计算机模拟研究钚Ⅳ的人体毒性-环境化学.PDF

第32卷　 第3期 环　 境　 化　 学 Vol. 32,No. 3 2013年　 　 3月 ENVIRONMENTAL CHEMISTRY March　 　 2013 DOI:10.7524/j.issn.0254-6108.2013.03.002 计算机模拟研究钚(Ⅳ)的人体毒性∗ 邓　 冰　 王和义　 蒋树斌∗∗ (中国工程物理研究院核物理与化学研究所,绵阳,621900) 2+ 3+ 2+ 2+ 4+ 摘　 要　 引入Ca 、Fe 、Zn 、Mn 等金属离子和氨基酸、柠檬酸、乳酸等小分子配体建立了Pu 在人体血 浆、胃液、组织液、细胞液等主要体液中的金属离子-小分子配体热力学平衡模型.利用该模型研究了正常生理 条件下Pu(Ⅳ)在各体液中的存在形态以及pH值和[Pu]改变对Pu(Ⅳ)形态的影响.结果表明,血浆中的低浓 度Pu(Ⅳ)易以Pu(OH) (aq)的形态蓄积在肝脏中,钚浓度升高则形成沉淀难以排出;胃液中的Pu(Ⅳ)可大 4 量进入血液中,但胃液pH值升高可实现钚的促排;组织液中钚会沉积在骨骼无机表面;高浓度Pu(Ⅳ)对大多 数细胞有极高毒性;随着尿液的pH值增大,沉积的Pu(OH) (s)会对肾脏造成损伤;胰液中的Pu(Ⅳ)的形态 4 随着pH值改变而发生显著变化,而胆汁中高钚含量的Pu(Ⅳ)易滞留在肝脏内;在正常汗液pH值波动范围 内,Pu(Ⅳ)易进入人体,从而对钚操作人员的健康产生危害. 4+ 关键词　 Pu ,体液,形态,热力学平衡. 核技术在能源、军事、环境、材料、医疗卫生等领域已得到越来越广泛的应用,对国民经济的可持续 发展、人民生活质量的提高及国家安全产生着重大影响.然而,核技术应用过程产生的大量放射性废物 对人类的生存和健康也构成了潜在威胁.为此,放射性核材料对生物体的辐射生物效应研究引起各国科 学家和公众的重视,福岛核事故的发生进一步加速了这一趋势. 3+ 2+ 2+ + [1-5] 目前已有研究对铀及超铀元素Am 、NpO 、Be 、Cs 在人体体液中存在形态进行了模拟 ,对 4+ 4+ Pu 的研究主要集中在Pu 与有机分子相互作用的理论计算、与典型配体的络合常数测定以及通过动 物实验或事故受污染人员的数据从宏观上研究了钚在生物体内大致分布、滞留的组织器官,而从微观上 4+ 研究Pu 在体液中的形态尚未见文献报道. 4+ 钚在人体主要以Pu 存在,具有很强的配位能力.进入体内的钚可与各不同体液中的金属离子、蛋 [6] 白质、氨基酸、柠檬酸、苹果酸等物质相互作用.鉴于金属污染物的毒性主要决定于其体内形态分布 , 因此钚在人体的化学形态对其分布、代谢和排泄起着决定性作用. 同理,核素的毒性与其在人体内的形 态密切相关.显而易见,探讨钚在人体各体液的存在形态是研究钚的人体毒理的基础.人体体液是一个 复杂的体系,这个体系中的物质互相影响而使其中钚的形态多变,当体液环境(如体液pH值、体液组 成)发生变化时,人体中的钚的形态就会发生变化,变化后的钚毒性或许增大、或许降低. 本文将人体各体液作为整体平衡体系研究钚(Ⅳ)在各体液的存在形态,以期较准确地把握所摄取 [7-