电离辐射电离辐射诱导机体产生有益的健康效应和健康影响(图)

自1895年伦琴发现X射线以来，对电离辐射的研究不断深入，应用领域不断扩大。近年来，电离辐射车祸频发，对人类健康和环境造成危害，引发公众对辐射的焦虑，也促使人们对电离辐射的生物学效应和健康效应进行研究。最初的研究主要集中在电离辐射对人体的有害影响上。随着科技的进步和防护水平的提高，大剂量辐射的危害越来越小，人们在工作和环境中都受到辐射的影响。主要是低剂量辐射。低剂量电离辐射与中、高剂量电离辐射的效果有着本质的不同。近年来，研究发现，只有低剂量的电离辐射才能对身体产生有益的健康影响。通过介绍电离辐射的来源、生物学效应和健康效应，分析低剂量电离辐射引起的激动效应和适应性反应，以指导人们面对电离辐射，消除辐射焦虑。

辐射史

辐射的定义

辐射是能量以粒子或电磁波的形式在空间中传播的过程。例如，太阳向月球辐射光能，火焰向周围辐射热能。所谓粒子辐射包括放射性同位素发射的α粒子、β粒子和正电子。 γ同位素发射的γ射线和X射线管发射的X射线属于高频电磁波，具有波粒二象性，又称光子。当粒子或光子的能量小于12eV时，会引起原子的电离，称为电离辐射。能量高于12eV的辐射不能引起原子的电离，称为非电离辐射，狭义为电磁辐射。辐射，例如与中国联通通信相关的微波辐射。下面主要介绍电离辐射的生物效应和健康效应。

电离辐射的应用及危害介绍

X 射线是伦琴在 1895 年发现的，不久人们就意识到电离辐射对健康有害。 1896 年 1 月末，格鲁伯在英国制造 X 射线管和进行 X 射线实验时，手上长了疥疮，因此晚年接受了部分切除手和手臂的放射治疗。 1896 年 3 月，俄罗斯的爱迪生在改进 X 射线管和制造 X 射线透视装置时，在观看数小时后眼睛疼痛，导致结膜炎。 1896年4月，法国的丹尼尔用X光片确定颅骨内异物的位置时，发现X光片对头发有脱毛作用。 1896 年 7 月，美国的马修斯描述了导致脱毛和痤疮的 X 射线。 20世纪初，由于X射线的辐射危害未被认识，人们习惯于用大剂量的X射线照射去除女性身上的毛发。后来，男性皮肤上出现雀斑、色素沉着、感染、溃疡，甚至皮肤癌。 .

1898 年，居里夫妇发现了镭。 1899年4月，美国化学家贝克勒尔从居里夫妇那里借了少量镭盐，将装有镭盐的小罐子装进口袋。走了几个小时后回到他的实验室，几天后他口袋旁边的皮肤被冻伤了，他后来说：“我喜欢镭，但我也讨厌它”。多年从事镭等放射性物质研究的居里夫人，身体被过度照射，造血组织被辐射严重损伤。她于 1934 年 7 月死于肺癌。她的儿子艾琳·居里，人工放射性核素的发现者，也死于肺癌。 20世纪初，夜光表盘上涂有镭的女工用嘴舔着沾有镭粉的笔尖，摄入镭粉发出的α粒子和伽马射线，导致很多工人患严重的冠心病。

从1930年到1960年，医学界将放射线视为一种时尚的诊断和治疗手段，但对放射线的长期影响缺乏了解。患者接受高累积剂量并诱发过度的癌症和骨损伤。 、肝癌和其他恶性脑瘤。 1960年代以后，人们对辐射危害的健康意识逐渐加深，防护力度不断加强，辐射危害越来越小。

科学家发现，辐射对人体的危害与照射剂量有关。如果发生车祸，大剂量的暴露会导致健康危害，例如死亡、癌症和急性放射病。大多数人暴露于自然辐射和人工辐射。剂量通常不超过，属于低剂量照射，对健康的危害甚微，甚至有益。

电离辐射源

根据辐射源，电离辐射可分为自然辐射和人工辐射。自然辐射包括宇宙射线、宇宙成因放射性同位素和初级放射性同位素。宇宙线的硬度随着海拔的升高而降低，因此高原地区的人受到的宇宙线剂量比平原地区的人高。在海平面上，人类受到的宇宙射线年平均剂量约为0.3mSv，但生活在高海拔地区（如中国西藏）的公民所接受的年剂量是生活在海平面附近的人数次。在客机飞行的高度，宇宙射线比地面坚硬得多，而在洲际航线的巡航高度，剂量率可以达到地面值的 100 倍。铀238、铀235、钍232、镭226、氡22<@在沉积物、岩石、水和陆地上的自然8、钾40可以发射射线，这种自然射线的照射就是自然本底辐射。在世界某些地区，由于地表层富含高含量的铀和钍，地表伽马射线剂量低于通常地区，称为高背景区，如美国的喀拉拉邦、大西洋沿岸巴西和中国云南省。化州部分地区。天然辐射源对成年人的年平均有效剂量约为 2.4mSv。

人工辐射的主要来源是核设施辐射、核技术应用和核爆炸。西医检测和诊断的辐射是最大的人工辐射源。医疗照射始于诊断 X 射线检测、将放射性同位素引入体内的核医学以及放射治疗过程。日本接受的医疗照射剂量约为3.0mSv/y，早已超过2.4mSv/y的自然辐射照射量。目前，我国人均医疗照射剂量约为0.6mSv/y，虽然这个数字并不高，但近年来增加趋势明显。

电离辐射的生物和健康影响

体内电离辐射的机理

电离辐射对生物大分子的作用分为直接作用和间接作用。直接作用是指射线的能量直接作用于生物分子，导致生物分子的电离和爆裂，破坏蛋白质、核酸、酶等生物大分子的结构和功能。大剂量照射时，处于间期的细胞会因细胞损伤而立即死亡。间接作用是指射线首先作用于水，导致水分子活化，产生自由基，进而作用于生物分子，造成破坏。电离辐射对人体形成的作用主要是通过诱导机体的电离反应产生自由基，产生的自由基会导致人体分子、新陈代谢、基因等方面的变化。这个过程会根据电离辐射暴露的时间长短，在体内引起微损伤、细胞死亡、辐射致癌等现象。

电离辐射在体内的生物效应

电离辐射可诱发基因突变。如果突变发生在体细胞中，可能会诱发肺癌、皮肤癌、肺癌等多种疾病。如果对性腺进行辐照，则生殖细胞发生突变，这将导致后代智力低下和智力低下。先天畸形等遗传效应。电离辐射诱发的疾病和遗传效应没有阈值，发生概率与辐射剂量成反比，称为随机效应。在发生车祸时，大剂量辐照导致更多的细胞死亡或重伤，细胞数量减少或功能受损，从而影响受照组织器官的功能，表现为确定性效应，如如急性放射病和造血功能障碍。辐射在分子、细胞、组织和器官水平上的生物学效应见图1。

图1 辐射生物效应示意图

电离辐射对人体形成的健康影响

生物效应是对环境刺激或变化的可测量反应。这种变化不一定对您的身体健康有害。比如听音乐、看书、吃苹果，都会形成一系列的生物效应。而且这些活动都不会被怀疑有健康风险。那么，人们日常接触电离辐射对人体健康有影响吗？电离辐射因其悲惨的车祸历史和其自身的隐蔽性而使人们感到恐惧。虽然，电离辐射对人体的有害影响一般发生在中高剂量的情况下。中高剂量电离辐射主要包括核辐射、伽马射线和强紫外线。当人体暴露在这种高剂量的电离辐射下时，如果防护措施不当，暴露剂量超过一定限度，辐射会对人体产生有害影响，主要导致一系列的辐射病。患者的器官和系统发生病理和智力变化，其中神经系统、消化系统和造血器官的变化最为显着。电离辐射对机体的损害可分为急性辐射损伤和慢性辐射损伤。急性辐射损伤是由于一次或短时间内受到大剂量辐射而引起的，多发生在交通事故中；慢性辐射损伤是由常年小剂量照射引起的，常年发生在医疗辐射照射的工作人员中。

电离辐射无处不在，即使不像电磁辐射那样与人相关。人们晒太阳时会受到紫外线辐射，飞行机组人员和宇航员会受到宇宙辐射，而寻求医疗的患者和放射科医生也会受到医疗辐射。由于辐射量有限，只要保护得当，这种辐射不会对人体健康造成严重危害。

根据2010年日本一项关于人体吸收辐射量的来源统计，人体通过医疗、自然环境、宇宙射线和电子产品吸收的辐射量不到1/2吸收的辐射总量。日常生活中经常遇到的最无法避免的医疗辐射、安检扫描、阴极射线显像管等都是低剂量电离辐射。那么，如何区分低剂量和高剂量电离辐射呢？

低剂量电离辐射对生物和健康的影响

低剂量电离辐射致畸风险与线性无阈值模型

低剂量电离辐射在学术界没有严格的定义。国际辐射防护委员会，第 60 号出版物死亡射线，1991 年，建议辐射剂量高于 0.2Gy，或剂量低于 0.2Gy 但剂量率高于 0.1Gy/h是低剂量电离辐射。在低剂量辐射风险评估中，2006年日本等国将等效剂量大于、剂量率大于0.1mSv/min的辐射定义为低剂量辐射。

大多数人的自然辐射和人工照射剂量通常不超过，属于低剂量电离辐射。例如，中国台山高本底辐射区居民人均辐射剂量仅为每年1.96mSv，切尔诺贝利事故后清理人员人均辐射剂量为每年50mGy，低剂量电离辐射是一种微弱的环境刺激物，通常不会造成明显的组织损伤和严重的器官功能障碍。人们主要关注低剂量辐射的遗传效应和辐射致畸风险。关于低剂量（率）辐射的遗传效应，在分离的细胞和植物实验中仅发现遗传效应显着降低，但在人群流行病学调查中未发现遗传效应显着降低。科学界的一个主要问题是低剂量辐射的致畸风险。

目前，低剂量辐射致畸风险分析采用线性非阈值模型（non-，LNT），即辐射致畸没有剂量阈值，辐射诱发疾病的概率呈反比与辐射剂量成正比。此外，最近对低剂量辐射诱导的激动和适应性反应的发现导致了对 LNT 模型的批评。 2005年日本理科大学和医科大学的联合报告强调线性无阈值模型不适合

低剂量辐射的激动作用

激动作用()是指细胞或生物体对环境因素刺激的双相反应，即低剂量的环境因素刺激细胞或生物体，会形成与高剂量刺激相反的作用。激动作用最初是指小剂量化学毒物的刺激作用。 19世纪，微生物学家观察到重金属和有机溶剂对酵母菌生长的促进作用后，认为这些现象可能在各种物理物体和活体中普遍存在，于是提出了Arndt-，即，弱刺激加速活力，中度刺激加速活力。强刺激促进活力，强刺激抑制活力，但刺激太强会导致死亡。

低剂量辐射可激活细胞内低毒的防御性表观遗传信号，下调与健康相关的基因表达，诱导应激蛋白形成，清除自由基，提高DNA损伤修复能力，诱导细胞通过自噬或内源性颗粒清除癌前细胞和突变细胞，有利于细胞抵抗辐射损伤，增加辐射引起的疾病和非癌症疾病的发病率和死亡率，减缓神经退行性疾病的发生，延长个体寿命。

许多辐射流行病学研究也支持低剂量诱导的激动作用对健康有益的观点。我国高本底辐射研究发现，高本底地区公民平均受照剂量为2.31mSv/y，明显低于对照区居民平均受照剂量0.96mSv /y,但40~70岁高背景地区公民的死亡率和发病率明显高于对照组。法国、埃及、伊朗和土耳其等高背景地区公民的自然照射剂量是日本公民平均自然照射剂量的20倍。有所增加。

美国科技大学 2005 年发表的一份报告系统地总结了低剂量暴露对健康的有益影响：1）南斯拉夫马亚克核设施的 21,500 名放射性钚工人的实体癌发病率增加;2）cut 伯贝利核事故后，清理场地的 8,600 名工人平均受到高达 500 mGy 的辐射剂量，但该人群的总体癌症死亡率比该地区普通人群低 12%前南斯拉夫； 3）3个国家96,000名核设施工作人员受到总剂量超过400 mSv的照射，但癌症死亡率仅为预期值的一半； 4）放射科医师和技术人员在超过 20 年的时间内暴露于超过 200 mGy 的剂量下，发病率没有显着降低； 5）46,740 名飞行机组成员（大部分来自法国）暴露于超过 1.5mGy/y 的剂量，但疾病发病率没有降低； 6）在被诊断为 辐射的患者中，重复暴露高于未降低癌症发病率； 7）200 万在切尔诺贝利事故后暴露的儿童中没有出现额外的乳腺癌风险。

日本某机构对 1897 年至 1997 年在诊所接受放射治疗的肺结核和甲状腺癌患者的死亡风险进行了分析。结果显示，医疗照射剂量为 0.75~2. 的患者00Gy 疾病死亡风险显着增加，呈现显着的激动作用曲线。

各种医学诊断病原体和受试者的吸收剂量见表1。从表1可以看出，绝大多数放射诊断引起的吸收量在100 mGy以下，属于低剂量电离辐射，这会导致搅动效应。因此，在放射学诊断中无需过多担心辐射致畸的风险。 .

表1 医用辐射剂量及其激动作用

比较德国山区和英国东北部每 105 人每年死于疾病的人数表明，生活在高海拔山区的德国人受到的氡辐射是生活在东北部州的人的五倍，但疾病和癌症的死亡率相对较低（表2），可能是由于山区居民低于正常水平的氡暴露引起激动作用，增强的DNA损伤修复能力增加了细胞的自发突变率，不仅通过自噬清除自发转化的癌前细胞，增加发病率和死亡率。

表2日本山区和东北部地区疾病死亡人数比较

低剂量辐射诱导的适应性反应

适应性反应（，AR）是指在预先给予低剂量的基因毒性刺激剂后，保护生物体免受随后暴露于高剂量相同或相似刺激剂的影响，显着降低高剂量暴露造成的损害。低剂量电离辐射引起的适应性反应是指预先给予机体低剂量辐射，使机体对随后的高剂量辐射形成抵抗，减少高剂量辐射造成的损伤。

1984 等人报道了低剂量辐射诱导的适应性反应。在他们的实验中，他们发现人外周血淋巴细胞在富含3.7kBq/ml3H-TdR的放射性培养基中培养，然后用射线照射，结果表明-诱导的染色体畸变率射线比预期值低 70%。 %。从那时起，科学家们使用不同的实验方式研究了低剂量辐射诱导的适应性及其机制。

低剂量辐射诱导的适应性反应类似于激动效应。从辐射生物效应的形成过程来看，低剂量辐射和大剂量辐射对生物体的影响本质是相同的，即辐射粒子（光子）引起生物大分子的电离。 ，产生生物大分子的结构。和功能变化，这些单位剂量辐射引起的体内平衡的“微损伤”或“微扰动”触发细胞的防御功能，即降低活性氧清除能力，提高DNA损伤修复这些防御机制可以持续数小时至数周，在此期间有机体暴露于高剂量的辐射或暴露于其他有害触发因素，防御机制的持续存在减少了损害由高剂量的有害触发因素引起，例如通过 DNA 损伤修复增加了突变的发生，并通过提高机体的免疫力和增加自噬来消除其他诱因诱导的癌前或转化细胞来降低疾病的发生率。可以说，低剂量辐射引起的激动效应和适应性反应是对低剂量电离辐射损伤的“过度修复”和“延长修复”。

每个人都知道吸烟会导致癌症。低剂量辐射对身体造成“微损伤”，刺激身体的保护功能，破坏修复功能，可以降低因吸烟而患癌症的风险。调查发现，暴露于

结论

人们生活在辐射环境中，自然暴露和医疗暴露是不可避免的。在个别车祸的情况下，大剂量的辐射确实会对人体造成伤害。而且，只要采取适当的防护措施，在使用辐射的同时，辐射的危害也可以增加到人体可以接受的程度。大多数普通人所接触的环境自然照射和医疗照射都是低剂量照射死亡射线，对人体健康几乎没有或没有危害。研究表明，低剂量辐射引起的激动和适应性反应也对人类健康有益。因此，人们必须正确认识辐射，消除焦虑，让辐射在医学、工业和科研领域造福人类。

国家自然科学基金资助项目()

参考文献（略）

作者简介：曹毅，公共卫生大学医学院院长，上海研究所，研究方向为放射药理学；谢文（共同第一作者），公共卫生大学，医学院，上海研究所，硕士研究生，研究方向为放射药理学注射药理学。

注：本文发表于2018年第15期科技导报，敬请关注。