第九章 铀.ppt

第九章铀及铀系主要核素的放射毒理学 理化性能 238U是铀系之首 235U是锕系之首 在铀系主要有铀 镭 Rn及其短寿命子体和210Po对人体造成危害 铀有质量数从226 240的15种放射性同位素 234U235U和238U是天然放射性同位素 天然铀是这三种同位素的混合体浓缩铀 enricheduranium 浓缩铀的比活度比天然铀高 放射性活度则以234U的贡献为主 铀的化学性质极为活泼 铀化合物 铀的氧化物 卤化物 铀酰盐和铀酸盐 体内代谢呼吸道吸收 生产条件下 以气溶胶粒子形式进入 ICRP第30号出版物推荐 易溶性铀化合物 UF6 UO2F2和UO2 NO3 2为D类化合物 微溶性铀化合物UO3 UF4和UCl4为W类化合物 难溶性铀化合物 UO2和U3O8为Y类化合物 胃肠道吸收 可随污染的饮食直接进入 进入胃肠道的铀 大部分随粪便排除 吸收较少 D W和Y类铀化合物进入胃肠道后 其吸收分数f1分别为0 05 0 05和0 002 皮肤和伤口的吸收 难溶性铀化合物通过完整皮肤难以吸收 可溶性铀化合物不仅可以被吸收 而且能引起全身性铀中毒症状 溶剂对皮肤吸收起重要作用 分布铀在血液中的存在形式 铀酰离子也可以与蛋白质反应形成非扩散性的络合物 重碳酸络合物与蛋白质络合物达到平衡时 两者的比例是60 和40 铀自血液中消失速率很快 进入血液后1小时 90 以上已离开血液 体内分布特点 铀进入血液后24小时 25 50 到达器官 早期肾脏中铀含量最高 骨骼次之 其后依次为肝 脾等 晚期骨骼中铀滞留量的比例明显升高 铀在肾脏内滞留 分布不均 皮质高于髓质重碳酸铀酰进入肾近曲细管后立刻分解释放出UO2 和重碳酸根 重碳酸根被肾小管重吸收 而U02 便与近曲细管上皮细胞蛋白质结合而沉积 其沉积量的多少 与机体硷储量有密切关系 硷储量少 铀滞留量多 反之则少 故用碳酸氢钠治疗 铀在肺内滞留 吸入难溶性铀化合物肺组织是主要滞留部位 肺铀半廓清期长 吸入可溶性铀化合物后 肺铀半廓清期短 主要滞留器官是骨骼 排除肠道排除 肠道排除的铀来自两部分 一是未经胃肠道吸收的部分 二是吸收后的铀经肝胆系统排至肠道 随粪便排除 肾脏排除 迅速 快排除组分慢排除组分 人体内铀的排除分数函数为9 6式 损伤效应 表现为肾脏的化学损害和辐射损害两个方面 化学损害辐射损害 化学毒性比较 化学毒性主要取决于它们的溶解度 高和中等毒性者几乎都是6价可溶性铀化合物 低毒性者都是4价铀化合物 肾脏的损伤效应 主要病理改变是肾小管上皮细胞变性 坏死和脱落 病变最严重的部位是近曲细管的中段 肾脏损伤的生物化学变化 肾脏早期损伤的敏感指标 尿蛋白尿过氧化氢酶尿氨基酸氮与肌酐比值 AAN C 尿硷性磷酸酶尿量非蛋白氮增加和酸中毒 尿铀值与体内铀含量关系 尿铀值与体内铀含量关系 Eu t 0 343q0t 1 5尿铀与现有体铀含量关系 q t Eu t 320e 280Eu t 十3t1 3 加速排除碳酸氢钠 作用 增加血液中铀与重碳酸根结合 减少肾小管对原尿中重碳酸根的重吸收 防止原尿中重碳酸铀酰分解 用量 加大甚至达到轻度硷中毒水平 喹胺酸和Tiron氨烷基次膦酸型络合剂 镭的放射毒理学 辐射特性见表9 13 226Ra是 辐射源 衰变子体214Po RaB 是 辐射体 214Bi RaC 是 辐射源 因此陈旧的226Ra是具有 和 三种射线的辐射源 体内代谢吸收 镭化合物均可指定为W类 呼吸道平均吸收分数为0 2 镭的所有化合物胃肠道吸收分数均可取0 2 完整皮肤吸收率1 5 2 分布和滞留 早期选择性地向骨骼中转移 也有 部分向软组织中扩散 以肝脏镭浓度最高 晚期机体中的镭95 以上分布在骨骼中 软组织中仅有微量镭存在 镭在骨骼中沉积的特点 主要沉积在骨骼无机基质部分 223Ra和224Ra分布在骨表面 因为223Ra和224Ra半衰期短 亲骨性核素首先沉积在骨表层 就将其全部衰变能量释放出来 幼年动物骨骼镭滞留量相对较多 吸入时 肺组织浓度高于骨骼 滞留函数R t 人体内镭含量还可通过呼出气中氡的量和体外 射线测量来估算 镭在成年人全身的滞留函数 排除 体内镭可通过呼吸道 肾和肠道等途径排除 其中以粪便排除为主 镭排除分三个时期 损伤效应 急性损伤效应镭中毒 radiumpoisoning 主要表现为外周血象的变化 造血系统 骨骼系统和生殖系统的损伤 远后效应主要是骨髓增生 多发性骨髓炎 骨骼病理性骨折等 随机性效应 随机性效应主要引起骨肉瘤和窦癌 实际阈剂量 约为10Gy镭致骨肉瘤效应呈剂量平方模型曲线骨肉瘤发生部位主要是四肢骨骼 躯干骨较少 减少吸收和加速排除 催吐剂 沉淀剂 褐藻酸钠和硫酸钡等阻吸收剂和缓泻剂早期静脉滴注EDTA DTPA 2 3 二巯基丙烷磺酸钠和柠檬酸钠等药物均有一定促排疗效 高钙饮食 或注射葡萄糖酸钙等晚期采用脱钙疗法 即用甲状腺素 甲状旁腺素 氯化铵及低钙饮食 加速骨骼中镭的排除 氡及其短寿命子体的放射毒理学 氡 Radon 惰性放射性气体 脂肪 水 125 1氡的同位素有三种 222RnTp3 825天 氡及其子体是 和 混合辐射体 RaA RaC 为短寿命子体 RaD RaF为长寿命子体 219Rn 锕射气 An Tp3 96秒 无意义 在空气中的物理特征氡及其子体的浓度 1艾曼 eman 为3 7Bq L或3 7kBq m3 矿山井下氡的最大容许浓度 空气中氡短寿命子体的浓度常用其 衰变潜能浓度表示 单位为MeV L MeV m3 J m 和工作水平WL working1evel 1J m3 6 24 1012MeV m3 6 24 109MeV L1WL 1 3 105MeV L 2 08 10 5J m3 平衡系数F与空间通风率的关系 平衡系数 不通风时经过 小时 氡子体的平衡系数F为1 0通风率较好时 F值便低于1 0 氡子体浓度还可用平衡当量氡浓度 equilibriumequivalentradonconcentration EECRn 表示 EECRn是实测氡浓度CRn与子体平衡系数F的乘积 标准井下通风率应该控制在F 0 3 空气中氡子体存在形式未结合态氡子体 未结合态氡子体主要是RaA RaB和RaC以离子态形式存在 未结合态份额 fP 结合态氡子体是与气溶胶粒子结合 分为 凝集核氡子体粒子型氡子体 在呼吸道内的转运及衰变 氡是气体 易吸易排 对呼吸道的辐射危害主要不是氡本身 而是氡子体 肺模型 估算氡子体对呼吸道造成的剂量 可以利用Weibel肺模型 氡子体在呼吸道的沉积 不同形式氡子体在呼吸道各解剖部位的总沉积率列于表9 24中 未结合态氡子体主要沉积在鼻咽区和气管 支气管区 结合态氡子体主要沉积在肺区 氡子体在呼吸道的转运和衰变 通过三种途径转移 一呼出 二进入血和淋巴液 三纤毛运动咽入胃肠道 沉积在叶支气管以下部位的氡子体在它被廓清之前几乎都衰变完毕 几乎将全部辐射能量给予呼吸道上皮细胞 呼吸道单位面积上的氡子体活度以叶支气管最高 四 氡子体致肺部剂量估算 采用不同剂量模型估算的结果不尽相同 一 氡子体 潜能照射量的估算 1 氡子体 潜能照射量的单位氡子体 潜能照射量单位 1J h m3 1WL h矿工所受氡子体 潜能照射量常用工作水平月WLM WorkingLevelMonth 表示 1WLM1J h m3 285WLM 一 氡子体 潜能照射量的估算 2 根据氡子体浓度估算累积照射量氡子体累积照射量为工作环境氡子体浓度 WL 与在该浓度下累积暴露时间 M 的乘积 3 根据生物样品氡长寿命子体含量估算累积照射量 1 根据骨骼210Pb浓度估算累积照射量C 2 根据血液210Pb浓度估算累积照射量 3 根据头发和胡须210Po浓度估算氡子体累积照射量 二 短寿命氡子体致肺组织剂量估算 氡子体 潜能对肺组织的剂量主要取决于 未结合态份额fp 气溶胶粒子的分散度AMD 个体的呼吸率和年龄等由不同形式氡子体在呼吸道不同解剖部位沉积份额 表9 24 短寿命氡子体致肺组织剂量估算 已知氡子体 潜能照射量q WLM或J h m3 和吸收剂量转换系数 表9 26 则可求得气管 支气管区 T B 和肺区 P 组织的平均吸收剂量DT B和Dp如果氡子体 粒子的品质因数Q qualityfactor 采用20 肺区和支气管区间组织权重因子WT采用0 06 利用剂量转换系数还可以进一步估算肺部组织的有效剂量E 1 氡子体致肺组织的剂量转换系数 利用不同剂量模型得出的剂量转换系数列于表9 26中 可见 吸入每焦耳短寿命222Rn子体 潜能在支气管基底细胞层产生的平均当量剂量为15 40Sv 这相当于0 01 0 07Sv WLM 单位 潜能摄入量IP或照射量qP的有效剂量E 采用分区肺剂量 regionallungdose RLD 比平均肺剂量 meanlungdose MLD 更合理 采用RLD概念 WT B WP 0 06 时 E IP 1 0 2 5Sv JE qP 0 0042 0 011Sv WLM 用于辐射防护 2 氡子体致肺部照射剂量的分布 从表9 26可见 气管 支气管区间受照剂量远大于肺区间 肺区间所受剂量将随氡子体未结合态份额增加而略有减少 而气管 支气管区间所受剂量却随氡子体未结合态份额增加而明显地增加 损伤效应 非随机性效应在实践中 从来未见人类吸入氡及其子体引起急性损害的事例 随机性效应 肺癌 pulmonarycancer 氡子体致肺癌的剂量 效应模型 当累积照射量达到100 149WLM时 肺癌发生率开始明显增加线性无阈关系 居民室内氡子体水平及其致肺癌危险 来源 房屋建筑材料 室内地面泥土 大气 饮水和用于取暖及烹调的天然气 水平 222Rn平均浓度为10 100Bq m3 其子体平均浓度 EECRn 为5 50Bq m3 变化范围为l 250Bq m3 平衡系数F为0 45 肺癌危险 47 10 人 a 氡子体致肺癌的危险度