宇宙中辐射的生物效应

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1、宇宙中辐射的生物效应。‧早在太空时代，任务计划人员已体认到在太空的环境中航天员会遇到一连串的健康与福祉的威胁。‧早期气球试验与卫星航行已经界定的辐射种类：电磁辐射(x与加马射线)电子质子元素原子核之Z>2‧质子与高Z元素的元素代表未知的生物风险。其能量变化大，穿透能力亦是。平原区与布拉格尖峰剂量之间的差异造成RBEs之表现非常不同。‧由质子治疗的有限资料指出质子的RBE约为1。‧NASA目标：更精确的生物效应评估，而能确认屏蔽之需求。USAF/NASA质子生物效应项目在1960年代早期一个大型的质子生物效应项目，起初目标在测定

2、质子能量与生物反应的关系。这里选择几个在宇宙中会遭遇到的质子能量类别：质子能量组织中射程32MeV1cm55MeV2.5cm138MeV~15cm250MeV~40cm400MeV~80cm2300MeV~1000cm最后，约近2000只恒河猴与5000只老鼠被用于实验中。1影像已移除‧技术指标包括临床发现、生理变化、血液学变化、组织病理与致死率。‧约有400只猴(急性曝露下存活者)进行寿命追踪。(有些至今仍存活！)‧质子与光子辐射的深度-剂量分布有差异。‧较低能量质子有限的穿透力病在高剂量时造成严重表面伤害(「类似三度灼伤」

3、)。整体而言，质子的RBE约为1。2影像已移除[Leavitt,D.D.,RadiationResearch,126,127-131,1991]‧长期间的存活者发展出脑瘤。‧这张图片显示头部以质子射束照射的剂量评估细节(回顾)部份。‧数目代表用来作参考剂量的百分比，范围达10Gy的全身曝露(比造成表面烧伤的还更高)。‧根据寿命追踪显示寿命的缩短与剂量有关联，而与质子的能量无关。白内障影像已移除‧一技术指标确实显示质子照射的差异在于白内障形成。‧在经过20-24年的潜伏期之后会观察到白内障的情形。(恒河猴的寿命期中值是~24年)

4、。‧这里显示剂量反应差异类似在不同能量质子的剂量。3在老鼠哈达氏腺的肿瘤发生率。见Alpen,E.L,P.Powers-Risius,S.B.Curtis,R.DeGuzmanandRJ.M.Fry.“Fluence-BasedRelativeBiologicalEffectivenessforChargedParticleCarcinogenesisinMouseHarderianGland.”AdvancesinSpaceResearch14no.10(1994):573-581.‧目的：探讨在低剂量下的剂量-反应关系。‧

5、获得初始斜率；初始斜率比产生最大RBE。‧风险分析的新研究方法：基本的RBE评估以例子通量作为剂量的参数。‧只有可能用「径迹分段」实验让LET在所经过的靶范围中皆为恒定值。影像已移除表1模式系统：‧母鼠以在布拉格曲线的平原区照射。‧在72小时内，2为捐赠者的脑下垂腺被移植入脾脏中。‧荷尔蒙的产生促进了哈达氏腺肿瘤的表现。‧牺牲的老鼠在16个月后；对哈达氏线进行组织与巨观的检验。影像已移除剂量(Gy)vs.肿瘤罹患率之图首要数据：剂量=通量×LET[初始斜率的估计会非常主观。]4影像已移除图2作用截面由下面重绘制图的初始斜率导出

6、。影像已移除Fig.14.7inAlpen,E.L.RadiationBiophysics,2nded.SanDiego,CA:AcademicPress,1998.作用截面由通量的低剂量区域斜率vs.上图的肿瘤发生率所导出。作用截面=带有肿瘤的动物每单位通量的增加比例。***此图在与许多其它的技术指标一起观察时并未显示出在高LET的作用截面有减少。影像已移除图3‧由哈达氏腺数据估计的RBE产生如同任何曝露在高LET辐射之试验系统的最高值。‧RBE值在高LET值时维持在高值。‧哈达氏腺资料并未显示出在非常高LETs时(例：见下

7、)会如其它系统的RBE迅速地落到低值。‧这些结果可引出许多的关注事项。‧这让NASA非常困扰。5Alpen也试着统计重带电粒子穿过细胞的结果。‧通量/单位面积已知与剂量有关。‧在哈达氏腺中的靶细胞大小(平均作用截面)是已知的。‧计算穿过的数目与剂量关系。影像已移除表3影像已移除表4在相同的低剂量下，质子穿越过的数目非常大。影像已移除图4‧HZE铁粒子的一个或多个穿过机率反应出肿瘤诱发的机率。‧Alpen所用于计算穿过机率的细胞面积显示如上。‧若以细胞核面积来取代，观察到的肿瘤发生率会与一个或多个穿过机率的曲线吻合甚至更佳。这些

8、数据认为被一个高LET铁粒子只要击中一次就足以造成变异与诱发肿瘤。6老鼠受高LET辐射照射后诱发的皮肤癌。影像已移除图6‧在低剂量时，部份来自低-LET辐射的皮肤细胞损害可被修复。‧高-LET辐射显示一个每单位剂量的肿瘤诱发之线性反应。辐射诱发的白内障白内障是一个晚期出现的确