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De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, "los problemas que son necesarios resolver, para alcanzar un adecuado nivel de bienestar en la sociedad, son de creciente complejidad, de naturaleza multidisciplinaria, a menudo mal definidos y muchas veces con inciertas soluciones. Si deseamos mejorar la calidad de vida es necesario aplicar nuevos y rigurosos procedimientos, para integrar conceptos operacionales de sustentabilidad ambiental con desarrollos económicos y comunitarios."
Las Radiaciones Ionizantes RI, contribuyen al estado de bienestar con importantes aportes, directos e indirectos, para mejorar la Salud, a través de la Medicina, la Industria y la Investigación. Se justifica su uso, cuando se asegura una ventaja neta. Cuando es necesario decidir sobre aplicaciones tecnológicas que implican exposición a las Rl, se aplica un análisis costo-beneficio.
La vida ha evolucionado en un ambiente con distintos niveles de Rl, producidas por fuentes naturales e incrementadas por fuentes desarrolladas por el hombre. Para nuestros propósitos, podemos decir simplemente, que las RI son una forma de energía capaz de producir pares de iones en la materia viva e inerte.
Aunque los mecanismos de interacción con ambos tipos de materia son los mismos, la materia viva tiene cierta capacidad de reparar los cambios producidos. Las RI son emitidas como ondas o como partículas, aunque ésta división no es totalmente concreta, pues en algunas circunstancias las partículas evidenciad tener propiedades de ondas, y las ondas a veces se comportan como partículas llamadas fotones. Son ondas los rayos X y los gamma, de naturaleza electromagnética. Las partículas tienen masa, pero pueden o no tener carga eléctrica de uno u otro signo, propiedades que les permiten tener más interacciones con los tejidos. Las principales partículas con carga eléctrica son las alfa, protón, electrón, y betas positiva y negativa. El neutrón es la principal partícula sin carga eléctrica.
Cuando las Rl interactúan con los tejidos, pierden energía, esencialmente por ionización, en mayor o menor cantidad de acuerdo a su naturaleza, masa, carga, energía, propiedades que definen el grado de penetración en la materia. La Transferencia Lineal de Energía TLE, es la energía que las Rl entregan por unidad de recorrido en la materia. Las Rl de baja TLE, como los rayos X y gamma, pierden poca energía, ionizan poco, por lo tanto les puede quedar energía para ser más penetrantes que las Rl de alta TLE, como las partículas alfa, protones, neutrones e iones pesados entre otras, que por el contrario son más ionizantes.
La dosis y la tasa de dosis son dos parámetros esenciales para estimar el daño radioinducido. La dosis absorbida D, es la energía absorbida por unidad de masa, su unidad es el joule/kg, que recibe el nombre de gray Gy. Como los efectos no solo dependen de la dosis absorbida D, sino también por el tipo de radiación y energía, caracterizado como factor de peso de radiación wR, se define una cantidad aplicable a los distintos tipos de radiación y energía, llamada dosis equivalente HT, en el tejido T, igual al producto de la dosis absorbida D por el wR, seleccionado para cada tipo de radiación y energía, HT = D. wR, la unidad es el Joule/Kg, llamada sievert Sv.
Cuando se pondera la dosis equivalente HT, con un factor de peso wT correspondiente al tejido expuesto, se define la dosis efectiva E. El factor wT, representa la relativa contribución de cada tejido al riesgo total, debida a los efectos resultantes de una irradiación uniforme en todo el cuerpo. Luego, la dosis efectiva E = D. wR . wT. Su unidad también es el sievert Sv.
Varias cantidades dosimétricas subsidiarias son útiles, entre ellas cantidades relacionadas a grupos o poblaciones expuestas, como la dosis colectiva equivalente ST y la dosis colectiva efectiva S.
Ellas resultan del producto de la dosis promedio correspondiente al grupo expuesto a la fuente por el número de personas en el grupo. La unidades de estas cantidades son el sievert.hombre Sv.h.
Las sustancias radiactivas están constituidas por radionucleídos, átomos con núcleos inestables, que se desintegran espontáneamente, emitiendo radiaciones. Se define a la cantidad de radiactividad de una sustancia, como actividad, que índica el número de desintegraciones en la unidad de tiempo. Su unidad es el Becquerel, igual a 1 desintegración por segundo. Un parámetro importante de cada radíonucleído, es el es el período de semidesintegración o T1/2 físico. Definido como el tiempo que emplea un radionucleído, en reducir su actividad a la mitad de la inicial. Cuando un radionucleído se encuentra dentro del cuerpo, se define un T1/2 biológico, como el tiempo empleado por el organismo en eliminar la mitad de la actividad incorporada. Existe un tercer T1/2, llamado efectivo, igual a la suma de las inversas de los anteriores, que permite evaluar una incorporación accidental.
Directa o indirectamente contribuyen a mejorar la calidad de vida aplicaciones tecnológicas tales como:
- La imaginología y la Radioterapia, radio preservación de alimentos, esterilización de productos médicos (jeringas, sondas, quirúrgicos),
- Tratamiento de residuos peligrosos, control de plagas.
- Generación de electricidad.
- Ensayos no destructivos, Hidrología, Hidrogeología, Geoquímica, (estudios sobre el origen, propiedades y distribución del agua en una región; caracterización isotópica de aguas termales, descargas relativas en ríos y afluentes; erosión, deposición, filtración, transporte y difusión en suelos).
- Prospección petrolera.
- Análisis por activación para determinar concentraciones de oligoelementos.
- Producción de mutantes en plantas para aumentar la cosecha y la resistencia.
Básicamente, se desarrollan las aplicaciones aprovechando propiedades de las Rl, tales como:
La capacidad de penetración, el depósito localizado de energía, la capacidad mutagénica y de destrucción celular, la capacidad de producir reacciones nucleares con gran liberación de energía, la desintegración espontánea con emisión de radiaciones, acción de trazadores, la disponibilidad de instrumentos con bajos límites de detección.
Más del 50% de las prácticas diagnósticas y terapéuticas utilizan RI. El diagnóstico por imágenes o Imaginología aplica la capacidad de penetración de los rayos X y la trazadora de los radionucleídos incorporados. La imagen radiográfica resulta del contraste producido por la diferente absorción de los rayos X en la parte del cuerpo expuesta. Los átomos livianos del cuerpo, como el hidrógeno, y oxígeno de los tejidos blandos absorben pocos rayos X, en tanto que los de mayor número atómico, como el calcio, un elemento relativamente pesado, tienen mayor capacidad de atenuación, es por eso que los huesos aparecen más claros, como negativos en la radiografía.
Aunque las radiografías visualizan muchas estructuras anatómicas, otras son inaccesibles, y ha sido a partir de las dos últimas décadas qué se pueden observar con la Tomografía Computada TC, que detecta sutiles diferencias de densidad óptica en los tejidos, menores al 0,5 %. La TC es un estudio estático, en la que múltiples haces de rayos X, dirigidos al paciente desde distintos ángulos, son detectados en el lado opuesto del cuerpo. La información constituida por datos digitalizados son luego procesados en un computador, para crear luego una imagen tomográfica axial del cuerpo. Los niveles de referencia para exposiciones médicas estiman dosis en la superficie de entrada por radiografía, en mGy, de:
- Tórax, posteroanterior de 0,4 y lateral de 1,5;
- Pelvis, anteroposterior de 10;
- Columna lumbar, en proyección articulación lumbo-sacra 40;
- Dental, periapical, 3.
Las dosis promedio por múltiples scan en TC, en mGy, son de:
- Cabeza, de 50;
- Columna lumbar, de 35, y abdomen, de 25.
La fluoroscopia, con rayos X, obtiene información funcional del paciente, con y sin medios de contraste. Utilizada como procedimiento intervencionista, guía procedimientos diagnósticos y quirúrgicos.
Utilizando radionucleídos, como trazadores, la Medicina Nuclear realiza estudios diagnósticos, a partir del depósito en órganos o tejidos, así como por la variación en la concentración en función del tiempo, la visualización de imágenes y curvas de funciones metabólicas. Una mayor sofisticación técnica es el uso del Tomógrafo de emisión de positrones, cuyo uso requiere un ciclotrón que le produce radionucleídos de vida corta. El radíoinmunoensayo RlA, permite realizar pruebas diagnósticas in vitro, utilizando radionucleídos de baja energía, como el l-125.
Más deI 50% de los pacientes oncológicos son tratados con RI, con la fuente a cierta distancia, en la Teleterapia (con Co-60, Aceleradores de 4 a 6 y de 15 a 20 MeV, con fotones y electrones, y Acelerador lineal de electrones para Radioterapia Operatoria) o en contacto con los tejidos en la Braquiterapia (con CS-137 e Ir-192) y Radioterapia con radionucleídos, con o sin anticuerpos monoclonales. El objetivo de la Radioterapia es la esterilización del tejido tumoral, minimizando el daño en los tejidos sanos que lo rodean, tendiendo a localizar la distribución de dosis, según el tipo de partícula y energía, de acuerdo al pico de Bragg, o intracelularmente según la reacción neutrón-alfa, como en la terapia por captura de neutrones con boro, y en la Radioinmunoterapía, con radionucleídos ligados a anticuerpos. Las dosis al paciente en el tumor son altas, con altas tasas de dosis, de 40 a 80 Gy, en 6 a 8 semanas, con dosis por día de 1 a 3 Gy, con o sin superfraccionamiento.
La exposición radiológica ambiental proviene de fuentes naturales y artificiales. Estamos expuestos a fuentes naturales por irradiación externa debida a los rayos cósmicos, y por irradiación interna producida por los radionucleídos naturales incorporados dentro del cuerpo a través de las vías respiratorias y digestiva.
Los rayos cósmicos son protones, partículas alfa, núcleos pesados; electrones y rayos gamma. Son absorbidos por las capas superiores de la atmósfera, reduciéndose la dosis a nivel del mar a 0,4 mSv/año. La radiación terrestre proviene del K-40,Fkb-87, y por los radionucleídos generados por la desintegración del U-238 y Th-232. Aunque hay grandes variaciones, la dosis recibida por ellos, es de 0,5 mSv/año.
La irradiación interna es debida al K-40, y Rn-222 y Rn-220, y a sus productos de decaimiento (Po-218,Pb-214,Bi-214,Po-214 y Pb-210. La dosis debida al K-40, es de 0,2 mSv/año. El Fkn-222 y el Rn-220, provenientes respectivamente del decaimiento del U-238 y Th-232. En el ambiente, su concentración es baja debido a su difusión, pero en el interior de las viviendas, particularmente las mal ventiladas, pueden ser muy altas. Las dosis son muy variables, de acuerdo, entre otros factores al lugar y al tipo de vivienda. La dosis promedio es de 1,3 mSv/año, aunque puede alcanzar valores hasta mil veces más elevadas.
La exposición radiológica ambiental con fuentes artificiales resulta esencialmente del trabajo en instalaciones radiactivas, la producción de energía eléctrica, y lamentablemente de la precipitación radiactiva debida a explosiones nucleares.
La base misma de los fenómenos vitales, reside en el balance entre el flujo energético que ingresa a nuestro cuerpo, la energía utilizada, y la no utilizada, emitida como calor y excretas al ambiente. La humana es la única especie, que a través de relación instrumental, utiliza y libera energía extracorporalmente. El desarrollo de los métodos de producción y utilización de energía, dinamizaron los mecanismos de acoplamiento de crecimiento económico con el tecnológico. Las consecuencias fueron un nuevo aumento en la demanda energética por un sistema productivo de bienes y servicios, cada vez más grande, complejo y automatizado. Desde el punto de vista político, el mayor y más racional consumo de energía está relacionado a un mejor nivel de vida, que ha alcanzado tal magnitud que obliga a considerar sus efectos sobre el ambiente.
En 1995, se ha estimado, en términos de la energía mundial total, que la biomasa contribuye con el 10-15 %, el petróleo con el 33 %, el carbón con el 23 %, la energía nuclear con el 6 %, y la hidroeléctrica, asociada con otras fuentes como la eólica, geotérmica, suministran el 7 %.
De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud. "Las implicaciones ambientales del futuro crecimiento energético, dependen en gran medida de los combustibles elegidos, y de la combinación de tecnologías. Debemos considerar, además, que el impacto ambiente-salud, no ocurre solamente durante su uso, sino a lo largo de todo el ciclo combustible. La combustión de combustibles fósiles en plantas de energía eléctrica, la industria, transporte y vivienda, es la mayor fuente de contaminación atmosférica, generando enormes cantidades de óxidos de azufre y nitrógeno, metales pesados, hidrocarburos, partículas, monóxido de carbono, otros contaminantes altamente tóxicos, así como la principal fuente de GHGs, en la forma de dióxido de carbono y metano.
El impacto de la energía hidroeléctrica sobre el ambiente y la salud incluye el estrés y otros impactos sobre las poblaciones desplazadas por el relleno de reservorios; los accidentes ocurridos durante la construcción de las represas y reservorios; las inundaciones debidas a fallas en las represas; enfermedades transportadas por el agua por los cambios ambientales; contaminación de los peces, y emisiones de GHGs, debido a la inundación de bosques y la vegetación.
Las principales preocupaciones ambientales vinculadas con la energía nuclear son:
La potencial liberación de grandes cantidades de radioactividad en los accidentes ocurridos en reactores; la posible desviación de material del ciclo combustible nuclear para la producción de armas par destrucción masiva; la liberación radiactiva, desde la disposición de desechos nucleares. La producción de energía se realiza en centrales nucleares, que son como las térmicas, en las que la caldera es reemplazada por un reactor nuclear. El reactor mantiene en forma controlada reacciones en cadena, generadas en el proceso de fisión. La fisión nuclear produce energía convirtiendo masa en energía.
Durante la fisión, un radionucleído fisionable, por ejemplo, U-235, Pu-239, U-233, captura un neutrón y estalla en dos fragmentos nucleares más pequeños, varios neutrones que repiten el proceso, y una gran cantidad de energía, que es transformada en vapor. El vapor, a su vez, expande una turbina, que gira y mueve un alternador, que genera electricidad, que luego es derivada a la red eléctrica. El reactor, con sus accesorios y el circuito primario, se encuentran en un edificio con doble confinamiento, constituido por una esfera de acero a presión y la estructura exterior de hormigón.
La potencia del reactor, depende de la rapidez con que se producen las fisiones nucleares. La potencia neta se expresa en MW. La Central Nuclear de Atucha genera 335 MW, y la de Embalse 600 MW. Las dosis recibidas por aquellos que residen próximos a centrales nucleares son del orden algunos décimos de mSv, el valor promedio estimado es de 0,001 mSv/año. A través del monitoreo ambiental, se controlan las descargas de efluentes. Los radionucleídos analizados por ejemplo, son los productos de fisión (l-131,Cs-137,Sr-90), y de activación (H-3,Co-60). Se evalúan las descargas líquidas, analizando muestras de río, sedimentos, peces, así como agua potable extraída cerca de la instalación. Las descargas a la atmósfera se evalúan analizando muestras de alimentos de la zona, y de pasto, como indicadores de depósito radiactivo.
Las Normas de la Autoridad Regulatoria Nuclear limitan las descargas de efluentes radiactivos al ambiente. Entre otros criterios establece que deberá proveerse de una retención mínima suficiente para que la dosis efectiva comprometida en el grupo de población vecino no exceda de 0,3 mSv en un año y que la dosis efectiva colectiva no exceda de 15 mSv.hombre por MW año de energía generada.
Integrando beneficios y riesgos, cuando se habla de energía con desarrollo sostenible, se refiere a un desarrollo económico que pueda mantenerse sin disminuir el capital ambiental, ni ocasionar cargas desproporcionadas sobre las futuras generaciones. Evitar el riesgo del Cambio Climático es el compromiso.
Cuando el combustible es fósil, se crea el problema que consiste en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Una opción para resolver el problema es la de estimular la sustitución de los combustibles fósiles convencionales por otros libres de carbono.
Las Recomendaciones Internacionales y las Normas Nacionales vinculadas a la exposición a las Rl, expresan que su uso deben producir suficiente beneficio al individuo y a la sociedad para compensar el detrimento (Justificación). El detrimento considera la probabilidad y severidad de ocurrencias de efectos. La llamada dosis efectiva es un sucedáneo del detrimento sobre un individuo, que obviamente considera el detrimento total sobre la salud. A su vez, aunque la exposición esté justificada es necesario considerar cómo usar los recursos para reducir los riesgos (Optimización).
Las dosis individuales, el número de personas expuestas, y la exposición cuando no es necesaria, deben ser tan bajas como razonablemente se pueden alcanzar. Finalmente, la exposición a las Rl, no deben exceder límites de dosis especificados. Los límites de dosis no deberán ser aplicados a las exposiciones médicas, dado que ellas son de directo beneficio al individuo, si la práctica está justificada y la protección optimizada.
Los niveles de exposición a las Rl, de acuerdo a las Normas Nacionales e Internacionales, se refieren a exposiciones a bajas dosis y tasas de dosis, reguladas por los límites y restricciones de dosis. En éstas condiciones, se asumen la probabilidad de ocurrencia de efectos de naturaleza aleatoria, llamados estocásticos. Los efectos estocásticos no tienen umbral, es decir que se pueden inducir aún a bajas dosis y tasas de dosis. Su probabilidad de ocurrencia diferida en el tiempo, 10 a 20 años para el cáncer en las dos primeras generaciones para los genéticos, es proporcional a la dosis, no así su severidad.
Cuando el efecto estocástico lo padece la persona expuesta, el daño es el cáncer y la leucemia, si los padecen los descendientes de la persona expuesta el daño son los efectos genéticos, que a nivel humano no se han demostrado, pero sí en el ámbito experimental.
Los datos epidemiológicos, a partir de los cuales se definen los efectos estocásticos, pertenecen a exposiciones con altas dosis y tasa de dosis, y a partir de los mismos, se ha extrapolado la ocurrencia de daño, con baja dosis y tasa de dosis. Es decir que, con fines de protección se ha sobreestimado el riesgo. Nuestro conocimiento de los efectos aún es descriptivo, pues nos falta comprender el mecanismo a través del cual se produce tanto el cáncer, como el cáncer radioinducido.
La relativamente baja incidencia a bajas dosis y tasas de dosis de cáncer y efectos genéticos radioinducidos, es enmascarada por la alta tasa espontánea de cáncer y efectos genéticos no relacionados con la exposición a las Rl. Esto es debido a dos razones, una biológica, y la otra estadística. La razón biológica, es debida a nuestra incapacidad para identificar un cáncer radioinducido, de los no lo son. La estadística, es porque no es posible, a bajas dosis y bajas tasas de dosis, en las pequeñas poblaciones disponibles demostrar la significación de un número reducido de cáncer radioinducido, respecto de un gran número de cánceres de personas no expuestas.
Asumiendo una sobreestimación del riesgo de dos veces, el riesgo por unidad de dosis obtenido epidemiológicamente, se ha estimado en un 4%/Sv, para el cáncer y de 1%/Sv, para efectos genéticos, es decir un riesgo total de efectos estocásticos del 5%/Sv, no demasiada conservador respecto de las incertidumbres. Por lo tanto, se debe trabajar por una evaluación más realísta del riesgo, y la mejor forma de alcanzarlo parece ser, tal cual se viene haciendo, mediante una frecuente revisión científica, y ajuste de los valores como fuese necesario.
En situaciones accidentales, es posible exposiciones con altas dosis y tasas de dosis. En tales condiciones, se pueden producir, un efecto llamado determinístico, cuando se alcanza la dosis umbral de todo el cuerpo, o de órganos o tejidos, un efecto que puede ser temprano, y cuya severidad también depende de la dosis. Los tres tejidos más radiosensibles son las gonadas, cuyo umbral para inducir esterilidad temporaria en el hombre es de 0,15 Sv, la médula ósea, cuyo umbral para inducir depresión hemopoiética es de 0,5 Sv, y el cristalino en el que un umbral de 0,5 Sv, determinan una opacidad detectable. La dosis letal que produce la muerte del 50 % de las personas al cabo de 60 días es de 3W5 Sv. Se estima una dosis letal del 100 %, para las personas más radiosensibles en más de 8 Sv, y de más 12 Sv, para las más radioresistentes.
Luego, podemos decir que podemos evitar los efectos determinísticos, cuando las dosis son inferiores a las dosis umbrales de los tejidos dependientes, y reducir a niveles aceptables los riesgos de efectos estocásticos.
La Comisión Internacional de Radioprotección, ICRP expresa que el control ambiental, debe alcanzar condiciones tales que protejan al hombre y asegure no poner en peligro a otras especies, aunque ocasionalmente algunos individuos de éstas, puedan ser dañados, sin poner en peligro a su especie, ni crear desbalance entre especies. Se han estimado dosis letales para distintas especies, todas más altas que la humana, tantas más altas cuando más bajo es el nivel de organización, así por ejemplo tienen dosis letales de 1000 a 2000 Sv. Entre las plantas las coníferas, son las más radiosensibles, con dosis letales similares a las de los mamíferos.
Con bajas dosis, los efectos sobre la reproducción, son los más sensibles, tanto para plantas como para animales. Así, se ha estimado, que la exposición crónica a 1 mSV/día o menos, no parece producir cambios observables en poblaciones terrestres de animales, en tanto que en plantas terrestres no se observan cambios con exposiciones prolongadas de 10 mSv/día en poblaciones acuáticas. Asimismo, no hay evidencias de daño en animales y plantas, con exposiciones prolongadas de 1 mSv/día. Cambios en la productividad y biodiversidad de los ecosistemas, deben ser resultantes de efectos sobre individuos de especies no humanas. Tantos los límites de dosis efectiva en los trabajadores de 20 mSv/año, como los límites de dosis para el público de 1 mSv/año, protegen a otras especies. @
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