5.1.3 放射生物学效应的影响因素
影响放射生物学效应的因素包括辐射因素、机体因素，以及介于二者之间的介质因素等。
5.1.3.1 与辐射有关的因素
（1）辐射种类
不同种类的辐射产生的生物学效应不同，从电离辐射和物理特性来看，电离密度和射线的穿透能力两者正好成反比关系，并且是影响生物效应的重要因素。α粒子的电离密度大，但穿透能力弱，外照射时对机体的损伤作用很小。但发射α粒子的放射性核素进入机体内，则对机体的损伤作用很大。β粒子的电离密度较α粒子小，但穿透能力较α粒子强，外照射可引起皮肤损伤，内照射也可引起明显的生物效应。高能X射线和γ射线穿透能力强，其电离密度较α、β粒子小（表5.1），外照射可引起严重损伤。快中子和各种高能重粒子也都具有很强的穿透力，在组织内其射程末端具有极高的电离密度，这种集中于深部局限范围内密集的电离辐射杀伤作用，已用于肿瘤的放射治疗。另外，γ射线和中子流又是核爆炸时引起机体早期损伤的重要因素。
上述3种射线在空气中的射程及电离密度如表5.1所示。
表5.1 3种射线在空气中的射程及电离密度
（2）剂量
辐射剂量与生物效应之间存在着一定的相依关系。照射剂量大小是决定放射生物学效应强弱的首要因素，剂量越大，效应越强。但有些生物学效应当剂量增大到一定程度后，效应不再增强。对于在生物学方面有害的因子，通常可将所给的剂量与所产生的效应的相关关系用曲线的形式表达出来，这就构成了所谓的剂量-效应曲线。若以机体的死亡率或存活率为指标衡量生物效应，可得出图5.2的函数关系。
图5.2 电离辐射引起的典型死亡曲线及存活曲线
图5.2中有两条曲线，指数曲线反映病毒、细菌、某些低等原生生物和植物的辐射效应规律。S形曲线符合多细胞机体，特别是高等动物的辐射效应规律。由S形曲线可见，当死亡率在50%附近时，曲线有急剧的变化，即在此处剂量较小的变化，就引起较明显的死亡率改变。因此，放射生物学中常用引起被照射机体死亡50%的剂量作为衡量机体放射敏感性的参数，称为半致死剂量（median lethal dose，LD50）。LD50数值越小，机体的放射敏感性越高。表5.2是在30 d内引起50%机体死亡的辐射剂量。
表5.2 不同种动物的LD50/30
（3）剂量率
剂量率即单位时间内吸收的剂量，常以Gy/d、Gy/h、Gy/min或Gy/s表示。在一定剂量范围内，同等剂量照射时，剂量率高者效应强，剂量率低者效应弱，其机制是在照射时间延长的过程中，发生亚致死性损伤的修复和细胞增殖。但是当剂量率达到一定范围时，生物效应与剂量率之间失去比例关系。剂量率效应的影响也随所观察的具体效应指标不同而异，如急性放射病的发生需要一定的剂量阈值，每日5～50 m Gy的剂量率，即使累积很大的总剂量也不会引起急性放射病，而只能造成慢性放射损伤。剂量率达到每分钟0.05～0.1 Gy或更高，则可引起急性放射病，且严重程度随剂量率加大而加重。在小剂量慢性作用的条件下，剂量率对生物效应的发生也有明显的影响，当累积剂量相等时，较高剂量率引起白血病的发病率也相对增高。
（4）分次照射
同等剂量照射时，一次照射（single dose）比分次照射（fractionated dose）效应强，分次愈多，各次之间的间隔愈长，生物效应愈小。分次照射使辐射生物效应减轻，主要是与放射损伤的修复有关。
（5）照射部位
射线照射机体不同部位所引起的生物学效应存在明显的差异。当照射条件相同时，腹部受照所引起的生物学效应最为严重，其余部位受照所引起的生物学效应由强到弱，依次为盆腔、头颈部、胸部及四肢。这主要是由于不同部位的不同组织与器官对射线的敏感程度不同。例如，用20 Gy的照射量作用于大鼠腹部，全部动物在3～5 d内死亡；作用于盆腔，只有部分动物死亡；作用于头颈、胸部，则不发生急性死亡。
（6）照射面积
当照射的其他条件相同时，受照射的面积愈大，生物效应愈明显。照射时即使部分屏蔽辐射敏感性很高的组织（如骨髓等），也可使总的损伤效应显著减轻，放射治疗正是应用这一规律，将全身照射时可以致死的剂量，局限于较小的面积（肿瘤部位），降低照射对正常组织的损伤，而对局部的肿瘤细胞达到最大限度的杀伤效果。
（7）照射方式
照射方式可分为外照射、内照射和混合照射。外照射可以是单向照射或多向照射，后者的效应大于前者，多向照射增强生物效应的原因是组织接受的照射剂量均匀。内照射的生物效应受放射性核素的理化性质、摄入途径、体内分布、代谢特点、半衰期、生物半排期等因素的影响。照射的几何条件对生物效应亦有影响，人体事故性照射由于几何条件不同造成身体各部位的不均匀照射，而不同组织器官的辐射敏感性又有较大差别，故不均匀照射的后果常因各部位的吸收剂量不同而异。(https://www.daowen.com)
5.1.3.2 与机体有关的因素
放射生物学的研究早就发现，当辐射的各种因素相同时，生物机体或组织对辐射的反应可有较大的差别，因此提出了放射敏感性的概念。放射敏感性（radiosensitivity）指当一切照射条件完全一致时，机体的组织、器官对辐射作用的反应强弱或速度快慢不同：若反应强、速度快，其敏感性就高；反之则低。目前对放射敏感性不同的原因尚无令人十分满意的解释，只知它与机体受辐射作用后所发生的破坏过程，以及机体的代偿适应反应和修复过程之间的相互作用有密切关系。目前研究发现种系、个体发育、组织细胞和生物分子水平四个因素对放射敏感性具有一定影响。
（1）种系的放射敏感性
不同种系的生物体对电离辐射的敏感性差异很大。一般来说，生物进化程度愈高，组织结构愈复杂，辐射敏感性愈高。微生物的致死剂量要比哺乳动物高千百倍。在脊椎动物中，哺乳动物的放射敏感性比鸟类、鱼类、两栖类和爬虫类高。哺乳类中各种动物的放射敏感性也有一定的差别。同一类动物中，不同品系之间放射敏感性有时也有明显差别，如人、狗、豚鼠的放射敏感性高于兔和大、小鼠的放射敏感性。
（2）个体发育的放射敏感性
哺乳动物的放射敏感性因个体发育所处的不同阶段而有差别，总的趋势是放射敏感性随着个人发育过程而逐渐降低。妊娠的最初阶段最敏感，在植入前期受照射最易引起胚胎死亡。胚胎器官形成期受照射胚胎死亡率降低，但先天性畸形的发生率很高。此后胎儿组织的辐射抵抗力增高，但中枢神经系统的功能变化较多见，如受日本原子弹爆炸照射孕妇所生子女调查发现，小头畸形和智力发育迟缓的发生率增高。出生后的个体发育过程中，幼儿比成年人的放射敏感性高，老年机体由于各种功能衰退，其耐受辐射的能力明显低于成年时期。
放射敏感性一般随个体发育过程而逐渐降低，幼儿的放射敏感性高于成年人，老年人对射线相对不敏感。
（3）不同组织器官的放射敏感性
在同一个体内的不同组织中，细胞的放射敏感性有明显的差别。有的学者在研究大鼠睾丸的辐射效应时，发现分裂的细胞（生精细胞）受辐射的影响比不分裂细胞（间质细胞）大，从而得出一种组织细胞的放射敏感性与其细胞的分裂活动成正比，而与其分化程度成反比的结论。一般来说，组织器官的分裂活动越旺盛，辐射敏感性越高，分化程度越低，辐射敏感性越高；反之亦然。据此，研究者将人体各种器官、组织细胞的放射敏感性划分为不同的类别。
①高度敏感器官、组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎组织等。
②中度敏感器官、组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺及肾、肝、肺的上皮细胞等。
③轻度敏感器官、组织：中枢神经系统、内分泌腺、心脏等。
④不敏感器官、组织：肌肉组织、软骨、骨组织和结缔组织等。
上述放射敏感性的类别并不是绝对的，会由于组织所处的功能状态不同或判断标准指标不同而有所变动。如一般情况下，分裂很少的肝细胞比不断分裂的肠上皮细胞的放射敏感性低，若同时照射10 Gy，前者仍保持形态的完整性，后者却出现明显的破坏。但若施行部分肝切除刺激肝细胞分裂，则引起两者同样效应的照射剂量十分相近。上述规律虽适合于大多数情况，但也有例外，如卵母细胞和淋巴细胞并不迅速分裂，但对辐射高度敏感。另外，上述放射性敏感程度均以形态学损伤为指标，但若以功能反应为指标可得出不同的结论，如成年机体中枢神经系统需较大剂量照射才能引起形态学的变化，但极小剂量照射就可引起神经系统功能的改变。
（4）亚细胞和分子水平的放射敏感性
同一细胞的不同结构的放射敏感性有很大差异。DNA是对射线敏感的生物大分子，因此细胞核的放射敏感性显著高于细胞质。3H__标记实验发现，细胞内大分子的放射敏感性依次为：DNA＞RNA（m RNA＞r RNA＞t RNA）＞蛋白质。RNA和蛋白质在整个细胞周期内持续合成，而DNA只在细胞周期的一部分时间（S期）内合成，且与其他分子相比，DNA分子数量有限，致使DNA分子损伤在细胞辐射效应中占有突出的地位。
除此之外，还有一些其他的机体因素会影响电离辐射生物效应，如性别、生理状态和健康状况等。一般来说，育龄雌性生物体的辐射耐受性稍大于雄性，这与体内性激素含量差异有关。机体处于过热、过冷、过劳和饥饿等状态时，对辐射的耐受性降低。身体虚弱和慢性病患者，或合并外伤时对辐射的耐受性亦降低。
5.1.3.3 与介质有关的因素
（1）温度
机体受照射时，其内外环境温度的变化，可直接影响放射生物学效应，称为温度效应（temperature effects）。例如，在进行放射治疗之前，先提高肿瘤组织局部温度，疗效得以明显提高。若在零度条件下照射新生小鼠，即使用致死量（8 Gy）X射线照射，存活率仍可达70%。温度改变影响效应程度的原因有几种可能：①温度造成动物体内氧状况的改变；②温度引起动物体内新陈代谢水平的改变；③在低温或冰冻状况下，溶液中自由基扩散受阻。
（2）氧浓度
受照组织、细胞或溶液系统的辐射效应随周围介质中氧浓度的增加而增加，这种现象称为氧增强效应（oxygen enhancing effects）。实验发现，大（小）白鼠在人工缺氧或予以吸入低氧空气时进行照射，死亡率显著降低。目前，为提高肿瘤组织对辐射的敏感性，在肿瘤局部注射血管扩张剂或让患者吸入3～4个大气压的氧气，以消除肿瘤组织中的“缺氧中心”，就是利用辐射“氧效应”这一特性来提高放射治疗效果。
（3）化学物质
在溶液体系中，由于其他物质的存在而使一定剂量的辐射对溶质的损伤效应降低称为防护效应（protection effects）。例如，某些激素和化学制剂对机体起保护作用，可降低机体的辐射敏感性，这对研究提高机体对辐射耐受性的“抗放药物”有着重要的现实意义。细胞的培养体系或机体体液中在照射前若含有辐射防护剂（radioprotectant），如含SH基的化合物，可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，减弱生物效应；反之，若含有辐射增敏剂（radiosensitizer），如亲电子和拟氧化合物，能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，提高辐射效应。目前，防护剂和增敏剂在临床放射治疗中都有应用，前者为保护正常组织，后者为提高放疗效果。