1.3 人体内における放射性炭素・トリチウム代謝に関する調査研究
Metabolism of Radiocarbon and Tritium in the Human Body
増田毅, 松下兼作, 多胡 靖宏, 高久雄一, 久松 俊一
環境影響研究部

Tsuyoshi MASUDA, Kensaku MATSUSHITA, Yasuhiro TAKO
Yuichi TAKAKU, Shun’ichi HISAMATSU
Department of Radioecology
Abstract
In the radiation safety assessment for nuclear facilities including the first commercial spent nuclear fuelreprocessing plant in Rokkasho, Japan, the internal doses of the pubic due to ingested 14C and tritium havebeen estimated using the dose conversion factors based on the simple ICRP metabolic models in the humanbody. Although the biological half-life of tritium water (HTO) in the human body was examined in several
cases, actual data on the metabolism of organic 14C and organically bound tritium (OBT) in diet are quite
limited. The objective of this research program is to establish experimentally the metabolic models of organic
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C and OBT in the human body for more realistic dose estimation. To obtain metabolic parameter values of14C, which are also utilized for OBT, we used the stable isotope 13C to label organic molecules in oral

administration experiments as a substitute for 14C.
Until FY 2017, various 13C-labeled nutrients were administered to volunteers, followed by measuring
the 13C concentration in their breath and hair as representatives of inorganic and organic excreta, respectively.
In FY2018, hair samples from volunteers administered with 13C-labeled phenylalanine or glucose weremeasured, and 13C-labeled peanut was administered to volunteers, followed by collecting breath and hairsamples. The breath samples were measured for 13C, and the hair samples will be analyzed in FY 2019. Allprocesses of the experiment were approved by the IES Review Board for Human Subject Experiments, andwritten informed consents were obtained from all volunteers.
A metabolic model was constructed based on our result for each nutrient. Data for 13C inventories in thebreath and hair samples were treated as representatives of inorganic and organic excretion. When the sum of13

C inventories via both excretions after correction of the digestive tract absorption ratio was lower than theadministered inventory, the differences between them was assumed as an undetected fraction, which had theresidence time of C in adipose tissue. The 50-year cumulative body burden for 14C was estimated by eachmodel for eight nutrients, and showed that the burden of monounsaturated and polyunsaturated fatty acids weredistinctly large among the nutrients. Contribution of undetected fraction to the burden was dominant forunsaturated fatty acids. We coupled eight metabolic models in series, which could estimate the retention of 14C
ingested in various nutritional compositions, and named it the IES model. The cumulative body burden for 50
y was estimated by the IES model for 1 Bq of 14C intake through uniformly contaminated foods having average
nutritional composition according to the National Health and Nutrition Survey by the Ministry of Health,Labour and Welfare, Japan. A large proportion of the result estimated by the IES model was contributed by theundetected fractions. Although the result by the IES model had a large error, it roughly agreed with the value

obtained by the ICRP model.
1. 目的

新たに選択した健常な日本人男性及び女性被験者

大型再処理施設の稼動に伴い排出される放射性炭各 3 名に、連続した 4 日間の昼食前に、それぞれ 13C素（14C）とトリチウム（3H）は、被ばく線量評価

標識ラッカセイを経口投与し、その後、呼気試料を上重要な核種である。現行の ICRP による C 及び継時的に採取して 13C 濃度を測定した。毛髪へ排泄

3H 経口摂取に対する内部被ばく線量換算係数は、される 13C の経時変化を得るためには、毛髪の成長人体内における代謝データの不足から極めて単純化速度が必要であり、実験終了前に 2 回目の追加投与された代謝モデルに基づいて求められている。そこを行った後に、毛髪を採取した。毛髪の成長速度はで、本調査では、実測データに基づき、有機放射性初回と 2 回目の投与期日と相当する濃度ピークの間炭素及び有機結合型トリチウム経口摂取に対する人隔から求める。全ての実験は環境科学技術研究所研体内代謝モデルを作成することを目的としている。

究倫理委員会により承認を受けて実施した。

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そのため、三大栄養素（脂質、蛋白質、及び炭水化物）の主要な構成要素を代表する 2 種類の脂肪酸、

3. 成果の概要

3 種類のアミノ酸、及び 1 種類の単糖を安定同位体

平成29年度に13C標識フェニルアラニン及びグルC で標識して被験者に投与し、投与後の代謝排泄コースを投与した被験者から採取した毛髪を分析し13データからそれぞれの代謝モデルを作成する。これ
らのモデルを、これまで得られているデータから同様に作成する各 1 種類の脂肪酸及びアミノ酸の代謝

13C濃度データを得た。それらのデータ及び平成29年度に取得した呼気中13C濃度データを用いて、13Cモデルと合わせて、摂取する食事の栄養素構成を考の排泄を記述するコンパートメントモデルを作成慮した放射性炭素代謝モデルを作成することを目標し、パラメータを最小二乗法により求めた。呼気ととしている。

毛髪に排泄される13Cをそれぞれ、無機態と有機態

平成 30 年度には 13C 標識フェニルアラニン及びとしての排泄として扱い、消化管吸収率による補正

グルコース投与後の毛髪中 CO 2 濃度を測定し、そを行った後に、これらを合わせた排泄量が投与量に13れぞれの標識体の代謝モデルを作成し、これまでに得られている各栄養素の実験結果から作成した同様のモデルと合わせて、放射性炭素代謝モデルを作成することを目標とし、さらに、モデルを検証するた

満たない場合には、それらの差分を非検出分とした。非検出分には代謝が遅い脂肪組織中炭素の滞留時間を与えて、体内残留量の推定が安全側になるよめに、13C 標識ラッカセイ投与後の呼気中 13CO 2 濃うに配慮した。単一栄養素構成成分についてのモデ度データを取得することを目標とした。

ルの概略をFig. 1に示しており、同様のモデルを全ての被検栄養素について作成した。

2. 方法

各栄養素の代謝モデルにより、それぞれの物質中

本調査では、呼気と毛髪に排泄される C をそれ13ぞれ、無機態と有機態としての排泄として扱い、13C標識物質を被験者に投与後、呼気と毛髪中の 13C 濃度を測定して、それぞれの排泄速度を推定している。
平成 29 年度に、13C 標識フェニルアラニンまたはグルコース投与後の呼気中 13CO 2 濃度データを得た
被験者群から採取した毛髪試料の 13C 濃度を測定し、それぞれの C 代謝モデルを作成した。
13の炭素1 Bq摂取後の50年積算負荷量を求めたとこ
ろ、不飽和脂肪酸（オレイン酸及びリノール酸）で他の標識物質より顕著に大きくなることが明らかとなった（Fig. 2）。これは、不飽和脂肪酸において非検出分の割合が大きいためである。
各栄養素の代謝モデルを並列に組み合わせることにより炭素代謝モデルを作成し、これをIES炭素代

0年度に実施する炭素代謝IESモデルの検証のために必要な呼気中13CO 2 濃度データ及び毛髪試料を取得した。

Monosaccharide

また、 C標識ラッカセイを被験者に投与し、H311350
Aromatic amino acid

大きかった。

100

Collagen material amino acid

いが、IESモデル推定値に非検出分が占める割合が150

Branched chain amino acid

IESモデルとICRPモデルの推定値間に大きな差はな

200

Major amino acid

行のICRPモデルによる推定値と合わせて示した。

250

Polyunsaturated fatty acid

取後の50年積算負荷量を求めた結果をFig. 3に、現300

Monounsaturated fatty acid

力し、食事中の炭素に一様に含まれる1 Bqの14C摂

350

Saturated fatty acid

養素摂取率に従って、各栄養素摂取率をモデルに入Cumulative body burden (Bq d)謝モデルとした。日本人の栄養摂取状況に基づく栄Fig. 2 Cumulative body burden for 50 years after aningestion of 1 Bq of 14C in nutrients estimatedby a metabolic model for each nutrient.
Open, filled, and hatched areas show the burden frominorganic excretion, organic excretion and undetected

Fig.1

Structure of the metabolic model foringested 13C.

Compartments of 13C: CDT, digestive tract; CBf andCBs, fast and slow compartments for inorganicexcretion, respectively; COf and COs, fast and slow
compartments for organic excretion; CND,compartment for undetected fraction. f1, absorption
ratio; dB, dBf, dO, dOf, distribution factors; kBf, kBs,kOf, kOs, kND, elimination rate constants.

Cumulative body burden(Bq d)

fraction, respectively.

100500IES

ICRP

Fig. 3 Cumulative body burden for 50 years after aningestion of 1 Bq of 14C intake throughuniformly contaminated foods having average
nutritional composition according to theNational Health and Nutrition Survey by
Ministry of Health, Labour and Welfare, Japan.
Open, filled, and hatched areas in the IES bar show theburden from inorganic excretion, organic excretion andundetected fraction, respectively.