Toxicological Profile for Plutonium

64 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
1977).  Hamsters were also resistant to radiation-induced lung cancer following exposure to other alpha-
emitting radionuclides, such as radon and radon daughters (Agency for Toxic Substances and Disease 
Registry/EPA 1990). 
All cancer effect levels (CELs) for dogs and nonhuman primates exposed to aerosols of plutonium 
compounds are recorded in Table 3-3 and plotted in Figure 3-1. 
3.2.2 
Oral Exposure 
3.2.2.1   Death 
No studies were located regarding death or lifespan shortening in humans after oral exposure to 
plutonium. 
In neonatal rats, given a single 1.2x10
4 
kBq 
238
Pu /kg dose (as plutonium citrate) by gavage, 
45% mortality was observed by 2 weeks postexposure; no deaths were reported following dosing at 
3.7 kBq/kg (Fritsch et al. 1987). 
3.2.2.2   Systemic Effects 
No studies were located regarding respiratory, cardiovascular, hematological, musculoskeletal, hepatic, 
renal, or dermal/ocular effects in humans or animals after oral exposure to plutonium.  
Gastrointestinal Effects. 
No studies were located regarding gastrointestinal effects in humans after 
oral exposure to plutonium. 
Gastrointestinal effects were observed in neonatal rats following oral administration of 
238
Pu/kg (as 
plutonium citrate) by gavage (Fritsch et al. 1987).  Mild hypertrophy of the crypts of the small intestine, 
which form the secretions of the small intestine, was observed in the rats receiving a 5,300 kBq 
238
Pu/kg 
dose.  Total disappearance of epithelial cells and crypts, combined with intestinal hemorrhaging, was 
observed in rats that received 17,400 kBq 
238
Pu /kg (Fritsch et al. 1987).  Increased neutrophils were 
noted on the surface epithelium and superficial cellular layers of the large intestine in adult rats given 
155 μCi 
238
PuO
2
/kg (5,740 kBq/kg) (Sullivan et al. 1960).  This effect was noted at 3 (but not 6) days 
postexposure. 

---

65 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
No studies were located regarding the following health effects in humans or animals after oral exposure to 
plutonium: 
3.2.2.3   Immunological and Lymphoreticular Effects 
3.2.2.4   Neurological Effects 
3.2.2.5   Reproductive Effects 
3.2.2.6   Developmental Effects 
3.2.2.7   Cancer 
3.2.3 
Dermal Exposure 
3.2.3.1   Death 
No studies were located regarding death or the shortening of lifespan in humans or animals after dermal 
exposure to plutonium. 
3.2.3.2   Systemic Effects 
No studies were located regarding respiratory, cardiovascular, gastrointestinal, hematological, 
musculoskeletal, hepatic, renal, or dermal/ocular effects in humans or animals after dermal exposure to 
plutonium. 
No studies were located regarding the following health effects in humans or animals following dermal 
exposure to plutonium: 
3.2.3.3   Immunological and Lymphoreticular Effects 
3.2.3.4   Neurological Effects 
3.2.3.5  Reproductive Effects 
3.2.3.6   Developmental Effects 
3.2.3.7   Cancer 
3.2.4 
Other Routes of Exposure 
Numerous health effects studies are available for plutonium-injected animals.  Results of the injection 
studies support the findings from the inhalation studies.  For example, bone and liver tumors were 
observed in dogs exposed to aerosols of 
238
PuO
2 
or 
239
Pu(NO
3
)
4 
that resulted in toxicologically significant 

---

66 
PLUTONIUM 
3.  HEALTH EFFECTS 
systemic distribution of plutonium (see Section 3.2.1).  Similarly, bone and liver tumors were associated 
with intravenous injection of 
239
Pu (as plutonium citrate) in dogs (Lloyd et al. 1993, 1995a, 1999a, 1999b; 
Taylor et al. 1991).  Detected plutonium levels in testes and ovaries of mice intravenously injected with 
239
Pu (as the citrate) provide suggestive evidence that internalized plutonium could result in the irradiation 
of germ cells (Green et al. 1976, 1977).  However, Brooks et al. (1979) noted the lack of significantly 
increased frequency of chromosomal aberrations in spermatogonia of rodents following intravenous 
injection of 
239
Pu (as the citrate) at levels high enough to induce marked life shortening and increased 
cancer incidence.  Collectively, these results indicate that irradiation from internalized plutonium is not of 
particular reproductive toxicity concern. 
Because adequate information is available regarding health effects in animals following inhalation 
exposure to aerosols of plutonium compounds that resulted in toxicologically significant levels of 
internalized plutonium, the results of the injection studies are not presented in detail in this toxicological 
profile for plutonium. 
3.3   GENOTOXICITY 
Abundant information is available regarding the genotoxicity of ionizing radiation (refer to the 
Toxicological Profile for Ionizing Radiation for a detailed discussion of the genotoxic effects of various 
forms of ionizing radiation).  The genotoxicity of alpha radiation from plutonium sources has been 
investigated in various groups of plutonium workers, as well as in vivo animal studies and a variety of 
in vitro 
test systems.  Tables 3-4 and 3-5 present the results of in vivo and in vitro genotoxicity studies, 
respectively. 
Although epidemiological studies do not provide conclusive evidence that plutonium produces genetic 
damage in humans, results of some studies provide suggestive evidence of dose-related increases in 
chromosomal aberrations in plutonium workers with measurable internalized plutonium.  For example, 
Livingston et al. (2006) examined relationships between external radiation dose, internal radiation dose, 
and frequencies of chromosomal aberrations and micronuclei in peripheral blood lymphocytes of a group 
of 30 retired plutonium workers with dosimetrically-estimated internal and external radiation doses 
>0.5 Sv, another 17 workers with predominantly external radiation doses <0.1 Sv, and 21 control subjects 
with no history of occupational radiation exposure.  Frequency of chromosomal aberrations was 
positively correlated with the bone marrow dose (alpha radiation from internalized plutonium; 168 mSv 

---