トリチウム、水、そして環境（2）

　　はじめに
　前回は、環境トリチウムの発生源やその環境中での振舞いについて述べた。放射線の人体への影響を評価するものさしになるのは、トリチウムを人体に取り込むことによる、人体組織への被ばく線量である。トリチウムが放出するベータ線の平均エネルギーは５．６９ＫｅＶで、水中では平均して、わずか０．５６ミクロンしか飛ばず、そのあいだにすべてのエネルギーをまわりに与える。人の細胞で放射線の重要な標的になる細胞核の直径は数ミクロンのオーダーであるから、細胞核内にあるトリチウムによる被ばくは、そのほとんどが細胞核に限られると考えてよい。放射線の標的が細胞核以外である場合にも、トリチウムベータ線の最初の影響は、その存在場所のごく近く（ミクロンオーダーの距離）に限られる。このような訳で、トリチウムによる被ばくを考えるときには、人体内部からの被ばくのみを考えればよく、しかも、数ミクロンのスケールでの分布に関する情報が生物影響を評価するには重要になる。この、ミクロスケールでの線量分布を考慮して生物影響を評価する方法は、マイクロドジメトリと呼ばれる。しかし、これまで行われたトリチウム生物影響の実験的研究で採用された方法は、著者の知る限り、トリチウムの組織や細胞内での一様分布を仮定した線量評価である。この方法は、影響評価のファーストステップとしては妥当なものである。トリチウム人体影響を評価するためには、なにはともあれ、人体組織に含まれるトリチウムの量とその分布を実験的に正確に測定するか、あるいは、理論的に評価し、それらの結果をもとに標的となる組織や器官への内部被ばく線量を求めなければならない。今回は、人体でのトリチウムの分布とその量を知る、あるいは予測するための方法と線量評価の方法について紹介する。

３．トリチウムによる被ばく線量を知る
３．１トリチウムは休内でどのように振舞うか？−トリチウムの体内動態
ヒトに摂取されたトリチウムが体内でどのように分布し、どのような時間的経過で体外に排出されるか、あるいは体内のどのような組織に長く残留するかを直接知ることは出来ない。そのために、数多くの動物実験が、マウス、ラット、ウサギ、犬、牛、羊などを用いて行われてきた　1,2,3,4,5,6,7)。
ただし、わが国では、野外実験が出来ないことや、ＲＩ投与実験が難しいことなどの理由で、大型動物を使った投与実験は行われず、マウスやラットを使ったモデル実験が、１９７０年ころからに行われて、その成果は、トリチウムの人体影響評価や、現場の放射線防護に生かされてきた。たとえば、ＩＣＲＰ勧告の中にある、有機結合型トリチウムと自由水型トリチウムの濃度限度比を決めるに当たっては、わが国のトリチウム生物影響研究仲問（放射線医学総合研究所武田博士）のデータが採用されている。
ただ、体内動態研究はひとつの山を越した間はあり、現在、どこの国でも動物を使った体内動態実験は下火となり、生態系を含む実環境中でのトリチウム挙動に研究の主体が移りつつある。
以下、トリチウム摂取後の体内残留動態を明らかにするため、著者が行ったマウス実験の結果を、今となっては古典的なものも含めて紹介しよう。
　図１は、妊娠マウスにＤＮＡの材料であるチミジンをトリチウム標識したものを飲料水に溶かして投与し、マウス胎児への移行を調べた実験の結果である５）。著者が、ドイツ・エッセンのStreffer研究室で行ったもので、その後のトリチウム動態研究のきっかけとなった。
　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　新生児マウスは、出生後約３週間で乳離れするが、その間は母乳を介してトリチウムを体内に敢り入れる。そのために、母体内で胎児が取り込んだトリチウムの体内残留経過を知るためには、出生後のトリチウム取り込みがないようにしないといけない。そのため、別にトリチウムをまったく与えない妊娠マウスを乳母マウスとして用意した。
トリチウムで標識された胎児が出生後直ちに、このきれいな乳母マウスに哺乳させることによって、マウス胎児が、母体を介して摂取したトリチウムが出生後どのように残るかを知ることが出来た。
この実験では、胎児期に取り込まれたトリチウムは出生後2.5-2.9日の生物的半減期で体外に排出されることと、全投与トリチウム標識チミジンのうち、４５％がマウス胎児のＤＮＡ成分として移行することなどがわかった。図１からもわかるが、胎児期に母体を介して取り込んだトリチウムは４週間後（ヒトで言えば多分１５歳くらい）には９０％以上が体外に排出されてしまう。一方、体内に残留するトリチウムを、自由水、たんぱく質、脂質、ＤＮＡなどの成分ごとに計ってみたところ、たんぱく質やＤＮＡなど有機成分に含まれるトリチウムの割合が、時問とともに増えることがわかった（図２）。この有機成分に含まれるトリチウムとは前回に述べた有機結合型トリチウム（Organically bound tritium,OBT ）にほかならない。ブルトニウムやC-14など、長半減期の放射性核種が環境の放射線汚染で間題になるように、生物学的に長く生体内に残るトリチウムによる被ばく線量は、短い期間で体外に排出される自由水型トリチウムによる被ばく線量に較べて無視できなくなる。この実験の結果は、ＯＢＴによる生物影響の重要性を明らかにしたもので、UNSCEAR Reportにも引用されている。

３．２ OBTがトリチウム人体影響評価において重要な理由
　ＯＢＴが自由水型トリチウム（Free Water Tritium,FWT）に較べて大きな人体影響を与える理由は大きく分けて二つある。トリチウムになじみの少ない方のために整理してみよう。
第一に、ＯＢＴはＦＷＴよりも長く体内にとどまる。すなわちＯＢＴの生物的半減期はＦＷＴより長い。出生後、乳離れの時（３週間後）まで、トリチウム水を投与された母マウスに育てられた仔マウスの体内では、特に脳にトリチウムが脂質成分として長く残る。この実験は、当時、核融合研究をめぐって、トリチウムの安全性が注目されている折でもあり、毎日新聞夕刊の一面に記事が掲載された。
　今はなき、広島大学横路教授が、コメントをして下さった。トリチウムが脂質咸分に長く残ることはそれまでにもわかっていたのだが、母乳という食物連鎖を介して仔マウスの脳脂質に、移行することを初めて示した実験結果であった。ただ、この記事では、いささかセンセーショナルな取り扱いになっている。放射能の生物影響を云々する場合には、量的に線量を評価することが必要であり、脳に特に長く残るからといって、ただちにトリチウムを悪者扱いすることは早計である。

　ＯＢＴが注目される第２の理由は、臓器や器官によって、トリチウムが特に残留する生体分子に違いがあることである。図４は、乳児期に母乳を介してトリチウムを摂取したマウス体内に残留する全トリチウムの中で、ＤＮＡ、蛋白質、脂質、酸可溶性成分に含まれるトリチウムの割合（％）が時間的にどう変化するかを示した図である。この図では、脳と腸について示してあるが、脳では脂質と蛋白質に、腸では、ＤＮＡと蛋白質に長く残留することがわかる。細胞内で、これらの生体高分子は一様に分布しているわけではない。例えばＤＮＡは細胞核に局在している。そのため、ＤＮＡに結合したトリチウムは、細胞核の外に存在するトリチウムに較べてより多くの傷害をＤＮＡに与えることになる 9)。

３．３ トリチウム被ばく線量評価の方法
　トリチウムによる被ばく線量を評価するには、大きく分けて二つの方法がある。一つは、被ばくしたヒトの体内トリチウム量をFWTとＯＢＴのそれぞれについて時問を追って実際に測定する方法（バイオアセイ）である。従来の尿中トリチウム、あるいは呼気中トリチウムを
測定し、体内ＦＷＴの濃度を推定する方法はこれにあたるが、体内ＯＢＴの濃度はわからない。トリチウム氷やトリチウムガスを一時的に摂取した場合には、体内のトリチウムはそのほとんどがトリチウム水（ＦＷＴ）の形をとっているので、尿中トリチウム濃度と、体内水のトリチウム濃度は、ほぼ平衡になっているとしてよいが、定常的にＯＢＴを摂取している場合の線量評価には使えない。しかし、後述するように、血中トリチウム濃度を測定することにより、体内ＯＢＴ濃度を推定することが出来る。
第二の方法は、人体内でのトリチウム動態についてのモデルを用いて、摂取されたトリチウム量から体内のFWTとＯＢＴ濃度とその時問的経緯を推定する方法である。このために、いくつかのモデルがこれまでに提案されている　11,12,13,14)。代表的なモデルを使って評価した結果を紹介する。

３．３．１ バイオアセイによるトリチウム被ばく線量の評価
　最初に、ＯＢＴも含めたトリチウムによる被ばく線量を評価するために使われる組織分布係数（Tissue Disribution Factor TDF ）の説明をしておこう。ＴＤＦは当初、動物実験の結果を解析するために、考案されたパラメーターであるが、ヒトでのトリチウム被ばくの場合にも使える　15)。トリチウムを一回取り込んだ動物（またはヒト）でのＴＤＦは以下のように定義される。血中濃度や、尿中濃度についても、この式を使って、組織中を血中、尿中に置き換えて使う。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

このＴＤＦを使うことにより、時刻Ｔ1（日）からＴ2（日）までの時間における被ばく線量（吸収線量（Ｇｙ）は）以下の式で表すことが出来る 15)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　ここで、Ｑ。＝体重あたりの初期摂取量（Ｂｑｇ-１）、ＴＤＰ（ｔ）＝時刻ｔにおけるＴＤｒ値である。
以下に、トリチウム水またはトリチウム標識アミノ酸混合物（以下ＴＡＡと書く。必須アミノ酸５種類）をマウスに一回投与した時の線量評価の例を示そう。図５には、トリチウム水投与後の残存曲線を示してある 16)。この場合には、ＯＢＴ投与の場合ほどの臓器に依存したトリチウム残存率の違いは見られない。一方、図６は、TAAへ投与後の尿、血液、全身における、トリチウム残存曲線である。
　このＯＢＴ摂取後の体内残存の様子は、トリチウム水を投与した場合とは、まったく異なっている。

　　　　　　　　　　

　血中濃度は、投与５５日後には、全身の平均濃度の約３倍になることがわかる。また、図がごちやごちやするので、この図には描かれていないが、脾臓、肝臓、精巣、脳などでのトリチウム濃度も血中に較べて低くなる。すなわち、血中のＯＢＴが臓器中のＯＢＴに較べて生物学的半減期が長い。このことから、体内の長期残留成分としてのＯＢＴ濃度を、安全側に評価する方法として血中濃度の測定が役にたつことがわかった。ただし、その理由はまだよくわかっていない。
上の二つの実験でわかったＴＤＥをもとに（１）式を用いて、体内トリチウムによる被ばく線量を求めてみよう。ただし、データのない部分については、指数関数的に変化すると仮定して計算する。
得られた結果を、図７にまとめて示してある。この図を見ると、トリチウム水を体内に取り込んだ場合とＯＢＴを取り込んだ場合との差が明白である。
　ＯＢＴ摂取の場合には、トリチウム摂敢の場合の２３倍の組織平均線量を与えていることがわかる（詳細については、拙論文（文献１５）を参照下さい）。ただし、ここで、注意すべきことは、この組織平均線量は、ここの放射線の標的分子（たとえばＤＮＡや酵素蛋白）に対する線量ではないことである。細胞内にこれらの生体高分子が、不均質に分布している場合に、トリチウムが結合した個々の生体高分子に対するミクロスケールでの線量はもっと大きくなるからである。このような、マイクロドジメトリーからみの話と、トリチウム体内動態モデルを使った線量評価については次回以降にゆずる。
　　　　　　　　


〔以下次号］


　　参考文献
1) Balonov,M.I. ; Mukusinova,K.N., and Mushkacheva,G.. Tritium radiological effects in mammals :Review of　experiments of the last decade in Russia.Health Phy.65;713-726(1993)
2) Mewissen,D.J. ;Furedi,M. ;Ugarte,A. ;Rust,J.H. Comparative incorporation of tritium from tritiated water versus tritiated tymidine, uridine and leucine.Current Topics in Radiation Research Quarterly 12 :225-254(1997)
3) Richmond,C.R.. ;Langham,W.H. Trujillo,T.T. Comparative metabolism of tritiated water by mammals. J.Cell. Comparative Physiol.59:45-53(1962)
4) Rodgers,D.W. Tritium dynamics in mice exposed to tritiated water and diET Health Phys.63 :331-337(1993)
5) Saito,M., Streffer,C., and Molls,M. Tritium distribution in newborn mice afte providing mother mice with drinking water containing tritiated thymidine. Radiation Res. 95: 273-297(1983)
7) Takeda,H. ;Kashida,Y. Biological behavior of tritium after administration of tritiated water in the rat. J.Radiat.Res.20 :174-185 (1979)
8) Rechalska,M. ; Szot,Z. The incorporation of organically-bound tritium of food into some organs of the rat. Int.Radiat.Biol.31:391-395(1977)
9) Saito,M, Estimation of absorbed dose in cell nuclei due to DNA-bound 3H. Health Phys. 48 :465-473 (1985)
10) Saito,M. A modified three-compartment model for tritium metabolism in man. Radiat.Protect.Dosim. 42 :17-24(1992)
11) Etnier,E.L. ;Travis,C.C.,Hetric,D.M. Metabolism of prganically bound tritium in man. Radiate.Res. 100 :487-502(1984)
12) Snyder,W.S. et al. :Uritary excretion of tritium following exposure of man to HTO-a two compartment model. Phys.13,547-559
13) Yoshida,S. and Takahashi,A. : tritium behavior and a modified three-compartment model in man. In Proceeding of the International Workshop on Environmental Behavior and Biological Effects of Tritium, p184-194,KURRI-KR-61,2000)
14) NCRP : NCRP Report No.63, Tritium and other radionuclide labeld organic compounds incorporated into genetic material (1979)
15) Saito,M. Blood tritium level as a conservative estimate of oft tissue dose after tritium injection in mice. Health Phys. 74 : 561-567(1998)
16) Saito,M. Dose absorbed by mouse red bone marrow after oral administration of tritiated water. Health Phys. 80,571(2001)