实验室内与高能放射性物质的接触，核反应堆事故，放射性治疗时暴露过度以及核爆炸现场的接触，都可引起再生障碍性贫血。电离辐射可能影响DNA的复制或合成，从而抑制细胞的有丝分裂。
放射作用的生物学效应取决于组织所吸收放射能的量和组织对放射的敏感程度。各系统组织对放射的敏感程度依次为：睾丸的生殖上皮细胞，造血细胞，肠道上皮细胞，皮肤基底细胞。致死量或亚致死量的全身照射能使广泛的骨髓和肠道细胞死亡。病人如能在最初3～6周内幸存，有少部分人体内存活的干细胞渐渐增多，最后骨髓细胞增多，且恢复正常功能。
但多数人的干细胞受到永久性破坏，再生不完全，造成慢性骨髓增生过低，血液中红细胞、粒细胞、血小板均减少。放射对“血管系统的干细胞”也有损害，改变血管的微环境或损坏骨髓中的基质细胞，因而干扰骨髓细胞的再生。
骨髓对急性放射最敏感的细胞是幼红细胞，其次为粒细胞和巨核细胞。放射对淋巴细胞可能有直接或间接的“溶淋”作用和使其基因发生改变。
与放射线长时间小剂量的接触亦可引起再生障碍性贫血。
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