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Proyecto ELITE - ININ
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CONAL - Codificación de alimentos para irradiar
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Establecimiento de facilidades de irradiación multipropósito en el Instituto Tecnológico de Costa Rica
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Despegue del programa de investigación y desarrollo nuclear en Bolivia
  Cuba
Al rescate de la Tecnología de
Irradiación en Cuba
  Ecuador
Programa de avances en Tecnología Nuclear en Ecuador
  Latinoamérica
Rosatom: Tecnologías de irradiación al cuidado de la salud
  Brasil
Aplicación de la irradiación en floricultura
  Argentina
Exposición a las radiaciones ionizantes, riesgos de sus aplicaciones
  Uruguay
Evaluación sensorial y evolución de parámetros microbiológicos en hamburguesas procesadas
comercialmente sometidas a irradiación
  Argentina
La ingeniería civil brindando respuestas a industrias en constante evolución
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La utilización de la irradiación gamma en México y su estado actual
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Exposición a las radiaciones ionizantes, riesgos de sus aplicaciones

Las radiaciones ionizantes RI tienen beneficiosas aplicaciones en la Industria, la Medicina y la Investigación, desde el descubrimiento de los rayos X por W.K.Roentgen en 1895 y la radiactividad por H. Becquerel en 1896. Desde entonces, talentosos investigadores ampliaron y profundizaron su conocimiento y desarrollaron sus aplicaciones.

Por Giménez Juan Carlos
Doctor en Medicina
Investigador en Radiopatología



Se presentará una sucinta información sobre los efectos de accidentales sobreexposiciones.
Los físicos reconocieron que la energía sería transmitida a través del movimiento de partículas o por ondas, donde la energía depende de su amplitud. Entre las partículas, las alfa fueron identificadas como átomos de helio, con doble carga eléctrica positiva, las beta como partículas cargadas negativa o positivamente. La identificación de rayos gamma, generó algunas dificultades técnicas, pero finalmente demostraron ser ondas electromagnéticas de muy corta longitud de onda, similares a los rayos X descubiertos por Roentgen. Con el desarrollo de las investigaciones , otras radiaciones nucleares fueron descubiertas y determinadas sus propiedades, como el protón, positrón, neutrón, varias clases de mesones entre otras. La división entre partículas y ondas no ha sido tan evidente como al principio, en algunos experimentos, las ondas electromagnéticas parecen comportarse como partículas, en otras las partículas evidencian propiedades como de ondas.
Las radiaciones ionizantes representan sólo una parte del espectro electromagnético, complementado por las radiaciones no ionizantes. La transferencia de energía de las radiaciones ionizantes puede ser suficiente para superar la energía de ligadura de un electrón al átomo, como para eyectarlo, proceso llamado ionización. Cada ionización requiere el depósito de 33 eV (electronVolt), en el medio, una cantidad importante en un área muy pequeña. Es mucho más energía que la necesaria para romper la ligadura química entre dos átomos de carbono. Las radiaciones electromagnéticas, X o gamma son indirectamente ionizantes, porque entregan su energía para producir movimiento en partículas cargadas como el electrón, que secundariamente puede interaccionar con la molécula “blanco” del medio. Las partículas, por ejemplo alfa y beta, interaccionan directamente con las moléculas del medio, tales como las del agua. La tasa de las ionizaciones que producen al interactuar depende de la masa, carga y velocidad de las partículas Cuando más alta es la carga de la partícula y más baja la velocidad , mayor es la posibilidad de ionización. Las partículas cargadas pesadas, como las alfa , son más ionizantes y por tanto, menos penetrantes por su gran pérdida de energía durante su recorrido.
La cantidad de energía depositada en un tejido, puede ser estimada en función de la distancia recorrida por la radiación. Así es como, las radiaciones se clasifican de alta o baja transferencia lineal de energía TLE, indicando la alta o baja entrega de energía por unidad de recorrido. La TLE se expresa en KeV (Kiloelectronvolt) por micrón μ, KeV/μ .
Los efectos biológicos de las radiaciones dependen de la energía transferida por las radiaciones al tejido, y por lo tanto dependen de la TLE. Sería preferible especificar la TLE para cada radiación, pero dado los numerosos tipos de radiaciones, la comparación total experimental no ha sido fácil. Una aplicación que se ha generalizado ha sido la Eficacia Biológica Relativa, definida como “el cociente de la dósis de una radiación de referencia de baja TLE, por ejemplo los rayos X y la dósis de la radiación considerada, que producen un efecto biológico idéntico”. Los valores de EBR varían con la dósis, la tasa de dósis (que se definirán posteriormente) y el efecto biológico considerado. La EBR es debida al más localizado depósito de energía, que puede afectar estructuras biológicas críticas, como el material genético, por ejemplo el ADN. La cantidad total de energía entregada en una dósis letal, por ejemplo de 7 Gy, representa la absorción de sólo 1 cal en una persona de 70 kg. En grados centígrados indica un aumento de temperatura inferior a 0,002 º C.
Es necesario conocer el grado de penetración de los distintos tipos de radiaciones para evaluar los riesgos. Así por ejemplo, para radiaciones gamma, emitidas por ejemplo por fuentes selladas de cobalto Co60, Cesio Cs137, o Iridio Ir192, utilizadas en la industria y medicina así como los rayos X, generados por equipos ampliamente usados en Medicina y en algunas áreas industriales, se determina la penetración a partir de la llamada “capa hemireductora” HVL, definida como “la profundidad del medio que absorbe la mitad de la radiación incidente”. Aunque puede ser definida en medios tales como el aluminio, cobre, plomo, para aplicaciones biológicas, la HVL se indica en agua, porque es un medio similar al tejido blando humano. En función de la energía de la radiación, se presentan los valores de la HVL para radiaciones electromagnéticas X o gamma, en cm, son por ejemplo, de:

 
 

Las partículas β o los electrones pueden ser emitidos por un radionucleído o en un acelerador. La penetración de las partículas beta en cm, es de:

 
 

Las partículas alfa, pesadas y con sustancial carga eléctrica, son menos penetrantes, son emitidas por radionucleídos de elevado número atómico,

 
 

En general las partículas con carga eléctrica como las citadas, pueden ser aceleradas, por ejemplo en aceleradores, ciclotrones.
Los neutrones partículas con masa, aproximadamente similar a la del protón, pero sin carga, no pueden ser acelerados. Son producidos, por ejemplo, por fisión (inicialmente definido como el proceso por el cual el núcleo del uranio, después de capturar un neutrón se divide en dos núcleos de aproximadamente igual tamaño) o por reacción de una partícula cargada (deuterón) sobre un dado “blanco” de tritio H3, o por aceleración de deuterones en un ciclotrón sobre un blanco de berilio. Los neutrones producidos por fisión son generados en un reactor nuclear fisionando el uranio U 235.
Como los neutrones no tienen carga eléctrica son más penetrantes que un protón de la misma energía y son absorbidos por interacciones con el núcleo de los átomos del material absorbente, la mayoría es con el núcleo del hidrógeno. La penetración depende de su energía.
Las radiaciones ionizantes son emitidas también por átomos natural o artificialmente radiactivos, que pueden ser incorporados dentro del cuerpo por prescripción médica o accidentalmente, constituyendo una fuente de irradiación interna, proceso denominado contaminación radiactiva interna.
Para evaluar la exposición a las radiaciones se han desarrollado magnitudes dosimétricas específicas. Miden la energía depositada en órganos y tejidos del cuerpo.
Para relacionar la cantidad de radiación al riesgo de la misma, es necesario tener en cuenta tanto las diferencias en la eficacia biológica de las distintas radiaciones, como la diferente sensibilidad de órganos y tejidos a las radiaciones. El desarrollo de las magnitudes dósis equivalente efectiva y dósis efectiva ha contribuido significativamente a la protección radiológica, pues ha permitido sumar la dósis de la exposición de todo o parte del cuerpo a la radiación externa de varios tipos de radiación y las incorporaciones de radionucleidos.
dósis absorbida es la energía media impartida a la masa de tejido por la radiación, su unidad es el joule/Kg y su nombre es el gray Gy.
La dósis Equivalente H T en un órgano o tejido T es la dósis absorbida media debida al tipo de radiación R en el órgano o tejido T, considerando el factor de ponderación de radiación w R, que es un factor sin dimensiones, por el que se multiplica la dósis absorbida en órganos o tejidos para indicar la mayor eficiencia biológica de las radiaciones de alta TLE comparadas con la de baja TLE, luego, H T = Σ w R D T, R, su nombre es el sievert Sv.
La dósis Efectiva E es la suma ponderada por tejido, de las dósis equivalentes de todos los tejidos y órganos especificados del cuerpo, dados por la expresión, E = Σ W T H T , su nombre también es el sievert Sv.
Con dósis bajas agudas inferiores a 100 mGy o dósis fraccionadas inferiores a 200 mSv los riesgos son los efectos denominados estocásticos, el cáncer y las enfermedades heredables radioinducidas. Estos efectos se consideran de naturaleza probabilística, no tienen umbral y su frecuencia de aparición son proporcionales a la dósis.
Con dósis altas se inducen reacciones tisulares o efectos determinísticos, debidos principalmente a la muerte o alteraciones funcionales celulares, caracterizadas por un umbral de dósis. Las reacciones tisulares tempranas, de horas, días, semanas, pueden ser de tipo inflamatorio, como consecuencia de la liberación de factores celulares o por pérdidas de células. Las reacciones tisulares tardías, de meses o años pueden ser del tipo genérico, si se originan como consecuencia directa del daño a ese tejido. Otras reacciones tardías pueden ser del tipo secuencial, si son consecuencia de un daño celular temprano.
Dósis umbrales estimadas para el 1% de morbilidad en tejidos y órganos de adultos expuestos a dósis agudas y fraccionadas.

 
 

Dósis umbrales para mortalidad en adultos expuestos en forma aguda y fraccionada:

 
 

Las dosis umbrales necesarias para provocar efectos determinísticos se producen en situaciones accidentales. Su frecuencia es baja debido a la aplicación de las Recomendaciones de Protección Radiológica desarrolladas por un grupo de expertos de la ICRP International Commission on Radiological Protection, fundamento de las Normas Básicas de los países que las adoptan.
Sus características principales, muy sintéticamente son:

 

Adoptar los tres principios fundamentales de la protección
radiológica del ICRP:


1. Justificación: determinar si una actividad planificada con exposición a las radiaciones ionizantes es en general beneficiosa, es decir si los beneficios a las personas y la sociedad por aplicar la actividad compensan el daño resultante.

2. Optimización de la protección es establecer el nivel de protección y seguridad de las exposiciones para que sean tan bajas como fuesen razonablemente alcanzables.

3. Límite de dosis: valor establecido de la dosis efectiva o equivalente, recibida por trabajadores y público, que no debe ser excedida.
Para los trabajadores el límite de dosis efectiva es de 20 miliSievert en un año, mSv/año, valor promedio en 5 años consecutivos, no pudiendo excederse en un sólo año de 50 mSv, en tanto que el límite de dosis equivalente para el cristalino es de 20 mSv/año y de 500 mSv/año para la piel.
El límite de dosis efectiva para el público es de 1 mSv/año y los límites anuales de dosis equivalente son de 2 mSV para el cristalino y de 50 mSv para la piel. Los límites de dosis no se aplican a las dosis debidas a exámenes o tratamientos médicos. Se debe desarrollar un marco conceptual para
demostrar la protección radiológica del medio ambiente.
A pesar de las medidas de protección radiológica que se implementan, pueden ocurrir accidentes radiológicos, aunque han ocurrido con baja frecuencia. Pueden ocurrir en instalaciones y el medio ambiente. Sus causas pueden ser el mal funcionamiento de equipos, daños mecánicos, incendios, y
muchas veces el error humano.
Según el registro del Organismo Internacional de Energía Atómica, OIEA del 2007 se registraron los siguientes números de accidentes radiológicos, según tipo e intervalo de años:

 
 

Una enumeración de los distintos tipos de accidentes según su origen, formas y dosis involucradas nos permitirá tener una mejor apreciación de lo ocurrido.
De acuerdo con United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2008, volumen II: son accidentes que han ocasionado tempranos efectos agudos como resultado de accidentes o actos maliciosos.
Desde 1945 al 2007, 35 graves accidentes ocurrieron en instalaciones nucleares. De los 35 accidentes, 24 ocurrieron en instalaciones relacionadas a investigaciones sobre armas nucleares y el desarrollo, producción y reprocesamiento de combustible nuclear. Otros accidentes han ocurrido en la investigación de reactores de potencia. Excluyendo el accidente de Chernobyl en 1986, se produjeron 32 muertos en instalaciones nucleares y 61 trabajadores han padecido lesiones agudas.
La incidencia de accidentes en estas instalaciones ha disminuido, sólo un accidente de criticidad (reacción nuclear en cadena que se autosostiene, pero con menor rigor se refiere a estados con mayor reactividad, como en este informe) ha ocurrido en los últimos 20 años, con la muerte de dos trabajadores.
En instalaciones industriales que usan fuentes de radiación, aceleradores y equipos de rayos X han ocurrido 80 accidentes. En estos accidentes se produjeron 9 muertos y 120 lesiones, predominantemente en manos, muchas de las cuales padecieron amputaciones.
Desde 1960, 34 accidentes han sido atribuidos a la pérdida o abandono de fuentes de radiación, llamadas “fuentes huérfanas”, que han provocado 42 muertes en miembros del público, incluyendo algunos niños. El número de accidentes ha aumentado en los últimos 20 años. En 6 accidentes las fuentes fueron unidades médicas de radioterapia.
En laboratorios de investigación, desde 1960 ocurrieron 22 accidentes, pero dentro de los últimos 20 años 4, la mayoría con lesiones en manos.
El OIEA considera que hay un subregistro de accidentes asociados con el uso médico de radiaciones en el diagnóstico y tratamiento. Han sido relativamente pocos los accidentes registrados, considerando el gran número de prácticas radiológicas realizadas anualmente en todo el mundo. Desde 1967 se han registrado 32 accidentes, con 46 muertos y 623 personas con efectos agudos. La demora en reconocer errores de procedimiento indujo a que un elevado número de personas hayan sido lesionadas. En el área médica las subexposiciones pueden también provocar serias consecuencias en los pacientes.
El extenso transporte civil de material radiactivo, no está asociado a lesiones inducidas por radiación. Accidentes han ocurrido durante el transporte militar de material radiactivo.
Algunos causaron la pérdida de vidas, aunque no debido al material radiactivo. Un limitado número de vuelos espaciales que transportaban material radiactivo, se han incendiado o estallado al reentrar en la atmósfera terrestre y han dispersado significativa cantidad de material radiactivo en el ambiente, aunque no hay documentos que evidencien alguna sostenida injuria temprana.
Algunas consideraciones sobre las consecuencias en algunos de los accidentes de las distintas áreas de aplicación de las radiaciones nos permiten conocer lo particularmente ocurrido.
Se produjeron 23 accidentes de criticidad vinculados a programas con bombas nucleares que no han sido incluidos en el registro de OIEA del 2007.
En 1983, ocurrió en el CAC,Centro Atómico Constituyentes, Argentina , un accidente de criticidad, al intentar el operador cambiar la configuración del núcleo, sin drenar el agua del moderador. El operador recibió 43 Gy de radiaciones gamma y neutrones y falleció a las 48 horas. Este accidente y otros dos ocurridos en la URSS han sido los que padecieron las dosis más altas, en este tipo de accidente.
El accidente de la planta nuclear de Chernobyl en 1986 fue el más severo de los ocurridos en la industria nuclear civil. Altas dosis recibieron 134 trabajadores de la planta, siendo mortales 28 de ellos. El accidente produjo la mayor liberación de material radiactivo al ambiente, 1760 PBq (peta becquerel), (1PBq = 27 KCi) de I131 y 86 PBq de Cs137.
Dispersó material radiactivo en una gran área de la Unión Soviética y en algunos otros países europeos, contaminando la tierra, el agua y la biota.
El consumo de leche contaminada con iodo I 131 en las primeras semanas posteriores al accidente produjo dosis en tiroides estimadas, hasta de 5 Gy en la población de Rusia, Bielorusia y Ucrania. En distintos países se evaluó además la patología tiroidea en niños de la región, como efecto residual del accidente. En Argentina Yaker Valle I, Degrossi OJ, Altschuler N, Lockhart S y Lockart L, Rev.Arg. Endocrinol. Metabol. vol.31, nº4, 1994, han demostrado como efecto de la sobreexposición por la incorporación de I – 131, un alto porcentaje de niños con bocio, con tendencia a la disminución de tiroglobulina, estimando la posibilidad de hipofunción y la formación de tumores benignos y malignos , tal como posteriormente se comprobó.
El accidente ocurrido en Goiania se produjo con una fuente de Cs137 de 50,9 TBq ( 1 TBq=27 Ci) de una clínica de radioterapia abandonada y robada por dos jóvenes que la desmantelaron y rompiendo la cápsula dispersaron el polvo del Cs137 en la ciudad. Se monitorearon 110.000 personas y se hallaron 249 personas contaminadas externamente y 129 contaminadas internamente, 50 de ellos fueron internados, 14 padecieron el SAR( Sindrome Agudo Radiación) y 4 fallecieron. Requirieron descontaminación 85 viviendas, 7 de las cuales fueron demolidas. El accidente generó 3134,5 m 3 de residuos radiactivos.
El accidente de Panamá, 2000, en un instituto de radioterapia se debió a un error de cálculo en los tiempos de exposición, razón por la cual 28 pacientes recibieron dosis más altas que las prescriptas. Se ha considerado que al menos 5 muertes se han debido a la sobreexposición.
Para tratar los pacientes sobreexpuestos es condición planificar y preparar la respuesta, de acuerdo con el riesgo estimado en la instalación, tareas que implementan especialistas en Radiodosimetría del área de la Radioprotección de acuerdo con el plan establecido, según su severidad, por los organismos nacionales involucrados en emergencias. Ellos implican, en síntesis, de disponer de:

• Un informe de las potenciales situaciones accidentales

• Una lista de los especialistas necesarios, básicamente en las áreas de emergencia, radiodosimetría, biodosimetría y médicos capacitados en radiopatología.

• Cursos de acción: responsabilidades, prevención de la progresión, restauración, niveles de intervención (asistencia, aislamiento, retorno a la normalidad).


Consideraciones básicas en Radiopatología
La intervención médica requiere: solicitar información de la evaluación radiológica inicial de las víctimas/tratar de correlacionar la distribución geométrica de dosis en todo o gran parte del cuerpo con los mecanismos radiopatológicos, orientados con los marcadores de la biología molecular / tratar prioritariamente la injuria de funciones vitales / clasificar la sobreexposición: en irradiación externa ( en todo el cuerpo, parcial o localizada ) o contaminación ( externa, interna, ambas) o irradiación externa y contaminación interna) o sobreexposición complicada , con irradiación externa, contaminación interna y lesión convencional.
Es decir que debemos proyectar sobre un esquema del cuerpo humano, la superposición sobre todos los órganos de las curvas de dosis y las dosis umbrales agudas de los distintos órganos, para orientar nuestro pensamiento sobre los mecanismos que intervienen en la evolución de la severidad del daño.

 

Son prioridades de la respuesta médica:

I. Aplicar las primeras medidas sobre funciones vitales: reanimación cardiopulmonar / control de la hemorragia / estabilización de fracturas.

II. Decidir si es necesario o no derivar a un centro médico especializado en la emergencia con specialistas en radiopatología para coordinar la asistencia.

III. Extraer temprano muestras para análisis hematológicos, HLA, radioquímicos, biodosimétricos.

 

Prioridades de la intervención:

I. Iniciar apoyo psicológico de las víctimas

II. Comenzar el registro cronométrico de la signosintomatología y parámetros biodosimétricos de cada víctima

III. Contrastar continuamente los registros biomédicos con las evaluaciones radiológicas dosimétricas de cada víctima.

 

Analizar las reacciones tisulares tempranas, en horas o semanas, según la dosis:

• Inflamatorias con cambios de permeabilidad (eritema), con pérdida celular (mucositis y descamación de la epidermis)

• Esterilización de células madres y progenitoras, según el tipo de radiación, de baja o alta TLE, y la dosis

• La despoblación celular depende del T1/2 de las células maduras.

 

Analizar las reacciones tisulares tardías, en meses o años

• Consecuencia de daño sobre células funcionales con baja tasa de renovación y a disfunciones del sistema de señalización celular

• Genéricas por daño del tejido “blanco”, como oclusión vascular por irradiación fraccionada con necrosis tisular profunda

• Consiguiente consecuencia de reacciones tempranas (denudación severa de la dermis) e infección crónica/constricciones intestinales por severas úlceras de la mucosa.

 

 

Dosis agudas en todo o gran parte del cuerpo, definen las distintas formas del SAR Síndrome Agudo de Radiación, sus efectos y el potencial tiempo de muerte.
Con radiaciones con baja TLE Transferencia Lineal de Energía, X, gamma , depende de la dosis, tasa de dosis y volumen irradiado. Con alta TLE son más frecuentes y severos por unidad de dosis los valores de EBR (Eficacia Biológica Relativa).

 
 

En caso de exposición del embrión y el feto, debemos tener presente que:

 

I. En el periodo de preimplantación, el embrión es radiosensible a efectos letales con dosis de decenas de mGy.

II. Durante el periodo de organogénesis, se estima una dosis umbral de 100 mGy, para radioinducir malformaciones.

III. Durante la 8 a 15 semana, posterior a la fecundación, se estima una dosis umbral de 300 mGy para la inducción de retardo mental severo.

 

Para la evaluación de sobreexposiciones en todo o gran parte del cuerpo con altas dosis y tasa de dosis: La dosimetría de la irradiación externa e interna dispone de la Biodosimetría, que aunque no especifica el área sobreexpuesta, estima la dosis y la fracción del cuerpo expuesta a partir de curvas de calibración con distintos tipos de radiaciones , mediante la determinación de la frecuencia de aberraciones romosómicas, dicéntricos, en linfocitos de sangre periférica, entre otras alternativas citogenéticas. Si hubo la posibilidad de estimar la dosis por radiodosimetría, su comparación con la dosimetría citogenética, nos orienta a una mejor interpretación del diagnóstico. Cuando más alta es la dosis, mayor es la velocidad de cambio de las manifestaciones clínicas de los órganos afectados.
. Las posibilidades terapéuticas tienen chance en la forma cutánea, según la dosis y el volumen del cuerpo sobreexpuesto, con injertos y según las circunstancias, la promisoria indicación de trasplante de células madres mesenquimales; en la forma hematopoiética, básicamente con citoquinas y eventualmente el trasplante de células madres hemopoiéticas, si se comprueba ausencia de complicaciones en los otros tejidos, y, en la forma gastrointestinal, en los grados leves y moderados, controlando la infección, y medicación antimotilidad y antisecreción. Es promisoria la indicación de factores de crecimiento como la IL11, KGF, GH,IGF1 y ITF. Para lograr la respuesta médica es necesario mínimamente, mantener los grupos de especialistas en emergencias radiológicas , la formación de médicos en Radiopatología y disponer de hospitales preparados para la asistencia de los distintos tipos de sobreexposiciones radiológicas, integrados dentro de un sistema nacional de emergencias radionucleares.
Para las formas más severas, en cualquier momento los avances en las investigaciones en curso en radiopatología, biología molecular, biología de trasplantes, farmacoterapia y física médica, entre otras disciplinas, nos han de aportar nuevos medios.


 
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