表1
职业内照射事故中，超铀核素常通过吸入、食入、伤口等途径进入人体后，富集在骨骼、肝脏等组织器官中不易排出，对人体造成长期内照射[1-2]，其中吸入途径发生概率相对较大。放射性核素摄入量特别大以至于可能达到组织反应（确定效应）范围时，辐射防护管理关注的是易发生严重确定效应的靶组织器官（简称靶器官）的短期吸收剂量[2-3]，因此有必要确定核素摄入后造成靶器官短期吸收剂量的主要源器官上的滞留份额及其随时间的变化，为及时开展辐射防护措施（如促排、治疗等）提供依据，从而避免超铀核素镅大量吸入造成对关键靶器官的伤害。
本研究以常见的超铀核素241Am被工作人员吸入为例[粒径AMAD 为5 μm（σ = 2.5）计算]，对吸入后的易发生严重确定效应的靶器官进行确定，进而对导致关键靶器官的短期剂量的主要源器官进行确定，然后根据ICRP最新的生物动力学模型及参数，计算镅在主要源器官中30 d内随时间变化的滞留份额，为事故后辐射防护工作提供参考。
1 材料与方法 1.1 关键靶器官的确定核素大量摄入后，接近或达到确定效应范围时，辐射防护管理关注的是易发生严重确定效应的靶器官的短期吸收剂量，如基于IAEA通用安全导则No.GSG-2的内照射事故应急准备与响应通用准则中，为避免或最小化严重确定效应的剂量管理关注的量为30 d的RBE加权吸收剂量AD（30）T，关注的靶器官T为[3]：肺泡-间质区（肺部AI区）、红骨髓、结肠，本文简称这3种靶器官为关键靶器官。经本文计算，241Am被成年工作人员大量吸入后，3种关键靶器官中，肺部AI区（对于S、M类241Am吸入）、红骨髓（对于F类241Am吸入）更快到达IAEA安全导则 No.GSG-2防止确定效应的参考水平（也叫通用准则）[3]，靶器官结肠的短期吸收剂量相对来说较低。因此本节以工作人员事故急性吸入241Am为例，进行关键靶器官剂量的计算与分析，关键靶器官选取肺部AI区和红骨髓。
经本研究计算发现：241Am被吸入后，人体各源器官中241Am的各种射线（α、γ、电子等）对肺部AI、红骨髓的AD（30）T剂量贡献上，α射线对关键靶器官的AD（30）T贡献接近100%（S类241Am吸入后，α射线对红骨髓的AD（30）T总剂量贡献87%；其他情况α的贡献也接近100%），如表1。AD（30）T的计算原理见文献[3]。
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表 1 男性工作人员吸入各类241Am后各类射线对关键靶器官AD （30） T的贡献 Table 1 The contribution of different types of rays to the AD （30） T of critical target organs following an inhalation of 241Am of different absorption types by the reference man |
由表1知，工作人员吸入241Am后，对关键靶器官的30 d RBE加权吸收剂量AD（30）T主要是α射线导致。因此本文需要确定241Am α射线（平均能量5.479 MeV）吸入后对关键靶器官肺部AI区、红骨髓AD（30）T的剂量影响最大的源器官，采用的方法为：基于ICRP第133号出版物的源-靶器官的比吸收份额数据[5]，以及本文计算的吸入241Am后各源器官的30 d内核衰变总数，计算各个源器官对关键靶器官的剂量的贡献：
——对肺部AI区的剂量贡献最大的源器官为：肺部AI区（主要来源）、血液（仅初期有贡献，因血液中的镅很快被转移到其他富集器官）；
——对于红骨髓区的剂量贡献最大的源器官为：小梁骨骨表（主要来源）、血液（仅初期有贡献）。
因此本研究确定241Am被工作人员吸入后造成关键靶器官剂量的主要源器官为：肺部AI区、血液、小梁骨骨表，因而本研究通过分析241Am吸入后在这3种主要源器官的滞留份额随时间的变化，来为事故情况下及时开展辐射防护工作提供参考。
为了定量分析这3种主要源器官中241Am滞留份额的早期变化，本研究采用ICRP第141号出版物（2019）为代表的生物动力学模型，包括呼吸道模型[2]、系统模型[2]、消化道模型[6]，编写各个组织器官（库室）中滞留、排泄份额计算程序，程序的正确性验证见本文作者文章[7-9]。
2 结 果本文采用基于当前最新ICRP模型及参数编写程序，计算出镅吸入后在主要源器官：肺部AI区、血液、小梁骨骨表的30 d内随时间的变化的滞留份额。
由表2可见，吸入S类241Am后，从短期来看肺部AI区241Am滞留份额比较恒定，这是因为依据当前呼吸道模型[2]：沉积在肺部的S类的镅，只有1%从肺部快速吸收入血，其余99%从肺部缓慢转移（半排期约19年）到血液。血液中的镅很快达到峰值后又迅速降低，由图1可以看出：吸入S类241Am后，血液中241Am滞留份额峰值出现在0.03 d左右，血液中241Am在约第1.7天时衰减到峰值的一半。由表2及图2可知，小梁骨骨表241Am在前7 d增加迅速，之后缓慢增加，在第7天时小梁骨中241Am约为第30天时的小梁骨中镅的3/4。
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表 2 吸入S类241Am后主要源器官中的滞留份额 Table 2 The retention fractions in the main source organs after an inhalation of S-type 241Am |
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图 1 急性吸入S类241Am后在血液中滞留份额随时间变化图 Figure 1 Changes in retention fraction in blood with time after an acute inhalation of S-type 241Am |
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图 2 急性吸入S类241Am后小梁骨骨表中的滞留份额随时间变化图 Figure 2 Changes in retention fraction in trabecular bone surface with time after an acute inhalation of S-type 241Am |
由表3可见，吸入M类241Am后，从短期来看肺部AI区241Am滞留份额比较恒定，这是因为依据当前呼吸道模型[2]：沉积在肺部的M类的镅，有20%从肺部快速吸收入血，其余80%从肺部缓慢转移（半排期139 d）到血液。由图3可以看出：吸入M类241Am后，血液中241Am滞留份额峰值出现在0.03 d左右，到约1.7 d时衰减到峰值的一半。由表3及图4可知，小梁骨骨表的241Am主要在前2周逐渐增加，之后增加缓慢，第8天时约为第30天时骨中镅的3/4，第30天时小梁骨中滞留份额比S类第30天时的高一个量级以上。
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表 3 吸入M类241Am后主要源器官中的滞留份额 Table 3 The retention fractions in the main source organs after an inhalation of M-type 241Am |
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图 3 急性吸入M类241Am后血液中镅滞留份额随时间变化图 Figure 3 Changes in retention fraction in blood with time after an acute inhalation of M-type 241Am |
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图 4 急性吸入M类241Am后小梁骨骨表中镅滞留份额随时间变化图 Figure 4 Changes in retention fraction in trabecular bone surface with time after an acute inhalation of M-type 241Am |
由表4可见，吸入F类241Am后，从短期来看肺部AI区241Am滞留份额降低较快，这是因为依据当前呼吸道模型[2]：沉积在肺部的F类的镅，全部从肺部快速吸收入血（半排期1.73 d）。血液中的镅很快达到峰值后又迅速降低，由图5可以看出：吸入F类241Am后，血液中241Am滞留份额峰值出现在0.03 d左右，到约1.7 d时衰减到峰值的一半。由表4及图6可知，小梁骨骨表241Am前4 d增加速度较快，之后增加缓慢，第4天时约为第30天时骨中镅的3/4，第30天时小梁骨中含量比M类第30天时的高3倍以上。
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表 4 吸入F类241Am后主要源器官中的滞留份额 Table 4 The retention fractions in the main source organs after an inhalation of F-type 241Am |
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图 5 急性吸入F类241Am后血液中镅滞留份额随时间变化图 Figure 5 Changes in retention fraction in blood with time after an acute inhalation of F-type 241Am |
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图 6 急性吸入F类241Am后小梁骨骨表中镅滞留份额随时间变化图 Figure 6 Changes in retention fraction in trabecular bone surface with time after an acute inhalation of F-type 241Am |
对于事故大量摄入超铀核素，一方面研究人员研发了适合的促排药物[10]以及其他治疗措施，另一方面还需要确保促排或其他治疗措施在核素大量富集到主要源器官前起到作用，这样促排或治疗的效果是最佳的。ICRP第141号出版物分析了大量镅的动物实验发现（人类摄入后早期数据缺乏），注射的镅在血液中滞留份额统计上为[2]：注射后1 h 5%～10%、24 h 0.1%～1.5%、48 h 0.03%～0.5%，进入人体循环的镅大多数（约80%）在注射后几天内进入骨骼和肝脏；Bruenger对狗注射241AM（4.5 μCi/kg）后5 min、1 h、1 d测量到血液中的Am为注射量的39%、9.8%、0.28%，研究均说明进入血液中的镅很快被转移到富集器官[11]。因此有必要确定基于当前最新的生物动力学模型及参数，给出工作人员吸入镅后包括血液在内的主要源器官中的滞留份额随时间变化的情况，为及时开展促排等辐射防护措施提供依据。
本文基于当前最新的ICRP呼吸道模型、系统模型、消化道模型进行了241Am（粒径AMAD 为5 μm（σ = 2.5））被工作人员吸入后在造成对关键靶器官短期剂量的主要源器官中的随时间的变化的滞留份额计算及分析。
镅吸收入血后从血液中快速转移到富集器官，不同吸收类别镅在血液中早期滞留份额变化趋势相似，S、M、F类镅在血液中滞留份额峰值出现在0.03 d左右，到约1.7 d时衰减到峰值的一半，不同类别在血液中的早期相似是因为在系统模型（人体系统循环的模型）中血液中的镅快速被转移，血液中的镅的半排期为30 min[2]，这个速度相对镅从肺部转移到血液的速度来说是非常迅速，所以不同吸收类别的镅在血液中的早期滞留份额变化趋势相似。镅吸入后在肺部AI区、小梁骨中的早期滞留份额随时间的变化趋势稍有不同：S、M类镅在肺部AI区的滞留份额随时间变化较小，F类镅从肺部快速被吸收入血，这是呼吸道模型中镅从肺部吸收入血的参数决定的；小梁骨中镅，S类在前7 d快速增加，M类主要在前2周逐渐增加，F类在前4 d较快速度增加，这个趋势和差异是呼吸道模型与系统模型中镅的转移速率参数综合决定的。上述主要源器官中滞留份额数据可为镅大量吸入事故后促排等防护措施提供参考，以避免造成敏感靶组织器官的严重伤害。
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