电离辐射对神经内分泌系统的作用.ppt

第五章电离辐射对神经和内分泌系统的作用,张昊文,,2015.10.19,2,重点掌握电离辐射对中枢神经系统的影响 熟悉电离辐射对垂体、肾上腺和甲状腺的影响,,教 学 要 求,3,,一、神经系统的结构和功能,第一节 电离辐射对神经系统的影响,4,,神经系统的组成（解剖学）,脑,脊髓,脑神经,脊神经,植物神经,神经节,,中枢神经系统,外周神经系统,,一嗅二视三动眼，四滑五叉六外展，七面八听九舌咽，十迷一副舌下转,共31对，颈神经8对，胸神经12对，腰神经5对，骶神经5对，尾神经1对,,,交感神经 & 副交感神经,,,大脑,间脑：丘脑 (内分泌系统),脑干：中脑、脑桥、延髓,小脑,5,,神经系统的组成（解剖学）,脑,脊髓,,中枢神经系统,,大脑,间脑：丘脑,脑干：中脑、脑桥、延髓,小脑,6,,神经系统的组成（解剖学）,脑神经,脊神经,植物神经,神经节,外周神经系统,,一嗅二视三动眼，四滑五叉六外展，七面八听九舌咽，十迷一副舌下转,共31对，计有颈神经8对，胸神经12对，腰神经5对，骶神经5对，尾神经1对,,,交感神经 & 副交感神经,,7,,神经系统的组成（细胞生物学）,胞体,突起,,神经元（神经系统的功能单位）,神经胶质,神经原纤维 尼氏体,,,树突 较短 轴突 一般较长,神经胶质数目是神经元10~50倍，突起无树突、轴突之分，胞体较小，胞浆中无神经原纤维和尼氏体，不具有传导冲动的功能。神经胶质对神经元起着支持、绝缘（神经纤维髓鞘）、营养和保护等作用，并参与构成血脑屏障。（p109）,,中枢,外周,星形胶质细胞（免疫应答）、少突胶质细胞（神经纤维髓鞘）、小胶质细胞（巨噬细胞）等等,神经膜细胞/施万细胞（神经纤维髓鞘）、卫星细胞（神经节内，包裹神经胞体，产生神经营养因子）,胞质内的物质转运活动,粗面内质网与核糖体（蛋白合成）,接受冲动，传至胞体,传出由胞体发出的冲动,8,,一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。(p108),神经母细胞 成年人体中主要存在的神经干细胞，分裂能力可以产生神经前体细胞、神经元以及各类神经胶质细胞。 神经前体细胞 各类神经细胞的前体细胞，比如小胶质细胞是由神经胶质细胞前体产生的。,神经干细胞 (neural stem cells, NSCs),9,,神经干细胞的特点 （填空、选择）(p108),神经干细胞 (neural stem cells, NSCs),多向分化潜能 神经干细胞可以向神经元、星形胶质细胞以及少突胶质细胞分化。,低免疫源性 神经干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟的细胞抗原，不被免疫系统识别。,组织融合性好 可以与宿主的神经组织良好融合，并在宿主体内长期存活。,10,,神经干细胞治疗 (p109)：,1、由于缺血、缺氧导致的血管内皮细胞、胶质细胞的损伤，使局部通透性增加，另外在多种黏附分子的作用下，神经干细胞可以透过血脑屏障。 2、患病部位组织损伤后释放各种趋化因子，可以吸引神经干细胞聚集到损伤部位。（趋化聚集） 3、神经干细胞可以分泌多种神经营养因子，促进损伤细胞的修复。（营养神经） 4、神经干细胞可以增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路。（突触连接）,神经干细胞 (neural stem cells, NSCs),①高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织——不断分裂、更新 ②中度敏感组织：内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝、肺的上皮组织——刺激后迅速分裂 ③轻度敏感组织：中枢神经系统、内分泌腺、心脏——不分裂的细胞群体（抗性高、形态学） ④不敏感组织：肌肉组织、软骨及骨组织、结缔组织——不分裂的细胞群体（抗性高、形态学）,,不同组织、器官的放射敏感性,组织细胞的辐射敏感性与它们的增殖能力成正比，而与它们的分化程度成反比（淋巴细胞除外）,12,,常规放疗各器官放射耐受剂量,13,以机能反应衡量：放射敏感性较高，1 cGy以下的照射即可引起反应,二、电离辐射对神经系统的效应,,以形态衡量：辐射抗性很高，特大剂量(＞ 50 Gy)才会引起反应,14,（三）急性照射对神经系统的影响,,2. 神经系统的形态变化 (p112),全身照射后神经系统的病理变化与照射剂量有关，在LD50以下的剂量作用时，主要发生充血、水肿，神经细胞无显著病变。,*TBI, Total Body Irradiation,原子弹爆炸后19-64 d死亡的病人，尸检材料显示中枢神经系统的形态改变明显。早期：循环障碍；晚期：脑组织坏死。,——循环障碍导致的后果,（TBI：4 -6 Gy*）,15,（三）急性照射对神经系统的影响,,2. 神经系统的形态变化 (p112),神经细胞是体内高度分化的细胞。一般认为，成熟的神经细胞在形态上对电离辐射具有较高的耐受性。,特大剂量照射条件下 (p113),急性脑型放射病：狗—65 Gy；人—50 Gy (骨髓1-10、肠10-50),临床症状：共济失调 （小脑损伤）（填空）,病理改变：小脑颗粒层细胞大量核固缩、崩解。,卫星现象——神经细胞变性坏死，神经胶质细胞增生并包围变性坏死的神经细胞。（名解）,16,（三）急性照射对神经系统的影响,,2. 神经系统的形态变化 (p112),中枢神经系统,星形胶质细胞 —— 最早出现反应的细胞之一 小胶质细胞 —— 活跃的吞噬能力 少突胶质细胞凋亡 —— 脱髓鞘 血脑屏障（BBB）—— 通透性增加,神经细胞坏死可伴随神经胶质细胞反应（选择）,免疫应答,巨噬细胞,神经纤维髓鞘,周围神经系统 损伤主要见于交感神经,神经细胞坏死，神经纤维溶解，脱髓鞘,17,（三）急性照射对神经系统的影响,,1. 神经系统的机能变化 (p111),以机能反应衡量：放射敏感性较高，1 cGy以下的照射即可引起反应,以形态衡量：辐射抗性很高，特大剂量(＞ 50 Gy)才会引起反应,18,1R = 8.76 mGy,条件反射和皮层生物电是研究皮层机能活动的重要方法,,19,（三）急性照射对神经系统的影响,,1. 神经系统的机能变化 (p111-112),第一阶段：初期变化时相，反应性增高，内抑制减弱，条件反射潜伏期缩短。剂量与持续时间负相关。 第二阶段：抑制期。人工条件反射消失，非条件反射减弱。 第三阶段：恢复期，照后数日至30天进入恢复期，或者直接死亡。,机体受照射后条件反射出现的时相变化 (简答),自主神经系统 & 神经感受器的变化,初期生物电活动及反射增强，随后减弱,20,（三）急性照射对神经系统的影响,,机体受照射后条件反射出现的时相变化 (简答),21,（三）急性照射对神经系统的影响,,3. 神经系统损伤的机制 (p113),,中枢系统活性氧*水平增加 (名解),*Reactive oxygen species = ROS 化学性质较氧更为活跃的氧的代谢产物或由其衍生的含氧物质,中枢系统细胞因子水平增加：IL-1β、TNF-α 破坏血脑屏障、造成细胞损伤,22,（二）发育中的神经系统的放射敏感性,,神经系统的发育需神经细胞的增殖、分化和迁移 电离辐射可影响三种活动，导致整个神经系统发育异常,在胚胎发育过程中，脑的神经元进行多次的增殖迁移。大、小脑的大部分神经元移至表面，构成大、小脑皮质，其余神经元的细胞体集成团——神经核。轴突及其外包胶质细胞构成白质。,23,（二）发育中的神经系统的放射敏感性,,神经细胞是体内高度分化的细胞。一般认为，成熟的神经细胞在形态上对电离辐射具有较高的耐受性。,发育中的动物，特别是胚胎期和初生期的机体，其神经细胞的放射敏感性较高。,妊娠大鼠低剂量分次内照射22 d， 大脑重量减少（大鼠妊娠期19-22 d） 前期：小脑和脑干——泳姿反射发育受阻 后期：大脑机能——妊娠 16 d，0.2 - 0.5 Gy照射，大脑皮层结构改变,,137Cs 10 Gy照射8周龄、18月龄及28月龄鼠脑——幼鼠神经元数目减少，老年大鼠不减少（幼年0-2月，成年2-20月，老年20-36月）,,,24,（二）发育中的神经系统的放射敏感性,,胚胎时期受照对神经系统的影响（了解）,妊娠8 - 15周，神经元增殖和迁移最为活跃，这一时期危险度相当于以后时期的5倍或更高。 妊娠16 - 25周，胎儿对射线相对不太敏感，但剂量大于0.5 Gy对胎儿的智力发育有影响。,25,（一）神经干细胞的放射敏感性,,* p<0.05 vs. 0 Gy,电离辐射对神经干细胞分化的影响 (p110),Nestin染色,原代培养细胞，呈球形,IR后7 d细胞长出突起,26,（一）神经干细胞的放射敏感性,,NSE 阳性神经元,GFAP 阳性神经胶质细胞,*p<0.05 vs. 0 Gy,电离辐射促进神经干细胞向神经元分化,27,（一）神经干细胞的放射敏感性,,电离辐射促进神经干细胞分化的意义(p110):,辐射可以刺激细胞的分化，低剂量辐射可以诱导正常体细胞发生适应性反应，其中一个重要的机制就是促进大剂量放射治疗引起的非成熟、幼稚化的、原始的细胞进一步分化为成熟的细胞。,体内：神经干细胞不仅修复神经元缺失而且可以修复损伤的神经胶质,Groves将干细胞注入成鼠发生脱髓鞘病变的脊髓后，移植细胞可以修复受损的髓鞘。,少突胶质细胞,28,（一）神经干细胞的放射敏感性,,0Gy,2Gy,4Gy,电离辐射导致神经干细胞凋亡增加,29,四、分次照射对神经系统的影响,,分次照射对神经系统的影响是头颈部放射治疗必须考虑的问题,分次照射条件下，兼顾正常组织的辐射耐受性 & 肿瘤放疗效果,脑的放射耐受剂量受照射体积、间隔时间、剂量率和分割次数等因素的影响。（填空）,照射体积越小 间隔时间越长 剂量率越低 分割次数越多,,脑的放射耐受剂量越高,30,,,常规放疗神经系统放射耐受剂量 (p114),常规放疗条件下（1.8 - 2.2 Gy/d, 5 d/w），脑总剂量57.6 Gy是安全的。,脊髓的耐受剂量比脑低，总剂量50-60 Gy，照射后几周出现可逆的弥漫性脱髓鞘病变。,常规放疗条件下（1.8 - 2.2 Gy/d, 5 d/w），脊髓耐受剂量为45 Gy(填空),31,,,电离辐射对神经系统的影响,神经细胞是体内高度分化的细胞。一般认为，成熟的神经细胞在形态上对电离辐射具有较高的耐受性。,以机能反应衡量：放射敏感性较高，1 cGy以下的照射即可引起反应,以形态衡量：辐射抗性很高，特大剂量(＞ 50 Gy)才会引起反应,32,,一、内分泌系统的形态和功能 (p114),第二节 电离辐射对内分泌系统的影响,33,,一、内分泌系统的形态和功能,内分泌系统通过血液循环将激素输送到身体一定部位而发挥作用。,神经内分泌系统主要指下丘脑——垂体轴，下丘脑神经元分泌神经激素，调节垂体促激素的释放。,34,,一、内分泌系统的形态和功能,垂体 (Pituitary gland)：体内最重要的内分泌腺,,,,35,,一、内分泌系统的形态和功能,嗜酸粒细胞合成和分泌生长激素 (growth hormone, GH)和催乳素 (prolactin, PRL) 嗜碱粒细胞合成和分泌促甲状腺激素 (TSH)、卵泡刺激素 (FSH)、黄体生成素 (LH)和促肾上腺皮质激素 (ACTH),垂体含有嗜酸粒细胞，嗜碱粒细胞和嫌色细胞。,36,,一、内分泌系统的形态和功能,肾上腺 (Adrenal gland),髓质,皮质,37,,一、内分泌系统的形态和功能,皮质 盐皮质激素(调节水盐平衡) 糖皮质激素(调节糖、脂肪和蛋白质代谢) 少量的性激素 髓质 去甲肾上腺素（升压）和肾上腺素(强心),肾上腺分为皮质和髓质两部分,压力感受器,外周阻力增加,心率下降,,,心率加快 心肌收缩,38,,一、内分泌系统的形态和功能,甲状腺 (Thyroid gland)：体内最大的内分泌腺,39,,一、内分泌系统的形态和功能,甲状腺滤泡合成储存及分泌甲状腺激素，主要有甲状腺素即四碘甲腺原氨酸（T4）和三碘甲腺原氨酸（T3） 甲状腺激素的生理功能： 促进新陈代谢，使绝大多数组织耗氧量加大，并增加产热。 促进生长发育，对长骨、脑和生殖器官的发育生长至关重要，尤其是婴儿期。此时缺乏甲状腺激素则会患呆小症。 提高中枢神经系统的兴奋性。 加强和调控其它激素的作用及加快心率、加强心缩力和加大心输出量。,40,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,内分泌功能变化与自主神经系统的功能密切相关 (p112),大剂量照射后初期自主神经中枢（丘脑等）的机能显著增强,促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）分泌增多 促甲状腺激素释放激素（TRH）分泌增多,下丘脑,,促肾上腺皮质激素（ACTH）分泌增多 促甲状腺激素（TSH）分泌增多,垂体,,,靶腺,,41,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,放射敏感性 形态上：较不敏感，抗性较高 (p114-115) 机能上：成体抗性较高(300 Gy功能丧失)，幼年敏感(20 Gy生长延迟，生精能力下降),1、垂体的变化,42,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,大剂量照射导致垂体机能减退 (p115) 生长激素和催乳素是对辐射最敏感的(选择),1、垂体的变化,嗜碱粒细胞,促肾上腺皮质激素受影响最慢,嗜酸粒细胞,,(选择),43,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,放射敏感性 (p114) 动物受到LD50以上的剂量照射后早期，ACTH、TSH分泌增多，起到动员机体防御的作用。,1、垂体的变化,局部循环障碍引起,数天后细胞退变。,与自主神经受照后的功能表现一致,44,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,急性放射损伤后，起到动员机体防御的作用（似垂体）,2、肾上腺的变化,动物受到LD50以上的剂量照射后早期： 下丘脑（CRH）——垂体（ACTH）——肾上腺（皮质类固醇）合成和分泌增加,肾上腺皮质功能激活受到中枢神经系统调节，幼年动物及破坏下丘脑的动物中均不出现皮质激活。,45,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,2、肾上腺的变化,抗坏血酸,类固醇合成,皮质酮,在肾上腺皮质功能增高的同时，腺体内胆固醇（类固醇前体）和抗坏血酸（合成类固醇所需物质）含量减少 (p115)肾上腺皮质增厚。皮质功能增强与照射剂量正相关（p116）,46,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,2、肾上腺的变化 (p116),综上所述，下丘脑—垂体—肾上腺皮质系统在适应外环境以及保持内环境稳定中起到重要作用，有资料表明大鼠受到大剂量照射，若照前摘除肾上腺则平均生存时间缩短最多，摘除垂体其次。,下丘脑—垂体—肾上腺系统的结构和功能的完整性是机体抗辐射的重要因素。,47,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,3、甲状腺的变化 (p116),甲状腺实质细胞分裂不活跃，因此对辐射的敏感性较低。,碘是甲状腺新陈代谢中最重要的元素，碘元素易在甲状腺内富集——131I诊断甲状腺功能、治疗甲状腺癌。,形态：成年不敏感、幼年敏感 机能：敏感,48,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,3、甲状腺放射损伤,成因 （1）放射性碘诊断、治疗，特别是儿童 （2）头颈部放疗 （3）放射性污染，如切尔诺贝利核事故调查，儿童甲状腺肿瘤发病率增高。,49,,二、电离辐射对内分泌系统的效应,3、甲状腺放射损伤,表现 （1）甲状腺功能低下（p117） 甲低起始时间与剂量有关，剂量越大发生越早。 （2）结节性甲状腺肿 （3）甲状腺癌,50,,电离辐射对内分泌系统的影响,当机体受到强烈应激刺激如电离辐射时，应激反应的主要神经内分泌改变是下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴和交感-肾上腺髓质系统的强烈兴奋。 下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴兴奋的结果是糖皮质激素的分泌增加，交感-肾上腺髓质系统兴奋的结果是去甲肾上腺素和肾上腺素的释放，促进机体抵抗有害刺激的能力增强。,51,,第五章 电离辐射对神经和内分泌系统的作用,如何说明神经系统的形态和机能的辐射敏感性的差异？ 简述大剂量照射后，条件反射变化的规律性。 发生脑型放射病的条件是什么？它的病理变化和症状是什么？ 垂体的放射敏感性如何？ 简述急性放射性损伤时肾上腺皮质功能的变化规律。 根据甲状腺的功能理解辐射对甲状腺的损伤及其在核事故中的重要性。,思考题,