Origen, efectos y riesgos

1 Origen 

    1.1 Radiación natural 

    1.2 Radiación artificial 

2 Efectos biológicos de las radiaciones 

    2.1 Introducción 

    2.2 Mecanismos de acción biológica de las radiaciones ionizantes  
    2.3 Clasificación de los efectos producidos por las radiaciones ionizantes  
    2.4 Respuesta sistémica a la radiación 
    2.5 Respuesta orgánica total a la radiación 
3 Evaluación/cuantificación del riesgo de las radiaciones

    3.1 Límites de dosis

1 Origen

1.1 Radiación natural

El hombre ha estado siempre expuesto a fuentes naturales de radiaciones ionizantes: rayos cósmicos (de origen extraterrestre); materiales radiactivos que se hallan en la corteza terrestre, muchos de los cuales están incorporados a materiales de construcción, al aire y a los alimentos, e incluso sustancias radiactivas que se encuentran en el interior del organismo humano (potasio 40 ( ⁴⁰K), carbono 14 ( ¹⁴C), etc.).

El Comité Científico de las Naciones Unidas para el Estudio de los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) estima regularmente las dosis debidas a las fuentes naturales, y da un valor mundial medio de 2,4 mSv para un habitante adulto y repartido según muestra la tabla 1 

Tabla 1
Dosis debida a fuentes naturales

Datos procedentes del informe UNSCEAR-2000

A estas radiaciones se las denomina radiación de fondo o radiación natural y forman parte del medio ambiente. La dosis debida a fuentes naturales es variable y depende de diversos factores como:

• Contenido de material radiactivo en el suelo o materiales de construcción utilizados. Existen zonas, por ejemplo graníticas, cuyo contenido en material radiactivo es elevado y por tanto contribuyen a una mayor dosis en la población residente en ella.

• La evolución tecnológica modifica la exposición del hombre a las radiaciones. Por ejemplo en la combustión del carbón se liberan a la atmósfera trazas de material radiactivo natural, el uso de fertilizantes fosfatados aumenta la irradiación debido a los radionucleidos naturales que contienen, etc.

1.2 Radiación artificial

Además de la radiación de fondo natural, el hombre está expuesto a fuentes de radiaciones generadas de modo artificial: exposición a los rayos X con fines diagnósticos, aplicaciones de radionucleidos en medicina, industria e investigación, producción de energía eléctrica, ensayos nucleares realizados en la atmósfera y todos los materiales residuales que estas actividades comportan.

Estas fuentes de radiación provocan un aumento en la dosis a la que está sometida la población. Las evaluaciones del UNSCEAR-2000  sobre las dosis individuales “per cápita” en la actualidad muestran que la mayor proporción la representan la utilización de los rayos X en el diagnóstico médico. En la tabla 2  se indica los valores medios de la dosis efectiva anual, diferenciando 4 niveles de implantación de la sanidad: en el caso de países considerados desarrollados desde el punto de vista sanitario, se consideran del nivel I, contando con más de un médico por cada 1000 habitantes; mientras que en el otro extremo se encontrarían los países subdesarrollados desde el punto de vista sanitario, contando con menos de 1 médico por cada 10.000 habitantes.

Tabla 2

Exposición a la radiación en calidad de paciente en radiodiagnóstico

Con fines diagnósticos también se puede administrar material radiactivo al paciente, seguido de la posterior detección de la distribución corporal de dicho material. Se trata de la aplicaciones in vivo propias de la especialidad de medicina nuclear. Para este caso, el número de exploraciones por cada 1.000 habitantes es aproximadamente la centésima parte de la indicada para el radiodiagnóstico. En cuanto a la dosis media por habitante también es del orden de la centésima parte de la indicada en radiodiagnóstico, por lo que no influye de forma significativa a al dosis efectiva media debida al diagnóstico.

La contribución, al valor medio de la dosis efectiva, debida a los efluentes evacuados y a los residuos radiactivos de baja y media actividad del ciclo del combustible nuclear, resulta notablemente inferior a la contribución debida al fondo natural. En la tabla 3 se indican dichos valores, además de la contribución correspondiente tanto al accidente de Chernobyl como también la debida a las pruebas de explosiones nucleares llevada a cabo en la atmósfera entre los años 1945 y 1980. 

2 Efectos biológicos de las radiaciones

2.1 Introducción

Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos han sido conocidos y estudiados con detalle desde hace muchos años. Fueron observados por primera vez en 1896 en algunos de los primeros usuarios de los rayos X. Estos notaron una caída del cabello en aquéllas áreas que habían sido expuestas, la piel se volvió roja, y si recibía grandes cantidades de radiación se ulceraba. Además encontraron que a menudo se desarrollaba, años más tarde, cáncer de piel sobre las áreas que habían sido expuestas. Después del descubrimiento del radio en 1898, se observaron efectos similares producidos por la radiactividad concentrada.

2.2 Mecanismos de acción biológica de las radiaciones ionizantes

Para comprender el efecto biológico de las radiaciones ionizantes, se han invocado dos teorías que lejos de ser contradictorias, se complementan perfectamente.

• Teoría de Acción Directa o Teoría del Blanco. Vincula el efecto biológico y la importancia del mismo con la responsabilidad biológica del blanco (diana) alcanzado y del número de dianas impactadas. Si tenemos en cuenta que en cualquier modelo biológico y, más concretamente, en las células humanas la posibilidad de reproducción de las mismas y el adecuado cumplimiento del código genético está vinculado al genoma, es decir, a los cromosomas del núcleo celular, o lo que es lo mismo a la integridad del ácido desoxirribonucleico (ADN), el daño celular será proporcional a la lesión inducida en el ADN.

Si esta lesión es irreversible y por tanto no reparable, la consecuencia será la muerte reproductiva de la célula alcanzada. Si por el contrario la lesión radioinducida es reparada, tendremos un ADN capacitado para ir hacia mitosis sucesivas, pero con la posibilidad de transmitir alteraciones en la línea genética, mutaciones sumadas a las propias de la generación en la que le corresponda actuar como gen dominante.

Esta teoría explica el efecto biológico que se produce en el momento y en el lugar de la cesión de energía con capacidad ionizante y los efectos tanto somáticos como genéticos.

• Teoría de Acción Indirecta o Teoría de los Radicales libres. Se complementa con la anterior, puesto que explica la serie de fenómenos biológicos que se producen incluso fuera del momento y del lugar del depósito de energía ionizante.

2.3 Clasificación de los efectos producidos por las radiaciones ionizantes

Son muchas las posibles clasificaciones que se podrían realizar sobre los efectos de las radiaciones ionizantes. Sin embargo, nos vamos a referir aquí a aquella que más frecuentemente se utiliza en protección radiológica y que hace referencia a la transmisión celular de los efectos y a su relación con la dosis.

En primer lugar, los efectos pueden clasificarse en:

Somáticos y genéticos, en función de si son inducidos sobre las células de la línea somática o germinal. El daño somático se manifiesta durante la vida del individuo irradiado, mientras que los efectos genéticos son inducidos sobre su descendencia. Los efectos somáticos se dividen a su vez en inmediatos y tardíos, en función del tiempo transcurrido desde su irradiación.

A su vez y en función de la incidencia que tiene la radiación sobre los efectos, éstos se clasifican en deterministas y en estocásticos.

La Comisión Internacional de Protección Radiológica, ICRP, publicación 60, 1990, define los efectos estocásticos como aquéllos para los cuales la probabilidad de que un efecto ocurra, más que su severidad, es función de la dosis, sin umbral. Los efectos deterministas son aquéllos para los cuales la severidad del efecto varía con la dosis, siendo necesario un valor umbral).

Los efectos estocásticos se pueden presentar tanto en el individuo expuesto (efectos estocásticos somáticos, como sería en caso de la carcinogénesis), como también en la descendencia (efectos estocásticos hereditarios).

Al igual que en la irradiación de células no germinales, las células germinales irradiadas pueden experimentar efectos deterministas (esterilidad); efectos que evidentemente no son hereditarios y por lo tanto no hemos de identificar los efectos producidos por la irradiación de las gónadas con los efectos genéticos.

En la tabla 3  se presenta un esquema aclaratorio de estos conceptos.

Tabla 3

Clasificación de los tipos de efectos biológicos estocáticos/deterministas y somáticos/genéticos

Los efectos somáticos inmediatos aparecen en la persona irradiada en un margen de tiempo que va desde unos días hasta unas pocas semanas después de la exposición. Se trata de efectos deterministas y se pueden manifestar en un tejido concreto o sobre el cuerpo considerado como un todo, bajo un síndrome de denominación específica (por ejemplo, síndrome hematológico, gastrointestinal, etc.), y su severidad varía considerablemente con la dosis, tipo de energía de la radiación, así como la parte del cuerpo irradiada. Para estos efectos somáticos inmediatos, se supone que existe en cierta medida, un proceso de recuperación celular como, por ejemplo, en el caso de la fibrosis pulmonar debida a una dosis excesiva de radiación o los eritemas de la piel.

Los efectos somáticos tardíos son aquéllos que ocurren al azar dentro de una población de individuos irradiados. Son, por tanto, estocásticos, no siendo posible en ningún caso, establecer para ellos una relación dosis-efecto individual. La relación entre la inducción de una malignidad (leucemia, tumor, etc.) y la dosis, sólo podemos establecerla sobre grandes grupos de población irradiada, como un incremento en la probabilidad de que ocurra una enfermedad determinada por encima de su incidencia natural.

Decimos que son tardíos cuando el efecto se manifiesta entre 10 y 40 años después de la exposición. Por ejemplo, es frecuente encontrar períodos de latencia de 20-26 años para cánceres inducidos por radiación y de 10-15 años en el caso de leucemias.

Los efectos genéticos afectan a la descendencia. Pueden aparecer en la primera generación, en cuyo caso el daño se dice que es dominante. Más frecuentemente el efecto se manifiesta en individuos de las generaciones sucesivas (enfermedades hereditarias, defectos mentales, anormalidades del esqueleto, etc.). Son efectos estocásticos, puesto que dependen de la probabilidad de que una célula germinal con una mutación relevante, tome parte en la reproducción.

2.4 Respuesta sistémica a la radiación

a) Efectos deterministas

Al hablar de la respuesta sistémica a la radiación nos referimos a la respuesta de un sistema que dependerá de la respuesta de los órganos que lo constituya, de la de sus tejidos, así como de la respuesta de las poblaciones celulares de estos tejidos.

El orden de magnitud que se suele emplear al referirse a las diferentes dosis es:

suponiendo que estas dosis se reciban en un sólo órgano.

Los límites de dosis para personal profesionalmente expuesto y público en general están por debajo de estos órdenes de magnitud, con lo que se garantiza que no se presentarán efectos de tipo determinista.

Sensibilidad de los tejidos. La respuesta de un tejido u órgano a una dosis de radiación depende primariamente de dos factores: la sensibilidad inherente de las células, consideradas individualmente, y la cinética de la población, considerando al conjunto de sus células.

Desde 1906, es decir, sólo diez años después de los primeros datos respecto a fuentes de radiación rayos X y elementos radiactivos naturales, dos autores franceses, Bergonie y Tribondeau, emitieron sus enunciados respecto a las diferente radiosensibilidad de las células y tejidos vivos. De manera prácticamente exclusiva vinculan la rápida e intensa respuesta de los tejidos a la capacidad reproductora de las células que los componen, es decir, de forma directamente proporcional al índice de mitosis. Por otra parte ya era sabida la individualización, no sólo de cada tejido respecto a las mitosis presentes en el mismo (índice mitótico), sino también la situación individual de cada célula en el seno del tejido en diferente momento de su vida (asincronía celular). El efecto biológico dependerá por tanto, no sólo del elevado número de mitosis, sino también del momento de su ciclo vital en que se encuentre cada célula. En el caso del ser humano podríamos poner dos ejemplos ilustrativos; uno en cada extremo, es decir, máxima frente a mínima radiosensibilidad. El tejido cuya reproducción es necesariamente elevada es aquel donde se encuentran los precursores de las células de la sangre. Es el tejido hematopoyético, presente en la médula ósea, considerado como el más radiosensible y el más crítico frente a la radiaciones. En el otro extremo, baja radiosensibilidad, se encuentra el tejido humano más especializado, con bajísima capacidad reproductiva y con predominio de células adultas, maduras, es el tejido nervioso.

Hay otros factores que también influyen en la radiosensibilidad de los tejidos, unos dependientes de la propia radiación, como es la densidad de ionizaciones que deja en su trayectoria (transferencia lineal de energía), y otros dependientes de la distribución de la dosis en el tiempo. Desde el punto de vista biológico se ha demostrado también que la presencia de oxigeno aumenta la radiosensibilidad.

Descripción de las alteraciones sistémicas

Sistema hematopoyético

Como consecuencia de la elevada radiosensibilidad de los precursores hematopoyéticos, dosis moderadas de radiaciones ionizantes pueden provocar  una disminución proliferativa de las células, lo que se traduce al cabo de un corto período de tiempo en un descenso del número de células funcionales de la sangre. La pérdida de leucocitos conduce, tras la irradiación, a una disminución o falta de resistencia ante los procesos infecciosos. Por otra parte, la disminución del número de plaquetas indispensables para la coagulación sanguínea provoca una marcada tendencia a las hemorragias, que sumado a la falta de producción de nuevos elementos sanguíneos de la serie roja, puede provocar una grave anemia.

Sistema digestivo

El intestino delgado es la parte más radiosensible del tubo digestivo. Está constituido por un revestimiento formado por células que no se dividen, sino

que se desescaman diariamente hacia la luz del tubo y son sustituidas por nuevas células. Al igual que ocurre en la médula ósea, en esta región existe un compartimento de células cepa, que se dividen activamente, y que tienen una elevada sensibilidad.

La radiación puede llegar a inhibir la proliferación celular y, por tanto, el revestimiento puede quedar altamente lesionado, teniendo lugar una disminución o supresión de secreciones, pérdida de elevadas cantidades de líquidos y electrolitos.

Piel

Después de aplicar dosis de radiación moderadas o altas, se producen reacciones tales como inflamación, eritema y descamación seca o húmeda de la piel.

Testículo

Como consecuencia de la irradiación de los testículos se puede producir la despoblación de las espermatogonias, lo que se traduce en la disminución de nuevos espermatozoides, aunque la fertilidad puede mantenerse durante un período variable atribuible a los radiorresistentes espermatozoides maduros. A este período le sigue, finalmente, otro de esterilidad temporal o permanente según la dosis recibida.

Ovario

Después de irradiar los ovarios con dosis moderadas, existe un período de fertilidad debido a los relativamente radiorresistentes folículos maduros, que pueden liberar un óvulo. A este período fértil le puede seguir otro de esterilidad temporal o permanente, como consecuencia de las lesiones en los folículos intermedios al impedirse la maduración y expulsión del óvulo. Posteriormente, puede existir un nuevo período de fertilidad como consecuencia de la maduración de los óvulos, que se encuentran en los folículos pequeños y radiorresistentes.

Las dosis necesarias para producir esterilización varían en función de la edad, dado que a medida que se aproxima la edad de la menopausia el número de ovocitos primarios disminuye y, por tanto, la dosis esterilizante

es más baja.

b) Efectos estocásticos

La mayor parte de los efectos tardíos se producen como consecuencia de la alteración del material genético de aquellas células que sobreviven a la radiación, exceptuando las distintas etapas de afectación de órganos, tales como fibrosis o ulceraciones, que se pueden presentar tardíamente y que son efectos no estocásticos.

Para este tipo de efectos no puede hablarse de una dosis umbral, dado que bastaría una interacción, simbólicamente hablando, para que se produjeran.

Otra característica, es que al aumentar la dosis aumente la probabilidad de que tengan lugar estos efectos, aunque no la de que sean más graves. Ocasionalmente, por alguna razón desconocida, los genes y el ADN cambian espontáneamente, produciendo lo que se denominan mutaciones espontáneas, que se caracterizan por ser permanentes y por mantenerse en las sucesivas generaciones de células formadas a partir de la división de una célula mutada. Si las células mutadas son células germinales, existe la posibilidad de que la descendencia del individuo irradiado exprese los efectos originados por la mutación; por el contrario si las células mutadas no son células germinales tan sólo en el individuo irradiado existe la posibilidad de que se manifiesten los efectos.

De acuerdo con estos criterios podemos hacer una clasificación de los efectos estocásticos en los siguientes puntos:

a) Somáticos: afectan a la salud del individuo, que ha recibido la irradiación.

b) Genéticos: afectan a la salud de los descendientes del individuo irradiado.

2.5 Respuesta orgánica total a la radiación

La respuesta orgánica total viene determinada por la respuesta combinada de todos los sistemas orgánicos a la radiación. La respuesta de un organismo adulto a una exposición aguda (en un tiempo corto, del orden de minutos), de radiación penetrante (rayos X, gamma o neutrones), que provenga de una fuente externa y que afecte a todo el organismo, se conoce como síndrome de irradiación.

La respuesta que se presenta a una dosis de irradiación corporal y total se puede dividir en tres etapas:

3 Evaluación/cuantificación del riesgo de las radiaciones

La evaluación del riesgo de las radiaciones se basa en la probabilidad de sufrir los efectos mencionados anteriormente, y en la severidad de éstos.

Varios organismos internacionales publican los resultados de los estudios llevados a cabo en este sentido sobre amplios grupos de población. Entre ellos figuran la ICRP (anexo B de la ICRP-60, año 1990) y el volumen II del UNSCEAR-2000 . La Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) establece que las estimaciones de riesgo asumidas, lo son únicamente con fines de protección y están ajustadas de forma tal que sean aplicables en la región de bajas dosis. Sus valores están en buen acuerdo con aquellos publicados por el UNSCEAR.

3.1 Límites de dosis

De lo visto hasta ahora se puede sacar en conclusión que es muy difícil establecer una cantidad de radiación que sea segura para el público en general. Teniendo en cuenta la utilidad real de las radiaciones en la práctica médica, el problema estriba en valorar apropiadamente el riesgo-beneficio al que se hallan sometidos ambos: personal que trabaja con radiaciones y público en general. Se trata en primer lugar, de evitar totalmente los efectos somáticos deterministas sobre el personal profesionalmente expuesto, y en segundo lugar reducir el riesgo de los efectos estocásticos a niveles aceptables, es decir: no mayores que los que conocen individuos con otras profesiones. En el año 1925 fue propuesto por primera vez un sistema de limitación de dosis. Estos límites, cuya denominación inicial fue “dosis de tolerancia” evolucionó hacia el concepto de "dosis máxima permisible” (DMP), acompañado de una reducción constantemente hasta nuestros días, fruto tanto de un mayor conocimiento de los efectos como de una mayor exigencia en la limitación de los riesgos. En la tabla 4  se puede apreciar la evolución histórica sufrida por los límites de dosis dados por la ICRP:

Tabla 4

Evolución de los límites de dosis

(1)    D_tejido (rad) = 0,96· X (R)

El concepto de dosis máxima permisible introducido en 1950 por la ICRP, se basa en el hecho fundamental de que, aunque no existan dosis de radiación seguras, existe una dosis por debajo de la cual se supone que el riesgo biológico para las personas expuestas profesionalmente y para la población en general es pequeño.

Los valores indicados para el año 1990 son los indicados en la recomendaciones del año 1990 (ICRP-60); siendo los valores utilizados en la Directiva Comunitaria 96/29  por la que se establecen las normas básicas relativas a la protección sanitaria de los trabajadores y de la población contra los riesgos que resultan de las radiaciones ionizantes. Además, esta directiva ha sido traspuesta a la legislación de los diferentes países comunitarios. Para el caso de España, dicha transposición se ha efectuado fundamentalmente a través del Real Decreto 783/2001  por el que se aprueba el Reglamento de Protección Sanitaria contra Radiaciones Ionizantes. Los detalles sobre los límites actuales se abordan en el siguiente capítulo, dedicado a la protección radiológica. Su contenido se basa en lo establecido en los artículos 9 a 13 del citado Real Decreto, desglosándose en los siguientes apartados: