辐射的健康效应
组织构成
? 辐射在组织上的效应与每个组织的功能性构成有关。
? 组织常常编制成特化的细胞种类且有限制分裂的能力。
? 组织单位是由「永生不灭的」干细胞群体所新生与供给的。
组织效应与下列有关
? 细胞间的敏感度不调和
? 细胞群体的动力学：「急性」 vs. 「晚期」效应
? 干细胞比具有功能的成熟细胞有更高的辐射敏感性。
? 细胞死亡发生在细胞正分裂时。
? 杀死(停止其功能)未在分裂中的细胞需要非常大的剂量。
症状开始的时间与功能性细胞之生命间期的相互关联。
早期效应：干细胞是「靶」
? 效应发生在几天至几周后
? 迅速分裂的细胞类型
? 例子：皮肤表皮、肠胃道、造血系统
? 伤害可以被修复。干细胞再生迅速。
晚期效应：
? 效应发生在几个月至几年后。
? 缓慢增殖组织：肺脏、肾脏、肝脏、CNS
? 伤害不会完全修复
? 血管伤害或成熟功能性细胞是「靶」吗？
辐射效应显现的时间刻度
Gen eff
使寿命缩短
的癌症
胎儿
白内障
B BM GI CNS
延迟效应
急性效应
辐射曝露的慢性效应
细胞未被杀死，但受伤…..
? 白内障形成
? 遗传效应
? 对胎儿的影响
? 致癌效应(癌症)
人类的辐射曝露资料
日本原子弹爆炸幸存者
? 93,000 位幸存者
? 27,000 位没受原子弹爆炸曝露个体作为对照组来比较
? 原子弹爆炸范围内所在位置于剂量计算时也要考虑。
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RERF：辐射效应研究基金会
联合美-日研究基金会追踪所有幸存者之生活。www.rerf.or.jp
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全身辐射曝露：急性效应
先期征状症候群
? 恶心、呕吐
? 与剂量有关
? 在非常高剂量时于几分钟内有症状出现
中枢神经症候群(只有在非常高剂量时)
? 剂量 > 100 Gy
? 在几小时内死亡
? 造成原因仍不清楚(神经血管症候群)
肠胃症候群
? 剂量在 ~ 5 Gy 以上
? 在~ 3-10 天内死亡
? 恶心、呕吐、腹泻
骨髓症候群
? 剂量在 ~ 2 Gy 以上
? 在几周内死亡
? 免疫系统失效
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肠胃道上皮
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? 干细胞位于指状绒毛基底层的腺泡中。
? 成熟的细胞迁移至绒毛顶部。
? 通过时间；腺泡至顶部，~ 5-10天。
? 剂量 >10 Gy 会使多数在腺泡中的干细胞死亡。
? 在3-10天内死亡，绒毛剥离与扁平化。
? 若还有些腺泡细胞存活，则会再新生有功能的腺泡与增生绒毛。
造血系统
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干细胞多数位于骨髓之中。
干细胞对辐射非常敏感。
存活曲线显示只有一点或甚至没有肩部
D0 < 1 Gy
分次或低剂量率会造成一小间隔
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淋巴球对辐射较敏感(~0.3 Gy会损耗)
次数和细胞数目的减少程度与剂量有关。
3-4 Gy的全身剂量会抑制免疫系统。
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? 狗接受250 kVp x射线的均匀照射
? 剂量单位用仑琴(~ cGy)
? 在复原之前于幸存者与非幸存者之间的血液细胞反应非常类似。
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? 只有在一非常窄的剂量范围显示骨髓移植或许有所帮助。
? 剂量< ~ 8 Gy：多数人在加强医疗照护之下可以存活。
? 剂量> 10 Gy：多数人会死于肠胃道症候群。
? 若剂量> 10 Gy则会有肠胃道症候群且在3-5天内死亡。
? 剂量量测必须被评估。
? 若剂量在~ 7-10 Gy，骨髓移植可能有帮助。
皮肤
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上皮组织：早期反应之处
? ~ 100 μm厚(30-300 μm)
? 基底干细胞层
? 非分裂且已分化细胞层(10-20层)迁移至表面
? 在表面细胞角质化
? 脱皮：细胞表面的失去
? 转变时间，在表面的干细胞失去约 ~ 14天(12-48)。
真皮：晚期反应发生之处
? ~ 1,200 μm厚(1000-3000 μm )
? 在真皮中有血管网络(在表皮中没有血管)
? 纤维状结缔组织
在皮肤反应所观察到两波现象与照射后的经过时间有关。
? 早期：湿性脱皮，~ 10天，干细胞伤害，已分化细胞损耗。(单次给予~20 Gy)
? 晚期：真皮坏死～几个月后发生，血管受损且皮肤损伤。
红斑与落发
在毛囊内的细胞对辐射敏感。
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落发：有严重脱毛作用(有2/3的毛发失去)的人口比例与所受辐射剂量评估之关系。资料来自日本原子弹爆炸幸存者 (www.rerf.or.jp)。
皮肤反应的低限剂量
3 Gy 暂时性落发
6 Gy 红斑：皮肤发红，在几小时至几天后发生。
15–20 Gy 湿性脱皮与真皮坏死
遗传效应：对后代的影响
? 辐射剂量未产生「新的变异」。
? 辐射增加人口中立即发生的变异发生率。
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Fig. 11.1 in Hall, Eric J. Radiobiology for the Radiologist, 5th ed. Philadephia PA: Lippincott Williams & Wilkins, 2000.
倍增剂量：天然背景辐射增加2倍。
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表 11.2 in [Hall]
背景变异率 ~ 1-6%
辐射诱发的遗传疾病之风险估计在 0.6 × 10-2/Sv/每人
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图11.3 in [Hall]
剂量率效应资料来自于橡树岭国家实验室的「Mega mouse」实验。
对胎儿影响
? 致死效应
? 畸形
? 发育障碍
主要因素
? 剂量
? 在被照射时的生育年龄
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数据来自受孕后老鼠不同时间给予200 rads的照射。
曾受子宫照射的日本原子弹爆炸幸存者。
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生长迟缓：身高、体重与头围
心智迟缓：观察(只)怀孕8-15周时受照射的孩童。
在低至0.06 Gy之剂量仍观察到其效应。
白内障：在眼中正常透明的水晶体内可测知的任何改变。
决定性反应
? 细胞系由上皮的萌芽区(GZ)中的有丝分裂所产生。
? 在子午横列(MR)中分化成水晶体纤维。
? 在中心区(CZ)的细胞并未正常分裂。
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? 无血管供应。
? 没有机制来移除死亡或受损的细胞。
? 不正常的纤维移往水晶体后极，这是白内障发生的现象。
? 单次剂量> 2 Gy 会造成白内障。
? 分次给予和低剂量率会提高造成白内障之低限值至4-5 Gy。
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见Preston, Dale J., Yukiko Shimizu, Donald A. Pierce, Akihiko Suyama and Kiyohiko Mabuchi. 「Studies of Mortality of Atomic Bomb Survivors. Report 13: Solid Cancer and Noncancer Disease Mortality: 1950-1997.」 Radiation Research 160 (2003): 381-407.
辐射曝露之风险评估
超额风险：特定健康效应的超额案例与受到辐射曝露有关。超额风险可由几个方面来描述：
? 绝对风险：在一曝露人口与等量的未曝露人口中特定健康效应的发生率之差值。 (单位：每人-年-Sv之超额案例)
? 相对风险：在曝露与未曝露人口中发生率的比值(无单位)
? 超额相对风险(ERR)：发生率的比值和未曝露人口发生率之差异。(N.B., ERR =相对风险–1)
超额风险与下列相关：
? 辐射剂量
? 受曝露时年龄
? 受曝露时间
? 目前年龄
? 性别
风险评估通常以特定剂量做报告(时常以1 Gy或1 Sv)。
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子宫所受辐射剂量与相对风险关系图
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图 2
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图 1
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不同类型癌症的超额相对风险(ERR)图
评估之模式将曝露之年龄与性别算在内。
垂直虚线代表无超额风险。
垂直实线代表所有癌症的超额相对风险。
在1950与1990年间的癌症致死的生命期研究–有受明显曝露(> 0.005 Sv)之幸存者
剂量范围
因癌症而死亡数目
估计超额剂量
可归因之分率(超额生命期风险)
0.005-0.2 Sv
3391
63
2% (=100 × 63/3391)
0.2 – 0.5 Sv
646
76
12%
0.5 – 1 Sv
342
79
23%
> 1 Sv
308
121
39%
全部
4687
339
7%
超额生命期风险
? 根据观察癌症发生之日期
? 与剂量、曝露时年龄、性别有关
接受过急性剂量0.2 Sv以上之日本原子弹爆炸幸存者的生命期癌症风险。
曝露之年龄(年)
超额生命期风险
背景生命期风险
超额相对风险(ERR)
男
10
0.03
0.26
12%
(= 100 x 0.03/0.26)
30
0.02
0.28
7%
50
0.01
0.18
6%
女
10
0.05
0.19
26%
30
0.03
0.20
15%
50
0.01
0.15
7%
(资料来自 http://www.rerf.or.jp )
辐射效应的事件强度与癌症种类的癌症致死数目
位置
总死亡数
估计超额数
影响程度
胃
2529
65
强
肺脏
939
67
强
肝脏
753
30
强
子宫
476
9
和缓
结肠
347
23
强
直肠
298
7
弱
胰脏
297
3
弱
食道
234
14
强
胆囊
228
12
和缓
女性乳房
211
37
强
卵巢
120
10
强
膀胱
118
10
强
摄护腺
80
2
弱
骨骼
32
3
和缓
其它实质
948
47
强
淋巴
162
1
弱
Myeloma
51
6
强
? 统计上明显变化大，所有种类癌症的超额风险亦是。
? 支持辐射会增加所有种类癌症的风险之论点。
医学上的辐射：治疗与诊断
a)甲状腺：1930与1940年代曾对小孩以X光照射来缩小增大的胸腺。
b) 头皮轮癣：1940与1950年代使用X射线造成短暂性落发(几个Gy)，在治疗毛囊疾病上很有效。但却使甲状腺癌、血癌与脑瘤发生率增加。(在以色列有10,000位患者，在纽约有2215位患者)。
c) 在英国，约~14,000位天生有脊柱问题的病患如脊椎僵直性脊椎炎会做辐射照射以减缓疼痛，造成血癌发生率的增加。
d) 女性肺结核病患在重复于荧光透视检查之下显示乳癌发生率增加现象。
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图 10.5 in [Hall].
镭之罗盘画漆工
? 这作业一直到1925年才停止。226Ra(趋骨物)的摄入造成骨癌发生率的增加。
? 在事后分析调查，由骨骼中可分析出镭含量
? 注意，这里显示有一低限值，在这之下没有见到其效应。
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图 10.6 in [Hall].
低剂量辐射的风险为何？
所有人体资料皆是有关高剂量与在高剂量率下给予所得的…..
…..且向下外插至低剂量率下的低剂量区。
这是明显且持续有争议的原因。
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风险评估模式
? 直线无下限值
? 低限值
? 线性-二次方
模式的选择与评估风险对辐射防护而言有一连串的牵连。
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由高剂量率曝露外插到低剂量与低剂量率的资料。
低剂量率曝露明显地缺乏伤害问题。
这是第四条曲线吗??
激效
用以描述相对于高剂量致死的低剂量益处的状态之名词。(例如：镍、铬、荷尔蒙、紫外线)
辐射效应的示例：
? 辐射曝露是有害的。
? 在任何剂量下的辐射曝露皆有害。
? 在低剂量的效应无法由高剂量层次的效应来预测。
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图「Mortality risk from leukemia in Hiroshima and Nagasaki and dose-response curve」. After UNSCEAR (1994).
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b. LNT引述：
「本报告中的氡气子核种曝露的肺癌风险评估是由本委员会仅根据流行病学调查所推导。」 BEIR IV, p.6, 1988
激效反应：
降低住宅内氡气会增加肺癌氡气与其子代并减低肺癌死亡。环保署限制4 pCi/l并无合理的基础。由动物与矿工研究资料外插的值并不可靠。
Reducing radon in homes increases lung cancer radon and progeny reduce lung cancer deaths. The EPA limit of 4 pCi/l has no reasonable basis. Extrapolation from animals & miners is fallacious.
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一般公众看法倾向视为「有风险」
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参见Sandman, Peter. Explaining Environmental Risk: 「Important If True.」 Originallypublished by EPA’s Office of Toxic Substances, Nov. 1986. [2001.11.10更新，2004.03.29引用]. http://www.psandman.com/articles/explain1.htm
