第三章 內(nèi)照射機(jī)理作用特點(diǎn)

第三章內(nèi)照射機(jī)理作用特點(diǎn)第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月放射性核素內(nèi)照射作用機(jī)理

1.帶電粒子對生物體的作用α或β帶電粒子，在通過生物體時，可發(fā)生三種形式的能量轉(zhuǎn)換：（1）、使生物體中的原子或分子激發(fā)或電離，將部分能量轉(zhuǎn)化為激發(fā)能和電離能；（2）、帶電粒子在生物體的原子核電場的作用下，運(yùn)動方向發(fā)生變化并得到了加速度，使一部分動能轉(zhuǎn)化為連續(xù)能量分布的韌致輻射；（3）、帶電粒子通過和生物體的原子和分子發(fā)生不斷的彈性碰撞，將帶電粒子的一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能。但在以上幾種能量轉(zhuǎn)換的比例中，電離能的轉(zhuǎn)換是主要的。

第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.γ射線對生物體的作用γ射線通過生物體時，主要發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對生成等三種作用過程。在機(jī)體軟組織中，低能光子以產(chǎn)生光電效應(yīng)為主，而中等能量光子以產(chǎn)生康普頓效應(yīng)為主，至于高能光子則以電子對形成為主要的。

第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3.輻射作用的時相階段輻射能被生物體吸收以后，通過直接作用或間接作用，首先在分子水平發(fā)生變化，尤其是生物大分子激發(fā)和電離，經(jīng)歷輻射作用的不同時相階段：物理、物理化學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)四個階段的放大過程，才能顯示出組織器官的可見損傷。

第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.生物分子的電離與激發(fā)(ionizationandexcitation)

生物分子電離后，產(chǎn)生一個由正離子和電子構(gòu)成的離子對：

A—～→A+

＋e-

其中正離子可以發(fā)生多種反應(yīng)，主要有兩種：

1.正負(fù)離子重合。正離子可以與一個電子或者由中性分子俘獲電子所形成的負(fù)離子發(fā)生重合反應(yīng)，形成中性高激發(fā)態(tài)分子，分解為兩分子或自由基：

A+＋

e－→A*→M*十Nor

A+＋

B－→A**+B→R·十·S第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.生物分子的電離與激發(fā)

2.離子-分子反應(yīng)。當(dāng)一個正離子接近一個未極化的中性分子時，它將引起中性分子的電極化，使它成為偶極子，由于離子與偶極化分子間的吸引力，它們之間將發(fā)生反應(yīng)而引起原子和電荷的重新排列：

A+十B→A+B+電荷傳遞反應(yīng)

A+十B→C++D離子-分子反應(yīng)水輻解產(chǎn)物：P39第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5.直接作用和間接作用

直接作用主要是指放射性核素所釋出的粒子或射線直接對生物活性的分子引起激發(fā)和電離，從而引起正常功能和代謝障礙的損傷，繼而導(dǎo)致具有生物活性的有機(jī)化合物分子如核酸、蛋白質(zhì)等的變化。間接作用主要是指放射性核素的輻射通過水的原發(fā)輻解產(chǎn)物·H，·OH，e－水合，H2O2等作用于生物大分子而引起損傷。間接作用在生物大分子損傷的發(fā)生上起著重要作用。詳細(xì)解釋間接作用如稀釋效應(yīng)、氧效應(yīng)、防護(hù)效應(yīng)和溫度效應(yīng)等

第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6.靶分子和靶結(jié)構(gòu)

DNA和膜是射線作用的靶，是引起細(xì)胞一系列生化、生理和病理變化的關(guān)鍵。DNA對輻射非常敏感和具有非常重要的生物功能；DNA的輻射損傷在DNA分子上是非隨機(jī)分布的，如嘧啶二聚體形成，鏈斷裂、DNA與蛋白質(zhì)交鏈等。

第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6.靶分子和靶結(jié)構(gòu)膜對電離輻射具有高度敏感性；靶面積大于DNA

；細(xì)胞受照射后，膜上的鞘磷脂含量迅速下降，而它的酶解產(chǎn)物神經(jīng)酰胺含量迅速上升。已經(jīng)證明神經(jīng)酰胺是第二信使，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。DNA鏈必須附著在膜上或形成DNA膜復(fù)合物時才能復(fù)制。射線一旦破壞了這種附著點(diǎn)，DNA復(fù)制就會停止。

第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月放射性核素的作用特點(diǎn)

1.不同LET的輻射作用傳能線密度*（linearenergytransfer，LET）是指直接電離粒子在其單位長度徑跡上消耗的平均能量，單位：keV/um。分為高LET輻射和低LET輻射。電荷數(shù)越多，則在單位路程上形成的離子對數(shù)就越多，即電離密度(ionizationdensity)越大，對機(jī)體產(chǎn)生的生物效應(yīng)也就越大；能量不同時，能量高者產(chǎn)生的離子對亦較多，對機(jī)體的損傷效應(yīng)亦較重；第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1.不同LET的輻射作用隨著其能量不斷地?fù)p失，它的速度也就越小。帶電粒子在組織中沿著最初入射方向所能穿行的最大直線距離，稱為射程。內(nèi)照射時，α粒子對機(jī)體的生物效應(yīng)最大，β粒子次之，而以γ射線為最小。第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.不同RBE的輻射作用

當(dāng)生物體受到相等劑量輻照但電離輻射的類型不同時，則產(chǎn)生的生物效應(yīng)（RBE）就不同。

RBE=所試輻射產(chǎn)生的生物效應(yīng)/相同劑量標(biāo)準(zhǔn)γ射線產(chǎn)生的生物效應(yīng)

第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3.持續(xù)作用

放射性核素的持續(xù)作用時間可按6個有效半減期計。這種作用不能被“中和”，任何化學(xué)反應(yīng)亦不能改變其放射性活度。

第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.輻射作用與化學(xué)作用

輻射作用：高比活度核素，質(zhì)量上極少量的放射性核素作用于機(jī)體，就會引起機(jī)體一定的輻射效應(yīng)；化學(xué)作用：1kBq

238U的質(zhì)量為81mg。而根據(jù)各種實(shí)驗研究的資料來看，體內(nèi)量達(dá)1-2mg/kg(體重)的鈾時，即可引起機(jī)體中毒，但其放射性活度是很低的。

第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5.選擇性蓄積作用

放射性核素進(jìn)入機(jī)體后，常顯示出其在某一器官或組織中選擇性蓄積的特點(diǎn)。

第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月影響放射性核素作用的因素

一、放射性核素的理化因素：1.物理狀態(tài)：氣態(tài)/固態(tài)2.水解性質(zhì)：鑭系和錒系的放射性核素，在生理的pH條件下，極易水解，形成難溶性的氫氧化物膠體，易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)所吞噬，較長期滯留于肝、脾組織中。第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3.化合物形式

不同化合物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律是不同的。如注入體內(nèi)的硝酸钚酰、檸檬酸钚是穩(wěn)定的絡(luò)合物及復(fù)合物，溶解度大，其陽離子很快地與骨組織中的膠原成分結(jié)合，主要滯留于骨中。而硝酸钚在體內(nèi)被水解而形成難溶性膠體顆粒，主要滯留于肝、脾等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，分布上的差異必然影響其對機(jī)體的損傷效應(yīng)。第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.劑量與劑量率

以引起實(shí)驗動物50％死亡所需的時間(LT50)作為指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)注入量越大，則達(dá)LT50就越短；反之，則延長。對于β、γ放射性核

素，當(dāng)劑量率降低時，則效應(yīng)的發(fā)生率及其嚴(yán)重性亦減低；高LET的放射性核素所致?lián)p傷效應(yīng)，通常劑量率效應(yīng)不明顯，但劑量率過高可產(chǎn)生殺死效應(yīng)而影響了效應(yīng)的觀察與分析。

第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5.溶劑性質(zhì)

皮下注射，溶于生理鹽水和甘露醇中的210Po毒性明顯大于溶于明膠和甘油中的210Po毒性，由于210Po在不同溶劑中經(jīng)皮下的吸收率不同所致。

第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6.載體(carrier)

核素是否帶有載體，對放射性核素在體內(nèi)的分布定位有明顯的影響；如：大白鼠靜脈注入370kBq的無載體90Y的氯化物后48小時，觀察到它主要滯留于骨骼中，而加有穩(wěn)定性釔的90Y則主要滯留于肝和脾中；如；穩(wěn)定碘對131I

的阻吸收。第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)體因素

1.種系差別：

放射性核素在不同種系動物體內(nèi)的代謝規(guī)律是不同的；放射性核素所致不同種系動物的損傷效應(yīng)亦有差異：以LD50/30為指標(biāo)，大動物單位體重所需的放射性核素引入量要比小動物的?。?/p>

第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.年齡因素

年齡的差異是影響核素吸收、分布、滯留、代謝速率和損傷效應(yīng)的重要因素。1)．對胃腸道吸收的影響新生動物小腸的通透性較高，對放射性物質(zhì)的吸收要比成年動物高幾個數(shù)量級。

2)．對分布的影響如測定不同年齡的人群體內(nèi)90Sr的含量表明，在生長發(fā)育旺盛時期，90Sr在骨骼內(nèi)的沉積量最高

第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.年齡因素

3)．對代謝速率的影響

在生長發(fā)育階段的機(jī)體，其代謝速率明顯地快。嬰兒和少年：體內(nèi)的137Cs生物半排期均短于成年者；攝入單位131I活度的甲狀腺劑量明顯增加；食入相等活度的放射性鍶致紅骨髓的劑量有顯著增加。第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.年齡因素4)．對損傷效應(yīng)的影響不同年齡個體對輻射的敏感性亦有差別：對多次接受224Ra(ThX)治療的人群調(diào)查表明，兒童組骨肉瘤的相對危險度為150/lO4人·Gy，而成年組則為90/104人.Gy第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3.性別因素

成年男性的137Cs含量高于成年女性；224Ra引起骨肉瘤的發(fā)生率，雌鼠比雄鼠高；

第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.機(jī)體狀態(tài)

1)．妊娠與泌乳：攝入239Pu后21天時，在妊娠和泌乳鼠的乳腺內(nèi)的239Pu含量要比一般母鼠乳腺239Pu含量高，且妊娠鼠的尿中239Pu排除量亦高于一般母鼠；泌乳能明顯減少45Ca在體內(nèi)的滯留；給懷孕大白鼠靜脈注入241Am后，妊娠晚期，轉(zhuǎn)運(yùn)到胎兒中的241Am量就明顯增高；環(huán)境中的放射性核素進(jìn)入母體后，通過乳汁轉(zhuǎn)移至子體的放射性活度，遠(yuǎn)比通過胎盤的轉(zhuǎn)移為大

第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4.機(jī)體狀態(tài)

2)．營養(yǎng)狀況當(dāng)成年大白鼠飼料中缺乏Zn和維生素D時，觀察到可使238Pu經(jīng)胃腸道的吸收總量分別增加3-10倍之多。3)．病理因素

炎癥病灶或病理性增生時，可使攝入體內(nèi)的放射性核素選擇性的濃集于病態(tài)組織中。

第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、接觸放射性核素的因素

1、進(jìn)入體內(nèi)方式：放射性核素由一次或分次進(jìn)入機(jī)體時，對機(jī)體的損傷效應(yīng)有明顯的影響。2、攝入途徑：核素直接進(jìn)入血液損傷效應(yīng)發(fā)生得快而嚴(yán)重，皮下注入時的損傷效應(yīng)發(fā)生得緩慢，而經(jīng)口攝入時的損傷效應(yīng)發(fā)生得更緩慢。

第28頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、接觸放射性核素的因素3、放射與非放射因素復(fù)合作用研究外環(huán)境的某些因素與放射性核素復(fù)合作用具有重要意義；孕鼠吸入Na2O-PuO2混合氣溶膠后，肺內(nèi)和血滯留量明顯高于單純吸入PuO2氣溶膠；關(guān)于吸煙對Rn、Pu的致癌影響，年輕獵犬吸煙可顯著減緩PuO2自肺中的廓清。