發(fā)布時(shí)間：2017-07-05 12:12

  本文關(guān)鍵詞：空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 空間輻射 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 生物物理模型 特征選擇技術(shù) 生物標(biāo)志物

【摘要】：空間輻射是長(zhǎng)期載人航天飛行中導(dǎo)致生物體損傷,威脅航天員健康的主要因素之一。因此,空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是載人航天工程中航天員輻射風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防護(hù)中的重要問(wèn)題。目前,國(guó)際上一般采用模擬計(jì)算的方法首先獲取空間飛行中航天員所接受輻射的相關(guān)物理量,然后,基于線性無(wú)閾值假說(shuō)(Linear-no-threshold hypothesis,LNT),利用二戰(zhàn)后期原子彈大爆炸幸存者的癌癥發(fā)生率/致死率數(shù)據(jù)獲得輻射誘導(dǎo)癌癥發(fā)生/致死風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)以評(píng)估航天員的空間輻射風(fēng)險(xiǎn)。但對(duì)于載人深空探索任務(wù)而言,如登火星等,該方法評(píng)估航天員空間輻射風(fēng)險(xiǎn)的不確定性可達(dá)400～600%。這主要是由于缺乏重離子輻射生物學(xué)效應(yīng)數(shù)據(jù),缺乏合適的低劑量空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,以及缺乏空間環(huán)境敏感的生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)等所致。為降低空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不準(zhǔn)確性,亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題至少涉及三個(gè)方面,包括輻射品質(zhì)因子預(yù)測(cè)、低劑量輻射風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)以及空間環(huán)境敏感的生物標(biāo)志物挖掘等。本文主要針對(duì)這些關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題展開相關(guān)的理論與應(yīng)用研究。首先,本文從輻射與生物體相互作用的原初過(guò)程出發(fā),建立了基于兩階段隨機(jī)輻射損傷過(guò)程的高斯靶效應(yīng)模型,并利用解析的和數(shù)值的方法證明了該模型特別適合于描述低傳能線密度(Linear energy transfer,LET)的輻射生物學(xué)效應(yīng)。通過(guò)對(duì)目前公開發(fā)表的典型輻射生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析發(fā)現(xiàn),高斯靶效應(yīng)模型的擬合效果明顯優(yōu)于基于泊松分布的靶模型和LQ模型的擬合效果。通過(guò)理論分析和對(duì)數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn),該模型中的參數(shù)比VIN(Gy~(-1))可以用于評(píng)價(jià)輻射損傷產(chǎn)額,且輻射損傷的程度主要依賴于輻射品質(zhì)。為進(jìn)一步評(píng)估空間連續(xù)LET譜的輻射品質(zhì)因子,本文在考慮了輻射的間接效應(yīng)和機(jī)體復(fù)雜的修復(fù)過(guò)程的基礎(chǔ)上,建立了基于Yager否定算子的推廣靶效應(yīng)模型。理論分析顯示,該模型具有明顯的線性-平方-線性(Linear-quadratic-linear, LQL)特征。通過(guò)對(duì)大量不同LET不同細(xì)胞系的存活率數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn),該模型適用描述不同LET輻射的生物學(xué)效應(yīng),且可用于計(jì)算細(xì)胞修復(fù)度、輻射敏感性、相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)等。應(yīng)用該模型,計(jì)算得到了LET和細(xì)胞系平均的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)(Relative biological effectiveness,RBE),并最終得到劑量-依賴的輻射品質(zhì)因子。結(jié)合航天員關(guān)鍵組織或器官的吸收劑量,評(píng)估了太陽(yáng)質(zhì)子事件(Solar proton event,SPE)條件下航天員的急性與慢性空間輻射風(fēng)險(xiǎn),并發(fā)現(xiàn)在低劑量下空間輻射風(fēng)險(xiǎn)并不滿足LNT假說(shuō),低于LNT預(yù)期,揭示生物體修復(fù)能力是空間輻射評(píng)估中需要考慮的重要因素之一。最后,針對(duì)空間輻射生物學(xué)數(shù)據(jù)“小樣本大數(shù)據(jù)”的特點(diǎn),提出了一套基于特征選擇技術(shù)的多任務(wù)組合算法,并將之用于神舟-8號(hào)搭載線蟲的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)中空間環(huán)境敏感生物標(biāo)志物的篩選。通過(guò)與傳統(tǒng)方法對(duì)比發(fā)現(xiàn),該算法能篩選到更多的對(duì)空間環(huán)境敏感的功能基因。功能注釋發(fā)現(xiàn),這些基因主要與代謝過(guò)程中氧化磷酸化有關(guān)。最后,利用聚類算法發(fā)現(xiàn)了17個(gè)空間環(huán)境敏感的潛在生物標(biāo)志物,并揭示了空間輻射與微重力之間可能存在協(xié)同生物學(xué)效應(yīng)。本文在空間輻射品質(zhì)因子預(yù)測(cè)以及生物標(biāo)志物篩選等方面的研究中所建立的方法與模型,可為載人航天飛行中航天員的輻射風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和對(duì)抗提供相應(yīng)的理論支撐。
【關(guān)鍵詞】：空間輻射 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 生物物理模型 特征選擇技術(shù) 生物標(biāo)志物
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R85
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-60
• 1.1 空間輻射環(huán)境概述13-15
• 1.1.1 銀河宇宙射線13-14
• 1.1.2 太陽(yáng)高能粒子14
• 1.1.3 地磁場(chǎng)俘獲帶14
• 1.1.4 次級(jí)粒子的產(chǎn)生14-15
• 1.2 空間飛行中航天員接受到的空間輻射15-22
• 1.2.1 近地軌道飛行中航天員的空間輻射劑量15-18
• 1.2.2 深空飛行中航天員的空間輻射劑量18-19
• 1.2.3 不同厚度防護(hù)材料下航天員的空間輻射劑量19-22
• 1.3 空間輻射引起的健康風(fēng)險(xiǎn)22-24
• 1.4 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的相關(guān)研究進(jìn)展24-34
• 1.4.1 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法24-29
• 1.4.2 低劑量和低劑量率空間輻射風(fēng)險(xiǎn)29-32
• 1.4.3 傳統(tǒng)空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不確定性32-34
• 1.5 輻射生物物理模型的相關(guān)研究進(jìn)展34-50
• 1.5.1 基于Poisson分布的靶模型34-37
• 1.5.2 線性平方模型37-42
• 1.5.3 動(dòng)力學(xué)模型42-46
• 1.5.4 徑跡結(jié)構(gòu)模型46-47
• 1.5.5 局部效應(yīng)模型47-50
• 1.5.6 其它模型50
• 1.6 輻射生物學(xué)損傷標(biāo)志物的相關(guān)研究進(jìn)展50-55
• 1.6.1 低劑量輻射生物標(biāo)志物51-52
• 1.6.2 空間輻射生物標(biāo)志物52-54
• 1.6.3 空間輻射生物標(biāo)志物挖掘技術(shù)54-55
• 1.7 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題55-56
• 1.7.1 空間輻射品質(zhì)因子或風(fēng)險(xiǎn)截面預(yù)測(cè)的問(wèn)題55-56
• 1.7.2 低劑量低劑量率下輻射風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的問(wèn)題56
• 1.7.3 空間環(huán)境誘導(dǎo)的生物標(biāo)志物挖掘的問(wèn)題56
• 1.8 課題意義、研究?jī)?nèi)容與目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題56-60
• 1.8.1 課題意義56-57
• 1.8.2 研究?jī)?nèi)容57-58
• 1.8.3 研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題58-60
• 第2章 基于兩階段隨機(jī)輻射損傷過(guò)程的高斯靶效應(yīng)模型及其應(yīng)用60-77
• 2.1 引言60-61
• 2.2 理論模型及推導(dǎo)61-63
• 2.3 模型比較分析63-64
• 2.3.1 基于理論分析進(jìn)行模型比較63-64
• 2.3.2 基于數(shù)值模擬進(jìn)行模型比較64
• 2.4 材料與方法64-66
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源64-65
• 2.4.2 數(shù)據(jù)擬合及統(tǒng)計(jì)分析65-66
• 2.5 模型驗(yàn)證與參數(shù)分析66-71
• 2.5.1 擬合結(jié)果分析66-69
• 2.5.2 輻射損傷產(chǎn)額預(yù)測(cè)69-71
• 2.6 高斯靶效應(yīng)模型的應(yīng)用71-76
• 2.6.1 擬合結(jié)果分析71-73
• 2.6.2 輻射損傷產(chǎn)額驗(yàn)證73-76
• 2.7 小結(jié)76-77
• 第3章 基于否定算子的推廣靶效應(yīng)模型及其應(yīng)用77-101
• 3.1 引言77
• 3.2 理論模型及推導(dǎo)77-83
• 3.2.1 理論模型的建立77-78
• 3.2.2 數(shù)值模擬78-80
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析80
• 3.2.4 擬合結(jié)果分析與討論80-83
• 3.3 推廣靶效應(yīng)模型的應(yīng)用83-99
• 3.3.1 近似計(jì)算與數(shù)值模擬83-84
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及擬合分析84-90
• 3.3.3 細(xì)胞修復(fù)度預(yù)測(cè)90-94
• 3.3.4 細(xì)胞修復(fù)度驗(yàn)證94-95
• 3.3.5 輻射敏感性預(yù)測(cè)95-98
• 3.3.6 靶體積預(yù)測(cè)98-99
• 3.4 小結(jié)99-101
• 第4章 基于推廣的靶效應(yīng)模型評(píng)估太陽(yáng)粒子事件下航天員的空間輻射風(fēng)險(xiǎn)101-116
• 4.1 引言101
• 4.2 材料與方法101-103
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源101-102
• 4.2.2 數(shù)據(jù)擬合及統(tǒng)計(jì)分析102-103
• 4.3 結(jié)果與討論103-115
• 4.3.1 擬合結(jié)果分析103-107
• 4.3.2 參數(shù)分析107-108
• 4.3.3 平均相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)計(jì)算108-111
• 4.3.4 劑量依賴的權(quán)重劑量計(jì)算111-113
• 4.3.5 空間輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估113-115
• 4.4 小結(jié)115-116
• 第5章 基于特征選擇技術(shù)的空間環(huán)境敏感的生物標(biāo)志物篩選116-137
• 5.1 引言116
• 5.2 材料與方法116-121
• 5.2.1 數(shù)據(jù)源116-118
• 5.2.2 算法流程118
• 5.2.3 特征選擇算法118-120
• 5.2.4 基因功能和聚類分析120-121
• 5.3 結(jié)果121-134
• 5.3.1 共同差異表達(dá)基因121-122
• 5.3.2 與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較分析122-127
• 5.3.3 基因重要性排序127-129
• 5.3.4 生物標(biāo)志物的篩選129-134
• 5.4 討論134-135
• 5.5 小結(jié)135-137
• 結(jié)論137-139
• 展望139-140
• 參考文獻(xiàn)140-155
• 附錄155-176
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文176-178
• 致謝178-180
• 作者簡(jiǎn)介180

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：521906