第五章辐射对人体健康的影响课件.ppt
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1、第五章 辐射对人体健康的影响,1 辐射生物学效应基础,1.1 人体生理学基础,与进入人体的放射性物质的行为最有关系的系统是循环系统、呼吸系统和消化系统。,1.1.1 循环系统,循环系统是血管的一种闭合回路,在心脏的作用下血液沿着血管抽吸。血液是人体的运输机器,它几乎循环到每一个部位,给细胞带来了食物和氧气。它还带走了废物和二氧化碳,并将它们传送到排泄器官。心脏实际上是两个泵。左边的泵通过动脉将血液送到组织中。养料是通过组织液从组织输送到细胞中。血液通过组织以后经由静脉回到右边的心脏。然后右边的泵将血液送到肺,在肺中氧化之后重新回到左边的心脏。,1.1.1 循环系统,动脉血含有很多氧气,并呈鲜红
2、色,而从组织返回的血液含有很少的氧气并呈暗红色。人体内约有5升血液,平均每分钟循环一次。血液中有三种血液细胞,各自都执行着重要的功能:红细胞(红血球)给人体输送所需要的养料和氧气;白细胞(白血球+淋巴)抵御微生物对人体的感染;血小板(凝血细胞)在损伤部位凝固血液。,1.1.2 呼吸系统,用呼吸这种方法将氧气(O2)吸进肺并把二氧化碳(CO2)排出。当血液流过肺时吸收O2并按照上述方法把它输送给各组织。血液又把组织产生的CO2废气带回肺并呼出。每天呼吸的空气体积约20m3,通常认为其中一半的空气是在8小时工作期间内呼吸的,因此,工作时可按每小时呼吸1.2m3计算。,1.1.2 呼吸系统,人在呼吸
3、过程中吸进大量的外界物质,有的是气体,有的是微粒(即气载粉尘)。气体自由地进入肺,而后又进入血液,进入血液的量在某种程度上取决于溶解度。而被吸入的微粒物质只有一小部分沉积在肺里,其余部分不是被呼出就是沉积在上呼吸道而后又被咽下。沉积在肺中的物质的行为主要取决于它的溶解度。溶解度很高的物质能很快(大都是在几小时内)被血液吸收,但是不溶性微粒可以被滞留在肺里好几个月,进入血液的放射性物质被血液传送到人体的其他部分。显然,呼吸系统为放射性物质进入人体提供了一条途径。,1.1.3 消化系统,消化系统由食管、胃、十二指肠和小肠组成,小肠又与大肠相连。由口吃进去的食物转化成适合于产生热量和能量的形式以及组
4、织生长和恢复所需要的分子。食物中的大分子被血液吸收之前先在消化道内被酶所打碎,然后经由肝被输送到各个组织中去。未被吸收的食物和细菌以及从小肠壁上脱落下来的细胞一起作为固体废物(粪便)排泄出去。液体废物(溶解于水中的废细胞)经过肾和膀胱作为尿从人体排泄出去。,1.1.3 消化系统,咽下可溶的放射性污染物时,可通过消化道然后被血液吸收,血液又将它们带到身体的各个部位。不溶性放射污染物通过消化道然后从粪便中排泄出去。当这些放射性物质通过人体时将使消化道和大肠受到照射。,图4.1 简单的人体生理学图解,1.2 细胞生物学,1.2.1 细胞的结构和功能,一切有生命的生物和有机体都是由称之为细胞的微细结构
5、组成。细胞的基本成分是细胞核、细胞核的周围是称之为细胞质的液体和一层膜,它形成细胞壁。人体的各种器官和组织都是由细胞组成的。,1.2.1 细胞的结构和功能,图4.2 人体的典型细胞结构,1.2.1 细胞的结构和功能,细胞的最简单图象是,细胞质是细胞的“工厂”,而细胞核包含着细胞为执行自己的功能和进行自身繁殖所需要的所有信息。细胞质分解食物并将它转化为能量和小分子。随后这些小分子又转化成供细胞自己维持生存和繁衍所需要的复杂分子。细胞核包含有染色体。染色体是由基因构成的细小线状结构。人类的细胞通常含有46个染色体,基因由脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质分子组成,而且带有决定子体细胞特性的信息。,1.
6、2.2细胞的繁殖,细胞是能够繁殖的,这是为了补偿死去的细胞。人体不同类型细胞的寿命,在几个小时到很多年之间变化。细胞以两种方法进行繁殖,称之为有丝分裂和减数分裂。有丝分裂细胞是人体的普通细胞,而在有丝分裂中通过纵向分裂生殖染色体。然后,原来的细胞分裂成两个新细胞,它们都和原来的细胞相同。,1.2.2细胞的繁殖,减数分裂是一种特殊的分裂,产生于卵子。这种分裂在细胞的生命周期中只能有一次,并只能发生在生殖细胞中。在生殖细胞期间,新细胞含有从每个母体那里带来的遗传物质(即基因)。胚胎以及随后的后代就是由这种单细胞受精卵发育起来的。,1.3 电离辐射生物学效应的机理,核辐射与普通的辐射(如热和光)之间
7、的基本区别在于,核辐射具有足够的能量引起电离。细胞主要由水组成的。在水中的电离将使分子发生变化并会形成一种对染色体有害的化学物质。这种损伤使细胞的结构和功能发生变化。,人们发现辐射生物效应有2个特点:第一个是机体吸收的能量不大,生物效应却很大,例如 6.0Gy 的 X 射线可使人或高等动物发生致死效应,若将这些能量转换为热能,才可使体温升高0.002度。若以热辐射代替电离辐射,需大110万倍的能量才能引起机体死亡;第二个是短暂的作用引起长期效应,射线穿过受照机体只是瞬间完成,而它引起的生物效应却能持续很长时间,1.3 电离辐射生物学效应的机理,辐射引起的生物效应是一个非常复杂的过程,生物机体吸
8、收辐射能量到生物效应发生,乃至机体损伤或死亡要经历许多性质不同的变化,有机体物质分子的变化,细胞功能、代谢和结构的变化,以及完整机体各个组成部分之间相互关系的变化。在人体内,这些变化可能显示出临床症状,如放射性病、白内障或在以后较长时期内出现的癌。可分为:物理阶段,物理化学阶段,化学阶段,生物学阶段。从变化时间来看,有些变化瞬间即逝,有些需时较久,甚至延迟数年。可归纳于图2-1。,1.3 电离辐射生物学效应的机理,1.3 电离辐射生物学效应的机理,1 最初的物理阶段只持续很短的时间(10-16秒),在这一瞬间能量沉积在细胞内并引起电离。在水中这个过程可以写作为:H2O H2O+e,1.3 电离
9、辐射生物学效应的机理,2 物理-化学阶段 大约持续10-6秒,在这段时间,离子在水中将产生多种反应产物,其中的两种产物H和OH,称之为自由基,它们在化学上是很活泼的。还有一种反应产物是强氧化剂过氧化氢(H2O2):OH+OH H2O2,1.3 电离辐射生物学效应的机理,3 化学阶段持续几秒钟,在此期间,反应产物与细胞的重要有机分子相互作用。自由基和氧化剂可能破坏构成染色体的复杂分子。例如,它们可能附着于分子上并破坏长分子链中的键。,1.3 电离辐射生物学效应的机理,4 生物阶段在这个阶段,时间长短可从几十分钟到几十年,这要看特定的症状而定。,1.3 电离辐射生物学效应的机理,生物效应产生的过程
10、和机理,1.3 电离辐射生物学效应的机理,尽管电离辐射引起生物学效应的机理十分复杂,目前已得初步成果,通常将辐射生物效应的发展过程分为原发作用和继发作用两个方面。(1)原发作用 1)直接作用(direct effects)是指电离辐射直接作用于具有生物活性的大分子,如核酸、蛋白质(包括酶)等。使它们发生电离和激发或化学键的断裂等变化,从而引起其正常功能和代谢作用的障碍。如DNA的断裂,酶的活性降低或丧失,膜系分子结构的破坏等,1.3 电离辐射生物学效应的机理,2)间接作用(indirect effects)间接作用是指溶质分子与辐射引起的溶剂分子的反应产物之间的相互作用。在生物体中,间接作用主
11、要是指辐射通过水的原发辐解产物(H、OH、e-aq、H2O2、HO2等)对生物大分子的作用,引起生物大分子的损伤。生物体内一般含水量高于70%,细胞内的生物大分子存在于含大量水的环境中,因此间接作用对生物大分子的损伤作用有重要意义。辐射作用于水分子形成化学性质非常活泼的一系列产物,如下图:,1.3 电离辐射生物学效应的机理,(2)继发作用 辐射作用中原发作用和继发作用的划分至尽并无确切界限。一般将原发作用视为从辐射能被吸收后,通过直接和间接作用,造成生物大分子的损伤和细胞微细结构的损伤及破坏,导致细胞的代谢、生理功能以及结构和形态改变,甚至引起细胞死亡。而继发作用是在细胞损伤的基础上,引起各组
12、织器官和系统的损伤,导致临床症状的出现,甚至机体的死亡。放射损伤中的继发作用可能是多因素综合作用的结果,1.3 电离辐射生物学效应的机理,2.几种电离辐射的相对危害性,核电厂常见的辐射为辐射、辐射、辐射和中子辐射。电离辐射对人体的危害,主要在于辐射的能量导致构成人体组织的细胞受到损伤。由于电离辐射的类型不同,因此它们对人体的危害情况也不一样。相对而言,有的辐射产生外照射的危害性大一些,而有的辐射产生内照射的危害性大一些。所谓外照射和内照射就是辐射源分别在人体外和人体内对人体形成的照射。,2.1 粒子的相对危害性,粒子质量大,电荷多,在物质中的射程很短。能量最大的粒子在空气中的射程只有几厘米,但
13、难以穿透人体皮肤外表的角质层。因为角质层是一层无生命组织,粒子几乎不存在外照射危害的问题。,2.1 粒子的相对危害性,粒子一旦进入人体,其射程短这一特点就显得非常重要了。此时,辐射源被人体活组织所包围,损伤几乎都集中在粒子源点的附近。若粒子沉积在人体内的某个器官,粒子的能量就会被该器官全部吸收。这样,该器官就会受到严重的损害。因此,粒子的内照射危害是很值得重视的。,2.2 粒子的相对危害性,与粒子相比,粒子在空气中的射程较远。能量较高的粒子才能穿透人体皮肤进入浅表组织几毫米。因此,粒子具有外照射的危害。不过,它只能造成人体皮肤和浅表组织的受照,是一个轻微的外照射源。粒子同样也有内照射的危害,但
14、与粒子相比,其危害性要小些。因为粒子在组织中射程较远,在组织的某个小体积内放出的能量较粒子小,因此,这个小体积内组织的损伤也较小。,2.3 射线(包括射线)的相对危害性,射线和射线在空气和其它物质中射程很远,穿透力强,即使离辐射源很远,也可能对人体造成外照射的危害。当人体处于射线或射线辐射场中时,可能会使所有的器官和组织均受到照射。因此,就外照射而言,、射线与、粒子相比具有更大的危害性。由于、射线在人体组织中的射程很远,甚至贯穿人体,因而交给组织中某一小体积内的能量较少,损伤也较小。可见,就内照射而言,、射线对人体的危害要比、粒子小得多。,2.4 中子的相对危害性,中子不带电,无论在空气中还是
15、在其它物质中,它均有很远的射程。因此,与射线和射线一样,中子对人体的影响主要是外照射的危害。但由于中子的品质因子是射线和射线的20倍,因此,同样的吸收剂量,中子对人体的相对危害性要比射线和射线大得多。中子几乎不存在内照射的问题,因为中子源进入人体的机会是极为罕有的。,综上所述,核电站常见的几种辐射,就其相对危害性而言,辐射和辐射的潜在危害主要在内照射,而辐射(包括射线)和中子辐射的潜在危害主要在外照射,这些相对不同的危害性也是辐射防护关注的重点。,3辐射的生物效应,1)躯体效应(somatic effects)指出现在受照者本身的效应。包括全身效应和局部效应。躯体效应是由于人体普通细胞受到损伤
16、引起的,并且只影响受照人本身。躯体效应根据其显现时间可分为早期效应和晚期效应。,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,躯体的早期效应躯体的早期效应是指受照之后几个小时到几周内就会出现的那种效应,包括造血组织、消化系统及中枢神经系统等的效应。根据效应发生的急缓又可分为急性效应(acute effects),包括急性放射病和急性放射性皮肤损伤;和慢性效应(chronic effects),包括慢性放射病和慢性放射性皮肤损伤。,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,一般只有在急性大量照射后,才有可能出现。如急剧地受照1 Gy以上,可能在几
17、小时之后出现恶心和呕吐,还可能引起白血球、血小板减少等;如一次受照5 Gy以上,皮肤会出现线斑和脱毛;只有在受照数十Gy以上才会引起中枢神经的损伤。,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,一般情况下,全身受照0.51Gy照射时,通常反应较少,个别人有恶心,呕吐反应。正常人群受到小剂量的射线照射后,主要出现以植物神经系统功能紊乱为主的早期临床症状,在受照后12天内可自行消失。,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,(1)按效应出现的对象分为躯体效应和遗传效应,核能工业引起的工作人员和公众的照射水平远远低于产生早期效应的水平,只有在发生几率极小的重大核事故中才有可能急剧地受到大剂量
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