Toxicological Profile for Plutonium

49 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
The highest NOAEL values and all reliable LOAEL values for hematological effects in dogs and 
nonhuman primates exposed to aerosols of plutonium are recorded in Table 3-3 and plotted in Figure 3-1. 
Musculoskeletal Effects. 
Epidemiological Studies in Humans. 
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).  The most recent 
findings from these studies are summarized in Table 3-2.  Study outcomes for mortality (e.g., bone 
cancer) are described in Section 3.2.1.1 (Carpenter et al. 1998; Koshurnikova et al. 2000; McGeoghegan 
et al. 2003; Omar et al. 1999; Wiggs et al. 1994; Wing et al. 2004).  Collectively, these studies have not 
found statistically significant associations between mortality rates for noncancer bone or musculoskeletal 
disease and exposure to plutonium among workers at these facilities (McGeoghegan et al. 2003; Omar et 
al. 1999; Wiggs et al. 1994). 
Studies in Animals. 
Radiation osteodystrophy, characterized by peritrabecular fibrosis, osteosclerosis, 
and osteoporosis, was observed on necropsy in ITRI and PNL dogs exposed to 
238
PuO
2 
aerosols (Hahn et 
al. 1991a; Muggenburg et al. 1996; Park et al. 1997).  Although osteodystrophy in the 
238
PuO
2
-exposed 
ITRI dogs was often associated with bone tumors, it also occurred in the absence of bone tumors (Hahn et 
al. 1991a; Muggenburg et al. 1996).  In the 
238
PuO
2
-exposed PNL dogs, radiation osteodystrophy was 
observed at initial lung burdens ≥1.17 kBq/kg (Park et al. 1997).  The incidence and severity of 
osteodystrophy was dose-related and necrotic osteoblasts and empty lacunae near endosteal surfaces were 
observed at high (not otherwise specified) initial lung burdens (Park et al. 1997).  Radiation 
osteodystrophy has also been reported in dogs exposed to 
239
Pu(NO
3
)
4 
aerosols (DOE 1986b, 1989). 
Information on plutonium-induced bone tumors is reviewed in Section 3.2.1.7, Cancer. 
The highest NOAEL values and all reliable LOAEL values for musculoskeletal effects in each species 
and duration category are recorded in Table 3-3. 
The highest NOAEL values and all reliable LOAEL values for musculoskeletal effects in dogs and 
nonhuman primates exposed to aerosols of plutonium are recorded in Table 3-3 and plotted in Figure 3-1. 

---

50 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
Hepatic Effects. 
Epidemiological Studies in Humans. 
Possible associations between exposure to plutonium and mortality 
from liver disease (e.g., liver cancer) 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).  The most recent findings from these studies are 
summarized in Table 3-2.  Study outcomes for mortality (e.g., liver cancer) are described in 
Section 3.2.1.1 (Carpenter et al. 1998; Gilbert et al. 1989b, 2000; McGeoghegan et al. 2003; Omar et al. 
1999; Wiggs et al. 1994; Wing et al. 2004).  Collectively, these studies have not found statistically 
significant associations between mortality rates for noncancer liver disease and exposure to plutonium 
among workers at these facilities (McGeoghegan et al. 2003; Omar et al. 1999; Wiggs et al. 1994).  
Studies of liver cancer morbidity among Sellafield and Mayak workers are described in Table 3-2 and in 
greater detail in Section 3.2.1.7 (McGeoghegan et al. 2003; Omar et al. 1999; Tokarskaya et al. 2006). 
Studies in Animals. 
Adverse effects on the liver have been observed in dogs exposed to aerosols of 
plutonium.  Elevated serum liver enzymes and non-neoplastic liver lesions were noted in dogs exposed to 
238
PuO
2 
and 
239
Pu(NO
3
)
4
, and non-neoplastic liver lesions have been observed in dogs exposed to 
239
PuO
2
. 
In addition, bile duct hyperplasia was observed in dogs treated with 
238
PuO
2 
and 
239
Pu(NO
3
)
4
.  Although 
elevated liver enzymes and non-neoplastic liver lesions indicate are indicative of plutonium-induced 
hepatotoxicity, clinical signs of liver dysfunction (i.e., ascites, icterus, clotting disorders) have not been 
observed (Park et al. 1997; Weller et al. 1995b).  Information on plutonium-induced liver tumors is 
reviewed in Section 3.2.1.2, Cancer. 
Exposure of Dogs to 
238
PuO
2
. 
Elevated serum alkaline phosphatase (ALP) and alanine aminotransferase 
(ALT) was observed in 
238
PuO
2
-exposed ITRI and PNL dogs over the entire range of initial lung burdens 
(≥0.36 kBq/kg) (Muggenburg et al. 1996; Park et al. 1997; Weller et al. 1995b).  The increased enzyme 
activity exhibited a biphasic (early and late effects) response that was dependent on time and exposure 
level (Park et al. 1997; Weller et al. 1995a).  The time to occurrence was inversely related to initial lung 
burden, with elevations observed by 6–8 years postexposure in dogs with initial lung burden of 1 kBq/kg 
and in 4–6 years postexposure in dogs with higher initial lung burdens ( ≥5 kBq/kg) (Muggenburg et al. 
1996).  The most common non-neoplastic liver lesion was nodular hyperplasia (or adenomatous 
hyperplasia), followed by vacuolar degeneration (Muggenburg et al. 1996).  Periportal fibrosis and biliary 
fibrosis were also observed in 
238
PuO
2
-exposed dogs (Gillett et al. 1988). 

---