Estimación de dosis en un POE por diferentes métodos

Simposio LAS/ANS 2007 / 2007 LAS/ANS Symposium
XVIII Congreso Anual de la SNM / XVIII SNM Annual Meeting
XXV Reunión Anual de la SMSR / XXV SMSR Annual Meeting
Copatrocinado por la AMEE / Co-sponsored by AMEE
Cancún, Quintana Roo, MÉXICO, del 1 al 5 de Julio 2007 / Cancun, Quintana Roo, MEXICO, July 1-5, 2007
Estimación de dosis en un POE por diferentes métodos
Citlali Guerrero Carbajal, Carolina Arceo Maldonado y Matilde Breña Valle
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares km. 36.5, Carrera México-Toluca
[email protected]
Resumen
Se presenta el caso de una aparente sobreexposición a radiación según lo indicaba el
dosímetro termoluminiscente (TLD) de un trabajador ocupacionalmente expuesto (POE)
al que se le practicó el estudio de dosimetría biológica con el cual se comprobó el registro
de dosis marcado por el dosímetro TLD. La dosis indicada por el TLD es de 81.59mSv, la
dosis estimada por el estudio en las lesiones de los cromosomas del individuo es de
0.12Gy, de acuerdo a las consideraciones que se analizan, se concluyó que ambas dosis
son la misma. El estudio de dosimetría biológica es un complemento de los sistemas
físicos tradicionales y solo en casos como el presente en donde es necesario comprobar
los valores de dosis se recomienda.
1. INTRODUCCIÓN
Los trabajadores ocupacionalmente expuestos (POE), deben portar un dispositivo destinado a
registrar la dosis que reciben en el cuerpo. Estos dispositivos son los llamados dosímetros, que
pueden ser de muy diversas formas y tienen función específica según las necesidades. Las
características más importantes de los dosímetros son su efectividad para registrar dosis muy
bajas, del orden de mGy, la rapidez en la obtención de resultados y su bajo costo. De acuerdo a su
tipo, hay dosímetros de lectura directa, que indican la cantidad de radiación de manera inmediata
o bien los hay que acumulan durante un mes el registro de dosis y es hasta entonces que se realiza
la lectura para saber la dosis que recibió el trabajador durante ese período.
El dosímetro más utilizado, tanto en trabajadores expuestos como en monitoreo ambiental o en
aplicaciones médicas, es el que se basa en el principio de la termoluminiscencia (TLD). La termo
luminiscencia (TL) es un fenómeno de fosforescencia y consiste en la emisión de luz por un
material semiconductor o aislante, previamente expuesto a radiación ionizante o no ionizante al
ser estimulado con energía calorífica.
Estos dispositivos se utilizan sujetos a la ropa, pero pude darse el caso que inadvertidamente se
desprendan y al quedar cerca de la fuente registren dosis a las que aparentemente se expuso el
portador. En este tipo de situaciones, la forma para establecer la verdadera dosis de exposición, es
tomar una muestra de sangre del individuo presuntamente expuesto para hacer el análisis de
aberraciones cromosómicas. Esta es la llamada dosimetría biológica, que aparte de ser un
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complemento de los métodos físicos, se puede realizar en cualquier momento y no hay manera de
alterar intencionalmente la respuesta de las células.
La dosimetría biológica sigue siendo a la fecha y ya con cerca de 40 años de vigencia, el sistema
más confiable y efectivo para, mediante el análisis de daño cromosómico, resolver casos en los
que se sospecha sobreexposición. El estimado de dosis se establece comparando la frecuencia de
aberraciones cromosómicas, específicamente los llamados dicéntricos, contra curvas dosisrespuesta generadas a partir de irradiaciones in vitro de linfocitos humanos, las cuales están
debidamente estandarizadas [1 y 2]. Sin embargo, el resultado no es inmediato y se requiere de
entre 8 a 10 días hábiles para establecer la dosis de la persona examinada.
Tanto el TLD como la dosimetría biológica, son sistemas confiables y muy precisos, aunque para
tener resultados se requieren dos a tres semanas. Cuando es necesario contar con información
inmediata, se puede recurrir a la reconstrucción de los pasos seguidos por la persona
presuntamente expuesta y en base a los tiempos y distancias con respecto a la fuente dar un
estimado de dosis preliminar, esto se puede hacer siempre y cuando el trabajador se percate de
que algo ocurrió y que existe la posibilidad de una exposición.
La estimación de la dosis recibida de acuerdo al estudio de tiempos y movimientos para evaluar
las posibles dosis en diferentes partes del cuerpo, se considera al repetir varias veces el proceso
de cómo se irradió la persona. Es una aproximación rápida para apreciar la magnitud de la
irradiación antes de tener un dato más confiable con el dosímetro TLD y/o el estudio de
aberraciones cromosómicas.
A continuación se presenta un ejemplo en el que se comparan los resultados de la dosimetría
biológica con los registros del TLD y los obtenidos de acuerdo a la reconstrucción de lo ocurrido
a raíz de un incidente de presunta exposición a radiación. En el mes de mayo de 2005 se realizó
una dosimetría biológica a un encargado de radiografías industriales cuyo TLD registró una dosis
de 81.51mSv (0.0815Gy).
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. Obtención de la Muestra
La muestra de sangre de la persona afectada se obtuvo por punción en la vena procurando que el
volumen de sangre fuera suficiente para tener 4 ml mínimo utilizando tubos con heparina de
litio, tapón de goma y al vacío (sistema Vacutainer de Becton Dickinson) [3].
2.2. Cultivo y Cosecha de Linfocitos
Para separar a los leucocitos del resto de las células sanguíneas, por cada 2 ml de sangre se
adiciona 1.0 ml de suero fetal de ternera y 150 µl de fitohemaglutinina que estimula la división
celular. Se centrifuga durante 5 minutos a 500 rpm, se recupera el sobrenadante con los
leucocitos y se siembran en medio mínimo esencial con 2mM de L-glutamina, 200 unidades/ml
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de penicilina, 100 µg/ml de estreptomicina, 20 unidades/ml de heparina de sodio y 20 µM de 5bromo-2-desoxiudridina. Todo se incuba durante 48 horas a 37°C y 2 horas antes de cumplirse
este período, se agregan 100µl de colchicina para interrumpir la división celular en metafase. Las
metafases se aíslan por tratamiento hipotónico en KCl 0.75 M durante 7 minutos a 37°C y a
continuación se hacen tres cambios con solución fijadora 3:1 de metanol:ácido acético. Se
pueden almacenar en el fijador a –20°C hasta el momento de necesitarse [3].
2.3. Preparación de Laminillas por el me Método de Fluorescencia y Giemsa (FYG)
Para teñir los cromosomas se utilizan dos colorantes. Las laminillas se sumergen primero en
solución 0.5 mg/ml de colorante Hoechst 33258 durante 20 min. Se enjuaga con agua destilada,
se agregan 2 a 3 gotas de solución de Hoechst y se expone a luz ultravioleta por 20 min. Más
adelante se efectúa la segunda tinción con solución Giemsa al 5% durante 5 min. El montaje se
realiza previa deshidratación en xileno y pasadas 24 horas puede iniciarse el análisis al
microscopio [3].
2.4. Análisis de Metafases
Para localizar las metafases adecuadas con sus 46 cromosomas bien separados, se examinan las
laminillas utilizando el objetivo de bajo aumento del microscopio. A continuación, para el
análisis de daño cromosómico representado por dicéntricos y sus correspondientes fragmentos, se
cambia al objetivo de mayor aumento. Para determinar si existe daño cromosómico causado por
radiación se examinan 1000 metafases, se cuentan las lesiones y se refieren a la curva calibrada
para establecer la dosis de exposición [3].
3. RESULTADOS
Después de realizar el conteo de metafases de la persona se encontró un total de 5 dicéntricos
cada uno con su correspondiente fragmento acéntrico que a su vez equivale a una frecuencia de
aberraciones de 0.005 por célula. En la tabla I se incluyen los datos del análisis citogenético, cabe
hacer notar que cada dicéntrico de los cinco encontrados, estaba en diferente célula, es decir un
daño por célula con un total de cinco células dañadas. De igual forma el exceso de cada uno de
los fragmentos acéntricos corresponden a una célula por daño. El total de células dañadas, es
entonces de 8 del total de 1062 estudiadas.
Tabla I. Análisis citogenético en linfocitos del trabajador expuesto
Total
Células
1062
Células
Normales
1054
Dicéntricos
Acéntricos
5
3
Frecuencia
Dicéntricos
0.005 ± 0.002
Frecuencia
Acéntricos
0.003 ± 0.002
Dosis calculada(Gy)
0.129
Refiriendo estos datos a la curva in vitro dosis-respuesta generada para radiación gamma de 60Co
[4 y 5], cuyas constantes son:
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c = 0.00074 ± 0.0009
α = 0.026 ± 0.008
β = 0.053 ±0.004
Χ2 = 8.29 con 7 grados de libertad,
se estimó que la dosis recibida era de 120mSv que en el caso de radiación gamma equivale a
0.12Gy. Los límites de confianza son cero y 0.26Gy.
En la tabla II se desglosa el reporte completo de dosimetría del trabajador, desde su inicio como
POE.
Tabla II. Historia dosimétrica del trabajador (dosis en mSv)
Año
2001
2002
2003
2004
2005
Total
ene
feb
mar abr
may jun
1.29
0.79
1.29
0.56
1.36
1.20
1.23
0.03
1.05 8.33
0.54 0.35
0.70 0.30
1.72 81.59*
1.04
0.15
0.21
0.42
Jul
ago
0.88
0.70* 2.63 0.85
0.60 0.57 0.93
.031 1.39 1.17
sep
1.56
1.55
0.45
0.41
oct
1.68
1.19
0.99
0.47
nov
0.83
0.67
1.04
0.65
dic
1.65
1.52
0.91
Total
6.61
22.18
8.52
8.13
84.32
136.36
*Cálculos extemporáneos o extraordinarios.
El dosímetro TLD que portaba el trabajador al momento del incidente, marca una dosis total de
81.59mSv y se ubica en la columna No. 5 correspondiente al mes de abril.
El registro de las dosis parciales, incluida la de 81.59mSv ubicada en la columna No. 5
correspondiente al mes de abril, desde que la persona inicia su labor como personal
ocupacionalmente expuesto en agosto de 2001, hasta un mes después de ocurrido el incidente
marca un total de dosis de 136.36mSv valor que prácticamente coincide con el obtenido por
dosimetría biológica (0.12Gy equivalente a 120mSv).
Una aproximación rápida para apreciar la magnitud de la irradiación aún antes de que se tengan
los datos del dosímetro TLD o del análisis de aberraciones cromosómicas, es el cálculo de la
dosis recibida en diferentes partes del cuerpo de acuerdo al estudio de tiempos y movimientos,
considerando que la persona repitió no menos de 5 veces el proceso de irradiación.
Esta estimación considera que la exposición se inicia al momento de entrar el técnico al cuarto de
irradiación. Se fijó una sola distancia que representara el sitio donde podría haber ocurrido la
máxima exposición, pero los tiempos variaron según lo calculado para cada movimiento. Así para
la estimación de dosis por reconstrucción de los movimientos se tienen las siguientes
consideraciones:
• No se incluye en el cálculo la absorción del espesor del metal (fierro) para los puntos donde el
espesor del tubo sirvió de barrera
• Los tiempos y movimientos se midieron de acuerdo al simulacro por parte del trabajador
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• Para verificar su repetibilidad, el simulacro se repitió no menos de 5 veces
• Las distancias se midieron a la superficie del cuerpo
• El tiempo se tomó con cronómetro/*/
Los movimientos se clasifican de la siguiente manera:
1. Aproximación desde la puerta de acceso al domo (cilindro de 60 pulgadas de diámetro)
2. Despegue de la placa radiográfica expuesta y colocación de la nueva
3. Aproximación al soporte de la fuente
4. Colocación del soporte para siguiente toma
5. Medición de la distancia de la fuente para el centrado del domo
6. Ajuste de la fuente al centro del domo
7. Colocación de identificadores de la toma radiográfica
8. Movimiento desde el domo hasta el contenedor para revisión de seguridad
9. Movimiento desde el contenedor a puerta de acceso al bunker
Áreas anatómicas consideradas
A Mano izquierda
B Mano derecha
C Cráneo
D Torso
E Cintura (gónadas)
Tabla III. Registro promedio del tiempo en minutos y de la distancia en centímetros a la
fuente de cada una de las partes del cuerpo consideradas en la exposición
A (Mano izq.)
B (Mano der.)
C (Cráneo)
D (Torso)
E (Cintura)
Movimiento
Distancia*
Tiempo*
Distancia*
Tiempo*
Distancia*
Tiempo*
Distancia*
Tiempo*
Distancia*
Tiempo*
1
2
3
80
142
8
55
80
142
8
55
80
142
8
55
8
55
28
58
9
74
80
150
4
11
3
33
5
4
50
15
4
11
46
40
4
11
8
55
2.5
2.5
4
11
80
142
4
5
6
7
8
9
80
142
95
135
55
55
70
68
4
11
74
80
150
33
5
4
50
80
150
33
5
4
64
80
150
33
5
4
68
80
150
33
5
4
*distancia en cm; tiempo en mn
Los datos de la fuente de irradiación con la se estaba trabajando son:
Isótopo: 60Cobalto
Marca: Amersham
Modelo: 424-13
Número de serie: 2587
Actividad original: 241.3 Ci
Actividad al momento del incidente: 89.12 Ci
Factor gamma: 13.2 R-cm2/h-mCi
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Cálculo de dosis para cada movimiento
Fórmulas utilizadas para el estimado:
a) Factor Gamma=13.20 R-cm2/h-mCi
b) Tasa a un centímetro (R/h)=13.2 X 89120 mCi = 1176384 R/h a 1 cm
c) Tasa a un centímetro (R/seg)=1176384 X 1h/3600 seg=326.773 R/seg a 1 cm
Y los resultados para la exposición en R de cada área así como las dosis equivalentes en mSv de
acuerdo a estos cálculos, se presentan en la tabla III.
Tabla IV. Dosis recibida en cada una de las áreas del cuerpo consideradas.
Movimiento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Total
F(cGy/R) Co60
Dosis absorbida (cGy)
F.C. Sv/Gy rayos γ
Dosis equivalente mSv
A
Mano izq
0.853
1.596
1.023
11.582
1.885
0.244
0.056
17.24
0.957
16.5
1.00
164.97
B
Mano der
0.391
0.853
C
Cráneo
0.391
0.853
E
Cintura
0.391
0.853
0.591
2.150
D
Torso
0.391
0.853
0.087
0.043
0.414
1.137
0.500
15.289
1.885
0.244
0.056
19.22
0.957
18.39
1.00
183.91
4.128
0.244
0.056
8.41
0.957
8.05
1.00
80.51
2.519
0.244
0.056
5.74
0.957
5.50
1.00
54.97
2.232
0.244
0.056
4.77
0.957
4.57
1.00
45.69
0.255
0.744
4. DISCUSIÓN
En actividades laborales que involucran el manejo de fuentes radioactivas, existe siempre el
riesgo de que ocurran imprevistos que den lugar a una sobre-exposición. Cuando se identifica un
incidente de este tipo, la acción inmediata es reportar lo sucedido para que se tomen las medidas
adecuadas y dentro de lo posible se minimice el deterioro en la salud del trabajador y de ser
necesario ejecutar las acciones médicas que se requieran [6]. En el caso aquí reportado, el
trabajador dio aviso inmediato de lo sucedido y como primera medida, el responsable de
seguridad radiológica, realizó los cálculos para un estimado inicial de dosis para posteriormente
compararlo con los datos del dosímetro TLD. Para corroborar lo sucedido se practicó además, el
análisis de aberraciones cromosómicas.
El estudio de las células de un individuo radioexpuesto manifiesta el total de la dosis acumulada
en un periodo que va de tres a cinco años que a su vez corresponde a la vida media del linfocito,
célula en la que se realiza el análisis [3]. En este caso particular coincide con el del tiempo
laboral de la persona examinada y es así que el resultado de la dosimetría biológica concuerda
con el realizado a partir de la historia registrada en el TLD, incluyendo el incidente por el cual se
solicitó la dosimetría biológica.
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Para establecer el total de dosis acumulada en un trabajador, es preciso contar con todos los datos
mensuales del TLD, desde que fue contratado. Sin embargo el mismo dato, tanto o más confiable
que las lecturas del TLD se puede obtener mediante la dosimetría biológica, a partir de una sola
toma de células del individuo en un periodo de tiempo que no supera las 2 semanas.
Los linfocitos son el mejor elemento para determinar el grado de exposición a la radiación
ionizante, ya que una vez que la radiación incide sobre el material genético dando lugar a
alteraciones cromosómicas de tipo dicéntrico, éste daño será evidente durante el tiempo que
duren las células que en el caso específico de los linfocitos son cinco años. A su vez el dicéntrico
es considerado como dosímetro, porque su frecuencia está directamente relacionada con la dosis
de exposición. Si bien no se puede discriminar el tipo de radiación ionizante que en un momento
dado le dio origen, en un trabajador expuesto, se sabe el tipo de isótopo con el que se trabaja por
lo se utilizará la curva dosis-respuesta adecuada para la radiación de dicho isótopo.
Del registro TLD del trabajador, se observa que hasta antes de la exposición de mayo (por la cual
se solicitó el estudio de dosimetría biológica), el promedio de exposición es de 54mSv distribuido
en cuatro años. La tasa de disminución normal de aberraciones cromosómicas en las células en
tres años es aproximadamente de una tercera parte, por lo que, al momento de la toma de la
muestra de sangre la frecuencia de aberraciones basal equivale a aproximadamente 0.02Gy.
El registro TLD por el cual se solicito el estudio, contribuye aproximadamente con 0.1 Gy al
estimado de dosis por aberraciones cromosómicas de 0.12Gy. Así que del análisis de
aberraciones la dosis es de 0.1Gy, que coincide bastante bien con la dosis TLD de 81.59mSv
considerando que este último registro es únicamente un dato de una sola parte del cuerpo, sitio
donde se tenga colocado el dispositivo. Mientras que la dosimetría biológica considera un
promedio de exposición total del cuerpo total distribuida en la célula.
4. CONCLUSIONES
Inicialmente se realizó un estudio de tiempo y movimientos para saber los valores aproximados
de radiación en las partes del cuerpo más expuestas de la persona, y aunque este no es un valor
definitivo es una aproximación que permite apreciar en forma inmediata la magnitud de la
irradiación así mientras se obtiene información más confiable a partir del dosímetro TLD y/o el
estudio de aberraciones cromosómicas. Este tipo de análisis demuestra la no uniformidad en la
exposición, y corrobora el tipo de trabajo que se realizó.
La coincidencia de datos obtenidos por estos dos métodos elimina toda duda acerca de la cantidad
de radiación a la que trabajador se expuso.
Este reporte no solamente muestra el tipo de acciones que deben tomarse en situaciones de riesgo
para un individuo, sino que es además un excelente ejemplo de la precisión que se logra en la
estimación de dosis a partir del análisis de los linfocitos de la persona ya que estas células
representan el acumulado de dosis en un periodo de 3 a 5 años.
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La dosimetría biológica es un método adecuado para la determinación de dosis en casos de
sobreexposición a la radiación ionizante o cuando existe la duda acerca de la dosis obtenida por
métodos físicos. La dosimetría biológica no substituye a ningún otro método, más bien es un
complemento en casos específicos como el que aquí se trata. También es importante cuando la
población civil se ve afectada y no hay otra forma de determinar la dosis, sea por falta de
dosímetros o porque no hay manera de realizar la reconstrucción de lo sucedido y no solamente
eso sino que la información recabada puede contribuir al diagnóstico y en consecuencia al
tratamiento médico que deba administrarse a la(s) persona(s) afectada(s).
Sería conveniente realizar un seguimiento de la persona afectada para observar el
comportamiento de las lesiones en las células, es de esperar que con el tiempo los dicéntricos van
a desaparecer, pero las lesiones de tipo establece permanecerán.
AGRADECIMIENTOS
Al Lic. David Espejo Villalobos de Tecnofísica, S.A. de C.V. por la información proporcionada.
REFERENCIAS
1. IAEA. Biological dosimetry: chromosomal aberration analysis for dose assessment,
Technical Reports Series. No. 260, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria
(1986).
2. International Organization for Standarization, Draft International Standard ISO/DIS19238,
Radiation Protection–Performance criteria for service laboratories performing biological
dosimetry by cytogenetics, p. 21 (2003).
3. Guerrero CC y Breña VM, Recomendaciones en relación al cultivo de linfocitos, Informe
Técnico Científico CB-019-99, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Salazar, Edo.
de México, México (1999).
4. Guerrero CC y Breña VM, “Curva de calibración para establecer dosis de exposición a
radiación gamma de 60Co”, X Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, México,
Noviembre (2000).
5. Guerrero CC y Breña VM, “Curvas de Calibración para Dosimetría Biológica” Congreso
Internacional Conjunto LAS/ANS-SNM-SMSR. XV Congreso Anual de la SNM y XXII
Reunión Anual de la SMSR/XV SNM, Cancún, Q.R., México, Julio (2004).
6. Guerrero CC y Breña VM, “Estimación de dosis biológica en personal ocupacionalmente
expuesto”, Congreso Nacional de la Sociedad Nuclear Mexicana y Reunión Anual de la
Sociedad Mexicana de Seguridad Radiológica, Zacatecas, Zac. México, Octubre (2001).
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