Toxicological Profile for Plutonium

29 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
Table 3-2.  Summary of Human Epidemiology Studies of Health Effects of 
Plutonium
 
Reference, study location,
 
period, and study description  Dose measurement
a 
Findings and interpretation
 
Reference: Wing et al. 2004 
Location: Hanford, Washington 
Period: 1944–1994 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at the Hanford 
plant (n=26,389, 8,145 females) who 
were hired during the period 1944– 
1978. Plutonium worker cohort 
consisted of workers in routine 
plutonium-associated jobs (n=3,065) 
or non-routine jobs (n=8,266). 
Outcome measures: cancer mortality 
Analysis: multivariate regression to 
test association between length of 
employment in jobs with plutonium 
exposure potential and mortality rate 
(covariates: age, race, gender, birth 
date, socioeconomic status, 
employment status) 
Russia: 
Reference: Gilbert et al. 2004 
Period: 1955–2000 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at Mayak 
Production Association (n=21,790, 
5,332 female) employed during the 
period 1948–1972 
Outcome measures: lung cancer 
mortality 
Analysis: risk per unit of plutonium 
radiation dose (Poisson regression 
models, adjusted for age, gender, 
year of death, age at hire) 
Not reported 
Pu lung dose 
(Gy) 
n 
1,560 (25%) 
>0–0.2 
3,688 (60%) 
>0.2–1.0 
688 (11%) 
>1.0–3.0 
163 (2.6%) 
>3.0–5.0 
39 (0.6%) 
>5.0 
55 (0.9%) 
mean: 0.24 Gy (lung) 
mean: 1.84 kBq (body) 
Workers in the plutonium-associated jobs 
category had lower death rates from all 
cancers, cancers of the lung, and “plutonium­
cancers” (lung, liver, bone, and connective 
tissue) than other Hanford workers. Trends for 
increased mortality and duration of routine 
plutonium-associated jobs were as follows: 
Percent increase (
± 
SE) in 
mortality per year in 
plutonium jobs (LRT for trend 
at 1 df; higher value means 
stronger association with job 
duration) 
Age <50 years  Age 
≥
50 years 
Non-external  0.1
±
0.9 (0.01)  2.0
±
1.1 (3.37) 
deaths 
All cancers  -1.5
±
1.7 (0.79)  2.6
±
2.0 (1.60) 
Pu cancers  0.6
±
0.05 (0.05)  4.9
±
3.3 (2.17) 
(lung, liver, 
skeletal, 
lymphatic) 
Lung cancers -1.0
±
2.7 (0.14)  7.1
±
3.4 (4.06) 
Cancer mortality risk was linearly related to 
plutonium radiation dose.  Excess relative risk 
per Gy declined strongly with attained age 
(Gilbert et al. 2004). Increased ERR for lung 
cancer mortality in association with increasing 
lung dose (per Gy attained at age 60 years): 
Lung dose 
RR males 
RR females 
(Gy) 
(95% CI) 
(95% CI) 
>0–0.2 
1.4 (1.0–1.8)  0.91 (<0.91– 
3.1) 
>0.2–1.0 
2.4 (1.5–3.6)  16 (6.1–37) 
>1.0–3.0 
10 (6.3–15) 
>3.0–5.0 
19 (9.5–35) 
>1.0–5.0 
15 (3.0–38) 
>5.0 
33 (14–67) 
250 (110–660) 
ERR per Gy  4.7 (3.3–6.7)  19 (9.5–39) 
lung dose 
ERR per Sv 
0.23 (0.16– 
0.93 (0.46– 
lung dose 
0.33) 
1.9) 
ERR per Gy  3.9 (2.6–5.8)  19 (7.7–51) 
lung dose 
(for subjects 
with 
smoking 
data, 
adjusted for 
smoking) 

---

30 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
Table 3-2.  Summary of Human Epidemiology Studies of Health Effects of 
Plutonium
 
Reference, study location,
 
period, and study description  Dose measurement
a 
Findings and interpretation
 
Reference: Gilbert et al. 2000 
Period: 1948–1996 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at Mayak 
Production Association (n=11,000) 
hired during the period 1948–1958 
Outcome measures: liver cancer 
mortality 
Analysis: relative risk for plutonium 
body burden (general linear 
regression model adjusted for age, 
gender, year of death, external 
radiation) 
Reference: Jacob et al. 2005 
Period: 1948–1998 
Design: retrospective cohort 
Subjects: male workers at Mayak 
Production Association (n=5,058) 
employed during the period 1948– 
1972 
Outcome measures: lung cancer 
mortality 
Analysis: excess relative risk per 
plutonium dose unit (Sv) 
(mechanistic multistage regression 
model, adjusted for age and 
multiplicative or sub-multiplicative 
interaction with smoking) 
Reference: Koshurnikova et al. 2000 
Period: 1948–1996 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at Mayak 
Production Association (n=11,000) 
hired during the period 1948–1958 
Outcome measures: bone cancer 
mortality 
Analysis: relative risk for plutonium 
body burden (general linear 
regression model adjusted for age, 
gender, year of death, external 
radiation) 
Pu body burden (kBq) 
Males 
3.78 
Females 
6.05 
Pu liver dose (Gy) 
Males 
0.47
 
Females 
0.88
 
n=2,207 (monitored)
 
Pu lung dose (Sv)
 
mean (range)
 
All plants 
3.0 (0–24)
 
Pu production  8.7 (0–81)
 
Radio-
chemical 
2.5 (0–15) 
Reactor 
0.04 (0–0.40) 
Pu body burden (kBq) 
Males 
3.78 
Females 
6.05 
Pu bone surface dose (Gv) 
Males 
2.99 
Females 
5.56 
n=2,207 (monitored) 
Bone surface dose from 
Gilbert et al. (2000) 
Significantly increased RR within highest 
plutonium body burden stratum: 
Pu body 
burden 
(kBq) 
RR males 
(95% CI) 
RR females 
(95% CI) 
0–1.48 
1.4–7.40 
>7.4 
1.0 (reference) 
0.9 (0.1–3.2) 
9.2 (3.3–23) 
1.0 (reference) 
7.1 (0.9–59) 
66 (16–452) 
All workers 
>7.4 
17 (8.0, 26) 
Significant ERR for lung cancer mortality in 
association with plutonium dose (per Sv), 
adjusted for smoking: 
Smoking interaction 
ERR per Sv (95% CI) 
Multiplicative 
0.21 (0.15–0.35) 
Sub-multiplicative 
0.11 (0.08–0.17) 
Significantly increased RR for bone cancer 
mortality within highest plutonium body burden 
stratum: 
Pu body burden (kBq)  RR (95% CI) 
0–1.48 
1.0 (reference) 
1.48–7.40 
0.9 (0.05–5.5) 
>7.4 
7.9 (1.6–32) 

---