Roldán, Teresita; Aramburu, Víctor; Leguizamón, Guillermo; Hoffmann, Conrado.
Resumen.
Resumen.
Resumen.
Resumen.
Resumen.
En este trabajo se analizarán los efectos biológicos que se presentan en la aplicación práctica de radiaciones ionizantes. Como primera aproximación de este trabajo, se estudiarán los efectos biológicos que se manifiestan en este proceso haciendo uso de lo que se conoce para casos clínicos del área de Física médica, teniendo cuenta el rango de energías de los rayos X resultantes.
Palabras Clave: Radiación. Daño Celular. Cromosomas.
Summar
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Summaryyyyy...
In this paper will be analized the biological effects that are present in the practical aplication of analitic microsound of electron. As a first aproximation of this paper, the biological effects that are revealed in this process will be studied, doing usage of what it is know for clinic cases in the area of Medical Physics taking into account the range of energy of RX results.
1. Introducción.
1. Introducción.
1. Introducción.
1. Introducción.
1. Introducción.
Las radiaciones son ondas elec-tromagnéticas o partículas atómicas o subatómicas, agentes de transfe-rencia de energía.
Cuando la radiación es absorbi-da por el medio, la energía se trans-fiere del haz de radiación al medio. Los procesos de transferencia de energía y las alteraciones resultan-tes en el medio son de gran interés. El presente trabajo centra su atención en el segundo punto:
Las radiaciones ionizantes son capaces de producir la separación de cargas en la materia por transferen-cia de energía suficiente para vencer la energía de ligadura del electrón en el átomo o molécula. Así pueden dis-tinguirse dos tipos de radiaciones se-gún posean o no carga eléctrica neta:
• Directamente ionizantes: son
partículas cargadas, tales como electrones, protones, partícu-las a y mesones cargados que ionizan por medio de la fuerza de Coulomb.
• Indirectamente ionizantes: son
especies no cargadas tales como cuantos electromagnéticos (fo-tones), neutrones y mesones no cargados, que ionizan en dos pasos, liberando partículas car-gadas energéticas las cuales ionizan también el medio.
2. LET y RBE.
2. LET y RBE.
2. LET y RBE.
2. LET y RBE.
2. LET y RBE.
La transferencia lineal de ener-gía (LET), es la tasa de deposición de energía a medida que una
partí-cula cargada se mueve a través de la materia. Es una función de las propiedades físicas de la radiación.
La radiación electromagnética X y
γ
,producen electrones rápidos de bajo
LET. Las partículas
α
y losneutro-nes tienen mayor probabilidad de in-teraccionar con la materia, pierden energía rápidamente produciendo muchas ionizaciones en una corta distancia; son de alto LET.
Debido a esas diferencias, dosis iguales de radiaciones de distinto LET producirán diferente respuesta biológica. La eficacia biológica equivalente (RBE) es la relación entre una dosis de la radiación de interés con una dosis de rayos X de 250 keV, que produzca la misma respuesta biológica.
La RBE cambiará, para el mis-mo tipo de radiación, según la res-puesta biológica que se estudie.
3. Interacciones Básicas de la Radiación.
3. Interacciones Básicas de la Radiación.
3. Interacciones Básicas de la Radiación.
3. Interacciones Básicas de la Radiación.
3. Interacciones Básicas de la Radiación.
Los efectos biológicos de la ra-diación representan el esfuerzo de los seres vivos para controlar la energía absorbida. Al discutir los cambios que ocurren en un material biológico son importantes las si-guientes generalizaciones:I. La interacción de la
radia-ción con las células es una función de probabilidad; pue-de o no interactuar; y si se produce la interacción pue-de o no producirse el daño. II. El depósito inicial de ener-gía ocurre en un periodo de
III. La radiación no tiene una preferencia por interactuar en una zona determinada de la célula.
IV. Los cambios en las células debidos a la radiación no son únicos y no pueden dis-tinguirse de los producidos por otros tipos de traumas. V. Los cambios biológicos se producen luego de un perio-do de latencia que depende de la dosis inicial y varía de minutos a años.
La acción de la radiación sobre la célula se puede clasificar en di-recta o indidi-recta según el lugar en que se produzcan las interacciones:
i. La acción directa ocurre
cuando una partícula ionizan-te es absorbida por una mo-lécula biológica (ADN, ARN, proteínas, enzimas). Esas ma-cromoléculas ionizadas son entonces anormales. La inte-racción directa es dominante cuando se radia con partícu-las de alto LET (neutrones, partículas a e iones pesados). ii. La acción indirecta implica la o absorción de radiación por el medio en que están suspendidas las moléculas (agua) dando como resultado pares de iones inestables que se disocian en radicales li-bres y otros iones. Este efec-to es predominante en la
irradiación con R-X y rayos
γ
de baja LET. (Fig. 1).
El par de iones puede reaccio-nar de las siguientes formas:
a. Existe una alta probabilidad de que se recombine sin daño celular.
b. Pueden reaccionar química-mente dañando macromolé-culas de la célula.
Los radicales libres por su par-te, son muy reactivos y pueden ex-perimentar:
a. Recombinación sin daño. b. Unión con otros radicales
li-bres formando moléculas que pueden ser dañinas para la célula.
c. Reacción con moléculas nor-males y macromoléculas for-mando estructuras nuevas o lesionadas.
Los efectos de los radicales li-bres en la célula se potencian por su capacidad para iniciar reacciones químicas y producir así lesiones en lugares distantes en la célula.
Debido a que en la célula hay más agua que cualquier otro compo-nente, es mucho más probable que se produzcan daños por acción indirecta.
4. T
4. T
4. T
4. T
4. Transf
ransf
ransf
ransf
ransferencia lineal de energía (LET)
erencia lineal de energía (LET)
erencia lineal de energía (LET)
erencia lineal de energía (LET)
erencia lineal de energía (LET)
y Eficacia biológica equivalente (RBE).
y Eficacia biológica equivalente (RBE).
y Eficacia biológica equivalente (RBE).
y Eficacia biológica equivalente (RBE).
y Eficacia biológica equivalente (RBE).
La transferencia lineal de ener-gía (LET), es la tasa de deposición de energía a medida que una partí-cula cargada se mueve a través de la materia. Es una función de las propiedades físicas de la radiación.Figura 1 Figura 1 Figura 1 Figura 1
Figura 1. Interacciones Básicas de la Radiación sobre la Célula: Acción directa y Acción
indirecta. INDIRECT ACTION DIRECT ACTION H H O OH· S - A S - C S - G C - S G - S A - S S - T P P P P P P T - S
B
ρD2 αD ALTA TLE Dosis (Gy) BAJA TLE 100 10-1 10-2 10-3 0 4 8 12 16 n α βA
Dq D1 D0 D0 ALTA TLE S u p e rv iv e n c ia Dosis (Gy) BAJA TLE 100 10-1 10-2 10-30 4 8 12 16 n Figura 2. Figura 2. Figura 2. Figura 2.Figura 2. Curva de Supervivencia Celular.
En 1956, Puck y Marcus estudiaron el fallo reproductivo con células de carci-noma de cervix humano sometiéndolas a diversas dosis de radiación y contando las colonias formadas por células irradiadas. Todos estos cálculos se expresa-ron gráficamente, obteniéndose la curva de supervivencia celular. En el eje de abscisas se representan las diversas dosis en escala lineal, y en el eje de ordenadas la fracción celular superviviente en escala logarítmica.
producen electrones rápidos de bajo
LET. Las partículas
α
y losneutro-nes tienen mayor probabilidad de in-teraccionar con la materia, pierden energía rápidamente produciendo muchas ionizaciones en una corta distancia; son de alto LET.
Debido a esas diferencias, dosis iguales de radiaciones de distinto LET producirán diferente respuesta biológica. La eficacia biológica equivalente (RBE) es la relación entre una dosis de la radiación de interés con una dosis de rayos X de 250 kev, que pro-duzca la misma respuesta biológica.
La RBE cambiará, para el mis-mo tipo de radiación, según la res-puesta biológica que se estudie.
5. T
5. T
5. T
5. T
5. Teoría de Impact
eoría de Impact
eoría de Impact
eoría de Impact
eoría de Impacto.
o.
o.
o.
o.
En la célula existen distintos tipos de moléculas y en distintas cantidades. Hay moléculas claves que se necesitan constantemente para que la célula funcione. Si una de esas moléculas clave sufre daño, puede amenazar la vida de la célu-la. Una ionización aleatoria que ocu-rra cerca de una célula clave (blan-co), afectándola, tendrá consecuen-cias más importantes que una ioni-zación en otro lugar de la célula.
El núcleo parece ser mucho más sensible a la radiación que el cito-plasma. Lo que indica que el ADN es el blanco más verosímil de la acción de la radiación.
Efectos de la Radiación sobre el ADN. Efectos de la Radiación sobre el ADN.Efectos de la Radiación sobre el ADN. Efectos de la Radiación sobre el ADN. Efectos de la Radiación sobre el ADN.
Algunos daños son:
i. cambio o pérdida de una
base (A, T, C, G),
ii. ruptura del enlace de hi-drógeno entre las dos cade-nas de ADN,
iii. fractura del esqueleto de una cadena,
iv. fractura del esqueleto de las dos cadenas de una molé-cula de ADN,
v. fractura y consecuente unión cruzada dentro de una molécula o entre dos moléculas de ADN.
Efectos de la Radiación sobre los Efectos de la Radiación sobre losEfectos de la Radiación sobre los Efectos de la Radiación sobre los Efectos de la Radiación sobre los Cromosomas.
Cromosomas.Cromosomas. Cromosomas. Cromosomas.
Los cromosomas se parten por efecto de la radiación, dando lugar a dos fragmentos, cada uno con un ex-tremo partido. Esos exex-tremos pueden unirse con otros dando lugar a nuevos cromosomas, los cuales pueden tener un aspecto estructural distinto.
Los cambios estructurales im-portantes que se producen en los cromosomas se llaman lesiones o aberraciones, y se distingue entre las aberraciones en cromosomas o cromátidas.
Distintos tipos de aberraciones:
• Una sola ruptura en un
cro-mosoma o cromatida.
• Una ruptura en cromosomas o
• Dos o más rupturas en un mis-mo cromis-mosoma o cromatida.
• Adhesividad de los cromosomas.
6. Consecuencias importantes para
6. Consecuencias importantes para
6. Consecuencias importantes para
6. Consecuencias importantes para
6. Consecuencias importantes para
la célula.
la célula.
la célula.
la célula.
la célula.
• Curación sin lesión.
• Pérdida de una parte del
cromosoma o cromátida.
• Reagrupamiento de los genes
en el cromosoma.
7
77
7
7. F
. F
. F
. F
. Fact
act
actores que af
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ores que af
ores que af
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ores que afectan a las lesio-
ectan a las lesio-
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lesio-nes cromosómicas:
nes cromosómicas:
nes cromosómicas:
nes cromosómicas:
nes cromosómicas:
Dosis total y tasa de dosis:
La dosis se define como la ener-gía absorbida por unidad de masa, mientras que la tasa de dosis es la dosis entregada por unidad de tiempo. El número de rupturas simples es proporcional a la dosis, pero no se ve afectado por la tasa de dosis, estos resultados han conducido a la hipótesis de que una ruptura en un cromosoma no le hace más o menos susceptible a una segunda.
En cambio, las aberraciones complejas dependen de que ocurran dos o más rupturas en el mismo cro-mosoma o en crocro-mosomas distintos con un corto intervalo de tiempo de separación (30 a 60 minutos)
Debido a la naturaleza aleato-ria de los efectos de la radiación, al aumentar la dosis aumenta la
pro-babilidad de que un número mayor de cromosomas sufran rupturas sim-ples, pero no de que los mismos sufran rupturas dobles.
Tasas de dosis bajas dan lugar a la restitución antes de que se pro-duzca una segunda ruptura; tasas de dosis altas hacen los procesos de restitución no tan eficientes.
8. LET (T
8. LET (T
8. LET (T
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8. LET (Transf
ransf
ransf
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ransferencia Lineal de Energía).
erencia Lineal de Energía).
erencia Lineal de Energía).
erencia Lineal de Energía).
erencia Lineal de Energía).
Radiaciones de bajo L.E.T pro-ducen aberraciones sencillas. Poca probabilidad de que induzcan dos rup-turas en cromosomas cercanos.Radiaciones de alto L.E.T tie-nen mayor probabilidad de producir rupturas dobles dando lugar a más aberraciones complejas.
9. Efectos de la Radiación sobre
9. Efectos de la Radiación sobre
9. Efectos de la Radiación sobre
9. Efectos de la Radiación sobre
9. Efectos de la Radiación sobre
otros Constituyentes de la Célula.
otros Constituyentes de la Célula.
otros Constituyentes de la Célula.
otros Constituyentes de la Célula.
otros Constituyentes de la Célula.
Rupturas en cadenas de carbo-hidratos, cambios estructurales en proteínas y alteraciones de la acti-vidad de enzimas son algunos otros efectos de la radiación. No se cono-cen bien las implicaciones de esos daños en la célula.También se ha observado la al-teración de la permeabilidad de la membrana celular, lo cual altera la función de transporte de la misma y puede afectar a los orgánulos celu-lares limitados por membranas, como mitocondrias y lisosomas.
10. Radiosensibilidad.
10. Radiosensibilidad.
10. Radiosensibilidad.
10. Radiosensibilidad.
10. Radiosensibilidad.
Ley de Bergonie y Tribondeau. Bergonie y Tribondeau a través de diversos experimentos con roedo-res llegaron a formular que: “La
Ra-diación Ionizante es más eficaz sobre las células que son activamente mitóti-cas, no están diferenciadas y tienen por delante un largo futuro de divisiones”
(sensibilidad inherente).
11. Respuesta Celular a la Radiación.
11. Respuesta Celular a la Radiación.
11. Respuesta Celular a la Radiación.
11. Respuesta Celular a la Radiación.
11. Respuesta Celular a la Radiación.
Ante la agresión que constituye una irradiación, la célula presenta una serie de respuestas, entre las cuales destacaremos las más importantes: 1. Muerte en interfase:Se corresponde a una lisis celu-lar. Está relacionada con una dismi-nución en la capacidad de producción de energía por parte de las mitocon-drias celulares o a la lesión de las membranas plasmáticas o de las orga-nelas celulares (lisosomas). Puede ocu-rrir en cualquier célula, pero es más frecuente en las más radiosensibles. 2. Retraso mitótico:
Con la irradiación se provoca un retraso en la entrada de las células en mitosis, es decir, el índice mitó-tico (cociente entre el número de células que están en mitosis y el número total de células) disminuye. En condiciones normales el ín-dice mitótico permanece constante. La irradiación perturba ese cociente: las células que están en la mitosis
terminan la división pero las a punto de empezar la mitosis se retrasan en G2, con lo cual el índice baja.
Si la dosis es baja, las células se recuperan del retraso, se produ-ce un período de sobrecarga mitóti-ca y posteriormente se vuelve a los valores normales.
A medida que la dosis aumen-ta, aumenta la duración y valor ab-soluto del retraso mitótico y aumen-ta la sobrecarga.
Para dosis altas, después del retraso el índice mitótico no se res-tituye sino queda por debajo, las cé-lulas mueren después de dividirse (fallo reproductivo).
Para dosis aún mayores aumen-ta mucho la duración del retraso y no se produce la sobrecarga mitótica (muerte en interfase).
La causa del retraso mitótico es desconocida.
3. Fallo reproductivo:
Es la pérdida de la capacidad de división, es decir, que la célula está radiobiológicamente muerta. Esta res-puesta a la radiación se relaciona con las lesiones cromosómicas.
12. Curva de Supervivencia Celular:
12. Curva de Supervivencia Celular:
12. Curva de Supervivencia Celular:
12. Curva de Supervivencia Celular:
12. Curva de Supervivencia Celular:
En 1956, Puck y Marcus estudia-ron el fallo reproductivo con células de carcinoma de cervix humano so-metiéndolas a diversas dosis de ra-diación y contando las colonias for-madas por células irradiadas. Todos estos cálculos se expresaron gráfica-mente, obteniéndose la curva desu-pervivencia celular. En el eje de abs-cisas se representan las diversas do-sis en escala lineal, y en el eje de ordenadas la fracción celular supervi-viente en escala logarítmica (Fig. 2). Dado que el daño radioinducido constituye un hecho al azar, la muer-te celular se aproximará a una fun-ción exponencial de la dosis.
13. Factores Modificadores de la
13. Factores Modificadores de la
13. Factores Modificadores de la
13. Factores Modificadores de la
13. Factores Modificadores de la
Ra-diosensibilidad.
diosensibilidad.
diosensibilidad.
diosensibilidad.
diosensibilidad.
Existen una serie de factores externos que modifican la curva de supervivencia celular, es decir, que afectan la radiosensibilidad condi-cional. Estos factores pueden clasi-ficarse en tres grupos: físicos, quí-micos y biológicos.
1. Factores Físicos:
a. LET y RBE: La irradiación del
mismo sistema biológico con ra-diación de distinta LET produci-rá: para radiaciones de baja LET, escasas ionizaciones separadas por distancias largas, mientras que para alta LET, ionizaciones densas en una distancia corta.
b. Tasa de dosis: Tasas de dosis
bajas son menos eficaces en cuanto a la producción de le-siones, debido a que permiten que se produzca la reparación antes de que se haya acumula-do el daño suficiente para cau-sar la muerte de la célula. En las radiaciones de alta LET no influye la tasa de dosis.
2. Factores Químicos:
a. Radiosensibilizadores: productos
químicos que aumentan el efec-to letal celular de una dosis dada de radiación. El principal es el oxígeno; su acción es más eficaz cuando se administra simultá-neamente con la radiación. La concentración de oxígeno se mide por la presión que ejerce (Tensión de oxígeno).
b. Radioprotectores: Cuando se
administra uno de estos com-puestos se necesita una dosis mayor para producir la misma respuesta. Deben estar presen-tes en el momento de la irra-diación para que sean efecti-vos. Estos agentes protegen com-partiendo los radicales libres producidos por la radiación o restaurando las células cedién-doles un átomo de hidrógeno a las moléculas ionizadas.
3. Factores Biológicos:
a. Ciclo celular: las células son
más radiosensibles cuando al ser irradiadas se encuentran en la mitosis, siendo más resistentes durante la síntesis del ADN.
b. Reparación intracelular: Cuando
se administra la misma dosis total en fracciones separadas por cier-to tiempo el número de células supervivientes aumenta al aumen-tar el tiempo que separa las frac-ciones. Las células que sobrevi-ven a la primera fracción de do-sis responden a la segunda como
si no hubieran sido irradiadas. La capacidad de recuperarse de los daños subletales parece lle-var 24 horas de postirradiación. La ausencia de oxígeno entorpece la capacidad de las células para reparar las lesiones subletales.
14. Conclusión.
14. Conclusión.
14. Conclusión.
14. Conclusión.
14. Conclusión.
Las aplicaciones de las radiacio-nes ionizantes a las más diversas ac-tividades biomédicas, industriales y de investigación en continua expansión, justifican un mayor conocimiento de los efectos radiobiológicos en el hom-bre y en el ambiente que lo rodea.
Los informes estadísticos de los Organismos Internacionales
especia-lizados indican el aumento del nú-mero de exámenes radiológicos, mé-dicos y odontológicos así como un mayor empleo de los radiofármacos para diagnóstico y tratamiento.
El efecto de las radiaciones sobre las células puede ser letal o subletal. El citoplasma es radioresistente, el núcleo radiosensible observándose abe-rraciones cromosómicas. La lesión del ADN induce mutaciones. Cuando esta alteración afecta las células germina-les se transmite a la descendencia con carácter recesivo. No existe um-bral para el daño genético.
Las células sobrevivientes al daño subletal pueden experimentar la trans-formación neoplásica. Este efecto sin um-bral aumenta con la dosis de radiación.
15. Referencias.
15. Referencias.
15. Referencias.
15. Referencias.
15. Referencias.
1. Riveros, José Alberto. Microanálisis Cuanti-tativo. Principios Básicos y Situaciones Ex-perimentales. Serevis Científico-Técnico. Universitat de Barcelona. Barcelona. 1994.
2. Latorre, Travis. Radiobiología.
3. Mayo, José. Radiobiología: Bases Radiobio-lógicas de la Radioterapia. CNEA.
4. Notas de Radiobiología. Curso de Dosime-tría en Radioterapia. CNEA. Ca. 1996.
