3.12.2 放射性碳的毒理学
3.12.2.1 辐射和化学特性
碳（carbon，C）的原子序数为6，在元素周期表中属ⅣA族。碳是化学性质相当稳定的一种非金属元素，主要价态为4价。任何形式的单质碳或含碳的可燃物质在空气中燃烧均可生成二氧化碳气体。
碳是自然界分布最广的元素之一，又是构成某些无机化合物及一切有机化合物不可缺少的成分。
碳有9 C～19 C共11种同位素，除12 C及13 C为稳定同位素外，其余的都是放射性同位素。其中以14 C与环境及人的关系最为密切，其次是11 C。
14 C的物理半衰期为5 730年，是纯β辐射源，释放的β粒子能量为0.156 MeV（100%），比活度为1.57×1011 Bq/g。
11 C的物理半衰期为20.38 min，在衰变过程中，释放正电子，能量为0.960 Me V。
14 C作为示踪剂，在医学及生物学领域中应用十分广泛。用14 C标记蛋白质、脂肪、氨基酸等，可观察这些物质在体内的代谢过程。用14 C标记某种药物，可观察其在体内的代谢行径及由体内的排除情况。近年来，快速、高效分离技术的发展，使短半衰期同位素标记化合物的合成成为可能。例如，11 C标记化合物用于临床进行符合测量和体外扫描，可提高测量的准确性及可靠性。加之它的半衰期短（20.38 min），患者接受的辐射剂量小，因此，14 C的医学应用正受到各国的重视。
不论是天然生成的还是人为因素造成的，凡是进入环境中的14 C都能在大气层或臭氧层中被氧化成14 CO2，然后借光合作用滞留在植物体内。大气层中的14 C向陆生植物的转移系数是1，陆生植物和海生植物（主要是浮游植物）对14 C的浓集比例是1∶9。植物体内的14 C可转移到动物体内。
14 C向人体的转移途径是：①人直接吸入环境中的14 CO2；②经口摄入含有14 C的动、植物性食品。对在1964—1965年期间所做的尸检资料的分析表明，人体内的14 C浓度比天然本底高50%。
需要指出的是，直接吸入人体内的14 CO2，其危险性较小，因为它在血液中与碳酸氢盐生成稳定性极差的Na H 14 CO 3，在体内的滞留量很少。但是，经口摄入的14 C化合物，在体内的滞留量将大大增加，与吸入相比，增加数十倍，乃至近百倍。因此，其构成的危险性值得引起重视。
3.12.2.2 体内代谢
（1）吸收
ICRP第30号出版物指出，吸入的放射性一氧化碳（CO），有40%被吸收入血，并立即与血红蛋白相结合，其余的60%被呼出。吸入的二氧化碳（包括放射性二氧化碳），100%被吸收入血。
大鼠实验表明，Na2 14 CO 3、K 2 14 CO 3和Na H 14 CO3自胃肠道的吸收率介于90%～100%；而Ca14 CO 3的吸收率不超过85%，且吸收速度也比较缓慢。此外，经口摄入的14 C标记的有机化合物，如14 C-葡萄糖、14 C-十八碳烯酸或14 C -奶油，自胃肠道的吸收率都是100%，前者的半吸收期为15 min，后两者分别是1.5 h和3 h。ICRP第30号出版物指出，食物中的碳，不论是放射性的还是稳定性的，自胃肠道的吸收率通常都超过90%。放射性碳标记的有机化合物自胃肠道的吸收率为100%。
（2）分布
碳是构成人体不可缺少的宏量元素之一。人体（按70 kg计）总碳含量为16 kg，脂肪组织、骨骼肌和骨骼的碳含量分别是9.6 kg、3.0 kg和0.7 kg。每天从食物和液体中摄入体内的碳为0.3 kg。据估计，每天随稳定性碳进入人体内的放射性14 C为100 Bq，人体内的14 C总活度为（34～36）×102 Bq，相当于人体内40 K总活度的50%，居第2位。
（3）排除
14 C的无机化合物，如碳酸盐和碳酸氢盐，自体内的排除主要是以14 CO2的形式由呼吸道呼出体外。其特点是不但排除速度快，而且数量多。大鼠或犬经口摄入K 2 14 CO 3、Ca14 CO 3和Na H 14 CO 3后4～24 h内，以14 CO 2形式排除的量占摄入量的73%～95%。14 C的有机化合物，如14 C葡萄糖、14 C-十八碳烯酸和14 C -奶油，在体内大部分被氧化生成14 CO2后随呼气排出体外，但排除速度较缓慢，数量也较少。例如，大鼠经口摄入14 C的有机化合物时，经过24 h，随呼气排除的量分别占摄入量的56%、30%和30%。
14 C亦可经乳汁排除少部分。例如，乳牛和母山羊经口摄入14C__葡萄糖（共5 d），在48 h内，乳汁中的14 C活度持续增高，于72 h达峰值，其后维持在这一水平上，相当于日摄入量的26%。在停止摄入后，乳汁中的14 C活度便迅速下降。
3.12.2.3 损伤效应
14 C的有机化合物在体内的滞留量比无机化合物多，带来的危险性也较大。另外，在估计14 C对机体的危害时，还必须考虑到它是参与机体碳代谢的一个长寿命放射性核素。
在14 C化合物的生物转化过程中，14 C可掺入DNA和RNA分子中。掺入DNA分子内的14 C，对DNA的损伤作用来自两个方面：一是14 C衰变时释放的β粒子产生的电离作用；二是14 C衰变后转变为14 N的转换突变效应。后者可使DNA分子中含有14 C的化学键发生断裂，造成基因点突变。这种突变仅仅与密码子的化学结构改变有关，并且一旦发生改变是很难进行修复的，或者根本不可能进行修复。
随着我国核能技术的快速发展，由人为因素造成的生物圈内14 C的蓄积所带来的危害是值得关注的。但是，与自然发病率及其他电离辐射源相比较，14 C的危害还是比较小的。(https://www.daowen.com)
1.放射毒理学的研究内容和研究意义是什么？
2.简述放射性核素的分布类型。
3.放射性核素分布和滞留的规律是什么？
4.放射性核素的作用机制和作用特点有哪些？
5.放射性核素内照射损伤的特点和分类有哪些？
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（周媛媛 王 进 蔡鹏飞 窦建瑞）