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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》[2]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，以便与导出考虑参考水平（derived consideration reference level，DCRL）进行比较。（5）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号出版物收集了1957~2021年64年间世界各国有关氚β粒子所致生物效应RBE值的研究成果，其中降低生殖功能率的RBE值等资料均来自中国学者的贡献。该出版物涵盖内容丰富，本文作者在获得ICRP授权后，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的结论。将上述结论应用于人类的辐射防护，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号出版物综合报道了低能氚β粒子对不同生物终点影响的RBE值。与X射线相比，氚β粒子的RBE值为1.5~2；与γ射线相比，氚β粒子的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辐射的剂量在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，其通过发射β粒子进行衰变，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，包括可交换和不可交换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OBT。OBT中只有不可交换态氚才表现出有关OBT分子的动力学特征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OBT被非交换性地掺入其中（成为不可交换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排期（核素在机体中的总量减少到一半时所需的时间）：可交换性氚水为10 d，不可交换性OBT为40 d[3]。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[3-7]。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粒子的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结合3H-TdR的概率更大，但它们也会更迅速地清除3H-TdR；增殖速率较小的细胞结合3H-TdR的概率会小得多，但其滞留时间较长。源自OBT的β粒子辐射剂量的估算比氚水的剂量的估算具有更多的不确定性[8-9]。
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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，其中只有前3个生物终点被认为与生存能力有关[10]。
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Yamada等[11]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。他们首先对原核期和两细胞期小鼠胚胎进行体外培养，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）；然后，以60Co γ射线作为参考射线，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，提高死亡率的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，研究了氚β粒子对成年小鼠（CBA/H）睾丸质量的影响。小鼠单次腹腔注射氚水（剂量率为0.14~0.43 Gy/d，累积剂量为1.43~4.34 Gy），10 d后测定睾丸质量；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。结果显示，小鼠睾丸质量降低的RBE值为1.07~1.40[12]。
Carr和Nolan[13]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。他们采用γ射线分割照射15次，以模拟氚暴露（总剂量为0.578 Gy）。成年小鼠单次腹腔注射氚水或3H-TdR，平均累积剂量分别为0.145~0.58 Gy和0.03~0.50 Gy。每个实验组小鼠在照射开始后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，研究中只使用了单一剂量的60Co γ射线，因此研究得出的RBE值仅适用于该剂量。
Lambert[14]研究了氚β粒子（氚水和3H-TdR）与X射线相比杀死成年小鼠（DBA2）静息初级精母细胞的RBE值。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，对小鼠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。
Zhou等[15] 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种不同的方法处理小鼠：（1）单次腹腔注射氚水（指数递减剂量率）；（2）单次腹腔注射氚水后，在小鼠饮水中氚给药（恒定剂量率）。上述细胞10 d内从氚水β粒子中接受的累积剂量为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，根据剂量-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。辐射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[16]将60Co γ射线作为参考射线，计算氚β粒子的RBE值，研究了氚对降低瑞士-Webster小鼠初级卵母细胞存活率的影响。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（暴露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）的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，对每个实验组小鼠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 Co γ射线剂量为0.4、 0.2 Gy时，RBE值分别为1.8、2.5。此后，Dobson和Kwan[17]发表了一份更完整的后续研究报告。他们使用相同的实验动物（非近交的瑞士-Webster小鼠）和方法（从小鼠受孕到出生后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）。经估算，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 [18]研究了氚β粒子对小鼠卵母细胞存活率影响的RBE值。他们给予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[16-17]报道一致，即RBE值随氚β粒子剂量的减少而增加；但在低剂量（0.04 Gy）时RBE值最高，为3.5[18]。
Satow等[19]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，注入组大鼠于妊娠第8天或第9天单次腹腔注射氚水（剂量率为0.14~1.06 Gy/d，累积剂量为1.75~6.80 Gy）。对照组大鼠于妊娠第9~18 d接受137Cs γ射线慢性照射（剂量率与氚水相同，累积剂量为1.75~6.80 Gy）。计算并统计2组大鼠胎儿存活的百分比和胎儿畸形的发生频率。氚β粒子注入组中产生50%和20%异常的RBE值分别为1.8和2.4。50%和20%存活胎儿产生异常的RBE值分别为2.0和2.6。
Zhou等[20]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，交配后再饲养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，最终由剂量-反应曲线斜率计算得到氚β粒子的RBE值为2.5。
此后，Zhou等[15]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、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值研究的对象均为小型哺乳动物，研究人员分析了与降低生殖功能有关的几个生物终点：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症的RBE值。Gragtmans等 [21]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。他们给大鼠腹腔注射氚水（间隔2 d注射1次，共注射4次），以维持恒定剂量率（累积剂量为0.49~4.10 Gy）。通过剂量-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。在接触氚水所有剂量的大鼠中，每100只大鼠累积乳腺肿瘤发病率对应的RBE值为1.02±0.13；当排除最高剂量3.85 Gy时，RBE值为1.17±0.18。
Johnson等[22]研究了氚β粒子和X射线诱导小鼠（CBA/H）髓系白血病的效能。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[23]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：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粒子产生致病效应的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RBE值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[24] 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天到第20天分娩期间给予氚水或氚化水芹，估算孕期累积剂量分别为0.6 Gy和0.3 Gy。分娩后4周内，氚水和氚化水芹组小鼠的总氚累积剂量均为0.1 Gy。另一组小鼠于妊娠第7天或第14天用250 kVp的X射线急性照射，总剂量为0.5 Gy。分别对氚水、氚化水芹组和X射线照射组小鼠的母代及其子代的骨髓染色体畸变进行定量分析。他们没有准确计算氚β粒子的RBE值，其估算RBE值为1.0~2.0。
Zhou等[15]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[25]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。他们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；分别以60Co γ射线（剂量率为28.8 Gy/d，累积剂量为0.25~2.0 Gy）和137Cs γ射线（剂量率为0.29 Gy/d，累积剂量为2.0 Gy）作为参考射线。当以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；当以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，当以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。
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氚的RBE值变化较大，其与不同组织的辐射敏感性及其对低能氚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[1]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。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，这是当今它在辐射防护研究中占据重要位置的主要原因。在俄罗斯、美国和日本，氚的研究开始得比较早。我国氚的研究虽然起步相对较晚，但也有40多年的历史，在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[26-28]、氚对发育中的中枢神经系统的影响及机制探讨[29-38]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 ICRP Publication 148:Radiation Weighting for Reference Animals and Plants 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《参考动物和植物的辐射权重》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 promotion and application of nuclear fusion is an important national energy strategy. Tritium emissions into the environment have increased, and its application in many fields has become extensive. Accordingly, the probability of human exposure to low-dose tritium radiation also increases. In 2021, International Commission on Radiological Protection (ICRP) Publication 148: Radiation Weighting for Reference Animals and Plants was officially released. Among the selected materials, relevant literature from Chinese scholars and results of research on tritium relative biological efficiency (RBE) are cited. Based on ICRP Publication 148, the author summarizes the RBE values of the effects of low-energy tritium β particles on different biological endpoints, as well as the contributions made by Chinese scholars to tritium research. We further discuss prospects for future research on tritium to promote its in-depth study and suitably contribute to its radiation protection.
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