第五节　X线对人体的危害

一、辐射的生物效应

（一）电离辐射生物效应的基本概念

电离辐射产生多种类型的生物效应，如辐射致癌反应、辐射遗传效应、组织反应、非癌症疾病、出生前照射的效应等。

组织反应，过去称之为非随机效应和确定性效应，是由大剂量照射引起，并且存在阈值量。随机效应包括癌症以及遗传疾患，没有阈值剂量，其发病率与剂量成正比。所有组织反应都是躯体效应（发生在受照个体身上的效应），而随机效应可以是躯体效应（辐射在受照者体内诱发的癌症），也可以是发生在受照者后代身上的遗传效应。

（二）致癌效应

1.概念

随机性效应指致癌效应和遗传效应，一般来说术语随机性效应与致癌效应、遗传效应是同义词。

电离辐射能量的沉积是一个随机过程，甚至在非常小剂量的情况下也可以在细胞内的关键体积内沉积足够的能量，从而引起细胞的变化或细胞死亡。一个或少数细胞被杀死，在一般情况下对组织不会产生后果，但单个细胞的变化，如遗传变化，或最后导致恶性肿瘤的变化则具有严重后果。由一个细胞的变化导致的这些效应则是随机性效应。致癌效应是随机性效应，其发病率随剂量的增加而增加，不存在剂量阈值。

2.癌症发生的4阶段模型

联合国原子辐射效应科学委员会（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation，UNSCEAR）在2000年的报告中，将辐射致癌过程分为4个阶段，即肿瘤形成的始动、肿瘤形成的促进、肿瘤转化和肿瘤形成的进展。

（1）始动：

对肿瘤发生具有潜在作用的基因突变，导致相应靶细胞产生不可逆性变化。

（2）促进：

肿瘤的发生受细胞内、外环境的影响。因为始动突变的表达不仅取决于与其他内源性突变的相互作用，还取决于那些暂时能改变特定基因模式的因素，其结果是，导致细胞生长潜能的提高或细胞间通讯过程的脱钩。这将使肿瘤始动细胞接受超常生长刺激，开始以半自主方式增殖，使组织中癌前损伤得以克隆化发展。

（3）转化：

肿瘤细胞恶性转化到更加严重程度的发展状态。

（4）进展：

肿瘤性疾病的进展可能会出现一些转移性变化，它们会促进侵害局部正常组织，并促进肿瘤细胞进入血液或淋巴系统，导致原发部位以外继发肿瘤。

（三）遗传效应

1.概念

辐射遗传效应是通过对生殖细胞遗传物质的损害，使受照者后代发生遗传性异常，它是一种表现于受照者后代的随机性效应。传统上将遗传疾病分为三类：单基因遗传病、染色体畸变病和多因素病。

2.辐射遗传危险的估算方法

辐射遗传危险的估计有两种方法，一是直接法，二是间接法（加倍剂量法）。它们大致分别相当于辐射致癌估计中使用的绝对和相对方法，或相加和相乘危险预测模型。由于直接法包含更多的不确定因素，因此，当前对辐射遗传危险的估算方法主要使用间接法。

加倍剂量法（间接法）是指为使在一个世代中产生的突变数等于其自然情况下发生的突变数时所需的辐射剂量。加倍剂量法假定突变率与遗传疾病发病率成正比，照射剂量与遗传效应之间成线性关系。由于在小剂量、低剂量率下才有可能保持线性剂量响应关系，所以加倍剂量法只适用于小剂量、低剂量率引起的辐射遗传危险。

ICRP在2006年的建议书草案中，推荐遗传效应的危害调整标称危险系数，整个人群和成年工作人员分别为0.2×10-2Sv-1（20例每万人Sv）和0.1×10-2Sv-1（10例每万人Sv）。

（四）组织反应

1.概念

在较大剂量照射全部组织或局部组织的情况下，大量细胞被杀死，而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补偿，由此引起的细胞丢失可在组织或器官中产生临床上可检查出的严重功能损伤，所观察到的效应的严重程度与剂量有关，因而存在剂量阈值。这种照射引起的效应即为确定性效应。

因为辐射杀死细胞本身是一个随机过程。所以，新的观点认为过去把因大量细胞死亡造成的损伤称为非随机性效应并不合适。ICRP第60号出版物中用术语“确定性效应”取而代之，意思是“由已发生的事件所确定的结果”。2006年ICRP在其建议书草案中，将确定性效应也称为“组织反应”，确定性效应与组织反应作为同义词在该建议书草案中使用。

2.组织反应或确定性效应的剂量阈值

不同器官或组织对电离辐射的反应各不相同，卵巢、睾丸及眼晶体均属最敏感的组织。皮肤辐射损伤受到重视主要起因于穿透力较低的β射线和X线的外照射，因为当受到穿透力较高的X线和γ射线照射时，更重要的损伤是发生在深部器官而不是体表。

性腺、骨髓、眼晶体及皮肤的确定性效应的阈剂量见表1-2。不论是大剂量急性全身照射，还是大剂量局部放射治疗，都可引起体内其他功能系统损伤，出现相应的功能障碍。

二、影响辐射损伤的因素

影响电离辐射生物效应的因素主要来自两个方面：一是与电离辐射有关的因素，二是与受照机体有关的因素。

（一）与电离辐射有关的因素

1.辐射种类

在受照剂量相同时，因辐射的种类不同，机体产生的生物效应不同。

2.吸收剂量

辐射的损伤主要与吸收剂量有关。在一定范围内，吸收剂量越大，生物效应越显著。

3.剂量率

剂量率越大，生物效应越显著。这是因为高剂量率的照射使机体对损伤的修复作用不能充分体现出来所致。

4.分次照射

当总剂量相同时，分次愈多，各次照射时间间隔越长，生物效应越小。

5.照射部位

当吸收剂量和剂量率相同时，机体受照的部位不同，引起的生物效应也不同。

6.照射面积

其他条件相同时，受照面积越大损伤越严重。以同样的剂量照射全身，可能引起急性放射病，而照射局部一般不会出现全身症状。

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，多向照射引起的效应大于单向照射。

（二）与机体有关的因素

在相同的照射条件下，机体不同，对辐射的反应也不同，即敏感性不同。

1.种系

不同种系的生物对辐射的敏感性差异很大。总的趋势是种系演化越高，组织结构越复杂，辐射敏感性越高。

2.个体及个体发育过程

即使是同一种系，由于个体差异，辐射敏感性也不相同。同一个体的不同发育阶段，辐射敏感性也不相同。总的趋势是，随着个体的发育过程，辐射敏感性降低，但老年的机体又比成年敏感。

三、组织对X线照射的感受性

同一个体的不同组织、细胞的辐射敏感性有很大差异。

人体对辐射的高度敏感组织有淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、乳腺、性腺和胚胎组织等。

中度敏感组织有感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等。

轻度敏感组织有中枢神经系统、内分泌腺、心脏等。

不敏感组织有肌肉组织、软骨、骨组织和结缔组织等。

四、慢性小剂量照射的生物效应

近年来小剂量辐射生物效应的研究取得了一些新进展，如旁效应、基因组不稳定性和适应性反应等。人们认识到小剂量辐射效应的多样性和复杂性，机体对辐射的反应是群体现象，而不仅仅是单个细胞对辐射损伤的累积反应。

国际放射防护委员会（ICRP）建议，将辐射产生的生物效应分为随机性效应和确定性效应（组织反应）。

（一）随机性效应

指辐射生物效应发生的概率与剂量的大小有关的效应。不存在剂量的阈值。任何微小的剂量也可引起随机效应。遗传效应和致癌效应属于随机性效应。

电离辐射照射，即使在低剂量情况下也可以引起对细胞内核（遗传）物质的损伤，从而很多年之后诱发癌症形成，或在未来几代中出现遗传疾病。

（二）确定性效应

确定性效应的发生概率随剂量变化，存在着剂量的阈值，如眼晶体白内障、皮肤的良性损伤等。

在比防护体系所推荐的剂量限值高得多的剂量范围内，特别是在事故情况下，辐射照射可能引起确定性效应（组织反应），这些效应是由于器官或组织的完整性和功能性受到损伤而造成的。超过剂量阈值时，就会出现临床上可观察到的损伤，任何损伤的程度不仅取决于吸收剂量和剂量率，还与辐射的质有关。辐射损伤的表现因组织和器官的不同而有所差异，这取决于细胞的辐射敏感度、分化细胞的功能、细胞的组成，以及细胞的修复能力。细胞繁殖能力的丧失、纤维化过程的发展，以及细胞的死亡在绝大多数组织反应的致病中起着核心作用。早期组织反应，主要发生在造血组织、消化道内膜细胞、皮肤的基底细胞层及男性精子细胞；晚期组织反应，可能与对血管或对所有器官和组织及眼晶体功能的损伤有关，这类损伤可以在辐射照射之后的几个月，或者几年之后显现出来。

五、辐射效应的危险度

在受小剂量、低剂量率辐射的人群中，引起的辐射损害主要是随机性效应。它用危险度（或称危险系数）来评价辐射损害的危险程度。

所谓危险度，即单位剂量当量（1Sv）在受照的器官或组织中引起随机性效应的概率。辐射致癌的危险度，其损害的概率用死亡率表示；遗传性损害的危险度用严重遗传疾患的发病率表示。

人体受辐射的危险度主要与组织对辐射的敏感度以及辐射种类和能量有关。为此，国际放射防护委员会提出了辐射权重因子与组织权重因子的概念。

（一）辐射权重因子

在辐射防护中关注的不是某一点的剂量，而是某一组织或器官的吸收剂量的平均值，并按辐射的品质加权，此权重因子称为辐射权重因子（radiation weighting factor，WR）。对于特定种类与能量的辐射，其权重因子的数值是根据生物学资料由ICRP选定的，代表这种辐射在小剂量时诱发随机效应的相对生物效应（relative biological effectiveness，RBE）的数值。

在X线摄影的能量范围内，其辐射权重因子（WR）为1。

（二）组织权重因子

随机效应的概率与当量剂量的关系还与受到辐射照射的组织或器官有关。因此，从辐射防护的目的出发，需要再规定一个由当量剂量导出的量，以表示整个机体所受危害的大小。

对组织或器官（T）的当量剂量加权的因子称为组织权重因子（tissue weighing factor，WT），反映的是全身受到均匀照射下，各组织或器官对总危害的相对贡献。换句话说，它反映了不同组织或器官对发生辐射随机效应的敏感性。

应当指出，辐射权重因子与辐射种类和能量有关，与组织或器官无关；而组织权重因子的数值决定于被关注的组织或器官，与辐射种类和能量无关。

具体的组织权重因子在ICRP2007年第103号出版物作出新的规定（表1-3）。其中特别需要特出的是乳腺组织的组织权重因子从0.05提升到0.12（一级），而性腺从0.20降至0.08。对此，我们要提高对乳腺X线摄影受检者辐射剂量的重视程度。

（三）有效剂量

有效剂量（effective dose，E）定义为人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因子之后的求和。

有效剂量的SI单位为焦耳每千克（J·kg-1），专门名称为希沃特（Sievert，Sv）。

需要注意的是，有效剂量是用于辐射防护管理的一个基本概念，可以用来对不同照射情况进行定量比较。但是，不能用来对辐射照射所导致的生物效应或辐射危险度进行直接评价。

在辐射防护的定量分析中，最常用的是有效剂量和吸收剂量。有效剂量是用于定量描述各种辐射对人体产生的随机效应的唯一的量。有效剂量的计算都是基于人体和其组织、器官的参考值，而不是具体个人的数据。有效剂量数值不是针对具体个人的剂量，而是相对于标准参考人估算出来的。所谓参考人，广义上讲包括辐射从业人员，也包括公众人员。权重因子的选取也是对工作人员和居民以及男女的平均值。所有参考值和权重因子是基于测量、流行病和实验数据基础上确定的。