第23卷 第2期 2003年 3月
辐射防护RadiationProtection
Vol.23 No.2
Mar. 2003
辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
周永增
(中国辐射防护研究院,太原,030006)
摘 要 人类必须研究电离辐射的生物效应,以保护其自身及其它物种免受电离辐射的有害影响,同时在应用中最大限度地获取利益。辐射生物效应,作为辐射防护的生物学基础,一直受到国内外辐射防护界的极大关注。本文就辐射防护密切相关的辐射随机效应、辐射致癌概率、小剂量照射效应及组织权重因子等进行简要讨论。
关键词 辐射防护 辐射 生物效应 小剂量 组织权重因子
1 引言
在地球环境中,生物和人类始终受到电离辐射的照射。人类必须研究电离辐射的生物效
应,以保护其自身及其它物种免受电离辐射的有害影响,同时在应用中最大限度地获取利益。国际放射防护委员会(ICRP)在60号出版物中明确指出:“放射防护关心的是保护人类使之防御辐射的有害效应。在其全部的工作中,委员会采取的方法是以可以得到的最完善的有关辐射生物效应的资料作为依据,并由此提出一个简化然而是合用的放射防护的生物学基础。”[1]ICRP非常重视辐射生物效应方面的新进展,在对实验研究和流行病学调查新资料仔细审议的基础上,采用成熟的新资料作为辐射防护政策的生物学基础。本文将就辐射产生的随机性效应、辐射致癌概率、小剂量剂量响应关系,及组织权重因子WT等问题进行简要讨论。
防止急性辐射效应并将晚期效应的危险限制到
一个可以接受的水平。急性效应常常是在照射之后几周内就显现出来,而晚期效应可以有几十年的潜伏期。在26号出版物中,ICRP对辐射防护的目的作了新的描述。辐射防护的目的在于防止有害的非随机效应,并限制随机性效应的发生率,使之达到被认为可以接受的水平。另一附加的目的是保证伴有辐射照射的各种实践都具有正当的理由。很明显,辐射防护所关心的是,既要保护个人、他们的后代以及全体人类,又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要的活动。ICRP在1990年建议书中论述放射防护的目的时又作了一些变更,它提出:放射防护的主要目的,是为人类提供一个适宜的防护标准而不致过分地限制产生辐射照射的有益实践。从上面简单的回忆中可以看出,辐射防护的主要对象主要是个人,他们的后代,以及全人类,这一点一直是很明确的。
2 辐射防护的目的
ICRP共发表过5个建议书,它们是ICRP第1、6、9、26和60号出版物[2～5]。ICRP1号出版物指出,辐射防护的目的是防止或减少躯体损伤,并且减少居民的遗传性体质的恶化。在其9号出版物中ICRP认为,辐射防护的目的是
3 随机性效应
就辐射防护来说,关心两种类型的效应:第一是确定性效应(非随机效应),主要是照射后细胞丢失导致的组织或器官的功能失常或功能丧失;第二是随机性效应,如果受照细胞未被杀
男,,,
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死而是发生了变异,其结果就完全不同,有可能产生一个变异了的子细胞克隆。在体内存在着有效的防御机制,但是期望这些机制在任何时
候都那么完全有效也是不现实的。于是经过一段时间(潜伏期)以后,由一个变异的但仍存活的体细胞生成的这个细胞克隆可能导致恶性病变,即癌症。发生癌症的概率(不是严重程度)随剂量的增加而增加。如果辐射效应表现在受照人员的后代,这种随机性效应称为遗传效应,所有确定性效应都是躯体效应(发生在受照个体身上的效应),而随机效应可以是躯体效应(如辐射诱发的癌症),也可以是遗传效应。3.1 靶理论
由于电离辐射损伤总是以离散的径迹形式作用于靶部位,所以放射生物学过程可以用靶理论的概念。从特殊靶物质受损伤的角度予以考虑,细胞核染色体中载有遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA)是辐射作用最主要的靶。从体外细胞研究获得的令人信服的证据表明,诱发DNA损伤是辐射作用的主要机制。在电离辐
射引起的DNA损伤中包括两种机制:(1)带电粒子与DNA分子的直接作用;(2)通过自由基的间接作用,即在最靠近DNA处由于其它分子(尤其是水分子)电离形成的自由基向DNA扩散,并将其能量转移给DNA,结果使该大分子产生化学变化,见图1。水在机体中约占80%,它参加大量的代谢过程。在受到照射的情况下,水受辐射分解后可产生离子和自由基。这些自由基因为具有过剩的能量而很不稳定,极易反应并能把其能量转移给其它分子,使其发生损伤,即使在离初始电离位置有一定距离的地方也同样发生这种情况。这就是为什么电离辐射对细胞成分,尤其是DNA分子具有直接作用或间接作用的原因。直接作用是指DNA分子与吸收光子形成的运动电子的相互作用;间接作用则是指水辐射分解产物与DNA分子的相互作用。吸收光子后形成的运动的电子与水分子相互作用,形成自由基,如HO,该自由基能使DNA分子受到损伤。在液态环境下,间接作用是致DNA损伤的主要原因。
·
图1 辐射对DNA的直接和间接作用[6]
Fig.1 DirectandindirecteffectsofradiationonDNA
3.2 致癌作用的多阶段理论
在化学致癌物或电离辐射作用下,正常细胞转化为癌细胞的过程涉及多种机制,经历多个阶段,称为致癌多阶段学说。肿瘤发生的多阶段概念,最早由Berenblum和Schubik于20世纪40年代提出,最初是两阶段学说,即始动阶段和促进阶段。联合国原子辐射效应科学委员
会(UNSCEAR)在1993年报告中,将肿瘤的发生概括为三个阶段,即始动、促进和发展[7]。
UNSCEAR2000年报告支持多阶段模型作为描述辐射致癌作用概念性框架[8]。图2说明了这种形式的一般模型。在这一模型中辐射致癌过程大致分为4个时相(阶段):肿瘤形成的始动、肿瘤形成的促进、肿瘤转化和肿瘤形成的
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基因组不稳定性时,正常细胞过程失去平衡,并导致严重的生物学后果。目前认为,能使细胞获得的积累稳定性突变高于正常情况的任何一种状态均称为基因组不稳定性,它既可表现在基因水平上,也可表现在染色体或细胞水平上,最终使细胞内稳定性突变不断累积而产生癌症。基因组不稳定性是癌变过程的早期阶段。正常细胞受到照射后,电离辐射能量沉积在基因组DNA上,形成局部多部位损伤,产生多种类型的DNA损伤,包括单链和双链断裂、碱基及核糖的损伤,另外由于自由基的生成还间接地引起不同类型的损伤。受损细胞的命运有三种:一是死亡和凋亡;二是DNA损伤得以修复;三是受损的DNA没有得到修复,形成基因组不
图2 多阶段肿瘤生成的简单示意图Fig.2 Schematicdiagramofmultistageoncogenesis
稳定性,其结果是原癌基因及肿瘤抑制基因发生突变,致使癌症发生。ICRP对基因组不稳定性导致癌症的观点也很重视,并且讨论了这方面的进展。ICRP第1委员会认为,尽管这是一个值得重视的问题,但尚没有根据认为由此而影响防护标准问题,对它的机制,与癌症发生的关系等问题需进一步探讨[12]。
[10,11]
肿瘤形成的始动概括地表现为由对肿瘤发生具有潜在作用的基因突变导致相应的靶细胞发生重要的不可逆性改变。研究证明,如果不是所有的也是大多数癌症源于单个细胞的损伤。始动可能是原癌基因的激活,也可能是抑
癌基因的失活造成的。从概率分析来看,后者起主要作用,抑癌基因是最主要的靶。在促进阶段,肿瘤始动了的细胞接受超常的生长刺激,并开始以半自主方式增殖,致使组织中癌前损伤克隆化发展。在下一个阶段则是癌前病变的干细胞转化为明显的恶性表型。在肿瘤形成进展阶段,主要是肿瘤性疾病侵害局部正常组织;肿瘤细胞进入和运送到血液和淋巴系统;远处相继发生继发肿瘤,这便是肿瘤转移和扩散的过程,也即许多人类肿瘤致死效应的主要反应。应承认,许多现有的有关多阶段致癌作用的资料还不完整,这就限制了企图描述这些复杂细胞过程的机理模型的预测能力。UNSCEAR1994年报告指出,所论述的概念和研究结果,是从限定的一些肿瘤类型的详细研究中得来的,因此,将这单一机理概念应用到所有或许多肿瘤类型,可能不一定合适[9]。3.3 基因组不稳定性
基因组稳定性能保证细胞过程的平衡及遗4 小剂量、低剂量率照射
4.1 小剂量、低剂量率照射的确定
UNSCEAR对小剂量、低剂量率照射作过多次论述。随着辐射生物效应资料的不断积累和对效应机制认识的不断加深,小剂量、低剂量率照射的含义也有所不同。UNSCEAR1986年报告指出[13],对低LET辐射来说,低于0.2Gy属于小剂量,高于2Gy认为是大剂量,介于这些数值之间的剂量为中等剂量;小于0.05mGy/min或大于0.05Gy/min分别为低剂量率和高剂量率,介于两个数值之间的剂量率为中等剂量率。在UNSCEAR1993年报告中,小剂量的含义略有变动,该报告认为小剂量、低剂量率照射是指这样的照射,即在细胞修复机制起作用的时间范围内,细胞关键部分不可能发生一次以上的辐射能量吸收事件。为评价癌症危险,UNSCEAR1993年报告将低于0.1mGy/min的剂量率(对约1h的平均)或小于200mGy的急性剂量(不管剂量率是多大)看作是低剂量率或。告
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中,专门讨论了小剂量和低剂量率的定义,认为,从微剂量学的角度来看,建议小剂量应低于1mGy(1994年UNSCEAR建议0.2mGy为微剂量学的小剂量);然而有关细胞培养的辐射生物学实验认为,低于20mGy的急性剂量为小剂量(与UNSCEAR1994年报告相同);人类流行病学研究表明,不管剂量率如何,小剂量应在200mGy以下。4.2 剂量响应曲线
UNSCEAR1993年报告在审议了大量的实验资料的基础上,考虑了三种无阈模型:线性、
线性平方和纯平方模型。就大量的实验和许多生物终点而言,在中等至大剂量情况下(低LET辐射),剂量响应曲线的普遍形式是凹面向上,并可用下面的方程表示剂量D与效应I的关系:
I(D)=(αe0+α1D+α2D)
2
-(βD+βD)
1
2
2
及审查诸如照射时年龄、辐射品质、剂量迁延和剂量分次等因素是如何影响肿瘤诱发等方面都是很有意义的。直接相关的资料多来自哺乳动
物,如小鼠和小猎犬。不同种系动物癌症诱发的剂量响应关系不同,即便是同一种种系如小鼠,不同器官和组织内肿瘤诱发的剂量响应关系也有所不同,B6C3F小鼠受到0.48～5.7Gy不同剂量137Csγ射线照射,肝、垂体、卵巢和肺肿瘤的剂量响应曲线在所观察的剂量范围内是凸面向上,相反,骨肿瘤剂量响应曲线的初始部分是凹面向上。对于诱发遗传疾患而言,大部分综合资料来自对小鼠精原细胞特定位点突变的测定。研究结果表明,低LET辐射小剂量照射下的剂量响应关系能用线性函数很好地予以拟合。对于大部分易于诱发的人体肿瘤,诸如乳腺、甲状腺和肺部肿瘤及白血病,线性无阈模型、线性二次模型和二次模型能描述其剂量响应关系,UNSCEAR1986和1993年报告认为,这三种剂量响应关系为动物实验研究及人群肿瘤诱发数据提供了通用的模型。
分析用小鼠进行的一系列研究表明,观察到肿瘤产额统计学意义上明显增加的最小剂量因不同的研究而各异,它取决于每个实验所用的动物数量、种系、特殊癌症的辐射敏感性和癌症的自发率,同时也取决于所用的剂量范围。从现有的实验数据来看,给出对肿瘤产额有显著影响的单次最小剂量(急性)为100～200mGy(低LET辐射)。连续照射(慢性)情况下,给出危险明显增高的最小剂量一般比急性照射时的要高。研究证明,在研究染色体畸变时所用剂量大大低于20mGy,细胞转化低于100mGy,体细胞突变低于200mGy的条件下,要获得辐射效应的数据是不现实的。除了在哺乳动物系统进行的研究外,已开始用植物细胞进行辐射诱发突变的研究,它们可能是检验小剂量效应的敏感系统。250kVX射线,剂量在2.5～50mGy时,紫露草雄蕊茸毛的桃红色突变的剂量响应曲线为线性。在剂量低于这些可测得生物效应的最低剂量的情况下,仍然不知道剂量响应的形状,只能靠推论确定其形状。有关能观察到效应的最低剂量的研究结果列于表1和表2。
(1)
式中,αα0是自发发病率;1、α2分别是特定细胞响应的线性项和二次项系数;β1和β2分别是以自然对数函数形式表示的细胞杀死效应的线性项和平方项系数。
染色体畸变研究证明,外周血淋巴细胞非稳定性畸变的剂量响应关系符合线性-平方函
数。低LET辐射诱发的细胞转化研究表明了不同的剂量响应关系,有的作者认为是线性关系,另外一些作者则认为线性-平方曲线能更好地描述辐射诱发的细胞转化过程。高LET辐射所致细胞转化频率比低LET辐射要高,并且一般具有线性剂量响应关系,在大剂量情况下有坪出现,转化率随之下降,在小剂量和低剂量率情况下,效应增强,即出现反剂量率效应。小鼠淋巴细胞hprt(次黄嘌呤-鸟嘌呤核糖转移酶)位点突变研究指出了线性剂量响应关系,hprt位点突变率与剂量率没有关系。222Rn的α粒子体外诱发人T细胞hprt突变效应(0.5～4Gy),可用线性或线性-平方剂量响应曲线描述。
动物实验研究结果对评估小剂量辐射生物效应和剂量响应关系起着很大的作用。由于动物和人在辐射敏感性方面的差异,从动物研究获得的结果虽不能直接用于人群癌症危险的定,
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广岛、长崎受全身照射的原爆幸存者;身体局部受医疗照射,或是外照射,或是内照射的强直性脊椎炎病人及其它患者;各种职业照射人群,特别是铀矿工人和表盘涂镭操作人员。原爆幸存者的流行病学调查数据说明,除白血病以外的所有癌症的数据都能用线性剂量响应曲线很好地描述(尽管线性一、二次模型与这些数据也不矛盾)。原爆幸存者死亡率的最新数据,随访时间覆盖1990年,整个队列由86500人组成,其中60%的人接受的剂量超过5mSv。在低于3Sv的剂量范围内所有实体癌的剂量响应关系基本上是线性的[8]。美国国家辐射防护与测量
委员会(NCRP)、ICRP、UNSCEAR及其他组织、定期地对低水平辐射致癌效应的剂量响应关系进行再评价。在最近的评论中指出,作为癌症先兆的一些损伤(如突变、染色体畸变)和某些类型癌症,其频率在小剂量范围内随剂量线性增加。据此得出结论,对于低水平辐射的致癌效应,看来没有比线性无阈模型更可取的另一个剂量响应模型,虽然不排除其他剂量响应关系,可能永远不能证明或否定线性无阈的正确性,但开展进一步研究以降低有关不确定性是应大力推荐的[14]。
表1 实验系统测出低LET辐射照射染色体畸变和突变的最低剂量[8]
Tab.1 Thelowestdosesatwhichchromosomeaberrationsandmutationshavebeendetected
inexperimentalsystemexposedtoLow-LETradiation
系统人淋巴细胞人淋巴细胞C3H10T1/2细胞
小鼠TK6细胞紫露草
终点
非稳定性染色体畸变稳定性染色体畸变
细胞转化红眼突变hprt和tk突变粉红突变
辐射X射线γ射线X射线和γ射线
X射线X射线X射线
最低剂量(mGy)
[1**********]502.5
表2 已经观察到小鼠癌症明显增高的最小急性剂量[8]
Tab.2 Thelowestacutedosesatwhichsignificantincreasesincancersinmicehavebeenobserved
癌髓性白血病
小鼠品系RFM
性别雄雄雌雌
CBA-H
BC3F1
胸腺淋巴瘤
RFM
雄雄雌雄雄雌
肺腺癌乳腺腺癌卵巢癌
BALB-cSAS-cBALB-cBC3F1BALB-cRFM
副泪腺肿瘤所有实体肿瘤
RFMBC3F1
雌
雌两性雌雌雌雌雄雌
γ射线γ射线γ射线γ射线X射线γ射线X射线γ射线γ射线γ射线X射线X射线γ射线X射线照射X射线
1)
剂量(Gy)
0.251120.51.5113120.52.50.20.160.250.531.34
1)不同作者提供的数据,见文献[8]。
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4.3 适应性反应
实验研究结果证明,低剂量照射可以刺激某些细胞的功能,包括细胞增殖及修复,增强免
疫能力,调节激素平衡,因而使机体的自然防御能力提高,这些现象统称为辐射刺激效应(stim-ulationeffect或hormesis)和适应性反应(adaptiveresponse)。辐射刺激效应涉及辐射防护和辐射危害评价的基本概念,如低剂量照射,或接近天然本底水平的照射是否对人类有益,还是有可能给人类带来某些有益的后果。因此低剂量照射的刺激效应已成为辐射生物学的研究热点。有关这方面的报道很多,UNSCEAR1994年报告汇总了各国的研究成果,国内学者也进行了关于免疫-内分泌调节功能的刺激现象的更深入研究[15,16]。根据UNSCEAR1994年报告,种子和植物对辐射的适应和刺激效应的生物学表达已有明确的描述。实验证明,丝裂原刺激的人外周血淋巴细胞在离体条件下先接受几十mGy低LET辐射照射,可减少其后几Gy大剂量照射产生的损伤。这种在小剂量照射后可保持数小时的反应被称为适应性反应。UNSCEAR1994年报告附件B对“细胞和机体对辐射的适应性反应”进行系统综述后指出,适应性反应是用来描述小剂量照射可制约细胞从而诱导修复过程与/或刺激增殖的实验结果的总称,适应性反应可能是细胞对损伤反应的共同特征。总起来说,低LET辐射照射后,在有选择的细胞系统中,存在适应性反应的可靠证据,但是还不能轻易地将离体细胞研究中所观察到的适应性反应外推,以假定受照动物的适应性反应。另外,以减少哺乳动物机体肿瘤诱发为指标的实验结果尚难以证明适应性反应的存在。人类受小剂量照射的癌症流行病学调查多数由于统计势太低,难于对是否存在适应性反应作出明确的结论。有关原爆幸存者的寿命研究表明,0.2Gy以下的照射,总的癌症死亡率明显增高。当剂量降至0.01～0.05Gy范围内时,除白血病外所有癌症均增高(白血病降低),但无统计学意义。小于0.1Gy时白血病减少,亦无统计学意义。分析原爆低剂量受照者的染色体畸变和子宫内受照者智力迟钝发生率也未发现刺激现象。由
在接受小剂量照射的人类中存在适应性反应。希望能在分子水平研究中更好地揭示辐射效应的机制,为判断适应性反应在机体中的作用提供基础。目前,断定适应性反应可给机体带来的有益影响会超过小剂量低LET辐射照射的有害作用尚为时过早。UNSCEAR2000年报告在附件G中指出,已观察到许多细胞损伤指标的适应性反应:小剂量照射使随后的较大剂量照射引起的细胞损伤数降低。对非稳定性染色体畸变和突变来说,已证明约10mGy低LET辐射的较小剂量能降低继后较大剂量引起的效应。这种适应性反应似乎要几个小时会显现,然后维持到40h左右。尽管它能改变任何效应的大小,但没有迹象表明它会改变剂量响应曲线的形状。为了把刺激现象纳入辐射剂量响应关系,学者们作了许多尝试,Okamoto将刺激作用和照射产生的损伤用图3表示[17]。
图3 辐射刺激性效应的剂量率响应曲线Fig.3 Doserateresponsecurvecorresponding
toradiationhormesis
C———电离辐射直接效应响应曲线,DNA损伤;I———间接效应曲线;S———C和I曲线的总合;AB———癌症自然发生率;E———环境水平剂量率;
FG———有害效应开始增加的临界剂量率。
图中C是剂量照射产生的直接效果,如DNA损伤随剂量增加而增加;曲线I是通过生物-化学机制或细胞膜表现出来的间接效果(刺激作用),随剂量的增加而降低,U形曲线S则是C和I曲线之总合。当沿曲线C响应的增加与曲线I上的减少相等时(图3中FG),不再发生刺激作用。作者根据这种理论,估计出终生照射情况下低LET(15～20keV/μm)辐射(β、γ或X射线)产生刺激性作用的临界剂量率为1-1
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应,高于该剂量率不产生刺激性效应,对于短时间的照射,临界剂量率可能要高些。对于植物来说如种子,临界剂量率比上述数值要高得多。4.4 剂量阈
辐射致癌是否存在剂量阈值是一个长期争论而没有解决的问题。有否剂量阈值问题的讨论经常与剂量响应关系曲线相提并论。在2001年于爱尔兰都柏林举行的第二届《低和很低剂量电离辐射对人体健康效应》国际学术交流会上,不少学者认为,线性无阈(LNT)理论是由高剂量向低剂量外推得来的,它忽略了适应性效应,LNT理论的科学合法性还未确定。假如无阈,剂量再低也能引起癌症增加,假如有阈,则在阈剂量以下不必担心会有癌症发生。对于辐射防护来说,只要在对任何剂量阈值保留一个谨慎的安全余度的基础上制定一个剂量限值就够了。这样只要把剂量保持在限值以下就足够了,就不再存在明显的理由来降低预期不会引起剂量超过限值的那种照射[19]。但是即使在这种情况下,仍然有许多关于辐射效应的问题需要解决,例如动物实验的阈值和人类癌症的阈值一样吗?对人类来说不同癌症的阈值一样吗?如果不同部位癌症的剂量阈值各不相同,对于辐射防护的阈值又如何确定,等等。
[18]
致死癌症概率为9.5×10-2Sv-1(波动范围为(6～13)×10-2Sv-1)。BEIRⅤ报告给出的美
国人群的相应值为9×10-2Sv-1。上述三个数值的平均值大致为10×10-2Sv-1。这一数值将用来作为大剂量照射的标称危险度。UNSCEAR2000年报告指出,采用与UNSCEAR1994年报告相同的办法,对于包括各个年龄组的日本人群,1Sv剂量急性照射后,辐射诱发的全部实体癌死之的终生危险,在男性估计为9%,在女性估计为13%,两性平均为11%。该危险估计与UNSCEAR1994年报告给出的终生危险10.9%是一致的。关于切尔诺贝利事故产生的健康效应,UNSCEAR认为除了在白俄罗斯,俄罗斯和乌克兰观察到了在受照射的儿童中甲状腺癌显著增高之外,事故14年后仍没有观察到与其所造成的电离辐射有关的公众健康的重要影响证据5.2 DDREF
[8]
。
用于辐射致癌危险度估计的人群流行病学的数据一般都来自于短时间接受较高剂量的照射。实验动物的放射生物学数据和难得的少数人群流行病学数据表明,对低LET辐射,单位剂量引起的生物效应在小剂量和低剂量率下要比大剂量和高剂量率下小。因此,用大剂量、高剂量率下的生物效应数据作线性外推来估计用于辐射防护目的的辐射危险度时会得到一个偏高的估计,因而需要作剂量、剂量率效应的修正,这就是所谓的DDREF。过去曾称之为剂量率效能因子(DREF)、线性外推高估因子(LEOF)、小剂量外推因子(LDEF)和减缩因子。在足够小的剂量情况下,如果可以忽略细胞杀死效应,DDREF可由下式给出:
2
DDREF=(α/α1D+α2D)1D=
1+(αD2/α1)
(2)
式中,D为剂量,Gy;α1和α2分别为诱发随机性效应的线性项和二次项的系数。
ICRP考虑到,动物实验研究结果所得到的DDREF波动范围在2～10,且所涉及的剂量范围比人类数据的还要宽;某些人类经验没有提供关于分次照射的效应材料,而另一些却证明,分次照射效应最多可能高达3或4;原爆幸存25 致死性癌症概率估计及剂量剂量率
效能因子DDREF
5.1 致死癌症概率
关于辐射诱发人类癌症死亡概率的资料主要取自对日本原爆幸存者的长期观察与评价。在原爆幸存者数据的基础上进行人群外推和时间外推,以求出世界人群的终生致死癌症概率标准值。ICRP在60号出版物中指出,UNSCEAR1988年报告利用相乘危险预测模型给出日本总人口(0～90岁,男女平均)全部致
-2-1
死性癌症概率的估计值是11×10Sv[20],根据相乘模型对日本、美国、波多黎各、英国和中国5个人群的估计的致死癌症总概率的平均值为10.1×10-2Sv-1,用美国国家卫生研究所(NIH)模型估计上述5个人群致死癌症总概率为8.9×10-2Sv-1。对用这两种模型估算的值
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DDREF,如对白血病DDREF估计为2,把所有癌症加在一起进行分析,其DDREF为1.7;对所有实体瘤而言,DDREF大约为2。UNSCEAR
1997推荐的DDREF为2～2.5,UNSCEAR1986年报告建议该值为5,UNSCEAR1988则建议其值在2～10之间;BEIRⅢ取DDREF为2.25,BEIRⅤ建议该值为2或更大一些;NRC采用3.3,美国NIH建议取2.3。分析这些数据,尤其是考虑到人类资料(其值处在变化范围的较低部分),ICRP决定,为了防护的目的,DDREF值取2。这一选择带有一定的随意性,并可能是保守的(偏安全的),随着有关数据的不断积累,该推荐值将会被更新。这样,将DDREF值用于辐射致癌危险度的估计,则得到包括所有年龄人群的致死癌症概率的标准值为5×10-2Sv-1,此值对于工作人员为4×10-2Sv-1。
到照射时,各器官或组织所受的剂量当量HT乘以相应的WT,然后相加在一起,即得出有效剂量当量(以后改为有效剂量)。这个量在理论
上和实际应用上都有重要意义,用它可以处理不均匀照射和局部照射的剂量,使内外照射剂量值可以相加,并且还解决了过去在危害评价中,仅用“关键器官”或“关键组织”而不能把所有受照器官的危险总合考虑的困难。
26号出版物发表以后的10多年间,辐射致癌危险度数据发生了一些变化,产生这些变化的原因主要有三个:(1)是剂量体系的改变,日本原子弹爆炸幸存者的剂量估算结果有了改变,由DS86取代了T65D;(2)原子弹爆炸幸存人群中致死癌症的超额例数随观察时间的延长(至1985年)而有所增加;(3)相乘危险预测模式比相加预测模式能更好地估算大多数实体瘤终生危险度。另外,遗传性疾病危险度也发生了一些变动。ICRP第60号出版物提出,全部人群受照后严重遗传疾患的总概率为1.0×10-2Sv-1,工作人员受照发生严重遗传疾患的概率为全体人群的0.6,即0.6×10Sv。在ICRP第60号出版物中,WT不论在其含义上还是在数值上都有了一些变化。为了便于比较,将26和60号出版物的WT值都列于表3。
-2
-1
6 组织权重因子WT和辐射权重因子WR
6.1 WT
WT是在ICRP第26号出版物中提出来的,它表示组织T的辐射随机性效应的危险度与全身受到均匀照射时的总危险度的比值。在受
表3 ICRP26和60号出版物推荐的辐射致癌危险度及WT
Tab.3 Radiation-inducedcancerriskandWTrecommendedinICRPpublications26and60
组织性 腺
卵 巢红骨髓结 肠肺胃膀 胱乳 腺肝食 道甲状腺皮 肤骨表面其余器官总 计
2)
危险度(10-4Sv-1)26号402020
60号100
[***********]082550600
26号0.250.120.12
WT
60号0.201)0.12
0.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.051.00
250.15
55
50165
0.030.030.031.00
1)包括卵巢癌,总计为0.20;2)26号出版物中的其余器官或组织是指给出WT的器官以外接受最高剂量当量的5个器官,每个器官的WT均取为0.06。60号出版物中的其余器官是指已给出WT的器官以外的10个器官或组织;肾上腺、脑、小肠、上段大肠、肾、肌肉、胰腺、脾、胸腺和子宫。
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辐射防护第23卷 第2期
研究ICRP危险度数据和WT值,可发现26号和60号出版物推荐的WT在下述几个方面存在差别:第一,资料的来源。在26号出版物中,确定WT值所依据的器官或组织的辐射致癌危险度数据主要引自UNSCEAR1977年报告[21],这些危险度数据是根据日本原爆幸存者的流行病学调查结果计算出来的,未考虑其它国家的人群。60号出版物在估计致死癌症概率时,在日本原爆幸存者人群的基础上(观察至1985年),又补充了美国、波多黎各、英国和中国人群的数据,以减少人群特征对危险度数据的影响。应该指出的是,60号出版物给出的甲状腺、骨表面、皮肤和肝的致癌危险度不是取自原爆幸存者人群。第二,危险预测模型。前者采用的危险预测模型是相加预测模型[相加模型假定照射后经过最短潜伏期,在其后癌症表达期内癌症增加的例数(观察值减去预期值)保持恒定,不随到达年龄、随防时间和基线率而变化];后者在进行癌症危险预测时采用了相乘预
测模型(相乘模型假定照射后癌症的增加随到达年龄而上升,与该种癌症随年龄而上升的基线率成正比,因此观察值/预期值比值保持恒
定)、NIH(美国国家卫生研究所)模型和相加预测模型,并考虑了年龄和性别的影响。第三,应用范围。26号出版物推荐的WT(以下记作WT-26)没有计及年龄和性别对危险度数值的影响,只适用于工作人员,60号出版物中的WT(以下记作WT-60)既可用于工作人员,又可用于居民。第四,含义和数值。WT-26表示的是组织T随机性效应危险度与全身总危险度的比率,而WT-60表示的是各组织T对总危害的相对贡献,在危害的估计中考虑了4项,它们是所有有关器官的致死癌症的危险度、不同器官致死癌症潜伏期的长短(相对寿命损失)、诱发非致死癌症的死亡率及在受照个体所有世代产生的严重遗传疾患的危险度。另外,所涉及的器官或组织的多少及WT值均有所不同。WT-26与WT-60的简单比较列于表4。
表4 WT-26与WT-60的简单比较Tab.4 SimplecomparisonofWT-26withWT-60
WT-26
危险度资料来源所采用的危险预测模型应用范围含 义
所涉及器官或组织
日本原爆幸存者数据相加危险预测模型只适用于工作人员,未考虑性别和年龄的影响
表示各器官的危险度与总危险度的比值
6个组织+其余组织
WT-60
日本原爆幸存者数据及美国、波多黎各、英国和中国的有关资料相加、相乘和NIH危险预测模型既适用于工作人员,又适用于公众,考虑了性别和年龄的影响表示各器官对总危害的贡献13个组织+其余组织
6.2 辐射权重因子WR
对于特定种类与能量的辐射,WR的数值是由ICRP选定的,它能代表这种辐射在小剂量
时诱发随机性效应的相对生物效能RBE的数值。一种辐射对于另一种辐射的RBE,是产生同样程度的某一规定的生物学终点所需的这两种辐射的吸收剂量的反比。
对于一个给定辐射和一个给定组织来说,确定性效应的RBE与剂量有关并随剂量的减少增至假定的最大值(RBEm)。在小剂量情况下剂量情况下,对杀死细胞的效应来说,RBEm经常是2或3左右,且随剂量的减少而增加。确定性效应的RBE值一般不超过10。对于随机
性效应,高LET辐射的RBE值则是根据剂量-响应曲线的形状所确定的剂量水平的函数。低LET及高LET辐射的剂量响应曲线示于图4。研究结果证明,分次给予(或低剂量率)低LET辐射剂量产生的效应比单次剂量的小,相反,分次给予(或低剂量率)高LET辐射剂量产生的效应要么象单次照射一样,要么比单次剂量的还大。RBE(用图4中的b/a表示)随剂量的减
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
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少而增加,但在低LET辐射及高LET辐射的剂量响应曲线成为直线的小剂量情况下达到一常数值,该值用RBEM(不同于确定性效应的
RBEm)表示。应指出,为了辐射防护的目的,在所有的情况下,最大的RBE,即RBEM,由低剂量率高LET辐射效应曲线的最陡的斜率与低剂量率低LET辐射效应的最小斜率的比值给出
。
表6 α粒子辐射和γ射线的RBEM估计值[8]
Tab.6 EstimatedRBEMvaluesforalpha
particleradiationandgammarays
终 点
骨肿瘤 狗 小鼠 狗肿瘤
各种物种 狗 大鼠 狗
细胞转化(C3H10T1/2)细胞突变 人肺细胞HF19 中国地鼠细胞V79染色体畸变
胚细胞突变(染色体断片,
≤7.11)
≤185～3522～2426255.4(0～5.8)30(6～40)10～18253610～25RBEM
图4 低LET辐射及高LET辐射
剂量响应曲线的形状[1]
Fig.4 Dose-responserelationshipfor
lowandhighLETradiation
染色体易位,显性致死) 1)和X射线比较。
在一般情况下,中子和α粒子的RBEm值为按相应组织随机性效应得到的RBEM值的1/5～1/2,因此,在那些确定性效应为主的情况下,应用Q或WR可能高估高LET辐射的贡献。
WT和WR的取值与人们对辐射生物效应本质的理解密切相关,随着有关资料的不断积累,其数值在不断变化。WT和WR数值的变化又会影响有效剂量当量和器官(组织)的当量剂量,进而影响对辐射危害的评价。
RBEM值因随机性效应终点不同而各异,
并且在很小的剂量情况下通过实验资料予以确定。每一种实验性肿瘤模式都具有自己的特性,另外,包括年龄和性别在内的宿主方面的因素对癌症发生都有显著影响,因此,很难推出一个有代表性的单一的可用来推导辐射品质因数的RBEM值。研究结果指出,裂变中子的RBEM值波动在大约30～50之间(见表5),α粒子的RBEM值大致与此相同或比此值略小(见表6)。
表5 裂变(或最佳能量1))中子相对于γ射线的RBEM[1]
Tab.5 EstimatedRBEMvaluesforfissionneutrons(orthebestenergy)comparedwithgammarays
终 点
肿瘤诱发
寿命缩短(肿瘤所致)细胞转化细胞生成研究
哺乳动物系统的遗传学终点
1)最佳能量是生物学最有效的能量。
RBEM15～6015～4535～7040～5010～45
7 结语
本文简要讨论了与辐射防护紧密相关的辐射致癌机理、辐射致癌危险度估计、小剂量下的生物效应及WT和WR。危险度估计关系到对辐射危害的评价及与其它因素产生危害的比较,进而影响防护政策的制定;小剂量下剂量响应曲线、有阈无阈和适应性反应问题的任何变
动,都可能直接影响到辐射防护的基本概念和政策。下面引用ICRP主席Clarke的一段话作为本文的结束。从这段话中足以看出生物效应研究成果对辐射防护的重要性。为了修订ICRP60号出版物,Clarke指出,委员会已开始对生物
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辐射防护第23卷 第2期
导致这些观点的重大变化,委员会不得不作出判断,看现在建议的这一当属有效而谨慎的体系是否能够予以保留。为随机效应引入一个阈值或引入严重偏离线性关系的模式,将与平均吸收剂量的应用以及单一源的效应评估的独立性相抵触,放射防护的整个概念基础将会改变。就目前而言,没有考虑此类概念改变。笔者认为,改变或继续采用这些概念的重要基础仍将是关于辐射生物效应方面可靠的科学数据。
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20 UNSCEAR.SourcesandEffectsofIonizingRadiation.
UNSCEAR1988ReporttotheGeneralAssemblywithScientificAnnexes.NewYork:UnitedNationsPublica-tion,1988
21 UNSCEAR.SourcesandEffectsofIonizingRadiation.
UNSCEAR1977ReporttotheGeneralAssemblywithScientificAnnexes.NewYork:UnitedNationsPublica-tion,1977
22 RogerHKlarke.关于面向新建议书的进展情况报
告———来自国际放射防护委员会的通讯.辐射防护,2001.21(4):193
(编辑部收稿日期2002年7月18日)
BIOLOGICALBASISOFRADIATIONPROTECTION
———BIOLOGICALEFFECTOFRADIATION
ZhouYongzeng
,,
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
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Abstract Radiologicalprotectionisconcernedwithprotectingmankindagainsttheharmfuleffectsofradia-tion.Inallitswork,InternationalCommissiononRadiologicalProtectionhasbaseditsapproachonthebestavailableinformationonthebiologicaleffectofradiationandhasusedthistoprovidebiologicalbasisforradia-tionprotection.Biologicaleffectsofradiationasthebiologicalbasisofradiationprotectionarewidelycon-cerned.Radiation-inducedstochasticeffect,probabilityofradiationcarcinogenesis,effectsatlowdosesandtissueweightingfactorsrelevanttoradiationprotectionarebrieflydiscussedinthisparer.
(KeyWords:Radiation,ProtectionRadiation,BiologicalEffect,LowDose,TissueWeightingFactor)
(上接第89页,Continuedfrompage89)
3 SmithT,VeallN,WoottenR.BladderWallDosefrom
AdministeredRadiopharmaceuticals:TheEffectonVaria-tioninUrineflowRate,VoidingIntervalandInitialBlad-derContent.Radiat.Prot.Dosim.,1982.2(3):183.4 国际放射防护委员会.放射性药物对患者辐射剂
量.国际放射防护委员会第53号出版物.鲍世宽等译.北京:原子能出版社,1991
5 ICRP.Age-dependentDosestoMembersofthePublic
fromIntakeofRadionuclides:Part2,IngestionDoseCo-efficients.ICRPPublication67,1993
6 ICRP.Age-dependentDossestoMembersofthePublic
fromIntakeofRadionuclides:Part3,IngestionDoseCo-efficients.ICRPPublication69,1995
(编辑部收稿日期2001年12月29日)
MODELFORKIDNEY-BLADDEREXCRETION
LiShijun
(NuclearMedicalInstitute,SoochowUniversity,215007)
Abstract Inordertocalculatetheeffectivedose,anexplicittissueweightingfactorof0.05isgivenforthebladder.Consequentlyamodelforkidney-bladderexcretionisneededtocalculatetheadditionalequivalentdosetobladderwallfromactivityinurine.ThemathematicalexpressionsofthemodelwereproposedinICRP
Pub.53.However,theexpressionscanonlybeappliedtothematerialsexcreteddirectlythronghurinefrombodyfluids.Iftheintakesweretransferredamongthetissuesororgansofbodysuccessivelyandexcretedinurine,theavailableexpressionscalculatingdisintegrationoftheintakesinurinarypathandbladdercontentswerederivedinthispaper.
(KeyWords:Radionuclides,InternalDose,ModelforKidney-BladderExcretion,UrinaryPath,BladderContent,Calcula-tionofDisintegration)
第23卷 第2期 2003年 3月
辐射防护RadiationProtection
Vol.23 No.2
Mar. 2003
辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
周永增
(中国辐射防护研究院,太原,030006)
摘 要 人类必须研究电离辐射的生物效应,以保护其自身及其它物种免受电离辐射的有害影响,同时在应用中最大限度地获取利益。辐射生物效应,作为辐射防护的生物学基础,一直受到国内外辐射防护界的极大关注。本文就辐射防护密切相关的辐射随机效应、辐射致癌概率、小剂量照射效应及组织权重因子等进行简要讨论。
关键词 辐射防护 辐射 生物效应 小剂量 组织权重因子
1 引言
在地球环境中,生物和人类始终受到电离辐射的照射。人类必须研究电离辐射的生物效
应,以保护其自身及其它物种免受电离辐射的有害影响,同时在应用中最大限度地获取利益。国际放射防护委员会(ICRP)在60号出版物中明确指出:“放射防护关心的是保护人类使之防御辐射的有害效应。在其全部的工作中,委员会采取的方法是以可以得到的最完善的有关辐射生物效应的资料作为依据,并由此提出一个简化然而是合用的放射防护的生物学基础。”[1]ICRP非常重视辐射生物效应方面的新进展,在对实验研究和流行病学调查新资料仔细审议的基础上,采用成熟的新资料作为辐射防护政策的生物学基础。本文将就辐射产生的随机性效应、辐射致癌概率、小剂量剂量响应关系,及组织权重因子WT等问题进行简要讨论。
防止急性辐射效应并将晚期效应的危险限制到
一个可以接受的水平。急性效应常常是在照射之后几周内就显现出来,而晚期效应可以有几十年的潜伏期。在26号出版物中,ICRP对辐射防护的目的作了新的描述。辐射防护的目的在于防止有害的非随机效应,并限制随机性效应的发生率,使之达到被认为可以接受的水平。另一附加的目的是保证伴有辐射照射的各种实践都具有正当的理由。很明显,辐射防护所关心的是,既要保护个人、他们的后代以及全体人类,又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要的活动。ICRP在1990年建议书中论述放射防护的目的时又作了一些变更,它提出:放射防护的主要目的,是为人类提供一个适宜的防护标准而不致过分地限制产生辐射照射的有益实践。从上面简单的回忆中可以看出,辐射防护的主要对象主要是个人,他们的后代,以及全人类,这一点一直是很明确的。
2 辐射防护的目的
ICRP共发表过5个建议书,它们是ICRP第1、6、9、26和60号出版物[2～5]。ICRP1号出版物指出,辐射防护的目的是防止或减少躯体损伤,并且减少居民的遗传性体质的恶化。在其9号出版物中ICRP认为,辐射防护的目的是
3 随机性效应
就辐射防护来说,关心两种类型的效应:第一是确定性效应(非随机效应),主要是照射后细胞丢失导致的组织或器官的功能失常或功能丧失;第二是随机性效应,如果受照细胞未被杀
男,,,
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死而是发生了变异,其结果就完全不同,有可能产生一个变异了的子细胞克隆。在体内存在着有效的防御机制,但是期望这些机制在任何时
候都那么完全有效也是不现实的。于是经过一段时间(潜伏期)以后,由一个变异的但仍存活的体细胞生成的这个细胞克隆可能导致恶性病变,即癌症。发生癌症的概率(不是严重程度)随剂量的增加而增加。如果辐射效应表现在受照人员的后代,这种随机性效应称为遗传效应,所有确定性效应都是躯体效应(发生在受照个体身上的效应),而随机效应可以是躯体效应(如辐射诱发的癌症),也可以是遗传效应。3.1 靶理论
由于电离辐射损伤总是以离散的径迹形式作用于靶部位,所以放射生物学过程可以用靶理论的概念。从特殊靶物质受损伤的角度予以考虑,细胞核染色体中载有遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA)是辐射作用最主要的靶。从体外细胞研究获得的令人信服的证据表明,诱发DNA损伤是辐射作用的主要机制。在电离辐
射引起的DNA损伤中包括两种机制:(1)带电粒子与DNA分子的直接作用;(2)通过自由基的间接作用,即在最靠近DNA处由于其它分子(尤其是水分子)电离形成的自由基向DNA扩散,并将其能量转移给DNA,结果使该大分子产生化学变化,见图1。水在机体中约占80%,它参加大量的代谢过程。在受到照射的情况下,水受辐射分解后可产生离子和自由基。这些自由基因为具有过剩的能量而很不稳定,极易反应并能把其能量转移给其它分子,使其发生损伤,即使在离初始电离位置有一定距离的地方也同样发生这种情况。这就是为什么电离辐射对细胞成分,尤其是DNA分子具有直接作用或间接作用的原因。直接作用是指DNA分子与吸收光子形成的运动电子的相互作用;间接作用则是指水辐射分解产物与DNA分子的相互作用。吸收光子后形成的运动的电子与水分子相互作用,形成自由基,如HO,该自由基能使DNA分子受到损伤。在液态环境下,间接作用是致DNA损伤的主要原因。
·
图1 辐射对DNA的直接和间接作用[6]
Fig.1 DirectandindirecteffectsofradiationonDNA
3.2 致癌作用的多阶段理论
在化学致癌物或电离辐射作用下,正常细胞转化为癌细胞的过程涉及多种机制,经历多个阶段,称为致癌多阶段学说。肿瘤发生的多阶段概念,最早由Berenblum和Schubik于20世纪40年代提出,最初是两阶段学说,即始动阶段和促进阶段。联合国原子辐射效应科学委员
会(UNSCEAR)在1993年报告中,将肿瘤的发生概括为三个阶段,即始动、促进和发展[7]。
UNSCEAR2000年报告支持多阶段模型作为描述辐射致癌作用概念性框架[8]。图2说明了这种形式的一般模型。在这一模型中辐射致癌过程大致分为4个时相(阶段):肿瘤形成的始动、肿瘤形成的促进、肿瘤转化和肿瘤形成的
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辐射防护第23卷 第2期
基因组不稳定性时,正常细胞过程失去平衡,并导致严重的生物学后果。目前认为,能使细胞获得的积累稳定性突变高于正常情况的任何一种状态均称为基因组不稳定性,它既可表现在基因水平上,也可表现在染色体或细胞水平上,最终使细胞内稳定性突变不断累积而产生癌症。基因组不稳定性是癌变过程的早期阶段。正常细胞受到照射后,电离辐射能量沉积在基因组DNA上,形成局部多部位损伤,产生多种类型的DNA损伤,包括单链和双链断裂、碱基及核糖的损伤,另外由于自由基的生成还间接地引起不同类型的损伤。受损细胞的命运有三种:一是死亡和凋亡;二是DNA损伤得以修复;三是受损的DNA没有得到修复,形成基因组不
图2 多阶段肿瘤生成的简单示意图Fig.2 Schematicdiagramofmultistageoncogenesis
稳定性,其结果是原癌基因及肿瘤抑制基因发生突变,致使癌症发生。ICRP对基因组不稳定性导致癌症的观点也很重视,并且讨论了这方面的进展。ICRP第1委员会认为,尽管这是一个值得重视的问题,但尚没有根据认为由此而影响防护标准问题,对它的机制,与癌症发生的关系等问题需进一步探讨[12]。
[10,11]
肿瘤形成的始动概括地表现为由对肿瘤发生具有潜在作用的基因突变导致相应的靶细胞发生重要的不可逆性改变。研究证明,如果不是所有的也是大多数癌症源于单个细胞的损伤。始动可能是原癌基因的激活,也可能是抑
癌基因的失活造成的。从概率分析来看,后者起主要作用,抑癌基因是最主要的靶。在促进阶段,肿瘤始动了的细胞接受超常的生长刺激,并开始以半自主方式增殖,致使组织中癌前损伤克隆化发展。在下一个阶段则是癌前病变的干细胞转化为明显的恶性表型。在肿瘤形成进展阶段,主要是肿瘤性疾病侵害局部正常组织;肿瘤细胞进入和运送到血液和淋巴系统;远处相继发生继发肿瘤,这便是肿瘤转移和扩散的过程,也即许多人类肿瘤致死效应的主要反应。应承认,许多现有的有关多阶段致癌作用的资料还不完整,这就限制了企图描述这些复杂细胞过程的机理模型的预测能力。UNSCEAR1994年报告指出,所论述的概念和研究结果,是从限定的一些肿瘤类型的详细研究中得来的,因此,将这单一机理概念应用到所有或许多肿瘤类型,可能不一定合适[9]。3.3 基因组不稳定性
基因组稳定性能保证细胞过程的平衡及遗4 小剂量、低剂量率照射
4.1 小剂量、低剂量率照射的确定
UNSCEAR对小剂量、低剂量率照射作过多次论述。随着辐射生物效应资料的不断积累和对效应机制认识的不断加深,小剂量、低剂量率照射的含义也有所不同。UNSCEAR1986年报告指出[13],对低LET辐射来说,低于0.2Gy属于小剂量,高于2Gy认为是大剂量,介于这些数值之间的剂量为中等剂量;小于0.05mGy/min或大于0.05Gy/min分别为低剂量率和高剂量率,介于两个数值之间的剂量率为中等剂量率。在UNSCEAR1993年报告中,小剂量的含义略有变动,该报告认为小剂量、低剂量率照射是指这样的照射,即在细胞修复机制起作用的时间范围内,细胞关键部分不可能发生一次以上的辐射能量吸收事件。为评价癌症危险,UNSCEAR1993年报告将低于0.1mGy/min的剂量率(对约1h的平均)或小于200mGy的急性剂量(不管剂量率是多大)看作是低剂量率或。告
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
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中,专门讨论了小剂量和低剂量率的定义,认为,从微剂量学的角度来看,建议小剂量应低于1mGy(1994年UNSCEAR建议0.2mGy为微剂量学的小剂量);然而有关细胞培养的辐射生物学实验认为,低于20mGy的急性剂量为小剂量(与UNSCEAR1994年报告相同);人类流行病学研究表明,不管剂量率如何,小剂量应在200mGy以下。4.2 剂量响应曲线
UNSCEAR1993年报告在审议了大量的实验资料的基础上,考虑了三种无阈模型:线性、
线性平方和纯平方模型。就大量的实验和许多生物终点而言,在中等至大剂量情况下(低LET辐射),剂量响应曲线的普遍形式是凹面向上,并可用下面的方程表示剂量D与效应I的关系:
I(D)=(αe0+α1D+α2D)
2
-(βD+βD)
1
2
2
及审查诸如照射时年龄、辐射品质、剂量迁延和剂量分次等因素是如何影响肿瘤诱发等方面都是很有意义的。直接相关的资料多来自哺乳动
物,如小鼠和小猎犬。不同种系动物癌症诱发的剂量响应关系不同,即便是同一种种系如小鼠,不同器官和组织内肿瘤诱发的剂量响应关系也有所不同,B6C3F小鼠受到0.48～5.7Gy不同剂量137Csγ射线照射,肝、垂体、卵巢和肺肿瘤的剂量响应曲线在所观察的剂量范围内是凸面向上,相反,骨肿瘤剂量响应曲线的初始部分是凹面向上。对于诱发遗传疾患而言,大部分综合资料来自对小鼠精原细胞特定位点突变的测定。研究结果表明,低LET辐射小剂量照射下的剂量响应关系能用线性函数很好地予以拟合。对于大部分易于诱发的人体肿瘤,诸如乳腺、甲状腺和肺部肿瘤及白血病,线性无阈模型、线性二次模型和二次模型能描述其剂量响应关系,UNSCEAR1986和1993年报告认为,这三种剂量响应关系为动物实验研究及人群肿瘤诱发数据提供了通用的模型。
分析用小鼠进行的一系列研究表明,观察到肿瘤产额统计学意义上明显增加的最小剂量因不同的研究而各异,它取决于每个实验所用的动物数量、种系、特殊癌症的辐射敏感性和癌症的自发率,同时也取决于所用的剂量范围。从现有的实验数据来看,给出对肿瘤产额有显著影响的单次最小剂量(急性)为100～200mGy(低LET辐射)。连续照射(慢性)情况下,给出危险明显增高的最小剂量一般比急性照射时的要高。研究证明,在研究染色体畸变时所用剂量大大低于20mGy,细胞转化低于100mGy,体细胞突变低于200mGy的条件下,要获得辐射效应的数据是不现实的。除了在哺乳动物系统进行的研究外,已开始用植物细胞进行辐射诱发突变的研究,它们可能是检验小剂量效应的敏感系统。250kVX射线,剂量在2.5～50mGy时,紫露草雄蕊茸毛的桃红色突变的剂量响应曲线为线性。在剂量低于这些可测得生物效应的最低剂量的情况下,仍然不知道剂量响应的形状,只能靠推论确定其形状。有关能观察到效应的最低剂量的研究结果列于表1和表2。
(1)
式中,αα0是自发发病率;1、α2分别是特定细胞响应的线性项和二次项系数;β1和β2分别是以自然对数函数形式表示的细胞杀死效应的线性项和平方项系数。
染色体畸变研究证明,外周血淋巴细胞非稳定性畸变的剂量响应关系符合线性-平方函
数。低LET辐射诱发的细胞转化研究表明了不同的剂量响应关系,有的作者认为是线性关系,另外一些作者则认为线性-平方曲线能更好地描述辐射诱发的细胞转化过程。高LET辐射所致细胞转化频率比低LET辐射要高,并且一般具有线性剂量响应关系,在大剂量情况下有坪出现,转化率随之下降,在小剂量和低剂量率情况下,效应增强,即出现反剂量率效应。小鼠淋巴细胞hprt(次黄嘌呤-鸟嘌呤核糖转移酶)位点突变研究指出了线性剂量响应关系,hprt位点突变率与剂量率没有关系。222Rn的α粒子体外诱发人T细胞hprt突变效应(0.5～4Gy),可用线性或线性-平方剂量响应曲线描述。
动物实验研究结果对评估小剂量辐射生物效应和剂量响应关系起着很大的作用。由于动物和人在辐射敏感性方面的差异,从动物研究获得的结果虽不能直接用于人群癌症危险的定,
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辐射防护第23卷 第2期
广岛、长崎受全身照射的原爆幸存者;身体局部受医疗照射,或是外照射,或是内照射的强直性脊椎炎病人及其它患者;各种职业照射人群,特别是铀矿工人和表盘涂镭操作人员。原爆幸存者的流行病学调查数据说明,除白血病以外的所有癌症的数据都能用线性剂量响应曲线很好地描述(尽管线性一、二次模型与这些数据也不矛盾)。原爆幸存者死亡率的最新数据,随访时间覆盖1990年,整个队列由86500人组成,其中60%的人接受的剂量超过5mSv。在低于3Sv的剂量范围内所有实体癌的剂量响应关系基本上是线性的[8]。美国国家辐射防护与测量
委员会(NCRP)、ICRP、UNSCEAR及其他组织、定期地对低水平辐射致癌效应的剂量响应关系进行再评价。在最近的评论中指出,作为癌症先兆的一些损伤(如突变、染色体畸变)和某些类型癌症,其频率在小剂量范围内随剂量线性增加。据此得出结论,对于低水平辐射的致癌效应,看来没有比线性无阈模型更可取的另一个剂量响应模型,虽然不排除其他剂量响应关系,可能永远不能证明或否定线性无阈的正确性,但开展进一步研究以降低有关不确定性是应大力推荐的[14]。
表1 实验系统测出低LET辐射照射染色体畸变和突变的最低剂量[8]
Tab.1 Thelowestdosesatwhichchromosomeaberrationsandmutationshavebeendetected
inexperimentalsystemexposedtoLow-LETradiation
系统人淋巴细胞人淋巴细胞C3H10T1/2细胞
小鼠TK6细胞紫露草
终点
非稳定性染色体畸变稳定性染色体畸变
细胞转化红眼突变hprt和tk突变粉红突变
辐射X射线γ射线X射线和γ射线
X射线X射线X射线
最低剂量(mGy)
[1**********]502.5
表2 已经观察到小鼠癌症明显增高的最小急性剂量[8]
Tab.2 Thelowestacutedosesatwhichsignificantincreasesincancersinmicehavebeenobserved
癌髓性白血病
小鼠品系RFM
性别雄雄雌雌
CBA-H
BC3F1
胸腺淋巴瘤
RFM
雄雄雌雄雄雌
肺腺癌乳腺腺癌卵巢癌
BALB-cSAS-cBALB-cBC3F1BALB-cRFM
副泪腺肿瘤所有实体肿瘤
RFMBC3F1
雌
雌两性雌雌雌雌雄雌
γ射线γ射线γ射线γ射线X射线γ射线X射线γ射线γ射线γ射线X射线X射线γ射线X射线照射X射线
1)
剂量(Gy)
0.251120.51.5113120.52.50.20.160.250.531.34
1)不同作者提供的数据,见文献[8]。
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
·95·
4.3 适应性反应
实验研究结果证明,低剂量照射可以刺激某些细胞的功能,包括细胞增殖及修复,增强免
疫能力,调节激素平衡,因而使机体的自然防御能力提高,这些现象统称为辐射刺激效应(stim-ulationeffect或hormesis)和适应性反应(adaptiveresponse)。辐射刺激效应涉及辐射防护和辐射危害评价的基本概念,如低剂量照射,或接近天然本底水平的照射是否对人类有益,还是有可能给人类带来某些有益的后果。因此低剂量照射的刺激效应已成为辐射生物学的研究热点。有关这方面的报道很多,UNSCEAR1994年报告汇总了各国的研究成果,国内学者也进行了关于免疫-内分泌调节功能的刺激现象的更深入研究[15,16]。根据UNSCEAR1994年报告,种子和植物对辐射的适应和刺激效应的生物学表达已有明确的描述。实验证明,丝裂原刺激的人外周血淋巴细胞在离体条件下先接受几十mGy低LET辐射照射,可减少其后几Gy大剂量照射产生的损伤。这种在小剂量照射后可保持数小时的反应被称为适应性反应。UNSCEAR1994年报告附件B对“细胞和机体对辐射的适应性反应”进行系统综述后指出,适应性反应是用来描述小剂量照射可制约细胞从而诱导修复过程与/或刺激增殖的实验结果的总称,适应性反应可能是细胞对损伤反应的共同特征。总起来说,低LET辐射照射后,在有选择的细胞系统中,存在适应性反应的可靠证据,但是还不能轻易地将离体细胞研究中所观察到的适应性反应外推,以假定受照动物的适应性反应。另外,以减少哺乳动物机体肿瘤诱发为指标的实验结果尚难以证明适应性反应的存在。人类受小剂量照射的癌症流行病学调查多数由于统计势太低,难于对是否存在适应性反应作出明确的结论。有关原爆幸存者的寿命研究表明,0.2Gy以下的照射,总的癌症死亡率明显增高。当剂量降至0.01～0.05Gy范围内时,除白血病外所有癌症均增高(白血病降低),但无统计学意义。小于0.1Gy时白血病减少,亦无统计学意义。分析原爆低剂量受照者的染色体畸变和子宫内受照者智力迟钝发生率也未发现刺激现象。由
在接受小剂量照射的人类中存在适应性反应。希望能在分子水平研究中更好地揭示辐射效应的机制,为判断适应性反应在机体中的作用提供基础。目前,断定适应性反应可给机体带来的有益影响会超过小剂量低LET辐射照射的有害作用尚为时过早。UNSCEAR2000年报告在附件G中指出,已观察到许多细胞损伤指标的适应性反应:小剂量照射使随后的较大剂量照射引起的细胞损伤数降低。对非稳定性染色体畸变和突变来说,已证明约10mGy低LET辐射的较小剂量能降低继后较大剂量引起的效应。这种适应性反应似乎要几个小时会显现,然后维持到40h左右。尽管它能改变任何效应的大小,但没有迹象表明它会改变剂量响应曲线的形状。为了把刺激现象纳入辐射剂量响应关系,学者们作了许多尝试,Okamoto将刺激作用和照射产生的损伤用图3表示[17]。
图3 辐射刺激性效应的剂量率响应曲线Fig.3 Doserateresponsecurvecorresponding
toradiationhormesis
C———电离辐射直接效应响应曲线,DNA损伤;I———间接效应曲线;S———C和I曲线的总合;AB———癌症自然发生率;E———环境水平剂量率;
FG———有害效应开始增加的临界剂量率。
图中C是剂量照射产生的直接效果,如DNA损伤随剂量增加而增加;曲线I是通过生物-化学机制或细胞膜表现出来的间接效果(刺激作用),随剂量的增加而降低,U形曲线S则是C和I曲线之总合。当沿曲线C响应的增加与曲线I上的减少相等时(图3中FG),不再发生刺激作用。作者根据这种理论,估计出终生照射情况下低LET(15～20keV/μm)辐射(β、γ或X射线)产生刺激性作用的临界剂量率为1-1
·96·
辐射防护第23卷 第2期
应,高于该剂量率不产生刺激性效应,对于短时间的照射,临界剂量率可能要高些。对于植物来说如种子,临界剂量率比上述数值要高得多。4.4 剂量阈
辐射致癌是否存在剂量阈值是一个长期争论而没有解决的问题。有否剂量阈值问题的讨论经常与剂量响应关系曲线相提并论。在2001年于爱尔兰都柏林举行的第二届《低和很低剂量电离辐射对人体健康效应》国际学术交流会上,不少学者认为,线性无阈(LNT)理论是由高剂量向低剂量外推得来的,它忽略了适应性效应,LNT理论的科学合法性还未确定。假如无阈,剂量再低也能引起癌症增加,假如有阈,则在阈剂量以下不必担心会有癌症发生。对于辐射防护来说,只要在对任何剂量阈值保留一个谨慎的安全余度的基础上制定一个剂量限值就够了。这样只要把剂量保持在限值以下就足够了,就不再存在明显的理由来降低预期不会引起剂量超过限值的那种照射[19]。但是即使在这种情况下,仍然有许多关于辐射效应的问题需要解决,例如动物实验的阈值和人类癌症的阈值一样吗?对人类来说不同癌症的阈值一样吗?如果不同部位癌症的剂量阈值各不相同,对于辐射防护的阈值又如何确定,等等。
[18]
致死癌症概率为9.5×10-2Sv-1(波动范围为(6～13)×10-2Sv-1)。BEIRⅤ报告给出的美
国人群的相应值为9×10-2Sv-1。上述三个数值的平均值大致为10×10-2Sv-1。这一数值将用来作为大剂量照射的标称危险度。UNSCEAR2000年报告指出,采用与UNSCEAR1994年报告相同的办法,对于包括各个年龄组的日本人群,1Sv剂量急性照射后,辐射诱发的全部实体癌死之的终生危险,在男性估计为9%,在女性估计为13%,两性平均为11%。该危险估计与UNSCEAR1994年报告给出的终生危险10.9%是一致的。关于切尔诺贝利事故产生的健康效应,UNSCEAR认为除了在白俄罗斯,俄罗斯和乌克兰观察到了在受照射的儿童中甲状腺癌显著增高之外,事故14年后仍没有观察到与其所造成的电离辐射有关的公众健康的重要影响证据5.2 DDREF
[8]
。
用于辐射致癌危险度估计的人群流行病学的数据一般都来自于短时间接受较高剂量的照射。实验动物的放射生物学数据和难得的少数人群流行病学数据表明,对低LET辐射,单位剂量引起的生物效应在小剂量和低剂量率下要比大剂量和高剂量率下小。因此,用大剂量、高剂量率下的生物效应数据作线性外推来估计用于辐射防护目的的辐射危险度时会得到一个偏高的估计,因而需要作剂量、剂量率效应的修正,这就是所谓的DDREF。过去曾称之为剂量率效能因子(DREF)、线性外推高估因子(LEOF)、小剂量外推因子(LDEF)和减缩因子。在足够小的剂量情况下,如果可以忽略细胞杀死效应,DDREF可由下式给出:
2
DDREF=(α/α1D+α2D)1D=
1+(αD2/α1)
(2)
式中,D为剂量,Gy;α1和α2分别为诱发随机性效应的线性项和二次项的系数。
ICRP考虑到,动物实验研究结果所得到的DDREF波动范围在2～10,且所涉及的剂量范围比人类数据的还要宽;某些人类经验没有提供关于分次照射的效应材料,而另一些却证明,分次照射效应最多可能高达3或4;原爆幸存25 致死性癌症概率估计及剂量剂量率
效能因子DDREF
5.1 致死癌症概率
关于辐射诱发人类癌症死亡概率的资料主要取自对日本原爆幸存者的长期观察与评价。在原爆幸存者数据的基础上进行人群外推和时间外推,以求出世界人群的终生致死癌症概率标准值。ICRP在60号出版物中指出,UNSCEAR1988年报告利用相乘危险预测模型给出日本总人口(0～90岁,男女平均)全部致
-2-1
死性癌症概率的估计值是11×10Sv[20],根据相乘模型对日本、美国、波多黎各、英国和中国5个人群的估计的致死癌症总概率的平均值为10.1×10-2Sv-1,用美国国家卫生研究所(NIH)模型估计上述5个人群致死癌症总概率为8.9×10-2Sv-1。对用这两种模型估算的值
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
·97·
DDREF,如对白血病DDREF估计为2,把所有癌症加在一起进行分析,其DDREF为1.7;对所有实体瘤而言,DDREF大约为2。UNSCEAR
1997推荐的DDREF为2～2.5,UNSCEAR1986年报告建议该值为5,UNSCEAR1988则建议其值在2～10之间;BEIRⅢ取DDREF为2.25,BEIRⅤ建议该值为2或更大一些;NRC采用3.3,美国NIH建议取2.3。分析这些数据,尤其是考虑到人类资料(其值处在变化范围的较低部分),ICRP决定,为了防护的目的,DDREF值取2。这一选择带有一定的随意性,并可能是保守的(偏安全的),随着有关数据的不断积累,该推荐值将会被更新。这样,将DDREF值用于辐射致癌危险度的估计,则得到包括所有年龄人群的致死癌症概率的标准值为5×10-2Sv-1,此值对于工作人员为4×10-2Sv-1。
到照射时,各器官或组织所受的剂量当量HT乘以相应的WT,然后相加在一起,即得出有效剂量当量(以后改为有效剂量)。这个量在理论
上和实际应用上都有重要意义,用它可以处理不均匀照射和局部照射的剂量,使内外照射剂量值可以相加,并且还解决了过去在危害评价中,仅用“关键器官”或“关键组织”而不能把所有受照器官的危险总合考虑的困难。
26号出版物发表以后的10多年间,辐射致癌危险度数据发生了一些变化,产生这些变化的原因主要有三个:(1)是剂量体系的改变,日本原子弹爆炸幸存者的剂量估算结果有了改变,由DS86取代了T65D;(2)原子弹爆炸幸存人群中致死癌症的超额例数随观察时间的延长(至1985年)而有所增加;(3)相乘危险预测模式比相加预测模式能更好地估算大多数实体瘤终生危险度。另外,遗传性疾病危险度也发生了一些变动。ICRP第60号出版物提出,全部人群受照后严重遗传疾患的总概率为1.0×10-2Sv-1,工作人员受照发生严重遗传疾患的概率为全体人群的0.6,即0.6×10Sv。在ICRP第60号出版物中,WT不论在其含义上还是在数值上都有了一些变化。为了便于比较,将26和60号出版物的WT值都列于表3。
-2
-1
6 组织权重因子WT和辐射权重因子WR
6.1 WT
WT是在ICRP第26号出版物中提出来的,它表示组织T的辐射随机性效应的危险度与全身受到均匀照射时的总危险度的比值。在受
表3 ICRP26和60号出版物推荐的辐射致癌危险度及WT
Tab.3 Radiation-inducedcancerriskandWTrecommendedinICRPpublications26and60
组织性 腺
卵 巢红骨髓结 肠肺胃膀 胱乳 腺肝食 道甲状腺皮 肤骨表面其余器官总 计
2)
危险度(10-4Sv-1)26号402020
60号100
[***********]082550600
26号0.250.120.12
WT
60号0.201)0.12
0.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.051.00
250.15
55
50165
0.030.030.031.00
1)包括卵巢癌,总计为0.20;2)26号出版物中的其余器官或组织是指给出WT的器官以外接受最高剂量当量的5个器官,每个器官的WT均取为0.06。60号出版物中的其余器官是指已给出WT的器官以外的10个器官或组织;肾上腺、脑、小肠、上段大肠、肾、肌肉、胰腺、脾、胸腺和子宫。
·98·
辐射防护第23卷 第2期
研究ICRP危险度数据和WT值,可发现26号和60号出版物推荐的WT在下述几个方面存在差别:第一,资料的来源。在26号出版物中,确定WT值所依据的器官或组织的辐射致癌危险度数据主要引自UNSCEAR1977年报告[21],这些危险度数据是根据日本原爆幸存者的流行病学调查结果计算出来的,未考虑其它国家的人群。60号出版物在估计致死癌症概率时,在日本原爆幸存者人群的基础上(观察至1985年),又补充了美国、波多黎各、英国和中国人群的数据,以减少人群特征对危险度数据的影响。应该指出的是,60号出版物给出的甲状腺、骨表面、皮肤和肝的致癌危险度不是取自原爆幸存者人群。第二,危险预测模型。前者采用的危险预测模型是相加预测模型[相加模型假定照射后经过最短潜伏期,在其后癌症表达期内癌症增加的例数(观察值减去预期值)保持恒定,不随到达年龄、随防时间和基线率而变化];后者在进行癌症危险预测时采用了相乘预
测模型(相乘模型假定照射后癌症的增加随到达年龄而上升,与该种癌症随年龄而上升的基线率成正比,因此观察值/预期值比值保持恒
定)、NIH(美国国家卫生研究所)模型和相加预测模型,并考虑了年龄和性别的影响。第三,应用范围。26号出版物推荐的WT(以下记作WT-26)没有计及年龄和性别对危险度数值的影响,只适用于工作人员,60号出版物中的WT(以下记作WT-60)既可用于工作人员,又可用于居民。第四,含义和数值。WT-26表示的是组织T随机性效应危险度与全身总危险度的比率,而WT-60表示的是各组织T对总危害的相对贡献,在危害的估计中考虑了4项,它们是所有有关器官的致死癌症的危险度、不同器官致死癌症潜伏期的长短(相对寿命损失)、诱发非致死癌症的死亡率及在受照个体所有世代产生的严重遗传疾患的危险度。另外,所涉及的器官或组织的多少及WT值均有所不同。WT-26与WT-60的简单比较列于表4。
表4 WT-26与WT-60的简单比较Tab.4 SimplecomparisonofWT-26withWT-60
WT-26
危险度资料来源所采用的危险预测模型应用范围含 义
所涉及器官或组织
日本原爆幸存者数据相加危险预测模型只适用于工作人员,未考虑性别和年龄的影响
表示各器官的危险度与总危险度的比值
6个组织+其余组织
WT-60
日本原爆幸存者数据及美国、波多黎各、英国和中国的有关资料相加、相乘和NIH危险预测模型既适用于工作人员,又适用于公众,考虑了性别和年龄的影响表示各器官对总危害的贡献13个组织+其余组织
6.2 辐射权重因子WR
对于特定种类与能量的辐射,WR的数值是由ICRP选定的,它能代表这种辐射在小剂量
时诱发随机性效应的相对生物效能RBE的数值。一种辐射对于另一种辐射的RBE,是产生同样程度的某一规定的生物学终点所需的这两种辐射的吸收剂量的反比。
对于一个给定辐射和一个给定组织来说,确定性效应的RBE与剂量有关并随剂量的减少增至假定的最大值(RBEm)。在小剂量情况下剂量情况下,对杀死细胞的效应来说,RBEm经常是2或3左右,且随剂量的减少而增加。确定性效应的RBE值一般不超过10。对于随机
性效应,高LET辐射的RBE值则是根据剂量-响应曲线的形状所确定的剂量水平的函数。低LET及高LET辐射的剂量响应曲线示于图4。研究结果证明,分次给予(或低剂量率)低LET辐射剂量产生的效应比单次剂量的小,相反,分次给予(或低剂量率)高LET辐射剂量产生的效应要么象单次照射一样,要么比单次剂量的还大。RBE(用图4中的b/a表示)随剂量的减
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
·99·
少而增加,但在低LET辐射及高LET辐射的剂量响应曲线成为直线的小剂量情况下达到一常数值,该值用RBEM(不同于确定性效应的
RBEm)表示。应指出,为了辐射防护的目的,在所有的情况下,最大的RBE,即RBEM,由低剂量率高LET辐射效应曲线的最陡的斜率与低剂量率低LET辐射效应的最小斜率的比值给出
。
表6 α粒子辐射和γ射线的RBEM估计值[8]
Tab.6 EstimatedRBEMvaluesforalpha
particleradiationandgammarays
终 点
骨肿瘤 狗 小鼠 狗肿瘤
各种物种 狗 大鼠 狗
细胞转化(C3H10T1/2)细胞突变 人肺细胞HF19 中国地鼠细胞V79染色体畸变
胚细胞突变(染色体断片,
≤7.11)
≤185～3522～2426255.4(0～5.8)30(6～40)10～18253610～25RBEM
图4 低LET辐射及高LET辐射
剂量响应曲线的形状[1]
Fig.4 Dose-responserelationshipfor
lowandhighLETradiation
染色体易位,显性致死) 1)和X射线比较。
在一般情况下,中子和α粒子的RBEm值为按相应组织随机性效应得到的RBEM值的1/5～1/2,因此,在那些确定性效应为主的情况下,应用Q或WR可能高估高LET辐射的贡献。
WT和WR的取值与人们对辐射生物效应本质的理解密切相关,随着有关资料的不断积累,其数值在不断变化。WT和WR数值的变化又会影响有效剂量当量和器官(组织)的当量剂量,进而影响对辐射危害的评价。
RBEM值因随机性效应终点不同而各异,
并且在很小的剂量情况下通过实验资料予以确定。每一种实验性肿瘤模式都具有自己的特性,另外,包括年龄和性别在内的宿主方面的因素对癌症发生都有显著影响,因此,很难推出一个有代表性的单一的可用来推导辐射品质因数的RBEM值。研究结果指出,裂变中子的RBEM值波动在大约30～50之间(见表5),α粒子的RBEM值大致与此相同或比此值略小(见表6)。
表5 裂变(或最佳能量1))中子相对于γ射线的RBEM[1]
Tab.5 EstimatedRBEMvaluesforfissionneutrons(orthebestenergy)comparedwithgammarays
终 点
肿瘤诱发
寿命缩短(肿瘤所致)细胞转化细胞生成研究
哺乳动物系统的遗传学终点
1)最佳能量是生物学最有效的能量。
RBEM15～6015～4535～7040～5010～45
7 结语
本文简要讨论了与辐射防护紧密相关的辐射致癌机理、辐射致癌危险度估计、小剂量下的生物效应及WT和WR。危险度估计关系到对辐射危害的评价及与其它因素产生危害的比较,进而影响防护政策的制定;小剂量下剂量响应曲线、有阈无阈和适应性反应问题的任何变
动,都可能直接影响到辐射防护的基本概念和政策。下面引用ICRP主席Clarke的一段话作为本文的结束。从这段话中足以看出生物效应研究成果对辐射防护的重要性。为了修订ICRP60号出版物,Clarke指出,委员会已开始对生物
·100·
辐射防护第23卷 第2期
导致这些观点的重大变化,委员会不得不作出判断,看现在建议的这一当属有效而谨慎的体系是否能够予以保留。为随机效应引入一个阈值或引入严重偏离线性关系的模式,将与平均吸收剂量的应用以及单一源的效应评估的独立性相抵触,放射防护的整个概念基础将会改变。就目前而言,没有考虑此类概念改变。笔者认为,改变或继续采用这些概念的重要基础仍将是关于辐射生物效应方面可靠的科学数据。
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(编辑部收稿日期2002年7月18日)
BIOLOGICALBASISOFRADIATIONPROTECTION
———BIOLOGICALEFFECTOFRADIATION
ZhouYongzeng
,,
周永增:辐射防护的生物学基础———辐射生物效应
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Abstract Radiologicalprotectionisconcernedwithprotectingmankindagainsttheharmfuleffectsofradia-tion.Inallitswork,InternationalCommissiononRadiologicalProtectionhasbaseditsapproachonthebestavailableinformationonthebiologicaleffectofradiationandhasusedthistoprovidebiologicalbasisforradia-tionprotection.Biologicaleffectsofradiationasthebiologicalbasisofradiationprotectionarewidelycon-cerned.Radiation-inducedstochasticeffect,probabilityofradiationcarcinogenesis,effectsatlowdosesandtissueweightingfactorsrelevanttoradiationprotectionarebrieflydiscussedinthisparer.
(KeyWords:Radiation,ProtectionRadiation,BiologicalEffect,LowDose,TissueWeightingFactor)
(上接第89页,Continuedfrompage89)
3 SmithT,VeallN,WoottenR.BladderWallDosefrom
AdministeredRadiopharmaceuticals:TheEffectonVaria-tioninUrineflowRate,VoidingIntervalandInitialBlad-derContent.Radiat.Prot.Dosim.,1982.2(3):183.4 国际放射防护委员会.放射性药物对患者辐射剂
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5 ICRP.Age-dependentDosestoMembersofthePublic
fromIntakeofRadionuclides:Part2,IngestionDoseCo-efficients.ICRPPublication67,1993
6 ICRP.Age-dependentDossestoMembersofthePublic
fromIntakeofRadionuclides:Part3,IngestionDoseCo-efficients.ICRPPublication69,1995
(编辑部收稿日期2001年12月29日)
MODELFORKIDNEY-BLADDEREXCRETION
LiShijun
(NuclearMedicalInstitute,SoochowUniversity,215007)
Abstract Inordertocalculatetheeffectivedose,anexplicittissueweightingfactorof0.05isgivenforthebladder.Consequentlyamodelforkidney-bladderexcretionisneededtocalculatetheadditionalequivalentdosetobladderwallfromactivityinurine.ThemathematicalexpressionsofthemodelwereproposedinICRP
Pub.53.However,theexpressionscanonlybeappliedtothematerialsexcreteddirectlythronghurinefrombodyfluids.Iftheintakesweretransferredamongthetissuesororgansofbodysuccessivelyandexcretedinurine,theavailableexpressionscalculatingdisintegrationoftheintakesinurinarypathandbladdercontentswerederivedinthispaper.
(KeyWords:Radionuclides,InternalDose,ModelforKidney-BladderExcretion,UrinaryPath,BladderContent,Calcula-tionofDisintegration)