现代科技综述知识文库：氚的结合分布及剂量估算

1、现代科技综述系列氚的结合分布及剂量估算科技是人类区别于动物的重要文明之一，是人类对自然规律研究和利用的学科。本文提供对科技基本概念“氚的结合分布及剂量估算”的解读，以供大家了解。氚的结合分布及剂量估算环境中的氚主要来源于核工业后处理循环流出物。氚具有水的特性，通常以氚水的形式广泛存在于环境中。环境中的氚很容易被动物和植物摄取，并通过生物合成和光合作用过程部分地结合到它们的机体，形成有机结合氚。这些受到氚污染的动物和植物又可通过食物链进入到人体，使人体同时受到两种形式氚的内照射，特别是有机结合氚更加受到人们的关注。为了正确的评价氚的生物效应和辐射危险度，并为制定放射卫生标准及辐射防护标准提供科学

2、依据，需掌握氚的某些环境行为、生物行为以及分布代谢等规律，不少学者已进行了大量的实验研究，从各个领域提供了许多宝贵数据。1不同化学形式的氚的结合与分布行为：从文献报道来看，许多作者都重视对不同化学形式的氚摄入体内后的动力学变化规律进行比较性的研究。使其发现他们之间的共性、差异及特殊点，以便发现和找出最具有辐射防护意义的氚的化学形式。目前已经研究过或正在进行研究的氚的主要化合物为氚水、氚化食物和氚标记的某些有机化合物。因氚水是所有氚化合物中最基本的化学形式，因此研究的最广泛且最深入，基本上取得了一致的研究结果。对氚化食物和氚标记有机化合物的研究在一些发达国家早已引起重视，有过不少报道，但仍处于扩

3、大和深入研究阶段，有些国家正在起步或将要进行。在利用动物实验的研究中，通常所采用的氚中毒方法主要为单次腹腔注入和胃管注入，另外还可通过以连续饮水、饮食的方式将氚均匀混合于水和食物中进行连续照射，也有人采用复合中毒法，即先一次注入氚水使体水氚达到一定浓度后再进行连续中毒。研究结果表明，氚水进入体内后迅速而均匀地分布于全身各脏器。3d内，约有1%3%的氚转化为组织结合氚。湿组织和干组织的氚在体内滞留分数曲线都能表达为两项指数函数，几乎所有的组织的生物半排期均为35d。单次摄入氚后，氚在体内按指数下降规律随着时间的增加而衰减。连续摄入氚后，起初氚在各组织中的活度随着照射时间的增加而逐渐增加，经过约1

4、421d后总氚浓度达到平衡，氚相对活度平衡范围约为40%60%(HTakedaet al，1985)。组织中有机结合氚的相对活度明显取决于所摄入的氚的化学形式。如连续摄入氚水后，干组织中结合氚的活度在2128d内在所有的组织中均达到平衡。但当连续摄入氚化食物后，干组织中结合氚活度除肝组织外，其它组织直到连续摄入70d仍未达到平衡。氚水摄入体内后通常结合氚所占份额不到10%，而氚化食物和氚化有机化合物摄入后，结合氚的相对活度明显高于氚水。单次摄入氚化食物后，组织中有机结合氚的量是单次摄入氚水的2030倍。连续摄入氚化食物后是氚水的611倍。不同类的氚化食物，由于其分子组成不完全相同，因而相互间的

5、差别也较大。如动物单次摄入氚化稻米、氚化小麦和氚化大豆后，有机结合氚在组织中的活度分别是单次摄入氚水后的1020倍、2030倍和3050倍高(SOkada，1988)。从该结果可看出，氚化大豆导致的组织中结合氚浓度最高。有人认为，这与食物中所含蛋白质和脂肪的量有关。但没有明显结论，有待进一步深入探讨。文献中报道的多种氚标记有机化合物的研究结果与氚水相比也充分证实了组织中结合氚含量的高低依赖于氚的不同化学形式。动物连续受6种氚标记有机化合物内照射22d，组织中有机结合氚的活度明显高于动物连续接受氚水照射后的活度，总氚的活度在氚水和氚化有机化合物组几乎处于相同水平。6种氚标记的有机化合物之间氚活度

6、分布最高的与最低的相差3倍左右。其中氚化赖氨酸和氚化白氨酸两种化合物所致组织中氚活度最高，分别是氚水的4190和4086(HTakeda，1991)。氚化赖氨酸和氚化白氨酸被摄入体内后，它们与机体有很高的结合能力。TaKeda解释为这两种化合物在体内可有效的合成蛋白质，其它的氨基酸类化合物是否也可导致与其相同的结合与分布行径，需对其它的化合物作进一步研究。对总氚的剂量率来说，有人研究并估算了小鼠单次及持续受氚水照射后各组织的吸收剂量。单次给小鼠氚水1Bqg体重时，65d的总剂量脂肪为8108Gy其他组织为20108Gy。持续摄入氚水1Bqg体重的剂量脂肪为0161010Gyd，其它组织为032

7、1010Gyd，全身约为0281010Gyd(周舜元等，1986)。Takeda的实验结果表明，氚化有机化合物和氚化食物组与氚水相比，前者的总剂量率低于后者，约相差两倍左右。但从有机结合氚在总剂量率中的分布比率看，前者却明显高于后者。例如，氚化白氨酸的比率为27%54%，而氚水仅为43%106%。通常认为，有机结合氚在体内的分布除了与氚的化学形式有关外，还与组织本身的代谢能力有关。很多报道都表明，在所有被检测过的脏器中，肝组织中的结合氚在剂量率中的分布最高，睾丸、脑和脂肪组织较低。其原因可能是因为肝是全身脏器中代谢能力最为活跃的组织，而睾丸、脑和脂肪却相反，但也与各组织的含水量不同有关。动物受

8、氚化有机化合物照射后，组织细胞核受到的剂量平均组织剂量高，大约是组织吸收剂量的1124倍。实验研究的结果还表明，氚水在体内及细胞核中基本上呈均匀分布状态。因此可认为动物摄入氚水后组织的平均剂量和细胞核剂量是相等的。但氚化有机化合物和氚化食物却有很大区别，某些亲核性氚标记有机化合物所致组织的细胞核剂量约是氚水的25倍。综上所述，氚进入体内后在组织中的分布结合和剂量率与所摄入的氚的化学形式密切相关。氚化食物和氚标记有机化合物摄取到体内后与机体组织结合而形成有机结合氚的比率明显高于氚水。但在不同的氚化食物和氚化有机化合物之间由于其化学结构不完全相同，所以在体内的生物代谢特征也有一定差别。2剂量估算方

9、法：(1)组织剂量。组织的平均吸收剂量按下列公式估算(JVennart et al，1962)。D=(5123700)EI式中： D为组织的平均吸收剂量Gyd；E为氚的平均能量MeV；I为每克组织中的氚活度kBqd；值的求得是假设每个组织中的总氚或有机结合氚的活度从氚中毒到测量是按指数下降规律随着时间的增加而衰减，并假设氚在组织中和在细胞核中的活度分布是均匀的。(2)组织细胞核剂量。细胞核剂量的估算，除需求得组织的平均剂量外，还要计算氚在细胞核中的定位因子。定位因子可描述氚在细胞核中的能量沉积范围。下表是1987年HTakeda等的计算结果，按照其计算方法，根据实验数据便可计算出定位因子值。表

10、1 估算细胞核剂量的定位因子 a从固定在石蜡上的组织切片的照片上测得 b氚在细胞核中的能量吸收份额 c总细胞体积与核体积之比，从固定在石蜡上的组织切片的照片上测量，然后进行计算 在上述所要求的计算条件均满足的前提下，根据以下计算公式可估算组织的细胞核剂量(RJBerry，1966；LEFeinendegen，1967；TJJorgensen，1987)。Dn=DaLF+Db 式中：Dn为细胞核剂量；Da为不挥发性氚(结合氚)的平均组织剂量；Db为挥发性氚(总氚)的平均组织剂量；LF为定位因子。从中国环境的调查结果看，中国环境水、粮食、蔬菜、水果和蛋禽类样品中氚浓度的本底水平是日本及其他欧美国家

11、同类样品中的34倍，特别是西北一带更高。另外，中国核能的利用越来越广泛，从核电站等设施中还会排放出一定量的氚污染周围环境，根据1988年SOKada报道的结果，核电站周围地区的氚活度比对照地区高几倍。加之核技术在不断发展和应用，特别是氚标记的化合物在科研、生物学研究和医疗等领域的应用不断增加，接触氚的人员也会相继增多，污染范围随之加大。因此，深入开展对氚的研究十分重要，尤其是搞清氚在体内的动力学变化规律无论从辐射防护角度还是从核事故情况下剂量估算来看，都很有意义。从中国目前对氚的研究看，无论是从生物效应、辐射致癌还是从氚的代谢、剂量方面普遍对氚水研究较多，对多种形式的氚研究还不够，数据比较缺乏。鉴于上述情况，应深入对更多化学形式的氚进行研究。另外，国际放射防护委员会(ICRP)从辐射防护的目的提出了氚的年摄入水平限值(ALI)，这个建议仅根据氚水的滞留和代谢行为而制定，不能使用于其他化学形式的氚。因此，ICRP在制定其他氚的年摄入限值时需要大量的实验依据。为制定辐射防护标准和对氚进行正确的卫生学评价而提供科学依据，以及为中国积累氚研究的基本数据应深入开展对多种形式的氚的研究，特别是有机结合形氚的研究，因有机结合形的氚与氚水相比更具有辐射防护意义。有人发现，氨基酸和脂