放射生物学是一门研究电离辐射对生物体影响的学科。电离辐射，包括电磁辐射（如X射线和γ射线）和粒子辐射（如α粒子、β粒子、质子、中子和重离子等），具有强大的穿透力和能量，能够对人体细胞产生显著影响。这些影响可能包括细胞损伤、基因突变、癌症风险增加等。本文旨在科普电离辐射如何影响人体细胞，并探讨其机制、后果及防护措施。
一、电离辐射的基本特性
电离辐射是指能够使物质原子或分子电离的辐射。电离是指原子或分子失去电子而成为带电粒子的过程。电离辐射的能量较高，足以破坏化学键，使原子或分子发生电离。电离辐射的主要类型包括电磁辐射和粒子辐射。
（一）电磁辐射
主要由X射线和γ射线组成。X射线是高速电子与物质相互作用产生的，具有较强的穿透力。γ射线是原子核衰变过程中释放出的高能光子，其穿透力更强。
（二）粒子辐射
由微观粒子或原子核组成，包括α粒子、β粒子、质子、中子和重离子等。α粒子是氦原子核，带有两个正电荷，穿透力较弱。β粒子是电子，穿透力较强。质子和中子则是由原子核中的质子和中子直接释放出来的，具有更高的能量和穿透力。
二、电离辐射对细胞的影响机制
电离辐射对细胞的影响主要通过直接作用和间接作用两种方式实现。
（一）直接作用
电离辐射直接作用于细胞内的分子，如DNA、RNA、蛋白质和酶类，导致化学键断裂、分子结构改变和生物功能丧失。这种作用方式通常发生在辐射能量较高、穿透力较强的粒子辐射中，如α粒子和质子。
（二）间接作用
电离辐射首先作用于细胞内的水分子，使水分子电离成自由基（如氢自由基和氧自由基），这些自由基随后扩散并作用于生物大分子，引发连锁化学反应，破坏细胞结构和功能。这种作用方式主要发生在辐射能量较低、穿透力较弱的电磁辐射中，如X射线和γ射线。
三、电离辐射对细胞的生物学效应
电离辐射对细胞的生物学效应可以分为确定性效应和随机性效应两类。
（一）确定性效应
确定性效应是指在一定剂量范围内，电离辐射对细胞产生的效应是确定且可预测的。当辐射剂量达到一定阈值时，确定性效应的发生率和严重程度与剂量成正相关。常见的确定性效应包括皮肤损伤、急性辐射综合症等。这些效应通常发生在高剂量辐射暴露后，且严重程度随剂量的增加而增加。
（二）随机性效应
随机性效应是指电离辐射对细胞产生的效应是不确定且不可预测的。其发生率与剂量之间呈正相关，但不存在剂量阈值，且效应的严重程度与剂量无关。常见的随机性效应包括辐射诱发的癌症和遗传效应。这些效应可能发生在低剂量辐射暴露后，且其发生概率和严重程度难以预测。
四、电离辐射对细胞的损伤与修复
电离辐射对细胞的损伤包括DNA损伤、细胞膜损伤、线粒体损伤等。这些损伤可能导致细胞功能失常、细胞周期改变、细胞凋亡或癌变。
（一）DNA损伤
DNA是细胞内的遗传物质，电离辐射可直接作用于DNA，导致DNA链断裂、碱基损伤等。这些损伤可能引发基因突变、染色体畸变等后果，严重时可能导致细胞死亡或癌变。
（二）细胞膜损伤
细胞膜是细胞内外环境的屏障，电离辐射可导致细胞膜破裂、通透性改变等，影响细胞的正常代谢和物质交换。
（三）线粒体损伤
线粒体是细胞内的能量工厂，电离辐射可导致线粒体功能障碍，影响细胞的能量供应和代谢活动。然而，生物系统对辐射造成的损伤具有一定的修复和再生能力。当损伤程度较轻时，细胞可以通过自身的修复机制（如DNA修复酶、蛋白质合成等）恢复正常的结构和功能。但当损伤超过一定限度时，细胞无法修复和再生，导致细胞死亡或癌变。
五、电离辐射对人体健康的长期影响
电离辐射对人体健康的长期影响主要体现在癌症风险增加、遗传效应等方面。
（一）癌症风险增加
长期或高剂量的电离辐射暴露会增加患癌症的风险。不同类型的辐射和不同的暴露程度对人体的影响也不尽相同，但总体而言，辐射是许多类型癌症的已知诱因之一。例如，长期接触X射线或γ射线的人员患甲状腺癌、乳腺癌等癌症的风险较高。
（二）遗传效应
电离辐射还可能引起基因突变和染色体畸变，导致遗传信息的改变。这些改变可能通过遗传方式传递给后代，引发遗传性疾病或增加后代患癌症的风险。
六、电离辐射的防护措施
为了减少电离辐射对人体的影响，需要采取一系列防护措施。
（一）时间防护：尽量减少在辐射环境中的暴露时间，以降低辐射剂量。
（二）距离防护：增加与辐射源的距离，利用辐射的衰减特性降低辐射剂量。
（三）屏蔽防护：使用屏蔽材料（如铅、混凝土等）阻挡辐射，减少辐射对人体的直接照射。
（四）个人防护：穿戴适当的防护装备（如防护服、手套、眼镜等），减少辐射对人体的伤害。
（五）健康监测：定期进行健康检查，及时发现并处理由于辐射引起的健康问题。
七、结论
电离辐射对人体细胞的影响是复杂而深远的。通过了解电离辐射的基本特性、影响机制、生物学效应以及防护措施，可以更好地认识电离辐射的危害，并采取有效的措施保护自身健康。在日常生活中，应尽量避免不必要的辐射暴露，如限制X光检查的次数和使用防护措施。如果因工作或医疗需要而接触辐射，应严格遵守安全规程，确保自身安全。同时，政府和相关部门也应加强辐射防护知识的宣传和普及，提高公众的辐射防护意识。
(李杰 河南省第三人民医院（河南省职业病医院） 毒理研究室 主治医师)
