Het bombarderen van de Japanse steden Hiroshima en Nagasaki door de Verenigde Staten in 1945 was het eerste en enige gebruik van kernwapens tegen burgerdoelen. Onderzoekers voerden in de nasleep een reeks onderzoeken uit om de impact van de fall-out te meten, zowel in termen van de stralingsdosis waaraan de slachtoffers werden blootgesteld als de effecten van deze blootstelling op het DNA en de gezondheid in het algemeen.

Voortgezet onderzoek dat in de jaren tachtig begon onder leiding van natuurkundige Sérgio Mascarenhas aan de Universiteit van São Paulo (USP) heeft geresulteerd in een artikel in het tijdschrift PLOS EEN het beschrijven van een methode voor nauwkeurige meting van de stralingsdosis die wordt geabsorbeerd door de botten van slachtoffers van de atoombommen die op Japan zijn gevallen.

"We gebruikten een techniek die bekend staat als elektronenspinresonantiespectroscopie om retrospectieve dosimetrie uit te voeren. Momenteel, er is hernieuwde belangstelling voor dit soort methodologie vanwege het risico op terroristische aanslagen in landen als de Verenigde Staten, " zei professor Oswaldo Baffa van de Universiteit van São Paulo.

"Stel je voor dat iemand in New York een gewone bom plaatst met een kleine hoeveelheid radioactief materiaal op het explosief. Technieken zoals deze kunnen helpen identificeren wie is blootgesteld aan radioactieve neerslag en behandeling nodig heeft."

Angela Kinoshita, een professor aan de Universidade do Sagrado Coração in Bauru, staat São Paulo, legde uit dat de studie uniek is in de zin dat er monsters van menselijk weefsel zijn gebruikt van slachtoffers van de bom die op Hiroshima is gevallen.

"Er waren ernstige twijfels over de haalbaarheid van het gebruik van deze methode om de stralingsdosis te bepalen die in deze monsters is afgezet, vanwege de processen die betrokken zijn bij de aflevering, " zei ze. "De resultaten bevestigen de haalbaarheid ervan en openen verschillende mogelijkheden voor toekomstig onderzoek dat details van de nucleaire aanval kan verduidelijken."

In de jaren zeventig, toen hij doceerde aan het São Carlos Physics Institute (IFSC-USP) van de Universiteit van São Carlos, Mascarenhas ontdekte dat röntgen- en gammastraling menselijke botten zwak magnetisch maakte. Het fenomeen, bekend als paramagnetisme, treedt op omdat het hydroxyapatiet (kristallijn calciumfosfaat) in het minerale deel van botweefsel koolstofdioxide-ionen absorbeert, en wanneer het monster wordt bestraald, de CO ₂ verliest elektronen en wordt CO ₂ -. Deze vrije radicaal dient als een marker voor de stralingsdosis die het materiaal ontvangt.

"Ik ontdekte dat we deze eigenschap konden gebruiken om stralingsdosimetrie uit te voeren en begon de methode te gebruiken bij archeologische datering, " herinnert Mascarenhas zich.

Zijn doel was destijds om de ouderdom te berekenen van botten die werden gevonden in sambaquis (middens gemaakt door de oorspronkelijke bewoners van Brazilië als hopen schelpdierresten, skeletten van prehistorische dieren, menselijke botten, stenen of botten gebruiksvoorwerpen, en ander afval) op basis van de natuurlijke straling die door de eeuwen heen is geabsorbeerd door contact met elementen zoals thorium die aanwezig zijn in het zand aan de kust.

Op basis van dit onderzoek, hij werd uitgenodigd om les te geven aan de Harvard University in de Verenigde Staten. Voordat we naar de VS vertrekken, echter, hij besloot naar Japan te gaan om te proberen beenderen van slachtoffers van de atoombommen te bemachtigen en zijn methode op hen te testen.

"Ze gaven me een kaakbeen, en ik besloot de straling daar te meten, aan de universiteit van Hiroshima, " zei hij. "Ik moest experimenteel bewijzen dat mijn ontdekking echt was."

Mascarenhas slaagde erin aan te tonen dat een dosimetrisch signaal uit het monster kon worden verkregen, hoewel de technologie nog rudimentair was en er geen computers waren om de resultaten te helpen verwerken. Het onderzoek werd gepresenteerd op de jaarlijkse maartbijeenkomst van de American Physical Society, waar het een sterke indruk maakte. Mascarenhas bracht de monsters naar Brazilië, waar ze blijven.

"Er zijn de afgelopen 40 jaar grote verbeteringen aangebracht in de instrumentatie om deze gevoeliger te maken, " zei Baffa. "Nu, je ziet digitaal verwerkte data in tabellen en grafieken op het computerscherm. De basisfysica is ook zo geëvolueerd dat je het signaal van het monster kunt simuleren en manipuleren met behulp van computertechnieken."

Dankzij deze vorderingen hij voegde toe, in de nieuwe studie, het mogelijk was om het signaal dat overeenkomt met de stralingsdosis die tijdens de nucleaire aanval werd geabsorbeerd, te scheiden van het zogenaamde achtergrondsignaal, een soort geluid waarvan wetenschappers vermoeden dat het het gevolg kan zijn van oververhitting van het materiaal tijdens de explosie.

"Het achtergrondsignaal is een brede lijn die door verschillende dingen kan worden geproduceerd en een specifieke handtekening mist, " zei Baffa. "Het dosimetrische signaal is spectraal. Elke vrije radicaal resoneert op een bepaald punt in het spectrum bij blootstelling aan een magnetisch veld."

Methodologie

Om de metingen te doen, de onderzoekers verwijderden millimeterschaal stukjes van het kaakbot dat in het vorige onderzoek werd gebruikt. De monsters werden opnieuw bestraald in het laboratorium met behulp van een techniek die de additieve dosismethode wordt genoemd.

"We hebben straling aan het materiaal toegevoegd en de stijging van het dosimetrische signaal gemeten, Baffa legde uit. "We hebben toen een curve gemaakt en daaruit de initiële dosis geëxtrapoleerd, toen het signaal vermoedelijk nul was. Deze kalibratiemethode stelde ons in staat om verschillende monsters te meten, aangezien elk bot en elk deel van hetzelfde bot een andere gevoeligheid voor straling heeft, afhankelijk van de samenstelling."

Dankzij deze combinatie van technieken, ze konden een dosis van ongeveer 9,46 grijzen (Gy) meten, wat hoog is in de ogen van Baffa. "Ongeveer de helft van die dosis, of 5 Gy, is dodelijk als het hele lichaam eraan wordt blootgesteld, " hij zei.

De waarde was vergelijkbaar met de doses die werden verkregen met andere technieken die werden toegepast op niet-biologische monsters, zoals het meten van de luminescentie van kwartskorrels die aanwezig zijn in baksteen en dakpanfragmenten gevonden op de bomlocaties. Volgens de auteurs is het kwam ook dicht in de buurt van de resultaten van biologische meettechnieken die werden toegepast in langetermijnstudies waarbij veranderingen in het DNA van overlevenden als parameter werden gebruikt.

"De meting die we in deze laatste studie hebben verkregen, is betrouwbaarder en actueler dan de voorlopige bevinding, maar ik evalueer momenteel een methodologie die ongeveer duizend keer gevoeliger is dan spinresonantie. Over een paar maanden hebben we nieuws, " Mascaren heeft voorspeld.