放射生物学是一门研究放射线与生物体相互作用的科学，它涉及放射线对生物体在集体、个体、组织、细胞、分子等各种水平上的影响。随着科技的发展和人类活动的增加，辐射源日益增多，如核反应、医疗诊断、工业用途等，因此，了解辐射与生物体的相互作用对于保护人类和环境免受辐射伤害具有重要意义。
一、放射线的分类
1.电离辐射
是指能够将原子或分子电离的辐射，比如α、β、γ射线和X射线等。电离辐射具有较强的能量，能够直接击穿生物体内的分子，引起电离和激发。
2.非电离辐射
是指不能将原子或分子电离的辐射，比如紫外线、可见光、红外线和微波等。非电离辐射虽然不能直接引起电离，但可以通过产生热量或光合作用等方式影响生物体。
二、放射线与生物体的相互作用方式
1.直接作用
是指放射线直接与生物分子相互作用，比如直接损伤细胞DNA分子，引起遗传变异、癌症等疾病。电离辐射具有较强的直接作用能力，能够直接传递能量给生物分子，引起电离和激发，导致分子结构的改变，进而使生物活性丧失。例如，射线对生物分子的一定部分或者较弱的化学键上作用，由于在特定的分子结构中能量传递有一定的取向和能量沉积不均匀，射线可能直接作用于蛋白质、核蛋白、染色体及酶等生物大分子，使其直接产生电离、激发或化学键断裂。
2.间接作用
是指放射线作用于介质后，介质产生一系列的化学反应，生成各种自由基和活性离子，进而对生物分子造成损伤。间接作用是电离辐射的主要损伤方式，但非电离辐射也能间接导致生物分子的氧化。例如，射线首先直接作用于水，引起水分子的活化和自由基的生成，然后通过自由基再作用于生物分子，造成损伤。这些自由基化学性质极活泼，对生物组织有高度毒性，可导致生物大分子的损伤和一系列的生理和生化紊乱。
三、生物体内辐射损伤的类型
1.生物分子的氧化
是指放射线诱导环境物质分子发生氧化还原反应，在生物体内形成氧自由基、羟自由基等自由基，对有机物分子造成氧化损伤。这是非电离辐射的主要作用方式。
2.DNA损伤
是指放射线直接或间接影响DNA分子结构，引起DNA单链断裂、双链断裂、碱基损伤等，进而导致遗传变异和癌症等疾病。DNA是放射线作用于细胞的最重要的靶点，电离辐射可以直接或间接损伤DNA分子。
3.细胞死亡
是指放射线对细胞造成损伤，引起细胞凋亡、坏死等。这是电离辐射和非电离辐射共同作用的结果。细胞死亡的方式有多种，如增殖死亡（细胞在受到中等剂量照射后，可以经过一次或几次有丝分裂后发生死亡）、间期死亡（细胞在间期直接受到致死剂量照射后死亡）等。
四、电离辐射对生物体的作用过程
1.物理阶段
生物分子在电离辐射的直接作用或间接作用中产生能量吸收，所引起的辐射效应主要是细胞中的水分子、无机和有机组分被激发，形成激发态和超激发态，或发生电离。这个阶段的时间非常短，通常在10^-14秒以内。
2.物理化学阶段
在这个阶段中化学损伤开始发生，正常代谢产生的自由基和酶的活性形式开始与辐射产生的活泼基团起反应。这时生物大分子中被破坏的S-H、N-H、O-H、和C-H可被细胞内衣存在的硫基化合物修复。这个阶段的时间在10-12秒之间。
3.化学阶段
在这个阶段中DNA和RNA的损伤开始，酶的激活或灭活发生，细胞内硫基含量下降，脂质过氧化开始，因辐射损伤而产生的稳定和亚稳定的异常产物的毒性开始出现。这个阶段的时间在10-3秒之间。
4.生物学阶段
发生变化的生物分子通过机体的代谢作用，使损伤得以“扩大”，从而表现出可见的生物损伤。这个阶段的时间较长，细胞死亡需数天到数月，辐射致癌作用需数年，而可遗传的损伤需经数代才能观察到。
五、辐射防护措施
辐射防护是指采取一系列措施来防止人体或环境因受到放射线的辐射而受到伤害。这些措施主要包括照射时间限制、距离限制和屏蔽措施。通过尽量减少人体受到放射线照射的时间，可以有效降低辐射损伤的风险。同时，将人远离放射线源，也能显著减少照射剂量，进一步保护人体安全。此外，设立屏蔽物，如铅屏障，在X射线诊断和核医学等领域中广泛应用，能够有效将放射线隔离在屏蔽物内，减少辐射散射，从而保护医疗工作者和患者免受辐射伤害。这些措施共同构成了辐射防护的重要体系。
六、放射生物学在放射治疗中的应用
1.提供理论基础
确认放射线对肿瘤和正常组织的作用机制及受照射后生物体内的反应过程，如DNA损伤修复、肿瘤乏氧细胞、再氧和及肿瘤干细胞的再群体化等生物效应的发生、发展过程和机制。
2.治疗策略及验证
临床放射生物学研究的主要着眼点是研究和测定物理吸收量与生物效应的关系，配合临床研究发展新的、特异性的放射治疗方法，如超分割、加速分割等放疗模式，以及乏氧细胞增敏剂等。
3.个体化放射治疗方案的研究和设计
根据患者的具体情况，如肿瘤的类型、位置、大小以及患者的身体状况等，制定个性化的放射治疗方案，以提高治疗效果并减少正常组织的损伤。
七、结论
放射生物学是一门重要的学科，它研究放射线与生物体的相互作用，为我们理解辐射对生物体的影响、制定辐射防护措施以及发展放射治疗方法提供了理论基础。随着科技的不断进步和研究的深入，我们对放射生物学的认识也将不断加深，从而更好地保护人类和环境免受辐射伤害。
(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)
