裂变核素的体内代谢和致伤特点

裂变核素是放射性落下灰中的主要成分，了解它在体内的代谢及损伤的特点是对落下灰进行危害评价的依据，也是进行医学处理与预后的前提。
体内代谢 裂变核素在体内的代谢主要是指这些核素在体内的吸收、分布、转移与排出的动力学过程。
裂变核素在体内的吸收率与其物理状态、放射化学组成、进入途径等因素有关。一般说来，吸收率随裂变核素的分散度和溶解度增大而增加，放射化学组成中阴离子(碘、钼及碲等)含量越高，吸收率亦越高。经口食入时，不同来源或不同状态的落下灰在大鼠胃肠道内的吸收率波动在5～30%之间。溶解度较高的核素（主要为阴离子）易被胃肠道所吸收；溶解度较低或难溶的核素 （主要为稀土族元素等），则吸收很少。经呼吸道吸入时，粒子大小及溶解度不同的核素，在呼吸道各区间的沉积、廓清率和廓清速率亦不同，一般来说，颗粒较小(0.5～5μm)，溶解度较高者易被肺部吸收。正常完整的皮肤对裂变核素吸收很少，但经伤口吸收较快、较多，特别是溶解度较高的核素，吸收率可高达20%。
裂变核素进入体内后呈选择性不均匀分布。进入的早期，体内所有组织中均能检出放射性，但以甲状腺为最高，其比活度为其它器官的几十至几千倍；其次是骨组织和肝脏，再次是肾、肺、脾、性腺及淋巴结等组织。但随时间的延长，放射性主要集中于甲状腺、肝脏和骨等组织中。甲状腺内主要为放射性碘核素(包括¹³¹I、¹³²I、133I和¹³⁵I等)，肝脏内主要为钼(⁹⁹Mo)，骨组织中主要为锶(⁸⁹Sr)和钡(¹⁴⁰Ba)等。裂变核素在体内的选择性分布和蓄积，造成对器官的不均匀照射。就核爆炸后对人体危害较大的放射性碘核素而言，进入体内后参与碘代谢过程，在甲状腺滤泡上皮细胞内合成甲状腺素，然后通过分泌活动，将放射性碘随甲状腺素贮存于胶质中。因此，滤泡是甲状腺中受到剂量最大的部分。食入裂变核素后不同时间甲状腺内碘核素的含量可用下式表示：

R(t)=I·f(e-λ1t-0.78e-λ2t)

式中： R(t)代表在t时刻的甲状腺活度(μCi);I代表核素吸收入血量(μCi);f代表蓄积分数指甲状腺内最初蓄积量占吸收入血量的分数；λ1、λ2代表有效半排出常数和有效半蓄积常数(d^-1)。式中各代谢参数见表1。

表1 放射性碘在人甲状腺内代谢参数

参 数	单位	131I	132I	133I	135I
蓄积分数f		0.3	0.09	0.24	0.17
有效半排出期 有效半排出常数λ1 有效半蓄积期 有效半蓄积常数λ2	d d-1 d d-1	7.6 0.0912 0.21 3.30	0.096 7.22 0.065 10.7	0.87 0.796 0.17 4.08	0.28 2.48 0.12 5.78

(摘引Ю.А.Классовский,И.Я.Василенко,Н.Ф.Терехов,1970)
裂变核素主要通过粪便和尿较快地排出。在进入体内头2～3天，由粪便排出量约占摄入量的80～90%，由尿排出量约5～15%。粪便中排出的主要是未被吸收的核素(锆、铌及稀土族元素等); 尿中排出的主要是阴离子。尿中放射性排出规律见图1，也可用下式表示：

A(t)=16.3e-^0.641t (1)
和 A(t)=4.54e-^0.640t (2)

式中A(t)代表食入落下灰后t天尿中放射性排出率(%),t代表食入后天数。式(1)为食入落下灰水溶液，式(2)为食入空中灰，两者排出规律相似。
致伤特点 裂变核素内照射造成的损伤有下列特点。

图1 狗一次食入落下灰后尿中放射性排出的规律
(1) 落下灰水溶液A(t)=16.3e^-0.641t
(2) 空中灰A(t)=4.54e^-0.640t

(1) 需一定量的裂变核素才能引起内照射损伤。根据马绍尔群岛受落下灰沾染的居民甲状腺损伤的资料，可以看出损伤的发生率与体内沾染量有关(见表2)。沾染最重的朗格拉普岛居民甲状腺异常病变发生率为37.7%，其中受照射当时年龄小于10岁者发生率最高，达89.5%。艾林吉纳埃岛居民甲状腺异常病变发生率为7.1%; 沾染最轻的乌提里克岛居民甲状腺异常病变发生率仅为3.0%。
(2)潜伏期较长。马绍尔群岛居民受落下灰沾染后第9年出现第一例(12岁女孩)由放射性碘所致的甲状腺结节，第11～12年达到最高峰，截至1974年(沾染后20年)仍发现有甲状腺异常病变的新病例。
(3)选择性损伤。裂变核素中放射性碘在早期落下灰中约占10%左右；在体内比较集中地蓄积于甲状腺，因此甲状腺所受照射的剂量最大，内照射损伤首先表现为甲状腺的损害。动物实验结果亦表明，当狗一次食入不同量裂变核素时，引起甲状腺组织病变的严重程度(如腺体细胞退行性变、滤泡萎缩、纤维化和玻璃样变、坏死与钙化等)与吸收剂量有关，见图2。图示可见，引起组织学改变的阈剂量变动于103～104rad之间，这可能是个体差异的表现。当剂量大于104rad时，则可见剂量与损伤严重程度间的平行相关。其它器官如造血组织、肝脏等很少受累及，仅在食入量很大时，可出现一过性胃肠道功能紊乱和外周血细胞数下降等。

图2 落下灰、铀混合裂变产物及¹³¹I所致狗甲状腺吸收剂量与病变的关系

表2 马绍尔群岛居民受落下灰照射的剂量及甲状腺异常病变率^*

组别	受照时年 龄 （岁）	γ射线 照射量 (R)	放射性碘所 致甲状腺剂 量 (rad)	甲状腺异常病变发生率
				结 节			恶 性 变
				受照人数	发生数	%	受照人数	发生数	%
朗格拉普岛	0～10		1000	19	17	89.5	19	1	5.3
	>10	175	160	34	3	8.8	34	2	5.9
	全部**		635	53	20	37.7	53	3	5.7
艾林吉纳埃岛	0～10		395	6	0	0.0	—	—	—
	>10	69	63	8	1	12.5	—	—	—
	全部**		274	14	1	7.1	—	—	—
乌提里克岛	0～10		55～100	40	0	0.0	—	—	—
	>10	14	14	59	3	5.1	59	1	1.7
	全部**		—	99	3	3.0	99	1	1.0

*随访观察至1969年 **指受照时所有年龄(摘引“Final Report,Inhalation of Radioiodine from Fallout: Hazardsand Countermeasures”，1972)