Bài giảng hiệu ứng sinh học bức xạ hạt nhân

April 9, 2014 1
Các
Các


hiệu
hiệu


ứng
ứng


sinh
sinh


học
học


bức
bức


xạ
xạ
Cục An toàn bức xạ và hạt nhân
Tầng 4, 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội
Website:
April 9, 2014 2

MỤC TIÊU
MỤC TIÊU
1. Nắm bắt được các cơ chế tác
dụng của bức xạ lên cơ thể người,
2. Biết được các hiệu ứng sinh học
do bức xạ ion hóa
April 9, 2014 3
NỘI DUNG
NỘI DUNG
1. Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh
học của bức xạ
3. Các hiệu ứng sinh học bức xạ
April 9, 2014 4
1. Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa
1. Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa
a.
a.
Tác dụng trực tiếp
Tác dụng trực tiếp
Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng
lượng và gây nên quá trình kích thích và
ion hoá của các phân tử sinh học dẫn
đến tổn thương các phân tử đó.
April 9, 2014 5
1. Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa
1. Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa
b.
b.
Tác dụng gián tiếp

Tác dụng gián tiếp
Bức xạ ion hoá tác dụng lên phân tử nước
(chiếm 75% trong tổ chức sống) làm phân ly
các phân tử nước tạo thành các ion H
+
, OH
-
,
các gốc tự do H
0
, OH
0
, , các hợp chất có
khả năng ôxy hoá cao HO
2
, H
2
O
2
, chúng
phản ứng với các phân tử sinh học và gây tổn
thương. Các tổn thương ở giai đoạn này chủ
yếu là tổn thương hoá sinh.
April 9, 2014 6
Các giai đoạn biến đổi
Các giai đoạn biến đổi
a.
a.
Giai đoạn hóa lý
Giai đoạn hóa lý

Giai đoạn hóa lý thường rất ngắn, chỉ
xảy ra trong khoảng thời gian 10
-16
- 10
-13
giây. Trong giai đoạn này các phân tử
sinh học cấu tạo nên tổ chức sống chịu
tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức
xạ ion hoá.
April 9, 2014 7
Các giai đoạn biến đổi (tiếp)
Các giai đoạn biến đổi (tiếp)
b.
b.
Giai đoạn sinh học
Giai đoạn sinh học
−
Giai đoạn này có thể kéo dài vài giây đến vài
chục năm sau khi bị chiếu xạ.
−
Những tổn thương hoá sinh ở giai đoạn đầu
nếu không được hồi phục sẽ dẫn đến những
rối loạn về chuyển hoá, tiếp đến là các tổn
thương về hình thái và chức năng của tế bào.
−
Kết quả cuối cùng là những hiệu ứng sinh học
trên cơ thể sống được biểu hiện hết sức đa
dạng
April 9, 2014 8
2. Các

2. Các


yếu
yếu


tố
tố


ảnh
ảnh


hưởng
hưởng


đến
đến


hiệu
hiệu


ứng
ứng

sinh
sinh


học
học


của
của


bức
bức


xạ
xạ
a. Liều chiếu,
b. Suất liều chiếu,
c. Diện tích bị chiếu,
d. Hiệu ứng nhiệt độ,
e. Hiệu ứng ôxy,
f. Hàm lượng nước.
April 9, 2014 9
a. Liều chiếu
a. Liều chiếu
−
Liều chiếu là yếu tố quan trọng nhất quyết

định tính chất và tổn thương sau chiếu xạ.
−
Liều càng lớn tổn thương càng nặng và
xuất hiện càng sớm.
April 9, 2014 10
b. Suất liều chiếu
b. Suất liều chiếu
−
Cùng với một liều hấp thụ như nhau, thời gian
chiếu kéo dài sẽ làm giảm hiệu ứng sinh học
của bức xạ. Nguyên nhân được giải thích bởi
khả năng tự hồi phục của cơ thể ở các mức liều
khác nhau.
−
Với suất liều nhỏ tốc độ phát triển tổn thương
cân bằng với mức độ hồi phục của cơ thể.
−
Tăng suất liều thì quá trình hồi phục giảm nên
mức độ tổn thương tăng lên, hiệu ứng sinh học
sẽ tăng lên.
April 9, 2014 11
c. Diện tích bị chiếu
c. Diện tích bị chiếu
−
Mức độ tổn thương sau chiếu xạ phụ
thuộc rất nhiều vào diện tích chiếu, chiếu
một phần (chiếu cục bộ) hay toàn bộ cơ
thể.
−
Liều tử vong khi chiếu xạ toàn thân

thường thấp hơn nhiều so với chiếu cục
bộ.
April 9, 2014 12
d.
d.
Hiệu ứng nhiệt độ
Hiệu ứng nhiệt độ
−
Giảm nhiệt độ sẽ làm giảm tác dụng của
bức xạ ion hoá, do khi nhiệt độ giảm tốc
độ di chuyển của các gốc tự do tới phân
tử sinh học giảm dẫn đến giảm số phân tử
sinh học bị tổn thương.
−
Áp dụng trong thực tế: Bảo quản các chế
phẩm sinh học có gắn phóng xạ ở nhiệt
độ đóng băng để giảm cơ chế tác dụng
gián tiếp của bức xạ.
April 9, 2014 13
e. Hiệu ứng ôxy
e. Hiệu ứng ôxy
−
Độ nhạy cảm phóng xạ của sinh vật tăng theo
nồng độ ôxy, do khi đó lượng HO
2
, H
2
O
2
tạo ra

càng nhiều và làm tăng số phân tử sinh học bị
tổn thương do phóng xạ.
−
Hiệu ứng ôxy tăng dần đến nồng độ ôxy ở điều
kiện bình thường trong không khí (21%), sau đó
có tăng cao hơn thì tác dụng của hiệu ứng này
cũng không tăng nữa.
April 9, 2014 14
f. Hàm lượng nước
f. Hàm lượng nước
−
Hàm lượng nước càng lớn thì các gốc tự
do được tạo ra càng nhiều, số các gốc tự
do tác động lên phân tử sinh học càng
nhiều do đó hiệu ứng sinh học cũng tăng
lên.
April 9, 2014 15
3. Các hiệu ứng sinh học bức xạ
3. Các hiệu ứng sinh học bức xạ
a. Tổn thương ở mức phân tử
b. Tổn thương ở mức tế bào
c. Tổn thương ở mức toàn cơ thể
d. Hiệu ứng tất nhiên và Hiệu ứng ngẫu
nhiên
April 9, 2014 16
a. Tổn
a. Tổn


thương

thương


ở
ở


mức
mức


phân
phân


tử
tử
−
Khi chiếu xạ, năng lượng của chùm tia
truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các
phân tử sinh học có thể phá vỡ mối liên
kết hoá học hoặc phân ly các phân tử sinh
học.
−
Tuy nhiên bức xạ ion hoá khó làm đứt hết
các mối liên kết hoá học mà thường chỉ
làm mất thuộc tính sinh học của các phân
tử sinh học.
April 9, 2014 17
ĐỨT GÃY LIÊN KẾT TRONG DNA

ĐỨT GÃY LIÊN KẾT TRONG DNA
April 9, 2014 18
b. Tổn
b. Tổn


thương
thương


ở
ở


mức
mức


tế
tế


bào
bào
−
Khi bị chiếu xạ các đặc tính của tế bào có
thể thay đổi ở cả trong nhân và nguyên
sinh chất. Nếu bị chiếu xạ bởi liều cao tế
bào có thể bị phá huỷ hoàn toàn.
April 9, 2014 19

Hệ quả các
Hệ quả các


tổn
tổn


thương
thương


tế
tế


bào
bào
do
do
phóng
phóng


xạ
xạ
−
Tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân
và chất nguyên sinh.
−

Tế bào không chết nhưng không phân
chia được.
−
Tế bào không phân chia được nhưng số
nhiễm sắc thể tăng gấp đôi và thành tế
bào khổng lồ.
−
Tế bào phân chia được nhưng có rối loạn
trong cơ chế di truyền.
April 9, 2014 20
Hệ quả các
Hệ quả các


tổn
tổn


thương
thương


tế
tế


bào
bào
do
do

phóng
phóng


xạ
xạ
Tế bào chết
Tế bào hồi phục
Tế bào thay đổi
April 9, 2014 21
Mức độ nhạy cảm phóng xạ
Mức độ nhạy cảm phóng xạ
−
Các tế bào khác nhau có độ nhậy cảm phóng xạ khác
nhau
•
Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi),
•
Tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu,
niêm mạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng )
thường có độ nhạy cảm phóng xạ cao.
−
Các tế bào thần kinh tuy thuộc loại không phân chia
nhưng cũng rất nhạy cảm phóng xạ. Tế bào limpho
không phân chia nhưng cũng nhạy cảm phóng xạ.
−
Không chỉ định chiếu xạ với phụ nữ có thai, đang cho
con bú và đặc biệt với trẻ em nếu không bắt buộc.
April 9, 2014 22
c. Tổn

c. Tổn


thương
thương


ở
ở


mức
mức


toàn
toàn


cơ
cơ


thể
thể
i. Các hiệu ứng sớm
ii. Các hiệu ứng muộn
April 9, 2014 23
i. Các hiệu ứng sớm
i. Các hiệu ứng sớm

−
Tổn thương sớm xuất hiện khi bị chiếu ở
mức liều cao trong thời gian ngắn (chiếu
toàn thân trên mức liều 500 mSv),
−
Biểu hiện tổn thương sớm thường thấy
trên một số cơ quan sau:
•
Máu và cơ quan tạo máu,
•
Hệ tiêu hoá,
•
Da.
April 9, 2014 24
Máu
Máu


và
và


cơ
cơ


quan
quan

tạo
tạo


máu
máu
−
Biểu hiện lâm sàng là các triệu chứng xuất
huyết, phù nề, thiếu máu,
−
Giảm limpho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và
hồng cầu,
−
Xét nghiệm tuỷ xương thấy giảm cả 3
dòng, sớm nhất là dòng hồng cầu.
April 9, 2014 25
Hệ tiêu hóa
Hệ tiêu hóa
−
Biểu hiện lâm sàng là ỉa chảy, sút cân,
nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng cơ
thể,
−
Những thay đổi trong hệ thống tiêu hoá
thường quyết định hậu quả bệnh phóng
xạ.