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      試論骨科輻射效應(yīng)的線性與非線性關(guān)系

      時間:2024-08-19 19:26:39 醫(yī)學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿
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      試論骨科輻射效應(yīng)的線性與非線性關(guān)系

      試論骨科輻射效應(yīng)的線性與非線性關(guān)系

        摘要: 放射界對于輻射效應(yīng)一直沿用線性無理論, 但近年來, 低劑量輻射效應(yīng)卻讓其表現(xiàn)出非線性特征。而且對于骨折以及骨科其他疾病來說不同劑量輻射所產(chǎn)生的效應(yīng)是不同的, 即其在骨科中也存在線性與非線性的對立統(tǒng)一, 只有認(rèn)清這兩者的辯證關(guān)系, 才能抓住其本質(zhì), 最終產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義和臨床應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞: 輻射效應(yīng), 線性, 非線性, 辯證關(guān)系。

        輻射效應(yīng)作為一種生命現(xiàn)象受機體、劑量、機制多種因素的影響, 同時這些因素具有不確定性、隨機性和非平衡性等特性,所以我們要用! 復(fù)雜性? 的眼光和理性思維, 辯證地去對待線性與非線性的關(guān)系。

        1 輻射效應(yīng)的線性與非線性理論及現(xiàn)象。

        1. 1 輻射效應(yīng)的! 線性無理論?及其在骨科中的體現(xiàn)。

        長期以來, 有關(guān)輻射對人體的影響一直沿用! 線性無理論? , 該理論認(rèn)為任何劑量的輻射都是有害的, 其危險性隨著劑量的增加而呈線性增加。即該理論的突出特點是輻射效應(yīng)是一直有害的且呈線性關(guān)系并無臨界點( 值) 的存在。

        在骨科研究中, 中高劑量的輻射對骨骼生長和骨折愈合等方面是有害的, 主要表現(xiàn)在骨壞死 、骨折延遲愈合和骨不連等 。

        1. 2 低劑量輻射的定義、效應(yīng)及其在骨科中的體現(xiàn)。

        1986 年, 聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會報告: 低劑量輻射是指0. 2Gy 以內(nèi)的低LET( 傳能線密度) 輻射或0. 05Gy 以內(nèi)的高LET 輻射 。低劑量輻射可以刺激動物的生長發(fā)育、延長動物壽命、提高生育能力, 增強動物和人體的免疫功能, 降低腫瘤發(fā)生率等, 即興奮效應(yīng)( Ho rmesis ) 。且經(jīng)微小劑量( 如50mGy~ 75mGy) 輻射預(yù)處理的細(xì)胞、臟器或整體動物, 當(dāng)它相繼接受較大劑量輻射時, 能夠?qū)p傷產(chǎn)生抗性, 即適應(yīng)性反應(yīng)(Adaptive Response) 。

        在骨科研究中,低劑量輻射離體成骨母細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)可增加堿性磷酸酶(ALP)的數(shù)量,促進單個細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial g rowth factor , VEGF) , 增強成骨細(xì)胞的礦化能力等 , 而且低劑量輻射還可促進骨折愈合 。

        1. 3 輻射效應(yīng)在骨科中的整合及其特征。

        在骨科中,當(dāng)輻射劑量低于低劑量時,其效應(yīng)幾乎沒有;當(dāng)輻射為低劑量時其效應(yīng)則為有益作用,且這種效應(yīng)受多種因素的影響和制約并非單純地隨著劑量的增加(此時劑量仍處于低劑量范圍內(nèi))而增加,但也不是當(dāng)處于某個劑量點時其效應(yīng)表現(xiàn)出同一性和均一性,它會因各種因素的影響而表現(xiàn)的有差別;當(dāng)輻射為中高劑量時其效應(yīng)則為損害作用,且損害作用會隨著劑量的增加而增加。

        2 輻射效應(yīng)在骨科中存在非線性特征的原因探討。

        2. 1 機體因素。

        一般認(rèn)為,若一個系統(tǒng)具有非線性(不可疊加性)和動態(tài)性、非周期性和開放性以及積累效應(yīng)(初值敏感性)、奇怪吸引子和結(jié)構(gòu)自相似性(分形性)這幾種基本性質(zhì)時可作為復(fù)雜系統(tǒng)。生物體就是一復(fù)雜系統(tǒng),當(dāng)某因素作用于機體時,會因內(nèi)外環(huán)境、正負(fù)反饋作用、各種調(diào)節(jié)機制的復(fù)合效應(yīng)、各種細(xì)胞因子的參與以及狀態(tài)和修復(fù)機理等方面的不同而會產(chǎn)生不同的效應(yīng)。

        猶如低劑量輻射和中高劑量輻射作用同一機體時,前者為有益作用,后者卻為損害作用。

        2. 2 機制因素。

        中高劑量輻射可以直接損傷甚至殺死細(xì)胞,導(dǎo)致DNA 的不可逆性損傷,從而表現(xiàn)出損害作用,并且這種不可逆性損傷在某種程度上形成一特定的條件,反映出來的現(xiàn)象就是效應(yīng)與劑量存在線性關(guān)系。但與中高劑量相反,低劑量輻射非但不殺死細(xì)胞,還能讓DNA 對再次損傷產(chǎn)生抗性,并且還可以促進有利于血管新生的基因表達(dá)而加速例如VEGF 等的分泌,可以動員前體細(xì)胞增殖分化。這些有益因素可進一步促進骨折愈合和骨科其他疾病的恢復(fù)。正因為機制的異同和復(fù)雜性, 也使輻射效應(yīng)在骨科中表現(xiàn)得非線性和非均一性且錯綜復(fù)雜。

        2. 3 劑量因素。

        自然界存在多樣性和差異性,輻射的劑量不同,所造成的效應(yīng)也會千差萬別。機體本身就有一定的抗輻射能力,微小的劑量可能不會產(chǎn)生效應(yīng), 隨著劑量的增加,效應(yīng)也隨之產(chǎn)生,但因機體的復(fù)雜性、各種不確定性以及隨機性, 劑量的微小改變猶如蝴蝶效應(yīng)一樣,會帶來效應(yīng)上巨大的改變,當(dāng)?shù)陀诨蚋哂趧┝康呐R界點(值)時,所帶來的效應(yīng)也會迥然相反,例如1Gy輻射骨折模型和成骨細(xì)胞分別可以促進骨折愈合 和刺激成骨細(xì)胞礦化結(jié)節(jié)數(shù)的增加,當(dāng)2Gy輻射成骨細(xì)胞時卻造成礦化結(jié)節(jié)數(shù)的降低,接近對照組水平; 所以綜合這些事實,線性理論顯然無法完美地來表現(xiàn)這些效應(yīng)的差別。

        2. 4 時間因素。

        輻射的時間長短、間隔時間的多少、反應(yīng)作用的時間以及隨著時間的遷移對機體的影響或者反應(yīng)都是不確定的,也是非線性的。例如:1Gy照射大鼠的骨折模型,會在時間上表現(xiàn)出先抑后揚的效應(yīng)或狀態(tài)即在骨折初期可造成骨痂內(nèi)纖維軟骨組織較多、礦化骨少、白細(xì)胞和血小板的下降, 而隨著時間的遷移,在第2、3 周時白細(xì)胞和血小板迅速回升, 甚至超越對照組, 在第3 周時骨痂礦化也明顯加速。

        3 輻射效應(yīng)在骨科中線性與非線性特征的對立統(tǒng)一。

        現(xiàn)代辯證自然觀認(rèn)為:非線性系統(tǒng)是客觀世界的常規(guī)現(xiàn)象和正常狀態(tài),非線性現(xiàn)象具有普遍性,非線性是其基本特征和本質(zhì)。而線性系統(tǒng)是一部分簡單的非線性系統(tǒng)在一定條件下的現(xiàn)象和狀態(tài),線性特征是細(xì)枝末節(jié),是非本質(zhì)的存在和次要方面。

        但線性與非線性是相互聯(lián)系、相互依存的。輻射效應(yīng)的線性無理論是在一定條件下即基于輻射的有害作用所提出來的,只是整個輻射效應(yīng)的一小部分或者特殊表現(xiàn),具有局限性和特質(zhì)性。近年來,隨著低劑量輻射在骨科中各項研究的增多, 發(fā)現(xiàn)低劑量輻射具有和中高劑量相反的效應(yīng), 可促進成骨細(xì)胞的礦化能力 及骨折愈合, 正是這些研究,讓我們對輻射效應(yīng)在骨科中的認(rèn)識進一步加深,其并非如線性無理論所描述得單純的線性特征,而是具有復(fù)雜性和非均一性,整體表現(xiàn)出來的是非線性特征且存在臨界點(值)。

        4 輻射效應(yīng)在骨科中非線性特征的作用和意義。

        長期以來,線性無理論一直占主導(dǎo)地位,在骨科中也是應(yīng)用此理論,認(rèn)為輻射對骨細(xì)胞和骨組織是絕對有害的,并在臨床中盡量避免輻射,但隨著低劑量輻射概念的提出以及研究的深入,越來越多的證據(jù)表明線性無理論的局限性,甚至曲解了輻射效應(yīng),掩蓋了輻射效應(yīng)的非線性特征且存在臨界點(值)的本質(zhì)。

        整體上說,在骨科中輻射效應(yīng)猶如一把雙刃劍,即中高劑量的輻射效應(yīng)表現(xiàn)出延遲骨折愈合甚至造成骨不連等有害作用,而低劑量的輻射效應(yīng)卻表現(xiàn)出促進骨折愈合和促進骨細(xì)胞生長等有益作用, 事實上很多問題均是如此,關(guān)鍵看我們?nèi)绾握_引導(dǎo)它、發(fā)展它。對其損害作用在臨床上要避免,而對其有益作用應(yīng)加以應(yīng)用來發(fā)揮其價值。

        關(guān)于輻射效應(yīng)在骨科中的非線性特征且有臨界點( 值)存在? 的認(rèn)識, 將對骨科學(xué)的發(fā)展有重大意義并產(chǎn)生巨大的科研價值。將促進其在骨科學(xué)方面的進一步深入研究, 豐富和完善輻射在骨科學(xué)中的理論如低劑量輻射在骨質(zhì)疏松、四肢缺血以及骨折等方面的研究和臨界點( 值) 的探討, 且促使骨科學(xué)與輻射學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生甚至發(fā)展一門新的邊緣學(xué)科, 并且也為骨科治療學(xué)提供一新的途徑。

        輻射效應(yīng)在骨科中的非線性特征且有臨界點(值)存在的這個本質(zhì),將會是非線性觀在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的又一個范例,因而它不僅具有重要的實際價值,而且也具有較高的理論意義。一方面,它改變了以往輻射效應(yīng)! 線性無理論? 的長期主導(dǎo)地位, 加深和豐富了對其本質(zhì)的認(rèn)識。另一方面,此理論對現(xiàn)代辯證大自然觀在非線性科學(xué)方面的豐富和發(fā)展具有一定的意義。

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