Toxicological Profile for Plutonium

31 
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: Kreisheimer et al. 2003 
Period: 1948–1999 
Design: retrospective cohort 
Subjects: male workers at Mayak 
Production Association (n=4,212) 
hired during the period 1948–1958 
Outcome measures: lung cancer 
mortality 
Analysis: excess relative risk per 
plutonium dose unit (Gy, Sv) 
(general linear regression models, 
adjusted for age and multiplicative 
interaction with smoking) 
Reference: Shilnikova et al. 2003 
Period: 1949–1997 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at Mayak 
Production Association (n=21,557, 
24.2% female) employed during the 
period 1948–1972 
Outcome measures: cancer mortality 
Analysis: regression models, 
(adjusted for age, gender, year of 
death, age at hire) 
Reference: Tokarskaya et al. 2006 
Period: 1972–1999 
Design: retrospective case-control 
Subjects: workers at Mayak 
Production Association (n=44 
cases); controls (n=111) workers not 
exposed to plutonium matched for 
year of birth, gender, year of starting 
work, work assignment 
Outcome measures: liver cancer 
morbidity 
Analysis: OR for plutonium liver 
dose (Gy) (logistic regression model, 
adjusted for alcohol consumption, 

-radiation dose) 
Pu lung dose (Gy) 
Pu production 
0.450 
Radiochemical 
0.140 
Reactor 
Not reported 
Pu body burden 
2.9–18.5 kBq 
Cumulative lung Pu dose: 
0.28–1.92 Gy 
(hired 1948–1954) 
Pu liver dose 
Quartile 
(Gy) 
1st 
0 
2nd 
0–0.07 
3rd 
>0.07–0.54 
4th 
>0.54–16.9 
Significant ERR for lung cancer mortality: 
ERR unit 
ERR (95% CI) 
ERR per Gy 
ERR per Sv (assuming 

-radiation quality 
factor=20) 
4.50 (3.15–6.10) 
0.23 (0.16–0.31) 
Increased risk of plutonium cancers (i.e., lung,
 
liver or skeletal) in association with increased
 
internal exposure (p<0.001).  Increased risk of
 
leukemia in association in increasing external
 
gamma radiation dose (p=0.04), but not for
 
internal exposure to plutonium.
 
Significant ORs for liver cancers:
 
Pu liver dose (Gy) 
OR (95% CI)
 
All liver cancers 
0–2.0 
1.0 (reference) 
>2.0–16.9 
11.3 (3.6–35.2) 
Hemiangiosarcomas 
0–2.0 
1.0 (reference) 
>2.0–5.0 
41.7 (4.6–333) 
>5.0–16.9 
62.5 (7.4–500) 

---

32 
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
 
United Kingdom: 
Reference: Carpenter et al. 1998 
Period: Before 1976–1988 
Design: retrospective cohort 
Subjects: workers at U.K. nuclear 
facilities during the period before 
1976–1980 (n=40,761, 
3,366 females). Plutonium worker 
cohort consisted of 12,498 workers 
ever monitored for plutonium 
exposure 
Outcome measures: cancer mortality 
Analysis: mortality incidence rates in 
workers monitored for plutonium 
exposure compared to workers not 
monitored (adjusted for age, gender, 
year of death, social class) 
Reference: McGeoghegan et al. 
2003 
Period: 1947–1998 
Design: retrospective cohort 
Subjects: female workers ever 
employed at Sellafield plant 
(n=6,376). Plutonium worker cohort 
consisted of 5,203 workers ever 
monitored for plutonium exposure 
Outcome measures: mortality and 
cancer morbidity 
Analysis: mortality and morbidity 
incidence rates in plutonium workers 
compared to other radiation and 
non-radiation workers 
Not reported 
Pu internal lung radiation 
dose: 
Dose (mSv) 
Mean 
3.45 
Median 
1.59 
Maximum 
178 
5th% 
0.36 
95th% 
8.89 
MRR for workers monitored for plutonium were 
not significant (monitored compared to not 
monitored): 
Category 
MRR (95% CI) 
All cancers 
1.01 (0.90–1.13) 
Lung and bronchus 
cancer 
1.18 (0.97–1.42) 
Pleura cancer 
1.97 (0.71–5.49) 
Liver and gall bladder 
cancer 
2.00 (0.59–6.38) 
Bone cancer 
1.01 (0.12–7.35) 
Trends for all cancers were statistically 
significant (p<0.05), while those for lung and 
bronchus cancer were not: 
Years since 
MRR lung and 
first 
MRR 
bronchus 
monitored 
all cancers* 
cancer 
<10 
0.79 
0.95 
10–19 
0.95 
1.26 
≥
20 
1.20 
1.26 
Number of 
years 
monitored 
MRR 
all cancers* 
MRR lung and 
bronchus 
cancer 
<10 
0.85 
1.09 
10–19 
0.92 
0.99 
≥
20 
1.15 
1.45 
Significant (p<0.05) MRR for plutonium 
workers compared to other radiation workers 
(CIs not reported) with no significant trends 
with organ-specific plutonium radiation doses: 
MRR (*p<0.01; 
Category 
**p<0.05)
 
Mortality
 
All deaths 
2.20*
 
All cancers 
3.30*
 
Breast cancer 
3.77**
 
Circulatory disease 
2.18**
 
Ischemic heart 
5.46*
 
disease 
Respiratory tract 
4.05 
disease 
Digestive system 
0.65 
disease 
Morbidity 
Breast cancer 
2.61** 

---