 氧化应激氧化应激 氧自由基氧自由基第39页1.活性氧活性氧（reactive oxygen species,ROSROS）：是指含有氧活性物质，可能是氧一些代谢产物和一些经过生化反应而产生含氧基团。主要有以氧单电子还原产物、氧双电子还原产物、烷烃过氧化物ROOH、均裂产物RO，ROO、处于激发态氧。2.氧化应激氧化应激（Oxidative Stress）：是指含有活性氧化中间产物（ROI）所引发生物学反应称为氧化应激。3.氧自由基氧自由基（Oxygen free radical）：是指含有氧元素自由基。氧自由基都是活性氧氧自由基都是活性氧，但活性氧不一定就是氧自由基。如处于单线激发状态氧（1O2）虽不是自由基，但其活性很高，从生物学意义上来讲属于活性氧。第40页惯用氧自由基惯用氧自由基符号符号汉字名英文名英文名超氧阴离子Superoxide anion radicalHO2 氢过氧基Hydrogen peroxide radicalHO羟自由基Hydroxyl radicalRO氧有机自由基Oxygen organic free radicalROO有机过氧基Organic peroxide radical1O2 单线态氧Singlet oxygenL脂自由基Lipid free radicalLOO脂过氧基Lipid peroxide radical第41页自由基对生命大分子作用 1 1）抽氢反应：）抽氢反应：自由基将有机分子中H转移至本身，形 成有机自由基。HO+RH R+H2O H +RH R+H2 2)2)加成反应：加成反应：自由基加入至不饱和有机分子中双键部位 反应 H+RCH=CH2 RCH CH2 H 第42页 3)3)歧化反应：歧化反应：现有氧化作用又有还原作用自由基，易于发生。发生在自由基或自由基与有机 分子之间单电子转移反应。O2-+O2-+2H+H2O2+O2 O2-+H2O2 O2+OH+OH-4)链式反应链式反应:在生物系统中脂质（RH）过氢化就是 链式反应与支链反应。5)氧化还原反应氧化还原反应:O-2在水溶液中主要起还原剂作用，使细胞色素C还原；也能够使Vc氧化，产 生半脱氢抗坏血酸自由基。第43页机体抗氧化功效（一）抗氧化酶过氧化氢酶（catalase,CATCAT）硒谷胱甘肽过氧化物酶（selenium dependent glutathione peroxidase,SeGSHPxSeGSHPx）、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase,PHGSHPxPHGSHPx）谷胱甘肽转硫酶（nonseG SHPXSHPX）超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SODSOD）非特异性过氧化物酶：第44页（二）脂溶性抗（二）脂溶性抗氧氧化化剂维生素E 类胡萝卜素 泛醌 可消除1O2和阻断脂质过氧化作用 直接与活性氧起反应抑制脂质过氧化 可去除 可与脂自由基（L）或脂过氧基（LOO）反应 第45页（三）水溶性小分子抗氧化剂（三）水溶性小分子抗氧化剂维生素C（抗坏血酸）谷胱甘肽 与和HOH反应生成抗坏血酸自由基供氢体，同时也是OH去除剂 H2O2和1第46页（四）蛋白性抗（四）蛋白性抗氧氧化化剂l铜蓝蛋白铜蓝蛋白（ceruloplasmin）是人血浆含铜蛋白，是细胞液主要抗氧化剂之一，其作用主要在于预防过渡金属Fe 2+和Cu 2+催化H2O2形成OH。l清蛋白清蛋白 结合胆红素有效地去除 、和过氧基，还能够作为过氧化物酶还原H2O2和有机过氧化物提氢体。第47页第二节辐射生物学效应分类第48页确定性效应 与 随机性效应重重 点点第49页1.确定性效应确定性效应（deterministic effect）：指发生生物效应严重程度伴随电离辐射剂量增加而增加伴随电离辐射剂量增加而增加生物效应。这种生物效应存在剂量阈值存在剂量阈值，只要照射剂量到达或超出剂量阈值效应必定发生。如照射后白细胞降低、白内障、皮肤红斑脱毛等辐射皮肤损伤均属于确定性效应。2.随机性效应随机性效应（stochastic effect）：指生物效应发生概率（而不是其严重程度）与照射剂量大小相关生物效应。这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现，不存在剂量阈值不存在剂量阈值。如辐射致癌、遗传效应。第50页外照射、内照射效应 局部照射、全身照射效应第51页1.外照射外照射（external irradiation）：辐射源从体外对机体进行照射。射线、中子、X射线等穿透力强，外照射生物学效应强。2.内照射内照射（internal irradiation）：放射性核素经过各种路径进入机体，在机体内发射出射线产生生物效应。内照射效应主要发生在放射性核素经过路径和沉积部位组织器官，但其效应可涉及全身。内照射效应普通以射程短、电离强、射线为主。第52页3.局部照射局部照射（local irradiation）：当外照射射线照射身体某一部位，引发局部组织反应者称局部照射。当照射剂量和剂量率相同时，身体各部位辐射敏感性依次为 腹部盆腔胸部头部四肢。4.全身照射全身照射（total body irradiation）：当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较大者(1Gy)则发展为急性放射病。依据照射剂量大小和不一样敏感组织反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型、肠型、脑型三种类型。第53页躯体和遗传效应 近期与远期效应第54页1.躯体效应躯体效应（somatic effect）：受照射个体体细胞损伤而致本身发生各种效应称为躯体效应。又可区分为全身效应（total body effect）和局部效应（local effect）。如辐射所致骨髓造血障碍、白内障等。2遗传效应遗传效应（genetic effect）：受照射个体生殖细胞突变,而在子代身上表现出效应称遗传效应。这是因为电离辐射造成受照者生殖细胞遗传物质损伤，引发基因突变和染色体畸变，造成后代先天畸形、流产、死胎和一些遗传性疾病。第55页1.近期效应近期效应（early effectearly effect）或者早期效应：或者早期效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后短期(数周内)就出现那些效应。如急性放射病，急性皮肤损伤等。2.远期效应远期效应（late effectlate effect）或者远后效应：或者远后效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后数月至多年才出现那些效应（普通6个月以上）。如慢性放射病、致癌效应、放射性白内障、辐射遗传效应等。第56页l 辐射旁效应辐射旁效应电离辐射引发受照细胞损伤或功效激活，产生损伤或激活信号可造成其共同培养未受照射细胞未受照射细胞产生一样损伤或激活效应，称辐射旁效应辐射旁效应。机制尽管不清楚，但与受照细胞产生活性氧活性氧、细胞因子细胞因子和细胞间缝隙连接通信细胞间缝隙连接通信（GJIC）关系亲密。第57页辐射旁效应辐射旁效应传统辐射效应：只有传统辐射效应：只有被照射细胞才会有改被照射细胞才会有改变变？l未直接收照射细胞表未直接收照射细胞表现出与直接收照射细现出与直接收照射细胞相胞相类似类似生物学终点生物学终点改变改变第58页辐射诱导辐射诱导旁效应旁效应因照射剂量和其它条件不一样，因照射剂量和其它条件不一样，能够是能够是损伤性效应损伤性效应，也能够是，也能够是保护性效应保护性效应。IR旁效应旁效应细胞间隙连接抑制剂细胞间隙连接抑制剂可减可减弱或消除一些辐射旁效应弱或消除一些辐射旁效应 转化细胞与邻近正常细胞转化细胞与邻近正常细胞可经过细胞间可经过细胞间通讯而引发前者凋亡组织通讯而引发前者凋亡组织细胞共培养体系研究表明，受照射细胞与细胞共培养体系研究表明，受照射细胞与未受照射细胞共培养时，因未受照射细胞共培养时，因受照射剂量不受照射剂量不一样，未受照射细胞可出现不一样改变一样，未受照射细胞可出现不一样改变。第59页用共培养上清培养液处理未照射细胞，用共培养上清培养液处理未照射细胞，也发生一样旁效应增殖反应也发生一样旁效应增殖反应 EL-4（T淋巴淋巴细胞株）胞株）IRJ774A.1（巨噬（巨噬细胞株）胞株）EL-4第60页 第三节影响电离辐射生物效应主要原因 重重 点点第61页（一）与（一）与辐射相关辐射相关原因原因1.辐射种类种类：电离密度和穿透能力2.辐射剂量剂量：普通情况存在剂量效应关系（非线性）3.辐射剂量率剂量率：单位时间接收照射剂量4.分次分次照射：效应低于一次照射 5.照射部位部位：腹部盆腔头颈胸部四肢 6.照射面积面积：照射面积越大，效应越显著7.照射方式方式：内照射、外照射（单向或多向）、混合照射第62页（二）与（二）与机体相关机体相关原因原因 1、种系放射敏感性、种系放射敏感性 种系演化越高，机体组织结构越复杂，放射敏感性越高 2、个体发育放射敏感性、个体发育放射敏感性 敏感性随个体发育过程而逐步降低 十日法规：十日法规：对育龄妇女下腹部X射线检验都应该在月经周 期第1天算起10天内进行，以防止对妊娠子宫照射 3、不一样器官、组织和细胞放射敏感性、不一样器官、组织和细胞放射敏感性 Bergonie 和 Tribondeau 定律4、亚细胞和分子水平放射敏感性、亚细胞和分子水平放射敏感性 细胞核敏感性高于胞浆 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质 第63页l放射敏感性放射敏感性l生物系统对辐射作用反应性或灵敏性。l当一切照射条件严格一致时，机体组织、器官、细胞和分子对辐射作用反应强弱或速度快慢不一样，若反应强、速度快，则敏感性高。反之亦然第64页l Bergonie和和Tribondeau定律定律：一个组织放射敏感性放射敏感性与其细胞分裂活动成正比分裂活动成正比，而与其分化程度成反比分化程度成反比。1.高度敏感组织：高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎组织。2.中度敏感组织：中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮 3.轻度敏感组织：轻度敏感组织：中枢神经系统；内分泌腺、心脏 4.不敏感组织：不敏感组织：肌组织、软骨和骨等第65页（三）（三）与与介质相关介质相关原因原因1.温度温度：机体受照射时，其內外环境温度改变，可直接影响辐射生物学效应，称其为温度效应温度效应。进行放射治疗之前，先提升肿瘤组织局部温度，其放疗疗效有显著提升。其原因：温度造成动物体內氧状況改变；温度引发体内新陈代谢水平改变；在低温或冰冻状況下，溶液中自由基扩散受阻。2.氧氧：受照组织、细胞或溶液系统辐射效应随周围介质中氧浓度增加而增加，这种现象称为氧增强效应氧增强效应。当前为提升肿瘤组织对辐射敏感性，利用辐射“氧效应”这一特征提升放射治疗效果。第66页 3.化学物质化学物质 在溶液体系中，因为其它物质存在而使一定剂量辐射对溶质损伤效应降低称为防护效应防护效应。细胞培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂辐射防护剂，可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，能减弱生物效应。反之，如含有辐射增敏剂辐射增敏剂（radiosensitizer），可增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，能提升辐射效应。第67页应掌握内容l概念：概念：水原初辐解产物、直接作用、间接作用、辐射旁效应、确定性效应、随机性效应、Bergonie和Tribondeau定律l名词解释及英文缩写：名词解释及英文缩写：LET,RBE,ROI,OERlLET与RBE关系l影响辐射生物效应原因第68页第69页70低水平辐射生物效应低水平辐射生物效应及其研究进展及其研究进展第70页71第71页72低水平辐射：低水平辐射：指指0.2 Gy以内低以内低 LET 辐射或辐射或0.05 Gy以内高以内高LET 辐射辐射(剂量率在剂量率在0.05 mGy/min以内各种辐射以内各种辐射)。低水平辐射与癌症发生（致癌）低水平辐射与癌症发生（致癌）低水平辐射与癌症治疗（治癌）低水平辐射与癌症治疗（治癌）第72页73低水平辐射与癌症发生低水平辐射与癌症发生l不一样观点争论l美国能源部研究计划l流行病学调查资料第73页74一、不一样观点争论焦点一、不一样观点争论焦点辐射效应是否辐射效应是否线性无域线性无域还是还是线性有域？线性有域？这一问题在学术团体间和普通媒体上进这一问题在学术团体间和普通媒体上进行了不停讨论，迄今尚无一致结论。主行了不停讨论，迄今尚无一致结论。主要争论焦点是要争论焦点是辐射致癌是否存在剂量阈辐射致癌是否存在剂量阈值值。这一问题切实处理，对社会经济发。这一问题切实处理，对社会经济发展、人类健康生活和科学技术应用都将展、人类健康生活和科学技术应用都将产生主要影响。产生主要影响。第74页75线性无阈学说线性无阈学说（Linear No-Threshold Hypothesis，LNT）辐射健康危险性与剂量成线性关系，辐射健康危险性与剂量成线性关系，效应无剂量阈值效应无剂量阈值 任何剂量不论多低，均会带来一定健康危险性任何剂量不论多低，均会带来一定健康危险性 每单位剂量危险度是衡定每单位剂量危险度是衡定 危险性是随剂量增加而提升危险性是随剂量增加而提升第75页 右侧取自右侧取自NCRP 136号汇报对同一资料分析，号汇报对同一资料分析，X轴高度压缩，轴高度压缩，以致阈值和兴奋以致阈值和兴奋效应被掩盖效应被掩盖。左侧取自。左侧取自UNSCEAR 1994汇报汇报,在在200 mSv以下可见显著兴奋效以下可见显著兴奋效应应；该汇报认为，；该汇报认为，“在在03 Sv范围内出现有统计学意义上升性曲线范围内出现有统计学意义上升性曲线”。对日本原爆幸存者白血病资料对日本原爆幸存者白血病资料两种分析两种分析放射生物放射生物学研学研究究关关键问题之一是之一是辐射射剂量量与与生物效生物效应关关系系 第76页77美国核学会立场申明美国核学会立场申明(1999年4月于波士顿)无足够依据支持无足够依据支持以 LNT 假说预计低水平辐射对健康影响需要对以往研究作全方面分析，并进行新研究，以驳斥以驳斥LNT假说假说应开启跨越多学科探讨应开启跨越多学科探讨低水平辐射健康效应新研究项目第77页78二、美国能源部研究计划 未来百年人类面临照射主要来自医学检验、未来百年人类面临照射主要来自医学检验、废物处理、恐怖事件以及与核武器、核能生废物处理、恐怖事件以及与核武器、核能生产相关环境原因，产相关环境原因，均为低剂量、低剂量率、均为低剂量、低剂量率、低低 LET 辐射辐射。所以，。所以，该计划集中于以上三该计划集中于以上三方面方面 辐射效应研究，能够采取以往辐射效应研究，能够采取以往50年所没年所没有研究伎俩和技术，愈加深入地探讨问题本有研究伎俩和技术，愈加深入地探讨问题本质。质。-US DOE 10-year LDR Research Program,1998US DOE 10-year LDR Research Program,1998第78页79计划资助预算计划资助预算l第1 3年：每年2.24千万，共计6.72千万l第4 6年：每年2.56千万，共计7.68千万l第7：每年1.86千万，共计7.44千万l总计 2亿 1千 8百 40万（）l（进行中项目106个，结题54个）第79页80三、辐射流行病学调查三、辐射流行病学调查l切尔诺贝利事故切尔诺贝利事故l高空飞行人员（高空飞行人员（3项调查，项调查，68,061人）人）l英国核工业职员（英国核工业职员（19461997年年 51,367人）人）l居室氡与肺癌居室氡与肺癌(EU 13项调查）项调查）l高本底地域健康调查高本底地域健康调查第80页81l地 点：前苏联切尔诺贝利 l原 因：核电站泄漏及爆炸l辐射源：131I、134Cs、137Csl当场死亡人数：31人l汇报：累计死亡人数 56人l剂量：相当于广岛、长崎两枚原子弹辐射量l 100倍l后果：47名工人、9名儿童患甲状腺癌切尔切尔诺贝利事故利事故（1986.4.261986.4.26）：第81页82切尔诺贝利事故切尔诺贝利事故评价评价l切尔诺贝利论坛结论是该地域居民无须顾忌不良健康效应。l事故发生之初，T.D.Luckey曾预言“这将是一次对辐射兴奋效应学说天然试验”。雷帕乔利博士说：切尔诺贝利事故对健康雷帕乔利博士说：切尔诺贝利事故对健康 最主要副作用不是辐射，而是恐惧。最主要副作用不是辐射，而是恐惧。第82页83高本底地域健康高本底地域健康调查 阳江高本底辐射地域是阳江高本底辐射地域是两块分开区域，总面积约为两块分开区域，总面积约为500km2，放射性起源于附，放射性起源于附近山上花岗岩，经过长久雨近山上花岗岩，经过长久雨水冲刷，独居石微粒不停地水冲刷，独居石微粒不停地沉积在附近两片洼地，使这沉积在附近两片洼地，使这两块地域放射性本底升高。两块地域放射性本底升高。第83页84 长久居住人口：长久居住人口：8万多人万多人 高本底程度：高本底程度：约为邻近恩平县约为邻近恩平县 3 倍倍 适应性反应指标：外周血淋巴细胞受大剂量适应性反应指标：外周血淋巴细胞受大剂量 UV射线作用后其射线作用后其UDS增高，增高，受大剂量受大剂量X射线作用后其染色射线作用后其染色 体畸变率降低。体畸变率降低。最近汇报：该地域人群中最近汇报：该地域人群中40-70岁癌症高发年纪岁癌症高发年纪 段段居民癌症死亡率显著低居民癌症死亡率显著低于对应对照地域。于对应对照地域。调查结果：果：第84页85低水平辐射免疫效应低水平辐射免疫效应与癌症治疗与癌症治疗第85页86主要主要概概念念适应性反应：适应性反应：先给予机体（细胞）低剂量辐射，随即给予先给予机体（细胞）低剂量辐射，随即给予大剂量辐射时，其有害作用减轻。大剂量辐射时，其有害作用减轻。保护剂量：保护剂量：D1D1 攻击剂量：攻击剂量：D2 D2 表现形式：表现形式：整体水平、细胞水平、分子水平整体水平、细胞水平、分子水平一、低剂量辐射免疫效应一、低剂量辐射免疫效应第86页低水平辐射诱导精母细胞适应性反应低水平辐射诱导精母细胞适应性反应小鼠受低剂量率（20 Gy/min）慢性照射，累积剂量 1.1 Gy（D1），照射结束后 40日，给予 1.5 Gy X射线（D2），检验精母细胞染色单体断裂，低剂量率慢性照射诱导显著细胞遗传学适应性反应.(Cai L,et al.1995).第87页C57BL/6小鼠低剂量辐射抑癌试验小鼠低剂量辐射抑癌试验（照射结束后6个月观察结果）HDR=1.75 Gy x 4(李修义等，1998)第88页低剂量辐射抑癌效应机制低剂量辐射抑癌效应机制照射结束后照射结束后1个月检验个月检验 对照 75mGy4 1.75Gy4 (75mGy+1.5Gy)4 NK 100 116.5 63.7(1)93.2(2)IL-2 100 119.1 56.2(1)77.9(2)IFN 100 101.6 75.0(1)94.5(2)M 100 162.8(1)97.2 147.9(1,2)(1)与对照组比较P0.010.001；(2)与1.75Gy 4组比较P0.050.01 李秀娟等，1999第89页细胞免疫和体液免疫胞免疫和体液免疫杀伤肿瘤瘤细胞胞协调作用作用 第90页91第91页电离离辐射照射后免疫射照射后免疫细胞信胞信号号通路改通路改变 第92页93第93页94JIN shunzi，第94页95IL-12B7-1/2CD28IL-10IL-12B7-1/2CTLA4IL-10APCTLC APCTLCLDRHDRUp-regulationof T cell activityDown-regulationof T cell activity第95页96二、低水平辐射与癌症治疗二、低水平辐射与癌症治疗 （动物物试验研研究）究）项目名称：项目名称：低剂量低剂量X 射线在优化肿瘤射线在优化肿瘤 放射放射-基因治疗方案中作用基因治疗方案中作用 第96页97提取重组质粒及判定提取重组质粒及判定建立荷瘤动物模型建立荷瘤动物模型向移植肿瘤内引入重组质粒向移植肿瘤内引入重组质粒结合低剂量结合低剂量X射线全身照射优化放疗方案射线全身照射优化放疗方案筛选最正确治疗方案筛选最正确治疗方案抑瘤机制探讨抑瘤机制探讨技术路线技术路线第97页98材料与方法材料与方法&重组质粒：重组质粒：pEgr-IL18-B7.1&细细 胞胞 株：小鼠株：小鼠Lewis 肺癌细胞肺癌细胞&试验动物：试验动物：C57BL/6J近交系小鼠近交系小鼠 健康，雌性健康，雌性 体重体重1821g LDRLDRHDRHDR第98页平均生存平均生存时间试验结果试验结果第99页100肿瘤体瘤体积改改变(mm(mm3 3)试验结果试验结果第100页101Growth of Lewis lung carcinoma in C57BL/6J mice with transfer of pEgr-IL18-B7.1 before implantationABABA：pEgr-IL18-B7.1 B：pEgr-IL18-B7.1+2Gy试验结果试验结果第101页Control 2 Gy 6 2 (2 Gy+0.075 Gy 2)2 (E18B+2 Gy 3)2 (E18B+2 Gy+0.075 Gy 2)各各组微血管密度微血管密度(MVD)改改变 试验结果试验结果第102页103微脉管改变试验结果试验结果第103页104IFN-IFN-活性活性试验结果试验结果第104页105TNF-TNF-活性活性 试验结果试验结果第105页1061.低剂量辐射结合基因低剂量辐射结合基因-放疗能够抑制荷瘤小鼠放疗能够抑制荷瘤小鼠 肿瘤生长，并延长其平均生存时间；肿瘤生长，并延长其平均生存时间；2.低剂量辐射结合低剂量辐射结合E18B 基因基因-放疗能够抑制肿放疗能够抑制肿 瘤局部血管发生，降低肿瘤部位血液供给，瘤局部血管发生，降低肿瘤部位血液供给，延缓肿瘤生长；延缓肿瘤生长；3.低剂量辐射提升基因低剂量辐射提升基因-放疗疗效机制可能放疗疗效机制可能 与与IFN-、TNF-改变相关。改变相关。结结 论论第106页107结结 束束 语语低水平辐射生物效应研究结果对放射损伤治低水平辐射生物效应研究结果对放射损伤治疗、辐射防护、癌症发生机理、肿瘤治疗合疗、辐射防护、癌症发生机理、肿瘤治疗合理设计以及放射医学理论发展含有主要意义。理设计以及放射医学理论发展含有主要意义。第107页108Thank youThank you第108页