放射性伤口污染相较于吸入等其他摄入方式，在核工业从业人员中并不普遍，但会引起相对较严重的后果，因为人体皮肤天然屏障被破坏，放射性核素可以直接进入血液及细胞外体液，最终沉积在人体内部组织和器官之中。目前国内外已存在相当数量的伤口放射性污染案例，对此美国NCRP对已收集到的近3 000个案例进行调查分析，得出以下结论[1]：1)绝大多数受污染的伤口案例涉及到的污染物都是铀及超铀核素；2)超过90%的案例里，受伤部位为人体的手或手臂，主要是手指；3)超过90%的案例里，伤口均为机械损伤，少数为烧伤。因此具有较高毒性，较长半衰期和亲骨特性的超铀核素的伤口摄入所致内照射剂量分析已成为辐射防护亟待解决的重要问题之一。
国外关于放射性伤口致人员剂量监测及评价等相关问题的研究开展较早，并取得一定的成果。Maia Avtandilashvili等人[2]对一例伤口摄入Pu后又存活了17年的人员进行尸体解剖研究了伤口摄入Pu后在人体内各个器官的分布；EH Carbaugh等人[3]通过对伤口摄入Am-Pu人员伤口、头骨、肝，肺等器官内241Am长达24年的跟踪测量，分析并评价了该人员有效剂量；Anatoly E.[4]等人对一例伤口摄入Pu同位素和241Am的人员进行了评估并以此为依据对NCRP的伤口评价模型参数进行了修正。
国内存在大量从事与镅、钚等超铀核素相关的生产实践活动[5-8]，但对伤口摄入造成的内照射污染的医学处理及剂量评价方法，尚没有相关的系统性研究成果。鉴于这种实际情况，本工作利用NCRP伤口生物动力学模型和ICRP超铀核素全身输运模型对伤口摄入超铀核素所致内照射剂量展开研究，以241Am(M类，颗粒态)为例计算了工作人员伤口摄入单位活度后所致人体各组织器官剂量当量和待积有效剂量，并与ICRP注入(injection)途径的剂量转换系数进行了对比；同时计算了伤口摄入单位活度后在部分器官(肝、骨等)和部分生物样品(尿、粪等)中的滞留/排泄分数曲线，并在此基础上对超铀核素内照射个人剂量监测提出了有益的建议。本工作为发生超铀核素伤口污染事件后个人剂量评价提供了依据，有助于推进我国超铀核素生产实践中伤口监测与剂量评价工作的开展。
1 模型对伤口摄入超铀核素的内照射剂量评估需要建立合理准确的生物动力学模型，目前对于该类模型比较权威的主要是ICRP和NCRP的系列出版物，其中ICRP对放射性伤口污染造成的内照射并未给出单独的生物动力学模型，在ICRP 78号报告[9]推荐的核素摄入、转移和廓清途径中伤口被当做是一个单独的摄入途径直接穿过皮肤到达皮下组织，再经皮下组织进入转移隔室(血液)进而进入其他人体组织器官，如图 1所示。在最新的ICRP 130号报告中[10]建议用注入(injection)途径的剂量转换系数来近似评价伤口污染造成的内照射剂量。
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图 1 ICRP 78号报告推荐的核素摄入、转移和廓清途径[9] |
NCRP则在大量调查研究的基础上，对伤口摄入后放射性物质在伤口的滞留、廓清及进入人体内的沉积代谢情况展开了重点研究，并在2006年出版的NCRP 156号报告中提出了完整的伤口摄入生物动力学模型如图 2所示，该模型将存在于伤口中的放射性核素按其物理或化学状态分为四类：可溶性物质(Soluble)、胶体状物质(Colloids)、颗粒(Particles)和碎片(Fragment)，其中对可溶性物质(Soluble)按照其溶解度定义了四个滞留类别：weak、moderate、strong和avid。上述四类形态的放射性核素分别位于模型设定的五个不同的隔室中，分别是可溶性隔室(Soluble)、胶体和中间态隔室(CIS)、颗粒、聚合体和束缚态隔室(PABS)、截留的颗粒和聚合体隔室(TPA)以及碎片隔室(Fragment)。表 1给出了伤口模型中相关隔室之间的默认迁移率。由于放射性伤口污染的人类数据较少，无法系统研究获得伤口生物动力学模型相关参数，因此上述模型参数值主要基于动物实验数据。
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图 2 NCRP 156号报告推荐的伤口生物动力学模型[1] |
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表 1 伤口生物动力学模型中相关隔室之间的默认迁移率(d-1) |
一般情况下经时间t后伤口处放射性污染的滞留分数R(t)可表示为：
| $ R\left( t \right)=\sum\limits_{i}{{{A}_{i}}{{e}^{-{{\lambda }_{i}}t}}}~ $ |
其中Ai和λi为伤口处不同物理或化学形态放射性污染核素的滞留方程系数，见表 2。其中未考虑直接转移进入淋巴结的量。需要说明的是NCRP将伤口类型区分为深刺穿(i.m.)、皮下注入(s.c.)、撕裂(Lacerated)、擦伤(Abraded)、热烧伤和酸烧伤，表 1、2均来自于深刺穿伤口的实验数据，特别是肌肉刺穿。
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表 2 伤口处不同类型核素的滞留方程系数 |
将NCRP 156号报告推荐的伤口生物动力学模型与ICRP 78号报告推荐的超铀核素全身生物动力学模型相结合建立了伤口摄入超铀核素的全身输运模型见图 3，以241Am(M类，颗粒态)为例计算了工作人员伤口摄入单位活度后所致人体各组织器官当量剂量和全身待积有效剂量，并与ICRP注入(injection)途径的剂量转换系数[9]进行了对比，计算结果见表 3。其中假设伤口类型为深刺穿。
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图 3 超铀核素伤口摄入全身输运模型 |
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表 3 伤口摄入单位活度241Am的剂量转换系数 |
由研究结果可以看出当工作人员经由伤口摄入单位活度241Am后利用ICRP注入途径近似得出的人体各组织器官当量剂量比利用NCRP伤口生物动力学模型的计算结果高出了约13%~29%，其所致全身待积有效剂量分别为3.98×10-4(Sv/Bq)和3.25×10-4(Sv/Bq)，ICRP比NCRP模型计算结果高出了18.34%；此外无论NCRP或ICRP对伤口摄入单位活度241Am后所致人体各组织器官当量剂量计算结果均显示为骨表面当量剂量最高，占全部组织器官当量剂量总和的87.86%，其次为肝(5.95%)、红骨髓(3.26%)和性腺(1.74%)。
2.2 滞留/排泄分数曲线利用图 3所示伤口摄入超铀核素的全身输运模型，以241Am(M类，颗粒态)为例计算了伤口摄入单位活度后在部分器官(肝、骨等)和部分生物样品(尿、粪等)中的滞留/排泄分数如表 4和图 4所示。其中假设伤口类型为深刺穿。
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表 4 伤口摄入单位活度241Am的滞留/排泄量(Bq/Bq) |
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图 4 伤口摄入单位活度241Am的滞留/排泄分数曲线 |
由研究结果可以看出当工作人员经由伤口摄入单位活度241Am后全身滞留分数随时间推移一直维持较高比例，不易排出；在骨和肝中的滞留分数随时间推移而显著升高，分别从第1天的4.5307×10-5Bq和7.5284×10-5Bq升高到第10 000天的3.9923×10-1Bq和6.3617×10-2Bq，而在尿、粪中的排泄分数则分别维持在10-5、10-6水平相对变化较小。
3 讨论本工作利用NCRP伤口生物动力学模型和ICRP超铀核素全身输运模型对伤口摄入典型超铀核素241Am(M类，颗粒态)所致内照射剂量展开了研究，从计算得到的工作人员伤口摄入单位活度后所致待积有效剂量及其在各组织器官中的分布中可看出，目前普遍采用的ICRP建议的注入(injection)途径来近似伤口摄入途径的剂量转换系数将比采用更为精细的NCRP伤口生物动力学模型计算得到的结果显著偏高，这将导致最终评价剂量结果的偏高，在实际工作中应予以重视。
从本工作研究结果伤口摄入超铀核素241Am在全身及部分组织器官(肝、骨等)和部分生物样品(尿、粪等)中的滞留情况和分布特点可以看出：以241Am为代表的超铀核素通过伤口摄入后在全身滞留比例较高，不易排出，鉴于我国在对伤口摄入事故缺乏有效的防护措施和伤口应急处理程序，建议有关监管部门充分重视，尽快出台相应的伤口放射性医学处理规范及评价标准，填补我国伤口摄入剂量评价及处理处置方面的空白。此外由于该类核素伤口摄入后有较大比例沉积在骨骼(>80%)中，且随时间推移逐渐升高，因此可以借鉴美国USTR(超铀核素登记处)推荐的通过体外测量头骨241Am来估算全身待积有效剂量的做法[11]，首先头骨结构简单，近似于圆形，易于仪器刻度建模；其次头骨位置独立，易于屏蔽，避免了其它器官沉积核素对探测器计数结果的影响；再次伤口摄入核素在骨骼中的滞留量随时间推移呈现升高趋势，这使得在回顾性评价中对监测仪器的探测下限要求较为宽松，对此USTR专门推荐了活体测量时用于推算全身骨骼241Am含量的校正系数，建议我国可以借鉴国外类似有益的经验，开展伤口及头骨内照射剂量监测和评价方法学研究，为超铀核素生产场址中的工作人员提供更有意义的监测，更准确的评价和更有效的防护。
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