A quantitative model for the evaluation of dose rates effects following exposure to low-dose gamma-radiation

¹ National Institute of Public Health, 2-3-6, Minami, Wako 351-0197 Japan
² Institute of Research and Innovation, 1201 Takada, Kashiwa 277-0861, Japan

Accepted: 5 February 2005

Abstract

Simultaneous consideration of the irradiation time and the cumulative dose is necessary for evaluating the risk of long-term exposure to radiation at low dose. This study intends to examine several numerical relationships between doses and dose rates in biological responses to gamma radiation. Data on inhibition of [³H] thymidine uptake and micronucleus formation in human osteosarcoma cells were analyzed using the median effective dose (MED) as a measure of the risk. MEDs were calculated using parameters estimated by fitting general logistic curves to the dose-response relationships for each group defined by irradiation time. Both biological responses, the inhibition of [³H] thymidine uptake and micronucleus formation, decreased sharply when the dose rates were less than 0.01 Gy/h. Exponential functions were fitted to the log relationships between MEDs and dose rates. This modified exponential model described well the quantitative effect of dose rates on MEDs, and suggested that risk is extremely low at very low dose rates.

Résumé

Modèle quantitatif pour l’évaluation des effets des débits de dose sur les réponses biologiques à faible dose de radiation gamma. Pour évaluer le risque d’exposition à long terme aux radiations ionisantes, il est nécessaire de prendre en considération simultanément le temps d’exposition et la dose cumulée. Cette étude propose d’examiner les rapports numériques entre doses et débits de dose dans les réponses biologiques à l’irradiation gamma. Les données sur l’inhibition de l’incorporation de thymidine tritiée, [³H] thymidine, et la formation de micro-noyaux dans des cellules d’ostéosarcome d’origine humaine ont été analysées en utilisant la dose médiane efficace (DME) pour mesurer le risque. Les DMEs ont été calculées à l’aide des paramètres estimés à partir des courbes logistiques générales des relations dose-réponse pour chaque groupe expérimental, définies par le temps d’irradiation. Les deux réponses biologiques utilisées, l’inhibition de l’incorporation de thymidine tritiée et la formation de micro-noyaux diminuent fortement pour des débits de dose inférieurs à 0,01 Gy/h. Des fonctions exponentielles ont été appliquées aux rapports logarithmiques entre DMEs et débits de dose. Ce modèle exponentiel modifié (modèle MOE) décrit bien l’effet quantitatif des débits de dose sur les DMEs et suggère que le risque devient extrêmement faible à très faible débit de dose.