1.
Instituto Peruano de Energía Nuclear
DIRECCIÓN GENERAL DE PROMOCIÓN Y DESARROLLO
TECNOLÓGICO
“Protección Radiológica”
Blgo. Marco E. Espinoza Zevallos
Laboratorio de Citogenética y Radiobiología

2.
Protección Radiológica
Conjunto de Técnicas, Métodos y Normas que
garantizan un uso seguro de las radiaciones
ionizantes tanto para los que operan fuentes de
radiaciones ionizantes como para la población en
general y para el ambiente.
Su objetivo es evitar que se produzcan efectos
determinísticos y reducir hasta un mínimo
razonable la ocurrencia de efectos probabilísticos en
los seres humanos.

3.
1990 Recommendations of the
International Commission on
Radiological Protection
ICRP Publication 60

4.
Principles of Radiation Protection
• Justification
• Optimisation
• Limitation

5.
Marco Conceptual de la Protección
Radiológica
• La Protección Radiológica debiera causar más bien
que mal
• Las “prácticas” incrementan la exposición a las
radiaciones.
• Las “intervenciones” disminuyen la exposición a la
radiación ionizante.
• Hay tres tipos de exposición:
- Ocupacional
- Médica
- Pública

6.
The Justification of a practice
• “No practice involving exposure to
radiation should be adopted unless it
produces sufficient benefit to the exposed
individual or to society to offset the
radiation detriment it caused.”
• i.e. must be a net benefit.

7.
7
The Optimisation of Protection
• “In relation to any particular source within a practice, the
magnitude of individual doses, the number of people
exposed, and the likelihood of incurring exposures
where these are not certain to be received should be kept
as low as reasonably achievable, economic and
social factors being taken into account”
.

8.
ALARP
as low as reasonably
practicable

9.
ALARA
as low as reasonably
achievable

10.
Individual Dose and Risk Limits
• “The exposure of individuals resulting from the
combination of all the relevant practices should be
subject to dose limits, or to some control of risk in the
case of potential exposure. These are aimed at ensuring
that no individual is exposed to radiation risks that are
judged to be unacceptable from these practices in any
normal circumstances. Not all sources are susceptible of
control by action at the source and it is necessary to specify
the sources to be included as relevant before selecting a
dose limit.
• Previene los efectos deterministicos.
• Limita el riesgo de efectos estocásticos hasta un nivel aceptable.

11.
Types of Exposure
• Occupational
• Medical
• Public

12.
12
Occupational Exposure
• “exposures incurred at work as a result of situations
that can reasonably be regarded as being the
responsibility of the operating manager.”
• 20 mSv a year effective dose (averaged over 5 years,
but <50mSv in a single year)
• 150 mSv a year to lens of eye
• 500 mSv a year to 1 cm2 of skin, hands and feet
• Fetus: from declaration of pregnancy
– for external radiation, 2 mSv to surface of woman’s
abdomen
– for radionuclides, 1/20 Annual Limit of Intake.

13.
Medical Exposure
• “exposures incurred by individuals as part of their
own medical diagnosis and treatment .”
• “and . . . individuals helping in the support and
comfort of patients undergoing diagnosis and
treatment (not occupationally) . . .”
• No dose limits apply
• Consider dose constraints

14.
Public Exposure
• Limits apply to exposures from human activities
• 1 mSv a year effective dose
– in special circumstances, average over 5 years
• 15 mSv a year to lens of eye
• 50 mSv a year to 1 cm2 of skin.

15.
70 mrem/yr
Medical procedures 53 mrems
Consumer products 10 mrems
One coast to coast airplane flight 2 mrems
Watching color TV 1 mrem
Sleeping with another person 1 mrem
Weapons test fallout less that 1 mrem
Nuclear industry less than 1 mrem
Normal annual exposure from man-made radiation
Normal annual exposure from natural radiation
300 mrem/year
Radon gas 200 mrem
Human body 40 mrem
Rocks, soil 28 mrem
Cosmic rays 27 mrem

16.
Background Cancer
Over 30 % of us will develop cancer
About 25 % will die of cancer
Cancer is variable as a function of
• Genetic Background
• Environmental Exposures
• Diet
• Lifestyle

17.
Major Paradigm Shifts
• Hit Theory vs. Bystander Effects
• Mutation vs. gene induction
• Genomic instability vs. multiple steps in
carcinogenesis
Bystander: a nonparticipant spectator

18.
How Does Radiation Interact
with Cells?
Past
Hit theory
• Direct ionization
• Free radical
formation
Present
Bystander effects
• Cell-cell
communication
• Cell-matrix
communication

19.
CCD
camera
epi-fluorescent
microscope
lamp
micropositioning
stage
electron gun
zone-plate
assembly
optical
shutter
carbon
target
X-ray mirror
CCD
camera
epi-fluorescent
microscope
lamp
micropositioning
stage
electron gun
zone-plate
assembly
optical
shutter
carbon
target
X-ray mirror

20.
Bystander Effects
Normal
10 cGy
3 cGy

21.
Biological Changes Detected in
Non-hit Cells
• Gene induction
• Mutations
• Chromosome aberrations
• Apoptosis and cell killing
• Cell transformation

22.
Breve Historia de la Radiobiología (1)

23.
Breve Historia de la Radiobiología (2)

24.
Breve Historia de la Radiobiología (3)

25.
Kadhim, M.A., Macdonald, D.A., Goodhead, D.T., Lorimore, S.A.,
Marsden, S.J. Wright, E.G. Transmission of chromosomal
instability after plutonium alpha-particle irradiation. Nature, 355, 738-
740, (1992).

26.
Modelos de respuesta de células
clonogénicas a la radiación ionizante
con mutaciones, aberraciones
cromosómicas o ambas (círculos
negros) y células aparentemente
normales (círculos blancos). (a) Si la
célula ciertamente repara el ADN
dañado entonces, sus descendientes
clonales aparecerán normales. (b) Si
una célula resulta directamente
mutada por la radiaciónf, todos sus
descendientes expresarán la misma
mutación. (c) La inestabilidad
genómica causada por la radiación se
caracteriza por los efectos no
clonales en sus descendientes.

27.
Efectos Bystander e inestabilidad genómica inducidos por radiación:
interacciones no trazables de la exposición a las radiaciones ionizantes.
(Sally A. Lorimore, Philip J. Coates y Eric G Wright)

28.
Kadhim, M.A., Lorimore, S.A. Hepburn, M.D., Goodhead, D.T., Buckle, V.J.
Wright, E.G. Alpha-particle-induced chromosomal instability in human bone
marrow cells. Lancet, 344, 987-988, (1994).
Clutton, S.M., Townsend, K.M.S., Walker, C., Ansell, J.D. Wright, E.G.
Radiation-induced genomic instability and persisting oxidative stress in bone marrow
cultures. Carcinogenesis 17, 1633-1639 (1996).
Watson, G.E., Lorimore, S.A. Clutton, S.M., Kadhim, M.A. Wright, E.G. Genetic
factors influencing alpha-particle-induced chromosomal instability. International
Journal of Radiation Biology, 71, 497-503 (1997).
Lorimore, S.A., Kadhim, M.A Pocock, D.A., Papworth, D. Stevens, D.L.,
Goodhead, D.T Wright, E.G. Chromosomal instability in the descendants of
unirradiated surviving cells after alpha-particle irradiation. Proceedings of The
National Academy of Sciences USA, 95, 5730-5733 (1998).
Watson, G.E., Lorimore, S.A., Macdonald, D.A. Wright, E.G. Chromosomal
instability in unirradiated cells induced in vivo by a bystander effect of ionizing
radiation. Cancer Research, 60, 5608 – 5611 (2000).

29.
7K Microarray Results for
“Stress Chip” Clone Selection
Dose (Gy) Time (Hr) Induced
Genes
Repressed
Genes
2.5 24 62 8
0.2 24 114 11
.02 24 55 6
Fornace

30.
Normal
Initiation
Promotion
Progression
Mutation Theory Tissue Theory
Tissues suppress cancer.
Gene Mutation and Expression in Cancer
Gene Mutation- a rare event Gene Expression- a common event
Gene Activation
Down
Regulation
Single cell origin of cancer
Normal
Progression

31.
LNTH Assumption with Dose
Energy to system
High dose x small number of
subjects
Low dose x large number of
subjects

32.
Absorbed Dose-Imparted
Energy
Background Energy
Level
Biological
Response
Barrier
B
A
B
Imparted Energy (J) in System
Number
Respondin
g

33.
Protección Adecuada
• Control de la contaminación radiactiva
• Minimizar las exposiciones
• Reducir las dosis
Cuánto es “suficientemente bajo”? Cero Dosis?

34.
Adequate Protection

35.
Adequate Protection

36.
Adequate Protection

37.
Adequate Protection

38.
Adequate Protection
Adequate and Appropriate?

39.
Preguntas y problemas asociados con
las relaciones dosis-respuesta
• Magnitudes relativas (“ratios”):
Energía/Masa=Dosis
Daño/Masa=Respuesta
• ¿Cuál es la masa apropiada para medir la “dosis” y la
“respuesta”?
• ¿Hay algo de la relación dosis-respuesta que no se deba
exclusivamente a la radiación?
• ¿Es la respuesta biológica siempre la misma a las bajas dosis?
• ¿Es posible la extrapolación de los valores de dosis y daño?

40.
Dr. Antone Brooks
Washington State University Tri-cities
Richland, Washington
Linear-No-Threshold Hypothesis-
Scientific Evidence?

41.
DOE Low-Dose Radiation
Research Program
• A 10 year program at $21 million/year
• International in scope
• To fund the best scientist (currently 46 projects/year)
• To understand biological mechanisms
• To develop radiation standards based on risk
http://www.lowdose.org
DOE : Department of Energy (USA)

42.
Low-Dose Research Program
Goals
Understand mechanisms of biological
response to low-dose radiation on a cellular
and molecular level
Evaluate appropriate and adequate risk from
low doses and dose-rates of radiation

43.
Why now?
• Standards have been set from high dose
effects, but low dose effects have not been
measurable until now
• New technological developments and
biological discoveries have made it possible
to study low dose effects

44.
Problems Associated with
Estimating Health Risks
• Background radiation (dose)
• Background cancer (response)

45.
¿Los nuevos paradigmas contradecirán a
los principios establecidos?
No lineales
Eventos independientes
múltiples
vs.
Inestabilidad genómica
lineales
Expresión
génica
vs.
Mutación
Tejido
vs.
Célula
Paradigma:
prototipo, ejemplo, ejemplar, modelo, arquetipo, estructura, ide
prototipo, ejemplo, ejemplar, modelo, arquetipo, estructura, ide
prototipo, ejemplo, ejemplar, modelo, arquetipo, estructura, ide
prototipo, ejemplo, ejemplar, modelo, arquetipo, estructura, idea, molde,
a, molde,
a, molde,
a, molde,
muestra, pauta, regla
muestra, pauta, regla
muestra, pauta, regla
muestra, pauta, regla.
.
.
.

46.
Resumen
• Los riesgos radiológicos de los bajos niveles de exposición a la
radiación ionizante no pueden ser predecidos con estudios
epidemiológicos.
• Combinando los avances en la tecnología con los alcanzados en la
biología celular y molecular es posible detectar cambios biológicos
producidos por bajos niveles de exposición a las radiaciones.
• Estos cambios en la concepción de los efectos a bajas dosis han
requerido cambios en los paradigmas radiológicos básicos.
• Entender el rol de estos cambios biológicos en el riesgo de cancer
puede o no impactar los principios establecidos de la protección
radiológica, pero, hará que estos principios sean adecuados y
apropiados.

47.
Final