利用人外周血淋巴細胞染色體畸變估算離體模擬局部照射劑量

田雪蕾，陸 雪，蔡恬靜，田 梅，劉青杰

(中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，北京 100088)

準確的估算電離輻射事故照射的生物劑量，對于及時采取正確的治療措施，最大程度的挽救受照人員的健康是十分重要且必要的。目前對于事故照射劑量的估算，都是采用離體情況下建立的雙著絲粒染色體(dicentric chromosome，dic)加著絲粒環(r)劑量效應曲線進行全身等效劑量估算[1-3]。然而，這種表示方式對于大多事故受照者的劑量估算并不確切，因為多數事故受照人員是局部照射或不均勻照射。現有的用于估算局部照射劑量的模型主要有Dolphin’s模型、Qdr模型、混合泊松模型及貝葉斯模型等[4-7]。其中Dolphin’s模型已在人血離體模擬局部照射和動物模型離體及在體局部照射的劑量估算中得到了良好的應用[7-8]。國際原子能機構(IAEA)將Dolphin’s 模型作為推薦的方法之一用以估算局部或不均勻照射的劑量及相應的受照份額[9]。Dolphin’s模型認為人體接受局部照射后其外周血為照射部位的血液與未照射部位血液的混合血，其中的淋巴細胞既有來自照射部位的，也有來自非照射部位的。該模型的重點就是要計算出混合血中受照血淋巴細胞染色體畸變率，然后代入全身劑量效應曲線估算出局部照射劑量。準確的推算受照血染色體畸變率對于估算劑量十分重要，而選用合適的劑量效應曲線對估算劑量同樣重要。已知全身照射或均勻照射下不同劑量率的劑量效應曲線所估算出的劑量之間有偏差[10]。而對于局部照射，關于不同劑量率的劑量效應曲線對估算結果影響的報道還十分有限，基于此，本研究在離體情況下模擬局部照射，選用Dolphin’s 模型估算局部照射劑量，并比較采用不同劑量率的劑量效應曲線對于估算結果的影響，為進一步建立在體局部照射劑量估算方法奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 血樣采集

在知情同意的情況下(倫理審查編號：LLSC2020-008)獲得2例半年內未接觸放射線或其他可引起染色體畸變的環境誘變劑的健康成年人外周血樣本各4 mL，該兩名供血者均為女性，樣本A年齡為40周歲，樣本B年齡為32周歲。均無家族遺傳病史，無急慢性病史，無特殊用藥史。

1.2 照射條件

60Co γ射線照射在北京市輻照中心進行。照射劑量為1 Gy和5 Gy，劑量率為1 Gy/min。照射野面積為25 cm×25 cm，樣本距源距離為126 cm。

1.3 離體模擬局部照射實驗

將血樣分為兩部分，一部分不照射，另一部分進行離體均勻照射。照射后將各劑量點照射血樣與同一樣本的未照射血樣按25%和75%比例混合均勻，放入37 ℃恒溫培養箱培養2 h，然后按照GB/T 28236—2011《染色體畸變估算生物劑量方法》[11]推薦的方法進行染色體培養，制備標本。

1.4 外周血淋巴細胞染色體畸變分析

按照GB/T 28236—2011《染色體畸變估算生物劑量方法》[11]推薦的方法分析計數染色體畸變。每份染色體標本分析400～1 000個中期分裂相，記錄dic+r數量。觀察到的畸變需由2名經驗豐富的閱片者審核，結果以每百細胞畸變數表示。

1.5 統計學處理及劑量估算

混合血樣dic+r率及受照血dic+r率均以均值±單次測量標準差描述。利用u值判斷是否符合泊松分布。利用Dolphin’s模型計算混合血中受照血的dic+r率。利用金璀珍課題組建立的離體照射劑量效應曲線[12]及本課題組建立的離體照射劑量效應曲線估算混合血中受照血的劑量。

2 結果

2.1 離體模擬局部照射情況下人外周血淋巴細胞dic+r的分布情況

首先對各劑量點混合血中的dic+r分布情況作出判斷。結果列于表1，發現在樣本A中，除1 Gy 75%組外，其他組│u│均大于1.96，σ2/y不接近于1，表明不符合泊松分布，為過離散分布。在樣本B中，5 Gy組的兩個混合比例的│u│均大于1.96，σ2/y不接近于1，表明不符合泊松分布，為過離散分布。

表1 離體模擬局部照射情況下人外周血淋巴細胞dic+r的分布情況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 模型亦稱不純泊松分布法，該方法認為在局部照射條件下，dic+r在細胞間的分布是受照部分的泊松分布與未受照部分過離散分布的疊加。未照射部分含有的畸變可忽略，該分布與正常泊松分布相比，正常細胞所占份額相對增加，分布過離散。利用該特征，根據公式(1)、(2)可得出混合血中受照血的平均畸變率及標準差，根據公式(3)、(4)可得出混合血中受照血的比例：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，y為混合血中受照細胞dic+r率；x為觀察出的dic+r數；n為觀察的中期分裂相數；n0為不含dic+r的中期分裂相數；SE為標準差；f為觀察的中期分裂相中來自受照血的中期分裂相所占份額；F為f的修正值，即推算出的混合血中受照血比例；D為照射劑量，Gy；D0取值3 Gy。

計算結果列于表2，兩個樣本中1 Gy 25%組的推算混合比例與實際混合比例相對偏差均較大，顯示偏離嚴重。除樣本B的5 Gy組外，其他各組均表現為同一劑量點下，實際混合比例大者的推算混合比例與實際混合比例相對偏差小于實際混合比例小者的相對偏差。

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

1)指的是通過公式(3)、(4)推算出的F。

2.3 人外周血離體照射模擬局部照射的劑量估算

將混合血樣中受照血的平均畸變率代入劑量效應曲線1：y= 0.034 967D+ 0.069 491D2(1 Gy/min，0.5 ～ 5 Gy)[12]及劑量效應曲線2(本課題組建立)：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劑量。結果列于表3，劑量效應曲線1估算的樣品受照劑量大多與實際照射劑量比較接近。兩例樣本中除1 Gy 25%組外，其余各組的估算受照劑量與實際照射劑量相對偏差均在10%以內。樣本A的1 Gy 25%組的估算受照劑量與實際照射劑量偏離嚴重，樣本B的1 Gy 25%組的估算受照劑量與實際照射劑量偏離超過10%，但未超過20%。劑量效應曲線2估算的樣品受照劑量與實際照射劑量的相對偏差在兩例樣本各個樣品中均超過10%，其中樣本A的1 Gy 和5 Gy的25%組及樣本B的1 Gy的75%組的估算劑量與實際照射劑量偏離嚴重，其余各組相對偏差未超過20%。

3 討論

本研究利用在離體情況下人外周血樣品混合不同比例模擬局部照射，分析混合血中dic+r率，通過Dolphin’s模型和全身均勻照射劑量效應曲線估算局部照射劑量，并比較不同劑量率劑量效應曲線對估算結果的影響。

估算局部照射劑量首先要判斷所受照射是否為局部照射。Prasanna等[13]研究發現離體3 Gy照射后以25%～75%照射血與未照射血混合未能模擬出局部照射，5 Gy照射后以同樣的比例混合照射血與未照射血，在各個混合比例均可模擬出局部照射。Vaurijoux等[14]發現離體2 Gy照射以5%～75%照射血混合未照射血均能模擬出局部照射。出現這樣的差異可能與分析中期分裂相數量不同有關。Prasanna等每個標本僅分析50個染色體中期分裂相，Vaurijoux等利用自動化檢測技術每個標本分析6 000個左右染色體中期分裂相。本研究發現兩個樣本的5 Gy組任一混合比例均可模擬出局部照射，而1 Gy組只有樣本A的25%組模擬出了局部照射。這說明可能對于1 Gy局部照射而言，分析1 000個染色體中期分裂相依然不足，所以可以增加中期分裂相分析數量以提高判斷局部照射的準確性。

表3 人外周血離體模擬局部照射的劑量估算結果Tab.3 Dose estimation results of human peripheral blood exposed by partial exposure in vitro

估算局部照射劑量的準確性可能與照射部位占全身的比例有關。本研究發現，利用曲線1估算的劑量75%組比25%組準確性高。這可能是因為增加受照血占混合血的比例，可以提高來自受照血的中期分裂相被觀察到的概率，進而提高局部劑量估算的準確性。估算局部照射劑量的準確性可能也與局部照射劑量有關。Romm等估算局部照射劑量時發現，4 Gy組和6 Gy組的估算劑量比2 Gy組的估算劑量更接近實際照射值[15]。本研究中，曲線1估算的劑量5 Gy組比1 Gy組準確性高。這表明較高劑量引起的局部照射，其估算劑量的準確性要高于相對低劑量引起的局部照射。

估算局部照射劑量的準確性可能還與劑量效應曲線有關。Dolphin’s 模型認為在局部照射情況下，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，即可代入全身劑量效應曲線估算受照血的劑量。本研究選用金璀珍課題組建立的劑量效應曲線及本課題組建立的劑量效應曲線來估算受照血劑量。除樣本A的1 Gy 25%組兩條曲線估算的劑量及5 Gy 25%組曲線2估算的劑量外，兩條曲線估算出的劑量均較接近實際照射值。同一組內，本課題組建立的曲線估算的劑量均高于金璀珍教授課題組建立的曲線估算的劑量，這可能與兩條曲線的劑量率不同有關。研究表明，同種射線不同劑量率對dic+r的發生有影響[10]。本研究離體照射劑量率與金璀珍課題組建立的曲線的劑量率相同，建議使用相同劑量率的曲線進行劑量估算，以提高結果的準確性。但利用本課題組建立的曲線估算的劑量仍有參考價值，因為不同的檢測人員能力不同，對畸變類型的判斷標準不完全一致。因此檢測人員用所在課題組建立的曲線估算劑量，可以在一定程度上消除人為誤差。故可根據檢測人員能力的差異建立適用本實驗室檢測人員的不同劑量率的劑量效應曲線，根據輻射事故的實際情況，選取相應劑量率的曲線估算劑量，以提高結果的準確性及可靠性。

綜上所述，離體情況下，dic+r率能用于估算局部照射的劑量。采用劑量率和照射劑量率一致的劑量效應曲線估算的結果更為準確。