Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes

Siempre que se reciba una cierta dosis de radiación hay algún riesgo. Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos llevan siendo estudiados desde hace más de 70 años, y en la actualidad, puede decirse que son bien conocidos. La experiencia acumulada en el seguimiento de los supervivientes de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki, nos permiten disponer de una base de datos bien contrastada.

La respuesta celular a la radiación no es igual para todas las células, ya que su radiosensibilidad es muy diferente. La interacción de la radiación con las células produce alteraciones en las moléculas de ADN, ARN y otros componentes biológicos, formando pares de iones y radicales libres que pueden dañar las estructuras celulares.

Según la intensidad de la radiación, los daños causados pueden producir retrasos y alteraciones en la reproducción o muerte celular.

La respuesta a la radiación de los diferentes órganos, depende de los tejidos que los componen y de sus poblaciones celulares, así como de las características físicas de la radiación. Aquellos órganos que se ven más afectados por la radiación y dan lugar a consecuencias más graves para el organismo son denominados ÓRGANOS CRÍTICOS. Los principales son la médula ósea, donde se producen las células sanguíneas, el intestino delgado, en que se realiza la digestión y la absorción de alimentos, y las gónadas, donde se producen y maduran las células germinales.

Según la relación CAUSA-EFECTO entre la radiación recibida y los daños producidos, los efectos biológicos se clasifican en:

• ESTOCÁSTICOS (ALEATORIOS): la gravedad no depende de la dosis. En el caso de producirse son siempre graves y comprenden la posible aparición de tumores malignos del tipo de leucemias, cánceres de pulmón, piel, etc. y las alteraciones genéticas que dan lugar a las anomalías hereditarias.
• NO ESTOCÁSTICOS (CAUSALES): la gravedad depende de la dosis recibida, siendo las lesiones más severas cuanto mayor sea la cantidad de radiación recibida, llegando a provocar incluso la muerte. Por debajo de una dosis mínima no tienen lugar. En general, se producen cuando altas dosis de radiación afectan a órganos como la médula ósea, el aparato digestivo, la piel, los testículos y los ovarios.

Según la RELACIÓN TEMPORAL entre el momento en que tiene lugar la irradiación y el tiempo que transcurre hasta que se manifiestan las lesiones, se clasifican en:

• EFECTOS INMEDIATOS: se manifiestan entre unas horas o unas semanas, causando la muerte cuando los niveles de radiación recibida por todo el cuerpo son elevadas, o causando un simple enrojecimiento de la piel, cuando las dosis elevadas de radiación son recibidas en una determinada zona del cuerpo durante un corto período de tiempo.
• EFECTOS RETARDADOS: se manifiestan cuando el cuerpo humano es sometido a bajas dosis de radiación o a una dosis mayor, pero que es recibida a lo largo de un gran período de tiempo. Suelen provocar la aparición de cáncer o enfermedades congénitas.

Según aparezcan los efectos en los individuos o en sus descendientes, se clasifican en:

• SOMÁTICOS: aparecen cuando los daños se manifiestan durante la vida del individuo irradiado. A su vez se dividen en inmediatos o retardados, en función del tiempo transcurrido desde su irradiación:
  • Somáticos inmediatos: aparecen en la persona irradiada en un intervalo de tiempo que puede ir desde unos días hasta semanas después de la exposición. Se supone que existe en cierta medida, un proceso de recuperación celular como ocurre en el caso de una fibrosis pulmonar causada por una dosis excesiva de radiación, o los eritemas de la piel.
  • Somáticos retardados: ocurren al azar dentro de una población de individuos irradiados. La relación entre la inducción de una enfermedad (leucemia, tumor, etc.) y la dosis, sólo puede establecerse sobre grandes grupos de población irradiada. Se manifiestan entre 10 y 40 años después de la exposición. 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.
• GENÉTICOS: aquellos en que los daños se manifiestan en la descendencia del individuo irradiado, ya que la radiación ha producido lesiones en sus células reproductoras. No deben confundirse los efectos hereditarios causados por la irradiación de las células germinales, que experimentan mutaciones y dan lugar a anormalidades hereditarias, con la irradiación de las gónadas, que pueden degenerar en esterilidad, y que depende de la gravedad de la dosis. Pueden aparecer en la primera generación, o más frecuentemente en los individuos de las generaciones sucesivas, como enfermedades hereditarias, defectos mentales, anomalías óseas, etc. Son efectos estocásticos, ya que dependen de que una célula germinal con una mutación relevante tome parte o no en la reproducción.

Efectos deterministas y probabilistas

Efectos deterministas: si el daño no se consigue reparar y se ha producido en una zona fundamental de la célula se producirá la muerte celular. Esto resulta peligroso si ocurre en una gran cantidad de células del cuerpo, especialmente si éstas forman parte de órganos indispensables para las acciones vitales del organismo. El daño aparece en forma de quemadura, tanto externa como interna (esto depende del tipo y forma en que se haya recibido la radiación). Es un daño que aparece poco después de la exposición y a partir de un límite de dosis, es suficiente para causar daño en una gran cantidad de células. De hecho, este método es el que aprovecha la medicina actual en muchos tratamientos de radioterapia, en los que la aplicación de altas dosis sobre zonas cuidadosamente escogidas provoca la eliminación de tumor.

Efectos probabilistas: cuando el daño se produce en una zona importante del ADN de una célula con alta capacidad de reproducirse y además no se logra reparar correctamente, la célula podría dar lugar a una estirpe de células vivas que consumen recursos sin realizar su cometido en el cuerpo; he aquí el riesgo de cáncer e incluso de posterior metástasis. El daño probabilista es un daño que aparece mucho tiempo después de haber sido recibida la dosis (diferido en el tiempo) y presenta un carácter marcadamente probabilista, ya que son muchos los factores que influyen en el desarrollo de un tumor. Para este tipo de efectos se supone de forma conservadora que no existe un límite de dosis, es decir, se considera que cualquier dosis, por pequeña que sea, es susceptible de provocarlos.

Irradiación y Contaminación Radiactiva

Se define la irradiación como la acción por la cual una persona u objeto se ve sometida o expuesta a los efectos de las radiaciones ionizantes. Se distinguen dos tipos:

• Irradiación interna: se produce por la inhalación, ingestión o absorción a través de la piel, de sustancias radiactivas, de modo que pasan a formar parte del organismo. La irradiación interna se debe a las radiaciones alfa, beta y gamma.
• Irradiación externa: se produce cuando la fuente de radiación es externa al individuo, que está a cierta distancia de ella e interacciona con la radiación emitida por dicha fuente. La dosis recibida depende de la intensidad de la radiación, de la distancia al foco emisor y del tiempo de exposición de la radiación. Este tipo de irradiación se produce por fuentes emisoras de neutrones, radiaciones gamma y beta, ya que la radiación alfa tiene un alcance muy limitado. La protección contra este tipo de radiaciones consiste en el empleo de blindajes, cuyo tamaño y composición depende del tipo de irradiación, siendo el plomo el material más empleado contra radiaciones gamma, el hormigón con láminas de boro contra los neutrones y el aluminio contra la radiación beta.

Se define contaminación como la presencia indeseada de sustancias radiactivas en la superficie o en el interior del organismo. Hay dos tipos:

• Contaminación externa: cuando las sustancias radiactivas se depositan sobre la piel. Debe eliminarse antes de que pueda incorporarse al organismo a través de heridas, orificios naturales o por inhalación. En primer lugar, hay que despojarse de la ropa e introducirla en bolsas de plástico. Luego hay que darse una ducha con agua tibia y jabón neutro cuando la contaminación es difusa, o un simple lavado de la zona contaminada cuando ésta se dé en una zona concreta. Esta operación se repetirá hasta que el detector que la controla determine la ausencia de radiación. En el caso de heridas, es aconsejable el lavado con suero fisiológico y aplicación de antisépticos y apósitos estériles.
• Contaminación interna: cuando los isótopos radiactivos penetran en el organismo por ingestión, inhalación o a través de heridas. La gravedad de sus efectos depende del tipo de partícula emitida por la fuente radiactiva, del tipo de órganos sobre los que se depositan las partículas, del tiempo de permanencia y del período de semidesintegración de los radionucleidos, y de la capacidad de eliminación de la sustancia radiactiva a través de las vías naturales. Como consecuencia del metabolismo del radionucleido contaminante, se depositará en uno o varios órganos, a partir de los cuales irradiará las células y los tejidos. Por ejemplo, el yodo se fija en el tiroides, el cesio en los músculos y el estroncio en los huesos. Las primeras medidas tomadas para eliminar los radionucleidos comienzan por ingerir líquidos abundantes o laxantes suaves, así como medicamentos que bloqueen su captación por los órganos críticos.

La diferencia entre los dos conceptos radica en que un individuo irradiado por una fuente radiactiva exterior, sufre en sus tejidos los efectos biológicos de la radiación mientras se mantenga próximo a ella, y bastará con que se aleje una distancia suficiente para que deje de ser irradiado. Por el contrario, un individuo contaminado continuará siendo irradiado hasta que no cese la contaminación, actuando él mismo como fuente de contaminación o de irradiación de otras personas.

Efecto de la dosis recibida en humanos

En la figura 5 se puede observar un resumen de dosis de radiación ionizante que se reciben en distintas actividades (radiografía de tórax, escáner, radiación natural) y también de las dosis que pueden producir efectos en nuestra salud y en la tabla 2 se presentan los efectos biológicos en función de la dosis absorbida, mientras que la tabla 3 los muestra en función de la dosis equivalente.

Tabla 2. Efectos biológicos en función de la Dosis Absorbida:

Tabla 3. Efectos biológicos en función de la Dosis Equivalente:

Efectos en la salud de los radioisótopos Yodo-131 y Cesio-137

¿Cómo son de peligrosos los contaminantes emitidos en los accidentes nucleares? En primer lugar, hay que recordar una cosa: un radioisótopo o es muy radioactivo o es muy duradero en su peligrosidad radiológica, pero ambas cosas no puede ser. La razón es sencilla: si emite mucha energía, también la pierde muy deprisa. Si emite poca, dura mucho pero irradia poco.

Los contaminantes habituales en caso de accidente nuclear son especialmente el yodo-131, el cesio-137, el estroncio-90 y el tecnecio-99. Los que se escapan más fácilmente son los dos primeros, porque dentro del reactor permanecen en estado gaseoso y salen al exterior con la primera fisura de la vasija. El estroncio y el tecnecio, en cambio, tienen un punto de ebullición mucho más alto y se mantienen en estado sólido, con lo que sólo pueden escapar en cantidades significativas si la vasija ha reventado. En Fukushima no se está detectando estroncio y tecnecio fuera de la instalación, pero sí yodo y cesio. Eso significaría que las vasijas afectadas mantuvieron su integridad general, aunque con grietas.

CEl yodo-131 tiene una semivida muy corta, de 8,02 días. La semivida o periodo de semidesintegración es el tiempo que tarda en decaer la primera mitad de los radionúclidos presentes. Es decir, que a los 8,02 días queda el 50%, a los 16,04 el 25%, a los 24,06 el 12,5% y así sucesivamente. Normalmente se ve expresado como vida media, aunque decirlo así no sea exacto. El yodo-131 tiende a acumularse en la glándula tiroides y no se elimina bien biológicamente. Sin embargo, esa semivida tan corta significa que se elimina a sí mismo rápidamente. Si no se producen nuevas emisiones y absorciones, en 80 días quedará menos del uno por mil.

El yodo-131 emite radiación beta y gamma para transmutar en xenón-131, que es estable. La emisión primaria son rayos gamma de 364 keV y partículas beta de 190 keV, con un máximo de 606 keV. Ha sido vinculado con el cáncer tiroideo, especialmente en la infancia y adolescencia. La vía de entrada al organismo es típicamente mediante la alimentación, sobre todo con el consumo de leche y verduras contaminadas.

Un método de tratamiento común para prevenir la exposición a yodo-131 es saturando la tiroides con yodo-127 regular no radiactivo, con un yoduro o sal de yodato. La tiroides absorberá muy poco del yodo-131 radiactivo después de que este saturada con yodo no radiactivo, por lo tanto evitando el daño causado por la radiación. El método de tratamiento más común es dar yoduro de potasio a aquellas personas en riesgo. La dosis para los adultos es de 130 mg de yoduro de potasio por día, dados en una dosis, o divididos en porciones de 65 mg dos veces al día. Esto es equivalente a 100 mg de yoduro, y esto es aproximadamente 7.000 veces más grande que la dosis nutricional del yoduro, que es 0,015 mg por día (150 microgramos por día).

El cesio es un metal dúctil que funde a 28,4 ºC. Su isótopo radioactivo cesio-137 es uno de los subproductos característicos de la fisión y uno de los contaminantes habituales en los accidentes o explosiones nucleares. Suele permanecer en estado gaseoso dentro de los reactores, por lo que escapa con las primeras grietas.

El cesio-137 no se da en la naturaleza: sólo apareció en la Tierra tras las primeras explosiones nucleares humanas. De hecho, a veces se usa para comprobar si un objeto es anterior a 1945. Se da la circunstancia de que es muy soluble en agua y los seres vivos tenemos mucha agua. A diferencia del yodo-131, no tiende a acumularse en un punto del organismo en particular, sino que se distribuye por todas partes; más en los músculos y menos en los huesos. El cesio-137 entra en el organismo a través del agua, los alimentos y también por inhalación, típicamente al caminar sobre suelo contaminado levantando polvo o manipular objetos contaminados y luego acercarse las manos a la cara. Tiene una semivida biológica de 64 a 110 días; este es el tiempo que el cuerpo necesita para eliminar la mitad por vías naturales.

Las dosis bajas de cesio-137 no se han vinculado a ninguna patología en particular. De los experimentos realizados con animales en el pasado y tras los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki se sabe que a dosis superiores incrementa la mortalidad general y tiene efectos teratogénicos sobre la descendencia. Sin embargo, parece que hacen falta dosis ya en el rango de los efectos no-estocásticos para que estos efectos estocásticos se manifiesten también.

Efectos en la salud de las radiaciones del Accidente Nuclear de Fukushima

No se observó ningún efecto temprano de la radiación en la salud de los trabajadores o de los miembros de la población que pudiera atribuirse al accidente.

El tiempo de latencia de los efectos tardíos de la radiación en la salud puede ser de decenios, por lo que no es posible descartar, mediante observaciones hechas pocos años después de la exposición, que esos efectos se produzcan en algún momento en la población expuesta. Sin embargo, dados los bajos niveles de dosis notificados con respecto a la población, las conclusiones del presente informe concuerdan con las comunicadas por el Comité Científico de Naciones Unidas sobre los Efectos de la Radiación Atómica (UNSCEAR, siglas en inglés) a la Asamblea General de las Naciones Unidas. El UNSCEAR determinó que “no se prevé un aumento discernible de la incidencia de efectos en la salud relacionados con la radiación entre la población general expuesta y su descendencia” (señalada en el contexto de las repercusiones en la salud relacionadas con los “niveles y efectos de la exposición a la radiación debida al accidente nuclear tras el sismo y tsunami de gran magnitud ocurridos en la zona oriental del Japón en 2011”). Con respecto al grupo de trabajadores que recibieron dosis efectivas de 100 mSv o superiores, el UNSCEAR concluyó que “cabría esperar un mayor riesgo de cáncer en el futuro. Sin embargo, no se prevé un aumento perceptible de la incidencia de cáncer en ese grupo a causa de la dificultad de confirmar una incidencia tan reducida en comparación con las fluctuaciones estadísticas normales de la incidencia de cáncer”.

El Estudio sobre la Gestión Sanitaria en Fukushima se emprendió para monitorizar la salud de la población afectada de la prefectura de Fukushima. Este estudio tiene por objeto detectar y tratar precozmente las enfermedades, y también prevenir las enfermedades relacionadas con el modo de vida. Mientras se prepara el presente informe, está en curso una exploración intensiva de la glándula tiroides de los niños en el marco de ese estudio. Se está empleando equipo de alta sensibilidad, que ha detectado anomalías asintomáticas de la tiroides (que no se habrían detectado por medios clínicos) en un número importante de niños examinados. Es poco probable que las anomalías encontradas en el estudio estén asociadas con la exposición a la radiación causada por el accidente; lo más probable es que denoten la prevalencia normal de anomalías de la tiroides en los niños de esa edad. El cáncer de tiroides en los niños es el efecto en la salud más probable tras un accidente con emisiones importantes de yodo radiactivo. Como las dosis en la tiroides atribuibles al accidente que se comunicaron fueron bajas en general, es poco probable que se produzca un aumento del cáncer de tiroides infantil atribuible al accidente. Sin embargo, persisten incertidumbres con respecto a las dosis equivalentes en la tiroides recibidas por los niños inmediatamente después del accidente.

No se han observado efectos prenatales de la radiación y no se prevé que se produzcan, dado que las dosis notificadas son muy inferiores a los umbrales a los que pueden generarse esos efectos. No se han notificado abortos no deseados atribuibles a la situación radiológica. En cuanto a la posibilidad de que la exposición de los padres tenga efectos hereditarios en sus descendientes, el UNSCEAR concluyó que, en general, “si bien se ha demostrado un aumento de la incidencia de los efectos hereditarios en estudios hechos con animales, en los seres humanos por el momento esos efectos no pueden atribuirse a la exposición a radiaciones”.

Se informó de algunos trastornos psicológicos entre la población afectada por el accidente nuclear. Puesto que esas personas sufrieron los efectos combinados de un gran terremoto y un tsunami devastador, junto con el accidente, es difícil determinar en qué medida esos efectos podrían atribuirse al accidente nuclear por sí solo. El Estudio sobre la Salud Mental y el Modo de Vida, efectuado en el marco del Estudio sobre la Gestión Sanitaria en Fukushima, revela la existencia de problemas psicológicos relacionados con lo ocurrido en algunos grupos vulnerables de la población afectada, por ejemplo aumentos de la ansiedad y trastornos de estrés postraumático. El UNSCEAR estimó que “el efecto más importante del accidente desde el punto de vista de la salud es el que se produce en el bienestar mental y social y que guarda relación con el enorme impacto del sismo, el tsunami y el accidente nuclear, y el temor y el estigma relacionados con el riesgo percibido de exposición a la radiación ionizante”.

Efectos sobre la biota no humana del Accidente Nuclear de Fukushima

No se han comunicado observaciones de efectos directos en las plantas y los animales provocados por la radiación, aunque se realizaron estudios observacionales limitados en el período inmediatamente posterior al accidente. Hay limitaciones en las metodologías disponibles para evaluar las consecuencias radiológicas, pero, teniendo en cuenta la experiencia anterior y los niveles de radionucleidos presentes en el medio ambiente, es improbable que se registren consecuencias radiológicas importantes para las poblaciones de la biota o los ecosistemas como consecuencia del accidente.

Las dosis absorbidas estimadas alcanzaron sus valores más altos para las plantas en las primeras semanas después del accidente, pero se mantuvieron por debajo de los niveles en que cabría prever efectos agudos. En el caso de algunos organismos de referencia terrestres (como el pino, la hierba, el ciervo y la rata) se superaron los niveles de referencia pertinentes en la primera fase después del accidente. Sin embargo, no se ha observado ningún efecto general en las poblaciones de estos organismos ni en los ecosistemas.

Aunque las tasas de dosis superaron algunos de los valores de referencia en las primeras fases del accidente, no se prevé ningún efecto en las poblaciones de animales y plantas ni en los ecosistemas. Tampoco se prevén efectos a largo plazo, puesto que las estimaciones de las dosis a corto plazo fueron en general muy inferiores a los niveles en que cabría prever efectos perjudiciales agudos, y las tasas de dosis disminuyeron con relativa rapidez después del accidente.