KHẢO SÁT PHÂN BỐ THỰC NGHIỆM LIỀU – HIỆU ỨNG SAI HÌNH NHIỄM SẮC THỂ Ở TẾ BÀO LYMPHO NGƯỜI CHIẾU BỨC XẠ GAMMA SUẤT LIỀU THẤP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÙI THỊ KIM LUYẾN

KHẢO SÁT PHÂN BỐ THỰC NGHIỆM
LIỀU – HIỆU ỨNG SAI HÌNH NHIỄM SẮC THỂ
Ở TẾ BÀO LYMPHO NGƯỜI CHIẾU BỨC XẠ
GAMMA SUẤT LIỀU THẤP

Chuyên ngành: Di Truyền học
Mã số: 60 42 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN QUẾ

Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2010


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Trần Quế, Trưởng phòng
Công nghệ Sinh học thuộc Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn các Cô Chú và các Anh Chị nhân viên phòng CNSH
đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn Ban Giám hiệu và các Thầy Cô trong khoa Đào tạo sau Đại học
trường ĐH KHTN TP HCM đã giúp đỡ và giảng dạy cho tôi trong suốt thời
gian học.

Người thực hiện
Bùi Thị Kim Luyến


i

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Mục lục ................... ............................................................................................ i
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ......................................................................... iii
Danh mục các bảng . .......................................................................................... iv
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................... vii
MỞ ĐẦU ................ ........................................................................................... 1
Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. Một số khái niệm cơ bản về bức xạ ion hóa và hiệu ứng sinh học .............. 3
1.1.1. Bản chất của bức xạ ion hóa................................................................ 3
1.1.2. Nguồn phóng xạ .................................................................................. 5
1.1.3. Quá trình gây hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa .......................... 6
1.1.4. Hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ ion hóa .......................................... 8
1.1.5. An toàn phóng xạ ................................................................................ 9
1.2. Phân tử ADN, bộ nhiễm sắc thể người ...................................................... 12
1.2.1. Cấu trúc của phân tử DNA (Deoxyribonucleic acid) ....................... 12
1.2.2. Bộ nhiễm sắc thể người và các tiêu chí phân loại ............................. 13
1.3. Sai hình nhiễm sắc thể (chromosomal aberration) .................................... 15
1.3.1. Khái niệm về sai hình nhiễm sắc thể ................................................. 15
1.3.2. Cơ chế tạo nên sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho dưới tác
động
của bức xạ ion hóa ............................................................................. 16
1.4. Kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể trong định liều sinh học .......... 18

1.4.1. Vai trò quyết định của tế bào lympho máu ngoại vi người .............. 18
1.4.2. Kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể......................................... 19
1.4.3. Các mối quan hệ định lượng của sai hình nhiễm sắc thể hai tâm ở tế
bào lympho dưới tác động của bức xạ ion hóa .................................. 20
1.5. Nội dung cơ bản của phương pháp định liều sinh học sử dụng kỹ thuật
phân tích sai hình nhiễm sắc thể ................................................................ 22
1.6. Ứng dụng kỹ thuật phân tích sai hình NST trong đo liều sinh học trên
Thế
giới và tại Việt Nam .................................................................................. 22


ii

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 25
2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 25
2.1.1. Tế bào lympho máu ngoại vi người .................................................. 25
2.1.2. Nguồn phóng xạ sử dụng trong nghiên cứu ...................................... 25
2.1.3. Các thiết bị nuôi cấy tế bào và phân tích số liệu ............................... 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 25
2.2.1. Phương pháp chiếu mẫu, đo liều ....................................................... 25
2.2.2. Kỹ thuật nuôi cấy tế bào lympho và làm tiêu bản hiển vi ................ 25
2.2.3. Phương pháp phân tích sai hình nhiễm sắc thể ................................. 27
2.2.4. Phương pháp toán học ....................................................................... 28
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................. 30
3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ gamma suất liều thấp đến chỉ số phân
bào nguyên nhiễm...................................................................................... 30
3.2. Nghiên cứu khả năng phát sinh hiệu ứng sai hình nhiễm sắc thể .............. 40
3.2.1. Các kiểu sai hình bắt gặp................................................................... 40
3.2.2. Kết quả phân tích tần số các kiểu sai hình ........................................ 44
3.3. Xây dựng đường phân bố thực nghiệm liều - hiệu ứng ............................. 55

3.3.1. Kết quả phân bố liều - hiệu ứng thực nghiệm của tập hợp A ........... 57
3.3.2. Kết quả phân bố liều - hiệu ứng thực nghiệm của tập hợp B ............ 59
3.3.3. Kết quả phân bố liều - hiệu ứng thực nghiệm của tập hợp C ............ 61
3.3.4. Kết quả phân bố liều - hiệu ứng thực nghiệm của tập hợp D ........... 62
3.3.5. Kết quả phân bố liều - hiệu ứng thực nghiệm với tập hợp E ............ 64
3.3.6. Kết quả xác định phương trình phân bố liều - hiệu ứng thu được từ
mẫu chiếu bức xạ gamma từ nguồn Co60, suất liều 125mGy/h, giới
hạn liều 1Gy đến 0,5Gy ................................................................... 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 70


iii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
C
Ci

Tần số sai hình nhiễm sắc thể ngẫu nhiên trong phương chuẩn liều hiệu ứng
Đơn vị đo hoạt độ nguồn phóng xạ (Curie)

Go

Đại lượng chỉ liều hấp thụ của bức xạ trong phương chuẩn liều - hiệu
ứng
Ký hiệu pha nghỉ trong chu trình phân bào

Gy

Đơn vị đo liều hấp thụ của bức xạ ion hóa (Gray)

H

Đại lượng chỉ liều tương đương của bức xạ ion hóa (Equivalent dose)

Sv

Đơn vị đo liều tương đương của bức xạ ion hóa (Sievert)

WR
y

Trọng số bức xạ (khả năng gây tổn thương sinh học của từng nguồn
phóng xạ)
Tần số sai hình nhiễm sắc thể trong phương trình chuẩn liều - hiệu ứng

α

Hệ số tuyến tính của phương trình chuẩn liều - hiệu ứng

β

Hệ số bình phương của phương trình chuẩn liều - hiệu ứng

D

Chữ viết tắt
BD

Tổn thương bazơ nitơ (Base Damage)

DNA

Deoxyribonucleic acid

DSB Đứt gãy đôi phân tử DNA (Double Strand Break)
IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (International Atomic Energy
Agency)
LET Hệ số truyền năng lượng tuyến tính của bức xạ ion hóa (Linear Energy
Transfer)
MI
Chỉ số phân bào nguyên nhiễm (Mitotic Index)
NHEJ Cơ chế sửa chữa đứt gẫy của nhiễm sắc thể mà không cần trình tự
tương đồng (Nonhomologous End Joining)
NST Nhiễm sắc thể (chromosome)
Pha S Pha sinh tổng hợp DNA trong chu trình tế bào (DNA Synthesic Phase)
RBE

Hiệu quả sinh học tương đối (Relative Biological Efficiency)

SSB

Tổn thương chuỗi đôi phân tử DNA (Single Strand Break)


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG

S
T
T

Số
hiệu
bảng

1

1.1

Giá trị của LET trong môi trường nước

6

2

1.2

Giá trị trọng số bức xạ của các loại bức xạ ion hóa khác nhau

10

3

1.3

Trọng số mô của các mô khác nhau trong cơ thể

11

4

3.1a

Kết quả phân tích MI đối với tập hợp mẫu A

30

5

3.1b

Kết quả phân tích MI đối với tập hợp mẫu B

32

6

3.1c

Kết quả phân tích MI đối với tập hợp mẫu C

33

7

3.1d

Kết quả phân tích MI đối với tập hợp mẫu D

35

8

3.1e

Kết quả phân tích MI đối với tập hợp mẫu E

37

9

3.1 f

Chỉ số phân bào nguyên nhiễm trung bình của 5 tập hợp A,
B, C, D, E

37

10

3.2a

Kết quả phân tích tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tập hợp A

44

11

3.2b

Giá trị hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trong giới hạn
liều 0,1Gy – 0,5Gy thuộc tập hợp A

45

12

3.3a

Kết quả phân tích tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tập hợp B

45

13

3.3b

Giá trị hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trong giới hạn
liều 0,1Gy – 0,5Gy thuộc tập hợp B

46

14

3.4a

Kết quả phân tích tần số sai hình nhiễm sắc thể tập hợp C

47

15

3.4b

Giá trị hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trong giới hạn
liều 0,1Gy – 0,5Gy thuộc tập hợp C

47

16

3.5a

Kết quả phân tích tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tập hợp D

48

17

3.5b

Giá trị hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trong giới hạn
liều 0,1Gy – 0,5Gy thuộc tập hợp D

49

18

3.6a

Kết quả phân tích tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tập hợp E

49

19

3.6b

Giá trị hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trong giới hạn
liều 0,1Gy – 0,5Gy thuộc tập hợp E

50

Tên bảng

Tr


v

S
T
T

Số
hiệu
bảng

Tên bảng

Tr

20

3.7a

Tần số sai hình nhiễm sắc thể trung bình trong giới hạn liều
của 5 tập hợp mẫu A; B; C; D; E

50

21

3.7b

Hiệu suất sinh học tương đối (RBE) trung bình của 5 tập hợp
A, B, C, D, E

53

22

3.8a

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan tuyến tính đối với tập hợp A

58

23

3.8b

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan hàm mũ bình phương đối với tập
hợp A

58

24

3.9a

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan tuyến tính đối với tập hợp B

60

25

3.9b

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan hàm mũ bình phương đối với tập
hợp B

60

26

3.10a

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan tuyến tính đối với tập hợp C

61

27

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
3.10b xác định hệ số tương quan hàm mũ bình phương đối với tập
hợp C

62

28

3.11a

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan tuyến tính đối với tập hợp D

63

29

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong

3.11b xác định hệ số tương quan hàm mũ bình phương đối với tập
hợp D

63

30

3.12a

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
xác định hệ số tương quan tuyến tính đối với tập hợp E

64

31

Mối quan hệ giữa liều bức xạ và tần số sai hình hai tâm trong
3.12b xác định hệ số tương quan hàm mũ bình phương đối với tập
hợp E

65


vi

S
T
T

Số

hiệu
bảng

Tên bảng

Tr

32

3.13

Giá trị hệ số tương quan trung bình của 5 tập hợp A, B, C, D,
E

66

33

3.14

Các hệ số hồi quy thực nghiệm và phương trình phân bố thực
nghiệm liều – hiệu ứng của 5 tập hợp A, B, C, D, E

67


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT

Số hiệu
hình vẽ

1

1.1

Mô hình cấu trúc DNA dạng B

13

2

1.2

Cấu trúc siêu hiển vi của bộ nhiễm sắc thể người

13

3

1.3

Các loại vị trí tâm động NST

14

4

1.4

Hình thái và trật tự sắp xếp các cặp nhiễm sắc thể người

15

5

1.5

Sai hình vòng có tâm được hình thành từ 2 đứt gẫy đôi trên 1
17
NST

6

1.6

Sai hình 2 tâm được hình thành từ 2 đứt gẫy đôi trên 2 NST

17

7

1.7

Cơ chế tạo mảnh không tâm được hình thành từ 1 DSB trên
1 NST

18

8

1.8

Cơ chế tạo sai hình 3 tâm được tạo thành từ các DSB trên 3
NST

18

9

2.1

Hình ảnh mô tả một số kiểu sai hình NST

27

10

3.1

Biểu đồ so sánh MI trung bình của 5 tập hợp A; B; C; D; E
với mẫu đối chứng

38

11

3.2

Bộ NST chứa mảnh không tâm

41

12

3.3

Giải thích cơ chế tạo sai hình mảnh không tâm theo luận cứ
Savage

41

13

3.4

Bộ NST chứa sai hình hai tâm

42

14

3.5

Giải thích cơ chế tạo thành sai hình hai tâm theo luận cứ
Savage

42

15

3.6

Biểu đồ trung bình tần số sai hình hai tâm của các tập hợp A,
51
B, C, D, E

16

3.7

Biểu đồ trung bình tần số mảnh không tâm của các tập hợp
A, B, C, D, E

51

17

3.8

Biểu đồ trung bình RBE của các tập hợp A, B, C, D, E

54

3.9

Đường phân bố thực nghiệm liều - hiệu ứng trong giới hạn
liều từ 0,1Gy đến 0,5Gy nguồn Co60, hoạt độ 592Ci, suất

liều 125mGy/h

67

18

Tên hình vẽ

Tr


1

MỞ ĐẦU
Sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho máu ngoại vi người là hiệu ứng
sinh học thỏa mãn được các yêu cầu nghiêm ngặt về định liều cá nhân mà trước
nó chưa có một loại hiệu ứng sinh học nào đáp ứng được. Năm1982, IAEA ra
khuyến cáo ứng dụng kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể tế bào lympho
trong đo liều cá nhân như một số liệu bổ sung vào thường qui đo liều vật lý tại
các cơ sở có nguồn phát xạ. Đo liều sinh học cũng như mọi phương pháp đo
liều khác dù là vật lý hay hóa học thì công cụ cơ bản vẫn là các phép chuẩn
liều. Ưu thế cơ bản của kỹ thuật phân tích sai hình trong định liều sinh học là
tần số sai hình nhiễm sắc thể phụ thuộc liều lượng, bản chất và năng lượng của
bức xạ. Mọi tác động của phóng xạ lên cơ thể đều tác động đến máu ngoại vi,
vì vậy kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể tận dụng được ưu thế lấy toàn
bộ cơ thể là một liều kế. Phân bố toán học của phép chuẩn liều dĩ nhiên bị chi
phối bởi các thông số về liều lượng, bản chất và năng lượng bức xạ, bởi vậy
công tác định liều sinh học đòi hỏi phải có đường chuẩn thích ứng. Hội nghị đo
liều sinh học năm 1990 tại Madrid, Tây Ban Nha khẳng định yêu cầu phải có
chuẩn liều riêng đối với mọi phòng thí nghiệm đo liều sinh học.

Cùng với tình hình sử dụng ngày càng rộng rãi các loại nguồn phóng xạ
trong công nghiệp và trong y tế, các giải pháp an toàn nguồn phóng xạ trở
thành nhiệm vụ quan trọng nhằm đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Đo liều sinh
học là giải pháp hiệu quả nhất trong việc đánh giá sức khỏe cộng đồng trong
mọi tình huống rủi ro nguồn xạ. Thực hiện các nghiên cứu phân bố chuẩn liều hiệu ứng đối với các nguồn phóng xạ suất liều thấp là công cụ của công tác
quản lý y tế các rủi ro nguồn xạ, đảm bảo an toàn phóng xạ trong bối cảnh bức
xạ suất liều thấp ở vùng liều thấp được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực
của đời sống. Kết quả của đề tài tạo thêm cơ sở dữ liệu làm công cụ giải quyết
các nhiệm vụ định liều sinh học trong thực tế.


2

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
- Đánh giá ảnh hưởng của bức xạ gamma phát ra từ đồng vị Co60, suất liều
125 mGy/h, giới hạn liều từ 0,1Gy đến 0,5Gy đến chỉ số phân bào nguyên
nhiễm.
- Đánh giá khả năng gây sai hình NST của bức xạ gamma thuộc nguồn
nghiên cứu trong giới hạn liều 0,1 – 0,5Gy.
- Xây dựng đường phân bố thực nghiệm liều – hiệu ứng sai hình nhiễm sắc
thể ở tế bào lympho máu ngoại vi người chiếu bức xạ gamma từ đồng vị Co60,
suất liều 125 mGy/h, giới hạn liều từ 0,1Gy đến 0,5 Gy.
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
- Xác định mức độ ảnh hưởng của bức xạ gamma phát ra từ đồng vị Co60,
suất liều 125 mGy/h, giới hạn liều từ 0,1Gy đến 0,5Gy đến chỉ số phân bào
nguyên nhiễm.
- Xác định tần số các kiểu sai hình nhiễm sắc thể gây bởi bức xạ gamma
suất liều thấp và hiệu suất sinh học tương đối của bức xạ gamma trong giới hạn
liều từ 0,1Gy đến 0,5Gy.
- Xây dựng đường phân bố thực nghiệm liều – hiệu ứng sai hình NST hai

tâm ở tế bào lympho máu ngoại vi người với nguồn phát gamma từ đồng vị
Co60, suất liều 125 mGy/h, giới hạn liều từ 0,1Gy đến 0,5Gy.
ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Đánh giá khả năng gây sai hình NST và xây dựng đường phân bố thực
nghiệm liều – hiệu ứng sai hình NST hai tâm ở tế bào lympho máu ngoại vi
người với nguồn phát gamma từ đồng vị Co60 suất liều thấp (125 mGy/h), ở
giới hạn liều thấp (từ 0,1Gy đến 0,5Gy).


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Một số khái niệm cơ bản về bức xạ ion hóa và hiệu ứng sinh học
1.1.1. Bản chất của bức xạ ion hóa
- Khái niệm chung
Bức xạ là những dạng năng lượng phát ra trong quá trình vận động và biến
đổi của vật chất. Nguồn phát ra bức xạ có thể có nguồn gốc tự nhiên như: tia
vũ trụ, tia tử ngoại, tia hồng ngoại, bức xạ mặt trời, các chất phóng xạ tự nhiên
có trong đất, đá, nước và không khí…, hoặc cũng có thể do con người tạo ra
như: sóng viba, sóng vô tuyến, phóng xạ trong các hoạt động nghiên cứu phóng
xạ của con người (y học, khai thác mỏ, năng lượng nguyên tử, vũ khí hạt
nhân…).
Bức xạ ion hóa là những loại bức xạ mang năng lượng cao, truyền cho các
electron của vật chất một năng lượng đủ lớn để bứt chúng ra khỏi nguyên tử,
gây ra sự ion hóa trong vật chất mà nó đi qua [6], [8], [19].
- Phân loại bức xạ ion hóa
Có hai dạng bức xạ ion hoá:
(1). Các tia bức xạ có bản chất hạt: hạt anpha (α), hạt bêta (β), neutron.
(2). Các tia bức xạ có bản chất sóng điện từ: tia Roentgen (tia X ) và tia

gamma (γ)
+ Hạt anpha (α)
Hạt α là thành phần của hạt nhân nguyên tử Heli thoát ra từ một nhân
nguyên tử nặng trong quá trình biến đổi hạt nhân. Thí dụ Radi biến thành
Radon và phát ra các hạt α:
226
88

Ra ®

222
86

Rn + 24 He

Hạt α mang điện dương, năng lượng của hạt mất đi nhanh chóng khi đi qua
vật chất do va chạm vào các điện tử của những nguyên tử vật chất. Những va
chạm liên tiếp đó làm cho hạt đi chậm lại, cuối cùng các hạt này nhường lại
toàn bộ năng lượng đủ để lấy các điện tử ra khỏi quỹ đạo, tạo ra các ion. Tia α
có tác dụng ion hoá rất mạnh (30.000 cặp ion trong 1cm không khí mà tia đi
qua), nhưng khả năng đâm xuyên kém dễ dàng bị chặn lại bởi tờ giấy hoặc da


4

người. Nếu hấp thụ vào cơ thể qua đường hô hấp hay đường tiêu hoá, những
chất phát ra tia α sẽ gây tác hại cho cơ thể [1], [8].
+ Hạt beta (β)
Hạt β phát ra từ hạt nhân không ổn định, số lượng proton và neutron có sự
chênh lệch lớn. Khi có nhiều neutron, sự biến đổi neutron thành proton phát

sinh điện tử mang điện tích âm, đó chính là các hạt electron nhanh, hay còn gọi
là hạt β-, ví dụ: khi P32 biến thành S32. Khi có nhiều proton, sự biến đổi ngược
lại và phát sinh điện tử mang điện tích dương là các hạt positron hay còn gọi
là hạt β+, ví dụ: khi Na22 biến thành Ne22. Năng lượng của các hạt β kém các
hạt α, khả năng ion hoá cũng thấp hơn nhiều (150 cặp ion qua 1cm không khí).
Tia β có sức xuyên thấu kém, chỉ đi trong không khí được vài mét. Một lá
nhôm vài milimet là có thể ngăn chặn các hạt electron. Sẽ nguy hiểm nếu hấp
thụ vào cơ thể những chất phát ra tia β [1], [6].
+ Hạt neutron
Neutron là hạt không mang điện tích nên có sức xuyên thấu rất lớn. Tuy
không gây ion hóa trực tiếp nhưng khi tương tác với nguyên tử, chúng có thể
sinh ra tia alpha, beta, các tia gamma, tia X. Các nguyên tố có hạt nhân bị va
chạm bởi hạt neutron trở thành có tính phóng xạ. Trong trường hợp hạt neutron
va chạm trực tiếp với hạt nhân nguyên tử Hidro, toàn bộ năng lượng của
neutron được truyền cho hạt nhân nguyên tử, proton bắn ra từ hạt nhân có khả
năng ion hóa rất mạnh. Do đó, neutron là bức xạ gây ion hóa gián tiếp nhưng
rất nguy hiểm. Có thể chặn hạt neutron bằng lớp nước dày, paraphin hay bê
tông dày
[1], [6], [8].
+ Tia gamma (γ)
Một số hạt nhân sau khi phóng tia α, β+ hay β-, sẽ có quá nhiều năng lượng
và ở trạng thái kích thích. Sự trở lại trạng thái ổn định sẽ phát ra photon γ. Như
vậy, tia γ là chùm hạt photon phóng ra từ hạt nhân nguyên tử, không có trọng
lượng và không mang điện tích. Do đó, không bị lệch hướng bởi từ trường, bản
thân là các sóng điện từ có năng lượng lớn và bước sóng ngắn, khi bay qua
trường điện từ của hạt nhân, không trực tiếp lấy đi các hạt electron của nguyên
tử, mà truyền cho chúng một năng lượng, chuyển các hạt electron lên trạng thái
kích thích. Sau đó tự các hạt electron sẽ bứt ra khỏi nguyên tử, biến chúng
thành các ion. Khả năng ion hoá của tia γ kém hơn so các tia α và β: Chỉ sinh
vài cặp ion khi đi qua 1cm không khí. Trái lại, khả năng đâm xuyên lại rất

5

mạnh so với các tia α và β. Một lớp bê tông hay chì dầy có thể ngăn chặn được
chúng [1], [19].

+ Tia Roentgen (tia X)
Giống như tia γ, tia X cũng có bản chất là bức xạ điện từ nhưng có bước
sóng dài hơn. Khi có sự di chuyển của electron ở lớp ngoài vào các lớp trong
(điện tử di chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn) sẽ
phát ra tia X đặc trưng. Tia X cũng được sinh ra do sự phát bức xạ hãm. Các
tính chất của tia X cũng tương tự như tia γ.
Sóng điện từ có năng lượng thấp, sóng ánh sáng có bước sóng thấp như tia
cực tím (UV) là các dạng bức xạ không được xếp trong nhóm bức xạ ion hóa
[1], [8], [37].
1.1.2. Nguồn phóng xạ
Nguồn phóng xạ là một đơn vị cấu trúc phát ra bức xạ, nguồn phóng xạ có
thể là nguồn tự nhiên hay nguồn nhân tạo. Nguồn tự nhiên là các mỏ có hoạt độ
phóng xạ cao trong tự nhiên. Nguồn nhân tạo là các thiết bị phát bức xạ như: lò
phản ứng hạt nhân, các nguồn gamma, tia X sử dụng trong y tế, công nghiệp,
nông nghiệp, khai mỏ, nghiên cứu khoa học … Nguồn phóng xạ tồn tại ở 2
dạng: nguồn kín và nguồn hở. Nguồn kín là nguồn có thiết bị bao bọc tác nhân
phát xạ ví dụ: lò phản ứng hạt nhân, nguồn Co60, nguồn X rays. Nguồn hở là
các nguồn không được bao bọc ví dụ như các loại đồng vị phóng xạ dùng trong
y tế, nông nghiệp, thăm dò địa chất…
Nguồn phóng xạ có các đặc trưng chủ yếu như sau:
- Bản chất của nguồn
Mức độ gây hiệu ứng của bức xạ ion hóa khi tương tác với vật chất phụ
thuộc vào năng lượng, mật độ và độ xuyên thấu. Các dạng bức xạ khác nhau

với năng lượng khác nhau, sẽ có tốc độ mất năng lượng khác nhau khi tương
tác với vật chất. Nếu xét về mật độ của những nguyên tử bị ion hóa dọc theo
đường đi của một tia bức xạ thì những bức xạ có hệ số truyền năng lượng tuyến
tính (LET) thấp sẽ để lại các nguyên tử bị ion hóa với mật độ thấp hơn nhiều so
với bức xạ LET cao. Khả năng gây thương tổn thương tế bào của bức xạ LET
cao lớn hơn gấp nhiều lần so với bức xạ LET thấp [1], [19].
- Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET)
Hệ số truyền năng lượng tuyến tính (LET - Linear Energy Transfer) được
tính bằng số năng lượng trung bình mà hạt truyền cho vật chất (qua quá trình


6

ion hóa và kích thích) trên một đơn vị chiều dài quãng đường đi của hạt. Đơn
vị của LET là keV/µm [8], [36], [38].
LET có giá trị khác nhau với mỗi loại bức xạ, giá trị này rất quan trọng
trong đánh giá tác dụng sinh học của bức xạ đối với tế bào sống. Dựa vào giá
trị LET, các bức xạ ion hóa được chia thành hai nhóm:
+ Nhóm bức xạ có LET thấp: tia X, tia γ, hạt electron.
+ Nhóm bức xạ có LET cao: các hạt α, proton, các hạt nặng mang điện (các
ion của các nguyên tố như: Cacbon, Argon, Neon…).
Bảng 1.1. Giá trị của LET trong môi trường nước (nguồn: ICRU 1995) [21]
Loại bức xạ ion hóa

LET (KeV/µm)

Tia X 3 MeV

0.13

Tia X 250 kVp

2.0

Tia gamma cobalt-60

0.2

Electron 3 MeV

0.2

Electron 10 keV

2.3

Neutrons 14 MeV

12

Hạt α 2,5 MeV

166

Hạt nặng mang điện

100-200

- Suất liều
Suất liều là liều lượng tính trong một đơn vị thời gian, suất liều hấp thụ có

đơn vị tính là Gy/s. Đối với các hiệu ứng sinh học, suất liều liên quan đến hiệu
suất sinh học tương đối (RBE – Relative Biological Efficiency) [19].
1.1.3. Quá trình gây hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa
- Quá trình vật lý
Giai đoạn này diễn ra trong một biên độ thời gian cực nhỏ (10-16 – 10-12
giây), đó là thời gian để bức xạ tác động đến cấu trúc chịu tương tác. Đối với
hệ thống sinh học, cấu trúc chịu sự tương tác trực tiếp là các phân tử: DNA,
RNA, Protein, Enzyme, và màng tế bào.
Tác động của bức xạ ion hoá lên hệ thống thông tin di truyền tế bào: DNA,
RNA, enzyme có ý nghĩa quan trọng. Các phân tử DNA có thể bị ion hóa trực
tiếp hoặc gián tiếp. Đối với cơ chế gián tiếp, bức xạ ion hóa các phân tử nước


7

trong vùng lân cận phân tử DNA, các phân tử nước sẽ bị phân ly hình thành
các gốc tự do, trực tiếp tác động gây tổn thương phân tử DNA [6], [17], [19].
Tế bào chứa khoảng 80% nước và dưới 1% DNA nên cơ chế gián tiếp có ý
nghĩa nhất định đối với việc gây tổn thương phân tử DNA. Đối với
bức xạ LET thấp như tia gamma, tia X, electron thì tác dụng trực tiếp gây nên
khoảng 1/3 tổng số các thương tổn, phần còn lại là do hiệu ứng gián tiếp.
Khả năng ion hóa các nguyên tử, phân tử của bức xạ ion hoá chính là điều
khác biệt với các tác nhân không ion hóa, sự khác biệt này giải thích tại sao
một lượng nhỏ năng lượng được hấp thụ bởi bức xạ ion hóa lại có thể gây nên
một tác hại lớn hơn nhiều so với các tác nhân khác [19], [21].
- Quá trình hóa học
Giai đoạn này diễn ra trong vòng từ 10–13 đến 10–2 giây, được bắt đầu bằng
sự hình thành các gốc tự do từ sự thủy phân do bức xạ. Quá trình này xảy ra
sau khi phân tử nước hấp thụ năng lượng từ bức xạ, theo các giai đoạn sau:
H2O + γ " HOHÆ + e–

H2O + e– " HOH–
Các ion HOH– và HOH+ không bền vững và có thể bị tách thành các phần
tử nhỏ hơn: HOHÆ " HÆ + OH— và HOH– " OH– + H—
OH— và H— được gọi là các gốc tự do (free radicals), là những phân tử trung
hòa có một electron không ghép cặp ở vỏ ngoài cùng. Do đó, chúng có hoạt
tính hóa học rất mạnh. Đặc biệt gốc hydroxyl OH— với thời gian tồn tại 105
giây, là một tác nhân oxy hóa mạnh, có khả năng gây tổn thương phân tử
DNA trong phạm vi 3nm [31].
Các gốc tự do cũng có thể tạo ra hydrogen peroxide H2O2, rất độc đối với
tế bào. H2O2 có thể được hình thành do kết hợp hai gốc tự do OH— (OH— + OH—
→ H2O2), hay H— + O2 → HO—2 và 2HO—2 → H2O2 + O2 hoặc HO—2 + H— →
H2 O2 .
Một số phân tử hữu cơ khác (ký hiệu RH), có thể trở thành gốc tự do:
RH + γ → RH— → H— + R—
Khi có oxy, một loại gốc tự do khác cũng hình thành như sau:
R— + O2 → RO2
Dưới tác động gây tổn thương trực tiếp của các hạt bức xạ mang năng
lượng hoặc gián tiếp qua các gốc tự do, những tổn thương sơ cấp xuất hiện trên
phân tử DNA. Những tổn thương này bao gồm: đứt gẫy sợi đơn (SSB - Single


8

strand breaks), đứt gẫy sợi đôi (DSB - Double strand breaks), tổn thương base
(BD - Base damages) ở các mức độ khác nhau, đứt gẫy liên kết giữa DNA và
protein… Trong đó, loại tổn thương đặc trưng cho bức xạ ion hóa và đóng vai
trò quan trọng nhất đối với tác dụng của bức xạ ion hóa trên phân tử DNA là
những đứt gẫy đôi phức tạp [6], [19], [35], [39].
- Quá trình sinh học
Giai đoạn này diễn ra từ 10–2 giây đến vài giờ. Đây là giai đoạn diễn ra quá

trình sửa chữa những tổn thương sơ cấp xuất hiện trên phân tử DNA. Những
base bị tổn thương được sửa sai bằng cơ chế cắt bỏ những base riêng lẻ (Base–
Excision Repair) hoặc một đoạn oligonucleotide (Nucleotide– Excision
Repair). Tổn thương chuỗi đơn SSB được sửa sai dựa vào trình tự của mạch bổ
sung. Sửa chữa đứt gẫy đôi DSB liên quan đến một số cơ chế: Hai đầu đứt gẫy
có thể được nối lại mà không cần trình tự tương đồng theo cơ chế NHEJ
(Nonhomologous End Joining), hay dựa vào trình tự tương đồng theo cơ chế
HR (Homologous Recombination). Những tổn thương sơ cấp, đặc biệt là
những tổn thương đứt gẫy đôi cũng khởi phát một quá trình chuyển tín hiệu
bằng cách sử dụng hoạt tính kinase của hệ thống enzyme tham gia vào quá
trình đáp ứng của tế bào với tổn thương xảy ra trên phân tử DNA theo các con
đường khác nhau, dẫn đến ngăn chặn sự phân bào ở các giai đoạn khác nhau
của chu trình tế bào [39], [48], [79], [83].
1.1.4. Hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ ion hóa
- Hiệu ứng ở cấp độ phân tử
Giai đoạn này có thể kéo dài từ vài giờ đến nhiều năm sau khi chiếu xạ.
Bức xạ ion hóa gây tổn thương cho hàng loạt các phân tử khác nhau trong tế
bào: phân tử protein, lipid, acid nucleic, hydrat cacbon…làm tổn thương những
cấu trúc trong tế bào, trong đó quan trọng nhất là những tổn thương xảy ra với
vật chất di truyền ở cấp độ phân tử là DNA, những tổn thương không được
phục hồi, hoặc phục hồi nhầm trên phân tử DNA dưới tác động của bức xạ ion
hóa, dẫn đến những tổn thương về chức năng của gene. Cuối cùng được biểu
hiện thành những triệu chứng lâm sàng [16], [48].
- Hiệu ứng ở cấp độ tế bào
Ở cấp độ tế bào, bức xạ ion hóa có thể tác dụng ở các mức độ khác nhau
tùy vào liều lượng, bản chất bức xạ và loại tế bào chịu tác dụng. Trường hợp bị
tổn thương nặng, tế bào sẽ bị chết: có thể chết giữa phase (interphase death) tế bào ngừng tất cả mọi hoạt động sống, có thể mất khả năng phân chia
(reproductive death). Những tế bào mang đột biến gene liên quan đến sự kiểm

9

soát chu trình tế bào có thể nhân lên vô hạn định (gây nên bệnh ung thư). Đột
biến có thể được truyền cho thế hệ tiếp theo nếu xảy ra ở tế bào sinh dục [48],
[49], [75].

- Hiệu ứng ở cấp độ cơ thể
+ Các hiệu ứng cấp do bức xạ gây ra
Khi toàn thân nhận một liều cao trong một thời gian ngắn sẽ làm ảnh hưởng
đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ương. Các ảnh hưởng trên
đều có chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi, sốt, thay đổi
về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra ban đỏ,
rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời, đối
với mắt gây hư hại giác mạc, kết mạc. Hiệu ứng cấp thuộc loại tác dụng tất
nhiên của bức xạ ion hóa với cơ thể là các tác dụng chỉ xảy ra và chắc chắn xảy
ra khi liều vượt quá một mức ngưỡng nào đó và mức độ trầm trọng càng tăng
khi liều càng lớn [16], [48], [77].
+ Các hiệu ứng muộn do bức xạ gây ra
Hiệu ứng muộn hay còn được gọi là tác dụng mãn tính (chronic) là những
tác dụng chỉ có thể quan sát sau nhiều năm. Một người khi bị chiếu xạ có thể bị
những tác dụng cấp tính hay không (tùy theo liều), nhưng luôn luôn có nguy cơ
bị các tác dụng muộn. Tất cả các tác động của bức xạ ion hóa ảnh hưởng đến
vật chất di truyền của cơ thể thuộc về tác dụng ngẫu nhiên, có xác suất xảy ra
tăng theo liều hấp thụ, và dù liều hấp thụ thấp bao nhiêu đi nữa, tác dụng vẫn
có thể xảy ra với một xác suất nhất định (không có ngưỡng). Mức độ trầm
trọng của tác dụng loại này trên mỗi cá thể là không phụ thuộc liều, và khi nó
xảy ra, các hậu quả là như nhau. Ung thư, bệnh máu trắng, ung thư xương, ung
thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền.... là các hiệu ứng
muộn có thể xảy ra khi cơ thể bị nhiễm xạ [1], [48], [77], [83].
1.1.5. An toàn phóng xạ

- Các đại lượng và đơn vị đo liều
+ Liều chiếu (exposure dose - chỉ dùng riêng cho tia gamma và tia X)
Liều chiếu: Là liều bức xạ phát ra từ nguồn phát xạ, có đơn vị là Culomb/kg
(C/kg) hay Roentgen (R). R là liều chiếu của tia gamma hay tia X, khi tác động
vào 1kg không khí ở điều kiện chuẩn thì làm xuất hiện 1 điện tích là 2,58.10-4
C/kg.


10

+ Suất liều chiếu (exposure dose rate): Là liều chiếu tính trong một đơn vị
thời gian [1], [19].
+ Liều hấp thụ (absorbed dose)
Liều hấp thụ: Là đại lượng liều lượng bức xạ đặc trưng cho mức độ hấp thụ
của vật chất khi bị chiếu, đó chính là năng lượng bức xạ bị hấp thụ bởi 1 đơn
vị khối lượng môi trường, D = dE/dm (dE là năng lượng trung bình của bức xạ
truyền cho vật chất có khối lượng là dm trong thể tích nguyên tố). Liều hấp thụ
có đơn vị là J/kg (trong an toàn bức xạ gọi là Gray – viết tắt Gy), 1Gy = 1
J/kg. Trước đây, thường dùng đơn vị là rad, 1Gy = 100 rad [35], [39].
Suất liều hấp thụ (absorbed dose rate): Liều hấp thụ trong một đơn vị thời
gian được gọi là suất liều hấp thụ, đơn vị thường dùng là (Gy/s hoặc rad/s).
+ Liều tương đương (equivalent dose)
Cùng một liều hấp thụ nhưng tác dụng sinh học của bức xạ còn tuỳ thuộc
vào loại bức xạ, với cùng một liều hấp thụ như nhau, trong cùng một loại mô,
tổn thương sinh học mà tia α gây ra lớn hơn gấp nhiều lần so với tia X hoặc tia
γ. Đặc trưng cho sự phụ thuộc vào loại bức xạ, người ta dùng đại lượng có tên
gọi là trọng số bức xạ w R. Như vậy, liều tương đương sinh học của mô (cơ
quan) T nào đó của cơ thể trong một trường bức xạ được tính theo hệ thức:
H T = å w R DT , R
R

Trong đó, w R là trọng số bức xạ, DT,R là liều hấp thụ. Tổng được lấy theo tất cả
các loại bức xạ trong trường bức xạ [19], [21], [39], [83].
Đối với các photon, electron, năng lượng bất kỳ thì w R = 1. Giá trị w R của
các loại bức xạ được ghi trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Giá trị trọng số bức xạ của các loại bức xạ ion hóa khác nhau
(nguồn: ICRU 1995) [21]
Bức xạ

Neutron

Proton

Năng lượng

wR

<10 keV

5

100 keV ÷ 100keV

10

100 keV ÷ 2 keV

20

2 MeV ÷ 20 MeV

10

>20 MeV

5
5


11

α, hạt nặng khác

20

Tia X, γ, hạt β

1

Đơn vị tính liều tương đương là Sievert (viết tắt là Sv). Trước đây, thường
dùng đơn vị là rem: 1Sv = 100rem. Đơn vị Sievert được sử dụng phổ biến để
tính toán ảnh hưởng của tia phóng xạ đối với cơ thể con người trên cơ sở tính
đến sự khác nhau về tác dụng sinh học của các tia phóng xạ khác nhau. Do vậy,
nếu đánh giá lượng tia phóng xạ mà cơ thể con người nhận bằng đơn vị Sievert
thì dù nó là tia phóng xạ tự nhiên hay nhân tạo, ảnh hưởng đối với cơ thể con
người tương đương nhau nếu số đơn vị này bằng nhau [39], [55].
+ Liều hiệu dụng (Effective dose)
Liều hiệu dụng E được tính theo hệ thức:

E =

åw

H T . Trong đó wT là trọng số mô, HT là liều tương đương.
Tổng được lấy theo tất cả các mô chịu tác dụng của bức xạ. Đối với toàn bộ cơ
wT = 1
thể:
T

T

å
T

Bảng 1.3. Trọng số mô của các mô khác nhau trong cơ thể (nguồn: NCRP
1998) [21]
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14

Mô hoặc cơ quan
Tuyến sinh dục (buồng trứng, tinh hoàn)
Tủy
Ruột kết
Phổi
Dạ dày
Bàng quang
Mô vú
Gan
Thực quản
Tuyến giáp
Da
Xương
Các phần khác1
Toàn cơ thể

Trọng số mô wT
0.20
0.12
0.12
0.12
0.12
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.01

0.01
0.05
1.00

Đơn vị liều hiệu dụng là Sievert (Sv). Biết liều hấp thụ DT tính theo Gy, sử
dụng các trọng số bức xạ WR và trọng số mô WT, có thể tính được liều tương
đương hay liều hiệu dụng.

1

Các phần khác bao gồm: tuyến thượng thận, não bộ, thận, cơ, lá lách, tụy, tử cung.


12

Thí dụ: Liều hiệu dụng đối với phổi gây bởi bức xạ α là:
E(Sv) = 20. 0,12. D (Gy) = 2,4 D (Gy)
+ Hoạt độ (radioactivity)
Hoạt độ nguồn phóng xạ là số hạt nhân phân rã từ nguồn / đơn vị thời gian.
Trong hệ SI, đơn vị đo hoạt độ là Becquerel (Bq). 1Bq = 1 phân rã /giây.
Hiện nay người ta vẫn dùng đơn vị Curie (Ci). 1Ci = 3,7.1010 Bq.
Mối liên hệ: 1Ci = 37 GBq. (3,7.109 Bq); 1 Bq = 2,7.10-11Ci.
- Các phương pháp đo liều phóng xạ
+ Phương pháp đo liều vật lý và hóa học
Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị này dựa vào các hiệu ứng vật lý và
hóa học khi bức xạ tương tác với vật chất: sự ion hóa của chất khí; sự ion hóa
và kích thích chất rắn; tác dụng hóa học; tác dụng của neutron với vật chất và
hiệu ứng phân cực môi trường. Các loại liều kế sau đây được sử dụng dựa trên
các nguyên tắc vật lý và hóa học: buồng ion hóa; bút đo liều; ống đếm tỷ lệ;
ống đếm Geiger-Muller; buồng Wilson; buồng khuyếch tán; buồng bọt; đầu dò

(detector) dẫn điện; detector bán dẫn; detector nhấp nháy; detector nhiệt phát
quang; nhũ tương ảnh; ống đếm Bo; ống đếm proton giật lùi; ống đếm phản
ứng phân hạch; ống đếm kích hoạt…
Để đảm bảo an toàn, các cơ sở phóng xạ được thường xuyên kiểm tra bằng
các máy kiểm xạ (detector), nhân viên bức xạ luôn phải đeo liều kế cá nhân.
Liều kế cá nhân được thiết kế để đeo trên ngực, chân tay của người làm việc
[1], [19], [39], [77].
+ Phương pháp đo liều sinh học
Đo liều sinh học dựa trên nguyên tắc các loại hiệu ứng sinh học có ngưỡng
(xuất hiện ở một khoảng liều nhất định). Thành tựu y sinh học phóng xạ đã chỉ
ra một số triệu chứng lâm sàng có ngưỡng như sau:
Liều nhỏ hơn 150 mSv: không có dấu hiệu lâm sàng, có sự thay đổi vật chất
di truyền, xuất hiện sai hình NST; Liều lớn hơn 150 mSv: không có dấu hiệu
lâm sàng, giảm tinh dịch; Liều lớn hơn 500 mSv: không có dấu hiệu lâm sàng,
giảm nhẹ số lượng tế bào lympho; Liều lớn hơn 1000 mSv: buồn nôn, nôn,
thay đổi công thức máu (tỷ lệ bạch cầu / hồng cầu / tiểu cầu); Liều lớn hơn
2000 mSv: nhức đầu, sốt; Lớn hơn 6-8 Sv: Xuất hiện hội chứng đường ruột;


13

20-50 Sv: Loạn ý thức. Trên cơ sở phân tích những đặc điểm ổn định của tế
bào lympho máu ngoại vi người, năm 1982 IAEA khuyến cáo sử dụng kỹ thuật
phân tích sai hình nhiễm sắc thể để đo liều phóng xạ [21], [24], [28], [39].
1.2. Phân tử ADN, bộ nhiễm sắc thể người
1.2.1. Cấu trúc của phân tử DNA (Deoxyribonucleic acid)
Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn, mỗi mạch đơn là
một chuỗi nucleotide. Mỗi nucleotide gồm ba thành phần: một nhóm
phosphate, một gốc đường pentose và một trong bốn loại base nitơ: adenine
(A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C). Hai mạch đơn kết hợp với nhau

nhờ các liên kết hydro hình thành giữa các base bổ sung nằm trên hai mạch; A
bổ sung cho T và C bổ sung cho G, quan hệ này giải thích được cấu trúc chặt
chẽ của phân tử DNA và tính bảo tồn trong sao chép.
Watson - Crick đã đưa ra mô hình cấu trúc DNA dạng B có các đặc điểm về
kích thước: chiều xoắn của chuỗi xoắn kép: từ trái sang phải; khoảng cách 1
vòng xoắn: 34A0 tương ứng với 10 cặp base; đường kính: 20 A0 [2], [5], [78].
34A0

3.4 A0

10

Hình 1.1. Mô hình cấu trúc DNA dạng B
1.2.2. Bộ nhiễm sắc thể người và các tiêu chí phân loại
- Cấu trúc nhiễm sắc thể của người
Nhiễm sắc thể có 2 cấp độ cấu trúc, thể đơn trước pha S (Synthesic phase)
và thể đôi sau pha S. Trước pha S, mỗi nhiễm sắc thể chứa một phân tử ADN
dạng xoắn kép kết hợp với các phân tử protein histon và phi histon ở các cấp
độ cấu trúc khác nhau, nhiễm sắc thể thể một luôn ở trạng thái dãn xoắn. Sau
pha S mỗi phân tử DNA được nhân đôi theo nguyên tắc bổ sung, nhiễm sắc thể
ở dạng thể đôi với 2 nhiễm sắc tử.


14

Hình 1.2. Cấu trúc siêu hiển vi của bộ nhiễm sắc thể người
Tại kỳ giữa của pha phân chia (metaphase) NST ở trạng thái cô đặc nhất có
hình dạng và kích thước điển hình với đường kính 1400nm, gồm hai chromatid
chị em liên kết với nhau tại tâm động. Vị trí tâm động là đặc điểm đặc trưng
phân loại các cặp nhiễm sắc thể, tâm động chia NST thành hai vai với chiều dài

khác nhau: vai dài (q), vai ngắn (p) cách nhau bởi eo sơ cấp. Đầu mút nhiễm
sắc thể hay còn gọi là telomere, mang trình tự nucleotide TTAGGG lặp lại
nhiều lần có chức năng giới hạn nhiễm sắc thể, tổn thương chuỗi đôi phân tử
DNA làm mất chức năng giới hạn và các đầu mút này trở thành “đầu dính”.
Nhiễm sắc thể còn có thể kèm cách vai bởi eo sơ cấp. Mỗi đầu nhiễm sắc thể
có thể có hơn một thể kèm, tạo nên eo thứ cấp. Căn cứ vào vị trí tâm động,
NST được phân loại thành ba nhóm: tâm giữa (metacentric), tâm lệch
(submetacentric) và tâm mút (acrocentric) [5], [64], [78], [36], [38].

Hình 1.3. Các loại vị trí tâm động NST
Mỗi cặp nhiễm sắc thể trong genome (karyotype) đều có đặc trưng về kích
thước tương đối và chỉ số tâm động. Hội nghị Denve, Mỹ (1960); Hội nghị
Paris, Pháp (1971); Hội nghị Basel, Thụy Sỹ (1985) thống nhất lấy kích thước
tương đối (giá trị phần trăm tỷ lệ giữa kích thước của một nhiễm sắc thể cụ thể
và kích thước của toàn bộ đơn bội - theo quy ước là 22 NST thường và 1 NST
X ) và chỉ số tâm động (giá trị phần trăm tỷ số đo vai ngắn (p) và số đo toàn
nhiễm sắc thể đang xét) làm dấu chuẩn phân loại nhiễm sắc thể. Ngoài ra, số
lượng và độ lớn của các vạch bắt trong kỹ thuật nhuộm band cũng được sử


15

dụng để phân loại bộ NST. Các Hội nghị Quốc tế trên đã sắp xếp bộ nhiễm sắc
thể người vào 7 nhóm theo ký tự A, B, C, D, E, F, G [38], [68].
- Bộ nhiễm sắc thể người
Con người thuộc loài Homo sapiens có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội gồm 22
cặp nhiễm sắc thể thường (còn gọi là nhiễm sắc thể sinh dưỡng - autosoma) và
một cặp nhiễm sắc thể giới tính (sex chromosome) có đặc trưng đồng nhất ở
nữ, ở nam gồm một NST X và một NST Y. Bộ NST người chứa trên 3 tỷ cặp
nucleotide.

Hình 1.4. Hình thái và trật tự sắp xếp các cặp nhiễm sắc thể người (nam)
1.3. Sai hình nhiễm sắc thể (chromosomal aberration)
1.3.1. Khái niệm về sai hình nhiễm sắc thể
Sai hình nhiễm sắc thể là thuật ngữ di truyền học, chỉ sự thay đổi khác
thường về số lượng và hình ảnh cấu trúc của NST. Sai hình NST được phát
hiện từ rất sớm trên cơ sở nghiên cứu tác động của các tác nhân đột biến lên
thực vật, nấm. Các nghiên cứu thực vật chiếu xạ của Mather (1934); Rley
(1936); Sax (1938, 1940) đã phát hiện sai hình kiểu NST và sai hình kiểu
nhiễm sắc tử ở ngay metaphase của chu trình phân bào đầu tiên sau chiếu xạ. Ở
người, việc phát hiện sai hình nhiễm sắc thể liên quan đến nghiên cứu các bệnh
di truyền [13], [36], [38], [74].


16

- Sai hình ở cấp độ nhiễm sắc thể (Chromosome aberrant type)
Các sai hình được biểu hiện ở cấp độ nhiễm sắc thể, tức liên quan đến cả
hai nhiễm sắc tử của nhiễm sắc thể. Các kiểu sai hình này thường xuất phát từ
các tổn thương chuỗi đôi phân tử DNA trước phase S. Sự đứt gẫy và trao đổi
các đoạn NST xảy ra trước khi NST nhân đôi, thuộc loại sai hình nhiễm sắc thể
gồm có: sai hình mảnh không tâm (fragment), sai hình đa tâm
(polycentromere), sai hình vòng (ring), sai hình chuyển đoạn (translocation),
sai hình đảo đoạn (inversion) [13], [36], [38], [74].
- Sai hình ở cấp độ nhiễm sắc tử (Chromatid aberrant type)
Các sai hình được biểu hiện ở cấp độ nhiễm sắc tử, tức chỉ xảy ra trên một
nhiễm sắc tử của nhiễm sắc thể. Các kiểu sai hình này thường xuất phát từ các
tổn thương chuỗi đơn phân tử DNA trước pha S hoặc tổn thương chuỗi đôi sau
pha S. Thuộc loại sai hình nhiễm sắc tử gồm có: sai hình đứt gẫy nhiễm sắc tử
(chromatid break), liên kết dạng cánh (radical). Sai hình kiểu nhiễm sắc tử rất

phức tạp về mặt hình thái [13], [36], [38], [59], [74].
1.3.2. Cơ chế tạo nên sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho dưới tác động
của bức xạ ion hóa
Những nghiên cứu về sai hình NST dưới tác động của bức xạ ion hóa cho
thấy bức xạ ion hóa gây ra sai hình nhiễm sắc thể ở cấp độ nhiễm sắc thể hay
nhiễm sắc tử là tùy thuộc vào thời điểm chiếu xạ rơi vào giai đoạn nào của chu
trình tế bào: Nếu tế bào được chiếu xạ trước pha S (Go, G1) thì sai hình chỉ
biểu hiện ở cấp độ nhiễm sắc thể, liên quan đến cả hai nhiễm sắc tử với những
tương đồng về sai lệch, trường hợp tế bào được chiếu xạ ở pha S hoặc G2
(nhiễm sắc thể gồm hai chromatid chị em) thì sai hình biểu hiện ở cấp độ
nhiễm sắc tử, chỉ xảy ra trên một nhiễm sắc tử. Những quan sát này chứng tỏ
rằng: Tổn thương DSB là loại tổn thương quan trọng nhất mà bức xạ ion hóa
gây ra trên phân tử DNA và DSB là điều kiện thiết yếu để tạo nên những sai
hình nhiễm sắc thể dưới tác động của bức xạ ion hóa [23], [25], [36], [38],
[76]. Vì quần thể tế bào lympho trong máu ngoại vi tồn tại ở phase Go nên sai
hình ở tế bào lympho được quan sát ở metaphase của lần phân bào đầu tiên sau
khi chiếu xạ là sai hình kiểu nhiễm sắc thể. Các kiểu sai hình được quan sát ở
cả in vitro và in vivo bao gồm: mảnh không tâm, sai hình đa tâm, vòng có tâm
và không tâm, đảo đoạn và chuyển đoạn.
Những công trình nghiên cứu về cơ chế gây sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào
lympho dưới tác động của bức xạ ion hóa trong vài thập niên qua đã củng cố
thêm những nhận định của Savage về cơ chế gây sai hình nhiễm sắc thể đó là: