氚水在大鼠和小鼠体内的分布、代谢、转移及剂量估算

吕慧敏，周湘艳，李 莉，张 伟(中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所，北京，100088)

刘玉龙，陈炜博(苏州大学附属第二医院，江苏 苏州，215004)

0 引言

随着核能和核技术的广泛应用,向环境中排放的氚会越来越多。环境中氚主要以氚水(HTO)形式存在，极易通过各种途径进入人体。有少部分氚与植物组织结合形成有机结合氚，有机结合氚进入人体后与机体组织结合的份额远高于氚水，可长时间在体内滞留。氚对机体的损伤主要来自内照射，氚的α粒子可进入细胞核引起细胞损伤。氚进入体内的主要途径是食物链、呼吸及皮肤吸收等，氚在体内的生物学特性与氚的化学形式有关。

本项目组以大鼠和小鼠为研究对象，较系统的研究了氚在鼠体内的分布、代谢与母体氚向子代转移的特点。研究内容主要包括4个方面：(1)不同化学形式的氚在动物体内的分布、代谢与滞留；(2)妊娠和泌乳期氚水内照射氚在体内的分布与滞留；(3)母体氚通过不同途径向子代的转移特点；(4)氚水内照射剂量估算。本文汇总报道了研究结果。

1 实验材料

1.1 实验动物

优级LAKA、SD、昆明等品系大鼠和小鼠，购于北京大学医学部，不同实验分组略有差别，每组10只以上动物，雌雄各半。

1.2 主要仪器和试剂

FJ-353G 型液体闪烁计数仪用于样品的测量。氚水(0.5～1.0 Ci/mL)，中国科学院原子能研究所产品，使用前用蒸馏水稀释并进行活度标定后使用。其它试剂均为分析纯。

2 实验方法

2.1 不同化学形式的氚在动物体内的分布、代谢与滞留

(1)氚在小鼠体内的分布、代谢与滞留

雄性小鼠一次性腹腔注入氚水41.2 μCi/g(体重)，雌性小鼠一次性腹腔注入氚水44.5 μCi/g(体重)，65天后，检测氚在干组织和湿组织中的生物有效半排期(Tb)和滞留分数(组织样品中测得的氚比活度与氚水初始注入量相比得到的值，用R表示)，并在此基础上估算氚的吸收剂量。实验方法参照文献[1]。生物样品中水的提取，本文采用高氯酸和双氧水消化，制备好的样品经液闪测量，根据液闪计数计算组织中氚活度。

(2)大鼠连续摄入氚水和氚化小麦70天氚在体内的分布、代谢与滞留

大鼠分为2组，组1通过饮水方式连续摄入氚水,活度为6.3 Bq/mL；组2以进食的方式连续摄入氚化小麦,氚活度为0.178 Bq/g。在摄取氚后不同时间，测定肝、肾、睾丸、血液和脂肪的湿组织中总氚和干组织中的组织结合氚活度。湿组织样品在测定前经高氯酸-过氧化氢消化,干组织在消化前先经冷冻干燥除去组织游离水。制备好的样品经液闪测量计算组织中氚活度。

(3)大鼠单次摄入氚化赖氨酸氚在体内的分布、代谢与滞留

健康成年大鼠，一次性摄入氚化赖氨酸，分别在摄入氚后不同时间,测定主要组织器官中总氚(湿组织中的氚)和有机结合氚(干组织中的氚)活度,并根据组织中的总氚活度估算剂量率。

(4)氚水通过不同创伤皮肤的吸收率及组织中的氚活度[2]

小鼠随机分为切割伤组、摩擦伤组、烫伤组、化学烧伤组及完整皮肤组，每组10只，雌雄各半；每组的创伤面积分别为1 cm×1 cm，在创伤后的皮肤上分次滴入20 μL(24.05 kBq)氚水，分别在氚水污染后的30、60、90、120和180 min测定小鼠血液中的氚活度，并计算氚的吸收率。

2.2 在妊娠和泌乳期受氚水内照射氚在体内的分布与滞留[3]

(1)氚在孕鼠组织和胎儿中的分布

给孕鼠1次腹腔注射活度为1.85×10 Bq/g氚水，分别在氚水注入后2、5、10和20天解剖取组织器官，测定母体主要组织器官及胎儿出生前体内的氚活度。

(2)氚在母体组织及胎儿组织中的分布与滞留

母鼠在妊娠当天一次腹腔注射1.85×104Bq/g氚水，观察了氚水给予不同时间后母体组织和胎儿组织中的氚活度以及氚水对胎儿生长发育的影响。

(3)分娩当天一次腹腔注入氚水后氚在母体及仔鼠组织中的分布与滞留

孕鼠在分娩当天腹腔一次注入1.85×104Bq/g氚水,分析测定氚水注入后第5、10、15 及20天母鼠和仔鼠的肝、心、脑及皮肤中的氚活度。

2.3 母体氚通过不同途径向子代的转移特点[4-6]

(1)孕鼠在妊娠当天给予氚水母体氚向胎儿的转移特点

孕鼠妊娠当天腹腔一次注入1.85×104Bq/g氚水,并根据组织中氚活度计算了不同时间母体氚向胎儿的转移系数。转移系数为每克胎儿组织中的氚活度与每克母鼠组织中氚活度之比。

(2)孕鼠妊娠不同时间给予不同剂量氚水母体氚向子代的转移特点

孕鼠分别在妊娠第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天测定了母体和仔鼠组织中的氚活度,并计算转移系数。

(3)分娩当天腹腔一次注射氚水母体氚通过乳汁向仔鼠的转移特点

孕鼠在分娩当天一次腹腔注射1.85×104Bq/g氚水,在氚水注入后第5、10、15和20天分别测定了母、仔鼠主要组织中的氚活度，并计算了母体氚通过母乳向仔鼠转移的转移系数。

2.4 氚水内照射剂量估算[7]

按每克体重活度为1.85×104Bq一次腹腔注入氚水。在注入氚水后不同时间取出组织，每个组织称取100～200 mg，立即用硝酸和双氧水湿灰化,湿灰化时温度不超过60 ℃,灰化3 h后测定湿组织中总氚活度。

3 结果

3.1 不同化学形式的氚在正常动物体内的分布、代谢与滞留

3.1.1小鼠1次注入氚水氚在体内的分布、代谢与滞留

氚在小鼠主要组织中有效半排期(Tb)和滞留分数初始值(R0)检测结果列于表1。

实验结果表明：(1)氚水在体内呈指数下降规律迅速均匀分布于体液及组织脏器,经过l～8天的蓄积期,约有l%～3%的氚转化为组织结合氚；(2)湿组织第一排出时相持续时间约15 d左右,而脂肪组织只有6 d左右；(3)总氚的第一生物半排期(Tb1)约2 d,湿组织的第二生物半排期(Tb2)比第一半排期要长,雌、雄鼠的结果分别为14 d和28 d，此时脂肪和其它组织之间的差异也不像第一半排期那么明显,这表明组织结合氚不同于氚水,其代谢速率与组织含水量的相关性不是那么大；(4)干组织和湿组织的第二生物半排期十分接近，表明是来源于有机结合氚代谢的贡献,此时氚水可以忽略不计。

表1 氚在主要组织中生物半排期(Tb)和外推滞留分数初始值(R0)检测结果

注：1)脂肪以外7种组织的平均结果。

3.1.2大鼠连续摄入氚水和氚化小麦70天后氚在体内的分布代谢与滞留

大鼠连续摄入氚水及氚化小麦后组织中氚的相对活度结果列于表2。结果表明，氚在各组织中均匀分布(除脂肪组织外)；氚水组有机结合氚约占总氚的3%～5%(脂肪组织除外),氚化小麦组有机结合氚明显高于氚水组；湿组织中总氚约是氚水组的2倍,干组织中的组织结合氚约是氚水组的10倍。

3.1.3大鼠单次摄入氚化赖氨酸后氚在体内的分布代谢与滞留

实验结果表明：(1)组织中的氚活度随时间变化逐步降低,呈现不均匀分布，第15天组织中的滞留活度约占第1天的9%左右；(2)肾和肝脏中的氚活度高于血和睾丸；(3)湿组织中总氚和干组织中的有机结合氚的活度相差比较大,组织中有机结合氚活度普遍高于总氚的活度,这与氚水在体内有机结合氚只占1%～3%份额有差异甚大，表明氚的化学形式不同其代谢规律不尽相同。

表2 大鼠连续摄入氚水及氚化小麦后组织中氚的相对活度(%)1)

注：1)氚的相对活度为每克(湿)干组织中氚活度/给予每克体重的氚活度,乘以100%。2) 湿组织中总氚。3)干组织中有机结合氚。

3.1.4氚水通过不同创伤皮肤的吸收率及组织中的氚活度

实验结果表明，氚水污染创伤皮肤后可通过皮肤吸收进入体内，不同的创伤类型氚水的吸收率不尽相同，但氚水在血液中的变化规律基本相同,血液中的氚随污染时间的增加而增加，其中切割伤组的吸收率最高。

创伤皮肤对氚水的吸收率(%)依次为：切割伤，4.12±1.4；磨擦伤，3.5±1.4；烫伤，2.68±1.3；化学烧伤，0.52±0.3；对照组，0.25±0.22。创伤组与对照组相比对氚水的吸收速率分别是对照组的16.5、14.0、10.7、2.3倍，氚水的吸收率和吸收速率均与皮肤创伤程度呈正相关,其中化学烫伤组最低。

为了观察氚水通过皮肤创伤在血液中的分布与其他组织的差异,还测定了创伤组氚水污染120 min时主要组织中的氚活度,其中: 肝脏为1 186.7 Bq/g,肾脏1 137.0 Bq/g，脾1 305.1 Bq/g，肺1 463.3 Bq/g，小肠1 352.6，血液1 289.0 Bq/g，氚活度范围值为1 137.0～1 463.3 Bq/g，平均值为1 672.2±125.8 Bq/g，结果表明，创伤皮肤吸收氚水后，体液氚与其它主要组织中氚的分布活度无明显差别。结果显示，氚通过创伤皮肤吸收进入体内后的代谢与腹腔一次注入氚水的规律基本一致。

3.2 妊娠和泌乳期受氚水内照射后氚在体内的分布与滞留

3.2.1孕鼠在妊娠当天腹腔注入氚水后氚在孕鼠组织和胎儿中的分布

孕鼠妊娠当天1次腹腔注射氚水氚在母体及胎儿中的分布，孕鼠在注入氚水后2、5、10和20天母体组织及胎体中氚的分布(%)结果列于表3。结果表明，组织中的氚活度按指数下降规律呈均匀分布,除大脑中的氚略偏低，胎体和母体组织中氚活度相差不大，氚水注入第2天时氚的滞留量为41%～59%，第20天时只占初始活度的1.5%～1.9%。该结果与非妊娠小鼠的代谢规律基本一致{1}。

表3 妊娠当天腹腔注射氚水后不同时间氚在母体及胎儿中的分布(%)

3.2.2妊娠当天腹腔注入氚水后氚在母体组织及胎儿组织中的分布与滞留

孕鼠妊娠当天给予氚水后不同时间母体和胎儿组织中的氚活度检测结果列于表4。由表4可见，胎儿与母体组织的结果不尽相同,胎儿组织的氚活度普遍高于母体组织,这可能与胎儿组织含水量及生理特性与成年鼠不完全相同有关。

表4 孕鼠妊娠当天给予氚水后不同时间母体及子代组织中氚活度(Bq/g)

胎儿的外观检查及解剖后观察,未发现畸形胎和组织器官的异常。

3.2.3分娩当天腹腔注入氚水后氚在母体及仔鼠组织中的分布与滞留

孕鼠在分娩当天腹腔一次注入氚水,分析测定氚水注入后第5、10、15及20天母鼠和仔鼠的肝、心、脑及皮肤中的氚活度,并与胎儿宫内照射的结果进行了比较。结果表明,所观察的组织中,仔鼠组织中的氚活度普遍高于母鼠组织,这与上述胎儿宫内照射组织氚的结果高于母体相一致，不同的是其高出的比率要大于胎儿宫内照射。

3.3 母体氚通过不同途径向子代转移特点

3.3.1孕鼠妊娠当天给予氚水后母体氚向胎儿的转移特点

孕鼠妊娠当天一次腹腔注入氚水后不同时间母体氚向胎儿的转移系数列于表5。结果可见,不同时间的转移系数比较接近,不受母体染毒氚水后时间的影响。

表5 孕鼠妊娠当天腹腔注入氚水母体氚向胎儿的转移系数

3.3.2孕鼠妊娠不同时间给予不同剂量氚水后母体氚向子代的转移特点

孕鼠妊娠不同时间给予不同剂量氚水母体氚向胎儿的转移系数列于表6。结果可见,不同组织的转移系数不尽相同,氚水给予时间和剂量对转移系数有一定的影响。第7天转移系数0.2 Gy组和0.4 Gy组偏高。并且普遍高于胎儿出生前的结果。

表6 孕鼠妊娠不同时间给予不同剂量氚水后母体氚向胎儿的转移系数

3.3.3孕鼠分娩当天腹腔注射氚水后母体氚通过乳汁向仔鼠的转移特点

孕鼠分娩当天一次腹腔注射氚水后不同时间母体氚通过母乳向仔鼠转移的转移系数结果列于表7。比较表7和表6的结果可看出,母体氚通过乳汁转移的转移系数普遍高于胎儿宫内照射的转移系数。

3.4 氚水内照射剂量估算结果

3.4.1小鼠氚水染毒后65天的剂量估算结果

小鼠一次性腹腔注入氚水后65天湿组织中总氚所致的剂量(DTT)和干组织结合氚所致剂量(DTBT)估算结果列于表8(没有考虑氚的蓄积)。结果表明，小鼠注入氚水后65天各组织脏器受到0.8 rad左右的剂量。氚在脂肪组织中的代谢特点与其他组织脏器有所不同, 总氚的量及所致剂量要低得多,结合氚的贡献确占一半以上。

表7 孕鼠分娩当天给予氚水后不同时间母体氚通过母乳向仔鼠的转移系数

3.4.2氚水内照射剂量估算

3.4.2.1母鼠的剂量估算

考虑到用非妊娠鼠的生物代谢参数估算妊娠和泌乳鼠的剂量会不够准确，故分别估算正常成年母鼠、孕鼠及泌乳鼠的氚内照射吸收剂量。项目组以往的实验结果表明[4-6 ],动物单次接受氚水内照射,体氚代谢符合指数下降规律。文献[7]依据成年鼠孕鼠和泌乳鼠的生物代谢特点和有效生物半排期,估算出成年母鼠、孕鼠和泌乳鼠20天内的总氚累积吸收剂量分别为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天剂量估算结果

注：1)湿组织中总氚剂量；2)干组织结合氚剂量。

3.4.2.2仔鼠的剂量估算[7]

仔鼠的剂量估算比较复杂,当孕鼠一次接受氚水内照射,仔鼠所受的剂量D总,由来自孕鼠宫内胎儿氚照射的吸收剂量D胎和仔鼠出生后体内氚照射的吸收剂量D仔两部分组成。

仔鼠接受氚总累积吸收剂量估算结果列于表9。其中，组1未考虑D胎的吸收剂量，组2和组3分别考虑了D胎和D仔的吸收剂量估算结果,由表9可见，3组的吸收剂量估算结果有一定差别。

表9 不同天龄仔鼠接受氚总累积吸收剂量估算结果(mGy)

注：1)组1未考虑D胎的估算结果；2)组2考虑了D胎的估算结果；3)组3考虑了D仔的估算结果。

4 讨论

通过系统的研究氚水在动物体内的分布、代谢、滞留与转移行径，比较不同化学形式的氚通过不同途径、时间和剂量以及在正常成年鼠、孕鼠、泌乳鼠、胎儿及仔鼠中代谢规律的异同，不同创伤皮肤对氚水的吸收率，基本搞清了氚水和氚化有机化合物对动物单次及连续照射在组织中分布的代谢动力学特性，以及在正常期、孕期及哺乳期相互之间的异同。获得了孕期和哺乳期母鼠的代谢特点及母体氚向仔鼠转移特点的实验资料。为事故情况下氚污染的处理判定及辐射生物效应评估提供基础资料，具有实际应用意义。

氚水可通过创伤和完整皮肤吸收进入全身，其吸收率与皮肤的创伤严重程度呈正相关。其代谢符合一次腹腔注入氚水的代谢特点。结果提示,在平时和核应急条件下,氚通过受伤皮肤的吸收造成的内污染不可忽略。

大鼠连续摄入氚化小麦70天后,组织中的有机结合氚明显高于氚水组,总氚约是氚水组的2倍,有机结合氚约是氚水组的10倍。从致机体辐射危害评价角度,氚化小麦所产生的辐射生物效应更应受到关注,因结合到组织中的氚相对于游离水氚难以排出体外,可对组织细胞产生较长时间的内照射。大鼠一次摄入氚化赖氨酸与氚水在组织中的分布与滞留特性不同,氚化赖氨酸在组织中的分布呈不均匀状态,干组织中结合氚活度明显高于湿组织中的总氚活度,结果提示，氚在体内的分布与滞留取决于氚的不同化学形式。

胎儿无论是出生前宫内受照还是通过母乳喂养,母体氚均可转移给子代，且子代组织中氚活度均高于母体组织,其原因可能与胎儿和仔鼠的生理特性与成年鼠不同有关,小鼠处于生长发育高峰期,其代谢功能旺盛,组织含水量也高于母体，所以仔鼠组织中氚活度高于母鼠符合客观规律。从胚胎效应角度评价,母体在妊娠和泌乳期的辐射防护尤为重要。

母体氚无论通过哪种途径转移给子代,其转移系数均大于1，由于胎儿和仔鼠处于生长发育高峰期，潜在的辐射危害一定会比母体大,即便是体氚与母体相同，其辐射危害也大于母体，尤其是母乳喂养阶段仔鼠处于独立的生理个体,是生长发育的关键时期,更应引起重视。

辐射剂量是评价辐射生物效应的重要参数,另外在氚的生物效应研究中,仔鼠接受的剂量是对胚胎效应评价的重要指标。用不同剂量估算模式估算的结果不尽相同,为此选择正确的估算模型进行剂量估算十分重要。