电离辐射的生物效应
导致生物体内部分子电离的射线，包括频率高于可见光的电磁射线（紫外线、X射线、γ射线等）和放射性粒子（α粒子和β粒子等）对生物生理功能的影响。这类射线照射使生物体分子解离或电离，产生带电的高活性“自由基”，与活体细胞中分子发生反应，破坏机体组织或遗传物质，导致细胞损伤或死亡，并由此产生一系列临床症状。
（一）影响电离辐射生物效应的主要因素
影响电离辐射生物效应的主要因素包括与辐射有关的因素、与机体有关的因素及与介质有关因素。
1.与辐射有关因素（图12-1-2）
图12-1-2 影响电离辐射生物效应的辐射因素
2.与机体有关因素（图12-1-3）
图12-1-3 影响电离辐射生物效应的机体因素
3.与介质有关的因素
细胞的培养体系中或机体体液在照前含有辐射的防护剂，如含SH基的化合物可以减轻自由基反应，削弱生物效应，促进损伤生物分子修复，反之，如含有辐射增敏剂，能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，提高辐射反应。
（二）电离辐射的生物学作用原理
1.靶学说概念：1924年，Crowther提出了靶学说的概念。认为照射后细胞有丝分裂的抑制，是由于染色体中有着丝点那样大小的体积中发生了一次电离的结果，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量之间存在着定量的关系。靶学说认为电离辐射成簇的一次或多次击中生物结构中的特定结构，即敏感“靶区”，可引起诸如生物大分子失活、基因突变和染色体断裂等辐射生物效应。
2.辐射与生物体的靶：辐射作用于细胞的靶区有DNA和细胞膜。
（1）辐射所引起的DNA损伤分为（图12-1-4）
图12-1-4 辐射所引起的DNA损伤
（2）辐射所引起的膜损伤：辐射可引起膜的脂质过氧化，产生新的自由基，造成级联式反应，加重膜的损害；造成膜蛋白和膜结合酶的变性与失活；氧化糖蛋白上的羟基产生毒性物质；使膜的流动性和导电性发生改变。同一种生物有机体内各种细胞和组织器官的辐射敏感性因其种类和生理机能状态不同而差异较大：高度敏感组织：性腺（卵细胞、生精细胞）、造血淋巴组织（淋巴细胞）、胸腺、胚胎组织、胃肠上皮（上肠隐窝上皮细胞）、骨髓等。中度敏感组织：感觉器官（角膜、晶状体、结膜）、血管、淋巴管、内皮细胞、上皮组织、唾液腺、肝肾肺的上皮细胞等。轻度敏感组织：中枢神经系统、内分泌腺（包括性腺内分泌细胞）、心脏。不敏感组织：肌肉、骨、软骨组织、结缔组织。
辐射所致的生物效应是由于在靶细胞内发生了一次电离作用或“能量沉积事件”的结果，会引起生物大分子失去活性、基因突变和染色体断裂等，这种效应决定于辐射的性质和靶的辐射敏感性。（图12-1-5）
图12-1-5 辐射所致的生物效应
（三）电离辐射的分子生物学效应(https://www.daowen.com)
电离辐射所致DNA的损伤总共有三个类型：DNA链断裂、DNA碱基损伤、DNA交联。DNA链断裂又可分为单链断裂（SSB）和双链断裂（DSB），DNA交联又可分为DNA链交联及DNA-蛋白质交联，其中DSB是辐射所致生物学效应中最重要的原初损伤，而非重接性的DSB则被认为是细胞杀伤效应的最重要的损伤。DNA链断裂的主要特点：
1.双链断裂与单链断裂的比值DSB约为SSB的1/10～1/20；SSB由一个自由基攻击引起；DSB必须由两个以上自由基引起；一定能量的射线所产生的SSB和DSB有一个大致的比值，但比值不是恒定的。
2.LET对链断裂的影响顺序为中子＞γ射线、X＞紫外线；SSB与DSB的比值与LET的高低有关，随着LET的升高，SSB减少，DSB增多。
3.氧效应可增加羟自由基的产生，从而可增加链断裂的程度。
4.当剂量不同时，DNA碱基发生断裂的概率也不同；当剂量＜10Gy照射时，碱基断裂顺序是G＞A＞T≥C；当剂量＞40～80Gy照射时，碱基断裂顺序是T＞G＞A≥C。
5.DNA断裂程度与辐射敏感性有关，不同哺乳动物细胞对辐射的敏感性有很大的差异，平均致死剂量（D0）也不同。
（四）电离辐射的远期效应
机体受电离辐射照射6个月以后所发生的效应称为远期（或远后）效应，它也可以在照后数年甚至更长时间才出现。电离辐射远期效应可以发生在以下几方面：
急性辐射损伤后已恢复的人员，如原子弹爆炸或核事故时受到中等或较大剂量照射的人员。其特点是受照者本身在照射后早期曾经历急性放射损伤的临床症状。
长期接受小剂量慢性照射者，如职业受照者或医疗受照者。其特点是受照者可能不显示任何早期辐射损伤的病征，而是在若干年后显示出某些有害疾病的发生率较正常人群明显增高。电离辐射远期效应可以通过受照人群进行流行病学调查或进行动物实验研究。
1.远期躯体效应：辐射诱发而显现在受照者本人身上的效应称为躯体效应。主要有：
（1）致癌效应：辐射致癌效应为随机效应，是人类最严重的辐射远期效应。根据对日本原子弹爆炸受照幸存者的长期观察，已证实某些癌症的发病率高于对照人群，且随时间的推移，这种对比更为明显。主要的癌症是白血病：这是全身照射后诱发的最重要的远期效应。其特点是：①发病率高于其他实体肿瘤与受照剂量成明显线性关系。日本原子弹受害者中，在爆后2～3年发现急性粒系白血病，爆后5年发生率最高，一直到照后26年仍高于对照人群；②以急性白血病多见，且死亡率较高；③受照时年龄小则发病较早且危险性较大。
（2）甲状腺癌：这是电离辐射外照射和内照射在人体诱发重要远期效应之一。其特点是：①潜伏期长，且随受照年龄的增加而延长，一般为13～26年；②发病率女性高于男性，受照年龄小者高于年龄大者；③发病率与照射剂量基本呈线性关系。
（3）其他癌症：例如长期吸入含放射性尘埃或气溶胶的矿工可能诱发肺癌，多次胸部透视可能诱发乳腺癌。此外如胃癌、结肠癌、多发性骨髓瘤、卵巢癌等也可能发生。辐射诱发细胞突变可能是肿瘤发生的机制。
（4）白内障：电离辐射对眼损伤主要表现为晶体混浊、形成白内障。多见于核事故的中、重度急性放射病恢复后以及头面部放疗的病人。出现白内障的时间可以从受照后数月至数年不等。照射剂量越大，年龄越小者潜伏期也越短。X线引起白内障的最低剂量是：一次照射为1.75Gy，3周至3个月内多次照射为3.5Gy，3个月以上累积剂量为4.8Gy。
（5）生长发育障碍：母体在妊娠期受照射，对胎儿、新生儿的影响非常显著。Murphy调查了106名受放疗的妇女，在妊娠期曾受照射出生的75名儿童中，有28名发生畸形和发育障碍，其中20名属智力发育不全并出现小状症、迟钝、脑积水等；8例有脊柱裂、肢体畸形、斜视、先天盲等异常。广岛原子弹爆炸受核辐射的孕妇所生的儿童除有类似情况外，还发现宫内受照智力低下的发生率随剂量的增加而增高。妊娠10～17周时对辐射最为敏感，妊娠长于18周者其危险度仅为前者的1/4，妊娠时间短于10周者则未见明显影响。曾对广岛核爆炸时年龄小于12岁的受照者进行调查，发现受照超过1Gy者生长发育迟缓，与对照人群相比，身高矮3～5cm，体重轻3～4kg。
（6）对生殖功能的影响：性腺对电离辐射很敏感，男性全身或睾丸局部受一定剂量照射后，可致精子数减少。活动度降低及畸形精子增加，从而影响生育能力。剂量越大精子数减少越明显，开始恢复的时间也越慢。暂时性不育的阈值约为0.4Gy，引起永久性不育的相应阈剂量值为3.5Gy～6Gy，妇女则可引起月经不调甚至绝经。
2.遗传效应
亲代生殖细胞遗传物质因电离辐射所致突变而对胚胎或子代产生的影响，称遗传效应。如果辐射引起的是显性突变，则在下一代就会表现出来，如果是隐性突变，则必须与一个带有相同突变基因的配偶相结合，才能在后代表现出来，所以遗传效应是一种随机效应。
根据辐射遗传效应的流行病学调查，动物实验研究中早已明确辐射诱发的突变能导致有害的遗传效应。人类的遗传效应观察一般是通过辐射流行病调查，根据受照人群的有关遗传学指标，如自然流产、死胎、死产、先天性畸形、新生儿死亡率、性比率及新生儿身长体重等，与对照人群进行比较分析才能得出结论。日本曾对7万名父方或母方在原子弹爆炸时受照射后孕育出生的婴儿与对照人群进行比较，至今尚未发现具有统计学意义的差别。我国于1984年，对26983名医用X线诊断工作者的调查结果表明，受照人群中的自然流产率、多胎率、新生儿死亡率以及子女中先天性畸形和遗传性疾病的总发病率均明显高于对照人群。
通过细胞遗传学观察调查分析亲代生殖细胞受到照射后其遗传性损害在子代体细胞染色体中的表现，称为细胞遗传学调查。1967年曾对日本原子弹爆炸幸存者子女7540人进行此项调查，发现幸存者子女体细胞染色体异常的发生频率较高，但与对照人群无统计学意义的差别。