ヨウ素131
ヨウ素131
一般的な
シンボル131私
名前ヨウ素131、放射性ヨウ素
陽子（Z）53
中性子（N）78
核種データ
半減期（t 1/2）8.0249日[ 1 ]
同位体質量130.906126 [ 2 ]ダ
スピン7/2+ [ 1 ]
崩壊生成物131キセノン
減衰モード
減衰モード崩壊エネルギー( MeV )
β − + γ0.971 [ 3 ]
ヨウ素の同位体核種の完全な表

ヨウ素131（1​​31 I、I-131）は、1938年にカリフォルニア大学バークレー校でグレン・シーボーグとジョン・リビングードが発見したヨウ素の放射性同位体である。 [ 4 ]放射性崩壊の半減期は約8日である。原子力、医療診断および治療手順、天然ガス生産に関連している。また、核分裂生成物中に存在する放射性同位体として重要な役割を果たしており、1950年代の野外原子爆弾実験やチェルノブイリ原発事故による健康被害の大きな原因であったほか、福島原発危機の最初の数週間の汚染被害の大部分を占めていた。これは、131 Iがウランとプルトニウムの主要な核分裂生成物であり、核分裂生成物全体の約3％を占めるためである（核分裂生成物収率を参照）。

ヨウ素 131 はベータ崩壊を起こし、透過した細胞だけでなく、数ミリ離れた細胞にも突然変異や細胞死を引き起こします。このため、高線量のヨウ素は低線量よりも危険性が低い場合があります。高線量では、放射線の影響でがん化するはずの甲状腺組織を死滅させる傾向があるからです。例えば、甲状腺腺腫の治療に中程度の線量の131 Iを投与された小児では甲状腺がんの増加が認められましたが、はるかに高い線量を投与された小児では増加は認められませんでした。[ 5 ]同様に、中程度の線量では 131 I の吸収に伴って甲状腺がんのリスクが直線的に増加するにもかかわらず、バセドウ病の治療に超高線量の 131 I を投与したほとんどの研究では甲状腺がんの増加は認められていません。[ 6 ]そのため、ヨウ素131は医療用途（特に小児）で少量投与されることはますます少なくなり、標的組織を殺す方法として（治療用途）、大量かつ最大限の治療用量でのみ使用されることが増えています。

ヨウ素131はガンマ線を強く放出するため、治療目的で投与される場合は核医学画像診断技術（ガンマカメラなど）で「見る」ことができます。しかし、ベータ線は同位体の「画像化」には寄与せず組織損傷を引き起こすため、画像診断のみが必要な場合には、ヨウ素123 （ヨウ素同位体を参照）など、より損傷の少ない放射性ヨウ素同位体の方が好まれます。ヨウ素131は、他のヨウ素放射性同位体と比較して費用が安いため、純粋に診断（すなわち画像診断）目的で使用されることもあります。 131 Iの低線量医療画像診断による甲状腺癌の増加は認められていません。131 Iが安価に入手できるのは、原子炉内で天然テルルに中性子を照射することで131 Iを比較的容易に生成し、その後、様々な簡単な方法（例えば、加熱して揮発性ヨウ素を除去するなど）で分離できるためです。一方、他のヨウ素系放射性同位元素は通常、加圧キセノンガスカプセルのサイクロトロン照射から始まる、はるかに高価な技術で生成されます。 [ 7 ]

ヨウ素131は、最も一般的に使用されるガンマ線放射性工業トレーサーの一つでもあります。放射性トレーサー同位体は、水圧破砕流体に注入され、水圧破砕によって生じた亀裂の注入プロファイルと位置を特定するために用いられます。[ 8 ]

いくつかの研究では、医療治療で使用される量よりもはるかに少ない偶発的なヨウ素131の被曝が、核分裂生成物への被曝後の甲状腺がん増加の主な原因であると結論付けられています。 [ 9 ] [ 10 ]他の研究では相関関係は見つかりませんでした。[ 11 ] [ 12 ]

生産

131 I の生成の大部分は、原子炉内の天然テルル標的への中性子照射によるものです。天然テルルへの照射により生成されるのはほぼすべて131 I で、これは半減期が数時間以上（数百万年未満）の唯一の放射性核種です。これは、テルルの軽い同位体がより重い安定同位体、あるいは安定したアンチモンまたはヨウ素に変化するためです。しかし、天然に存在する最も重いテルル核種である130 Te（天然テルルの 34%）は中性子を吸収してテルル 131 になり、半減期 25 分でベータ崩壊して131 I になります。

テルル化合物は、酸化物としてイオン交換カラムに結合した状態で照射され、発生したヨウ素131はアルカリ溶液に溶出する。 [ 13 ]より一般的には、粉末状の元素テルルを照射し、その後、蒸気圧がはるかに高いヨウ素を乾留することでヨウ素131を分離する。その後、この元素を標準的な方法で弱アルカリ性溶液に溶解し、ヨウ化物と次亜ヨウ素酸塩（すぐにヨウ化物に還元される）としてヨウ素131を生成する。 [ 14 ]

ヨウ素131はウラン235から2.878%の収率で生成される核分裂生成物であり[ 15 ]、核兵器実験や原子力事故で放出される可能性がある。しかし、半減期が短いため、冷却された使用済み核燃料中に大量に存在することはない。一方、ヨウ素129の半減期はヨウ素131の約10億倍である。

いくつかの原子力発電所からは少量が大気中に放出されている。[ 16 ]

放射性崩壊

ヨウ素131の崩壊図（簡略化）

131 Iは半減期8.0249日[ 1 ]で崩壊し、ベータ粒子とガンマ線を放出します。最も多く（89%）の崩壊は、 971 keVの崩壊エネルギーを2段階で安定なキセノン131に変換することで発生します。この段階ではベータ崩壊の直後にガンマ崩壊が起こります。

私53131⟶β+ν¯e+54131ゼー∗+606ケブボルト{\displaystyle {\ce {^{131}_{53}I->\beta {}+{\bar {\nu }}_{e}+_{54}^{131}Xe^{\ast }{}+606keV}}}
ゼー∗54131⟶54131ゼー+γ+364ケブボルト{\displaystyle {\ce {^{131}_{54}Xe^{\ast }{}->_{54}^{131}Xe{}+\gamma {}+364keV}}}

したがって、ヨウ素131の崩壊によって放出される主な電子は、最大エネルギー606 keVの電子と364 keVのガンマ線である。[ 3 ]ベータ崩壊は反ニュートリノも生成し、これは様々な量のエネルギーを運び去る。電子は平均エネルギーが高い（典型的なベータ崩壊スペクトルでは190 keV）ため、組織への浸透は0.6～2 mmである。[ 17 ]

暴露の影響

1951年から1962年にかけてネバダ核実験場で行われたすべての大気圏内核実験による、あらゆる被曝経路から得られた米国本土の一人当たりの甲状腺被曝線量。疾病管理予防センター/国立がん研究所の研究では、核放射性降下物により約11,000人の過剰死亡が発生し、そのほとんどはヨウ素131への被曝に関連する甲状腺がんによるものだと主張している。 [ 18 ]

食品中のヨウ素は体内に吸収され、甲状腺の機能に必要な甲状腺に優先的に濃縮されます。放射性降下物によって環境中にヨウ素131が高濃度で存在する場合、汚染された食品を介して吸収され、甲状腺にも蓄積されます。ヨウ素は崩壊する際に甲状腺に損傷を与える可能性があります。ヨウ素131への曝露による主なリスクは、後年における放射線誘発性癌のリスク増加です。その他のリスクとしては、非癌性の腫瘍や甲状腺炎の可能性などがあります。[ 6 ]

被曝時の年齢が上がるにつれて、後年の甲状腺がんのリスクは減少するようです。リスク推定のほとんどは、小児または10代の若者が放射線被曝した研究に基づいています。成人が被曝した場合、疫学者にとって、甲状腺疾患の発生率に、同様の被曝歴を持つがそれ以外は被曝していない集団と比較して統計的に有意な差があることを検出することは困難でした。[ 6 ] [ 19 ]

リスクはヨウ素サプリメントの摂取によって軽減できます。ヨウ素サプリメントは体内のヨウ素総量を増加させ、顔や胸部への吸収・貯留を減少させ、放射性ヨウ素の相対的な割合を低下させます。しかし、このようなサプリメントは事故後、チェルノブイリ原子力発電所に最も近い住民には一貫して配布されませんでした[ 20 ]。一方、ポーランドの子どもたちには広く配布されました。

アメリカ合衆国において、ヨウ素131の降下物による被曝量が最も高かったのは、1950年代から1960年代初頭にかけて、地上核実験によって汚染された牛乳を飲んだ子供たちでした。[ 9 ]国立がん研究所は、ヨウ素131の降下物による被曝による健康影響に関する追加情報[ 21 ]と、1971年以前に生まれた人々の個別の推定値をアメリカ合衆国の3070郡ごとに提供しています。これらの計算は、ネバダ核実験場で行われた核実験による降下物に関する収集データに基づいています。[ 22 ]

2011年3月27日、マサチューセッツ州公衆衛生局は、マサチューセッツ州で採取された雨水サンプルからヨウ素131が極めて低濃度で検出されたと報告しました。これは福島第一原子力発電所に由来する可能性が高いとされています。[ 23 ]原発付近の農家は生乳を廃棄しましたが、米国での検査では牛乳サンプルから1リットルあたり0.8ピコキュリーのヨウ素131が検出されましたが、放射線量はFDAが定める「介入レベル」の5000分の1でした。放射線量は比較的急速に低下すると予想されていました。[ 24 ]

治療と予防

ヨウ素 131 への曝露を防ぐ一般的な治療法は、ヨウ化物塩またはヨウ素酸塩 として、通常の安定したヨウ素 127 を甲状腺に飽和させることです。

医療用途

褐色細胞腫の腫瘍は、体の中心部（左副腎）に暗い球体として現れます。この画像はMIBGシンチグラフィーによるもので、MIBG中の放射性ヨウ素からの放射線によって腫瘍が映し出されています。同じ患者の正面と背面から撮影された2枚の画像があります。首の甲状腺の画像は、放射性ヨウ素含有薬剤の分解後、甲状腺が放射性ヨウ素（ヨウ化物として）を望ましくなく取り込んだ結果です。頭側への集積は、唾液腺の交感神経要素がI-131 mIBGを取り込んだ結果です。メタ[I-131]ヨードベンジルグアニジンは、アドレナリン遮断薬グアネチジンの放射標識類似体です。[ 25 ]放射能は肝臓に取り込まれ、腎臓から排泄されて膀胱に蓄積されることでも確認されています。

ヨウ素131は、核医学における非密封線源放射線療法で様々な疾患の治療に用いられています。また、ガンマカメラによる診断画像診断でも検出可能ですが、診断目的のみで用いられることは稀で、通常は治療用量を投与した後に画像診断が行われます。[ 26 ]ヨウ化物塩としてのヨウ素131の使用は、甲状腺の正常細胞によるヨウ素の吸収機構を利用しています。

甲状腺中毒症の治療

131 Iの主な用途には、バセドウ病による甲状腺中毒症(甲状腺機能亢進症)の治療や、ときに甲状腺機能亢進結節 (悪性ではないが異常に活動している甲状腺組織) の治療が含まれる。バセドウ病による甲状腺機能亢進症の治療に放射性ヨウ素を使用する治療は、 1941 年にSaul Hertzによって初めて報告された。投与量は通常、外来診療で経口投与 (液体またはカプセル) され、通常は 400～600メガベクレル(MBq) である。[ 27 ]放射性ヨウ素 (ヨウ素 131) 単独では、治療後の最初の数日間は甲状腺中毒症を悪化させる可能性がある。治療の副作用の 1 つは、最初の数日間は甲状腺機能亢進症の症状が悪化することである。これは、放射性ヨウ素が甲状腺細胞を破壊すると、細胞が血流に甲状腺ホルモンを放出する可能性があるためである。このため、患者はメチマゾールなどの甲状腺機能抑制薬で前治療したり、プロプラノロールなどの対症療法を受けたりすることがあります。放射性ヨウ素療法は授乳中および妊娠中は禁忌です[ 28 ]。

甲状腺がんの治療

ヨウ素131は、甲状腺中毒症よりも高用量で、甲状腺癌の治療のための甲状腺全摘出術後に残存甲状腺組織を除去するために使用されます。[ 29 ] [ 27 ]

アブレーションのためのI-131の投与

ヨウ素131の典型的な治療線量は2220～7400メガベクレル（MBq）です。[ 30 ]この高い放射能と、溶解していないカプセルの近くでは胃組織のベータ線被曝量が高くなるため、ヨウ素131は少量の液体でヒト患者に投与されることがあります。この液体の投与は通常、ストローを用いて遮蔽容器から液体をゆっくりと慎重に吸い上げます。[ 31 ]動物（例えば甲状腺機能亢進症の猫）への投与は、実用上の理由から、同位元素は注射で投与する必要があります。欧州のガイドラインでは、「患者にとってより容易で、介護者にとってより優れた放射線防護効果」を理由に、カプセル投与が推奨されています。[ 32 ]

治療後の隔離

アブレーション線量は通常入院患者に対して投与され、IAEA国際基本安全基準では、放射能が1100MBqを下回るまで患者を退院させないことを推奨している。[ 33 ] ICRPの勧告では、放射性核種治療を受けている患者の「付き添いや介護者」は線量拘束値の設定上、一般市民として扱われるべきであり、患者に対するあらゆる制限はこの原則に基づいて設計されるべきであるとされている。[ 34 ]

ヨウ素131（I-131）治療を受ける患者は、1ヶ月間（投与量によってはそれより短い期間）性交を控えるよう警告される可能性があり、女性はその後6ヶ月間妊娠しないよう指示される。「これは、残留放射能の量は少なく、放射性ヨウ素治療による実際のリスクを医学的に証明するものがないにもかかわらず、胎児の発育に対する理論的なリスクが存在するためです。このような予防措置により、胎児の放射能への直接的な被曝は実質的に排除され、放射性ヨウ素被曝によって理論上損傷を受けた可能性のある精子による妊娠の可能性は著しく低下します。」[ 35 ]これらのガイドラインは病院によって異なり、国の法律やガイドライン、そして投与される放射線量によって異なります。放射線レベルが高い間は子供を抱きしめたり抱っこしたりしないよう勧告する病院もあり、他の人とは1～2メートルの距離を保つことを推奨する場合もあります。[ 36 ]

投与後数週間かけてヨウ素131は体内から排出されます。その大部分は3～5日で自然崩壊、汗や尿による排泄によって体外に排出されます。その後数週間は、体内でヨウ素131から生成された甲状腺ホルモンが処理されるにつれて、少量が放出され続けます。このため、治療を受けた人が使用したトイレ、洗面台、シーツ、衣類は定期的に清掃することが推奨されます。また、患者は常にスリッパまたは靴下を着用し、他の人との長時間の密着接触を避けるように指導される場合もあります。これにより、家族、特に子供による偶発的な被曝を最小限に抑えることができます。[ 37 ]放射性ヨウ素除去専用の除染剤の使用が推奨される場合があります。放射性ヨウ素元素ガスが放出される可能性があるため、塩素系漂白剤溶液や塩素系漂白剤を含む洗剤を清掃に使用することは推奨されません。[ 38 ]空気中のヨウ素131は、間接被曝のリスクを高め、広範囲に汚染を広げる可能性があります。患者は、家族への意図しない被曝を防ぐため、可能であれば浴室と隣接した部屋に滞在することをお勧めします。

多くの空港には、放射性物質の密輸を検知するための放射線検出器が設置されています。患者は、ヨウ素131による治療後95日までは、飛行機で旅行する場合、空港の放射線検出器が反応する可能性があることを警告されるべきです。 [ 39 ]

その他の治療用途

131 I同位体は、治療に用いられる特定の放射性医薬品の放射性標識としても用いられます。例えば、褐色細胞腫や神経芽腫の画像診断および治療に用いられる131 I-メタヨードベンジルグアニジン（131 I-MIBG）などが挙げられます。これらの治療用途において、131 Iは短距離ベータ線によって組織を破壊します。組織への放射線損傷の約90%はベータ線によるもので、残りはガンマ線（放射性同位体からより遠距離）によるものです。131 Iはガンマ線放出体でもあるため、治療に使用された後には診断スキャンで確認することができます。

診断用途

少量のヨウ素131は甲状腺にベータ線を照射すると発がん性があるため、診断のみに主に使用されることはほとんどありません（ただし、この同位元素は比較的容易に製造でき、費用も低かったため、過去には診断目的で使用されることが多かった）。代わりに、より純粋にガンマ線を放出する放射性ヨウ素であるヨウ素123が診断検査（甲状腺の核医学スキャン）に使用されています。半減期の長いヨウ素125は、診断に半減期の長い放射性ヨウ素が必要な場合や、ベータ線成分を含まない低エネルギーガンマ線を照射する密封小線源治療（小さな種子状の金属カプセルに同位元素を封入）に使用されることもあります。密封小線源治療では、ヨウ素125が有用です。その他のヨウ素放射性同位元素は密封小線源治療には使用されません。

医療用同位元素としての131 Iの使用は、カナダとアメリカの国境を通過する際にバイオソリッドの定期的な輸送が拒否される原因であるとされている。 [ 40 ]このような物質は医療施設から直接下水道に流入する可能性があり、また治療後に患者から排泄されることによって流入する可能性がある。

産業用放射性トレーサーの用途

ヨウ素131は、1951年にドイツのミュンヘンの飲料水供給システムの漏洩箇所を特定するために初めて使用され、同位体水文学や漏洩検知に応用され、最も一般的に使用されるガンマ線放出工業用放射性トレーサーの1つになりました。 [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]

1940年代後半から、石油業界では放射性トレーサーが使用されてきました。地表で標識を付けた水は、適切なガンマ線検出器を用いて坑井底まで追跡され、流量を測定し、地下からの漏出を検出します。ヨウ素131は、ヨウ化ナトリウム水溶液中で最も広く使用されている標識同位体です。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]これは、水圧破砕流体の特性評価に使用され、水圧破砕によって生じた亀裂の注入プロファイルと位置を特定するのに役立ちます。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

  • ヨウ素131を毒物として使用すること（少量を長期間使用することで、人の思考力や善悪の判断力を阻害する）は、CBSの長寿テレビシリーズ「ペリー・メイスン」 （シーズン5、エピソード24、1962年3月24日初回放送）のエピソード「憂鬱な狙撃手の事件」で中心的な役割を果たした。

参照

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