domingo, 4 de octubre de 2015

¿Es necesaria la radiación para la vida?



Eso parece. Estudios recientes sobre los efectos biológicos de la radiación realizadas en virtud de los niveles de radiación por debajo del fondo natural no es buena para los organismos. 

A raíz de los experimentos realizados con microbios y células pulmonares humanas que mostraron resultados similares, estos nuevos experimentos, liderados por investigadores de la Universidad Estatal de Nuevo México, con diferentes especies bacterianas, demuestran que el crecimiento fue inhibido por la falta de radiación, lo que contradice las predicciones de las hipótesis tradicionales sobre los efectos biológicos de la radiación.

Ha habido un debate durante 80 años sobre los efectos en la salud de la radiación en los seres humanos y otros organismos biológicos. Los niveles o dosis altas, obviamente tienen efectos adversos y un potencial letal.

Pero las dosis bajas, las menores a 0,1 Sv por año, han sido extremadamente difíciles de evaluar debido a que sus efectos son tan insignificantes que son imposibles de ver en la población general, mientras nos abrumen con otros efectos adversos diarios para la salud procedentes de la radiación. También, a dosis bajas, todos los organismos tienen mecanismos celulares de reparación y de respuesta que pueden evitar de que esos efectos adversos para la salud se produzcan, algo que evolucionó como evolucionó la propia vida .



Los efectos biológicos de la radiación son bien conocidos en dosis altas (los puntos de la tabla mostrada) de los supervivientes japoneses de la bomba atómica, los trabajadores de Chernobyl y algunos accidentes individuales que han implicado altos niveles de radiación. En dosis bajas, sin embargo, hay poco efecto, que desaparece en el ruido de los efectos adversos para la salud cotidiana. En la década de los años 50 nos decidimos a dibujar una línea recta desde los efectos de altas dosis a cero, llamándolo dosis hipotética lineal sin umbral (LNT) (línea roja) y asumimos por conveniencia y conservadurismo que no había ningún umbral por debajo del cual no se produjeran efectos adversos para la salud. Pero parece que hay un umbral en la parte alta de fondo natural en toda la Tierra, alrededor de 10 rem (0,1 Sv), por debajo del cual no hay efectos obvios que puedan verse (línea azul). Los resultados de este estudio indican que la LNT no es correcta en dosis bajas y la línea azul predice más de cerca los efectos biológicos de la radiación que la línea roja que es más simplista.
Fuente: Dr. Geof Smith, NMSU, y el Dr. Ray Guilmette, Emérito, LRRI
En la década de los años 50, se decidió, en ausencia de datos a dosis bajas, que las dosis bajas eran malas, y que no había ningún umbral por debajo del cual la radiación no diera lugar a efectos adversos para la salud. Esta hipótesis, llamada dosis lineal sin umbral (LNT) fue adoptada en todo el mundo como la respuesta más conservadora reguladora a la creciente utilización clínica de la radiación, la amenaza de las armas atómicas y la industria nuclear recién emergente.

La LNT establece que cualquier cantidad de radiación aumenta el riesgo de organismos para acumular efectos negativos para la salud. Según la LNT, la no radiación sería el mejor estado para cualquier organismo, y todo el mundo adoptó el actual enfoque "tan bajo como sea razonablemente posible" (Criterio ALARA, traducido As Low As Reasonable Achieved) a todas las cuestiones relacionadas con la radiación (véase el gráfico anterior).

Esto no es sólo una cuestión académica. En la práctica, el criterio ALARA (Tan bajo como sea razonablemente posible) trajo costes y los efectos colaterales no previstos que han costado el mundo casi un billón de dólares en los últimos 60 años en relación a la protección contra los niveles bajos de radiación sin beneficios claramente demostrables.

Pero el miedo injustificado a las dosis bajas de radiación ha matado a miles de personas y destruido millones de vidas tras la Segunda Guerra Mundial, el desastre de Chernobyl y el accidente de Fukushima a través de una sobrerreacción, evacuaciones innecesarias forzadas y la creación de grandes comunidades de refugiados (Japan Times).

Estudios recientes muestran que incluso los desastres nucleares no aumentan los niveles de radiación en los alrededores muy por encima de estos bajos niveles de fondo en la mayoría de distancias alejadas de la fuente (WNN, NYTimes), como hemos visto en Fukushima y Chernobyl.

Muchos estudios desde 1950 han tratado de estudiar los efectos de los niveles bajos de radiación en los organismos, especialmente en humanos. Pero los resultados han sido difíciles de interpretar, ya que ha sido difícil separar los efectos de la radiación de los efectos por no-radiación.

Por lo tanto, si la LNT es correcta y la ausencia de radiación es el mejor estado para cualquier organismo, el experimento sería hacer crecer organismos en un entorno sin casi ninguna radiación y observar cómo responden en comparación con los mismos organismos que crecen en el fondo o en los niveles más altos de radiación (1, 2, 3).

Un grupo de científicos diseñaron y llevaron a cabo un estudio para hacer precisamente eso, abordar el problema desde el otro lado del fondo, desde el mínimo entorno de radiación posible de lograr en la Tierra (Castillo et al, 2015; Smith et al, 2011).


La configuración del LBRE Experimental, está situado a  2150 pies (655 metros aproximadamente) por debajo de la superficie de la Tierra en las sales masivas del repositorio nuclear WIPP en Nuevo México. En conjunto es una cámara de acero previo a la Segunda Guerra Mundial (izquierda) y una sala de vaciado de la sal en el extremo norte de la instalación subterránea lejos de cualquier residuo que contenga la cámara experimental. Los niveles de radiación aquí son 400 veces por debajo de los niveles de fondo de la Tierra en superficie, algo irónico, dado que se trata de un repositorio de residuos nucleares. Fuente: DOE (Department of Energy. EEUU)

(Divulgación completa - James Conca era uno de los tres científicos de la Universidad del Estado de Nuevo México y del Departamento de Energía que inició este estudio en 2007, diseñó las pruebas, ofreciendo el espacio de laboratorio, los recursos, la financiación y puesta en marcha de los experimentos originales, casi una media milla bajo tierra en Carlsbad, Nuevo México).

Ya que no podíamos experimentar con personas, y es difícil el control de las poblaciones humanas al azar con respecto a los niveles de radiación, este estudio se centró en medir la evidencia molecular de respuesta al estrés biológico en dos especies de bacterias bajo diferentes niveles de radiación.

Una de las especies es muy sensible a la radiación, la Shewanella oneidensis y la otra es muy resistente a la radiación, la Deinococcus radiodurans. Ambas especies fueron cultivadas en dosis ultrabajas, a dosis inferiores a la radiación ordinaria de fondo y a dosis más altas.

Es extremadamente difícil de eliminar la radiación a niveles ultrabajos ya que la radiación es muy penetrante. Está en los materiales de construcción en los que vivimos, en los alimentos, en nuestros cuerpos, en el aire, en el suelo, en el agua y en todos los materiales de laboratorio y en los nutrientes para los organismos del laboratorio.

Así se construyó un laboratorio a 2.150 pies por debajo de la superficie de la Tierra en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP), cerca de Carlsbad, Nuevo México. WIPP es el único repositorio profundo geológico de desechos nucleares. Está en un medio de 2,000 pies (610 metros) de espesor estable, con un depósito de sal geológicamente inactivo de 250 millones de años que protege eficazmente de la radiación cósmica y solar (ver figura anterior).

El laboratorio está ubicado en el extremo norte de la instalación subterránea lejos de cualquier desecho nuclear. Los niveles de radiación aquí son 400 veces por debajo de los niveles de fondo de la superficie de la Tierra, irónico, dado que se trata de un repositorio de residuos nucleares.

La radiactividad en esta sal es muy baja, ya que es sólo cloruro sódico, sal de mesa, que contiene prácticamente nulos materiales radiactivos como el uranio que se producen en la mayoría de las rocas, la suciedad, el hormigón e incluso la madera.

Además, se han metido en una bóveda de 8 x 6,5 x 6.5 pies (2,4 x 1,8 x 1,8 metros) con un espesor de 5 pulgadas de acero de antes de la Segunda Guerra Mundial (12,7 cm), acero sin trazas de radionúclidos (véase el gráfico anterior).

Los microorganismos fueron cultivados en incubadoras separadas en esta bóveda a 30 ° C (86 ° F) y con una humedad relativa del 48%. Los microorganismos cultivados en radiación de fondo se sometieron a 100 nGy/hora (equivalente a 0.877 mSv/año). Aquellos que  crecieron bajo la radiación por debajo del fondo fueron sometidos a 0,2 nGy/hora (equivalente a 0,0017 mSv/año), muy inferior a cualquier nivel de fondo de la Tierra, y los niveles más bajos jamás obtenidos en este tipo de experimentos. (** ver nota más abajo para una explicación de estas unidades)

Se realizaron tres experimentos replicados independientes, para estudiar los efectos de estas dos tasas de dosis de radiación sobre el crecimiento de las colonias y su expresión génica. La secuencia de ADN de los genes controlados fueron los que habían demostrado previamente patrones significativos de regulación a la baja (Encendido y apagado de los genes utilizados para responder a la conmoción o al estrés de un "insulto" bioquímico) tras la exposición a radiación ionizante, ultravioleta y solar.

Cuando se coloca en los niveles de radiación extrema por debajo del fondo, una radiación esencialmente de cero, el crecimiento en ambas especies se inhibió. Ambas especies también mostraron una respuesta de estrés medible, identificable a genes específicos en su ADN en ausencia de radiación (ver figuras siguientes).


El crecimiento de las bacterias se inhibe por la ausencia de la radiación (400 veces por debajo de los niveles de fondo) y es normal en los niveles de radiación de fondo, contrariamente a lo predicho por la hipótesis LNT tradicional. OD = densidad óptica de los cultivos bacterianos, una medida del crecimiento. Fuente: Dr. Geof Smith, NMSU
Sorprendentemente, esas respuestas se invierten cuando las bacterias se transfieren en ida y vuelta a ambientes opuestos. El experimento utilizó controles recíprocos para verificar que las respuestas fisiológicas observadas se debieron únicamente al tratamiento de radiación. Al restaurar los niveles de radiación de fondo a los cultivos privados de radiación, la tasa de crecimiento de ambas especies aumentó y la densidad celular de cultivo regresó a la del control después de sólo 24 horas.

Por lo tanto, dos especies de bacterias de taxonomías dispares detectadas y exhibieron una respuesta fisiológica a la ausencia de radiación, lo que indica que estos bajos niveles de radiación son una señal medioambiental significativa. Y la falta de radiación produce el estrés sustancial, no la presencia de la radiación.

Estos resultados contradicen las predicciones de la hipótesis LNT. La presencia de la radiación no es necesariamente mala y la ausencia de radiación tampoco es necesariamente buena. Pueden leerse los artículos para una discusión técnica detallada. (Este mensaje puede parecer extraño, pero es un tema importante dado lo ocurrido en  Fukushima y el crecimiento de la energía nuclear).

Puesto que la vida en la Tierra evolucionó en presencia de radiación de fondo de entre 0.01 y 0.10 Sv/año, parece que la vida se adapta bien a las dosis bajas de radiación y no lo hace tan bien en su ausencia completa.

Los genes relacionados con el estrés en los cultivos bacterianos son supraregulados (encendidos) para responder al estrés de no tener ninguna radiación (400 veces menos que los niveles de fondo). Estos mismos genes son infraregulados (apagados) para responder a los niveles normales e incluso a dosis más altas de radiación (400 veces superior a los niveles normales de fondo) y demuestran los efectos adversos de la no-radiación y el efecto no adverso de tener dosis bajas de radiación. Esta cifra incluye los nuevos datos, obtenidos tras el artículo de Castillo en 2015, a los niveles altos de radiación de fondo. Si la hipótesis tradicional LNT fuera correcta, estos niveles más altos de radiación deberían activar estos genes relacionados con el estrés, pero resulta que no lo hacen. Fuente: Dr. Geof Smith, NMSU
** Nota: diversas unidades se utilizan para describir la dosis de radiación. La unidad de los Estados Unidos para la radiación absorbida en bruto es el rad, y la unidad internacional es el Gray. 1 Gy = 100 rad. La unidad de dosis de Estados Unidos para adsorbida en relación con los efectos biológicos en los seres humanos es el rem, y la unidad internacional es el Sievert. 1 Sv = 100 rem. Para la radiación gamma, Gy = Sv y rad = rem, así que es fácil su conversión, a diferencia de la radiación alfa, donde 1 Gy = 20 Sv y 1 rad = 20 rem. Estos experimentos de dosis baja con radiación gamma se utilizan generalmente los nanoGray (nGy o una milmillonésima parte de un Gray), que es igual a un nanoSv (nSv) en este caso.

Esta es una traducción libre del artículo publicado en Septiembre de 2015 en la Sección de Energía de la Revista Forbes titulado "Is Radiation Necessary For Life"?

Sobre el tema animo a leer los artículos escritos por mi compañero radioncólogo el Dr Ángel Montero Luis en su blog "El Lanzallamas" y en "Desayuno con Fotones"