Pulmonary retention of actinides after dissolution of PuO₂ aerosols: interest in modelling DTPA decorporation

Rétention pulmonaire des actinides après dissolution d'aérosols de PuO₂ : intérêt dans la modélisation de la décorporation par le DTPA.

Laboratoire de Radiotoxicologie, CEA/DSV/iRCM/SREIT, B.P. 12, 91680 Bruyères-le-Châtel, France.

Received: 5 June 2007
Accepted: 22 January 2008

Abstract

This study estimates in terms of amount and localisation the pulmonary retention of dissociated Pu/Am in the rat for the first week following an inhalation exposure to industrial PuO₂ aerosols by combining standard biokinetic methods, quantitative analysis of contact autoradiograph obtained from lung section, and treatments by DTPA performed either in vivo or in vitro. The dissociated actinides mainly involved dissolved forms which are homogeneously distributed within lung parenchyma. Most of these chemical forms appears to come from the fraction (f_r) of radioelements which seems to dissolve before particles phagocytosis mainly by alveolar macrophages. Early pulmonary administration of dry diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) powder (+2 hours) decorporates ~90% of these actinide forms, whereas, a delayed treatment (+1 week) is far less efficient. By contrast, a similar extraction (~90%) of the dissolved actinides from lung sections of rat untreated by the chelating agent is measured after their incubation in a DTPA solution for both 2 hours and 7 days post-exposure times. These results can be explained by a gradual internalisation of a fraction of the early dissolved actinides (mainly Am) in alveolar cells, but not preferentially in alveolar macrophages, whereas the remaining fraction of dissolved actinides are transferred to blood. From these observations, a new model is proposed to help for interpretation of human bioassay data obtained after internal contamination and DTPA treatments.

Résumé

Le but de cette étude est d’estimer, en termes de quantité et de localisation, la rétention pulmonaire de formes dissociées de Pu/Am chez le rat durant la première semaine suivant une exposition à des aérosols de PuO₂ industriel en combinant des études biocinétiques conventionnelles, l’analyse quantitative d’autoradiographies par contact obtenues à partir de coupes de poumons, et des traitements par du DTPA effectués in vivo et in vitro. Ces formes, essentiellement générées après dissolution des particules, sont distribuées de manière homogène au sein du parenchyme pulmonaire et apparaissent issues de la fraction des éléments transuraniens qui se dissout rapidement (f_r) avant la phagocytose des particules de PuO₂, principalement par les macrophages alvéolaires. L’administration précoce (+2 heures) de poudres sèches d’acide diéthylène triamine penta-acetique (DTPA), par insufflation, permet de décorporer la plupart de ces formes d’actinides (~90 %), alors qu’un traitement différé (+1 semaine) apparaît moins efficace (~50 %). Il faut noter que les formes dissoutes ne représentent alors que 10 à 20 % de l’activité alpha totale retenue dans les poumons. En revanche, pour ces 2 temps post-inhalation, l’incubation de coupes de poumons de rats non traités in vivo par du DTPA, dans une solution de l’agent chélateur permet une extraction similaire des formes dissoutes (~90 %). Ces résultats peuvent être expliqués par une internalisation progressive d’une fraction des actinides solubilisés (principalement de l’Am) au sein des cellules du parenchyme alvéolaire qui n’intéresse pas préférentiellement les macrophages alvéolaires et par le transfert vers le sang de la fraction restante. Ces différentes observations permettent de proposer la structure d’un nouveau modèle qui pourrait être utile pour aider l’interprétation des données biologiques humaines recueillies après contamination interne accidentelle traitée par le DTPA.