放射性鍶的毒理學放射化學與放射毒理教研室劉曉梅liuxiaom@2014.03.28主要內容發現和應用1理化性質和輻射特性2體內代謝3損傷效應4減少吸收和加速排除5CompanyLogo發現1790年英國愛丁堡的克勞福德（A.Crawford）在蘇格蘭的斯特朗廷（Strontian）利用已開采出的鉛礦樣品，第一個區別了自然界存在的碳酸鍶和碳酸鋇，經研究后，確定為一種新“土質”，并指出這新土質的氯化物的溶解度和結晶形狀都不同于氯化鋇，定名為鍶土。后于1792年為霍普（T.Hope）所證實。

1808年，英國化學家戴維（H.Davy）制備出純金屬鍶。鍶（Strontium）的命名是為了紀念初始發現地的地名斯特朗廷CompanyLogo19世紀末到本世紀初，人們用氫氧化鍶于制糖業，以提純甜菜糖漿。兩次世界大戰期間，鍶化合物廣泛用于生產煙火及信號彈。上世紀二三十年代，用碳酸鍶作煉鋼的脫硫劑，以除去硫、磷等有害雜質。50年代，在電解鋅生產中，用碳酸鍶提純鋅，其純度可達99.99%。應用CompanyLogo60年代末，碳酸鍶廣泛用作磁性材料。鈦酸鍶用于電子計算機存儲器，氯化鍶用作火箭燃料。1968年發現碳酸鍶屏蔽X射線的功能，并將其應用于彩色電視機熒屏玻璃。用于鑄造Al-Si合金中的變質劑，鍶鋁合金更以其優良的變質效應，用汽車、摩托車行業。CompanyLogo鍶原子鐘美國和丹麥科學家日前聯合研制出一款迄今走時最為精確的原子鐘。這種時鐘的精度比當前的國際時區校準儀高出2倍以上，每3億年的誤差只有不到1秒。CompanyLogo鍶元素廣泛存在在礦泉水中，是一種人體必須的微量元素，具有防止動脈硬化，防止血栓形成的功能。鍶用于制造合金、光電管、照明燈。它的化合物用于制信號彈、煙火等。質量數為90的鍶是一種放射性同位素，是一種核裂變產物。CompanyLogo靜脈注射親骨性放射性藥物89SrCl后，89SrCl在骨轉移病灶中濃聚的量是正常骨的2-25倍，并滯留在癌灶中，其在骨腫瘤病灶內的滯留時間約為100天，發射β射線來殺傷癌細胞，使骨轉移病灶引起的疼痛緩解和消失。89SrCl靜脈注射90Sr射線敷貼治療治療毛細血管瘤、增生性疤痕、局限性慢性濕疹、神經性皮炎等皮膚疾病。CompanyLogoHotTip輻射和化學特性鍶(radiostrontium,Sr)，銀白色堿土金屬。具有可鍛性和可塑性。在空氣中易氧化成黃色。常溫下與水能進行激烈反應產生氫氣，與鹵烴如四氯化碳、三氯乙烯等混合時，由于摩擦、沖擊可引起爆炸。它的硝酸鹽、氯化物及有機酸形成的許多鹽則難溶于水。能與絡合劑形成可溶性的絡合物。CompanyLogo在核裂變產物中，放射性89Sr和90Sr均是一個純β輻射體。鍶是堿土金屬中豐度最小的元素。主要的礦物有天青石和碳酸鍶礦。可由電解熔融的氯化鍶而制得。用于制造合金、光電管，以及煙火等。CompanyLogo90Sr主要來自核爆炸產物，一些微小的放射性灰塵能懸浮在大氣中很多年。來自放射性礦物的開采和加工、放射性物質的生產和應用，也能造成對空氣的污染。CompanyLogo除核爆炸地區外，大氣中的放射性物質，一般不會造成急性放射病，但長時間超過允許范圍的小劑量外照射或內照射，也能引起慢性放射病或皮膚慢性損傷。大氣中放射性物質對人體更重要的影響是遠期效應，包括引起癌變、不育和遺傳的變化或早死等。CompanyLogo通過呼吸道進入機體，則有內照射作用。放射性物質在肺中的濃度，通常比在其他器官中大，因而肺組織一般受到較強的照射。肺部的巨噬細胞吞噬了放射性微粒后，可形成電離密度相當高的放射源。進入肺中的放射性物質能迅速地散布到全身。CompanyLogo親骨性放射性核素90Sr的半衰期約27.7年，它通過空氣、水或食物進入人體，沉積于骨髓中成為長期的輻射源，衰變過程中放出的β粒子會損傷骨髓細胞，嚴重時可引起骨髓壞死、骨腫瘤、白血病和其他血液疾病。CompanyLogo福島第一核電站附近土壤和植物中檢測出微量放射性89Sr和90Sr。日本文部科學省對福島第一核電站30公里外的浪江町和飯館村等地進行了土壤和植物取樣檢測。結果顯示，土壤中89Sr的放射性活度為最高260Bq/kg，90Sr為最高每32Bq/kg。植物樣本檢測結果顯示，90Sr的放射性活度為最高5.9Bq/kg。由于量極小，這些放射性鍶不會對人體健康造成影響。CompanyLogo金屬鍶具有放射性。鍶化合物主要是以生物積累產生影響。

90Sr對人體是有危害的，但控制利用，也為人類創造了許多的積極作用。科學家利用90Sr，已經成為工業、農業、醫學方面的成功手段。90Sr的半衰期為30年，因此，在對病人治療的時候，根據90Sr的年份不同，要進行計算，根據病情和90Sr的出廠年分計算治療時間。CompanyLogo鍶的重要放射性同位素的輻射特性鍶共有21種同位素，即78Sr-98Sr．除84Sr、86Sr、87Sr和88Sr是穩定比同位素外，其余均為放射性同位素，且多是U和Pu的裂變產物。輻射特性CompanyLogo放射性鍶是235U的裂變產物，89Sr的半衰期約為50d，90Sr的半衰期約29年CompanyLogo衰變圖CompanyLogo90Sr的衰變子體90Y半衰期為64h，β粒子最大能量為2.270MeV。90Sr~90Y達到放射平衡約需3周。CompanyLogo體內代謝由于鍶與鈣為同族元素，化學性質類同，故其在機體內的生物轉運也與鈣很相似，并且與磷的轉運密切相關。吸收分布排除生物轉化CompanyLogo1.胃腸道單次經口攝入可溶性的放射性鍶，約30%左右在胃腸道內被吸收；難溶性的鍶吸收率降低，僅1%左右。鍶的吸收部位主要是小腸，吸收最多的是十二指腸和回腸，其次為結腸。鍶在胃腸道內的吸收速率很快。食入后5min，在血漿中即可測出，約在4h達到最大值，但以第1h內吸收量最多。CompanyLogo放射性鍶在胃腸道內吸收量大小和吸收速率與觀察對象的種類、年齡、飲食、胃腸道功能狀態等密切相關。堿土族核素由胃腸道的吸收速率與原子量的大小有著密切的關系。核素的原子量愈小，吸收的速率就愈大，原子量愈大則吸收速率愈小，其相互間的吸收速率的比例關系為：Ca:Sr:Ba=10:5:l。飲食中鈣的水平，可顯著影響放射性鍶的吸收。CompanyLogo2.呼吸道放射性鍶的可溶性鹽類較易于由肺吸收，如90SrCl2氣溶膠由呼吸道的吸收率可達30~50%，并且吸收速率很快。如果吸入粒徑為1um左右的易溶性90Sr氣溶膠，其中50％左右是在最初幾分鐘內由肺內消失，經過1h，肺內含量僅占吸入量的5%，但吸入相同粒徑的難溶性放射性氣溶膠時，50％左右停留于上呼吸道，并借上呼吸道纖毛上皮運動轉移吞咽入胃腸道。在肺內沉積的也只有少量被吸收。CompanyLogo3．皮膚及傷口

放射性鍶的可溶性化合物可穿透完整皮膚侵入體內。將90SrCl2溶液涂布在剃毛的大白鼠皮膚上，觀察到90SrCl2的吸收率可隨時間的延長而增加。6h后，約吸收0.3%,4d后吸收1.8%，到12d時，吸收率達4％。在人的正常皮膚上涂布無載體90SrCl2，6h后鍶的吸收率為0.26％。難溶性的放射性鍶的化合物90SrSO4污染皮膚，很難經皮膚吸收。CompanyLogo經損傷皮膚的吸收放射性鍶由創面進入體內的量。在很大程度上受傷情的影響。可溶性的85SrCl2污染擦傷皮膚，由于放射性鍶在傷口上呈離子狀態，易被吸收，在毛細血管暴露多的新鮮傷口處吸收最高，在30min內吸收值可占污染量的38%，6h吸收值可高達57.4%，比正常皮膚相應時間內的吸收值高200多倍。因此，從防護角度考慮，不能忽視小的皮膚創傷受放射比核素污染的危害性。CompanyLogo4．注入90SrCl2經腹腔注入后，3h即可出現于外周血液中，經30min，血中濃度逐漸降低．而淋巴液中的濃度升高。當靜脈注入時，血液中90Sr的濃度很快下降，而淋巴液中的濃度則上升。皮下注射后，經5~20min，90Sr就出現于血液及淋巴液中，經過25min后，在血液中的含量最高，以后則逐漸減少，而淋巴液中仍保持較高濃度。CompanyLogo把放射性的鍶-87m引入患者身體中，待骨骼吸收后，用輻射檢測器可測定其在人體骨骼中所處的位置，并確定人體中出現異常的情況。鍶-87m半衰期只有2.8小時，會很快從人體中排出，因此，人體所受輻射量很小。醫學應用CompanyLogo（二）分布放射性鍶在體內的分布特點與鈣類似，主要分布在含鈣較多的組織。在體內，鍶主要滯留在骨和牙齒。90Sr由不同進入途徑入體后，在體液中的動態變化是相類似的。而體液中濃度的高低主要取決子不同途徑的吸收率大小。由腹腔注射、皮下注射和灌胃三種途徑的吸收率，以腹腔攝入的最高。CompanyLogo90Sr在血液和淋巴液中的動態分布放射性鍶在體液中為二價正電荷離子，與血漿蛋白中各組分或各組織中的蛋白質的結合并不牢固。因此，90Sr的化合物主要是以離子狀態或部分與有機酸結合成絡合物的形式，循環于血液中。它在血液中滯留的時間是短促的，離開血液后，一部分經腎排除。少部分滯留在軟組織中，大部分則選擇性地滯留于骨骼中。CompanyLogo給予志愿者一定劑量的鍶，可見：鍶在脾、肝和腎等軟組織內滯留量約為骨骼中含量的1/500~1/1000左右，且結合不牢固，易于重新分布或排除。放射性鍶在骨組織中達到最高濃度的時間，靜脈注入為8h，腔腹注入為24h，口服為48h．機體狀態影響鍶的分布受放射性鍶污染的母體，可經胎盤及乳汁轉移到子體。如在母體產后24h注入90Sr，則通過哺乳轉移到子體的放射性鍶含量可達母體滯留量的4％左右。CompanyLogo鹿的下顎骨CompanyLogo（三）排除放射性鍶經口進入時，主要由糞便排除。被吸收入血或靜脈注入的放射性鍶，主要由尿排除．吸入放射性鍶難溶性化合物后的排除規律與經口攝入后的排除規律相似，以糞排為主。年齡對90Sr的排除有影響。家兔的實驗證明：靜脈注入時，老年者9d內的總排除量（70~80％）遠大于年輕者（40%）。CompanyLogo妊娠期或授乳期的母體攝入放射性鍶后，部分鍶經胎盤或乳汁轉移給子代。轉移到子體內的放射性鍶，可選擇性的滯留于子體的骨骼中，血漿中約10％的放射性鍶可轉移至乳汁中。CompanyLogo大白鼠吸入放射性鍶后經糞、尿的排除百分數（占吸入量%）CompanyLogoCompanyLogo在骨的生成過程中，血中鈣、磷等無機鹽類滯留于骨組織中，構成骨鹽，骨吸收時，原來滯留于骨組織中的鈣，磷等無機鹽又釋放入血。健康者，骨中約有1％的骨鹽，與血中的鈣等經常處于不斷地交換和平衡。放射性鍶在體內，參與鈣的這種生物轉化過程。生物轉化CompanyLogo（一）攝入血液及軟組織的放射性鍶，可迅速進入骨組織，進入速度快、數最多。ICRP給出放射性鍶由血液進入骨組織的分數（85Sr為1、90Sr為0.3）及骨組織中放射性鍶占全身活性的份數（85Sr為1、90Sr為0.99）。CompanyLogo（二）沉積放射性鍶進入骨骼后，主要沉積在骨細胞間質中的骨鹽部分。一般認為，鍶在骨鹽部分的沉積，包括離子交換與生理性成骨作用兩個過程。1．離子交換骨鹽表面的離子成分經常不斷地與細胞外液中的各種離子成分自由進行交換。體內的放射性鍶可通過與骨鹽晶體表面的鈣離子交換而沉著于骨鹽結晶中。CompanyLogo在體液和水化層之間可進行離子交換．即Ca2+與Sr2+的交換過程。當放射性鍶一旦進入人體，在早期很快通過離子交換過程，形成Sr2(PO4)2而疏松地沉積在骨鹽表層。CompanyLogo2．生理性成骨過程隨著時間的延續，放射性鍶參與骨鹽的形成而進入骨無機鹽的晶體中。隨生理性成骨過程而在骨內沉積的放射性鍶是難以轉移的。放射性鍶在骨組織的沉積，可因機體的年齡和骨骼的不同而異。CompanyLogo年齡因素的影響放射性鍶在不同年齡人體骨骼中的滯留，有明顯的差異。幼年機體攝入放射性鍶，可選擇性的滯留于骨形成區域鈣化旺盛的部位，以骺板處最多，然后逐漸轉移至干骺端小梁骨部位，呈局限性滯留。老年機體由于不再發生活躍的成骨過程，故鍶在老年人骨內多呈彌散性分布。CompanyLogo不同骨骼的差異放射性鍶在不同骨骼的沉積量是有差異的，脊椎骨和肋骨內的含量明顯高于長骨。放射性鍶在牙齒內的滯留量，與骨骼內的放射性鍶含量有一定的比例關系。從測得牙齒中的90Sr含量，可間接推算人體內的放射性鍶總含量。在同一骨骼中，放射性鍶分布不均勻的，在骨的無機鹽部分的滯留量比骨的其它部分高出10~20倍。CompanyLogo機體在生理代謝過程中對鍶和鈣有鑒別能力，常以鑒別因數（discriminationfactor，DF）表示。鍶和鈣在機體內被吸收的程度。在骨骼中的滯留比例，以及經腎臟的排除份額，都有明顯的差別。當外源性鍶和鈣同時進入體內時，鈣優先被吸收和滯留在骨組織中，且排除緩慢。因此飲食中的鈣可明顯影響鍶的吸收。CompanyLogoCompanyLogo確定性效應1．骨髓造血組織的破壞90Sr進入骨組織后，主要滯留于長骨靠近骨髓腔的無機質中，使骨髓受到β粒子的照射。損傷效應鍶在機體內主要滯留在骨骼。輻射效應以骨髓造血組織和骨骼組織的確定性效應和隨機性效應為主。CompanyLogo90Sr內照射的早期致死原因，主要是骨髓造血組織受到嚴重破壞而導致白細胞、紅細胞和血小板數量的顯著減少，發生再生障礙性貧血。人體內累積了74kBq

90Sr時，骨髓細胞的染色體畸變增加。大白鼠長期攝入小劑量90Sr后，骨髓出現畸形細胞。畸形細胞中又以雙核細胞，尤其是核棘突細胞的增高更為明顯。CompanyLogo2．骨質形成的異常由于攝入體內的放射性鍶可大量侵入骨鹽中，骨組織的鈣化過程受到嚴重抑制，可出現自發性