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1、辐射与物质的相互作用现在学习的是第1页，共34页2.电离辐射的生物学作用电离辐射的生物学作用一一.电离辐射的直接作用电离辐射的直接作用电离辐射对核酸大分子的直接作用：电离辐射对核酸大分子的直接作用：引引起起碱碱基基破破坏坏或或脱脱落落、单单链链或或双双链链断断裂裂、氢氢键键破破坏坏、螺螺旋旋结结构构出出现现交交联联或或核核酸酸之之间间、核酸与蛋白质之间出现交联。核酸与蛋白质之间出现交联。电离辐射对蛋白质的直接作用：电离辐射对蛋白质的直接作用：引起蛋白质侧链发生变化，氢键、二硫键引起蛋白质侧链发生变化，氢键、二硫键断裂，导致高度卷曲的肽链出现不同程度断裂，导致高度卷曲的肽链出现不同程度的伸展，空
2、间结构改变。的伸展，空间结构改变。现在学习的是第2页，共34页2.电离辐射的生物学作用电离辐射的生物学作用二二.电离辐射的间接作用电离辐射的间接作用 辐射能量向生物分子传递时，通过扩散的离辐射能量向生物分子传递时，通过扩散的离子或自由基起作用，并被生物分子所吸收而引子或自由基起作用，并被生物分子所吸收而引起的生物效应。起的生物效应。无论直接作用还是间接作用，造成辐射损无论直接作用还是间接作用，造成辐射损伤的原理均相同。即高能光子或亚原子微粒伤的原理均相同。即高能光子或亚原子微粒最终被生物分子破坏性吸收的结果。最终被生物分子破坏性吸收的结果。现在学习的是第3页，共34页2.电离辐射的生物学作用电
3、离辐射的生物学作用二二.电离辐射的间接作用电离辐射的间接作用 辐辐射射能能量量的的传传递递方方式式有有许许多多种种，绝绝大大多多数数辐辐射射能能量量向向生生物物体体传传递递时时，使使相相遇遇原原子子中中较较外外层层轨轨道道的的电电子子被被移移动动，造造成成原原子子激激发发；高高能能粒粒子子的的贯贯穿穿辐辐射射可可使使原原子子中中电电子子被被逐逐出出，引引起起电电离离。大大部部分分生生物物组组织织中中存存在在大大量量的的水水，水水分分子子电电离离形形成成“水水自自由由基基”并并将将能能量量传传递递到生物靶分子上到生物靶分子上引起电离辐射的间接作用。引起电离辐射的间接作用。现在学习的是第4页，共3
4、4页电离辐射电离辐射直接作用直接作用间接作用间接作用生物体分子激发电离生物体分子激发电离DNA周围物质周围物质(水水)激发电离激发电离原始创伤原始创伤扩散自由基扩散自由基分子内能转移分子内能转移与生物分子作用与生物分子作用生物自由基生物自由基继发反应继发反应原核和真核细胞分裂受抑制原核和真核细胞分裂受抑制中枢神经系统和胃肠道损伤显现中枢神经系统和胃肠道损伤显现造血障碍性死亡造血障碍性死亡晚期肾损伤肺纤维样变性晚期肾损伤肺纤维样变性癌症和遗传变化癌症和遗传变化物理阶段物理阶段10-1810-11s化学阶段化学阶段10-111s生化阶段生化阶段1103s生物阶段生物阶段数数hr数数d数数月月 数数
5、年年现在学习的是第5页，共34页2.电离辐射的生物学作用电离辐射的生物学作用二二.电离辐射的间接作用电离辐射的间接作用自自由由基基是是带带有有一一个个或或多多个个不不配配对对电电子子的的分分子子或或原原子子团团，具具有有极极强强的的活活性性。当当辐辐射射作作用用于于人人体体时时，由由于于组组织织中中含含大大量量水水分分，激激发发或或电电离离的的水水分分子子经经迅迅速速的的分分子子重重组组，产产生生大大量量活活泼泼的的自自由由基基，主主要要有有OH、H和和水水合合电电子子e-q，它它们们能能扩扩散散一一定定距距离离，有有效效的的与生物分子反应。与生物分子反应。1.1.自由基的产生自由基的产生现在
6、学习的是第6页，共34页2.电离辐射的生物学作用电离辐射的生物学作用二二.电离辐射的间接作用电离辐射的间接作用（1）自由基破坏细胞膜；）自由基破坏细胞膜；2.2.自由基的损伤机制自由基的损伤机制（2）自由基细胞蛋白质氧化、脱氢；）自由基细胞蛋白质氧化、脱氢；（3）自由基使糖链断裂和失活；）自由基使糖链断裂和失活；（4）自由基引起核酸的损伤）自由基引起核酸的损伤。现在学习的是第7页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用一一.稀释效应稀释效应二二.氧效应氧效应三三.防护效应防护效应四四.温度效应温度效应五五.抗自由基的氧化酶系效应抗自由基的氧化酶系效应现在学习的是第8页，共34页3.生物靶
7、的调节作用生物靶的调节作用一一.稀释效应稀释效应 实验表明实验表明,用固定量电离辐射照射某种溶用固定量电离辐射照射某种溶液产生的自由基数量恒定液产生的自由基数量恒定,与溶液浓度无关。与溶液浓度无关。辐射直接作用辐射直接作用辐射间接作用辐射间接作用浓度浓度失失活活分分子子数数含含量量失失活活分分子子数数现在学习的是第9页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用一一.稀释效应稀释效应 实验表明实验表明,用固定量电离辐射照射某种溶液用固定量电离辐射照射某种溶液产生的自由基数量恒定产生的自由基数量恒定,与溶液浓度无关。与溶液浓度无关。结果表明结果表明,最大的相对效应发生在最稀释的最大的相对效应发
8、生在最稀释的溶液中；所有的稀释效应，间接作用占主要溶液中；所有的稀释效应，间接作用占主要地位。地位。现在学习的是第10页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用二二.氧效应氧效应 受照射组织、细胞或溶液系统受照射组织、细胞或溶液系统,其辐射效应其辐射效应随周围介质中氧浓度的增加而增大随周围介质中氧浓度的增加而增大,这种效应这种效应称为氧效应称为氧效应.比如肿瘤细胞在增加氧的情况下比如肿瘤细胞在增加氧的情况下对辐射的敏感性也增高。对辐射的敏感性也增高。氧效应主要在于氧与水的电离产物氧效应主要在于氧与水的电离产物自由基相自由基相互作用互作用,形成更活泼的产物形成更活泼的产物,因而加强辐射的损
9、伤效因而加强辐射的损伤效应应.比如使蛋白质的氨基酸脱氧基而破坏了蛋白质结比如使蛋白质的氨基酸脱氧基而破坏了蛋白质结构；将亚铁离子变成构；将亚铁离子变成3 3价铁离子价铁离子,使血红蛋白丧失活使血红蛋白丧失活性等。性等。现在学习的是第11页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用三三.防护效应防护效应 在溶液系统中在溶液系统中,由于其他物质的存在而使辐射由于其他物质的存在而使辐射对溶质的损伤效应降低，这种效应称为防护效应对溶质的损伤效应降低，这种效应称为防护效应.即其即其他物质对溶质他物质对溶质起到保护作用。起到保护作用。加入物质加入物质脱氧核糖核酸酶失活脱氧核糖核酸酶失活未加物质未加物质
10、血红蛋白血红蛋白血清球蛋白血清球蛋白卵清蛋白卵清蛋白过氧化氢酶过氧化氢酶核糖核酸酶核糖核酸酶5719195118 表表8 8：蛋白质：蛋白质对脱氧核糖核对脱氧核糖核酸酶的作用酸酶的作用现在学习的是第12页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用三三.防护效应防护效应 防护效应的解释基于间接作用中对自由基防护效应的解释基于间接作用中对自由基的竞争的竞争.水中的自由基非常活泼，且不具专一水中的自由基非常活泼，且不具专一性，故当溶液中存在性，故当溶液中存在2 2种以上分子溶质时，都种以上分子溶质时，都可以与自由基发生反应，即加入物质与原溶质可以与自由基发生反应，即加入物质与原溶质争夺有限的自由
11、基，使原溶质受自由基损害的争夺有限的自由基，使原溶质受自由基损害的机会减少。机会减少。现在学习的是第13页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用四四.温度效应温度效应 溶液系统或机体受照射时，降低温度或使之溶液系统或机体受照射时，降低温度或使之处于冰冻状态可使辐射损伤减轻，这种效应称处于冰冻状态可使辐射损伤减轻，这种效应称为温度效应为温度效应.温度效应的解释基于低温或冰冻条温度效应的解释基于低温或冰冻条件下自由基的扩散受阻。以上均以间接效应为主，件下自由基的扩散受阻。以上均以间接效应为主，但对直接作用的生物损伤也有一定影响。但对直接作用的生物损伤也有一定影响。现在学习的是第14页，共3
12、4页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用五五.抗自由基的氧化酶系效应抗自由基的氧化酶系效应 电离辐射通过水的辐射降解反应产生大量的自电离辐射通过水的辐射降解反应产生大量的自由基，而在生物进化的过程中，动物和人类为了由基，而在生物进化的过程中，动物和人类为了自身保护的需要在自身体内形成了一系列能清除自身保护的需要在自身体内形成了一系列能清除自由基的酶类，这种以酶类清除自由基的效应称自由基的酶类，这种以酶类清除自由基的效应称为为抗自由基的氧化酶系抗自由基的氧化酶系效应效应.但人体内产生这种但人体内产生这种酶类的量是有限的。酶类的量是有限的。过氧化氢酶与过氧化物酶均通过催化过氧化氢酶与过氧化物酶均通
13、过催化H H2 2O O2 2转变为转变为H H2 2O O而产生辐射防护效应。而产生辐射防护效应。现在学习的是第15页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用五五.抗自由基的氧化酶系效应抗自由基的氧化酶系效应1 1、过氧化氢酶、过氧化氢酶抗放射作用抗放射作用：(1)(1)清除红细胞内的清除红细胞内的H2O2,防止血红蛋白防止血红蛋白氧化成高氧血红蛋白氧化成高氧血红蛋白;(2)(2)清除微粒体中尿酸酶、黄嘌吟氧化酶、清除微粒体中尿酸酶、黄嘌吟氧化酶、-羟酸氧化酶等酶促反应产生的羟酸氧化酶等酶促反应产生的H2O2;(3)(3)清除线粒体的清除线粒体的H2O2;现在学习的是第16页，共34页
14、3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用五五.抗自由基的氧化酶系效应抗自由基的氧化酶系效应2 2、过氧化物酶、过氧化物酶抗放射作用抗放射作用：(1)(1)清除有机氢过氧化，尤其是自由基造清除有机氢过氧化，尤其是自由基造成脂质过氧化时大量产生的脂质过氧化物；成脂质过氧化时大量产生的脂质过氧化物；(2)(2)在过氧化氢酶含量较低的组织中起代在过氧化氢酶含量较低的组织中起代替作用清除替作用清除H2O2。现在学习的是第17页，共34页3.生物靶的调节作用生物靶的调节作用五五.抗自由基的氧化酶系效应抗自由基的氧化酶系效应3 3、超氧化物歧化酶、超氧化物歧化酶(SOD)SOD)抗放射作用抗放射作用：SOD S
15、OD在催化在催化O O2 2-歧化反应中会产生歧化反应中会产生H H2 2O O2 2,将将H H2 2O O2 2分解为分解为H H2 2O O需要过氧化氢酶或过氧化物酶的参与需要过氧化氢酶或过氧化物酶的参与和协同才能实现和协同才能实现.但人体中的但人体中的O O2 2-经某些化学反经某些化学反应会生成毒性更强的应会生成毒性更强的*OHOH自由基自由基,SODSOD可清除可清除O O2 2-,有效降低有效降低*OHOH的含量的含量.从这一点来说从这一点来说,SODSOD又被称又被称为为“一线抗氧化酶一线抗氧化酶”。现在学习的是第18页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射作用的主要因素作用
16、的主要因素 一、与辐射一、与辐射有关的因素有关的因素1.辐射种类辐射种类2.辐射剂量辐射剂量4.照射部位照射部位5.照射面积照射面积6.照射方式照射方式3.分次照射分次照射现在学习的是第19页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 1.辐射种类辐射种类不同种类辐射产生的生物效应不同不同种类辐射产生的生物效应不同,从辐射物从辐射物理特性看理特性看,电离密度电离密度(n)和穿透能力和穿透能力(f)是影响是影响生物学作用的重要因素生物学作用的重要因素.但总体上二者正好但总体上二者正好呈反比：呈反比：射线射线n大大f小小;射线射线nf均较大均较大;X()线线f大大n小小
17、;快中子重粒子快中子重粒子 f 强强,并在射程末并在射程末端端n极大极大,此特性已用于放疗此特性已用于放疗.现在学习的是第20页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 2.辐射剂量辐射剂量照射剂量与生物效应呈正相关照射剂量与生物效应呈正相关死亡率死亡率(%)剂量剂量剂量剂量存活率存活率(%)病毒、细菌、原生物和植物病毒、细菌、原生物和植物 多细胞机体多细胞机体现在学习的是第21页，共34页生物种类生物种类LDLD5050（Sv)Sv)豚鼠豚鼠狗、山羊狗、山羊人人猴猴小鼠小鼠大鼠大鼠蛙蛙鸡鸡龟龟大肠杆菌大肠杆菌酵母菌酵母菌变形虫变形虫草履虫草履虫芽孢、病毒芽孢、病
18、毒2.503.404.006.006.407.007.007.1515.0056.00300.001000.003000.0020000.00表表9 9：不同不同种类种类生物生物的半的半数致数致死剂死剂量量LDLD5050现在学习的是第22页，共34页剂量（剂量（Gy)Gy)病理变化病理变化00.250.250.50.51.01.02.02.03.53.55.55.58.0不明显或不宜觉察的病变不明显或不宜觉察的病变可逆性功能变化，可能血象改变可逆性功能变化，可能血象改变功能和血象的改变，但无临床症状功能和血象的改变，但无临床症状轻度骨髓型急性放射病轻度骨髓型急性放射病中度骨髓型急性放射病中度
19、骨髓型急性放射病重度骨髓型急性放射病重度骨髓型急性放射病极重度骨髓型急性放射病极重度骨髓型急性放射病表表1010：人体受不同剂量照射后的损伤效应：人体受不同剂量照射后的损伤效应现在学习的是第23页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 3.分次照射分次照射 同一剂量的辐射，分次给予的生物效应低于同一剂量的辐射，分次给予的生物效应低于一次给予的效应。分次越多，各次间隔时间越一次给予的效应。分次越多，各次间隔时间越久，则生物效应越小。这显然与机体的修复过久，则生物效应越小。这显然与机体的修复过程有关。程有关。现在学习的是第24页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐
20、射 作用的主要因素作用的主要因素 4.照射部位照射部位 机体不同部位受照产生的生物效应有较机体不同部位受照产生的生物效应有较大差异。实验表明：腹部照射引起的效应大差异。实验表明：腹部照射引起的效应最为严重。其次依次为盆腔、头颅、胸部最为严重。其次依次为盆腔、头颅、胸部和四肢。和四肢。现在学习的是第25页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 5.照射面积照射面积相同条件下相同条件下,受照面积越大受照面积越大,生物效应越显著生物效应越显著5.24Gy照射皮肤面积照射皮肤面积几平方厘米几平方厘米皮肤暂时发红皮肤暂时发红几十平方厘米几十平方厘米恶心、头痛恶心、头痛占全
21、身三分之一占全身三分之一急性放射病急性放射病占全身二分之一占全身二分之一产生致死性后果产生致死性后果现在学习的是第26页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 6.照射方式照射方式不同照射方式不同照射方式D相同时生物效应不同相同时生物效应不同:一次照射一次照射分次照射分次照射;内照射内照射外照射外照射;全身照射全身照射局部照射；局部照射；多向照射多向照射单向照射。单向照射。现在学习的是第27页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 二、与机体有二、与机体有关的因素关的因素种系种系机体状态机体状态个体发育过程个体发育过程不同组织细胞
22、不同组织细胞亚细胞分子水平亚细胞分子水平现在学习的是第28页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 1.生物种系的放射敏感性生物种系的放射敏感性生物进化程度生物进化程度，机体组织结构越复杂，机体组织结构越复杂，辐射辐射敏感性敏感性 2.机体状态的放射敏感性机体状态的放射敏感性过冷热、过累饿、过虚伤病耐受过冷热、过累饿、过虚伤病耐受 3.个体发育的放射敏感性个体发育的放射敏感性幼年和老年敏感幼年和老年敏感壮年壮年雌性耐受性雌性耐受性雄性雄性现在学习的是第29页，共34页3.个体发育的放射敏感性个体发育的放射敏感性受照时间（周受照时间（周)造成缺陷造成缺陷04411
23、1116162030大多数被吸收或流产大多数被吸收或流产多数系统的严重畸形多数系统的严重畸形主要是小头症，智力异常，生长延迟；主要是小头症，智力异常，生长延迟；骨髓、生殖器官和眼的畸形很少。骨髓、生殖器官和眼的畸形很少。小头症，智力低下和眼的畸形很少。小头症，智力低下和眼的畸形很少。不大可能引起严重的解剖学缺陷，不大可能引起严重的解剖学缺陷，可能有功能障碍。可能有功能障碍。表表10：子宫内不同时期受照射可能发生的畸形子宫内不同时期受照射可能发生的畸形现在学习的是第30页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 4.不同器官、组织和细胞的放射敏感性不同器官、组织和细
24、胞的放射敏感性 严格说来，没有一种组织完全不受严格说来，没有一种组织完全不受辐射的影响，但同一个体不同组织和辐射的影响，但同一个体不同组织和细胞的辐射敏感性细胞的辐射敏感性有很大差异。对于有很大差异。对于人体，各种组织器官可以分高度人体，各种组织器官可以分高度敏感敏感、中度中度敏感敏感、轻度、轻度敏感和不敏感四敏感和不敏感四部部分。分。现在学习的是第31页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠 上皮、性腺和胚胎组织等。上皮、性腺和胚胎组织等。中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上
25、中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上 皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞轻度敏感组织轻度敏感组织:中枢神经系统、内分泌腺、心脏中枢神经系统、内分泌腺、心脏不敏感组织：肌肉组织、软骨、骨组织和结缔不敏感组织：肌肉组织、软骨、骨组织和结缔 组织等组织等现在学习的是第32页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 5.亚细胞和分子水平的放射敏感性亚细胞和分子水平的放射敏感性同一细胞不同亚细胞结构的辐射敏感同一细胞不同亚细胞结构的辐射敏感性性有很大差异。细胞核的放射有很大差异。细胞核的放射敏感性敏感性显著高于胞浆。细胞内各不同显著高于胞浆
26、。细胞内各不同“靶靶”分分子相对辐射敏感性顺序如下：子相对辐射敏感性顺序如下：DNA mRNA rRNA 蛋白质蛋白质现在学习的是第33页，共34页 4.影响电离辐射影响电离辐射 作用的主要因素作用的主要因素 三、与介质有关的因素三、与介质有关的因素 细胞的培养体系中或机体体液中在照射细胞的培养体系中或机体体液中在照射前含有辐射防腐剂前含有辐射防腐剂,如含如含-SH基的化合物可减基的化合物可减轻自由基反应轻自由基反应,促进损伤生物分子修复促进损伤生物分子修复;反之反之,若含有辐射增敏剂若含有辐射增敏剂,如亲电子和拟氧化合物能增如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应强自由基化学反应，阻止，阻止损伤分子和细胞修复损伤分子和细胞修复,加大辐射效应加大辐射效应.前防护剂和增敏剂在临床放疗中前防护剂和增敏剂在临床放疗中都有应用，前者为保护正常组织都有应用，前者为保护正常组织,后者为提高放后者为提高放疗效果疗效果.现在学习的是第34页，共34页