Seguridad Radiológica y Radiobiología

Conceptos Fundamentales

• Partículas Subatómicas: Existen seis tipos distintos: *Up* (arriba), *Down* (abajo), *Charm* (encanto), *Strange* (extraño), *Top* (cima) y *Bottom* (fondo).
• Moléculas: Es la parte más pequeña de un compuesto (sustancia pura formada por combinaciones de dos o más elementos químicos). Existen moléculas diatómicas (de dos átomos) y moléculas con más de dos átomos. Las propiedades de los compuestos químicos son generalmente muy distintas a las de los elementos que los componen.
• Isótopos: Son nucleídos con el mismo número atómico y distinto número másico.
• Radioisótopos: Se llama radioisótopo o radionucleido a aquel isótopo que es radiactivo. La palabra isótopo, del griego «en mismo sitio», se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismo elemento químico se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica.
• Isóbaros: Son aquellos nucleídos con igual número másico pero diferente número atómico; en consecuencia, son nucleídos químicamente distintos pero más parecidos desde el punto de vista nuclear.
• Isótonos: Son nucleídos con el mismo número de neutrones.
• Isómeros: Son aquellos nucleídos con igual número atómico y másico pero en distintos estados energéticos.
• Los nucleídos que se encuentran en la naturaleza pueden ser estables o inestables.
• Radiaciones: Es una forma de energía liberada; por ejemplo, el calor es un tipo de radiación. La radiación es el desplazamiento rápido de partículas y puede estar originado por diversas causas.
• Espectro Electromagnético: Es el conjunto de todas las formas de energía radiante; podemos distinguir regiones espectrales, cuyos límites no son estrictos.
• Radiaciones Electromagnéticas: Consisten en ondas eléctricas vibratorias que se trasladan en el espacio, acompañadas por un campo magnético vibratorio con las características de un movimiento ondulatorio. Las ondas de los campos eléctricos y magnéticos son transversales, forman ángulos rectos en la dirección de propagación.

1. La capacidad de ionización es proporcional al nivel de energía.
2. La capacidad de penetración es inversamente proporcional al tamaño de las partículas.

Irradiación Externa y Contaminación Radiactiva

1. Irradiación Externa: El individuo está expuesto a una fuente de radiación no dispersa, externa al mismo, y no hay un contacto directo con la fuente. Puede ser global o parcial. El efecto se detiene cuando se detiene la exposición.
2. Contaminación Radiactiva: El organismo entra en contacto directo con la fuente radiactiva, la cual puede estar dispersa en el ambiente (gases, vapores o aerosoles) o bien depositada en una superficie. La propia sustancia radiactiva permanece en el organismo después de la exposición.

Vías de Ingreso al Organismo

1. Inhalación: El material radiactivo incorporado por inhalación se deposita inicialmente en los distintos tramos del tracto respiratorio, se depura por transferencia a la sangre y hacia los ganglios linfáticos, por pasaje al tracto gastrointestinal.
2. Ingestión: Se transfiere hacia los líquidos extracelulares, a nivel del intestino delgado. El resto es excretado por heces.
3. Absorción a Través de la Piel Sana: La piel es una buena barrera para la incorporación de material radiactivo. La absorción a través de la piel sana se da en el caso de agua tritiada y de yodo. Para el tritio pasa en su totalidad, cualquiera sea la vía de entrada.
4. Absorción por Heridas: La piel que ha sufrido una lesión deja de ser una barrera contra la incorporación de productos radiactivos. El material que ha atravesado la barrera cutánea puede ser transferido directamente a los líquidos extracelulares.

Si bien en condiciones normales de trabajo la vía de entrada más común es la inhalación, no debe descartarse cualquiera de las otras posibilidades.

Efectos Biológicos de las Radiaciones

La ionización que producen las radiaciones puede dañar en forma transitoria las células. Si estos daños no se reparan adecuadamente, las células afectadas pueden morir, no reproducirse u originar una célula modificada. La interacción con el organismo puede ser directa (en la propia molécula irradiada) o indirecta (por radicales libres generados que extienden la acción a otra molécula).

Si la cantidad de células muertas es elevada, se produce un daño que afectará la funcionalidad del tejido. La probabilidad de que se produzcan estos daños es cero para dosis pequeñas, pero por encima de una dosis umbral aumentará al igual que la gravedad del daño con la dosis. Estos efectos se denominan no estocásticos. La dosis umbral es la dosis necesaria para provocar el efecto en por lo menos el 1-5 % de los individuos expuestos.

Si la célula sobrevive pero con una alteración en su genoma, estos efectos se denominan estocásticos. Si la transformación es en una célula germinal, el efecto se dará en la descendencia de la persona expuesta, lo que se llama hereditario. En cambio, si es una célula somática, puede dar lugar a carcinogénesis después de un periodo de latencia, lo que se llama somático (daño en el propio individuo) puede ser mediato (daños agudos) o diferido (daños crónicos no malignos).

Resumiendo:

1. No Estocásticos o Determinísticos: La gravedad del daño varía en función de la dosis; el efecto es más severo cuanto mayor es la dosis.
2. Estocásticos: La gravedad del daño es independiente de la dosis; la probabilidad del efecto es función de la dosis, la relación dosis – efecto es de naturaleza probabilística, ocurren al azar, no poseen dosis umbral, ejemplo leucemia.

En ambos casos, la probabilidad de efecto o el efecto aumenta directamente con la dosis.

Daños por Irradiación:

1. Células Somáticas:
   • Daño al individuo irradiado.
   • Daños agudos.
   • Daños crónicos no malignos.
   • Determinísticos.
2. Células Germinales:
   • Daño en los descendientes.
   • Neoplasmas malignos (cáncer, leucemia).
   • Daños genéticos.
   • Estocásticos.

Efectos Determinísticos: Son consecuencia de la sobreexposición externa o interna, instantánea o prolongada sobre todo o parte del cuerpo, provocando la muerte de una cantidad de células. Esta pérdida puede causar deterioro severo.

1. Efectos por Sobreexposición de Todo el Cuerpo: Se expresa mediante la insuficiencia de órganos vitales, se evidencia luego de distintos periodos de tiempo según los tejidos afectados. De acuerdo a la dosis recibida en todo el cuerpo, en el síndrome agudo de radiación se distinguen las siguientes formas:
   • Hemopoyética.
   • Gastrointestinal.
   • Neurológica.
2. Efectos Localizados: El daño en un tejido u órgano puede ser tolerado y depende de factores como: nivel de pérdida celular, momento de manifestación del daño, capacidad de reparación y recuperación del tejido, volumen de irradiación.
   • Aparato Digestivo: Provoca síntomas agudos y crónicos, desde la diarrea y la dispepsia hasta la úlcera. La parte más sensible es el intestino delgado y le sigue en orden decreciente recto, colon y estómago. Cuando gran parte del intestino es expuesto en forma aguda a una dosis mayor de 10 Gy el síndrome es mortal.
   • Aparato Respiratorio: El órgano más sensible es el pulmón. Puede sobrevenir en forma precoz y semanas o meses después. Cuando todo el volumen o la mayor parte de ambos pulmones es irradiada se puede producir una neumonitis mortal.
   • Sistema Cardiovascular: El corazón no es considerado un órgano altamente radiosensible.
   • Sistema Urinario: El riñón es el elemento más radiosensible del sistema urinario, le sigue la vejiga y los uréteres. Con dosis fraccionadas de 20 Gy en 3 a 4 semanas se puede observar una reducción en la función renal.
   • Efectos a Nivel Ocular: El cristalino es el más sensible a la radiación, sensible a la irradiación uniforme.
   • Órganos de Reproducción:
     • Ovario: Es un órgano sumamente radiosensible.
   • Huesos y Cartílagos: En desarrollo son mucho más sensibles a la radiación que en el adulto. El cartílago maduro es mucho más resistente al daño por radiación y las dosis para producir necrosis son altas.

Campos Electromagnéticos y Radiaciones No Ionizantes

Los campos electromagnéticos son fenómenos naturales; las galaxias, el sol, las estrellas emiten radiación de baja densidad. Existen cargas eléctricas que generan campos magnéticos; estamos expuestos y sometidos permanentemente, y se hacen más intensos, por ejemplo, en tormentas eléctricas.

A estos campos eléctricos y magnéticos naturales se ha unido en el último siglo un amplio número de campos artificiales, creados por maquinaria industrial, líneas eléctricas, electrodomésticos, etc., que nos exponen a diario a una radiación adicional. Esta radiación artificial es mucho más débil que los campos electromagnéticos naturales.

Ondas Electromagnéticas

Es la transmisión de energía a través del espacio sin necesidad de un medio material, de naturaleza ondulatoria. Pueden considerarse como una doble vibración, una en un campo eléctrico y otra en un campo magnético, vibrando los dos campos perpendicularmente entre sí.

Las ondas son transversales, forman ángulos rectos en la dirección de propagación.

Radiaciones No Ionizantes (RNI)

Son ondas electromagnéticas de frecuencia menor y cuya energía no es suficiente para producir rotura de enlaces atómicos; pueden producir otros efectos biológicos.

No intervienen iones, no son capaces de ionizar los cuerpos sobre los cuales inciden. Es la de longitud de onda superior a 100 nm, cuya energía es demasiado baja para ionizar la materia.

Clasificación

Entre las RNI de las ondas electromagnéticas se incluyen:

• Láser.
• Campos de baja frecuencia: redes de energía eléctrica, trenes, etc.
• Radiofrecuencia (RF): telecomunicaciones, etc.
• Campos de microondas (MO): telecomunicaciones, radar, hornos microondas.
• Radiación infrarroja (IR).
• Radiación visible: luz.
• Radiación ultravioleta (UV).

Radiación Ultravioleta (UV)

Forma de radiación óptica de longitudes de onda más cortas y fotones más energéticos que los de la luz visible.

La mayor parte de esta radiación proviene del sol; la capa de ozono hace que solo lleguen a la superficie de la tierra las radiaciones menos dañinas y en pequeñas cantidades.

Constituyen importantes fuentes de radiaciones UV en la industria, las operaciones de soldadura de arco y plasma, lámparas germicidas, fotocopiadoras, lámparas de descarga de mercurio, esterilizadores de alimentos, tubos fluorescentes, etc.

Se subdivide en tres subregiones:

• UV-A (también luz negra)……………………..315 a 400 nm
• UV-B…………………………………………………. 280 a 315 nm
• UV-C………………………………………………….100 a 280 nm

La radiación UV-A (de mayor longitud de onda) se encuentra normalmente en la mayoría de las lámparas. Es la radiación UV más intensa que llega a la tierra.

Puede penetrar profundamente en el tejido, no es tan perjudicial biológicamente como la radiación UV-B.

La radiación UV-B es la radiación UV más perjudicial para la piel y los ojos; la mayor parte de esta energía es absorbida por la atmósfera, produce quemaduras solares y otros efectos biológicos.

La radiación UV-C (corta longitud de onda) de la luz solar es absorbida por la atmósfera y no llega a la superficie terrestre. Se obtiene de fuentes artificiales, tales como lámparas germicidas, que emiten la mayor parte de su energía a una sola longitud de onda (254 nm), es muy eficaz para matar bacterias y virus sobre una superficie o en el aire.

Fuentes de Radiación Ultravioleta

• Luz Solar: La mayor exposición de origen profesional a la RUV la experimentan quienes trabajan al aire libre, bajo la luz del sol.
• Fuentes Artificiales: Entre las fuentes artificiales más importantes de exposición humana están las siguientes:
  • Soldadura al arco industrial.
  • «Lámparas de luz negra».
  • Lámparas de RUV industriales/en el lugar de trabajo.
  • Tratamiento médico.
  • Lámparas RUV germicidas.
  • Alumbrado general.
  • Bronceado cosmético.

Efectos Biológicos

Sobre la Piel

• Eritema o «Quemadura Solar»: Es un enrojecimiento de la piel que normalmente aparece de cuatro a ocho horas después de la exposición a la RUV y desaparece gradualmente al cabo de unos días.

Las quemaduras solares intensas provocan formación de ampollas y desprendimiento de la piel. La UV-B y la UV-C son unas 1.000 veces más eficaces que la UV-A como agentes causantes de eritema, pero el eritema producido por la UV-B es más intenso y persiste durante más tiempo.

• Fotosensibilización: Los especialistas de la salud en el trabajo encuentran con frecuencia efectos adversos por exposición de origen profesional a la RUV en trabajadores fotosensibilizados. El tratamiento con ciertos medicamentos puede producir un efecto sensibilizante en la exposición a la UV-A, lo mismo que la aplicación tópica de determinados productos, como algunos perfumes, lociones corporales, etc.

Las reacciones a los agentes sensibilizantes pueden implicar fotoalergia (reacción alérgica de la piel) y fototoxicidad (irritación de la piel) tras la exposición a la RUV de la luz solar o de fuentes industriales de RUV (también son frecuentes las reacciones de fotosensibilidad durante el empleo de aparatos de bronceado).

Sobre el Ojo

• Fotoqueratitis y Fotoconjuntivitis: Son reacciones inflamatorias agudas como consecuencia de la exposición a radiación UV-B y UV-C, que aparecen pocas horas después de una exposición excesiva y normalmente remiten al cabo de uno o dos días.
• Lesión Retiniana por Luz Brillante: Aunque la lesión térmica de la retina por fuentes de luz es improbable, pueden producirse daños fotoquímicos por exposición a fuentes con una fuerte componente de luz azul, con reducción temporal o permanente de la visión.

Efectos Crónicos

La exposición laboral de larga duración a la RUV durante varios decenios puede contribuir a la formación de cataratas y a efectos degenerativos no relacionados con el ojo, tales como envejecimiento cutáneo y cáncer de piel relacionados con la exposición.

La radiación ultravioleta (UVB y UVC) es fuertemente absorbida por la córnea y la conjuntiva. La sobreexposición de estos tejidos provoca queratoconjuntivitis, conocida comúnmente como «golpe de arco» o «ceguera producida por la nieve».

Clasificación de las Radiaciones

Se dividen en dos grandes grupos: 1. Radiaciones no ionizantes y 2. Radiaciones ionizantes.

1. Radiaciones No Ionizantes: Son aquellas en las que no intervienen iones. Un ion se define como un átomo que ha perdido uno o más de sus electrones.
   • Tipos:
     • Radiación ultravioleta.
     • Radiación visible.
     • Radiación infrarroja.
     • Láser.
     • Microondas.
     • Radiofrecuencia.
2. Radiaciones Ionizantes: Son aquellas en las que las partículas que se desplazan son iones.
   • Tipos:
     • Emisión de partículas alfa y beta.
     • Emisión de fotones gamma y rayos X.

El espectro electromagnético abarca desde la radiación ionizante de gran energía con frecuencias elevadas y longitudes de onda corta a radiaciones no ionizantes con frecuencias bajas y longitudes de onda mayores.

Fuente de Radiación No Ionizante:

1. Ultravioleta:
   • Exposición solar.
   • Lámpara germicida.
   • Lámparas de fototerapia.
   • Lámparas solares UV-A.
   • Arcos de soldaduras y corte.
   • Fotocopiadoras.
2. Visible:
   • Exposición solar.
   • Lámparas incandescentes.
   • Arcos de soldadura.
   • Lámparas de descargas de gases.
   • Tubos de neón, fluorescentes, etc.
3. Infrarroja: Puede ser cualquier superficie que está a temperaturas superiores al receptor.
   • Exposición solar.
   • Cuerpos incandescentes y superficies muy calientes.
   • Llamas.
   • Lámparas incandescentes, fluorescentes.
4. Microondas y Radiofrecuencias:
   • Estaciones de radio emisoras de radio y televisión.
   • Instalaciones de radar y sistemas de telecomunicaciones.
   • Hornos microondas.
   • Equipos de microondas y radio frecuencias utilizados en procesos como soldaduras, fusión, esterilización.
5. Láser: Existen tres tipos.
   • Estado sólido: cristal de rubí.
   • Estado gaseoso: el helio y neón.
   • Semiconductor o inyección: cristal semiconductor.

Fuentes Naturales de Radiaciones Ionizantes:

• Rayos Cósmicos: Altamente ionizantes y energéticos, producidos por la actividad del sol y del resto de las estrellas.
• Materiales de la Corteza Terrestre: Menos ionizantes y energéticos, producidos por elementos naturales radiactivos que integran la corteza terrestre.
• Irradiación Interna: Proviene de sustancias radiactivas como el tritio, que ingresan a través del aire que respiramos, así como los alimentos que consumimos o el agua que bebemos.
• Radón: Fuente más importante de radiación natural, gas invisible, inodoro e insípido, se concentra en el aire de los edificios. El aislamiento térmico agrava la situación al hacer más difícil la salida del gas.

Fuentes Artificiales de la Radiación Ionizante:

• Aplicaciones Médicas:
  1. Radioterapia (la dosis de radioisótopos es más elevada que para las otras aplicaciones médicas y su objetivo es dañar las células tumorales con la mínima incidencia sobre el resto de las células).
  2. Radiodiagnóstico (exploración de rayos X en países avanzados 800 por cada 1000 habitantes).
  3. Medicina nuclear (exploración de rayos X en países más avanzados 16 por cada 1000 habitantes).
• Exposiciones Militares: Los radionúclidos se dispersaron por la atmósfera y se incorporaron a la biosfera.
• Producción de Electricidad de Origen Nuclear: Producción de energía a partir de la fisión nuclear.
• Otros Usos Industriales: Radiografía industrial, proceso de esterilización de alimentos, aparatos de TV, pantallas de ordenador, etc.

Ley de Decaimiento Radiactivo: El conjunto de núcleos inestables que no permanecen inalterables con el paso del tiempo.

Actividad: (inverso al periodo de desintegración)

Vida Media: Es el tiempo necesario para que una actividad dada decaiga a la mitad. También podemos decir que es un tiempo que tarda un núcleo en desintegrarse. Las vidas medias varían desde fracciones de segundos a millones de años.

Excitación: Cuando un átomo recibe un aporte energético y los electrones pasan de una capa interna a una capa más externa.

Ionización: Cuando un átomo recibe un aporte energético que produce una separación completa del electrón de su átomo.

Tipos de Radiaciones de Interés:

1. Electromagnética (rayos gamma y X), no tienen carga eléctrica.
2. Neutrones, no tienen carga eléctrica.
3. Radiación beta (electrones negativos y positivos), tienen carga eléctrica.
4. Partículas pesadas (protones, deuterones, partículas alfa y otros iones pesados) tienen carga eléctrica.

Estos cuatro tipos de radiaciones presentan características marcadamente diferentes en su forma de interactuar con la materia, es necesario su tratamiento en forma separada. Es conveniente destacar que para las partículas con carga eléctrica, por interactuar en forma directa con el medio material, existe un espesor tal que las frena totalmente. Para radiaciones electromagnéticas y neutrones carentes de carga eléctrica, el alcance de su recorrido en el medio es indefinido ya que cuando estas partículas interactúan son absorbidas o dispersadas del haz en un solo evento.

Legislación

La ley nacional de la actividad nuclear número 24.804 creó a la Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN), entidad autárquica dependiente de la presidencia de la nación, con la función de establecer, desarrollar y aplicar un régimen regulatorio para todas las actividades nucleares que se realicen en la República Argentina, con los siguientes propósitos:

• Sostener un nivel apropiado de protección de las personas contra los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes.
• Mantener un grado razonable de seguridad radiológica y nuclear en las actividades nucleares.
• Verificar que las actividades nucleares no se desvíen con fines no autorizados y que se realicen sujetas a los compromisos internacionales asumidos por la nación.
• Establecer criterios y normas para prevenir la comisión de actos intencionales que puedan conducir a consecuencias radiológicas severas o al retiro no autorizado de materiales nucleares u otros materiales o equipos nucleares.

A la Comisión Nacional de Energía Atómica se le confirió por ley la función de autoridad para controlar las actividades con material radiactivo y radiaciones ionizantes (excepto el uso de equipos destinados a generar específicamente rayos X, que es competencia del Ministerio de Salud y Acción Social).

Radiaciones Ionizantes

Una radiación se entiende como ionizante cuando al interaccionar con la materia produce la ionización de los átomos de la misma, es decir, origina partículas con carga (iones). Su origen es siempre atómico, pudiendo ser corpusculares o electromagnéticas.

Todos los átomos tienen igual número de electrones y protones y no tienen carga eléctrica residual. Cuando se combinan para formar compuestos, la molécula resultante posee igual número de electrones y protones y también es eléctricamente neutra. Dado que el electrón es la parte más liviana del átomo y que no está ligado al núcleo como los protones y neutrones, el electrón es más inestable y puede extraerse de un átomo o molécula sin gran gasto de energía. Cuando se extrae el electrón de un átomo o molécula, el componente resultante posee carga eléctrica y el componente resultante de la extracción del electrón de ese átomo o molécula se denomina ion. Los iones pueden estar cargados positiva o negativamente y existir en forma de cristales, líquidos o gases. También se lo define como electrón libre.

Ionización: Es el fenómeno que origina iones, es el proceso por el cual los átomos pierden o ganan electrones.

Radiactividad: Es un proceso estrictamente nuclear, es un proceso de la desintegración espontánea del núcleo de las sustancias radiactivas.

La estabilidad nuclear es el equilibrio entre las fuerzas de repulsión eléctricas de los protones y la fuerza atractiva nuclear de corto alcance, que experimentan los protones y neutrones del núcleo. La relación entre el número de protones y neutrones es, por lo tanto, clave para la estabilidad del núcleo. La estabilidad de los núcleos es la clave para que un núcleo se desintegre y emita radiación, es decir, sea radiactivo.

Clasificación de las Radiaciones Ionizantes:

La clasificación de las radiaciones emitidas por sustancias radiactivas en los tres tipos de rayos alfa, beta y gamma, se realizó según el poder de penetración de las mismas en la materia y de acuerdo a los espesores que pueden atravesar. Estudiando sus movimientos bajo la acción de los campos eléctricos y magnéticos se conocieron sus propiedades de carga eléctrica y masa.

Radiaciones Directamente Ionizantes: Consta de partículas cargadas como los electrones energéticos, los positrones, los protones, las partículas alfas, los iones pesados (átomos ionizados). Este tipo de radiación ionizante interactúa con la materia sobre todo mediante la fuerza de Coulomb que les hace repeler o atraer electrones de átomos y moléculas en función de sus cargas. (Decaimiento alfa, beta/positrón).

Radiación Indirectamente Ionizante: Es producida por partículas sin carga. Los tipos más comunes son los generados por fotones o radiaciones electromagnéticas con energía superior a 10 keV (rayos X y gamma), y todos los neutrones. Radiación gamma, rayos X y radiación neutrón.

• Rayos Alfa: Son poco penetrables, pueden ser detenidos por una hoja de papel o la piel del cuerpo humano y recorren en el aire algunos centímetros, presentando alto poder de ionización y baja capacidad de penetración. Está formado por partículas con carga positiva y de núcleos de helio.
• Rayos Beta: Tienen poder de penetración mayor que las alfa y son detenidas por metro de aire, lámina de aluminio o centímetros de agua y recorren en el aire algunos metros. Existen tres tipos rayos beta, rayos beta asterisco y neutrones.
• Rayos Gamma: Son muy penetrantes, atraviesan el cuerpo humano y son detenidos por planchas de plomo y muros gruesos de hormigón. Presentan un poder de ionización relativamente bajo y recorren en el aire hasta decenas de metros. Por ser tan penetrante y energética, es la más peligrosa.
• Rayos X: Son radiaciones electromagnéticas y la energía de los rayos X es inferior a la de las radiaciones gamma.

Resumen de las Características: