| Ⅶ章 トリチウムの環境動態と人体影響 Ⅶ‐３トリチウムの環境動態 Ⅶ‐３・９トリチウムは環境中で濃縮されるか：トリチウムに生物濃縮はあるか Ⅶ‐３・９・１生物濃縮とは 生物に取り込まれた放射性物質が、生物の体内で濃縮されることを“放射能の生物濃縮”という。自然界では、わずかな濃度であっても、生物が必要と必要でないにかかわらずその物質を体内に取り込むこむことにより、体外の自然環境中の濃度に較べて高い濃度になることを生物濃縮という。原子炉などで人工的に作られる放射性物質で有名なものにヨウ素１３１、ストロンチウム-９０やセシウム-１３７がある。ヒトなど哺乳類で、ヨウ素は甲状腺に、ストロンチウム９０は骨に集まり、セシウム１３７は筋肉に集まる。これらの放射性物質は、その化学的に身体の特定の場所に集まる性質をもっている。そのために、甲状腺がんや白血病の原因になり、原子力開発のもたらす危険として恐れられている。 Ⅶ‐３・９・２ トリチウムに生物濃縮はあるか トリチウムでもこのような濃縮が起こるであろうか。トリチウムは水素の同位体であるから、トリチウムと普通の水素（軽水素）は化学的には、同じ振る舞いをする。しかし、トリチウムは軽水素の３倍の質量を持っているため、化学反応が起きるときや、蒸発現象などのように物理的な状態が変化する時には、トリチウムと軽水素との間で、異なる状態への移りやすさにわずかな違いが出てくる。これを同位体効果という。自然環境中で、同位体効果によるトリチウム分布がどのくらいのばらつきを持っているのかは、よくわかっていないが、トリチウムと同じく水素の同位体である重水素については、自然環境中での同位対比が良く調べられている。たとえば、水が地上から蒸発するとき、おもい重水素を含んだ水（重水）は普通の水に較べて蒸発しにくいので、水蒸気中の重水素同位対比は蒸発前の水よりも小さくなる。このような同位体効果の程度は、温度や湿度などの気象条件を反映しており、雨水中の重水素の含有量は場所により、季節により変動する。しかし、その変動幅は平均的な値に較べてせいぜい１０％の程度であり、特定の場所に重水が蓄積するというようなことにはならない。 人体に取り込まれる可能性のあるトリチウムは、主に三つの化学形に分けられる。トリチウム水、トリチウムガス、有機結合形トリチウムである。これら、三つの化学形のトリチウムについて、まず、簡単に説明してから生物濃縮の可能性について、論じることにしよう。普通われわれが水とよんでいる物質は水素原子二つと酸素原子ひとつから作られる分子の集まりであり、水分子を表すためにＨ２０という式（分子式）が便われる。また、水素ガスはＨ２と表現される。ここでＨと表現されたのは、この世界に存在する水素原子のうちで圧倒的な部分を占める軽水素であるが、自然界の水素原子には、わずかながら重水素や３重氷素すなわちトリチウムも混じっている。その混じり具合は、原子数の割合にして、重水素は７，０００個の氷素原子の中に１個程度、トリチウムは１０17個の水素原子の中に1個程度である。このように、天然の水であっても、トリチウムは含まれているが、人工的にそれらの量を高められた水や水素ガスのことをトリチウム水とトリチウムガスと呼ぶ。とくに、１００％混じりけなしで、トリチウムだけから作られているものをキャリアフリーのトリチウム水あるいはトリチウムガスと呼ぶ。こんなわけで、トリチウム水とトリチウムガスの分子式はそれぞれ、ＨＴ０、ＨＴと書くが、これはトリチウム（Ｔ）と軽水素（Ｈ）が混じっているという意味である。核融合炉から環境中に放出される可能性のあるトリチウムはトリチウム水とトリチウムガスである。これらが動植物に取り込まれるどうなるだろう。 この地球上の植物で緑色をしているもの（緑色植物）は、炭酸ガスと水を材料にして澱粉やブドウ糖に代表される炭水化物を合成する。その結果、水分子のなかの水素原子は、炭水化物の骨格を作っている炭素原子や酸素原子に結合する。こうして作られた炭水化物は動物のえさとなり、動物の体を作り、生命の働きを維持するための材料すなわち有機化合物に変化する。有機化合物の中で水素原子は炭素原子だけでなく、窒素原子や硫黄原子にも結合する。緑色植物では炭水化物や硝酸などを材料にして、たんぱく質や核酸が作られ、その過程で酸素原子、窒素原子、硫黄原子に結合した水素原子が生まれる。これらの水素原子は生物の働きで生物のからだを構成する有機物分子の一部となっていて、有機結合型水素（０ＢＨ、０ｒｇａｎｉｃａｌｌｙ Ｂｏｕｎｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎの略）と呼ばれる。 ０ＢＨのＨがトリチウムＴに置き換わったものが有機結合型トリチウム（０ＢＴ、０ｒｇａｎｉｃａｌｌｙ Ｂｏｕｎｄ Ｔｒｉｔｉｕｍ）である。一方、水分子の軽水素がトリチウムに置き換わったトリチウム水は、動物の体内で自由に動き回ることができるという意味で自由水型トリチウム（ＦＷＴ、Ｆｒｅｅ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｉｔｉｕｍ）とも呼ばれる。自由水形トリチウムは動物の体内に入るとそのほとんどが、体内の骨など硬い組織（硬組織）を除く筋肉や臓器などの柔らかい組織（軟組織）に一様に分布する。 我々ヒトを含め動物はトリチウムガスを栄養源にはできない。しかし、微生物の中には風変わりなものがいて、トリチウムガスを燃やしてトリチウム水に変えるものがある。この変な生き物は土の中とか動物の体の中に住んでいて、ヒドロゲナーゼという酵素をもっている。ヒドロゲナーゼとは水素を変えるという意味である。環境中のトリチウムガスのヒトヘの健康影響とはトリチウムガスが酸化されて生まれたトリチウム水の影響を考えることである。そんなわけで、体内でのトリチウムの動きを調べるには、トリチウム水とトリチウム水から生物の働きで生まれた０ＢＴの動きを調べればよい。 さて、一般に生物濃縮というときには、生物体外の環境中や食物中、飲料水中の濃度に較べて体内での濃度が高くなることを意味する。そこで、トリチウムが植物と動物を間わず生体内で濃縮されるというとき、二つの濃縮の意味について二つの考え方がある。 そのひとつは、トリチウムの比放射能、すなわち安定同位体も含めた全水素原子の重さあたりのトリチウム量が大きくなるという意味であり、同位体濃縮と呼ばれる。同位体濃縮は、蒸発や凝固などの物理現象や、水素原子が関係している化学反応の際に、質量の違いで同位体が選別される現象すなわち同位体効果によって起こるものである。別の水素同位体である重水素については、このような同位体効果による、濃度変化がよく知られていて、水面から水が蒸発するとき、重い重水素は、残りやすく（すなわち残った水は重くなる）、逆に水蒸気が凝固し雲が作られるときには、重い重水素を含んだ水の方が水滴になりやすい。そのため、冬に雪が降るときには、最初に降った海岸べりの雪の方が、後に降る内陸部の雪よりもわずかに重くなる。同様なことはトリチウムでも観測され、内陸に降る雪ほどトリチウム濃度は低くなる傾向がある。水が蒸発するとき、重い同位体が残される現象は植物でも見られる。植物の葉から、水分が蒸散する過程でも同様に、大気中トリチウム水蒸気の比放射能は植物体内水の比放射能より低くなることが予想されるが、実験的には確かめられていない。 同位体効果により、トリチウムの比放射能が変化するもうひとつの場合は、水が植物の体内で、有機物の合成に使われる場合である。このとき、自由水型トリチウムは有機結合型トリチウムに変化する。 トリチウム原子は普通の水素原子よりも重いため、炭素原子に結合したトリチウムになりにくい。このため、植物体内では、非交換型である有機結合型トリチウムの比放射能は、植物体内の自由水トリチウムよりも３０－４０％低くなる。トリチウム水がそのままの形で生物の体内に取り込まれ、体内の自由水形トリチウムになる過程では、トリチウムだけが選択的に体内に取り込まれたり、逆に受け入れを拒否されるというようなことはない。むしろ、体内にすでに存在する水や、食物中の有機物が体内で酸化されて生じる水（体内酸化水）で薄められ、体内水中のトリチウム濃度は低くなる。体内から体外へ尿や汗として水が出て行く場合も、同様に同位体効果はないと考えられている。一定の濃度のトリチウム水を飲み続ければ、体内水中のトリチウム濃度はある一定の値に近づくが、もとのトリチウム水濃度を超えることはない。 以上のように、トリチウムがトリチウム水として、体内に摂取された場合には、トリチウムが体内の特定の場所に集まることはない。しかし、トリチウムが生物の体内で、特定の場所に集まりやすい性質をもつ有機化合物に結合している場合は別である。例えば、ＤＮＡの材料であるチミジンに結合したトリチウムは細胞増殖が盛んでＤＮＡが盛んに合成されている骨髄、胃腸管、脾臓などに集まりやすい。では、有機結合型トリチウムを含んだ食べ物を長期間にわたって食べ続けたら、体内のＤＮＡに結合したトリチウム濃度は高くなる一方かというとそういうことにはならない。ＤＮＡが盛んに合成されるということは、逆に盛んに分解されるということでもあるので、トリチウムの濃度はある限度以上にはならない。 |