1. Ciencia

CENTRO DE ESTUDIOS RADIOLÓGICOS Y DE IMAGEN DIAGNÓSTICA
PROTECCIÓN RADIOLÓGICA
TEMA 6
RADIOBIOLOGÍA I: MECANISMOS DE ACCIÓN
La Radiobiología, es la ciencia que estudia los fenómenos que suceden cuando un
tejido vivo ha absorbido la energía cedida por las radiaciones ionizantes.
Estos fenómenos son las lesiones que se producen y los mecanismos que aporta el organismo
en funcionamiento para compensar esas lesiones.
INTRODUCCIÓN
Todos los seres vivos en la Tierra estamos expuestos a la radiación ionizante de forma
natural, procedente bien de la radiación terrestre (radionucleidos naturales presentes en todos
los componentes del medio ambiente acuático y terrestre) o de la radiación cósmica.
Adicionalmente, las personas también estamos expuestas a radiación antropogénica, es decir,
originada por el hombre. Entre las principales fuentes de radiación antropogénica se
encuentran los ensayos realizados en el pasado de bombas nucleares, las actividades que
aumentan la exposición a radiación natural como puede ser la minería, los materiales
nucleares utilizados con fines militares, los residuos radioactivos generados en instalaciones
nucleares y ciertas actividades ocupacionales (trabajadores de la industria nuclear o
miembros de tripulaciones aéreas). En los países desarrollados, la mayor causa de exposición
a radiación son las aplicaciones médicas (radiología diagnóstica, radioterapia, medicina
nuclear y radiología intervencionista).
Desde su descubrimiento, la radiación ionizante ha mostrado tener diversas
aplicaciones beneficiosas para el hombre, pero también puede producir efectos dañinos tanto
en la salud de las personas como en el medio ambiente. Para poder proteger al hombre de los
posibles efectos nocivos de la radiación ionizante, es imprescindible conocer tan en detalle
como sea posible los efectos producidos por ésta, sus características y los factores físicos,
químicos y biológicos que influyen en dichos efectos. Ese es precisamente el objetivo de este
tema, describir el estado actual del conocimiento sobre los efectos biológicos que puede
producir la radiación ionizante, con especial énfasis en aquellos efectos que se producen tras
exposición a dosis bajas.
INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
En l.896 Henri Becquerel descubrió las propiedades perjudiciales de la radiactividad,
tomando en cuenta las quemaduras que le produjo un frasco que contenía radio.
Ese mismo año Clarence Madison Dally se sometió a radiaciones que acabaron con
su vida, era ayudante de Thomas A. Edison, inventor del fluoroscopio. Durante la exposición
industrial realizada en 1.896 en New York, Dally expuso, reiteradamente sus manos al
experimento presentado por él, consistente en un equipo de rayos X, cuyo objeto era observar
las sombras en el esqueleto humano. Poco tiempo después las manos se le ulceraron, siéndole
posteriormente amputadas. El cáncer contraído le fue progresando en su organismo y en
1.904 acabó con su vida. Fue la primera víctima descrita por las radiaciones ionizantes.
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ACCIÓN DE LA RADIACIÓN SOBRE EL MATERIAL BIOLÓGICO
Cuando las radiaciones interaccionan con la materia se producen una serie de
fenómenos cuya consecuencia es la modificación de dicha materia.
El ser vivo se defiende de esta agresión mediante una serie de mecanismos que
intentan la reparación de la alteración inducida. Según la efectividad de estos mecanismos la
alteración será más o menos importante. Tanto la alteración inducida cono los mecanismos de
defensa que pone en marcha el organismo afectado, son fenómenos muy complejos y aún no
del todo conocidos.
Pese a esto, se admite en la actualidad una serie de etapas que intentan explicar las
modificaciones que se producen desde que se absorbe la radiación hasta que se presenta la
alteración en el ser vivo afectado y que son los siguientes (considerando un organismo
pluricelular):
Absorción de la radiación por el organismo.
Modificación bioquímica de la zona del organismo que ha absorbido la radiación.
Alteración de ciertas moléculas a causa de la modificación bioquímica.
Modificación de las células constituidas por las moléculas afectadas.
Modificación del tejido al que pertenecen las células alteradas.
Alteración del organismo pluricelular en su conjunto.
Cuando las células absorben radiaciones ionizantes tiene lugar un proceso de
ionización y de excitación. Los átomos y las moléculas ionizados y excitados se predisponen
formando moléculas estables o inestables, o bien radicales libres, con lo que se producen
nuevas reacciones químicas con las moléculas contiguas.
Estos efectos en cualquier parte de la complicada estructura de la célula pueden dar
lugar a una serie de efectos nocivos, como son : inhibición de la división celular, anormalidad
en las funciones de la célula, muerte de estas ó alteraciones en la estructura de los genes de
las células reproductoras, que en definitiva podría dar lugar a cambios genéticos.
El daño causado depende de la cantidad de energía absorbida, de la velocidad de
absorción y del mecanismo seguido por esta, y es acumulativo a lo largo de prolongados
intervalos de tiempo.
INTERACCIONES BIOLÓGICAS BÁSICAS DE LA RADIACIÓN
Generalidades: Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes representan en su
conjunto, la reacción de los seres vivos, para controlar la energía disipada por la radiación
ionizante en los tejidos. Al discutir los efectos biológicos producidos, reviste una gran
importancia tener en cuenta las siguientes generalidades:
La interacción de la radiación a nivel celular tiene lugar al azar, o lo que es equivalente,
tiene carácter probabilístico. Esta afirmación equivale a decir, que en el caso en que
incide sobre una célula una partícula ionizante, se puede producir o no interacción, y en
el primer caso, provocarse daños o por el contrario no producirse efectos apreciables.
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La cesión inicial de energía a la célula ocurre en un tiempo muy corto, del orden de
10-17 s.
La interacción de la radiación en una célula no es selectiva, lo que equivale a decir que
la energía disipada por la radiación ionizante se acumule al azar en las estructuras
celulares. La radiación "no muestra preferencia" por ninguna estructura celular
particular.
La lesión producida por la radiación ionizante sobre células, tejidos y órganos es
inespecífica, o lo que es equivalente, lesiones idénticas pueden ser provocadas por otras
causas lesivas.
Las alteraciones biológicas que resultan de las radiaciones, sólo se hacen ostensibles al
transcurrir un cierto intervalo de tiempo llamado periodo de latencia: éste varía con la
dosis inicial de radiación, entre pocos minutos, hasta semanas e incluso años.
Los efectos producidos por la radiación se agrupan en dos grandes clases:
Efectos NO estocásticos o deterministas: Son aquellos que sólo se producen
cuando la dosis alcanza un determinado valor umbral; su gravedad depende de la
dosis, y su aparición es de carácter inmediato. Ejemplo típico es el eritema de
radiación.
Efectos estocásticos Son aquellos que no presentan umbral, la probabilidad de
que sucedan crece con la dosis, son siempre graves si suceden, y su aparición suele
ser tardía. Ejemplo típico es el cáncer por radiación.
Figura 6.1 Esquema de las consecuencias de la interacción de la radiación ionizante con las
células
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MECANISMOS DE INTERACCIÓN
La acción de las radiaciones ionizantes sobre células, tejidos y órganos viene iniciada
por procesos de excitación, e ionización, bien en las macromoléculas biológicas, tales como
el DNA, o en el medio en el que se encuentran los orgánicos celulares, principalmente agua.
(Fig. 6.2)
La acción de la radiación sobre la célula se puede clasificar en directa o indirecta,
según el medio sobre el que se produzca la cesión de energía.
ACCIÓN DIRECTA SOBRE LA MATERIA
La acción directa tiene lugar cuando una partícula cargada interactúa con una
macromolécula, a la que cede energía, tal como DNA, RNA, encimas etc. En estas
condiciones, las moléculas resultan ionizadas o excitadas, conduciendo ambos casos a través
de procesos de radiolisis, a la alteración de las moléculas afectadas.
La teoría de la Acción Directa de Dessauer o teoría de los impactos se basa en las
siguientes consideraciones:
La energía radiante es discontinua, es decir, de naturaleza cuántica; esos cuantos
portadores de energía son los fotones.
La energía discontinua va a incidir sobre un medio también discontinua como es el
celular y sus componentes ( núcleo, nucléolo, etc).
De la interacción entre ambas discontinuidades se observa que las leyes que las rigen
no son las de causa / efecto sino la del puro azar y probabilidad.
Hay que recurrir, por tanto a la ley de probabilidades.
Como la radiación actúa por impactos las consecuencias serán distintas según que
parte los elementos celulares sean afectados.
No todos los elementos constituyentes de la célula, tienen biológicamente, la misma
trascendencia para la vida celular; así pues, según donde se de el impacto será
afectada la vida celular en mayor o menor medida.
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FIG. 6.2
La teoría del impacto explica de forma bastante intuitiva la acción directa de las
radiaciones a nivel microscópico y macroscópico. Se supone en esta teoría que en la célula
existen moléculas de menor importancia y que por tanto pueden ser sustituidas, y moléculas
clave, que son únicas e insustituibles: estas moléculas son los blancos y sobre ellos se
producen los impactos.
La relación entre la respuesta biológica a nivel microscópico, expresada como
probabilidad de aparición de un efecto, y la dosis, es una curva sigmoide cuya forma es
interpretable según la teoría del impacto. Así en su parte inicial correspondiente a dosis bajas,
la pendiente es suave, debido a que en esta zona cada estructura celular recibe pocos
impactos y su efecto aún no es muy ostensible. Después de esta primera etapa, al existir ya
muchas estructuras "tocadas", basta un impacto adicional para que se manifieste el efecto,
situación que corresponde a la parte central de la curva con pendiente alta: en ella, pequeños
incrementos de dosis, suponen fuertes aumentos en la probabilidad de producción de efecto.
Finalmente, la ultima zona con pendiente suave, se puede interpretar como la arribada a la
saturación: las estructuras celulares están ya gravemente dañadas y entonces, grandes
incrementos de dosis producen sólo aumentos pequeños en el efecto observado. (Fig. 6.3).
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Figura 6.3
ACCIÓN INDIRECTA SOBRE LA MATERIA VIVA
Fué instaurada por Rajewsky hacia 1.931 y establece que las radiaciones ionizantes
pueden actuar de otra manera, haciendo que su acción se realice más lejos de aquí y más
tarde de ahora, mediante los llamados radicales libres, que ya fueron vislumbrados por Curie.
La acción indirecta de la radiación, implica la absorción de la energía disipada en
medios intercelulares principalmente agua. El resultado final del proceso es la creación, tanto
de iones H+ y OH - , como de los radicales libres, H y OH : éstos son átomos o moléculas que
contienen un electrón orbital no apareado. Los radicales libres presentan una alta reactividad
química, por la tendencia del electrón libre, a unirse a otro electrón de un átomo o molécula
normales.
De los productos formados, los iones tienden preferentemente a recombinarse
siguiendo la reacción:
H+ + OH -
------ H2O
por lo cual en general no producen daños importantes.
Debido a la alta reactividad química de los radicales libres formados, éstos pueden
tomar parte en un gran número de reacciones, entre las que destacan la recombinación con
formación de agua:
H + OH --------- H2O
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la formación de otras moléculas:
OH + OH ------ H2O2
o la formación de nuevos radicales libres:
H + O2 -------- H2O
Los efectos de los radicales libres en la célula se deben pues a su capacidad de inducir
variadas reacciones químicas que al propagarse, pueden causar lesiones en la célula en zonas
relativamente distantes del lugar de la interacción primaria.
En general, la acción de los radicales libres varia con las moléculas afectadas en la
célula. En el caso de producirse el daño sobre moléculas no fundamentales como
carbohidratos, lípidos o proteínas, aunque sean destruidas solo se producen efectos
transitorios, ya que inmediatamente se sintetizan los constituyentes dañados en el
metabolismo normal, por lo que en este caso no se producen efectos apreciables.
El problema de la acción de los radicales libres en el DNA es a priori mucho más
serio. Las moléculas de DNA sólo están presentes en la cantidad justa y necesaria y se
precisan constantemente para que la célula funcione y viva de forma adecuada.
Como el DNA es la molécula del núcleo que controla todas las actividades celulares,
se supone que una alteración del DNA tendrá para la célula consecuencias mas graves que la
alteración de otros constituyentes (como enzimas o moléculas de agua) Una ionización en el
DNA puede representar una amenaza para la vida celular.
Los daños ocasionados en la molécula afectada pueden ser:
1) Sustitución o perdida de una base.
2) Ruptura de enlace de hidrogeno entre las dos cadenas.
3) Ruptura de esqueleto en una cadena.
4) Ruptura de esqueleto en las dos cadenas.
5) Ruptura de dos moléculas de DNA y unión de ambas.
Los efectos de ruptura 2), 3) y 4) en muchos casos se subsanan por la acción de
enzima reparadoras, que dan lugar a la producción de soldaduras en las moléculas afectadas:
en tales casos se restablece la integridad de la molécula afectada.
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TABLA 6.1
Tipo de daño
Roturas de cadena sencilla
Daño en bases
Roturas de doble cadena
EntrecruzamientosADN-proteína
Frecuencia
(número de defectos por células por Gy)
1000
500
40
150
En los casos en los que subsistan lesiones residuales en el DNA, pueden producirse
ciertos daños biológicos, entre los que cabe destacar:
Efectos Hereditarios:
Mutaciones puntuales.
Grandes cambios en la estructura del DNA.
Efectos Somáticos en el Individuo Irradiado
Producción de tumores.
Envejecimiento prematuro.
Anormalidades en desarrollo fetal.
Esterilidad.
Supresión de la respuesta inmune.
Síndromes de irradiación.
MUTACIÓN
Es una fragmentación cromosómica y por tanto también denominada aberración
cromosómica o alteración estructural.
Hay tres tipos principales de mutaciones cromosómicas que pueden ser inducidas por
las radiaciones ionizantes: (Fig. 6.4).
Mutaciones de tipo cromático: en el cual se fracturan las dos cromátidas.
Mutaciones de tipo cromátida: En el cual se afecta solo una de ellas.
Mutaciones del tipo subcromátida: En el cual se afecta la mitad de una cromátida.
Cualquier cambio en un cromosoma supone cambios correspondientes en el DNA y
esos cambios llevan también consigo cambios en la información genética de la célula: eso
son las mutaciones.
La mutación puede producirse en una célula somática o en una germinal. Las
mutaciones sobre células somáticas serán importantes para el sujeto en cuestión, pero no
tienen efecto sobre la población en general.
La mutación sobre una célula germinal, si que afecta a la población, por que la célula
que transporta la mutación puede jugar un papel importante en la concepción y afectar a las
generaciones futuras.
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Por tanto las alteraciones producidas en el DNA, genes, o cromosomas, las llamadas
mutaciones representan variaciones en alguna función, susceptible además de ser transmitida
a la descendencia.
Eventualmente, una mutación puede conducir a una mejora biológica, pero en general,
supone un perjuicio para la célula, el organismo, o la especie.
Figura 6.4
Todos los seres vivos presentan de forma espontánea un cierto número de mutaciones
en el curso de su evolución, que el organismo es capaz de resistir sin daños aparentes. De
aquí se infiere que el riesgo de la radiación no está en la producción en si de mutaciones, sino
que estas aumentan por encima de la media, circunstancia que en ciertos casos no será
asimilable por el organismo.
Las mutaciones se clasifican en puntuales y cromosómicas.
Las puntuales afectan solamente a un gen o grupo de genes, y no se reflejan en una
alteración apreciable del cromosoma. En cambio las mutaciones cromosómicas son
mutaciones que producen graves alteraciones en la propia estructura del cromosoma.
La producción de mutaciones se ajusta a las siguientes pautas generales:
Las mutaciones puntiformes se producen por la acción de un único impacto; en
cambio las cromosómicas pueden ser generadas por varios impactos.
El número de mutaciones crece con la dosis absorbida.
No existe un umbral de dosis, por debajo del cual no pueda producirse una
mutación.
A igualdad de dosis, las radiaciones mas mutágenas son las mayor LET.
Desde el punto de vista de la Radioprotección, una mutación es siempre lesiva.
RADIOSENSIBILIDAD
Poco después del descubrimiento de los rayos X, se hizo la importante observación de
que esta radiación parecía destruir las células cancerosas, sin afectar a los tejidos normales.
Tal diferencia en la acción de la radiación, dio lugar a la introducción del concepto de
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radiosensibilidad, definida como la mayor o menor afectación celular de los diversos tejidos,
bajo la acción de la radiación ionizante.
La radiosensibilidad puede referirse a cualquier fenómeno celular, Así, cuando se
afirma que una determinada población celular es muy radiosensible, se entiende que con una
dosis baja de radiación mueren células de la población observada.
Así pues, la radiosensibilidad celular es un concepto relativo; dependerá de cada
célula en particular. Diremos que una célula es radiosensible cuando se manifiesten algunos
de los fenómenos descritos anteriormente. Una célula será radiorresistente, cuando recibida la
misma dosis que la anterior no sufre ninguno de esos trastornos.
Desde l.906 se aceptan las leyes de Bergonie y Tribondeau sobre radiosensibilidad,
que se resumen en los siguientes enunciados:
Una célula es tanto más radiosensible, cuanto mayor sea su actividad
reproductiva.
Una célula es tanto más radiosensible, cuanto más largo sea su futuro de
divisiones, esto es, cuantas más divisiones deba realizar para adoptar su forma y
funciones definitivas.
Una célula es tanto más sensible cuanto menos diferenciada sea, o lo que es
equivalente, no haya alcanzado un elevado grado de especialización en forma y
funciones.
Así por ejemplo en el testículo, la espermatogonia es la célula madre no diferenciada,
mientras que el espermatozoide es la célula madura diferenciada. (Fig. 6.5).
Figura 6.5
En el sistema hematopoyético, responsable de la formación de la mayoría de las
células sanguíneas, el hematíe o eritrocito (glóbulo rojo) que existe en la sangre circulante, es
la célula madura diferenciada, y el eritroblasto es la célula madre no diferenciada.
Las leyes de Bergonie y Tribondeau tienen algunas excepciones, como el linfocito
(una variante del glóbulo blanco formado a expensas de la célula madre, el linfoblasto), que
es muy radio-sensible a pesar de su gran diferenciación.
A nivel de tejidos y órganos, su radiosensibilidad depende del tipo de células que lo
constituyen en general es más radiosensible el parenquima que el estroma.
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Como una ampliación de las leyes de Bergonie y Tribondeau. Rubín - Casaret en
1.968 definieron cinco categorías básicas de poblaciones celulares:
1ª. VIM: células intermitóticas vegetativas.- Se dividen muy rápidamente, son
indiferenciadas, de vida muy corta; según las leyes de B y T, serian el grupo más
sensible del organismo, como ejemplo tenemos: células basales de la epidermis, las de
las criptas intestinales, las espermatogonias y los eritroblastos.
2ª. DIM: células intermitóticas diferenciadas.- Son activamente mitóticas; provienen
de es VIM, pero están más diferenciadas. Serán por tanto menos sensibles que las
VIM, como ejemplo: espermatogonias intermedias de tipo B.
3ª. Células de tejido conjuntivo multipotenciales.- Se dividen irregularmente y están
más diferenciadas que las VIM y DIM. En cuanto a su radiosensibilidad están en
posición intermedia como ejemplo: células endoteliales de los vasos sanguíneos,
fibroblastos del tejido conjuntivo
4ª. RPM: células postmitóticas reversibles.- Normalmente no entran en mitosis, pero
conservan la capacidad de hacerlo en determinadas circunstancias. Como ejemplo las
células renales y las hepáticas.
5ª. FPM: células postmitóticas fijas.- No se dividen; son altamente diferenciadas,
tanto morfológica como funcionalmente. Son radioresistentes y las hay de vida larga
o corta; en algunas ocasiones pueden ser sustituidas por células diferenciadas DIM.
Como ejemplo: células nerviosas, musculares, eritrocitos y espermatozoides.
TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGIA. LET
Es la cantidad de energía cedida al medio irradiado por micra de recorrido.
El efecto biológico dependerá de la capacidad de ionización que tenga la energía
empleada.
Radiaciones de baja LET : Rayos X y Rayos Gamma.
Radiaciones de alta LET : Neutrones y partículas alfa.
Por tanto la irradiación de un mismo sistema biológico con radiaciones de distinta
LET conducirá a distintos tipos de respuesta biológica.
Las radiaciones ionizantes de alta LET ceden mucha energía en un pequeño recorrido;
las células quedan muy lesionadas, existiendo, por tanto, una relación lineal entre la fracción
de supervivencia y la dosis.
En las radiaciones ionizantes de Baja LET la cesión energética es menor y existe una
mayor probabilidad de reparación celular
RESPUESTA CELULAR A LA RADIACIÓN
La acción de las radiaciones ionizantes a nivel celular, difiere según sea la zona de la
célula que absorba la radiación. Así por ejemplo, la irradiación en la membrana puede
originar una alteración en su permeabilidad, cuyas consecuencias dependerán del grado de
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efectividad de los mecanismos de reparación. La irradiación de un orgánulo contenido en el
citoplasma, ocasiona daños generalmente reversibles, dado que el sistema afectado es
múltiple (existen varios orgánulos con la misma función) o porque las funciones afectadas
son sustituibles. La irradiación del núcleo suele tener consecuencias más graves, que pueden
incluso llegar a la muerte celular.
Los traumas causados a la célula en su conjunto por las radiaciones ionizantes, han
sido agrupados en la siguiente serie de alteraciones:
1.- MUERTE EN INTERFASE
Una de las posibles respuestas de la célula a la radiación, es la muerte antes de entrar
en mitosis, que se denomina por ello muerte en interfase.
La muerte en interfase puede suceder, tanto en células que viven sin dividirse, como
ocurre el nervio adulto, como en células de división rápida, como las células precursoras de
las sanguíneas, existentes en la médula ósea.
La dosis: requerida para producir este tipo de respuesta, varía según el tipo de célula.
Por ejemplo, los linfocitos presentan la muerte en interfase a dosis absorbidas inferiores a 500
mGy, pero las levaduras soportan mucha mayor cantidad ya que tras una dosis absorbida de
300 Gy sólo se produce la muerte en interfase en el 50 % de la población.
2.- RETRASO MITOTICO
En las poblaciones celulares de división asíncrona habrá en cualquier instante una
cierta proporción de células en mitosis. El cociente entre el número de células en cada
instante están en mitosis y el número total de células de la población, se denomina índice
mitótico. Si en una población normal de células se representa el índice mitótico en función
del tiempo se observa que este índice se mantiene prácticamente constante.
La irradiación de la población (flecha ondulada) perturbe este equilibrio mitótico. Las
células que se encuentran en mitosis durante la irradiación, completan su división, pero
aquellas que se encuentran a punto de dividirse, se retrasan permaneciendo un tiempo más
largo en la fase G2. (Fig. 6.6).
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Figura 6.6
Por esta razón, el índice mitótico disminuye, manteniendo un valor inferior al de
preirradiación en tanto que sigan apareciendo células que detengan su evolución normal hacia
la mitosis. Si la dosis absorbida es baja, estas células pueden recuperarse del retraso y
comienzan la mitosis, lo que originará un aumento del índice mitótico por encima del valor
normal, situación que recibe el nombre de sobrecarga mitótica. Durante este tiempo, las
células que entren en mitosis estarán formadas por un grupo, que ha evolucionado
normalmente, sin sufrir retardo y por otro grupo, las que sufrieren el retardo, esta respuesta a
la radiación se conoce como retardo mitótico o retraso mitótico.
El comportamiento del índice mitótico depende de la cuantía de las dosis absorbidas.
Para dosis bajas, el índice retorna al cabo de un cierto tiempo al valor de la preirradiación.
Sin embargo con dosis absorbidas altas, el índice mitótico se estabiliza en un valor inferior al
preirradiación. Tal diferencia se debe a la entrada en acción de un tercer mecanismo de
lesión, consistente en que si bien las células se dividen, la descendencia muere un tiempo
después, respuesta que se denomina fallo reproductivo.
Se desconoce actualmente la causa del retraso mitótico. Se ha sugerido para su
explicación, la hipótesis de que algún compuesto químico necesario en la división pueda
sufrir daño por la radiación, o bien el bloqueo en la síntesis de compuestos necesarios en la
mitosis, o incluso que la síntesis del DNA no se realiza a la misma velocidad que antes de la
irradiación.
FALLO REPRODUCTIVO
Un tercer tipo de respuesta celular a la radiación es una disminución del porcentaje de
células supervivientes a la irradiación, que conservan su capacidad reproductiva. Esta
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respuesta se denomina fallo reproductivo, y se define como la incapacidad de la célula para
experimentar divisiones repetidas después de la irradiación. Según este concepto, todas las
células que no se pueden dividir reiteradamente se consideran como no supervivientes o
muertas, aunque pueden seguir técnicamente vivas o incluso capaces de realizar un número
limitado de divisiones.
El fallo reproductivo se puede explicar a partir de la teoría del impacto, según la cual
la capacidad de reproducirse de una célula, esta relacionada directamente con la integridad de
sus cromosomas. Si se supone que los cromosomas o bien el DNA son los puntos críticos, o
blancos y que la muerte celular es consecuencia de las ionizaciones (impactos) producidos en
el blanco, entonces la lesión de los cromosomas puede producir la muerte de la célula. No
obstante muchas de estas lesiones pueden ser reparadas y de hecho así sucede. En los casos
en que no se produce reparación, la célula pude conservar una cierta capacidad de división,
haciéndolo un número limitado de veces después de la irradiación.
FACTORES QUE AFECTAN A LA RADIOSENSIBILIDAD CELULAR
La respuesta celular a las radiaciones ionizantes no es constante, ya que puede verse
afectada por distintos factores, que en unos casos potencian le radiosensibilidad
(radiosensibilizantes) mientras que en otros la disminuyen (radioprotectores).
Los factores más importantes son:
Factores Físicos:
Las figuras siguientes muestran como la transferencia lineal de energía (LET) y la tasa
de dosis absorbida modifican la respuesta celular, donde se aprecia que el mayor efecto
biológico esta asociado a la radiación de alta LET y a las tasas elevadas de irradiación. (Fig.
6.7 y 6.8).
Figura 6.7
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La dependencia de la respuesta celular respecto a la LET, se puede explicar en
función de la producción de ionización por los distintos tipos de radiaciones.
Figura 6.8
En la figura anterior se representa esquemáticamente la ionización producida en una
misma población celular por radiaciones de alta y baja LET. Se aprecia en el diagrama que
les radiaciones de baja LET producen un pequeño número de ionizaciones, separadas por
distancias relativamente largas, mientras que las radiaciones de LET alta, producen un gran
número de ionizaciones con distancias muy cortas.
Respecto a la dependencia con la tasa de dosis, se debe observar que cuando esta es
baja, se da lugar a que entren en acción los mecanismos de reparación, antes de que el daño
acumulado sea irreversible. En cambio en los casos de alta tasa, dichos mecanismos de
reparación son lentos frente al efecto de los daños, condiciones que acarrean la muerte
celular.
Factores Químicos:
Existen muchos compuestos químicos que pueden modificar le respuesta a la
radiación. Se denominan radiosensibilizadores a compuestos que aumentan el efecto letal
celular, producido por una determinada dosis de radiación. Un ejemplo típico de
radiosensibilizador es el oxigeno cuyo efecto es tan importante que se ha definido un
parámetro llamado relación de potenciación del oxigeno, que es el cociente entre la dosis de
radiación que produce una determinada respuesta biológica en ausencia de oxigeno (células
hipóxicas), y la dosis que produce la misma respuesta en presencia de oxigeno. Este
parámetro alcanza un valor alrededor de 2,5 en células de mamíferos, si la radiación que
actúa es de baja LET.
Los radioprotectores son sustancias que reducen los efectos producidos por la
radiación a nivel celular.
Estas substancias deben estar presentes en el momento en que se produce la
irradiación; ya que administradas en instantes posteriores, carecen por completo de efecto
reductor. Un grupo de sustancias que poseen propiedades radioprotectoras son los
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compuestos que en sus moléculas tienen un grupo sulfidrilo (SH), tales como la cisteina y la
cisteamina. Se han propuesto muchas hipótesis para explicar el mecanismo de acción, y se
admite actualmente que los radioprotectores actúan desactivando los radicales libres, o
cediendo un átomo de hidrógeno a los iones neutralizando su carga.
Efectos Biológicos:
Además de los factores físicos y químicos que alteran la respuesta celular, existen
también otros factores biológicos, que igualmente producen el mismo efecto. Un factor
biológico que tiene una gran importancia en este caso, es la fase del ciclo celular en la que se
produce la irradiación. Se ha observado que la máxima radiosensibilidad se produce en las
fases G2 y M, menor radiosensibilidad de G1 y el mínimo se alcanza durante la síntesis del
DNA. Otro factor biológico importante es la capacidad de las células para la reparación de las
radiolesiones. En la figura siguiente se representan las curvas de supervivencia celular, tras la
administración de varias fracciones iguales de dosis, separadas por un intervalo de tiempo. Se
observa que después de cada fracción, la curva presenta el mismo hombro y pendiente. Esto
indica que las células que sobreviven en cada fracción de dosis, se comportan como si no
hubieran sido irradiadas, lo que supone que las radiolesiones se reparan entre cada dos dosis
consecutivas, lo que sugiere que las células tienen capacidad de recuperación de los daños
subletales (daños que no producen la muerte). Por ese motivo se requiere una dosis total más
alta para producir la misma respuesta, cuando la dosis se recibe de forma fraccionada, que
cuando se recibe en una sola vez. (Fig. 6.9).
Figura 6.9
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