利用人外周血淋巴细胞染色体畸变估算离体模拟局部照射剂量

田雪蕾，陆 雪，蔡恬静，田 梅，刘青杰

(中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室，北京 100088)

准确的估算电离辐射事故照射的生物剂量，对于及时采取正确的治疗措施，最大程度的挽救受照人员的健康是十分重要且必要的。目前对于事故照射剂量的估算，都是采用离体情况下建立的双着丝粒染色体(dicentric chromosome，dic)加着丝粒环(r)剂量效应曲线进行全身等效剂量估算[1-3]。然而，这种表示方式对于大多事故受照者的剂量估算并不确切，因为多数事故受照人员是局部照射或不均匀照射。现有的用于估算局部照射剂量的模型主要有Dolphin’s模型、Qdr模型、混合泊松模型及贝叶斯模型等[4-7]。其中Dolphin’s模型已在人血离体模拟局部照射和动物模型离体及在体局部照射的剂量估算中得到了良好的应用[7-8]。国际原子能机构(IAEA)将Dolphin’s 模型作为推荐的方法之一用以估算局部或不均匀照射的剂量及相应的受照份额[9]。Dolphin’s模型认为人体接受局部照射后其外周血为照射部位的血液与未照射部位血液的混合血，其中的淋巴细胞既有来自照射部位的，也有来自非照射部位的。该模型的重点就是要计算出混合血中受照血淋巴细胞染色体畸变率，然后代入全身剂量效应曲线估算出局部照射剂量。准确的推算受照血染色体畸变率对于估算剂量十分重要，而选用合适的剂量效应曲线对估算剂量同样重要。已知全身照射或均匀照射下不同剂量率的剂量效应曲线所估算出的剂量之间有偏差[10]。而对于局部照射，关于不同剂量率的剂量效应曲线对估算结果影响的报道还十分有限，基于此，本研究在离体情况下模拟局部照射，选用Dolphin’s 模型估算局部照射剂量，并比较采用不同剂量率的剂量效应曲线对于估算结果的影响，为进一步建立在体局部照射剂量估算方法奠定基础。

1 材料与方法

1.1 血样采集

在知情同意的情况下(伦理审查编号：LLSC2020-008)获得2例半年内未接触放射线或其他可引起染色体畸变的环境诱变剂的健康成年人外周血样本各4 mL，该两名供血者均为女性，样本A年龄为40周岁，样本B年龄为32周岁。均无家族遗传病史，无急慢性病史，无特殊用药史。

1.2 照射条件

60Co γ射线照射在北京市辐照中心进行。照射剂量为1 Gy和5 Gy，剂量率为1 Gy/min。照射野面积为25 cm×25 cm，样本距源距离为126 cm。

1.3 离体模拟局部照射实验

将血样分为两部分，一部分不照射，另一部分进行离体均匀照射。照射后将各剂量点照射血样与同一样本的未照射血样按25%和75%比例混合均匀，放入37 ℃恒温培养箱培养2 h，然后按照GB/T 28236—2011《染色体畸变估算生物剂量方法》[11]推荐的方法进行染色体培养，制备标本。

1.4 外周血淋巴细胞染色体畸变分析

按照GB/T 28236—2011《染色体畸变估算生物剂量方法》[11]推荐的方法分析计数染色体畸变。每份染色体标本分析400～1 000个中期分裂相，记录dic+r数量。观察到的畸变需由2名经验丰富的阅片者审核，结果以每百细胞畸变数表示。

1.5 统计学处理及剂量估算

混合血样dic+r率及受照血dic+r率均以均值±单次测量标准差描述。利用u值判断是否符合泊松分布。利用Dolphin’s模型计算混合血中受照血的dic+r率。利用金璀珍课题组建立的离体照射剂量效应曲线[12]及本课题组建立的离体照射剂量效应曲线估算混合血中受照血的剂量。

2 结果

2.1 离体模拟局部照射情况下人外周血淋巴细胞dic+r的分布情况

首先对各剂量点混合血中的dic+r分布情况作出判断。结果列于表1，发现在样本A中，除1 Gy 75%组外，其他组│u│均大于1.96，σ2/y不接近于1，表明不符合泊松分布，为过离散分布。在样本B中，5 Gy组的两个混合比例的│u│均大于1.96，σ2/y不接近于1，表明不符合泊松分布，为过离散分布。

表1 离体模拟局部照射情况下人外周血淋巴细胞dic+r的分布情况Tab.1 Dic+r distribution of human peripheral lymphocytes exposed by partial exposure in vitro

2.2 混合血中受照血的dic+r率及受照血比例分析

Dolphin’s 模型亦称不纯泊松分布法，该方法认为在局部照射条件下，dic+r在细胞间的分布是受照部分的泊松分布与未受照部分过离散分布的叠加。未照射部分含有的畸变可忽略，该分布与正常泊松分布相比，正常细胞所占份额相对增加，分布过离散。利用该特征，根据公式(1)、(2)可得出混合血中受照血的平均畸变率及标准差，根据公式(3)、(4)可得出混合血中受照血的比例：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，y为混合血中受照细胞dic+r率；x为观察出的dic+r数；n为观察的中期分裂相数；n0为不含dic+r的中期分裂相数；SE为标准差；f为观察的中期分裂相中来自受照血的中期分裂相所占份额；F为f的修正值，即推算出的混合血中受照血比例；D为照射剂量，Gy；D0取值3 Gy。

计算结果列于表2，两个样本中1 Gy 25%组的推算混合比例与实际混合比例相对偏差均较大，显示偏离严重。除样本B的5 Gy组外，其他各组均表现为同一剂量点下，实际混合比例大者的推算混合比例与实际混合比例相对偏差小于实际混合比例小者的相对偏差。

表2 混合血中受照血的dic+r率及受照血比例分析结果Tab.2 Results of dic+r frequencies and the calculated exposure ratio in mixed blood

1)指的是通过公式(3)、(4)推算出的F。

2.3 人外周血离体照射模拟局部照射的剂量估算

将混合血样中受照血的平均畸变率代入剂量效应曲线1：y= 0.034 967D+ 0.069 491D2(1 Gy/min，0.5 ～ 5 Gy)[12]及剂量效应曲线2(本课题组建立)：y=5.89 × 10-4+ 1.45× 10-2D+ 5.41× 10-2D2(0.278 Gy/min，0 ～ 6 Gy)中，估算混合血中受照血的剂量。结果列于表3，剂量效应曲线1估算的样品受照剂量大多与实际照射剂量比较接近。两例样本中除1 Gy 25%组外，其余各组的估算受照剂量与实际照射剂量相对偏差均在10%以内。样本A的1 Gy 25%组的估算受照剂量与实际照射剂量偏离严重，样本B的1 Gy 25%组的估算受照剂量与实际照射剂量偏离超过10%，但未超过20%。剂量效应曲线2估算的样品受照剂量与实际照射剂量的相对偏差在两例样本各个样品中均超过10%，其中样本A的1 Gy 和5 Gy的25%组及样本B的1 Gy的75%组的估算剂量与实际照射剂量偏离严重，其余各组相对偏差未超过20%。

3 讨论

本研究利用在离体情况下人外周血样品混合不同比例模拟局部照射，分析混合血中dic+r率，通过Dolphin’s模型和全身均匀照射剂量效应曲线估算局部照射剂量，并比较不同剂量率剂量效应曲线对估算结果的影响。

估算局部照射剂量首先要判断所受照射是否为局部照射。Prasanna等[13]研究发现离体3 Gy照射后以25%～75%照射血与未照射血混合未能模拟出局部照射，5 Gy照射后以同样的比例混合照射血与未照射血，在各个混合比例均可模拟出局部照射。Vaurijoux等[14]发现离体2 Gy照射以5%～75%照射血混合未照射血均能模拟出局部照射。出现这样的差异可能与分析中期分裂相数量不同有关。Prasanna等每个标本仅分析50个染色体中期分裂相，Vaurijoux等利用自动化检测技术每个标本分析6 000个左右染色体中期分裂相。本研究发现两个样本的5 Gy组任一混合比例均可模拟出局部照射，而1 Gy组只有样本A的25%组模拟出了局部照射。这说明可能对于1 Gy局部照射而言，分析1 000个染色体中期分裂相依然不足，所以可以增加中期分裂相分析数量以提高判断局部照射的准确性。

表3 人外周血离体模拟局部照射的剂量估算结果Tab.3 Dose estimation results of human peripheral blood exposed by partial exposure in vitro

估算局部照射剂量的准确性可能与照射部位占全身的比例有关。本研究发现，利用曲线1估算的剂量75%组比25%组准确性高。这可能是因为增加受照血占混合血的比例，可以提高来自受照血的中期分裂相被观察到的概率，进而提高局部剂量估算的准确性。估算局部照射剂量的准确性可能也与局部照射剂量有关。Romm等估算局部照射剂量时发现，4 Gy组和6 Gy组的估算剂量比2 Gy组的估算剂量更接近实际照射值[15]。本研究中，曲线1估算的剂量5 Gy组比1 Gy组准确性高。这表明较高剂量引起的局部照射，其估算剂量的准确性要高于相对低剂量引起的局部照射。

估算局部照射剂量的准确性可能还与剂量效应曲线有关。Dolphin’s 模型认为在局部照射情况下，dic+r的分布是受照部分泊松分布和未受照部分分布的混合，因此得到混合血中受照血的dic+r率，即可代入全身剂量效应曲线估算受照血的剂量。本研究选用金璀珍课题组建立的剂量效应曲线及本课题组建立的剂量效应曲线来估算受照血剂量。除样本A的1 Gy 25%组两条曲线估算的剂量及5 Gy 25%组曲线2估算的剂量外，两条曲线估算出的剂量均较接近实际照射值。同一组内，本课题组建立的曲线估算的剂量均高于金璀珍教授课题组建立的曲线估算的剂量，这可能与两条曲线的剂量率不同有关。研究表明，同种射线不同剂量率对dic+r的发生有影响[10]。本研究离体照射剂量率与金璀珍课题组建立的曲线的剂量率相同，建议使用相同剂量率的曲线进行剂量估算，以提高结果的准确性。但利用本课题组建立的曲线估算的剂量仍有参考价值，因为不同的检测人员能力不同，对畸变类型的判断标准不完全一致。因此检测人员用所在课题组建立的曲线估算剂量，可以在一定程度上消除人为误差。故可根据检测人员能力的差异建立适用本实验室检测人员的不同剂量率的剂量效应曲线，根据辐射事故的实际情况，选取相应剂量率的曲线估算剂量，以提高结果的准确性及可靠性。

综上所述，离体情况下，dic+r率能用于估算局部照射的剂量。采用剂量率和照射剂量率一致的剂量效应曲线估算的结果更为准确。