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放射损伤

作者: Jerrold T. Bushberg, PhD, DABMP, School of Medicine, University of California, Davis

放射损伤是由于暴露于电离辐射引起的机体组织损伤。

  • 大剂量电离辐射可导致急性发病,出现造血功能减低以及消化道损害。

  • 大剂量电离辐射也可损伤心脏和血管(心血管系统),脑部以及皮肤。

  • 电离辐射可增加患癌风险,损害精子和卵细胞,增加后代遗传缺陷的风险。

  • 医生应从患者身上移除放射性物质,并治疗放射性损伤引起的症状和并发症。

一般来说,电离辐射是与高能电磁波(X线及γ线)或高能粒子(α粒子、β粒子、中子)有关,这些物质可由原子发射出电子(电离作用)。电离作用改变了这些原子以及包含这些原子的分子的化学特性。通过改变细胞的有序环境内的分子,电离辐射可损伤及破坏细胞。细胞损伤可导致疾病,增加癌症发生风险,或两者都发生。

电离辐射由放射性物质(放射性核素)如铀、氡、钋发射,也可由人造放射源产生,如X线和放射线治疗机。

无线电波,如移动电话及调频调幅信号传送器,还有可见光都是电磁辐射的类型。但是,它们能量较低,这些放射的形式不是电离,因此,公众对这些物质的暴露水平不足以损害细胞。在这章讨论中,“放射”专指的是电离辐射。

放射线的计量

放射线有几种不同的度量单位,伦琴(R)是射线在空气中电离能力的程度指标,经常用于表示暴露于放射线的强度。人们暴露于多少放射线以及多少被身体吸收可有很大差别。戈瑞(Gy)及希沃特(Sv)是放射线剂量的测量单位,是放射线在物质中被吸收的量,也是用于测量暴露于放射线后人体内剂量的单位。戈瑞(Gy)及希沃特(Sv)类似,但希沃特(Sv)考虑了不同类型的射线引发损伤的效应,以及人体不同组织对射线的敏感性。低水平暴露以毫戈瑞(mGy,1 mGy=1/1000 Gy)及毫希沃特(mSv,1mSv=1/1000 Sv)来进行计量。

沾染及辐射

放射线暴露主要有两种形式:沾染和辐射。大多严重的放射事故是从这两个方面使人受到放射性暴露。

沾染是指接触了并保留了放射性物质,通常是尘埃或液体。外部沾染是接触到皮肤或衣服上,然后可能掉下来或被擦下来,再污染其他人或物体。内部沾染是指通过消化道、呼吸道或破损的皮肤被人体吸收,放射性物质存留在体内。一旦进入体内,放射性物质可以传送到身体的各个部位,如骨髓,在那里继续释放射线,增加剂量,直到被清除或释放完它所有的能量(衰减)。去除内部沾染较外部沾染困难得多。

辐射是指暴露于放射线,而不是放射性物质,因此不包括沾染。一个常见的例子就是诊断性X线,比如骨折时进行X线检查。辐射暴露可发生于没有直接接触的人和放射性物质之间(比如放射性物质或X线机)。当放射源被移除或关闭,辐射就会停止。只受到辐射而没有沾染的人没有放射性,即他们不发射射线,而且他们遭受放射性物质辐射的剂量并不增加。

你知道吗……

  • 在美国,平均每个人接受的自然辐射大约等同于接受到人工放射源(几乎全部是用于诊断和治疗疾病的医用放射源)放射的剂量。

放射暴露源

人们经常暴露在低水平的自然射线(本底射线)中,也间断暴露于人工放射源的射线中。在美国,人们每年接受的自然射线约为3mSv,人工放射源射线约为3mSv,每年共约6mSv。但是,在印度、伊朗、巴西以及中国的一些地区,接受的本底射线平均剂量较高,每年为5~10mSv。

本底辐射

本底辐射源包括来自外太空的宇宙射线以及放射性元素的自然辐射。

宇宙辐射大部分都被地球大气层阻挡,但在地球的磁极——北极和南极辐射还是很强的。因此,居住地球两极越近、居住海拔越高以及乘坐飞机时,受到的宇宙辐射越强烈。

放射性元素,特别是铀以及它自然衰变的放射性产物(如氡气),存在于许多岩石和矿物质中。这些元素最终进入到各种物品中,包括食物、水和建筑材料。氡辐射一般占所有自然辐射的2/3。本底辐射的剂量远不足以引起放射性损伤。

人工放射源辐射

很多人暴露于人工辐射源,包括医学影像学检查(特别是CT及心肌核素显像扫描)。医学诊断性检查如胸部X线平片、乳腺摄片以及牙齿平片检查散发的辐射不足以引起放射性损伤。接受放射治疗的癌症病人可能要接受大剂量辐射,但是,要尽量使射线投射于病变部位,减少对正常组织的辐射。

人们也可能暴露于其他放射源,如放射性事故和核武器试验的放射性尘埃,但是,这些辐射只占人们每年接受辐射量的一小部分。一般来说,放射性事故涉及参与放射性物质或X线源工作的人,比如食物辐照器或工业用X线机。这些人可能会接受到显著剂量的辐射。这些损伤大多因不遵守安全程序所致。辐射暴露也发生于含有大量放射性物质的医用或工业用放射源的丢失或被盗。

核电站事故泄漏出的放射性物质是极少见的情况,如1979年宾夕法尼亚州三里岛核电站和1986年乌克兰的切尔诺贝利核电站事故。三里岛事故没有造成重大的放射性暴露,居住在核电站1.6公里范围内的人只多受到了0.08mSv的放射剂量。然而,居住在切尔诺贝利核电站附近的人,却平均接受了约300mSv的射线。30多个工人和救急队员死亡,很多人受伤,从核电站泄露的低浓度放射性物质影响到了欧洲、亚洲,甚至美国。事故发生20年后,受到沾染的地区(白俄罗斯、俄罗斯及乌克兰的广大区域)的人群平均受到的辐射总剂量约为10~30mSv。应当注意,切尔诺贝利核泄漏造成的沾染区域居民平均每年接受的额外剂量(0.5~1.5 mSv每年),总体来说低于美国居民所接受到的本底辐射。

核武器可以释放出巨大的能量和辐射。自1945年以后没有再使用过核武器来对付人类。然而,现在有些国家仍拥有核武器,一些恐怖分子组织也在力图获取它们,再次使用核武器的可能性正在上升。核武器爆炸造成的巨大伤亡主要是因为它的冲击波及高温灼伤,一小部分的伤亡(但数目也很高)源于核辐射引发的疾病。

恐怖分子策划的核辐射暴露包括应用可释放辐射物质的装置(用传统爆炸设备装备的释放核辐射的装置,称为“脏弹”)沾染某区域。其他恐怖活动包括使用隐匿的放射源造成无察觉的人群的大剂量放射暴露,袭击核反应堆或放射性物质储存库,以及引爆核武器。

美国的年辐射暴露

辐射源

平均有效剂量(mSv)

自然辐射源

氡气

2.00

其他陆地辐射源

0.28

外层宇宙射线

0.27

体内自然放射性元素

0.39

小计

3.0

人工辐射源

诊断用医疗影像检查*

3.0

消费品

0.10

核武器试验的放射性尘埃

小于0.01

核工业

小于0.01

小计

3.0

年总辐射暴露量

6.0

其他暴露源(平均每例)

航空

0.005 mSv/每小时飞行

牙科X线

0.005

胸部X线

0.02

乳腺平片

0.4

头部CT

2

胸部或腹部CT

7

钡剂灌肠造影

8

*平均值。大多数人每年接受较低的剂量,如进行牙科X线或乳腺平片检查,但是少数患病或受伤的人需要进行很多影像学检查,因此受到的辐射剂量较大。

辐射的影响

辐射的损伤效果取决于以下因素:

  • 数量(剂量)

  • 接受特定剂量的快慢

  • 身体暴露的范围大小

  • 特定组织对射线的敏感性

单次射线快速进行全身照射可致死,但是,如果相同的总剂量,照射时间为几周或几个月产生的影响可能就很小。辐射的影响也取决于身体暴露范围的多少。比如,如果全身都受到多于6Gy的辐射量一般就会致死,但是,如果只集中照射特定的小面积躯体,并将间隔时间延长至数周或数月,如进行癌症放疗,分10次或以上给予这个总剂量,就不会引起严重损害。

身体的一些部位对射线较敏感。细胞增殖较快的器官和组织如肠道和骨髓等,比细胞增殖较慢的器官和组织如肌肉和脑细胞,更容易受到射线损害。甲状腺暴露于放射性碘后容易患癌症,这是因为放射性碘可在甲状腺聚集。

辐射与儿童

儿童的细胞分裂速度要显著快于成年人,因此对放射性损害更敏感。

胎儿对放射性损害极其敏感。怀孕后8~25周,胎儿如果受到多于300mGy的辐射,可导致出生后智力下降以及入学后表现较差。孕期子宫如受到大剂量辐射可引起出生缺陷。但是,低于100mGy的辐射剂量,特别是孕妇接受的平均较低剂量的影像学检查,比起正常发病率并没有明显增加出生缺陷的风险。

你知道吗……

  • 辐射并不像人们想象的那样是引起癌症或出生缺陷的一个重要原因。

辐射与癌症

由于受到辐射仍存活的细胞发生了遗传物质(DNA)的损害,大剂量的辐射暴露增加患癌风险。尽管如此,并不像人们想象的那样,辐射是引起癌症的较弱因素。即使全身遭到1Gy辐射(是平均每年受到的本底辐射的300倍以上的剂量),一生中也只增加约25%~30%的死于癌症的风险。

儿童遭到核辐射患癌症的风险较成年人高数倍。儿童可能更易患癌症的原因有,他们的细胞分裂更频繁,以及预期寿命更长,在生存期间可出现癌症。据估计,1岁大的小孩进行腹部CT扫描,一生中患癌症的风险增加0.18%。

辐射与遗传缺陷

已证实,卵巢或睾丸遭到大剂量辐射的动物,容易出现有缺陷的后代(遗传作用)。但是,观察在日本核爆炸中存活者的后代,并没有增加出生缺陷的百分比,这可能是因为辐射暴露剂量不足以引起该比率显著增加。

症状

症状取决于全身还是身体的一小部分受到辐射暴露。高剂量、全身暴露可引起急性放射病,部分身体暴露引起局部放射损伤。

急性放射病

急性放射病一般发生于一次性或短时间内全身受到高剂量辐射的人。医生根据受影响的主要器官系统,将急性放射症状分为三组,这三组间有重叠:

  • 造血系统综合征

  • 胃肠道综合征

  • 脑血管综合征

急性放射病的发展一般分三个阶段:

  • 早期症状如恶心、食欲减退、呕吐、乏力以及受到很高剂量辐射后会出现腹泻(统称为前驱症状)。

  • 无症状阶段(潜伏期)。

  • 多种症状(综合征),取决于受到的辐射量。

出现何种综合征、其严重程度以及发展速度取决于放射剂量。剂量越高,症状出现得越早,进展越快(比如,从前驱症状进展到多器官系统综合征),病情更严重。

受到特定剂量辐射的人,早期症状的严重程度和病程类似。因此,医生可以从早期症状的时间、性质以及严重程度来估计辐射暴露的情况。

造血系统综合征是血细胞的生成部位(造血)-骨髓、脾脏、淋巴结等受到辐射影响引起的综合征。受到1~6Gy的辐射1~6小时后可出现食欲减退(厌食症)、嗜睡以及呕吐。这些不适症状在暴露后24~48小时消退,经过一周或更长时间会感觉良好。在无症状期间,骨髓、脾脏及淋巴结内的造血细胞开始功能减退,并且没有替代功能细胞,导致白细胞的严重减少,接着是血小板减少以及红细胞减少。白细胞减少可导致严重感染。血小板减少可导致不能控制的出血。红细胞减少(贫血)导致疲劳、虚弱、苍白及进行体力活动时呼吸困难。4~5周后,存活患者开始产生新的血细胞,但是几个月内患者都会感到虚弱和疲劳。

胃肠道综合征是由辐射影响消化道内层细胞所引起的。暴露于6Gy或以上的放射剂量1小时内即可出现严重的恶心、呕吐和腹泻。这些症状可导致严重脱水,但常在2天后减轻。随后的4~5天(潜伏期)患者感觉良好,但这时正常情况下起保护屏障作用的消化道内壁细胞已经开始死亡和脱落。随后又开始出现严重的腹泻,常常带血,并反复发作,再一次导致脱水。细菌从消化道侵入人体,引起严重的感染。接受同样辐射剂量的患者也可出现造血系统综合征,引起出血和感染,增加死亡的风险。受到6Gy或以上辐射剂量,常导致死亡。但是,如果有先进的医疗支持,50%的患者可存活。

脑血管综合征当放射暴露的总剂量超过20~30Gy时可发生脑血管综合征。患者很快出现意识障碍、恶心、呕吐、腹泻、便血和休克。潜伏期很短或没有,几小时内,血压下降,伴有抽搐和昏迷。脑血管综合征患者常在数小时到1~2天内死亡。

局部放射损伤

癌症的放射治疗就是引起局部放射损伤的最常见原因之一。其他原因可产生类似症状。这些症状主要取决于辐射剂量和接受治疗的范围。

对脑和腹部的照射期间或照射后不久,可出现恶心、呕吐和食欲下降。大剂量的射线照射身体的某一部位,常会使该部位表面的皮肤受损,包括毛发脱落、发红、蜕皮、溃疡,最后皮肤变薄,皮下血管扩张(蜘蛛状静脉)。对口腔或颌部的照射可导致永久性的口腔干燥、龋齿数量增加、颌骨损伤。对肺部的照射,可引起肺部炎症(放射性肺炎),大剂量放射可使肺组织形成严重的瘢痕(纤维化),进而呼吸急促,甚至死亡。胸廓接受大范围照射后,可引起心脏和保护它的囊(心包)出现炎症,导致胸痛或呼吸急促的症状。脊髓受到大剂量的集中照射后,可引起严重的损伤,导致瘫痪、大小便失禁及感觉丧失。对腹部的大范围照射(照射淋巴结、睾丸肿瘤、卵巢癌)可导致慢性溃疡、瘢痕、肠道狭窄或穿孔,引起如腹痛、呕吐、呕血、黑便、柏油便等症状。

有时在放射治疗后很长一段时间才出现严重的损害。接受大剂量放射治疗的患者在治疗后6个月到1年可出现肾功能下降,导致贫血和高血压。肌肉接受了大剂量的集中照射可出现肌肉疼痛的情况,包括肌肉废用(萎缩)和受照射部位钙沉积。放射治疗偶尔会导致新发癌性(恶性)肿瘤。这些射线诱发的癌症,一般发生在暴露后10年或更长时间。

诊断

患者病史中一般有明确的射线暴露史。接受放射治疗或暴露于放射事故后,当出现发病症状或皮肤发红、溃疡时,应警惕放射性损伤的可能。症状出现的时间可帮助医生评估受到的放射剂量。没有特殊的检查可用于诊断放射暴露,但可以进行一些临床检查来检测感染、血细胞计数降低或器官功能障碍。测定血液中淋巴细胞(白细胞的一种类型)计数,有助于医生确定放射暴露的严重程度。一般来说,暴露后48小时内淋巴细胞计数越低,放射暴露就越严重。

放射性沾染不同于照射,可用一种测量射线的装置-盖格计数器,对人体进行测量来确定;也可用从鼻腔、咽喉和创面取得的拭子来进行放射性活性的检测。

急性放射病的早期症状如恶心、呕吐及震颤,也可由焦虑导致。因为恐怖袭击和核事故后,经常会出现焦虑,当出现这些症状时不要恐慌,特别是不知道放射暴露剂量的情况下,或许反射暴露的剂量很小。

预防

核电站事故或蓄意泄漏放射性物质造成广泛的严重的环境沾染后,人们应遵循公共卫生机构的建议。这些信息在电视和广播上经常播报,建议人们撤离沾染区域或进入避难所。是否推荐撤离或进入避难所取决于多个因素,包括距离最初泄漏的时间、泄漏是否停止、天气状况、最近的可用避难所以及道路和交通状况。如果建议使用避难所,混凝土或金属结构的避难所,特别是地下的(比如地下室)是最好的。如果没有地下避难所,在高层建筑顶部与底部中间的楼层远离窗户的中心区域是最好的选择。

如果人们可能被放射性物质沾染,建议更换衣服并进行淋浴。人们可从当地药店或一些公共卫生机构获得碘化钾片(KI)。但是,只有发生放射性碘泄漏事故时,碘化钾才能起作用,碘化钾对其他放射性物质并不起保护作用。已知对碘过敏或有特定甲状腺疾病的人应避免服用碘化钾。如果怀疑对碘过敏,应咨询医生。

进行影像学治疗操作时,包括电离辐射,特别是癌症放射治疗期间使用高剂量射线,身体最易感部位,如眼睛的晶状体、女性的乳腺及卵巢、睾丸以及甲状腺,如果可能,应进行遮蔽(比如,穿上铅衣)。

你知道吗……

  • 住在核电站10英里(16公里)以内的居民应有获得碘化钾片的渠道。

  • 换衣服及温水淋浴,以及间断洗发,对消除大部分外部沾染非常有效。

预后

预后取决于放射剂量、剂量率(暴露发生的快慢)以及受照射的身体部位。其他因素包括受累者的健康状况和是否受到医疗护理。总体来说,没有医疗护理,受到大于3Gy的全身照射,半数人会立即死亡。受到大于6Gy放射剂量的人群几乎全部死亡。受到小于2Gy放射剂量的人群几乎全部在1个月之内完全康复,尽管可能会发生长期并发症,比如癌症。进行医疗护理,全身受到6Gy照射剂量的人群有一半可获得存活。一些人受到高达10Gy照射剂量仍获得存活。

因为医生不可能知道每个人受到的照射量,他们通常根据患者症状来预测结果。脑血管综合征患者在几小时到几天内死亡。尽管一些患者可存活几周,胃肠道综合征患者一般在3~10天内死亡。很多接受到正确医疗护理的造血系统综合征患者可获得存活,这取决于受到的放射剂量和他们的健康状况。没有存活的人一般在受到暴露后4~8周内死亡。

治疗

由于身体损伤会更快危及生命,治疗放射损伤前应先治疗身体损伤。辐射损伤不需要急诊处理,但医生要密切监测各种综合征的出现,并对其引起的症状进行治疗。

必须立即清除放射性沾染物质,以免它们继续对人体辐射以及被身体继续吸收。沾染创口应先于沾染皮肤进行处理。医生用盐水溶液冲洗创口以及外科用海绵擦拭伤口,来进行创口清创。清创后,应敷盖伤口,以免清洗其他部位时再次沾染。受沾染的皮肤要用大量肥皂和温水(不是热水)进行轻轻擦洗。皮肤褶皱及指甲部位应格外仔细清洗。刺激大的化学物质、剧烈的刷擦或擦洗可能会破坏皮肤表面,应予避免。如果受沾染的毛发不能用肥皂和水进行清理,可用剪刀剪掉,而不是刮掉。刮毛可损伤皮肤,造成沾染物进入体内。直到盖格计数器显示放射活性消失或基本消失,或冲洗不再减低测量到的放射活性数值,或直到进一步清洗可能损伤皮肤时,皮肤和创口的清创才能停止。烧伤应轻轻冲洗,而不是擦洗。

特定措施可减少内部沾染。如果患者刚吞服了大量放射性物质,应诱发呕吐。某些放射性物质有专门的化学治疗方法,可在吞服后减少吸收,或加速从体内排出。在受到放射性碘内部沾染之前或之后的较短时间内,服用碘化钾可有效地防止甲状腺吸收放射性碘,进而减少患甲状腺癌和甲状腺损伤的风险。碘化钾只对放射性碘有效,对其他放射性元素无效。其他药物,如钆喷替酸锌、钙(DTPA-对放射性钚,钇,锎,镅)、磷酸钙或磷酸铝(放射性锶)以及普鲁士蓝(放射性铯、铷、铊)等,静脉输入可以清除一部分进入人体的某些放射性核素。但是,除了碘化钾很有效外,用来减少内部沾染的其他药物能只减少暴露量的25%~75%。

通过应用防止呕吐的药物(止吐剂)可减轻恶心、呕吐。这类药物也常规用于接受放疗和化疗的患者。脱水时通过静脉补液来治疗。

对胃肠道综合征或造血系统综合征患者进行隔离,以减少他们接触感染性微生物。输血和注射能刺激血细胞生长的生长因子(如红细胞生成素和集落刺激因子),以增加血细胞数量。这种治疗可有助于减轻出血和贫血,以及抵抗感染。如果骨髓严重受损,这些生长因子就可能无效。有时可进行骨髓移植,但对于这种情况的治疗经验有限,而且成功率很低。

胃肠道综合征的患者需要使用止吐药、静脉输液和给予镇静剂。有些患者可以进清淡饮食。口服抗生素可以杀灭通过肠道侵入机体的细菌。必要时,可静脉输入抗生素、抗真菌药和抗病毒药。

脑血管综合征的治疗是通过缓解疼痛、抗焦虑和治疗呼吸困难,以使患者尽量保持舒适,用药物控制癫痫发作。

放射性溃疡引起的疼痛可通过止痛剂治疗。如果这些伤口愈合不满意,可通过手术皮肤移植或其他方法修复。

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