辐射反应和辐射损伤

辐射反应和辐射损伤

由电离辐射所致的急性, 迟发性或慢性的机体组织损害.

电离辐射(如X 线, 中子, 质子, α或β粒子, γ射线) 可直接或通过继发反应损害组织. 大剂量辐射可在数天内产生可见的身体效应. 小剂量所致的DNA 变化可使被照射者产生慢性疾病, 使他们的后代发生遗传学缺陷. 损伤程度与细胞的愈合或死亡之间的关系十分复杂.

有害的电离辐射源包括用于诊断和治疗的高能X 线, 镭和其他天然放射性物质(如氡), 核反应堆, 回旋加速器, 直线加速器, 可变梯度同步加速器, 用于治疗癌肿的密封的钴和铯以及大量用于医学和工业的人工产生的放射性物质.

从反应堆意外地泄漏大量辐射的事故已有数次, 例如, 最广为人知的1979年发生于宾夕法尼亚州三里岛的事故和1986年发生在乌克兰切尔诺贝利事故. 后者导致30多人死亡和很多放射损伤；大部分东欧及部分西欧地区, 亚洲和美国都能测到显著的放射性.

常用的测量单位是伦琴, 戈瑞(Gy)和希沃特(Sv).伦琴(R)是空气中x 或γ电离辐射的计量单位, 戈瑞是被各组织或物质吸收的能量计量单位, 它可应用于各类辐射.R 和厘戈瑞(cGy)基本上是相等的. 在说明生物学效应时,Sv 与经质量因子校正的Gy 相等. 因为对一定量的能量而言, 不同类型的辐射可产生不同的生物学效应；例如, 中子有较大的效应. 对X 和γ辐射,Sv 与Gy 相等. 在现代术语中Gy 和Sv 已替代拉德(rad)和雷姆(rem),Gy＝100rad,Sv ＝100rem. 在非专业刊物中常常将辐射分为低水平辐射(0.2~0.3Gy)和高水平辐射(＞0.3Gy). 而医学剂量一般为＜0.05Gy, 而且常常＜0.01Gy. 地球及其大气的本底放射活性水平很低, 而不能测知其效应(表278-1) .

身体或遗传的效应取决于几种因素, 包括总剂量和剂量率(放射剂量/单位时间). 随着总剂量或剂量率的增加, 可测到效应的可能性也增加. 单剂快速照射几个Gy 后很容易观察到明显的生物效应；但若在数周或数月内给相同剂量的Gy, 则可被机体耐受而且可测到的急性效应很小.

放射效应还取决于被照射的身体面积, 全身1次吸收2Gy 不致死；但当整体剂量达到4.5Gy 时, 死亡率约为50%(LD50)；而在很短时间内所给整体剂量＞6Gy 时, 几乎肯定致死. 相反, 若长时间内给小区域组织(如癌肿治疗) 照射数10Gy, 则仍可耐受.

在机体内的剂量分布也很重要, 一般细胞转化越快, 对辐射的敏感性越大. 淋巴细胞最敏感, 其他依次为性腺, 增殖的骨髓细胞, 肠上皮细胞, 表皮, 肝细胞, 肺泡和胆道上皮细胞, 肾上皮细胞, 内皮细胞(胸膜和腹膜), 神经细胞, 骨细胞和肌肉及结缔组织. 放射治疗时, 敏感区域(如肠, 骨髓) 加以防护, 而可接受高整体剂量, 否则可致死.

病理生理学

给足够高的剂量照射后, 可发生细胞坏死. 高的亚致死剂量可通过降低有丝分裂率, 减缓DNA 合成或使细胞变成息肉状, 而干扰细胞的增殖. 连续进行更新的组织(如肠上皮, 骨髓, 性腺) 经辐射后可产生剂量依赖的进行性再生不良, 萎缩, 最终纤维化. 某些受损但仍能进行有丝分裂的细胞, 在其死亡前还可经1或2个生殖周期, 产生异常的后代(如巨大晚幼粒细胞, 分叶过度的嗜中性白细胞).

＜100mGy 剂量的身体和遗传学效应, 通常用高剂量研究结果的线性外推法来估计, 因为很低剂量的生物学效应的客观资料很少. 某些学者假设了阈值效应, 但尚未充分阐明. 有报道称, 另加极低剂量照射的动物存活时间比仅仅接受本底照射的动物的存活时间长.

症状和体征

急性辐射综合征 根据剂量, 剂量率, 身体部位和照射后时间, 该综合征可分为大脑, 胃肠道和造血系统三种类型.

大脑综合征由极高整体剂量(＞30Gy) 辐射所致, 几乎都是致死的. 该综合征有3个阶段：表现为恶心和呕吐的前驱期；倦怠和嗜睡, 程度上从淡漠到虚脱(可能因脑内非细菌性炎症灶或辐射产生的毒性产物所致) ；震颤, 抽搐, 共济失调, 最后在数小时至数天内死亡.

胃肠道综合征由整体剂量≥4Gy辐射所致, 其特征为恶心, 呕吐和可导致严重脱水, 血容量降低和血管虚脱的腹泻. 胃肠道综合征由组织坏死引起, 并且可因进行性胃肠道粘膜萎缩而持续不愈. 也可因肠道坏死而发生菌血症. 最后肠绒毛脱落, 大量血浆流失于肠腔. 若补充大量血浆,4~6天后胃肠道上皮细胞可再生；在该期用抗生素可使病人保持存活. 但2或3周内可发生造血衰竭而通常致死.

造血系统综合征由整体剂量为2~10Gy的辐射所致, 其最初的表现为厌食, 冷漠, 恶心和呕吐. 这些症状可在6~12小时内达高峰, 在照射后24~36小时完全消退. 但在这相对缓解期内, 淋巴结, 脾和骨髓开始萎缩, 导致全血减少. 萎缩可因直接杀死放射敏感细胞和新细胞的产生受抑制所致. 外周血中, 淋巴细胞减少立即发生,24~36小时内达高峰. 嗜中性的细胞减少的发生较缓慢.3~4周内血小板减少明显.

造血系统综合征时, 容易被感染(腐生菌或致病菌), 因为剂量相关的循环中的粒细胞和淋巴细胞减少, 剂量相关的抗体产生受损, 粒细胞移行和吞噬作用受损, 网状内皮系统杀灭被吞噬细菌的能力减弱, 皮下组织抵抗细菌扩散的能力降低, 皮肤和肠道发生出血区(主要由血小板减少所致) 有利于细菌的入侵和生长. 急性放射病 本病发生于放射治疗(特别是腹部) 后的少数病人, 其原因尚未阐明. 典型的症状有恶心, 呕吐, 腹泻, 厌食, 头痛, 不适和不同程度的心动过速, 然后在数小时或数日内消退.

中期迟发效应 长期或反复的内置或外源性低剂量率照射, 可使女性闭经和性欲降低, 男女两性的生育能力降低, 贫血, 白细胞减少, 血小板减少和白内障. 更高剂量或更局限的照射可引起脱发, 皮肤萎缩和溃疡, 角化病和毛细血管扩张, 最终可发生鳞状细胞癌. 摄入放射性亲骨核素(如镭盐) 数年后可发生骨癌.

对癌肿的广泛放射治疗, 有时可供被照射器官严重损伤. 若肾脏被照射则降低肾小球滤过率和肾小管功能. 极高剂量照射, 经6个月至1年潜伏期后可引起急性临床症状(如蛋白尿, 不同程度的肾功能不全, 贫血, 低血压). 若在5周内肾脏累积照射剂量＞20Gy, 约37%的病人可发生放射性纤维化和少尿性肾衰竭. 其余病人可在一个长时期内出现各种异常变化. 肌肉的大量累积剂量可引起伴有肌萎缩和钙化的疼痛性肌病, 极少数人随之可发生恶性变(如肉瘤). 肺癌放射治疗后可产生严重的放射性肺炎和其后发生的肺纤维化, 若在不太长的治疗期间内累积剂量超过30Gy 则可能致死. 纵隔部位的广泛放射治疗可引起放射性心包炎和心肌炎. 一段脊柱的累积剂量超过50Gy 时, 可产生灾难性的骨髓病. 但若剂量率限止在2Gy/d内, 可减少这种危险性. 若剂量率为8Gy/d,则当累积剂量到达16Gy(2天治疗后) 时, 就可发生骨髓病. 广泛照射腹部淋巴结(如精原细胞瘤, 淋巴瘤或卵巢癌) 后, 可发生肠的慢性溃疡, 纤维化和穿孔. 中电压X 线治疗时可发生皮肤红斑和溃疡, 应用60钴装置和直线加速器产生的能透入深部组织的高能光子, 可避免发生上述皮肤并发症.

晚期身体和遗传效应 对体细胞的照射可引起癌(如白血病；甲状腺, 皮肤或骨癌) 和白内障, 在动物模型中可见非特异性的寿命缩短. 用X 线治疗增殖体和扁桃体增生后20~30年可发生甲状腺癌. 外照射的生物学效应似乎比放射性碘的生物学效应大.

对生殖细胞的照射累及基因, 突变增加. 生殖可使突变持续, 进而使下一代的遗传缺陷增多. 对某些个体的观察表明10-2/Gy可产生能测到的长期遗传或身体的生物学效应.

诊断和预后

若出现大脑或胃肠道综合征, 诊断很简单, 但预后严重. 大脑综合征患者在数小时至数日内死亡, 胃肠道综合征的病人通常在3~10日内死亡. 造血系统综合征时, 可在8~50日内发生死亡, 其中2~4周内因出现感染而死亡,3~6周内因大量出血而死亡. 若急性整体剂量＞6Gy, 胃肠道或造血系统功能紊乱可致死, 但若剂量＜6Gy 则有可能存活, 存活率与总剂量成反比.

接受放射治疗或在放射事故中受到照射的人, 其诊断显而易见. 预后取决于剂量, 剂量率和在人体中的分布. 系列的血液学或骨髓检查可测知骨髓损伤的严重性, 为预后提供补充资料.

对不明或忽略的外照射所致的慢性放射损伤的诊断可能很困难或不可能. 必须考虑到可能的职业性照射. 在联邦或州政府批准的机构中, 保留有暴露于辐射的记录. 为测知显著照射后可能发生的染色体异常的类型和频率, 应进行系列的染色体检查, 但这些异常也可能是预先存在的, 或别的原因引起的.

眼部经常受到照射, 特别是中子照射时, 应定期检查白内障. 被照射的病人可用手提式剂量率探测器或精密的整体计数仪监测. 若怀疑受到非γ射线放射核素的照射, 则应检查尿液. 若怀疑摄入镭, 则应分析呼吸中的氡.

对自称受到照射者的确切诊断是不大可能的, 除非有确实接受过外或内照射的剂量证书. 若血液学参数正常并缺乏客观的临床疾病, 则可使病人及其他有关人员消除疑虑.

预防

若在照射前给某些药物或化合物(如巯基化合物), 可增加动物的存活率. 但没有可用于人类的预防药物. 减少致死的或严重超剂量暴露的唯一办法是严格执行防护措施和坚持最大允许剂量水平制度. 这些水平在美国核条例委员会的放射防护标准中有介绍.

治疗

被放射性物质污染的皮肤, 应该立即用大量的水和若有的话, 用含有依地酸(EDTA)的特异性螯合液清洗. 小的穿通伤必须严格清洗和清创, 直至创口无放射性. 摄入的放射性物质应迅速催吐清除, 若是刚摄入则可洗胃清除. 摄入或吸入大量放射性碘, 可给病人服含大量碘的Lugol 溶液或饱和碘化钾溶液数日或数周, 以封闭甲状腺对放射性碘的摄取. 同时应用利尿剂. 对碘过敏的病人不应该用Lugol 溶液.

因为急性大脑综合征是致死性的, 故治疗是枯息性的, 包括处理休克和缺氧, 缓解疼痛和焦虑, 给镇静剂控制抽搐.

对胃肠道综合征, 若照射剂量不大, 给止吐药, 镇静剂和抗生素已足够. 若能口服进食, 则给可刺激性的饮食可获良好耐受. 经适当途径补足大量液体, 电解质和血浆. 所给液体的量和种类取决于血化学分析(特别是电解质和蛋白), 血压, 脉搏, 液体出入量和皮肤的充盈度.

对造血系统综合征并伴有潜在的致死性感染, 出血和贫血的病人, 处理与不管什么原因所致的骨髓再生不良及全血减少的处理相同(参见第127节再生不良性贫血). 主要的治疗是给抗生素和输新鲜血及血小板. 所有皮肤穿刺都必须无菌操作, 病人应该隔离以防止接触致病菌.

除非因原有的疾病或突然发生的并发症必须使用外, 应避免应用抗肿瘤化疗或其他骨髓抑制药物, 以免进一步抑制骨髓.

若病人的照射剂量＞2Gy, 则应进行组织定型并考虑寻找相容的骨髓供体. 若所输骨髓来自双胞胎亲属, 则可增加骨髓移植存活的可能性. 若粒细胞和血小板分别降到＜500/μl 和＜20000/μl, 应考虑作同种骨髓移植, 然而成功的可能性小并且移植后可出现有致死可能的免疫排斥反应(参见第149节骨髓移植) .

止吐药(如丙氯拉嗪5~10mg口服或肌内注射每日4次) 可减轻腹部放射治疗所致的放射病症状, 若预先给药还有预防作用. 用于治疗化疗所致症状的奥丹西隆(ondansetron)和格兰西隆(granisetron)对放射病也有帮助, 但价格很贵. 放射治疗专家和有关的内科医生必须紧密合作, 注意营养和液体的平衡. 仔细计划整体治疗方案(如剂量, 治疗之间的间隔, 支持疗法), 大多数问题可防止发生.

对严重慢性辐射, 第一步是患者离开辐射源. 若镭, 钍或放射性锶沉积体内, 则应迅速口服或肠外途径给予螯合剂(如EDTA) 以增加排泄. 但到了晚期, 这些药基本无效. 放射性溃疡或癌需外科切除和整形修复. 放射性白血病的治疗与自发性白血病的治疗相同. 输全血可纠正贫血, 输血小板可减轻血小板缺乏性出血. 但这些措施的疗效仅仅是暂时性的, 因为广泛损害的骨髓的再生可能性很小. 对不育, 卵巢和睾丸功能障碍, 除补充内分泌外尚无其他有效治疗.