Evaluation of radioinduced damages due the exposure to the radionuclides 238U, 232Th and 40K through bioindicators systems

The frequent incorporation of radionuclides through ingestion of water and/or food is able to raise the levels of radiation within the body above the tolerable limit. Thus, foods grown on high radioactive background soils, such as in the vicinity of uranium mines, may be potential risk agents. The consumption of these products has the possibility to induce damages that, when accumulated, may evolve into carcinogenesis. In this work, we sought to evaluate the potential of low concentrations of radionuclides to promote radio-induced mutations. Emphasis was placed on the radionuclides 238U, 232Th and 40K, since these species contribute most to the increase of the levels of exposure to natural radioactivity. For the first time, plant bioindicators exposed to different concentrations of sterile uranium (0,25 g, 0,50 g, 0,75 g, and 1,00 g) were used. Seeds of lettuce (Lactuca sativa) and seeds of onion (Allium cepa) were used, cultivated in Petri dish for 3 and 7 days, respectively, in the presence of sterile uranium. This is the intrinsic time for germination for each of these plants and consequently, the period which its cells were exposed to the background radioactive while its tissues (roots) developed. Onion cells are considered as a universal bioindicator since they report a concordance of 71% to 91.5% with the tests performed with mammalian cells, besides maintaining a good agreement with the observed effects in human peripheral blood cells. The activities of the investigated radionuclides were obtained by means of high resolution gamma spectrometry, the 40K being the only one that was directly estimated. Since the 238U and 232Th are pure alpha emitters, their activities were indirectly obtained by emitting gamma radiation members of their series. Because it is a rock, it is possible to consider that these radionuclides are immobilized in the geological time scale of the sample. Thus, when establishing the condition of radioactive equilibrium, it was considered that the activities of the daughters were those of the respective progenitors of the series. Fourier Transform Infrared Spectroscopy analyzes were performed on the roots of both bioindicators to detect structural changes/degradations due to exposure to ionizing radiation or a possible incorporation of radionuclides. Cell damages were evaluated by means of the micronucleus test, a technique recommended by IAEA for the evaluation of radioinduced mutation. The results indicated activity values compatible with those from regions with low levels of background radioactivity. However, for both bioindicators, an incidence of damage greater than the limit recommended by the IAEA was observed. Infrared spectra do not indicate incorporation of uranium or some other element by plants. It has been demonstrated that it is possible to verify the effect of low concentrations of radionuclides in inducing damages to the cells of these species, making possible the use of these plants as bioindicators for the analysis of radiation effects. This study concludes that even at low concentrations, frequent exposure to investigated radionuclides may trigger local damage, whose carcinogenic potential may be associated mainly with the high LET of the alpha radiation emitters.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA incorporação frequente de radionuclídeos através de ingestão de água e/ou alimentos é capaz de elevar os níveis de radiação dentro do corpo acima do limite tolerável. Assim, alimentos cultivados em solos de alto background radioativo, como por exemplo, no entorno de minas de urânio, podem ser potenciais agentes de risco. O consumo desses produtos tem a possibilidade de induzir danos que, quando acumulados, podem evoluir para uma carcinogênese. Neste trabalho, buscou-se avaliar o potencial de baixas concentrações de radionuclídeos promoverem mutações radioinduzidas. Foi dado ênfase aos radionuclídeos 238U, 232Th e 40K, pois essas espécies são as que mais contribuem para o aumento dos níveis de exposição à radioatividade natural. Pela primeira vez foram utilizados bioindicadores vegetais expostos à diferentes concentrações de estéril de urânio (0,25 g, 0,50 g, 0,75 g e 1,00 g). Foram usadas sementes de alface (Lactuca sativa) e sementes de cebola (Allium cepa), cultivadas em placa de Petri por 3 e 7 dias, respectivamente, na presença de estéril de urânio. Esse é o tempo intrínseco para germinação de cada uma dessas plantas e consequentemente, o período em que as suas células ficaram expostas ao background radioativo, enquanto os seus tecidos (raízes) se desenvolviam. As células de cebola são consideradas como um bioindicador universal pois reportam uma concordância de 71% a 91,5% com os testes realizados com células de mamíferos, além de conservarem uma boa concordância com os efeitos observados em células de sangue periférico humano. As atividades dos radionuclídeos investigados foram obtidas por meio de espectrometria gama de alta resolução, sendo a do 40K a única que foi estimada diretamente. Como o 238U e o 232Th são emissores alfa puros, as suas atividades foram obtidas indiretamente por meio de membros emissores de radiação gama de suas séries. Por se tratar de uma rocha, é possível fazer a consideração de que esses radionuclídeos estão imobilizados na escala geológica de tempo da amostra. Assim, ao estabelecer a condição de equilíbrio radioativo, as atividades dos filhos foram consideradas como sendo a dos respectivos progenitores das séries. Análises por Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier foram feitas nas raízes de ambos os bioindicadores para detectar alterações/ degradações estruturais decorrentes da exposição à radiação ionizante e/ou de uma possível incorporação de radionuclídeos. Os danos celulares foram investigados por meio do teste de micronúcleo, técnica recomendada pela IAEA para avaliar mutação radioinduzida. Os resultados indicaram valores de atividades compatíveis com àqueles de regiões de baixos níveis de radioatividade de fundo. No entanto, para ambos os bioindicadores observou-se uma incidência de danos superior ao limite recomendado pela IAEA. Os espectros de infravermelho não indicam incorporação de urânio ou de algum outro elemento pelas plantas. Demonstrou-se que é possível verificar o efeito de baixas concentrações de radionuclídeos em induzir danos às células dessas espécies, possibilitando o uso dessas plantas como bioindicadores para análise de efeitos da radiação. Este estudo conclui que mesmo para baixas concentrações, a exposição frequente aos radionuclídeos investigados pode desencadear danos locais, cujo potencial carcinogênico pode estar associado principalmente a alta LET dos emissores de radiação alfa.São Cristóvão, S