朱欽士

（美國南加州大學(xué)醫(yī)學(xué)院）

（上接2020年第3 期第13 頁）

2.5 氡氣 氡氣（Radon）是鐳、鈾、釷等放射性元素裂變形成的元素，自身具有放射性。最穩(wěn)定的氡-222 也迅速進(jìn)行α 衰變，釋放α 粒子，半衰期為3.8 d。由于巖石和土壤中存在鐳和鈾，而鐳和鈾的半衰期又很長，氡氣是不斷產(chǎn)生的。據(jù)估計(jì)，由氡氣產(chǎn)生的放射性（約每年1.2 mGy），約占自然本底輻射（每年2～3 mGy）的一半左右。氡氣的劑量用每立方米空氣中氡氣的裂變率（Bq／m3）表示，其中Bq 是Becquerel 的縮寫，中文叫貝克勒爾，簡稱貝可，代表每秒發(fā)生一個(gè)裂變的放射性物質(zhì)的量。

在不通風(fēng)的鈾礦中，氡氣可達(dá)到很高的濃度。由于吸入的氡氣主要被肺的上皮細(xì)胞吸收，這將導(dǎo)致采礦工人的高肺癌發(fā)生率。美國環(huán)保署（EPA）根據(jù)LNT 理論，將高劑量氡氣的作用延伸至低劑量范圍內(nèi)，判定任何氡氣的吸入都對健康有害，將氡氣列為引起肺癌的第二大元兇，作用僅次于吸煙。按照EPA 的計(jì)算，每年美國會有約2 萬人死于氡氣引起的肺癌。該數(shù)字是根據(jù)LNT理論計(jì)算的，并不是實(shí)際觀測得到的結(jié)果，但是它被廣泛宣傳造成了大眾對氡氣的恐懼。

一些小規(guī)模的研究似乎支持LNT 理論，例如，對北美、歐洲和中國的一些研究被解釋為，肺癌發(fā)生率隨著空氣中氡氣濃度的上升而增高。但是這些研究使用的人數(shù)較少，通常只有幾百例，缺乏統(tǒng)計(jì)意義。將多個(gè)研究的數(shù)據(jù)匯集，可增加總?cè)藬?shù)，似乎能得出支持LNT 的結(jié)果，其實(shí)匯集的數(shù)據(jù)彼此矛盾。例如美國的新澤西（New Jersey）地區(qū)氡濃度為很低的26 Bq／m3，肺癌發(fā)生率（odds ratio，OR）卻為極高的0.56，即比對照組高56%；而氡氣濃度很高（120 Bq／m3）的加拿大Winnipeg 地區(qū)，OR 值卻只有0.02。中國沈陽地區(qū)氡氣濃度為85 Bq／m3，是比較高的，OR 值卻是負(fù)的（-0.02），即肺癌發(fā)生率比對照更低。

為了真正了解低劑量的氡輻射與肺癌發(fā)生率的關(guān)系，需要龐大的數(shù)據(jù)以得出有統(tǒng)計(jì)意義的結(jié)果。在這方面有2 項(xiàng)全國性的大規(guī)模研究值得注意。美國匹茲堡大學(xué)（University of Pittsburg）的Bernard Cohen 收集了美國1 729 個(gè)縣的20 萬個(gè)氡氣數(shù)據(jù)。這些縣的數(shù)目超過美國縣數(shù)目的一半，居住人口更涵蓋了美國人口的90%，即3 億左右。Cohen 對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，包括性別、年齡、吸煙狀況、地區(qū)的海拔高度、天氣狀況及54 個(gè)社會經(jīng)濟(jì)因素。

如果將37 Bq／m3作為最低值，將這些縣實(shí)測的氡氣濃度大于最低值的倍數(shù)作為橫坐標(biāo)，肺癌發(fā)生率作為縱坐標(biāo)，分析結(jié)果表明，在超過最低值7 倍（即259 Bq／m3）的范圍內(nèi)，無論男性還是女性，隨著氡氣濃度的升高，肺癌發(fā)生率都不斷下降。即使考慮吸煙因素，同樣的趨勢仍然存在，且與不考慮吸煙因素時(shí)的數(shù)據(jù)差別不大。

按照符合這些數(shù)據(jù)的最佳直線，在氡氣濃度為最低值的7 倍時(shí)，肺癌發(fā)生率約下降一半，該結(jié)果與LNT 理論的預(yù)期完全相反。按照LNT 理論，肺癌發(fā)生率應(yīng)隨氡氣濃度的升高而直線增加，在氡氣濃度最低值5.7 倍時(shí)，肺癌發(fā)生率應(yīng)增加40%左右。

另一項(xiàng)是韓國的全國性大規(guī)模研究，涉及251 個(gè)行政區(qū)，其中33 個(gè)氡濃度超過200 Bq／m3，45 個(gè)在148～200 Bq／m3，141 個(gè)在74～148 Bq／m3，33 個(gè)低于74 Bq／m3。如果將行政區(qū)按照氡濃度減少的順序排列（橫坐標(biāo)），以肺癌發(fā)生率為縱坐標(biāo)，可直觀地看到研究結(jié)果。雖然這只是癌癥發(fā)生率的直接比較，而且不同行政區(qū)之間肺癌發(fā)生率差別很大，又沒有考慮諸多影響因素的作用，所以重要性不如Cohen 的研究，但也未顯示LNT 理論所預(yù)期的肺癌發(fā)生率隨著氡氣濃度增加而增加。

這2 項(xiàng)大規(guī)模研究的結(jié)果表明，在自然界中實(shí)際發(fā)生的氡氣濃度范圍內(nèi)，即使高至259 Bq／m3，肺癌發(fā)生率并不增加，而且有減少的可能。影響肺癌發(fā)生率的因素很多，其中吸煙是最主要的因素，但將氡氣列為引起肺癌的第二大元兇是不符合實(shí)際研究結(jié)果的。

2.6 核工作者 有些職業(yè)會使從業(yè)人員接受到本底以上的電離輻射，例如，醫(yī)院放射科工作人員、核工廠工作人員、軍隊(duì)的核動力軍艦的維修人員等。

在這方面，英國放射科工作人員的情形很有啟發(fā)性。在1920年以前（1897—1920年），這些放射科工作人員接受到的輻射劑量超過每年1 Sv，他們的癌癥死亡率也比非放射科醫(yī)生高75%，證明高劑量的電離輻射確實(shí)能增加癌癥發(fā)生率。盡管如此，他們的非癌癥死亡率卻比對照組低14%。由于80%的放射科工作人員死于非癌癥原因，這幾乎可抵消癌癥增加所引起的死亡率增加，即放射科工作人員平均并不比對照醫(yī)生壽命短。

1920年以后，由于輻射劑量降低，放射科工作人員的癌癥發(fā)生率就不再高于其他醫(yī)生。至1936年，劑量限制為每天2 mSv，放射科工作人員的癌癥發(fā)生率就開始低于其他醫(yī)生。至1955年，放射科工作人員的癌癥發(fā)生率比其他醫(yī)生低32%，非癌癥死亡率也比其他醫(yī)生低36%。

英國放射科工作人員的情況也得到另一項(xiàng)研究的支持。一項(xiàng)2004年對多個(gè)國家27 萬放射科工作人員的研究表明，在1950年以前，由于高劑量的照射，放射科工作人員的癌癥發(fā)生率比較高。但是1950年以后，由于劑量限制更加嚴(yán)格，這種增加的情形就消失了。

類似的情形也發(fā)生在中國。一項(xiàng)2016年的研究比較了27 011 名X-射線工作者和25 782 名非X-射線醫(yī)生1950—1995年的癌癥發(fā)生率，在X-射線工作者中發(fā)生795 例癌癥，在對照組中發(fā)生848 例癌癥。但在1949年以前，X-射線醫(yī)生平均受到的輻射劑量為583 mGy，患癌癥的幾率也比對照組高。在1975年以后，這些醫(yī)生受到的劑量降到24 mGy，癌癥發(fā)生率就不再高于對照組。

一項(xiàng)2004年對加拿大45 468 名核工廠工作人員的調(diào)查表明，接受輻射量1～49 mSv 的工作人員的實(shí)體癌（solid cancer）的發(fā)生率，比接受輻射量低于1 mSv 的工作人員低30%。只有劑量超過100 mSv 時(shí)，癌癥發(fā)生率才開始上升。

LNT 理論的支持者將低劑量輻射的有益作用解釋為這些工人被雇傭時(shí)就比總的人群健康，即所謂的“健康工人效應(yīng)”。為了檢驗(yàn)這種效應(yīng)，美國比較了8 個(gè)海軍基地的28 000 名為核動力軍艦服務(wù)的工人和33 000 名為非核動力軍艦服務(wù)的工人。這些工人的雇傭標(biāo)準(zhǔn)和工作性質(zhì)是一樣的，即沒有所謂的“健康工人效應(yīng)”。前者接觸到的平均年照射量為50 mGy，但是癌癥死亡率卻為未受照射工人的85%。

2.7 醫(yī)學(xué)檢查所接收到的電離輻射 現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)檢查常會用到X-光，例如胸部透視、計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT，即computed tomography）、血管造影等。一次胸透的劑量比較小，大約為0.25 mSv，而CT 檢查劑量較大，大約為1～20 mGy，極大超過人每年接受到的自然本底輻射量（2～3 mSv），因此CT 檢查是否安全是人們關(guān)心的問題。

2011年，美國國家肺篩檢研究組（National Lung Screening Trial Research Team）報(bào)告了對53 454 名有高度肺癌風(fēng)險(xiǎn)的人（嚴(yán)重吸煙者）進(jìn)行研究的結(jié)果。其中26 722 人進(jìn)行CT 檢查（平均劑量8 mSv），另外26 732 人進(jìn)行胸部X-光檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接受CT 檢查的人中，癌癥死亡率比進(jìn)行胸部X- 光檢查的人要低20% （0.247% 對0.309%），總死亡率低7%。

由于這些嚴(yán)重吸煙者已有發(fā)生肺癌的高風(fēng)險(xiǎn)，再加上8 mSv 的電離輻射，如果根據(jù)LNT 理論判斷，應(yīng)該是雪上加霜，肺癌的發(fā)生率會更高，但是實(shí)際觀察到的結(jié)果正相反。該結(jié)果說明，常規(guī)的X-射線檢查，包括CT（如果不超過一年3 次），并不會增加癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

早期關(guān)于CT 檢查增加兒童腫瘤（包括良性腫瘤）風(fēng)險(xiǎn)的研究報(bào)告，比較的是去醫(yī)院進(jìn)行CT 檢查的兒童和正常兒童的腫瘤發(fā)生率。而這樣的比較是不恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)檫@些兒童本身就很可能有健康問題，正常的孩子是不大可能去醫(yī)院進(jìn)行CT檢查的。

現(xiàn)在一些關(guān)于CT 引起癌癥的說法，例如，1 000 例癌癥中有多少是由CT 造成的，只是根據(jù)LNT 理論計(jì)算出來的結(jié)果，并沒有臨床數(shù)據(jù)的支持，但是卻足以在許多人中造成對CT 的恐懼。

2.8 低劑量預(yù)輻射增加生物抵抗高劑量輻射的能力 低劑量的電離輻射降低癌癥發(fā)生率的效果，也可用另一種方式檢驗(yàn)，即在用高劑量的電離輻射引起動物癌癥之前，先用小劑量的電離輻射“準(zhǔn)備”動物。

例如7.2 Gy 的高劑量急性輻射可在90%的小鼠身上誘發(fā)胸腺淋巴癌（thymic lymphoma，由胸腺中的外周淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的癌）。但是如果用每小時(shí)1.2 mGy 的劑量照射小鼠258 d，總劑量7.4 Gy，卻沒有觀察到任何胸腺淋巴癌的發(fā)生。這時(shí)再用7.2 Gy 的急性劑量照射小鼠，胸腺淋巴癌的發(fā)生率從沒有預(yù)照射的90%降至有預(yù)照射的43%，說明預(yù)照射增加了小鼠抵御高劑量輻射的能力。

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了該結(jié)果。例如采集伊朗高本底輻射地區(qū)人口和對照地區(qū)人口的淋巴細(xì)胞，再用1.5 Gy 的劑量進(jìn)行急性照射，結(jié)果來自高輻射地區(qū)人的淋巴細(xì)胞發(fā)生染色體異常的比例（0.098%），比從來自對照地區(qū)人的淋巴細(xì)胞的0.176%低近一半。

在以上2 種情況下，動物或細(xì)胞都接受到長期的低劑量輻射。為了研究一次性的中等劑量的輻射，是否能迅速增加動物抵抗高劑量輻射的能力，在對小鼠進(jìn)行650 mGy 較高劑量的急性輻射的3 h 之前，先對小鼠進(jìn)行一次20 mGy 劑量的照射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行了預(yù)照射的小鼠中，骨髓細(xì)胞發(fā)生染色體異常的比例（19.5%）比沒有預(yù)照射的小鼠（38%）低一半，精子染色體異常的比例在有預(yù)照射的小鼠中（8.4%）也顯著低于對照組（12.6%），說明中等劑量的預(yù)照射在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就能增加小鼠抵抗高劑量輻射的能力。

2.9 低本底輻射實(shí)驗(yàn) 另一個(gè)檢驗(yàn)低劑量的電離輻射對生物影響的辦法是，將輻射劑量降至自然界中本底輻射的水平以下。按照LNT 理論，任何電離輻射都是有害的，進(jìn)一步降低輻射劑量應(yīng)使生物活得更健康。

對細(xì)胞的輻射劑量可用2 種方法降低，其中一個(gè)方法是用鉛板屏蔽輻射。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，10 cm 厚的鉛板可將環(huán)境輻射劑量（每年1.75 mGy）降至每年0.3 mGy。在這樣低輻射的環(huán)境中，人細(xì)胞中熱休克蛋白（heat-shock proteins，HSP）的數(shù)量增加。由于熱休克蛋白的作用是幫助細(xì)胞度過不利環(huán)境，包括蛋白變性，熱休克蛋白數(shù)量的增加說明細(xì)胞處在壓力狀態(tài)下。

另一個(gè)方法是在地表以下深處以屏蔽地表的電離輻射。有多個(gè)國家進(jìn)行了這樣的研究，包括法國（地表200 m 和1 700 m 以下）、意大利（地表1400 m 以下）、美國（地表600 m 以下）和加拿大（地表2070 m 以下）。這些地下洞穴處，輻射水平只有地表的1／10～1／5，主要來自實(shí)驗(yàn)材料中的鉀-40。

在地下培養(yǎng)的細(xì)胞，包括細(xì)菌（Shewanella oneidensis和D.radiodurans）、酵母（Saccharomyces cerevisiae）、原生動物草履蟲（P.tetraurelia）、人類細(xì)胞TK6 和中國倉鼠細(xì)胞V79 等。

與在地表的細(xì)胞相比，在地下深處培養(yǎng)的細(xì)胞生長變慢，在指數(shù)生長期后最高密度變小，抗氧化酶，例如谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和過氧化物酶（Catalase）等的水平下降，熱休克蛋白水平增加，對毒物（例如MMS，methyl methanosulfonate，能引起DNA 損傷）的抵抗力降低。用高劑量（2 Gy）的X-光照射TK6 細(xì)胞，再將細(xì)胞分別在地下和地表培養(yǎng)，結(jié)果地下培養(yǎng)的TK6 細(xì)胞表現(xiàn)出更高的DNA 異常，例如微細(xì)胞核（micronuclei）的增多。

這些結(jié)果表明，地表適度的電離輻射對于細(xì)胞的正常生理活動是必要的。輻射水平過低會增加細(xì)胞的壓力，使細(xì)胞生長緩慢，修復(fù)DNA 損傷的能力下降。這與LNT 理論預(yù)期的結(jié)果完全相反。中國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所的周平坤教授說：“人的整個(gè)自然進(jìn)化過程，就是在輻射的環(huán)境當(dāng)中，生命離不開輻射，這也是有科學(xué)依據(jù)的?！?/p>

2.10 低劑量輻射產(chǎn)生有益效果的機(jī)制 從以上科學(xué)研究的結(jié)果分析，細(xì)胞中肯定存在修復(fù)DNA的機(jī)制。從地球上生物出現(xiàn)和演化的歷史看，發(fā)展出對抗電離輻射的能力也是很自然的。生物是在大約37～35 億年前在地球上出現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)太陽的熱核聚變活動比現(xiàn)在更猛烈，對地球的輻射強(qiáng)度大約是現(xiàn)在的3 倍。35 億年前地殼中放射性重元素的豐度也比現(xiàn)在高，因?yàn)檫@些重元素不是地球，甚至不是太陽合成的，而是過去質(zhì)量比太陽大得多的星球合成的，在其死亡時(shí)將這些元素拋灑到太空中，再進(jìn)入地球，因此在30 多億年前還沒有衰變的放射性重元素應(yīng)該比現(xiàn)在多。即地球上的生物一直處于電離輻射的環(huán)境，而且在生物誕生之初的輻射強(qiáng)度比現(xiàn)在還高。電離輻射對生物大分子，特別是DNA 會造成損害，如果生物不發(fā)展出對抗電離輻射的機(jī)制，是絕不可能生存下來并且發(fā)展至今天的。像LNT 理論假設(shè)的那樣，生物只能被動地接收電離輻射的破壞，而沒有任何對抗的能力，反而是奇怪的。

不僅如此，低劑量的輻射還會增強(qiáng)細(xì)胞對高劑量輻射的抵抗能力，使經(jīng)受過低劑量預(yù)輻射的細(xì)胞，在隨后接收到高劑量輻射時(shí)癌癥的發(fā)生率降低，也使生物的防御能力增強(qiáng)，可活得更健康，即將壞事變成了好事。

低劑量電離輻射對生物的有益作用可通過幾種不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

第1 種機(jī)制是細(xì)胞直接修復(fù)受損的DNA。任何劑量的電離輻射都會造成DNA 的損傷，之所以輻射強(qiáng)度越低，同樣劑量的電離輻射引起的癌癥越少，是因?yàn)檫@些損傷能在一定程度上被修復(fù)。輻射強(qiáng)度越低，在單位時(shí)間中造成的DNA 損傷越少，2 次輻射之間的間隔延長，也會給細(xì)胞越多的修復(fù)DNA 的時(shí)間，二者都能使修復(fù)過程更有效。據(jù)估計(jì)，在通常情況下，一個(gè)晚上的睡眠時(shí)間就足以修復(fù)白天受到的DNA 損傷。

第2 種機(jī)制是降低活性氧對DNA 的傷害。細(xì)胞中98%以上的分子是水分子，電離輻射也主要與水分子發(fā)生作用，讓水分子分解，生成各種有害產(chǎn)物，包括氫氧自由基（·HO）和由其生成的過氧化氫（H2O2）。過氧化氫能長距離擴(kuò)散，進(jìn)入細(xì)胞核，被DNA 結(jié)合的亞鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧自由基（芬頓反應(yīng)，F(xiàn)enton reaction）。氫氧自由基能攻擊DNA，造成鏈的斷裂，因而是電離輻射以間接方式造成DNA 損傷。低劑量的輻射能增強(qiáng)細(xì)胞中對抗這些活性氧的能力 （例如過氧化氫酶濃度的增加），不僅能減少DNA 受到的損傷，還能減少活性氧對細(xì)胞的其他損壞。在高自然本底輻射地區(qū)，人們細(xì)胞中抗活性氧的酶數(shù)量增加，就是細(xì)胞對電離輻射引起的活性氧增加的適應(yīng)性反應(yīng)。

第3 種機(jī)制是使癌變前期的細(xì)胞自己死亡（細(xì)胞的程序性死亡，apoptosis）。雖然任何輻射都可造成DNA 的損傷，但是這些損傷并不一定會導(dǎo)致癌細(xì)胞的發(fā)生，反而是因?yàn)榈蛣┝枯椛湟鸬陌┣捌诩?xì)胞的“自殺”減少了癌細(xì)胞的發(fā)生。這可能是通過抗癌蛋白p53 實(shí)現(xiàn)的。

第4 種機(jī)制是增強(qiáng)身體的免疫系統(tǒng)。癌細(xì)胞在身體中每時(shí)每刻都在發(fā)生，之所以絕大多數(shù)癌細(xì)胞沒有發(fā)展成為惡性腫瘤，是因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)消滅了它們。低劑量電離輻射能增強(qiáng)身體的免疫系統(tǒng)，增加T 細(xì)胞的敏感性，在癌細(xì)胞發(fā)展成為癌癥之前就將它們消滅。

低劑量和高劑量的電離輻射在生物身上引起的不同反應(yīng)，也可由基因表達(dá)狀況的改變反映。在一項(xiàng)對小鼠腦細(xì)胞進(jìn)行電離輻射的研究中，0.1 Sv的劑量引起191 個(gè)基因的表達(dá)狀況的變化，但是這些基因表達(dá)的狀況并不被2.0 Sv 的劑量所改變。2.0 Sv 的劑量引起另外213 個(gè)基因表達(dá)狀況的變化，但是這些基因的表達(dá)狀況不會被0.1 Sv 劑量的輻射改變。另外有299 個(gè)基因的表達(dá)狀況可被0.1 Sv 或2.0 Sv 的劑量所改變。該結(jié)果說明，高劑量和低劑量的電離輻射會在生物細(xì)胞中改變不同基因的表達(dá)狀況，導(dǎo)致不同的生理效果。

由于這些防御機(jī)制的存在，低劑量的電離輻射并不會造成癌癥發(fā)生率的增加，反而會因?yàn)榈蛣┝康碾婋x輻射增強(qiáng)身體的修復(fù)能力而產(chǎn)生促進(jìn)健康的效果。但所有這些防御機(jī)制的能力都是有限的，一旦輻射劑量和強(qiáng)度超過了細(xì)胞的承受能力，電離輻射就會造成積累性的DNA 損傷，造成癌癥發(fā)生率的增加，符合LNT 理論的預(yù)期。

因此，在高輻射劑量（高于100～200 mGy）時(shí)，LNT 理論能很好地預(yù)期電離輻射的傷害性效果，但是在低劑量（低于100～200 mGy）時(shí)，由于身體防御和修復(fù)機(jī)制的存在，LNT 理論不再適用，輻射的傷害作用也有閾值，表現(xiàn)出輻射雙相劑量效應(yīng)。

現(xiàn)在人們對低劑量下身體的防御和修復(fù)機(jī)制還只有初步的了解，各種實(shí)驗(yàn)也多只研究電離輻射和少數(shù)指標(biāo)的關(guān)系，缺乏全面的評估，因而可能漏掉一些低劑量輻射的有害作用。身體中的各種組織對電離輻射的敏感性不同，每個(gè)人的身體狀況不同（例如免疫功能大幅下降者），閾值也會因人而異，所以很難給出一個(gè)適用于所有人的“安全劑量”。但是從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，低于100 mGy的電離輻射在多數(shù)情況下是安全的，甚至是有益的，所以不必為環(huán)境中稍高的電離輻射劑量，包括醫(yī)療檢查所受到的輻射，感到過分憂慮。

在目前，LNT 理論仍然占統(tǒng)治地位，包括許多國家的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和聯(lián)合國的有關(guān)組織，都根據(jù)LNT 理論認(rèn)定低劑量電離輻射的傷害作用并廣為宣傳。因此，“任何劑量的電離輻射都有害，都應(yīng)盡量避免” 的觀念在許多人心中根深蒂固，而對“低劑量的電離輻射不僅無害，還可能有益”的觀點(diǎn)一時(shí)還難以接受。但是了解一些毒物雙相劑量效應(yīng)的原理和支持這個(gè)理論的事實(shí)，對人們正確理解這個(gè)世界是有益的。

（待續(xù)）