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(duì)于輻射效應(yīng)一直沿用線性無(wú)閾理論， 但近年來(lái)， 低劑量輻射效應(yīng)卻讓其表現(xiàn)出非線性特征。而且對(duì)于骨折以及骨科其他疾病來(lái)說(shuō)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(duì)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(jī)體、劑量、機(jī)制多種因素的影響， 同時(shí)這些因素具有不確定性、隨機(jī)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(duì)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(wú)閾理論？及其在骨科中的體現(xiàn)。

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

　　在骨科研究中， 中高劑量的輻射對(duì)骨骼生長(zhǎng)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(guó)原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)報(bào)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(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、延長(zhǎng)動(dòng)物壽命、提高生育能力， 增強(qiáng)動(dòng)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(dòng)物， 當(dāng)它相繼接受較大劑量輻射時(shí)， 能夠?qū)�損傷產(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(jìn)單個(gè)細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial g rowth factor , VEGF） , 增強(qiáng)成骨細(xì)胞的礦化能力等 , 而且低劑量輻射還可促進(jìn)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(shí)，其效應(yīng)幾乎沒(méi)有；當(dāng)輻射為低劑量時(shí)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(shí)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(gè)劑量點(diǎn)時(shí)其效應(yīng)表現(xiàn)出同一性和均一性，它會(huì)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(shí)其效應(yīng)則為損害作用，且損害作用會(huì)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(jī)體因素。

　　一般認(rèn)為，若一個(gè)系統(tǒng)具有非線性（不可疊加性）和動(dòng)態(tài)性、非周期性和開(kāi)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(shí)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(jī)體時(shí)，會(huì)因內(nèi)外環(huán)境、正負(fù)反饋?zhàn)饔�、各種調(diào)節(jié)機(jī)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(jī)理等方面的不同而會(huì)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(jī)體時(shí)，前者為有益作用，后者卻為損害作用。

　　2. 2 機(jī)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(lái)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(duì)再次損傷產(chǎn)生抗性，并且還可以促進(jìn)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(dòng)員前體細(xì)胞增殖分化。這些有益因素可進(jìn)一步促進(jìn)骨折愈合和骨科其他疾病的恢復(fù)。正因?yàn)闄C(jī)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(cuò)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(huì)千差萬(wàn)別。機(jī)體本身就有一定的抗輻射能力，微小的劑量可能不會(huì)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(jī)體的復(fù)雜性、各種不確定性以及隨機(jī)性， 劑量的微小改變猶如蝴蝶效應(yīng)一樣，會(huì)帶來(lái)效應(yīng)上巨大的改變，當(dāng)?shù)陀诨蚋哂趧┝康呐R界點(diǎn)（閾值）時(shí)，所帶來(lái)的效應(yīng)也會(huì)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(jìn)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(shí)卻造成礦化結(jié)節(jié)數(shù)的降低，接近對(duì)照組水平; 所以綜合這些事實(shí)，線性理論顯然無(wú)法完美地來(lái)表現(xiàn)這些效應(yīng)的差別。

　　2. 4 時(shí)間因素。

　　輻射的時(shí)間長(zhǎng)短、間隔時(shí)間的多少、反應(yīng)作用的時(shí)間以及隨著時(shí)間的遷移對(duì)機(jī)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(huì)在時(shí)間上表現(xiàn)出先抑后揚(yáng)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(shí)間的遷移，在第2、3 周時(shí)白細(xì)胞和血小板迅速回升， 甚至超越對(duì)照組， 在第3 周時(shí)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(duì)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(jiǎn)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(wú)閾理論是在一定條件下即基于輻射的有害作用所提出來(lái)的，只是整個(gè)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(lái)，隨著低劑量輻射在骨科中各項(xiàng)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(jìn)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(duì)輻射效應(yīng)在骨科中的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，其并非如線性無(wú)閾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(lái)的是非線性特征且存在臨界點(diǎn)（閾值）。

　　4 輻射效應(yīng)在骨科中非線性特征的作用和意義。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，線性無(wú)閾理論一直占主導(dǎo)地位，在骨科中也是應(yīng)用此理論，認(rèn)為輻射對(duì)骨細(xì)胞和骨組織是絕對(duì)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(lái)越多的證據(jù)表明線性無(wú)閾理論的局限性，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(diǎn)（閾值）的本質(zhì)。

　　整體上說(shuō)，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(jìn)骨折愈合和促進(jìn)骨細(xì)胞生長(zhǎng)等有益作用， 事實(shí)上很多問(wèn)題均是如此，關(guān)鍵看我們?nèi)绾握�確引導(dǎo)它、發(fā)展它。對(duì)其損害作用在臨床上要避免，而對(duì)其有益作用應(yīng)加以應(yīng)用來(lái)發(fā)揮其價(jià)值。

　　關(guān)于輻射效應(yīng)在骨科中的非線性特征且有臨界點(diǎn)（ 閾值）存在？ 的認(rèn)識(shí)， 將對(duì)骨科學(xué)的發(fā)展有重大意義并產(chǎn)生巨大的科研價(jià)值。將促進(jìn)其在骨科學(xué)方面的進(jìn)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(diǎn)（ 閾值） 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(diǎn)（閾值）存在的這個(gè)本質(zhì)，將會(huì)是非線性觀在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的又一個(gè)范例，因而它不僅具有重要的實(shí)際價(jià)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(wú)閾理論？ 的長(zhǎng)期主導(dǎo)地位， 加深和豐富了對(duì)其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。另一方面，此理論對(duì)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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