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第二章 临床放射生物学概论 第一节 电离辐射对生物体的作用 一、辐射生物效应的时间标尺： 即不同生物效应的发生 时间顺序和过程。 1. 物理阶段：带电粒子与细胞原子间的相互作用，将原子中的电子电离，如果能量足够，就导致电离事件发生。每吸收1GY的照射剂量将发生超过105的电离。 特点：能量在组织细胞中沉积 2.化学阶段：电离和激发使化学键断裂和自由基的形成。 特点：清除反应。 3.生物阶段：早反应和晚反应。特点：损伤--修复--死亡 二.电离辐射的直接作用和间接作用 直接电离：如电子、质子和粒子等带电粒子被称做直接电离辐射线，它们具有足够的动能，在穿透物质时通过电磁作用直接与原子中的电子“碰撞”引起物质原子或分子电离。 间接电离：如中子和光子等不带电粒子是间接电离辐射线，本身不能使物质电离，只能与原子的壳层电子或原子核作用产生次级粒子如电子和反冲核等再与物质中原子相互作用引起原子电离。 电离性的生物效应 构成了射线治癌的物理基础。 应用在人体时又可分为： 间接效应 直接效应 1）间接效应： X线﹑Co60γ线和电子线均属低LET射线，它们对DNA的损伤以间接形式为主。 人体内含有70-90%的水，间接效应就是指射线先使水电离，所引起的生物效应产物再对人体 组织产生影响，故称作为“间接效应”。 在一般的水溶液中许多分子已处于一种电离状态 (H++OH-)，但这是一种动态平衡。 若受到射线照射则使水电离成H2O离子和 自由电子 ( H2O++e-)。这是一种不稳定的状态，寿命仅有10-10秒。这种离子很活跃，能形成 中性自由基(OH.，H.等)。这些自由基虽不带电荷是中性的，但外层轨道上有一个不配对的电子，故性质十分活跃，而且对生物靶的正常分子都能起到损伤作用。 这些自由基的寿命很短，仅为10-3秒。 射线使水电离产生的电子在不断碰撞中损失其大部分能量，当其能量降至100eV以下而未被捕获时，可以吸收若干水分子而形成水化电子(eag)。这又能引起一系列的辐射化学反应。 上述射线对水分子的作用并非平均分布于空间，而是在很小的体积（平均半径为15A0）内成“簇”的存在。每一“簇”内平均含有几个自由基。在这些小“簇”内氢自由基(H.)，羟自由基(OH.)，水化电子(e-ag)之间又可发生重新结合反应形成氢分子(H2)和双氧水(H2O2)。 上述各种自由基和分子统称为“水的原发辐射产物”。 射线照射 H2O-------H.+OH.+eag+H2+H2O2+H3O+ 产生水的原发辐射产物： 氢自由基(H.) 、羟自由基(OH.) 、水化电子(e-ag) 氢分子(H2) 、双氧水(H2O2 ) 、 水化氢离子（H3O+ H.和OH.自由基 及双氧水 H2O2对 生物组织均有毒性。 OH.和 H.作用可生成： RH+OH.------R.+H2O RH+H.--------R.+H2 RH代表人体组织的有机分子； R.有机自由基 有机自由基R.可使生物体组织产生不可逆损伤。 此时组织内有氧的话，则可进一步 形成有机过氧基下述反应： R.+O2------RO2. 生成物RO2.是一种有机过氧基，它使人体组织的有机分子（RH）造成的损伤很不容易修复。它能将放射性损伤固定下来，在有些情况下还能产生链锁反应，从而使损伤涉及到更多的原始生物有机分子RH； RO2.+RH------RO2H+R. 从上述反应方程我们可以看到肿瘤组织内富氧细胞和乏氧细胞为什么对放射性射线敏感性不一样。这就是乏氧细胞对射线不敏感的原因。 双氧水（H2O2）由于结构相对稳定，所以对生物组织的毒性就更大。 2) 直接效应 就是指射线对生物有机分子的直接电离作用。这种作用同样能产生对生物组织有害的有机自由基R.。 射线照射 RH----------RH++e-------R.+H++e- 有机自由基R.在有氧的情况下同样能生成有机过氧基RO2.，它能使生物体造成更多的损伤。 放射性射线对生物体的电离作用 （直接效应和间接效应）能产生有害的 自由基（H.,OH.