Toxicological Profile for Plutonium

15 
PLUTONIUM 
2.  RELEVANCE TO PUBLIC HEALTH 
between mortality rates for liver disease, other than cancer, and exposures to plutonium among workers at 
these facilities. 
Elevated serum liver enzymes (indicative of adverse liver effects),were the most consistent indicators of 
non-neoplastic liver effects in dogs exposed to aerosols of 
238
PuO
2 
and 
239
Pu(NO
3
)
4 
at levels resulting in 
mean initial lung burdens ≥0.36 and ≥0.19 kBq/kg, respectively.  No consistent changes in serum liver 
enzymes were seen in 
239
PuO
2
-exposed dogs.  Although elevated liver enzymes may serve as indicators of 
hepatotoxicity, clinical signs of liver dysfunction (i.e., ascites, icterus clotting disorders) were not 
observed in the 
238
PuO
2
-exposed dogs. 
Musculoskeletal Effects. 
Possible associations between exposure to plutonium and mortality from 
bone disease (e.g., bone cancer) and other musculoskeletal diseases have been examined in studies of 
workers at U.S. plutonium production and/or processing facilities (Hanford, Los Alamos, Rocky Flats), as 
well as facilities in Russia (Mayak) and the United Kingdom (e.g., Sellafield).  Collectively, these studies 
have not found significant associations between mortality rates for bone or musculoskeletal disease, other 
than cancer, and exposures to plutonium among workers at these facilities.  Radiation osteodystrophy, 
observed in dogs with high intakes of plutonium, would be expected in humans following intake of large 
amounts of plutonium. 
Radiation osteodystrophy, characterized by peritrabecular fibrosis, osteosclerosis, and osteoporosis, was 
observed on necropsy in dogs exposed to 
238
PuO
2
.  The incidence and severity was dose-related and was 
seen at mean initial lung burdens as low as 1.17 kBq/kg; necrotic osteoblasts and empty lacunae near 
endosteal surfaces were observed at relatively high initial lung burdens.  Although osteodystrophy in 
238
PuO
2 
exposed dogs was often associated with bone tumors, it also occurred in the absence of bone 
tumors.  Radiation osteodystrophy has also been reported in dogs that inhaled 
239
Pu(NO
3
)
4
. 
Immunological Effects. 
Possible associations between exposure to plutonium and mortality from 
immunological or lymphoreticular diseases have been examined in studies of workers at plutonium 
production and/or processing facilities in the United States (Rocky Flats) and the United Kingdom 
(Sellafield).  Collectively, these studies have not found statistically significant associations between 
mortality rates from diseases of the immunological or lymphoreticular systems and exposures to 
plutonium among workers at these facilities. 

---

16 
PLUTONIUM 
2.  RELEVANCE TO PUBLIC HEALTH 
Histopathologic lesions of lymph nodes, particularly tracheobronchial lymph nodes, have been observed 
following exposure of dogs to aerosols of 
238
PuO
2
, 
239
PuO
2
, or 
239
Pu(NO
3
)
4
.  Fibrosis and loss of lung-
associated and mediastinal lymph nodes were observed in dogs exposed to 
238
PuO
2 
at levels resulting in 
mean initial lung burdens ≥10 kBq/kg.  Severity of non-neoplastic lesions was dose-related, progressing 
from lymphoid atrophy of medullary cords to significant lymph node atrophy with hypocellular scar 
tissue replacing lymphoid tissue.  Similar dose-related atrophy and fibrosis of lung-associated, 
mediastinal, sternal, and hepatic lymph nodes were observed in dogs exposed to 
239
PuO
2
.  Sclerotic lymph 
nodes were observed in the groups of 
239
Pu(NO
3
)
4
-exposed dogs with mean initial lung burdens 
≥5.91 kBq/kg, but lymph node lesions in these dogs were considered less severe than those observed in 
238
PuO
s
- or 
239
PuO
2
-exposed dogs. 
Results of studies on immunological function indicate that inhalation exposure to 
239
PuO
2 
impairs T-cell 
response to antigens, as indicated by decreased response to antigen.  A study detected accelerated aging of 
the T-cell response to mitogenic stimulation in dogs that had been exposed to 
239
PuO
2 
10 years earlier. 
Other reports of 
239
PuO
2
-induced effects from plutonium exposure include decreases in pulmonary 
alveolar macrophages in mice and depressed antibody-forming cells in hamsters. 
Cardiovascular Effects. 
Possible associations between exposure to plutonium and cardiovascular 
disease have been examined in studies of workers at production and/or processing facilities in the United 
Kingdom (Sellafield).  One study compared mortality rates between plutonium workers and other 
radiation workers within a cohort of Sellafield workers and found the mortality rate ratios were 
significantly elevated for cerebrovascular disease (1.27, p<0.05) in a cohort of Sellafield workers.  The 
cumulative internal uptakes of plutonium in the cohort were estimated to range from 0 to 12 kBq, with 
approximately 75% of the cohort having cumulative uptakes ≤250 Bq.  Another study compared mortality 
rates between plutonium workers and other radiation workers within a cohort of Sellafield workers and 
found that morality rate ratios for plutonium workers were significantly elevated for deaths from 
circulatory disease (2.18, p<0.05) and ischemic heart disease (4.46, p<0.01). 
No significant changes in cardiovascular function were seen in dogs exposed to 
239
PuO
2 
at initial lung 
burdens up to and including those resulting in radiation pneumonitis; observed right ventricular 
hypertrophy was most likely a compensatory response to decreased respiratory function. 
Gastrointestinal Effects. 
Gastrointestinal effects were observed in rats following oral administration 
of 
238
Pu/kg (as plutonium citrate) by gavage.  Effects included mild hypertrophy of the crypts of the small 

---