历时10年, 由ICRP第2委员会从1984年开始陆续指定的, 选自中国, 美国, 日本, 英国, 法国, 德国, 和加拿大的10名ICRP呼吸道模型工作组正式成员和11名通讯成员, 通过艰苦努力, 终于在1994年完成了对ICRP原呼吸道模型的修订工作。一本内容十分丰富, 反映当代有关呼吸道生理, 组织, 解剖, 以及吸入放射性微粒沉积, 廓清和生物效应最新成就的用于辐射防护的人的呼吸道模型开始与读者见面了。和原有呼吸道模型相比, 无论是广度和深度, 都有了很大的进展。单就其篇辐之扩增倍数, 高达60多倍(由原来的7页增加到482页), 这在ICRP出版物的历史上, 可以说是空前的。为此, 感到有必要对该出版物作一介绍。

ICRP66号出版物, 正文部分除前言和术语汇集外, 共计10章, 占120页。8个附录占362页, 全书共482页。

现将正文10章的主要内容作如下介绍。

1 引言

引言部分共有7小节, 分别阐述了修订呼吸道模型的目的; 呼吸道剂量学模型的客观需要; ICRP第2号出版物中使用的模型; ICRP第30号出版物使用的模型; 为什么需要一个新模型; 新模型的主要特征; 模型的发展, 在这小节中介绍了整个呼吸道剂量学模型的6个组成部分:形态度量学; 呼吸生理学; 放射生物学; 沉积; 廓清和剂量学。

读完这一章就可以对ICRP呼吸道模型的历史, 现状, 目的和特征有了一个较全面的基本了解。

2 形态度量学模型

这一章主要是对呼吸道的形态学特征作一扼要的介绍。

这个剂量学模型将呼吸道分成4个解剖学区域:(1)胸外区(ET), 由前鼻(ET₁)和后鼻道、喉、咽和嘴(ET₂)构成; (2)支气管区(BB), 由气管和支气管构成, 沉积在此的物质通过纤毛运动廓清; (3)细支气管区, 由细支气管和终末细支气管构成; (4)肺泡-间质区(AI), 由呼吸细支气管(细支气管和若干接近的肺泡), 肺泡管和肺泡嚢和它们的肺泡, 以及间质性结缔组织构成。这四个区包含有淋巴组织(LT)。LN_ET负责从胸外区(ET)排出淋巴液; 位于支气管区(BB)的LN_TH则负责排出细支气管区(bb)和肺-间质(AI)区的淋巴液。上述分区是新肺模型和原肺模型主要区别之一。出版物中有一详细图解,看起来一目了然。对于上述4个区的细胞学, 组织学, 功能和结构均用表格形式详细列出, 以用于计算辐射剂量。除此之外, 对上述4个区的功能, 解剖学和组织学的特征包括上皮细胞层的厚度, 处于危险细胞的细胞核位置的深度, 总表面积等剂量计算时所必须的参数, 用图文并茂的形式分成4小节进行了详尽的介绍, 其细致程度为一般解剖学和组织学的教科书所不及(例如用图解方式标明分泌细胞核基底细胞核所在处的深度)。另一节则介绍了对不同年龄和性别者气道大小的按比例测量方法。最后一节为靶组织的质量, 包括成年男性, 成年女性, 15岁的男女儿童以及10岁, 5岁, 1岁和3个月的儿童及婴幼儿的呼吸道靶组织的质量。自从1986年苏联发生切尔诺贝利核事故之后, ICRP第2委员会考虑同题已不再局限于职业性人员, 而是着眼于广大公众, 这在本章的上述内容中已有所体现。

3 生理学参数

人呼吸道的组织和细胞所接受的辐射剂量在很大程度上取决于呼吸特征和某些呼吸参数。因为它们影响被吸入空气的容积和吸入率以及通过鼻和嘴的比例, 并决定放射性微粒和气体被吸入的量, 进入到呼吸道并在该处沉积的量。呼吸特征和呼吸参数在全世界人口之间是不相同的, 在很大程度上是身体大小, 体力劳动的水平, 呼吸道的健康状况的函数以及此人是否为吸烟者, 因此, 在这一节中不仅给出了针对白种人(工作人员和广大公众)的最主要的呼吸参数的参考值, 而且还列出了中国, 日本, 印度, 美国黑人, 塞乃加尔, 津巴布韦等6个国家的成人(男性和女性), 和其中少数国家年龄为3个月, 1岁, 5岁, 10岁, 15岁的儿童和婴幼儿的身高, 体重, 肺的总容量, 功能残留量以及肺活量的有关参数。值得一提的是在这6个国家的数据中, 中国的数据相对地最为齐全。提供上述生理学参数的目的是为了计算各国工人和广大公众在单位摄入放射性核素时的辐射剂量。这一章在原呼吸道模型是没有的。

4 辐射生物学考虑

这一章也是不同于原呼吸道模型的完全新建的章节, 内容十分丰富, 是新呼吸道模型的核心章节, 主要生物学依据之所在。这一章确认处于危险的组织和细胞并提出了它们的相对敏感性。这一章还提出了用于计算特定组织剂量的权重因子, 从而可以相加在一起, 为胸外区给出单一的值, 对胸区给出另一单一的值, 以用于计算有效剂量。

本章共有3节。

第1节为呼吸道癌。具体介绍了胸外癌的类型; 胸部癌的类型; 吸烟对癌类型的影响; 辐射照射对癌的类型的影响。

第2节为呼吸道癌的远祖细胞(Progenitor cells)。认为胸外组织的大部分细胞是起源于复层鱗状上皮的基底细胞; 辐射照射引起支气管上皮的肿瘤(以及引起肿瘤的细胞)为:鱗状细胞癌(基底细胞和分泌细胞)和小细胞癌(基底细胞和分泌细胞)。支气管上皮则由2种细胞类型组成, 纤毛柱状细胞和非纤毛分泌(Clara)细胞, 但只有Clara细胞是癌起源的细胞。在AI区, Clara细胞, Ⅱ型上皮细胞和毛细血管的上皮细胞是被认为可以引起癌。

第3节为危害的划分(Partition of Detrimant)。这一节较详细地介绍了胸外区危害的划分, 胸区危害的划分以及在ICRP剂量系统中危害-权重当量剂量的应用。在将近10年的编写本出版物过程中, 危害的划分是讨论最多和反复最多的一项内容。然而, 由于缺乏有关胸部不同呼吸道组织相对敏感度的合适的定量资料, 目前只能确定BB, bb, 和AI区各占总危险的1/3, 具体划分情况见表 1。

5 沉积模型

在人呼吸带存在的气载物质(airborne material)沉积在呼吸道每个区的分数是由粒子的参数, 包括粒子大小、形状和密度决定。气道大小, 气流率, 气载物质的局部通行时间等解剖学和生理学参数也对沉积分数有影响。

本模型对于粒子在胸外气道沉积的模型化是采用经验法, 即通过实验直接测定男性成人的沉积效率, 再按比例推定妇女和儿童的沉积。

对于胸部气道则应用气体转运和粒子沉积的理论模型计算出粒子在BB, bb和AI区的每个区内的沉积, 而后去定量被测对象肺的大小和呼吸率对沉积的影响。

在文中除了用文字介绍上述实验和有关理论计算外, 在本章中共列出6张读误者实际使用的图表, 它们是参考工人(正常用鼻呼吸和用嘴呼吸者各1张)在吸入粒子的粒度分别为AMTP 0.001~1.0μm和AHAD 0.1~100μm时在ET₁ ET₂, BB, bb, AI各区的局部沉积百分数。另4张图分别为在室外暴露的各种对象(3个月的婴幼儿, 1岁, 5岁, 10岁的儿童, 15岁的男孩和女孩以及成年男人, 女人)用鼻式呼吸吸入与上述粒度范围相同粒子时在ET₂, BB, bb和AI各区内的沉积分数。这些图很实用。

6 气体和蒸气

气体和蒸气, 不同气溶胶粒子, 也在整个呼吸道沉积, 但具有不同的动力学机制。实际上, 在每次呼吸时, 所有气体分子均和气道表面接触, 然而其中许多分子重新进入气道, 并可能在该处呼出。在连续呼吸的情况下, 气体或蒸气的纯被吸收情况是取决于该气体的溶解度以及其和气道液体的反应。

本模型将气体和蒸气划分成以下3类。

第1类。不溶性和非反应性气体-SR-O。

惰性气体, 象H₂、He, N₂, 和SF₆在呼吸道表面的液体里是相对不溶的。由某个SR-O气体产生的辐射剂量需要计算时可以假定气道内充满含有相同浓度放射性气体的空气, 也就是认为没有放射性气体被气道组织所吸收。在许多场合, 来自半无限云的SR-O类气体的外辐射支配着人全身的有效剂量。

第2类:可溶性和反应性气体和蒸气-SR-1

这类气体是O₃, NO₂和H₂O, 对所有气道都照射, 并被吸收入组织和血。对于这类中的每一种气体或蒸气需要评价其在呼吸道每个区的溶解度和反应性, 以估算其吸收的分布。

第3类:高度可溶和反应性气体和蒸气-SR-2

这类气体是SO₂和HF, 在ET区全部被吸收。

有关上述气体和蒸气局部吸收和局部肺滞留的估价, 在原正文中有专门论述。

7 廓清模型

本章和第6章都是篇辐较大的章节, 有不少图表。本章共分引言, 呼吸道廓清模型, 吸入血和放射性衰变产物等4小节。现将其主要内容作一扼要介绍。

本模型共描述了3个廓清途径。沉积在ET₁区的物质是通过外来的过程移走的, 如擤鼻。至于其它区域, 廓清是在下列两过程间竟争。1.粒子的转运过程(如巨噬细胞的吞噬和纤毛运动), 将粒子转运至胃肠道和淋巴结; 2.吸收入血。

粒子转运的廓清率对于所有物质被假设是相同的。廓清率都是在人身上研究后推导出的。吸收入血则为物质别, 除在前鼻区外, 在所有区的吸收率均相同。在每个过程的廓清率都是残存量的时间-变异因子(fime-varying factor)。

在描述粒子转运的隔室模型中, 为每个途径所列出的转运率的常数的参考值的单位为d^-1。根据动物实验的结果和对人的观察, 沉积物质均有一个慢廓清相。对于支气管和细支气管, 在模型中均有一个第2隔室表示。本模型还描述了物质在组织中的沉积, 在该处退隐(sequestered)并逐步转移至淋巴结。对于所观察到的粒子在肺泡-间质区的廓清, 则需要用3个隔室对其模型化。

本模型认为, 粒子被吸收入血是一个两阶段过程:粒子分解成能被吸收入血的物质(溶解, 液化); 将吸入的可溶性物质和由粒子溶解成的物质吸收入血。吸收是物质别的, 发生在ET₁区以外的所有区, 并假定其吸收率在所有区均相同。

对于有可靠的人的或实验动物数据者, 本模型将采用所观察到的各化合物的特定吸收率。对于没有这类吸收数据者, 则以原有的ICRP的D, W和Y分类系统为彼据, 将吸收率规定为"快"F, 中等"M, 和"慢"S。这里必须指出的是, 原呼吸道模型的D、W和Y是指总的廓清, 而F, M, S则仅指吸收入血。

人们已经观察到, 即使是最难溶的物质, 也可以看到沉积量中的若干份额早期也能被吸收。因此, 本模型对半排期的欠缺值(defaulf values), 作如下规定:迅速被吸收入血的F类物质为10分钟; 对于中等吸收率的M类物质中的10%为10分钟, 其余90%为140天。对于极难溶的S类物质, 0.1%为10分钟, 余99.9%为7000天。

关于修正因子一节的内容很能引起读者的兴趣, 例如粒子在抽烟者支气管区(BB)的转运率(或廓清率)只有健康而又不抽烟者的一半。

8 剂量学

剂量学模型的目的是为了估价呼吸道6个组织中每一个的剂量, 它们是潜在地处于来自吸入放射性物质所致危险。这6个组织所在区域即前面已介绍过的ET₁区, ET₂区, BB区, bb区, AI区, 以及LN_TH和LN_ET。

本章共介绍了剂量学原理, 光子的比吸收分数; 短射程α, 电子和β发射体的剂量学; 针对年龄和性别的按比例计算; α, 电子和β发射体的吸收分数; 剂量学模型的执行; 核转变数的计算, Us、j; 辐射危害分配的因子。

这一章内容的掌握最好和第9章中的第4节, 计算呼吸道剂量的实例结合起来学习, 就比较容易理解和掌握。其计算的基本原理仍按照ICRP第30号, 56号和66号出版物推荐的内容。

9 模型的应用

这一章共包括引言; 模型的可靠性; 应用呼吸道模型于计算有效剂量; 计算呼吸道剂量的实例。这个实例采用的是手算方法, 如果读者能模仿着计算一遍将会有助于对整个呼吸道模型的理解。虽然, 目前英国和澳大利亚的有关部门已建立了此呼吸道模型的软件, 使用时相当方便。

10 呼吸道剂量学模型的概括描述

这一章的内容包括引言; 呼吸道形态度量学; 生理学; 沉积; 廓清; 剂量计算。总共篇辐不到9页, 但已把前面100多页的内容中最实用的部分作了归纳, 以便于从事常规工作人员的使用。

11 附录

附录内容也十分丰富, 是上述内容的背景材料, 以便读者深入钻研之用, 现将8个附录的名称介绍如下:

附录A。呼吸道的解剖学和形态学。

附录B。呼吸生理学。

附录C。辐射对呼吸道的影响。

附录D。吸入粒子的沉积。

附录E。粒子从呼吸道的廓清。

附录F。局部沉积的参考值。

附录G。光子能量的比吸收分数。

附录H。α, 电子和β辐射的吸收分数。

小结

从上述介绍可以看出, 建立新的ICRP人呼吸道剂量学模型的前提是呼吸道不同组织间的辐射敏感性存在着大的差异, 它们接受剂量的范围很宽。因此, 为辐射防护目的, 应当计算待定组织的剂量, 而不是平均肺剂量。新模型比原肺模型更加复杂, 因为它描述了吸入放射性在呼吸道若干组织和区域内的沉积以及从这些区域的廓清, 再加上它能应用于全世界的工人和公众。