氚水在大鼠和小鼠體內(nèi)的分布、代謝、轉(zhuǎn)移及劑量估算

呂慧敏，周湘艷，李 莉，張 偉(中國(guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所，北京，100088)

劉玉龍，陳煒博(蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院，江蘇 蘇州，215004)

0 引言

隨著核能和核技術(shù)的廣泛應(yīng)用,向環(huán)境中排放的氚會(huì)越來(lái)越多。環(huán)境中氚主要以氚水(HTO)形式存在，極易通過(guò)各種途徑進(jìn)入人體。有少部分氚與植物組織結(jié)合形成有機(jī)結(jié)合氚，有機(jī)結(jié)合氚進(jìn)入人體后與機(jī)體組織結(jié)合的份額遠(yuǎn)高于氚水，可長(zhǎng)時(shí)間在體內(nèi)滯留。氚對(duì)機(jī)體的損傷主要來(lái)自內(nèi)照射，氚的α粒子可進(jìn)入細(xì)胞核引起細(xì)胞損傷。氚進(jìn)入體內(nèi)的主要途徑是食物鏈、呼吸及皮膚吸收等，氚在體內(nèi)的生物學(xué)特性與氚的化學(xué)形式有關(guān)。

本項(xiàng)目組以大鼠和小鼠為研究對(duì)象，較系統(tǒng)的研究了氚在鼠體內(nèi)的分布、代謝與母體氚向子代轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容主要包括4個(gè)方面：(1)不同化學(xué)形式的氚在動(dòng)物體內(nèi)的分布、代謝與滯留；(2)妊娠和泌乳期氚水內(nèi)照射氚在體內(nèi)的分布與滯留；(3)母體氚通過(guò)不同途徑向子代的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)；(4)氚水內(nèi)照射劑量估算。本文匯總報(bào)道了研究結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

優(yōu)級(jí)LAKA、SD、昆明等品系大鼠和小鼠，購(gòu)于北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部，不同實(shí)驗(yàn)分組略有差別，每組10只以上動(dòng)物，雌雄各半。

1.2 主要儀器和試劑

FJ-353G 型液體閃爍計(jì)數(shù)儀用于樣品的測(cè)量。氚水(0.5～1.0 Ci/mL)，中國(guó)科學(xué)院原子能研究所產(chǎn)品，使用前用蒸餾水稀釋并進(jìn)行活度標(biāo)定后使用。其它試劑均為分析純。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 不同化學(xué)形式的氚在動(dòng)物體內(nèi)的分布、代謝與滯留

(1)氚在小鼠體內(nèi)的分布、代謝與滯留

雄性小鼠一次性腹腔注入氚水41.2 μCi/g(體重)，雌性小鼠一次性腹腔注入氚水44.5 μCi/g(體重)，65天后，檢測(cè)氚在干組織和濕組織中的生物有效半排期(Tb)和滯留分?jǐn)?shù)(組織樣品中測(cè)得的氚比活度與氚水初始注入量相比得到的值，用R表示)，并在此基礎(chǔ)上估算氚的吸收劑量。實(shí)驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[1]。生物樣品中水的提取，本文采用高氯酸和雙氧水消化，制備好的樣品經(jīng)液閃測(cè)量，根據(jù)液閃計(jì)數(shù)計(jì)算組織中氚活度。

(2)大鼠連續(xù)攝入氚水和氚化小麥70天氚在體內(nèi)的分布、代謝與滯留

大鼠分為2組，組1通過(guò)飲水方式連續(xù)攝入氚水,活度為6.3 Bq/mL；組2以進(jìn)食的方式連續(xù)攝入氚化小麥,氚活度為0.178 Bq/g。在攝取氚后不同時(shí)間，測(cè)定肝、腎、睪丸、血液和脂肪的濕組織中總氚和干組織中的組織結(jié)合氚活度。濕組織樣品在測(cè)定前經(jīng)高氯酸-過(guò)氧化氫消化,干組織在消化前先經(jīng)冷凍干燥除去組織游離水。制備好的樣品經(jīng)液閃測(cè)量計(jì)算組織中氚活度。

(3)大鼠單次攝入氚化賴氨酸氚在體內(nèi)的分布、代謝與滯留

健康成年大鼠，一次性攝入氚化賴氨酸，分別在攝入氚后不同時(shí)間,測(cè)定主要組織器官中總氚(濕組織中的氚)和有機(jī)結(jié)合氚(干組織中的氚)活度,并根據(jù)組織中的總氚活度估算劑量率。

(4)氚水通過(guò)不同創(chuàng)傷皮膚的吸收率及組織中的氚活度[2]

小鼠隨機(jī)分為切割傷組、摩擦傷組、燙傷組、化學(xué)燒傷組及完整皮膚組，每組10只，雌雄各半；每組的創(chuàng)傷面積分別為1 cm×1 cm，在創(chuàng)傷后的皮膚上分次滴入20 μL(24.05 kBq)氚水，分別在氚水污染后的30、60、90、120和180 min測(cè)定小鼠血液中的氚活度，并計(jì)算氚的吸收率。

2.2 在妊娠和泌乳期受氚水內(nèi)照射氚在體內(nèi)的分布與滯留[3]

(1)氚在孕鼠組織和胎兒中的分布

給孕鼠1次腹腔注射活度為1.85×10 Bq/g氚水，分別在氚水注入后2、5、10和20天解剖取組織器官，測(cè)定母體主要組織器官及胎兒出生前體內(nèi)的氚活度。

(2)氚在母體組織及胎兒組織中的分布與滯留

母鼠在妊娠當(dāng)天一次腹腔注射1.85×104Bq/g氚水，觀察了氚水給予不同時(shí)間后母體組織和胎兒組織中的氚活度以及氚水對(duì)胎兒生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

(3)分娩當(dāng)天一次腹腔注入氚水后氚在母體及仔鼠組織中的分布與滯留

孕鼠在分娩當(dāng)天腹腔一次注入1.85×104Bq/g氚水,分析測(cè)定氚水注入后第5、10、15 及20天母鼠和仔鼠的肝、心、腦及皮膚中的氚活度。

2.3 母體氚通過(guò)不同途徑向子代的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)[4-6]

(1)孕鼠在妊娠當(dāng)天給予氚水母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠妊娠當(dāng)天腹腔一次注入1.85×104Bq/g氚水,并根據(jù)組織中氚活度計(jì)算了不同時(shí)間母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移系數(shù)。轉(zhuǎn)移系數(shù)為每克胎兒組織中的氚活度與每克母鼠組織中氚活度之比。

(2)孕鼠妊娠不同時(shí)間給予不同劑量氚水母體氚向子代的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠分別在妊娠第7、12和16天一次腹腔注入0.2、0.4 和0.6 Gy的氚水,在胎鼠出生后第3.5天測(cè)定了母體和仔鼠組織中的氚活度,并計(jì)算轉(zhuǎn)移系數(shù)。

(3)分娩當(dāng)天腹腔一次注射氚水母體氚通過(guò)乳汁向仔鼠的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠在分娩當(dāng)天一次腹腔注射1.85×104Bq/g氚水,在氚水注入后第5、10、15和20天分別測(cè)定了母、仔鼠主要組織中的氚活度，并計(jì)算了母體氚通過(guò)母乳向仔鼠轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移系數(shù)。

2.4 氚水內(nèi)照射劑量估算[7]

按每克體重活度為1.85×104Bq一次腹腔注入氚水。在注入氚水后不同時(shí)間取出組織，每個(gè)組織稱取100～200 mg，立即用硝酸和雙氧水濕灰化,濕灰化時(shí)溫度不超過(guò)60 ℃,灰化3 h后測(cè)定濕組織中總氚活度。

3 結(jié)果

3.1 不同化學(xué)形式的氚在正常動(dòng)物體內(nèi)的分布、代謝與滯留

3.1.1小鼠1次注入氚水氚在體內(nèi)的分布、代謝與滯留

氚在小鼠主要組織中有效半排期(Tb)和滯留分?jǐn)?shù)初始值(R0)檢測(cè)結(jié)果列于表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)氚水在體內(nèi)呈指數(shù)下降規(guī)律迅速均勻分布于體液及組織臟器,經(jīng)過(guò)l～8天的蓄積期,約有l(wèi)%～3%的氚轉(zhuǎn)化為組織結(jié)合氚；(2)濕組織第一排出時(shí)相持續(xù)時(shí)間約15 d左右,而脂肪組織只有6 d左右；(3)總氚的第一生物半排期(Tb1)約2 d,濕組織的第二生物半排期(Tb2)比第一半排期要長(zhǎng),雌、雄鼠的結(jié)果分別為14 d和28 d，此時(shí)脂肪和其它組織之間的差異也不像第一半排期那么明顯,這表明組織結(jié)合氚不同于氚水,其代謝速率與組織含水量的相關(guān)性不是那么大；(4)干組織和濕組織的第二生物半排期十分接近，表明是來(lái)源于有機(jī)結(jié)合氚代謝的貢獻(xiàn),此時(shí)氚水可以忽略不計(jì)。

表1 氚在主要組織中生物半排期(Tb)和外推滯留分?jǐn)?shù)初始值(R0)檢測(cè)結(jié)果

注：1)脂肪以外7種組織的平均結(jié)果。

3.1.2大鼠連續(xù)攝入氚水和氚化小麥70天后氚在體內(nèi)的分布代謝與滯留

大鼠連續(xù)攝入氚水及氚化小麥后組織中氚的相對(duì)活度結(jié)果列于表2。結(jié)果表明，氚在各組織中均勻分布(除脂肪組織外)；氚水組有機(jī)結(jié)合氚約占總氚的3%～5%(脂肪組織除外),氚化小麥組有機(jī)結(jié)合氚明顯高于氚水組；濕組織中總氚約是氚水組的2倍,干組織中的組織結(jié)合氚約是氚水組的10倍。

3.1.3大鼠單次攝入氚化賴氨酸后氚在體內(nèi)的分布代謝與滯留

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)組織中的氚活度隨時(shí)間變化逐步降低,呈現(xiàn)不均勻分布，第15天組織中的滯留活度約占第1天的9%左右；(2)腎和肝臟中的氚活度高于血和睪丸；(3)濕組織中總氚和干組織中的有機(jī)結(jié)合氚的活度相差比較大,組織中有機(jī)結(jié)合氚活度普遍高于總氚的活度,這與氚水在體內(nèi)有機(jī)結(jié)合氚只占1%～3%份額有差異甚大，表明氚的化學(xué)形式不同其代謝規(guī)律不盡相同。

表2 大鼠連續(xù)攝入氚水及氚化小麥后組織中氚的相對(duì)活度(%)1)

注：1)氚的相對(duì)活度為每克(濕)干組織中氚活度/給予每克體重的氚活度,乘以100%。2) 濕組織中總氚。3)干組織中有機(jī)結(jié)合氚。

3.1.4氚水通過(guò)不同創(chuàng)傷皮膚的吸收率及組織中的氚活度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氚水污染創(chuàng)傷皮膚后可通過(guò)皮膚吸收進(jìn)入體內(nèi)，不同的創(chuàng)傷類型氚水的吸收率不盡相同，但氚水在血液中的變化規(guī)律基本相同,血液中的氚隨污染時(shí)間的增加而增加，其中切割傷組的吸收率最高。

創(chuàng)傷皮膚對(duì)氚水的吸收率(%)依次為：切割傷，4.12±1.4；磨擦傷，3.5±1.4；燙傷，2.68±1.3；化學(xué)燒傷，0.52±0.3；對(duì)照組，0.25±0.22。創(chuàng)傷組與對(duì)照組相比對(duì)氚水的吸收速率分別是對(duì)照組的16.5、14.0、10.7、2.3倍，氚水的吸收率和吸收速率均與皮膚創(chuàng)傷程度呈正相關(guān),其中化學(xué)燙傷組最低。

為了觀察氚水通過(guò)皮膚創(chuàng)傷在血液中的分布與其他組織的差異,還測(cè)定了創(chuàng)傷組氚水污染120 min時(shí)主要組織中的氚活度,其中: 肝臟為1 186.7 Bq/g,腎臟1 137.0 Bq/g，脾1 305.1 Bq/g，肺1 463.3 Bq/g，小腸1 352.6，血液1 289.0 Bq/g，氚活度范圍值為1 137.0～1 463.3 Bq/g，平均值為1 672.2±125.8 Bq/g，結(jié)果表明，創(chuàng)傷皮膚吸收氚水后，體液氚與其它主要組織中氚的分布活度無(wú)明顯差別。結(jié)果顯示，氚通過(guò)創(chuàng)傷皮膚吸收進(jìn)入體內(nèi)后的代謝與腹腔一次注入氚水的規(guī)律基本一致。

3.2 妊娠和泌乳期受氚水內(nèi)照射后氚在體內(nèi)的分布與滯留

3.2.1孕鼠在妊娠當(dāng)天腹腔注入氚水后氚在孕鼠組織和胎兒中的分布

孕鼠妊娠當(dāng)天1次腹腔注射氚水氚在母體及胎兒中的分布，孕鼠在注入氚水后2、5、10和20天母體組織及胎體中氚的分布(%)結(jié)果列于表3。結(jié)果表明，組織中的氚活度按指數(shù)下降規(guī)律呈均勻分布,除大腦中的氚略偏低，胎體和母體組織中氚活度相差不大，氚水注入第2天時(shí)氚的滯留量為41%～59%，第20天時(shí)只占初始活度的1.5%～1.9%。該結(jié)果與非妊娠小鼠的代謝規(guī)律基本一致{1}。

表3 妊娠當(dāng)天腹腔注射氚水后不同時(shí)間氚在母體及胎兒中的分布(%)

3.2.2妊娠當(dāng)天腹腔注入氚水后氚在母體組織及胎兒組織中的分布與滯留

孕鼠妊娠當(dāng)天給予氚水后不同時(shí)間母體和胎兒組織中的氚活度檢測(cè)結(jié)果列于表4。由表4可見(jiàn)，胎兒與母體組織的結(jié)果不盡相同,胎兒組織的氚活度普遍高于母體組織,這可能與胎兒組織含水量及生理特性與成年鼠不完全相同有關(guān)。

表4 孕鼠妊娠當(dāng)天給予氚水后不同時(shí)間母體及子代組織中氚活度(Bq/g)

胎兒的外觀檢查及解剖后觀察,未發(fā)現(xiàn)畸形胎和組織器官的異常。

3.2.3分娩當(dāng)天腹腔注入氚水后氚在母體及仔鼠組織中的分布與滯留

孕鼠在分娩當(dāng)天腹腔一次注入氚水,分析測(cè)定氚水注入后第5、10、15及20天母鼠和仔鼠的肝、心、腦及皮膚中的氚活度,并與胎兒宮內(nèi)照射的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,所觀察的組織中,仔鼠組織中的氚活度普遍高于母鼠組織,這與上述胎兒宮內(nèi)照射組織氚的結(jié)果高于母體相一致，不同的是其高出的比率要大于胎兒宮內(nèi)照射。

3.3 母體氚通過(guò)不同途徑向子代轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

3.3.1孕鼠妊娠當(dāng)天給予氚水后母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠妊娠當(dāng)天一次腹腔注入氚水后不同時(shí)間母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移系數(shù)列于表5。結(jié)果可見(jiàn),不同時(shí)間的轉(zhuǎn)移系數(shù)比較接近,不受母體染毒氚水后時(shí)間的影響。

表5 孕鼠妊娠當(dāng)天腹腔注入氚水母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移系數(shù)

3.3.2孕鼠妊娠不同時(shí)間給予不同劑量氚水后母體氚向子代的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠妊娠不同時(shí)間給予不同劑量氚水母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移系數(shù)列于表6。結(jié)果可見(jiàn),不同組織的轉(zhuǎn)移系數(shù)不盡相同,氚水給予時(shí)間和劑量對(duì)轉(zhuǎn)移系數(shù)有一定的影響。第7天轉(zhuǎn)移系數(shù)0.2 Gy組和0.4 Gy組偏高。并且普遍高于胎兒出生前的結(jié)果。

表6 孕鼠妊娠不同時(shí)間給予不同劑量氚水后母體氚向胎兒的轉(zhuǎn)移系數(shù)

3.3.3孕鼠分娩當(dāng)天腹腔注射氚水后母體氚通過(guò)乳汁向仔鼠的轉(zhuǎn)移特點(diǎn)

孕鼠分娩當(dāng)天一次腹腔注射氚水后不同時(shí)間母體氚通過(guò)母乳向仔鼠轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移系數(shù)結(jié)果列于表7。比較表7和表6的結(jié)果可看出,母體氚通過(guò)乳汁轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移系數(shù)普遍高于胎兒宮內(nèi)照射的轉(zhuǎn)移系數(shù)。

3.4 氚水內(nèi)照射劑量估算結(jié)果

3.4.1小鼠氚水染毒后65天的劑量估算結(jié)果

小鼠一次性腹腔注入氚水后65天濕組織中總氚所致的劑量(DTT)和干組織結(jié)合氚所致劑量(DTBT)估算結(jié)果列于表8(沒(méi)有考慮氚的蓄積)。結(jié)果表明，小鼠注入氚水后65天各組織臟器受到0.8 rad左右的劑量。氚在脂肪組織中的代謝特點(diǎn)與其他組織臟器有所不同, 總氚的量及所致劑量要低得多,結(jié)合氚的貢獻(xiàn)確占一半以上。

表7 孕鼠分娩當(dāng)天給予氚水后不同時(shí)間母體氚通過(guò)母乳向仔鼠的轉(zhuǎn)移系數(shù)

3.4.2氚水內(nèi)照射劑量估算

3.4.2.1母鼠的劑量估算

考慮到用非妊娠鼠的生物代謝參數(shù)估算妊娠和泌乳鼠的劑量會(huì)不夠準(zhǔn)確，故分別估算正常成年母鼠、孕鼠及泌乳鼠的氚內(nèi)照射吸收劑量。項(xiàng)目組以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[4-6 ],動(dòng)物單次接受氚水內(nèi)照射,體氚代謝符合指數(shù)下降規(guī)律。文獻(xiàn)[7]依據(jù)成年鼠孕鼠和泌乳鼠的生物代謝特點(diǎn)和有效生物半排期,估算出成年母鼠、孕鼠和泌乳鼠20天內(nèi)的總氚累積吸收劑量分別為8.5、6.7和7.1 mGy，成年母鼠略高于孕鼠和泌乳鼠。

表8 小鼠腹腔注入氚水后65天劑量估算結(jié)果

注：1)濕組織中總氚劑量；2)干組織結(jié)合氚劑量。

3.4.2.2仔鼠的劑量估算[7]

仔鼠的劑量估算比較復(fù)雜,當(dāng)孕鼠一次接受氚水內(nèi)照射,仔鼠所受的劑量D總,由來(lái)自孕鼠宮內(nèi)胎兒氚照射的吸收劑量D胎和仔鼠出生后體內(nèi)氚照射的吸收劑量D仔兩部分組成。

仔鼠接受氚總累積吸收劑量估算結(jié)果列于表9。其中，組1未考慮D胎的吸收劑量，組2和組3分別考慮了D胎和D仔的吸收劑量估算結(jié)果,由表9可見(jiàn)，3組的吸收劑量估算結(jié)果有一定差別。

表9 不同天齡仔鼠接受氚總累積吸收劑量估算結(jié)果(mGy)

注：1)組1未考慮D胎的估算結(jié)果；2)組2考慮了D胎的估算結(jié)果；3)組3考慮了D仔的估算結(jié)果。

4 討論

通過(guò)系統(tǒng)的研究氚水在動(dòng)物體內(nèi)的分布、代謝、滯留與轉(zhuǎn)移行徑，比較不同化學(xué)形式的氚通過(guò)不同途徑、時(shí)間和劑量以及在正常成年鼠、孕鼠、泌乳鼠、胎兒及仔鼠中代謝規(guī)律的異同，不同創(chuàng)傷皮膚對(duì)氚水的吸收率，基本搞清了氚水和氚化有機(jī)化合物對(duì)動(dòng)物單次及連續(xù)照射在組織中分布的代謝動(dòng)力學(xué)特性，以及在正常期、孕期及哺乳期相互之間的異同。獲得了孕期和哺乳期母鼠的代謝特點(diǎn)及母體氚向仔鼠轉(zhuǎn)移特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)資料。為事故情況下氚污染的處理判定及輻射生物效應(yīng)評(píng)估提供基礎(chǔ)資料，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

氚水可通過(guò)創(chuàng)傷和完整皮膚吸收進(jìn)入全身，其吸收率與皮膚的創(chuàng)傷嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。其代謝符合一次腹腔注入氚水的代謝特點(diǎn)。結(jié)果提示,在平時(shí)和核應(yīng)急條件下,氚通過(guò)受傷皮膚的吸收造成的內(nèi)污染不可忽略。

大鼠連續(xù)攝入氚化小麥70天后,組織中的有機(jī)結(jié)合氚明顯高于氚水組,總氚約是氚水組的2倍,有機(jī)結(jié)合氚約是氚水組的10倍。從致機(jī)體輻射危害評(píng)價(jià)角度,氚化小麥所產(chǎn)生的輻射生物效應(yīng)更應(yīng)受到關(guān)注,因結(jié)合到組織中的氚相對(duì)于游離水氚難以排出體外,可對(duì)組織細(xì)胞產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)照射。大鼠一次攝入氚化賴氨酸與氚水在組織中的分布與滯留特性不同,氚化賴氨酸在組織中的分布呈不均勻狀態(tài),干組織中結(jié)合氚活度明顯高于濕組織中的總氚活度,結(jié)果提示，氚在體內(nèi)的分布與滯留取決于氚的不同化學(xué)形式。

胎兒無(wú)論是出生前宮內(nèi)受照還是通過(guò)母乳喂養(yǎng),母體氚均可轉(zhuǎn)移給子代，且子代組織中氚活度均高于母體組織,其原因可能與胎兒和仔鼠的生理特性與成年鼠不同有關(guān),小鼠處于生長(zhǎng)發(fā)育高峰期,其代謝功能旺盛,組織含水量也高于母體，所以仔鼠組織中氚活度高于母鼠符合客觀規(guī)律。從胚胎效應(yīng)角度評(píng)價(jià),母體在妊娠和泌乳期的輻射防護(hù)尤為重要。

母體氚無(wú)論通過(guò)哪種途徑轉(zhuǎn)移給子代,其轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，由于胎兒和仔鼠處于生長(zhǎng)發(fā)育高峰期，潛在的輻射危害一定會(huì)比母體大,即便是體氚與母體相同，其輻射危害也大于母體，尤其是母乳喂養(yǎng)階段仔鼠處于獨(dú)立的生理個(gè)體,是生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期,更應(yīng)引起重視。

輻射劑量是評(píng)價(jià)輻射生物效應(yīng)的重要參數(shù),另外在氚的生物效應(yīng)研究中,仔鼠接受的劑量是對(duì)胚胎效應(yīng)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。用不同劑量估算模式估算的結(jié)果不盡相同,為此選擇正確的估算模型進(jìn)行劑量估算十分重要。