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国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection，ICRP）第148号出版物（ICRP Publication 148: Radiation Weighting for Reference Animals and Plants）[1]于2021年正式发布，其授权的中文译本《参考动物和植物的辐射权重》也于2023年4月由中国原子能出版社出版。该出版物的要点有以下5个部分：（1）综述了相对生物效能（relative biological effectiveness，RBE）的研究数据，如低能氚β粒子和α粒子的RBE值。（2）物种间的RBE值没有显示明显的差异，与X射线和γ射线相比，氚β粒子的RBE值分别为1.5~2和2~2.5。通常α粒子的RBE值更高，约为10。（3）出于辐射防护目的，根据现有知识，将生物种群吸收剂量的RBE权重因子指定为所有参考动物和植物（reference animals and plants，RAPs）的单一值，以适用于所有与种群相关的生物终点。（4）RBE对RAPs的RBE权重因子吸收剂量率应采用所有低传能线密度（linear energy transfer，LET）的值为1的射线和LET的值为10的α粒子计算，以便与导出参考水平（derived consideration reference level，DCRL）进行比较。（5）需要注意的是，如果暴露于氚β粒子或其他低能量、低LET辐射的剂量在 DCRL范围内或接近DCRL，则可能需要进行额外审查并修改RBE权重因子。ICRP第148号出版物报告的氚β粒子RBE部分，选用了1957~2021年的参考文献及降低生殖功能率的氚β粒子的RBE资料，其都引用了中国学者的相关文献及氚β粒子RBE的研究结果。该出版物涵盖内容丰富，作者在获得ICRP授权之后，组织该领域的学者将其翻译成了中文。本文重点介绍低能氚β粒子对不同生物终点影响的RBE值。
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ICRP第148号出版物的主要组成部分包括总论、氚β粒子的RBE值、α粒子的RBE值、总体结论和建议、参考文献、3个附录、词汇表及致谢。ICRP第148号出版物指出，RBE值是产生相同水平效应的辐射和低LET参考射线的剂量比值，其是通过实验确定的。在包括人类和动物细胞系在内的体外实验以及动物体内实验中，研究者对各种生物终点的RBE值进行测量，得出生物效能的大小不仅取决于辐射的剂量、类型和能量，还取决于剂量率，最重要的是取决于被研究的生物终点。将这些知识应用于人类辐射防护，需要对RBE数据进行汇总与分析。尽管人类辐射防护的重点是避免确定性效应和限制随机性效应（癌症或遗传）的发生，但对生物种群的辐射防护主要侧重于与生物种群生存能力相关的终点。ICRP第148号出版物中，综述了低能氚β粒子对不同生物终点影响的RBE值。氚β粒子与X射线相比，RBE值为1.5~2；与γ射线相比，RBE值为2~2.5。鉴于辐射防护目的，建议使用RBE加权吸收剂量，所有受低LET辐射照射生物种群的RBE权重因子为1。然而，如果估算暴露于氚β粒子或其他低能量低LET辐射的照射在DCRL范围内或接近DCRL，则可能需要采用更高的RBE值进行相应的评估。
氚原子核包含1个质子和2个中子，它通过发射β粒子衰变，物理半衰期为12.3年，β粒子在空气中的传播距离约为6.0 mm，无法穿透皮肤的角质层。因此，与氚相关的主要危害是氚进入生物体内（食入、吸入和通过皮肤吸收）并在生物体内释放β粒子。在活的生物组织中，氚β粒子的传播距离仅约6 μm（典型动物细胞的直径为10~20 μm，细胞核的直径为6~15 μm；植物细胞的直径为10~100 μm），由于氚β粒子初始能量低且射程短，因此发射的β粒子产生的平均电离密度高于高能量β粒子或光子产生的电离密度； LET也是前者高于后者。
氚作为氚水在环境中最常见，其具有与水相同的化学性质，一旦进入生物体内，它就会迅速与生物体内的水分达到平衡，并均匀分布在所有软组织中。有机结合氚（organically bound tritium，OBT）是指氚结合到碳水化合物、脂肪或蛋白质等有机分子中的一种形式，有可交换和不可交换2种类型的OBT。当氚原子与氧、硫、氮或磷原子发生键合时，氚很容易与水中的氢交换，因此被认为是可交换类型的OBT。OBT中的可交换氚表现出与氚水相似的动力学行为。当氚原子与有机分子中的碳原子键合时，只能通过酶反应释放，被认为是不可交换类型的OBT。OBT中的非交换态氚表现出与OBT分子的动力学特征相关及其在生物体内组织中的循环。在有机分子的合成过程中，少部分被非交换性地掺入其中（成为非交换性的OBT）。氚也可以作为食物中的OBT被动物摄入。氚在成年人体内的生物半衰期（核素在机体中的总量减少到一半时所需的时间）：可交换氚水需要10 d，非交换性OBT需要40 d[2]。ICRP的一系列出版物建立了不同年龄阶段人体的生物动力学和剂量学模型，并用于计算氚水、OBT和氚化气体摄入量系数[2-6]；当氚掺入DNA中，如氚标记的胸腺嘧啶核苷（3H-thymidine，3H-TdR），细胞接受的β粒子辐射剂量将取决于其分裂周期的长短。增殖速率较大的细胞有更多的概率结合3H-TdR，但它们也会更迅速地消除3H-TdR；增殖速率较小的细胞，结合3H-TdR的概率会低得多，但滞留时间较长。源自OBT的β粒子辐射剂量估算比氚水的剂量估算具有更多的不确定性[7-8]。
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2008年的ICRP出版物将氚β粒子RBE值的生物终点分为早期死亡率、生殖功能率、发病率、染色体损伤或基因突变，只有前3个生物终点被认为与生存能力有关[9]。
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Yamada等[10]研究了氚β粒子和γ射线外照射对小鼠胚胎[BC3F1（C3H/C57BL）]存活率的影响，他们对小鼠胚胎的原核期和两细胞期进行体外培养，在培养液中加入氚水，使其剂量率为0.2~4.1 Gy/d（3 d后累积剂量为0.6 ~16.3 Gy）。以60Co γ射线作为参考辐射，剂量率为0.48 Gy/d（3 d后累积剂量为19.2 Gy），根据LD50值（杀死半数受试群体所需的剂量）计算RBE值，原核期、早期两细胞期和晚期两细胞期胚胎的RBE值分别为1.0、1.7和1.3。总之，所有估算氚β粒子RBE值的相关研究，都使用了氚水作为辐射源，研究对象为BC3F1小鼠胚胎和CF1成年小鼠，每项类似的研究都采用高剂量率和高累积剂量的慢性照射，增加死亡率的RBE值为1.0~1.7。
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有研究者使用250 kVp的X射线作为参考射线，研究了小鼠睾丸质量的减轻。成年小鼠（CBA/H）单次腹腔注射氚水（剂量率为0.14~0.43 Gy/d，累积剂量为1.43 ~4.34 Gy），10 d后测定睾丸重量；X射线持续照射10 d（剂量率为0.13~0.33 Gy/d，累积剂量为1.33~3.36 Gy），照射结束后测定睾丸质量。小鼠睾丸质量减少的RBE值为1.07~1.40[11]。
Carr和Nolan[12]研究了氚水和3H-TdR对成年小鼠（CBA/H）睾丸质量的影响，并将这些影响与60Co γ射线产生的影响进行了比较。采用γ射线分割照射15次，以模拟氚暴露（总剂量为0.578 Gy）。单次腹腔注射给予氚水或3H-TdR，平均累积剂量：氚水的测试值为0.145~0.58 Gy；3H-TdR的测试值为0.03~0.50 Gy。每个实验组在照射开始后24周测定睾丸质量。根据相应的剂量-反应曲线的斜率计算氚β粒子的RBE值（积分分数质量损失作为计算照射后10周睾丸内平均吸收剂量的函数），并获得氚水的RBE值为1.43±0.19，3H-TdR的RBE值为2.07±0.25。值得注意的是，研究中只使用了1个剂量的60Co γ射线，因此报道的RBE值仅适用于该剂量。
Lambert[13]研究了氚β粒子（氚水和3H-TdR）对成年小鼠（DBA2）静息初级精母细胞的RBE值，并与X射线进行了比较。一组小鼠单次腹腔注射氚水，剂量率为0.04~0.06 Gy/d（累积剂量为0.05~0.12 Gy）；3H-TdR的剂量率为0.06~0.11 Gy/d （累积剂量为0.084~0.19 Gy）。同时，另一组小鼠在0.02 ~0.16 Gy/d的剂量率范围内，以递减剂量率的X射线慢性照射72 h（累积剂量为0.05~0.50 Gy）。在氚注射（氚水或3H-TdR）或X射线照射后19、72 h，对静息初级精母细胞的RBE值进行定量，氚β粒子的RBE值分别为2.3和2.4，而3H-TdR的RBE值分别为1.3和1.6。作者在文章的讨论中强调，由于在计算剂量时所作的假设，研究中计算的RBE值必须谨慎看待。此外，作者没有提供关于实验设计的太多细节（如每组使用的动物数量和使用的统计学方法）。
Zhou等[14] 研究了氚β粒子和γ射线对幼年小鼠（LACA系）初级卵母细胞和精原细胞存活率的影响。研究者采用2种不同的方法处理氚水：（1）单次腹腔注射氚水（呈指数递减剂量率）；（2）单次腹腔注射氚水后饮水中氚给药（恒定剂量率）。氚水β粒子在10 d内接受的累积剂量为0.2~1.0 Gy。另一组小鼠用60Co γ射线以指数递减剂量率或恒定剂量率连续照射10 d（累积剂量为0.7~2.8 Gy）。在剂量率呈指数下降的情况下，从剂量-反应曲线的斜率计算出氚β粒子的RBE值，初级卵母细胞存活率的RBE值为1.4~2.0，精原细胞存活率的RBE值为2.1~2.8。辐照以恒定剂量率进行时，初级卵母细胞存活的RBE值为1.65，精原细胞存活的RBE值为2.3~2.5。
Dobson和Kwan[15]研究了氚对降低瑞士-Webster小鼠初级卵母细胞存活率的影响，将60Co γ射线作为参考射线，计算氚β粒子的RBE值。一组小鼠以2.20~19.80 mGy/d的剂量率（累积剂量为0.07~0.65 Gy）暴露于氚水中（照射33 d，从受孕至出生后14 d）。另一组小鼠以10.08~31.92 mGy/d的剂量率（累积剂量为0.33~1.05 Gy）60 Co γ射线慢性照射（照射33 d，从受孕至出生后14 d）。在出生后14 d，对每个实验组的雌性后代进行初级卵母细胞数量的量化。氚β粒子的RBE值随剂量的减小而增大，在参考60 Coγ射线剂量为0.4、 0.2 Gy时，RBE值分别为1.8、2.5。
Dobson和Kwan[16]发表了一份更完整的后续研究报告。他们使用相同的实验系统（非近交的瑞士-Webster小鼠）和方法（从受孕到出生后14 d，接触氚水或60Co γ射线33 d），但剂量率不同。氚水的剂量率为24.96~51.52 mGy/d（累积剂量为0.57~0.83 Gy）。60Co γ射线的剂量率为8.0~38.0 mGy/d（累积剂量为0.26~1.25 Gy）。估算了在低辐射剂量条件下，卵母细胞存活的氚β粒子的RBE值为2.5。
Satow等 [17]研究了氚β粒子对小鼠卵母细胞存活率影响的RBE值。给予14日龄幼鼠（ICR）单次腹腔注射氚水（累积剂量为0.04~0.25 Gy，连续14 d）或137Cs γ射线以逐渐降低的剂量率慢性照射以模拟氚水暴露（剂量率为0.03~0.09 Gy/d，连续14 d，累积剂量为0.06~0.2 Gy）。由单靶模型的生存曲线计算得到氚β粒子的RBE值为1.1~3.5。这与文献[15-16]报道一致，即RBE值随剂量的减少而增加；但在低剂量（0.04 Gy）时RBE值最高，为3.5[17]。
Satow等[18]研究了氚β粒子和137Cs γ射线对成熟大鼠（Donryu）的致畸作用。在实验中，一组大鼠于妊娠第8 d或9 d单次腹腔注射氚水（剂量率为0.14~1.06 Gy/d，累积剂量为1.75~6.80 Gy）。另一组大鼠于妊娠第9 d~18 d接受137Cs γ射线慢性照射（剂量率与氚水相似，累积剂量为1.75~6.80 Gy）。估计2组大鼠胎儿存活的百分比和胎儿畸形的频率。总植入物中产生50%和20%异常的氚β粒子的RBE值分别为1.8和2.4。还估计了50%和20%存活胎儿产生异常的RBE值分别为2.0和2.6。
Zhou等[19]研究了氚β粒子和γ射线对成年雌性小鼠（LACA）卵母细胞显性致死突变频率的影响。一组小鼠给予单次腹腔注射氚水（累积剂量为39~912 mGy）。另一组小鼠用60Co γ射线以逐渐降低的剂量率慢性照射10 d（累积剂量为0.53~2.70 Gy）。照射后21 d，雌性小鼠与未照射的雄性小鼠交配。再饲养18 d，检查雌性小鼠卵巢中的黄体数量、活胚胎数以及早期和晚期胚胎死亡数，以估计诱发显性致死突变频率的剂量。由线性曲线斜率计算得到氚β粒子的RBE值为2.5。
Zhou等[14]进行了一项更完整的研究，分析了氚β粒子和γ射线对幼年小鼠的遗传效应（卵母细胞和精母细胞的显性致死突变；精原细胞的显性致死突变）。一组小鼠给予单次腹腔注射氚水，剂量率呈指数递减，氚β粒子10 d的累积剂量为0.2~1.0 Gy。另一组小鼠用60Co γ射线以指数递减或恒定剂量率慢性照射10 d，累积剂量为0.7~2.8 Gy。根据剂量-反应曲线斜率计算氚β粒子的RBE值，卵母细胞显性致死突变的RBE值为2.8~3.4，精原细胞显性致死突变的RBE值为3.5~3.9，精母细胞显性致死突变的RBE值为1.6~3.9。
综上，大多数关于降低生殖功能率的氚β粒子RBE值的研究对象均为小型哺乳动物，分析了与降低生殖功能有关的几个终点：生殖能力和性能、睾丸质量减轻、生殖细胞（雌性和雄性）存活和显性致死突变。
绝大多数关于降低生殖功能率的氚β粒子的RBE值研究都使用γ射线作为参考射线。在所有研究中，氚和参考射线均以2~1700 mGy/d的剂量率长期照射。降低生殖功能率的氚β粒子（氚作为氚水或3H-TdR进入体内）的RBE值为1.0~3.9。23个氚β粒子的RBE值中只有5个大于3.0。
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有研究者估算了氚β粒子在大鼠和小鼠体内诱发癌的RBE值。Gragtmans等 [20]研究了氚β粒子和X射线对诱导雌性大鼠（Sprague Dawley）乳腺肿瘤的影响。给大鼠腹腔注射氚水，每隔2 d重复4次，以维持恒定剂量率（累积剂量为0.49~4.10 Gy）。从剂量-反应曲线的初始斜率（最佳拟合线性关系）计算氚β粒子的RBE值。包括氚水的所有剂量，每100只处于危险状态的动物的累积乳腺肿瘤发病率对应的RBE值为1.02±0.13，排除最高剂量3.85 Gy，RBE值为1.17±0.18。
Johnson等[21]研究了氚β粒子和X射线诱导小鼠（CBA/H）髓系白血病的有效性。一组小鼠单次腹腔注射氚水（累积剂量为0.85~3.04 Gy）。另一组小鼠用150~200 kVp 的X射线慢性照射10 d，剂量率为0.24~0.72 Gy/d（累积剂量为1.06~2.64 Gy）。计算氚β粒子的RBE值时，考虑到每1万只处于风险中的小鼠发生髓系白血病的剂量反应的不同拟合度，其RBE值为1.1~1.24，最佳RBE值为1.2±0.3。
Seyama等[22]研究了氚β粒子和137Cs γ射线对成年雌性小鼠（C57BL/6N和BCF1）不同器官肿瘤发生发展的影响。一组小鼠单次腹腔注射氚水（累积剂量为0.27 Gy或2.7 Gy）。另一组小鼠接受137Cs γ射线慢性照射（累积剂量为0.27 Gy或2.7 Gy，剂量率分别为0.08 Gy/d和0.76 Gy/d）。根据2.7 Gy照射后500 d的肿瘤发病率计算，氚β粒子的RBE值为2.5。
总之，在小型哺乳动物系统中，无论是在体内（小鼠和大鼠）还是在体外（转化细胞系，如小鼠淋巴细胞白血病、细胞系L5178Y或中国仓鼠V79B）研究氚水的氚β粒子照射产生致病效应的RBE值，均选用137Cs、60Co或226Ra γ射线作为参考射线。在RBE值研究中，分析了与发病率相关的几个终点：包括诱导的乳腺肿瘤、髓系白血病、实验动物组织损伤（如脾脏和胸腺萎缩）、降结肠和肠细胞存活率、59Fe摄取抑制和转化细胞系中的细胞存活率。综上，用氚水处理时，大多数氚β粒子的RBE值为1.0~2.5；当选用细胞系研究生物终点时，估算的RBE值为1.7~4.4，具体取决于研究中的温度、照射细胞系的时间和选用的细胞类型。
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Kozlowski等[23] 评估了氚β粒子和X射线诱导小鼠骨髓细胞染色体畸变的情况。一组小鼠从受孕后第1 d到第20 d分娩期间给予氚水或氚化水芹，估计孕期累积剂量分别为0.6 Gy和0.3 Gy。分娩后4周内，氚水和氚化水芹组的总氚累积剂量均为0.1 Gy。另一组小鼠于妊娠第7 d或第14 d用250 kVp的X射线急性照射，总剂量为0.5 Gy。分别对氚水、氚化水芹和X射线照射组的母代及其子代的骨髓染色体畸变进行定量分析。作者虽没有准确计算氚β粒子的RBE值，但他们估算其RBE值为1.0~2.0。
Zhou等[14]以诱导小鼠精母细胞染色体畸变为生物终点研究了氚β粒子的RBE值。一组小鼠单次腹腔注射氚水，然后在饮用水中加入氚以保持剂量率恒定。β射线的累积剂量为0.2~1.0 Gy（剂量率为0.005~0.05 Gy/d）。另一组小鼠以恒定剂量率的60Co γ射线慢性照射10 d，累积剂量为0.43~2.04 Gy（剂量率为0.04~0.20 mGy/d），计算得出RBE值为2.9~3.8。
Tanaka等[24]研究了以人外周血淋巴细胞和骨髓细胞染色体畸变为生物终点的氚β粒子的RBE值。在室温下用氚水处理外周血和骨髓样本，剂量率为4.8 Gy/d，累积剂量为0.13~1.11 Gy；用60Co γ射线作为参考射线，剂量率为28.8 Gy/d，累积剂量为0.25~2.0 Gy；用137Cs γ射线作为参考射线，剂量率为0.29 Gy/d，累积剂量为2.0 Gy。当60Co γ射线作为参考射线时，引发人外周血淋巴细胞染色体畸变和双着丝点畸变的氚β粒子的RBE值分别为2.2~2.7和2.1~2.3。当137Cs γ射线作为参考射线时，引发染色体畸变的RBE值为2.0。在人类骨髓细胞中，当60Co γ射线作为参考射线时，引发染色体畸变和染色单体畸变的RBE值分别为1.13和3.10。总之，氚β粒子引发染色体损伤或基因突变的RBE值为1.0~3.8。
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氚RBE值的变化比较大，与不同组织的辐射敏感性及对低能氚β粒子的敏感性有关，随选择参考射线的能量、剂量、剂量率以及生物终点的不同而不同。在任何情况下确定RBE值时，所有这些因素都需要尽可能保持恒定，但是在比较RBE值时，很难确定哪个决定因素更重要。
从2021年ICRP第148号出版物介绍的研究氚RBE值的大量成果可以看出，氚是放射毒理学研究领域中很重要的一个组成部分。特别是随着核能的发展，氚生物效应的研究与核聚变反应堆的开发这一重大课题有着密切关系，这是当今它能在辐射防护研究中占有重要位置的主要原因。在俄罗斯、美国和日本，氚的研究开始的比较早。在我国，氚的研究虽然起步相对较晚，但也已有40多年的历史。特别是氚通过不同途径进入体内的分布、代谢、转移规律及内剂量估算[25-27]、氚对发育中的中枢神经系统影响及机制探讨[28-37]等诸多方面的研究都有中国学者的贡献。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明 刘玉龙负责综述的撰写；王冰、崔凤梅负责综述的修改
ICRP第148号出版物《参考动物和植物的辐射权重》内容简介及中国学者的贡献
A brief introduction to the publication "radiation weight of reference animals and plants" published by ICRP No. 148 and the contribution of Chinese scholars
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摘要: 核聚变的推广应用是国家重要的能源战略。伴随着氚向环境中排放量的增加以及氚在众多领域中的广泛应用，人类受到低剂量氚照射的概率也随之增加。2021年国际放射防护委员会（ICRP）第148号出版物《参考动植物的辐射权重》正式发布。在其选用的资料中，均引用了中国学者的相关文献及氚相对生物效能（RBE）的研究结果。笔者以ICRP第148号出版物为基础，概述了低能氚β粒子对不同生物终点影响的RBE值，总结了我国学者对氚研究所做出的贡献，并对氚的进一步研究进行了展望，旨在推动对氚的纵深研究进展，为氚的辐射防护做出应有的贡献。Abstract: The popularization and application of nuclear fusion is an important national energy strategy. With the increase of tritium emission to the environment and the wide application of tritium in many fields, the opportunity for human beings to receive low-dose tritium irradiation also increases. In 2021, the International Commission on Radiological Protection (ICRP) issued No.148 publication on 'RADIATION WEIGHTING FOR REFERENCE ANIMALS AND PLANTS'. In the selected references and the RBE data of tritium β particles that reduce the reproductive function rate, the relevant literature in China and the results of tritium RBE were cited. Based on the No. 148 ICRP publication, this paper summarized the RBE value of low-energy tritium β particles on different biological endpoints, summarizes the contribution of China scholars to tritium research, and prospects the further research of tritium, aiming to promote the in-depth research of tritium and make due contributions to the radiation protection of tritium.
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