Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM 
100 
3.  HEALTH EFFECTS 
Figure 3-5.  The Human Respiratory Tract Model:  Absorption into Blood 
Particulate Material 
Dissolution 
Dissociated Material 
Bound Material 
Uptake 
Blood 
Source:  ICRP 1994b 

---

PLUTONIUM
 
101 
3.  HEALTH EFFECTS 
(dissolution) of particles; then the dissolved molecules or ions diffuse across capillary walls and are taken 
up by the blood.  Immediately following dissolution, rapid absorption is observed.  For some elements, 
rapid absorption does not occur because of binding to respiratory-tract components.  In the absence of 
specific data for specific compounds, the model uses the following default absorption rate values for those 
specific compounds that are classified as Types F (fast), M (medium), S (slow), and V (instantaneous): 
•  
For Type F, there is rapid 100% absorption within 10 minutes of the material deposited in the BB, 
bb, and AI regions, and 50% of material deposited in ET
2
.  Thus, for nose breathing, there is rapid 
absorption of approximately 25% of the deposit in ET; for mouth breathing, the value is 50%. 
•  
For Type M, about 70% of the deposit in AI reaches the blood eventually.  There is rapid 
absorption of about 10% of the deposit in BB and bb, and 5% of material deposited in ET
2
.  Thus, 
there is rapid absorption of approximately 2.5% of the deposit in ET for nose breathing, and 
5% for mouth breathing. 
•  
For Type S, 0.1% is absorbed within 10 minutes and 99.9% is absorbed within 7,000 days, so 
there is little absorption from ET, BB, or bb, and about 10% of the deposit in AI reaches the 
blood eventually. 
•  
For Type V, complete absorption (100%) is considered to occur instantaneously. 
ICRP (1996a) classifies insoluble plutonium oxides as Type S and recommends assigning all other 
plutonium aerosols to Type M in the absence of specific information supporting an alternative 
classification. 
ICRP (1994a) Plutonium Biokinetics Model 
Description of the Model. 
ICRP (1990, 1994a) developed a compartmental model of the kinetics of 
ingested plutonium in humans that is applicable to infants, children, adolescents, and adults.  The model 
is a modification and expansion of a similar model for plutonium (DOE/EPA 1984), described by Leggett 
(1985).  The fraction of ingested plutonium that is absorbed (uptake to blood) is assumed to vary by 
chemical form and age (Table 3-8).  Absorbed plutonium enters the blood plasma where it distributes to 
the skeleton, liver, and other tissues (Figure 3-6).  Excretion pathways included in the model are plasma 
to urine and feces, including transfers to gastrointestinal tract from blood and liver.  Transfer rate 
coefficients between compartments are age-specific and, depending on the specific coefficient, values can 
change at ages 3 months, 1, 5, 10, and 15 years, and adult (>15 years) (Table 3-8). 

---

PLUTONIUM 
102 
3.  HEALTH EFFECTS 
Table 3-8.  Parameters of ICRP (1994a) Model 
of Plutonium Biokinetics in Humans
a 
Age 
Parameter
b 
3 months  1 year 
5 years 
10 years 
15 years 
Adult 
Soft tissue (ST0) to 
6.93x10
-1 
6.93x10
-1 
6.93x10
-1 
6.93x10
-1 
6.93x10
-1 
6.930x10
-1 
blood 
Soft tissue (ST1) to 
4.75x10
-4 
4.75x10
-4 
4.75x10
-4 
4.75x10
-4 
4.75x10
-4 
4.75x10
-4 
blood 
Soft tissue (ST2) to 
1.9x10
-5 
1.9x10
-5 
1.9x10
-5 
1.9x10
-5 
1.9x10
-5 
1.9x10
-5 
blood 
Cortical/trabecular 
7.6x10
-3 
7.6x10
-3 
7.6x10
-3 
7.6x10
-3 
7.6x10
-3 
7.6x10
-3 
bone marrow to blood 
Other kidney tissue to  1.39x10
-3 
1.39x10
-3 
1.39x10
-3 
1.39x10
-3 
1.39x10
-3 
1.39x10
-3 
blood 
Liver (2) to blood 
2.11x10
-4 
2.11x10
-4 
2.11x10
-4 
2.11x10
-4 
2.11x10
-4 
2.11x10
-4 
Gonads to blood 
1.9x10
-4 
1.9x10
-4 
1.9x10
-4 
1.9x10
-4 
1.9x10
-4 
1.9x10
-4 
Blood to soft tissue 
2.773x10
-1 
2.773x10
-1 
2.773x10
-1 
2.773x10
-1 
2.773x10
-1 
2.773x10
-1 
(ST0) 
Blood to soft tissue 
8.06x10
-2 
8.06x10
-2 
8.06x10
-2 
8.06x10
-2 
8.06x10
-2 
8.06x10
-2 
(ST1) 
Blood to soft tissue 
1.29x10
-2 
1.29x10
-2 
1.29x10
-2 
1.29x10
-2 
1.29x10
-2 
1.29x10
-2 
(ST2) 
Blood to trabecular 
2.264x10
-1 
2.264x10
-1 
1.941x10
-1 
1.941x10
-1 
1.941x10
-1 
1.941 x10
-1 
surface 
Blood to cortical 
2.264x10
-1 
2.264x10
-1 
1.941x10
-1 
1.941x10
-1 
1.941x10
-1 
1.294x10
-1 
surface 
Trabecular surface to  8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.81x10
-3 
1.32x10
-3 
9.59x10
-4 
2.47x10
-4 
volume 
Cortical surface to 
8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.53x10
-3 
9.04x10
-4 
5.21x10
-4 
4.11x10
-5 
volume 
Trabecular surface to  8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.81x10
-3 
1.32x10
-3 
9.59x10
-4 
4.93x10
-4 
marrow 
Trabecular volume to  8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.81x10
-3 
1.32x10
-3 
9.59x10
-4 
4.93x10
-4 
marrow 
Cortical surface to 
8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.53x10
-3 
9.04x10
-4 
5.21x10
-4 
8.21x10
-5 
marrow 
Cortical volume to 
8.22x10
-3 
2.88x10
-3 
1.53x10
-3 
9.04x10
-4 
5.21x10
-4 
8.21x10
-5 
marrow 
Blood to other kidney  3.23x10
-3 
3.23x10
-3 
3.23x10
-3 
3.23x10
-3 
3.23x10
-3 
3.23x10
-3 
tissue 
Blood to liver (1) 
6.47x10
-2 
6.47x10
-2 
1.294x10
-1 
1.294x10
-1 
1.294x10
-1 
1.941x10
-1 
Liver (1) to liver (2) 
1.77x10
-3 
1.77x10
-3 
1.77x10
-3 
1.77x10
-3 
1.77x10
-3 
1.77x10
-
3 
Blood to testes 
1.3x10
-5 
1.9x10
-5 
2.2x10
-5 
2.6x10
-5 
2.1x10
-4 
2.3x10
-4 

---