中国辐射卫生  2003, Vol. 12 Issue (2): 67-68  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2003.02.002

引用本文 

白玉书, 黄绮龙, 马剑锋, 关树荣, 雷苏文, 李文建, 苏旭. 重离子照射离体人血建立染色体畸变的剂量-效应曲线[J]. 中国辐射卫生, 2003, 12(2): 67-68. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2003.02.002.
BAI Yu-shu, HUANG Qi-long, MA Jian-feng, et al. Established Curves of Relationships between Radiation Dose and Chromosome Aberrations Induced by Heavy Ion in Human Peripheral Blood Lymphocytes in Vitro[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2003, 12(2): 67-68. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2003.02.002.

文章历史

收稿日期：2002-09-20
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
重离子照射离体人血建立染色体畸变的剂量-效应曲线
白玉书 1, 黄绮龙 1, 马剑锋 1, 关树荣 1, 雷苏文 1, 李文建 2, 苏旭 1     
1. 中国CDC辐射防护与核安全医学所, 北京 100088;
2. 中国科学院兰州近代物理研究所
收稿日期：2002-09-20
作者简介：白玉书(1935~), 男, 研究员, 研究方向:辐射细胞遗传学.
摘要：目的 用重离子12C照射离体人血建立染色体畸变的剂量-效应曲线。方法 重离子12C照射离体人血, 吸收剂量为1.0~8.0 Gy, 剂量率为3.0 Gy/min。染色体采用微量法, 培养开始加秋水仙硷, 主要记录染色体型畸变的非稳定性畸变, 对实验数据做曲线拟合, 并检验回归系的显著性和曲线的拟合度。结果 重离子12C照射离体血诱发的染色体畸变(双+环), 在0~8.0 Gy范围内, 呈良好的剂量-效应关系, 拟合的最佳回归方程为Y=0.858503D+0.3615×10-2D2。结论 重离子12C照射离体人血在0~8.0 Gy范围内, "双+环"拟合的最佳数学模式为Y=bD+cD2。
关键词：重离子    照射    离体人血    剂量-效应曲线    
Established Curves of Relationships between Radiation Dose and Chromosome Aberrations Induced by Heavy Ion in Human Peripheral Blood Lymphocytes in Vitro
BAI Yu-shu 1, HUANG Qi-long 1, MA Jian-feng 1 , et al     
National Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety, China CDC, Bejing 100088, China
Abstract: Objective To established the curves of relationships between radiation dose and chromosome aberrations induced by heavy ion in human peripheral blood lymphocytes in vitro. Methods Heparinized whole blood samples were exposed to heavy ion 12C.Radiations doses were from 1.0 Gy to 8.0 Gy to 8.0 Gy.Dose rate was 3.0 Gy/min.Unstable chromosome aberrations including acentric fragments, minutes, acentric rings, dicentrics and cenric rings ("dic+r") were scored. Results Chromosome aberrations ("dic+r") induced by heavy ion 12C had a good dose-response relationships.Fitting the best regression equation was Y=0.858503D+0.3615×10-2D2. Conclusion When human blood irradiated by heary ion 12C within 0~8.0 Gy, the best mathematical model of chromosome aberrations ("dic+r") was Y=bD+cD2.
Key words: Heavy Ion    Irradiation    Human Blood in Vitro    Dose-respond Curve    

近二十多年来, 应用重离子治疗癌症有比较高的疗效, 并比常规的放疗有明显的优越性, 引起各国学者的广泛重视。在我国已将"重离子治癌技术的研究"列入国家重点研究项目。为了进一步提高重离子治疗癌症的疗效和做好对病人健康组织的保护以及对放射医师的防护, 必须进行放射生物学和辐射细胞遗传学的相关研究, 有的实验室已开展这方面的工作[1~3]。本实验室已建立60Co γ射线、180 kV X射线和2.14 MeV快中子照射离体血诱发染色体畸变的剂量效应曲线, 并对百余例放射事故病例进行了剂量估算, 取得了相当满意的结果[4, 5]。同时, 研究了2.14 MeV快中子对60Co γ射线、180 kV X射线的相对生物效能和低LET辐射的剂量率效应。本研究的目的是建立重离子12C照射离体血诱发染色体畸变的剂量-效应曲线, 以备用于相关事故的生物剂量估算。同时, 也为重离子12C的相对生物效能研究提供基础资料。

1 材料和方法 1.1 血样

选择不患有急性疾病、非放射工作者、半年内无射线和化学毒物接触史、无重度吸烟、嗜酒者的健康男性青年为供血者, 每条刻度曲线用两名供血者的静脉血各20 ml, 肝素抗凝。分装到8个试管中, 以备照射。

1.2 照射条件

重离子12C照射由兰州重离子加速器(HIRFL)国家实验室提供, 照射样品的能量为坪区照射, 平均LET= 36.70 keV。建立剂量效应曲线的吸收剂量为:0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0和8.0 Gy, 剂量率为3.0 Gy/min。

1.3 培养、制片和观察

照后血样放置100 min, 进行染色体培养。培养采用开始加秋水仙碱法, 其要点是将0.3 ml肝素化静脉血加到4 ml混合培养基中, 同时加入秋水仙碱, 终浓度为0.03 μg/ml, 37℃恒温培养48 h, 常规制片, Giemsa染色。观察染色体数目为46±1、分散良好、长度适中的分裂中期细胞, 主要记录染色体型畸变的非稳定性畸变, 包括无着丝粒断片、微小体、无着丝粒环、双着丝粒体和着丝粒环(双+环)。一位观察者所见到的畸变必须由另一观察者进行审核, 并记录下显微镜坐标。结果以百分数(或双+环/细胞)表示。

1.4 统计和分析方法 1.4.1 分析细胞数

每个剂量点必须满足统计学要求, 其公式为:

式中, P为畸变细胞率, n为应分析的细胞数。P可以从预实验中得到, 也可以在分析过程中求出。

1.4.2 曲线拟合

采用WHO提供的四种数学模式对实验数据做曲线拟合, 并检验回归系的显著性和曲线的拟合度。

2 结果和讨论 2.1 分析细胞数

各剂量点分析细胞的实验数和理论数列于表 1。从表 1可见, 各点皆符合统计学要求。

表 1 各剂量点分析的细胞数
2.2 重离子12C照射离体血诱发染色体畸变和剂量-效应曲线 2.2.1 染色体畸变

本实验观察的各类染色体畸变的自发率(本底值)很低, 与文献[6]报道的一致。照射后, 各剂量点的双着丝粒体、着丝粒环和总畸变(各种畸变之和)和无着丝粒畸变(无着丝粒断片、微小体和无着丝粒环之和)在0~8.0 Gy范围内, 随吸收剂量增加而增加(见表 2)。

表 2 照射离体人血诱发的染色体畸变
2.2.2 剂量-效应曲线回归方程式的拟合

将双着丝粒体和着丝粒环合并("双+环")列于表 3。用"双+环"/细胞, 拟合的回归方程列于表 4。从表 4可见, 各回归方程的回归系数检验, P皆小于0.01, 表明回归方程成立。由于回归方程(1) a为负值, 方程(2)的a明显大于"双+环"/细胞的自发率, 此两个回归方程不能采用。而回归方程(3)和(5)的a为0, 方程(4)的a为0.000 22, 都与"双+环"/细胞的自发率接近, 相关指数(R2)又接近于1, 故皆可作为最佳回归方程。考虑到运算的方便, 采用方程(3), 即Y=0.858 503 D+0.361 5 ×10-2D2(图 1)。

表 3 12C离子照射离体血诱发的染色体畸变(双+环/细胞)

表 4 "双+环"的回归方程及拟合度检验

图 1 12C诱发"双+环"的剂量效应曲线
2.3 双着丝粒体和着丝粒环(双+环)的比值

通过多年剂量效应关系、影响因素研究及实际应用证明, 染色体畸变(dic+r)对电离辐射灵敏、特异、自发率低、在体内存留时间长等优点, 估算剂量可靠性大, 是较为完善的生物剂量计。一般认为, 电离辐射诱发的着丝粒环大约是双着丝粒体的5%~10%, 故不能单独使用, 和双着丝粒体合并, 即"双+环"。本研究分别统计双着丝粒体和着丝粒环, 结果集运列于表 5。

表 5 各剂量点着丝粒环与双着丝粒体的比值

从表 5可见, 在1.0~5 Gy范围内, 着丝粒环大约是双着丝粒体的5%~10%, 6 Gy和8 Gy分别为14%和16%, 各剂量点平均为10%, 本研究着丝粒环占的比例比较高, 可能与重离子12C是高LET辐射有关。

2.4 判断重离子照射离体血诱发"双+环"是否符合泊松分布[7]

在低LET (如X射线和γ射线)辐射均匀照射时, 双着丝粒体(或"双+环")在细胞间呈泊松分布, 属于高LET辐射的12C离子均匀照射, "双+环"在细胞间的分布, 是否也符合泊松分布。用泊松分布u检验来判断。公式如下:

式中σ2为方差, n为观察细胞数, ∑xo为观察到的双着丝粒体总数, 其中x为每细胞含双着丝粒体的个数, o为观察相应的细胞数, y为均值(∑xo/n)。

当均匀照射时双着丝粒体符合泊松分布, u值< |1.96|, 方差与均值之比(σ2/y)接近1.00, 而不均匀或局部照射时, 双着丝粒体在细胞间的分布, 不符合泊松分布, u值> |1.96|, (σ2/y)不接近于1.00, σ2/y < 1.00为欠离散分布, σ2/y > 1.00为过离散分布。

本实验以1.0和8.0 Gy照射为例, 计算结果列于表 6。

表 6 12C照射离体血诱发"双+环"在细胞间分布的泊松u检验

从表 6可见, 1.0 Gy和8.0 Gy重离子均匀照射诱发的"双+环"在细胞间的分布, 也符合泊松分布。

参考文献
[1]
Anderson RM, Marsden SJ, Wright EG, et al. Complex chromosome aberrations in peripheral blood lymphocytes as a potential biomarker of exposure to high-LET α-particles[J]. Int J Radiat Biol, 2000, 76: 31-42. DOI:10.1080/095530000138989
[2]
李文建, 周光明, 梁克, 等. 重离子与X射线辐照细胞的敏感性比较[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2001, 21: 256-257. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2001.04.010
[3]
周光明, 李文建, 王菊芳, 等. 重离子辐照诱导DNA双链断裂的剂量率效应[J]. 辐射研究与辐射工艺学报, 2001, 19: 189-193.
[4]
白玉书, 黄绮龙, 关树荣, 等. 吉林192Ir源放射事故11例受检者的生物剂估算[J]. 中华放射医学与防护杂志, 1997, 17: 48-51.
[5]
白玉书, 黄绮龙, 关树荣, 等. 河南"4.25"放射事故受照者的生物剂量估算[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2001, 21: 161-163. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2001.03.006
[6]
白玉书, 关树荣, 张秀霞. 染色体畸变自发率及其与性别年龄的关系[J]. 癌变·畸变·突变, 1994, 6: 37-40.
[7]
白玉书.生物剂量估算的统计分析方法[A].王继先, 金璀珍, 白玉书, 等.放射生物剂量学[C].北京: 原子能出版社, 1997, 216-241.