El modelo lineal sin umbral ( LNT ) es un modelo dosis-respuesta utilizado en protección radiológica para estimar efectos estocásticos en la salud, como cáncer inducido por radiación , mutaciones genéticas y efectos teratogénicos en el cuerpo humano debido a la exposición a la radiación ionizante . El modelo supone una relación lineal entre la dosis y los efectos en la salud, incluso para dosis muy bajas donde los efectos biológicos son más difíciles de observar. El modelo LNT implica que toda exposición a la radiación ionizante es dañina, independientemente de lo baja que sea la dosis, y que el efecto es acumulativo a lo largo de la vida.
El modelo LNT es comúnmente utilizado por los organismos reguladores como base para formular políticas de salud pública que establecen límites regulatorios de dosis para proteger contra los efectos de la radiación. Sin embargo, la validez del modelo LNT es discutida, y existen otros modelos: el modelo de umbral , que supone que las exposiciones muy pequeñas son inofensivas, el modelo de hormesis de radiación , que dice que la radiación en dosis muy pequeñas puede ser beneficiosa, y el modelo supralineal. Se ha argumentado que el modelo LNT puede haber creado un miedo irracional a la radiación. [1] [2]
Las organizaciones científicas y los organismos reguladores gubernamentales generalmente respaldan el uso del modelo LNT, en particular para la optimización. Sin embargo, algunos advierten que no se deben estimar los efectos sobre la salud a partir de dosis inferiores a un determinado nivel (véase § Controversia).
Los efectos estocásticos sobre la salud son aquellos que ocurren por casualidad, y cuya probabilidad es proporcional a la dosis , pero cuya gravedad es independiente de la dosis. [3] El modelo LNT supone que no hay un umbral inferior en el que comienzan los efectos estocásticos, y supone una relación lineal entre la dosis y el riesgo estocástico para la salud. En otras palabras, LNT supone que la radiación tiene el potencial de causar daño a cualquier nivel de dosis, por pequeño que sea, y la suma de varias exposiciones muy pequeñas tiene la misma probabilidad de causar un efecto estocástico sobre la salud que una única exposición mayor de igual valor de dosis. [1] Por el contrario, los efectos deterministas sobre la salud son efectos inducidos por la radiación, como el síndrome de radiación aguda , que son causados por daño tisular. Los efectos deterministas ocurren de manera confiable por encima de una dosis umbral y su gravedad aumenta con la dosis. [4] Debido a las diferencias inherentes, LNT no es un modelo para efectos deterministas, que en cambio se caracterizan por otros tipos de relaciones dosis-respuesta.
El modelo LNT es un modelo común para calcular la probabilidad de cáncer inducido por radiación tanto en dosis altas, donde los estudios epidemiológicos respaldan su aplicación, como, de manera controvertida, también en dosis bajas, que es una región de dosis que tiene una confianza estadística predictiva más baja . [1] No obstante, los organismos reguladores, como la Comisión Reguladora Nuclear (NRC), utilizan comúnmente el modelo LNT como base para los límites de dosis regulatorios para proteger contra los efectos estocásticos en la salud, como se encuentra en muchas políticas de salud pública . Se discute si el modelo LNT describe la realidad de las exposiciones a dosis pequeñas, y se presentaron impugnaciones al modelo LNT utilizado por la NRC para establecer regulaciones de protección radiológica. [2] La NRC rechazó las peticiones en 2021 porque "no presentan una base adecuada que respalde la solicitud de suspender el uso del modelo LNT". [5]
Otros modelos de dosis incluyen: el modelo de umbral , que supone que las exposiciones muy pequeñas son inofensivas, y el modelo de hormesis de radiación , que afirma que la radiación en dosis muy pequeñas puede ser beneficiosa. Debido a que los datos actuales no son concluyentes, los científicos no se ponen de acuerdo sobre qué modelo se debe utilizar, aunque la mayoría de las organizaciones nacionales e internacionales de investigación del cáncer respaldan explícitamente el LNT para regular las exposiciones a la radiación de dosis baja. El modelo se utiliza a veces para cuantificar el efecto cancerígeno de dosis colectivas de contaminaciones radiactivas de bajo nivel, lo que es controvertido. Esta práctica ha sido criticada por la Comisión Internacional de Protección Radiológica desde 2007. [6] [1]
La asociación de la exposición a la radiación con el cáncer se había observado ya en 1902, seis años después del descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Röntgen y la radiactividad por Henri Becquerel . [8] En 1927, Hermann Muller demostró que la radiación puede causar mutación genética. [9] También sugirió la mutación como causa del cáncer. [10] Gilbert N. Lewis y Alex Olson, basándose en el descubrimiento de Muller del efecto de la radiación sobre la mutación, propusieron un mecanismo para la evolución biológica en 1928, sugiriendo que la mutación genómica era inducida por la radiación cósmica y terrestre e introdujeron por primera vez la idea de que dicha mutación puede ocurrir proporcionalmente a la dosis de radiación. [11] Varios laboratorios, incluido el de Muller, demostraron entonces la aparente respuesta lineal a la dosis de la frecuencia de mutación. [12] Muller, que recibió un Premio Nobel por su trabajo sobre el efecto mutagénico de la radiación en 1946, afirmó en su conferencia Nobel, La producción de mutaciones , que la frecuencia de mutación es "directa y simplemente proporcional a la dosis de irradiación aplicada" y que no existe "una dosis umbral". [13]
Los primeros estudios se basaron en niveles más altos de radiación que dificultaban establecer la seguridad de un nivel bajo de radiación. De hecho, muchos de los primeros científicos creían que puede haber un nivel de tolerancia y que las dosis bajas de radiación pueden no ser dañinas. [8] Un estudio posterior en 1955 sobre ratones expuestos a dosis bajas de radiación sugiere que pueden sobrevivir a los animales de control. [14] El interés en los efectos de la radiación se intensificó después del lanzamiento de las bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki , y se realizaron estudios sobre los sobrevivientes. Aunque era difícil obtener evidencia convincente sobre el efecto de las dosis bajas de radiación, a fines de la década de 1940, la idea de LNT se volvió más popular debido a su simplicidad matemática. En 1954, el Consejo Nacional de Protección y Medición de la Radiación (NCRP) introdujo el concepto dedosis máxima permisible . En 1958, el Comité Científico de las Naciones Unidas para el Estudio de los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) evaluó el modelo LNT y un modelo de umbral, pero observó la dificultad de adquirir "información fiable sobre la correlación entre dosis pequeñas y sus efectos, ya sea en individuos o en grandes poblaciones". El Comité Conjunto sobre Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos (JCAE) tampoco pudo establecer si existe un umbral o nivel "seguro" de exposición; no obstante, introdujo el concepto de " tan bajo como sea razonablemente alcanzable " (ALARA). ALARA se convertiría en un principio fundamental en la política de protección radiológica que acepta implícitamente la validez de la LNT. En 1959, el Consejo Federal de Radiación de los Estados Unidos (FRC) apoyó el concepto de extrapolación de la LNT hasta la región de dosis baja en su primer informe. [8]
En la década de 1970, el modelo LNT había sido aceptado como el estándar en la práctica de protección radiológica por varios organismos. [8] En 1972, el primer informe de la Academia Nacional de Ciencias (NAS) Efectos biológicos de la radiación ionizante (BEIR), un panel de expertos que revisó la literatura revisada por pares disponible, apoyó el modelo LNT por razones pragmáticas, señalando que si bien "la relación dosis-efecto para los rayos X y los rayos gamma puede no ser una función lineal", el "uso de la extrapolación lineal ... puede justificarse por razones pragmáticas como base para la estimación del riesgo". En su séptimo informe de 2006, NAS BEIR VII escribe: "el comité concluye que la preponderancia de la información indica que habrá algún riesgo, incluso a dosis bajas". [15]
La Sociedad de Física de la Salud (en Estados Unidos) ha publicado una serie documental sobre los orígenes del modelo LNT. [16]
Las precauciones contra la radiación han hecho que la luz solar se incluya en la lista de sustancias cancerígenas a cualquier nivel de exposición solar, debido al componente ultravioleta de la luz solar, sin que se sugiera ningún nivel seguro de exposición a la luz solar, siguiendo el modelo LNT precautorio. Según un estudio de 2007 presentado por la Universidad de Ottawa al Departamento de Salud y Servicios Humanos en Washington, DC, no hay suficiente información para determinar un nivel seguro de exposición al sol. [17]
El modelo lineal sin umbral se utiliza para extrapolar el número esperado de muertes adicionales causadas por la exposición a la radiación ambiental y, por lo tanto, tiene un gran impacto en las políticas públicas . El modelo se utiliza para traducir cualquier liberación de radiación en un número de vidas perdidas, mientras que cualquier reducción en la exposición a la radiación , por ejemplo como consecuencia de la detección de radón , se traduce en un número de vidas salvadas. Cuando las dosis son muy bajas, el modelo predice nuevos cánceres solo en una fracción muy pequeña de la población, pero para una población grande, el número de vidas se extrapola en cientos o miles.
En física sanitaria se ha utilizado desde hace mucho tiempo un modelo lineal para establecer exposiciones máximas aceptables a la radiación.
El modelo LNT ha sido cuestionado por varios científicos. [1] Se ha afirmado que el primer defensor del modelo, Hermann Joseph Muller, ignoró intencionalmente un estudio anterior que no apoyaba el modelo LNT cuando pronunció su discurso del Premio Nobel de 1946 defendiendo el modelo. [18]
En la radioterapia de dosis muy altas , se sabía en ese momento que la radiación puede causar un aumento fisiológico en la tasa de anomalías del embarazo; sin embargo, los datos de exposición humana y las pruebas con animales sugieren que la "malformación de los órganos parece ser un efecto determinista con una dosis umbral ", por debajo de la cual no se observa ningún aumento de la tasa. [19] Una revisión en 1999 sobre el vínculo entre el accidente de Chernóbil y la teratología (defectos de nacimiento) concluye que "no hay pruebas sustanciales sobre los efectos teratogénicos inducidos por la radiación del accidente de Chernóbil". [19] Se argumenta que el cuerpo humano tiene mecanismos de defensa, como la reparación del ADN y la muerte celular programada , que lo protegerían contra la carcinogénesis debido a la exposición a dosis bajas de carcinógenos. [20] Sin embargo, se sabe que estos mecanismos de reparación son propensos a errores. [5]
Una investigación de 2011 sobre los mecanismos de reparación celular respalda la evidencia en contra del modelo lineal sin umbral. [21] Según sus autores, este estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América "arroja considerables dudas sobre la suposición general de que el riesgo de la radiación ionizante es proporcional a la dosis".
Una revisión de 2011 de estudios que abordaron la leucemia infantil tras la exposición a la radiación ionizante, que incluía tanto la exposición diagnóstica como la exposición natural de fondo al radón , concluyó que los factores de riesgo existentes, el riesgo relativo excesivo por sievert (ERR/Sv), es "ampliamente aplicable" a la exposición a dosis bajas o a tasas de dosis bajas, "aunque las incertidumbres asociadas con esta estimación son considerables". El estudio también señala que "los estudios epidemiológicos no han podido, en general, detectar la influencia de la radiación de fondo natural sobre el riesgo de leucemia infantil" [22]
Se han convocado numerosos paneles científicos de expertos para estudiar los riesgos de la radiación ionizante. La mayoría apoya explícitamente el modelo LNT y ninguno ha llegado a la conclusión de que exista evidencia de un umbral, con la excepción de la Academia Francesa de Ciencias en un informe de 2005. [23] [24] Teniendo en cuenta la incertidumbre de los efectos sobre la salud a dosis bajas, varias organizaciones advierten contra la estimación de los efectos sobre la salud por debajo de ciertas dosis, generalmente por debajo del fondo natural, como se indica a continuación:
Con base en el estado actual de la ciencia, la NRC concluye que el nivel real de riesgo asociado con dosis bajas de radiación sigue siendo incierto y algunos estudios, como el estudio INWORKS, muestran que existe al menos algún riesgo a causa de dosis bajas de radiación. Además, el estado actual de la ciencia no proporciona evidencia convincente de un umbral, como lo destaca el hecho de que ningún organismo asesor científico nacional o internacional autorizado ha concluido que tal evidencia exista. Por lo tanto, con base en las posiciones expresadas por los organismos asesores antes mencionados; los comentarios y recomendaciones del NCI, NIOSH y la EPA; la recomendación del 28 de octubre de 2015 de la ACMUI; y su propio criterio profesional y técnico, la NRC ha determinado que el modelo LNT continúa brindando una base regulatoria sólida para minimizar el riesgo de exposición innecesaria a la radiación tanto para los miembros del público como para los trabajadores ocupacionales. En consecuencia, la NRC mantendrá los límites de dosis para los trabajadores ocupacionales y los miembros del público en las regulaciones de protección radiológica de la parte 20 del Título 10 del CFR.
La suposición de que cualquier efecto hormético estimulante de dosis bajas de radiación ionizante tendrá un beneficio significativo para la salud de los seres humanos que supere los posibles efectos perjudiciales de la exposición a la radiación no está justificada en este momento.
La base de investigación científica muestra que no existe un umbral de exposición por debajo del cual se pueda demostrar que niveles bajos de radiación ionizante son inofensivos o beneficiosos.
Los modelos de riesgo se basan en un gran volumen de datos epidemiológicos y radiobiológicos. En general, los resultados de ambas líneas de investigación son coherentes con un modelo de respuesta lineal sin umbral de dosis (LNT) en el que el riesgo de inducir un cáncer en un tejido irradiado por dosis bajas de radiación es proporcional a la dosis recibida en ese tejido.
El Comité concluyó que sigue existiendo una buena justificación para el uso de un modelo sin umbral para la inferencia de riesgos, dado el sólido conocimiento sobre el papel de las mutaciones y las aberraciones cromosómicas en la carcinogénesis. Dicho esto, hay formas en que la radiación podría actuar que podrían llevar a una reevaluación del uso de un modelo lineal de dosis-respuesta para inferir los riesgos de cáncer por radiación.
Varias organizaciones advierten contra el uso del modelo lineal sin umbral para estimar el riesgo de exposición a la radiación por debajo de un determinado nivel:
En conclusión, este informe plantea dudas sobre la validez del uso de LNT para evaluar el riesgo carcinogénico de dosis bajas (< 100 mSv) y aún más para dosis muy bajas (< 10 mSv). El concepto de LNT puede ser una herramienta pragmática útil para evaluar las reglas en radioprotección para dosis superiores a 10 mSv; sin embargo, dado que no se basa en conceptos biológicos de nuestro conocimiento actual, no debe usarse sin precaución para evaluar por extrapolación los riesgos asociados a dosis bajas y aún más, a dosis muy bajas (< 10 mSv), especialmente para evaluaciones de beneficio-riesgo impuestas a los radiólogos por la directiva europea 97-43.
La Sociedad de Física de la Salud desaconseja estimar los riesgos para la salud de las personas derivados de la exposición a la radiación ionizante que sean cercanos o inferiores a los niveles naturales de fondo porque las incertidumbres estadísticas a estos niveles bajos son grandes.
El Comité Científico no recomienda multiplicar dosis muy bajas por un gran número de individuos para estimar el número de efectos sobre la salud inducidos por la radiación dentro de una población expuesta a dosis incrementales a niveles equivalentes o inferiores a los niveles naturales de fondo.
Se ha argumentado que el modelo LNT había causado un miedo irracional a la radiación , cuyos efectos observables son mucho más significativos que los efectos no observables postulados por el LNT. [1] A raíz del accidente de Chernóbil de 1986 en Ucrania , se fomentaron ansiedades en toda Europa en las madres embarazadas sobre la percepción impuesta por el modelo LNT de que sus hijos nacerían con una mayor tasa de mutaciones. [37] En lugares tan lejanos como el país de Suiza , se realizaron cientos de abortos inducidos en exceso en los fetos sanos, a partir de este miedo sin umbral. [38] Sin embargo, después del accidente, los estudios de conjuntos de datos que se acercaban al millón de nacimientos en la base de datos EUROCAT , divididos en grupos "expuestos" y de control, se evaluaron en 1999. Como no se detectaron impactos de Chernóbil, los investigadores concluyen que "en retrospectiva, el miedo generalizado en la población sobre los posibles efectos de la exposición en los fetos no estaba justificado". [39] A pesar de los estudios realizados en Alemania y Turquía, la única evidencia sólida de resultados negativos del embarazo que ocurrieron después del accidente fueron estos efectos indirectos del aborto electivo, en Grecia, Dinamarca, Italia, etc., debido a las ansiedades creadas. [40]
Las consecuencias de la radiación de bajo nivel suelen ser más psicológicas que radiológicas. Como los daños causados por la radiación de nivel muy bajo no se pueden detectar, las personas expuestas a ella quedan en una angustiada incertidumbre sobre lo que les sucederá. Muchas creen que han sido contaminadas de por vida y pueden negarse a tener hijos por temor a defectos congénitos . Es posible que otras personas de su comunidad las rechacen por temor a una especie de contagio misterioso. [41]
La evacuación forzada de un accidente nuclear o radioactivo puede provocar aislamiento social, ansiedad, depresión, problemas médicos psicosomáticos, conducta imprudente o suicidio. Tal fue el resultado del desastre nuclear de Chernóbil de 1986 en Ucrania. Un estudio exhaustivo de 2005 concluyó que "el impacto de Chernóbil en la salud mental es el mayor problema de salud pública desencadenado por el accidente hasta la fecha". [41] Frank N. von Hippel , un científico estadounidense, comentó sobre el desastre nuclear de Fukushima de 2011 , diciendo que "el miedo a la radiación ionizante podría tener efectos psicológicos a largo plazo en una gran parte de la población en las áreas contaminadas". [42]
Este gran peligro psicológico no acompaña a otros materiales que exponen a las personas al riesgo de cáncer y otras enfermedades mortales. Por ejemplo, las emisiones diarias de la quema de carbón no despiertan un miedo visceral generalizado, aunque, como descubrió un estudio de la Academia Nacional de Ciencias, esta causa 10.000 muertes prematuras al año en los Estados Unidos. "Sólo la radiación nuclear conlleva una enorme carga psicológica, ya que conlleva un legado histórico único". [41]