放射毒理学radiotoxicology

系从放射物的毒理学角度来研究放射线的一门医学分科。通过动物实验及疾病防治过程中研究放射性物质侵入机体的途径、量、在体内分布、致病作用、代谢、排出的规律。从而对生产工厂及周围环境提出放射物质容许指标、防护措施、对已发生某些放射损害的治疗方法等。

放射毒理学

放射医学中的一门分支学科。研究放射性物质对生物体作用的特点和危害性，进入机体的途径，在体内的分布、代谢、排出和有效的处理方法等。为临床提供放射性损伤诊断和治疗的有效措施，并为制定放射性物质的最大容许标准提供科学依据。

放射毒理学

放射毒理学又称放射性核素毒理学。是毒理学的一个分支，也是放射医学的组成部分。它主要研究放射性核素进入机体后的动态变化，对机体的损伤效应 （近期和远期）及影响损伤的因素，放射性核素内污染的急救处理和如何加速核素从体内排除等。放射性物质可直接或间接地通过污染空气、水源、土壤、食物等环节进入人体。因此，估算内污染剂量，制订空气、水和食物中放射性核素的最高容许浓度等，都是放射毒理学要研究的课题。
放射性核素在体内的代谢过程是毒理学研究的基础，是估计其危害性及进行医学处理的重要依据。放射性核素与体内自然存在的、化学性质与其相似的非放射性元素的代谢过程类同，主要取决于核素的物理化学性状、入体途径和机体的功能状态。
(1) 入体途径： 经呼吸道吸入的放射性核素，尤其是气态物质(氡、氢、氚及碘蒸气等)易被呼吸道粘膜或肺泡壁吸收入血液。放射性尘粒和气溶胶的吸收，与粒子的大小和化合物的溶解度密切有关，基本上依从于无机粉尘吸收的一般规律。
当食物和水源遭受放射性核素污染时，核素可经口摄入； 特别是经呼吸道吸入的尘粒和气溶胶核素，在上呼吸道滞留部分，可因咳痰和吞咽动作而进入胃肠道。胃肠道对核素的吸收具有明显的选择性。生理必需元素如钠、钾、钙、镁和与上述元素化学性质相近的铷、铯、锶、钡、镭等，均易从消化道吸收，但稀土族元素、重金属元素等吸收率很低。此外，同一种元素因其化合物不同，吸收率也有差异，如氯化锶(85SrCl2)在胃肠道的吸收率为20～30%，而钛酸锶只吸收0.05～0.3%。
某些气态和液态的放射性核素，可少量（百分之几）地经完整无损的皮肤吸收。氚水(HTO)蒸气可自由透过完好皮肤而被吸收。皮肤创伤面的吸收率，一般比正常皮肤大，且易受伤口部位、深度等因素的影响。
由于诊断和治疗疾病的需要，放射性核素可经肌肉、皮下或静脉等途径注入。
(2) 分布： 核素吸收入血液和淋巴液后，参与化学性质类似的化合物代谢。其分布多具有选择性，这对内照射损伤具有重要意义。以骨骼为主要沉积部位的核素有钙、锶、钡、镭、钇、锆及钚等； 主要沉积于网状内皮系统的有汞、金、锰、钋及镧族、锕族元素等； 主要蓄积在肾脏的有磷、铋、砷及六价铀等。属均匀分布的有氚、钠、钾、碳、铯、铌、钌等。事实上，均匀是相对的，如铌在骨中浓集较多，铯主要分布于肌肉，钌则是亲肾的。即使公认为全身分布的氚，在入体的当时均匀弥散于全身血流中，以后仍有一小部分与体内成分如脂肪、生物大分子、骨胶原等相结合，代谢率缓慢，存留时间较久。长期少量摄入，与组织成分牢固结合的百分比则增加。
核素在体内的分布受多种因素影响。化合物性质不同，分布也有差异，如硝酸钚沉积于肝脏较多，而柠檬酸钚大多沉积于骨骼。化合物的聚合状态也可影响核素的分布，单体钚在肝内的滞留占注入量的33%，聚合状态的钚在肝内的蓄积量高达81%。同一族的元素，与蛋白质结合的程度也不一致，如该元素所带的阳离子电荷愈多，离子半径愈大，与蛋白质结合就愈稳定。载体的含量可显著地影响核素在某一器官组织中的蓄积，如带有一定量载体的¹³1I在甲状腺中的浓集量可降低到原来的几十分之一。载体的这种稀释作用，在防治工作中具有重要意义。此外，机体的功能状态也影响核素的吸收和分布。
(3) 排泄： 进入体内的放射性核素可通过胃肠道、肾、肺、汗腺、唾液腺以及胆汁、乳汁等途径排出体外，排出的速率各不相同。
气态和挥发性核素主要由呼吸道排出，而且排出率高、速度快。14CO2进入血液后数小时，即随呼气排出。吸入的氡气，绝大部分在最初1个半小时内经肺排除，即使是氡水，2小时后也几乎全部以气态从肺部呼出。
经口摄入或吸入后转移到消化道的中等可溶或难溶的化合物，主要从粪便排出。胃肠道中不易吸收的铈、钚等稀土族和重金属元素，90%自肠道排出体外，从肝脏经胆汁排泄和由其他消化腺分泌的核素均随粪排出。
肾脏是排出放射性核素的重要器官。一般地说，在体内溶解度大、分布均匀、与组织成分尚未紧密结合的核素，于入体后最初几天内，随尿排出率较高。一旦与某些组织成分紧密结合，经尿排出就显著减少。
体内放射性物质的减少，除了核素自行衰变以外，还与机体的自然排出能力有关，常用有效半减期(T)表示。即体内核素实际放射性强度减少一半所需要的时间。它与核素的物理半衰期(TD)和核素自体内排出一半所需的时间即生物半排期(Tb)间的关系如下：
放射性核素进入体内使机体产生内照射损伤，其损伤作用取决于核素的辐射特性，且与其化学性质及在体内的代谢过程密切相关。
(1) 辐射类型： 辐射的生物学效应，在很大程度上取决于辐射品质，也就是由射线在组织中的能量分布和转移来决定。射线在单位长度径迹上的能量损失，称线能量转移(LET)。通常，由高LET辐射所引起的损伤比低LET严重。如α粒子、质子和快中子属高LET辐射；γ线、电子和X线为低LET辐射。虽然γ线的穿透力很强，远距离外照射就可引起机体的损伤，但从放射性物质的内照射来说，α粒子的危害最大，β粒子次之，γ线的危害较小。
(2) 射线的能量： 对同一种辐射线来说，能量大，生物学效应强，对机体的危害大，引起生物体伤害的剂量相对就小。
(3) 浓集的部位： 放射性核素的主要危害发生于核素浓集较多的器官和组织。核素沉积多、损伤严重的器官，就称为该核素的靶器官。放射性核素入体后的最初与最终沉积部位均影响着损伤过程，并决定于体内核素的存留量与组织成分（如蛋白质）结合的牢固程度。如较大量的131I和125I浓集在甲状腺，可造成甲状腺功能低下，甚至变性、萎缩、坏死。一定剂量的亲骨性核素较易诱发骨肿瘤。在体内呈均匀分布的核素，则有引起软组织肿瘤的可能性。采用显微技术发现核素在体内的微观分布与辐射损伤有着重要的关系。如239Pu及226Ra均是α辐射体，属亲骨性元素，但其致骨癌的效应却有10～20倍之差。通过对核素在器官和组织微细结构中的分布和定位的研究表明，226Ra在骨骼中呈体积分布型，而23⁹Pu则覆盖在全部骨表面，由于骨表面细胞的辐照在骨肿瘤形成中具有关键性作用，因此239Pu致骨癌的潜在危害比226Ra大得多。可见，核素在体内的沉积、应从整体、器官、细胞以至分子水平上加以综合分析，并应以核素的微观分布为重点。
(4) 核衰变子体的危害： 除了放射性核素本身的致电离作用外，还有放射性子体产物的危害。如镭的子体产物氡(222Rn)可致肺癌，已经肯定。有些子体产物虽是稳定性元素，也能使机体的正常机能受到扰乱。如磷是构成DNA主链的元素，一旦32P进入机体并掺入DNA，由于32P可衰变成32S，硫就成了DNA分子中的“异常”元素，可以使DNA分子主链发生断裂。
以上所述特性，尚不足以对每种放射性核素作出全面的毒理学评价。放射性核素毒性的大小，还取决于有效半减期的长短，在摄入相同剂量核素的条件下，有效半减期短的，其危害相对较小。有时核素的固有化学毒性，在对机体的危害过程中，起着相当重要的作用，如天然铀、钍的急性损伤。机体的功能状态以及器官、组织对辐射的敏感性等，都是评价核素危害时所必须考虑的问题。
体内存在的放射性核素，是机体内持续不断的辐照源。但只有当放射性核素达到一定照射剂量时，才能显示有害影响。
放射性核素内污染的急性损伤，其临床经过与外照射急性放射病类似。慢性损伤的病程可持续几月、几年或更长，表现为神经衰弱综合征，内分泌系统紊乱，免疫系统抑制，暂时和长期的造血功能障碍。非肿瘤形式的病理变化有肾硬变、肺硬变或纤维化，以及血管病变包括高血压等。还可见到早衰或寿命缩短等一些非特异性变化。
辐射致肿瘤是常见的和研究最多的远期效应。电离辐射是目前很引人重视的致癌因素。接受中等或较大剂量的α粒子、β粒子、γ线、中子、加速粒子以及重核等辐射，已证明不但可以增加癌症的发病率，而且可以使原发肿瘤的发病时间有所提前。铀的裂变产物、新钍、40Ba、90Y、144Ce、174Pm等均可引起骨肉瘤。注入钍可致肝癌。吸入氡可致肺癌。有报道，因接受³²P治疗引起急性白血病，多次大剂量摄入¹³¹I引起甲状腺肿瘤。受小剂量长期慢性照射的致癌效应，是当前研究的重点之一，是对人群危害的估计与评价的重要内容。
辐射对染色体的诱变是辐射损伤的重要原因之一。辐射致癌效应是由于体细胞的突变，遗传危害则是生殖细胞受损的结果。这两类细胞的伤害，是由于排列在染色体上的基因突变或染色体的数目、结构上畸变的结果。实验发现，电离辐射的剂量与染色体畸变效应间有依存关系。受氡照射的铀矿工染色体畸变率显著地比对照组为高。认为“不稳定”细胞的畸变是辐射诱发染色体畸变的证据。接触90Sr、226Ra、239Pu和接受放射性碘治疗者，也都有染色体畸变率增高现象。
国际放射防护委员会(ICRP)把上述电离辐射对人体的影响，区分为随机效应和非随机效应二类。随机效应（包括致癌作用及各种遗传效应） 的发生率与剂量之间，存在着线性无阈值关系，而其严重程度与所受剂量的大小无关，这种效应在人群中呈随机分布的性质。非随机效应(包括造血功能的减退，生育力减弱、晶状体混浊和其他器官的功能障碍)的严重程度取决于剂量的大小，只有剂量超过一定阈值时才使机体发生不良影响。辐射的致癌作用和遗传效应已为人们所重视。如此分类的目的，在于更全面地衡量辐射效应的危害和在制订辐射防护标准时作为参考依据。
防止、减轻或消除放射性核素内照射损伤的医学措施，包括减少或延缓放射性核素在体内的吸收和促进排出及对内照射损伤进行急救和处理，后一措施与外照射放射病的处理原则相同。
当放射性核素进入体内后，要尽快地采取措施，去除最初停留部位的放射性核素。如采用鼻咽腔洗漱、催吐、洗胃、灌肠或应用吸附剂及缓泻剂，减少核素的吸收和加速其排出。
对已被机体吸收的核素，则采用同位素稀释、离子竞争、增强代谢过程和利尿作用等措施，尤以应用络合剂以加速核素排出的方法为重要。
理想的络合剂应该是在体内生理条件下，与放射性核素形成解离度小、溶解度大、扩散力强的稳定络合物。常用的络合剂有：多羧多胺型的，以依地酸二钠钙(EDTA-CaNa2)、二乙三胺五乙酸钙钠盐 (又名促排灵，DTPA-CaNa3)为代表； 羧基羟基型的，如柠檬酸； 巯基型的，有二巯基丙烷磺酸钠和二巯基丙醇等。其中以DTPA-CaNa₃对重金属元素和稀土族元素的促排效果较为显著，但使用时应注意其副作用。目前主要的趋向，一是提高其进入靶细胞的量（如偶合脂溶性分子），二是不同构型络合剂的联合应用，以获得较高的疗效。
当发生核素内污染时，若及时采用减少吸收和促排的措施，效果较好。对内污染时间较长的病人，效果则差。有的核素至今尚无较好的促排药物。因此，防止或减少放射性核素的体内污染，关键在于贯彻“预防为主”的方针，改进工艺过程，改善防护措施，健全安全卫生制度和加强宣传教育等。