TAREA: LA RADIOBIOLOGIA, RADIOBIOLOGIA MOLECULAR Y CELULAR
LA
RADIOBIOLOGIA.
Introducción
histórica En 1.896 Henri Becquerel descubrió las propiedades perjudiciales de
la radiactividad, tomando en cuenta las quemaduras que le produjo un frasco que
contenía radio. Radiobiología Josep Alfred Piera i Pelliçer Henri Becquerel
Thomas alva Edison Ese mismo año Clarence Madison Dally, se sometió a radiaciones
que acabaron con su vida, era ayudante de Thomas Alva Edison, inventor del
fluoroscopio. Durante la exposición industrial realizada en 1896 en Nueva York,
Dally expuso, reiteradamente sus manos al experimento presentado por él,
consistente en un equipo de rayos X, cuyo objetivo 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 1904 acabó con su vida. Fue la primer victima descrita por las
radiaciones ionizantes.
Podemos definir
a la radiobiología como 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. Los
efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son el resultado del esfuerzo
de los seres vivos por controlar la energía absorbida como consecuencia de su
interacción con alguna radiación ionizante. La Radiobiología estudia la serie
de sucesos que tienen lugar después de la absorción de energía, los mecanismos
utilizados por los mecanismos para compensar los efectos de esta absorción de
energía y las lesiones que la misma, puede producir en los individuos. A la
hora de interpretar los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
podemos emplear dos enfoques distintos. El primero consiste en estudiar las
modificaciones -lesiones- producidas a nivel del organismo y una vez
caracterizadas correlacionarlas con cambios a nivel molecular; con el segundo
se procede de forma inversa, una vez estudiadas las modificaciones a nivel
molecular se intenta predecir lo que ocurrirá a nivel de organismo completo.
Estos dos enfoques representan opciones extremas y de escasa operatividad.
Habiéndose impuesto como solución de compromiso el enfoque celular. El nivel
celular ofrece un punto de equilibrio entre ambos; por un lado puede ser
considerado la base de la comprensión de los cambios a nivel de tejido, órgano
y organismo y por otro, representa el primer nivel de organización biológica en
el que los cambios dependen y pueden ser correlacionados con alteraciones
inducidas a nivel molecular. La Radiobiología se podría definir como el estudio
de los fenómenos que suceden una vez que un tejido vivo ha absorbido la energía
depositada por las radiaciones ionizantes, lesiones que se producen y
mecanismos que tiene el organismo para compensar estas lesiones.
Dos grandes razones
que han impulsado la investigación de
los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son
la protección radiológica, para poder utilizarlas
de forma segura en aplicaciones médicas o industriales que las requieran, y la radioterapia donde
las radiaciones ionizantes se utilizan principalmente para el tratamiento de neoplasias buscando
preservar al máximo los órganos críticos (tejido sano).
RADIOBIOLOGIA MOLECULAR Y CELULAR
PRINCIPIOS DE LOS EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES
Aleatoriedad: La
interacción de la radiación con las células es
una función de probabilidad y tiene lugar al azar. Un fotón o
partícula puede alcanzar a una célula o a otra, dañarla o no y, de dañarla,
puede afectarla en el núcleo o
en el citoplasma.
Rápido depósito de energía: El depósito de energía a
la célula ocurre en un tiempo muy corto, en fracciones de millonésimas de
segundo.
No selectividad:
La radiación no muestra predilección por ninguna parte o biomolécula,
es decir, la interacción no es selectiva.
Inespecificidad
lesiva: Las lesiones de las radiaciones ionizantes son siempre
inespecíficas o lo que es lo mismo esas lesiones pueden ser producidas por
otras causas físicas.
Latencia: Las
alteraciones biológicas en una célula que resultan por la radiación no son
inmediatas, tardan tiempo en hacerse visibles a esto se le llama "tiempo
de latencia" y puede ser desde unos pocos minutos o muchos años,
dependiendo de la dosis y tiempo de exposición.
TIPOS DE
EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOBRE LOS SERES VIVOS
Los
efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos se pueden
clasificar desde distintos puntos de vista:
SEGÚN
EL TIEMPO DE APARICIÓN
·
Precoces: Aparecen en minutos u horas
después de haberse expuesto a la radiación, por ejemplo eritema cutáneo, náuseas.
· Tardíos: Aparecen meses u años
después de la exposición, por ejemplo cáncer radioinducido, radiodermitis
crónica, mutaciones genéticas.
DESDE
EL PUNTO DE VISTA BIOLÓGICO
·
Efectos somáticos: Sólo se manifiestan en el
individuo que ha sido sometido a la exposición de radiaciones ionizantes por
ejemplo el eritema.
·
Efecto hereditario: No se manifiestan en el
individuo que ha sido expuesto a la radiación, sino en su descendencia, ya que
lesionan las células germinales del individuo expuesto, por ejemplo
las mutaciones que afectan a células germinales (espermatozoides y óvulos).
Vale aclarar que tales efectos solo se han verificado en insectos y ratones y no
en seres humanos, por ahora.
DEPENDIENTES
DE LA DOSIS
·
Efecto estocástico: Son efectos absolutamente
aleatorios, probabilísticos; pudiendo aparecer tras la exposición a pequeñas
dosis de radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral determinada para producirse;
si bien al aumentar la dosis aumenta la probabilidad de aparición de estos
efectos, que suelen ser de tipo tardío.
Los efectos estocásticos son el cáncer radioinducido, las mutaciones genéticas y los "efectos estocásticos no cancerígenos",2 descubiertos recientemente, por ejemplo, daños pulmonares no cancerígenos de aparición tardía.3
Los efectos estocásticos son el cáncer radioinducido, las mutaciones genéticas y los "efectos estocásticos no cancerígenos",2 descubiertos recientemente, por ejemplo, daños pulmonares no cancerígenos de aparición tardía.3
·
Efecto no estocástico: Se necesita una dosis umbral
para producirlos, por debajo de la cual, la probabilidad de aparición de los
mismos es muy baja. Suelen ser efectos precoces, por ejemplo el eritema
cutáneo.
ETAPAS
DE LA ACCIÓN BIOLÓGICA DE LA RADIACIÓN
Los
efectos, de distinto orden,4 de las radiaciones ionizantes sobre la
materia viva son el resultado final de las interacciones físicas (ionización y
excitación) de los fotones o partículas con los átomos que la componen.
Los
efectos de la radiación sobre los seres vivos pasan por sucesivas etapas que se
ordenan aquí según su escala de tiempo, de menor a mayor.
ETAPA
FÍSICA
Es
una respuesta inmediata que ocurre entre billonésimas y millonésimas de
segundo. En esta etapa se produce la interacción de los electrones corticales con los fotones o
partículas que constituyen el haz de
radiación. Los electrones secundarios originados en la interacción,
excitan e ionizan a otros átomos provocando una cascada de
ionizaciones. Se estima que un Gray de dosis absorbida produce 100.000
ionizaciones en un volumen de 10 micras cúbicas.
·
La acción directa de la radiación es consecuencia de ionizaciones que se
producen en los átomos que forman la molécula del ADN, fenómeno dominante en
radiaciones con alta transferencia lineal de energía (LET) como las partículas alfa, beta y protones,
que inciden directamente sobre los átomos de las moléculas.
·
La acción indirecta de la radiación es la interacción del haz de radiación
con otros átomos y moléculas de la célula como el agua, produciéndose radicales
libres que al difundir
hasta la molécula de ADN, la dañan de manera
indirecta.
ETAPA
QUÍMICA
Esta
etapa es de un orden ligeramente mayor estando en una escala de entre una
millonésima de segundo y un segundo. Es el proceso de la interacción de los
radicales libres resultantes de la radiólisis del agua, que originan una serie
de reacciones químicas con moléculas de solutos presentes en el medio irradiado
y que producirán la inducción de un cierto grado de lesión biológica. Cuando
las radiaciones interaccionan con la materia viva se producen fenómenos
fisicoquímicos, pues la ionización y excitación suponen un incremento de
energía para las moléculas, lo que compromete su estabilidad; dependiendo de la
importancia de la molécula afectada, la lesión biológica será más o menos
importante.
Radiólisis
del agua
Los
efectos biológicos derivan, en gran parte, de la acción de las radiaciones
sobre el agua debida, por un lado, a la elevada presencia de las moléculas de
agua en los seres vivos y por otro, al hecho de ejercer como disolvente de
otras moléculas cuando tienen lugar importantes reacciones químicas. Aunque la
acción de las radiaciones sobre el agua o radiólisis del agua es una suma de
procesos complejos, puede simplificarse resumiéndose en dos casos:
La
descomposición molecular del agua y la formación de radicales libres.
En
primer lugar, la radiación incidente sobre las moléculas de agua puede
ionizarlas de tal manera que deja un ion H2O+ y un electrón libres. A este electrón
se le llama electrón acuoso pues es muy lento ya que casi toda la energía se ha
invertido en arrancarlo de la molécula. El ion H2O+ es muy inestable y rápidamente se
descompone en un H+ y
en un radical OH·. El electrón acuoso puede reaccionar con otras moléculas
orgánicas o con una segunda molécula de agua produciendo radicales H· e iones hidroxilo OH-.
Los radicales H· y OH· son moléculas neutras con gran reactividad química pues
tienen un electrón desparejado que con muy poco esfuerzo tenderá a crear
enlaces y robar así átomos a otras moléculas que en el peor de los casos
podrían ser biomoléculas funcionales tales como proteínas o nucleótidos.
Los
iones hidroxilo y los protones libres al ser partículas con cargas opuestas no
son peligrosos pues tenderán a atraerse neutralizándose y formando de nuevo
agua. Pero las moléculas radicales neutras sí son peligrosas pues quedarán a la
deriva por la célula hasta afectar alguna molécula de importancia biológica.5
Existe
también la posibilidad más directa de formar los radicales libres con la sola
excitación inducida a partir de la radiación de una molécula de agua. Los
fenómenos que se producen al excitarse la molécula de agua, no son bien
conocidos, pero teóricamente es posible la disociación de esta en radicales H·
y OH·. De una manera u otra se forman radicales que no poseen electrones
apareados, lo que los hace altamente reactivos, bien como agentes oxidantes o
reductores.
Los
radicales se distribuyen de forma heterogénea a lo largo de la trayectoria de
radiación, dependiendo de la transferencia lineal de energía de radiación. Una
buena parte de ellos se pierden en reacciones neutralizadoras combinándose de
la siguiente forma.
Pero
otros se propagan pudiendo llegar en última instancia a atacar las cadenas de
ADN si estos han sido generados en el núcleo celular.
Efecto
oxígeno
El oxígeno es
un potente radiosensibilizante, es decir, aumenta el efecto de la irradiación.
Cuando la TLE (LET en inglés) es baja, es necesario en ausencia de oxígeno
(anoxia) multiplicar la dosis por un factor de 2,5 a 3 para obtener el mismo
efecto que en presencia de oxígeno. Se llama OER (del inglés Oxigen Enhancement Ratio)
o razón de aumento de oxígeno, al número de dosis necesaria para obtener el
mismo efecto según condiciones de anoxia o de oxigenación normal. El oxígeno,
al combinarse con los radicales libres, produce un aumento de la
vida media de éstos y la fijación
del daño radioinducido.
Moléculas
donadores de H
Las
moléculas donadores de H, como las que contienen grupo sulfhidrilo (-SH),
pueden neutralizar los radicales libres, teniendo un papel protector, ya que se
ha demostrado que el aumento o disminución en los niveles intracelulares de
grupos -SH, origina cambios paralelos en la supervivencia celular. Actualmente
se está probando el uso de ácido hialurónico con buenos resultados.6
ETAPA
BIOLÓGICA
La
etapa biológica se inicia con la activación de reacciones enzimáticas para
reparar el daño producido por las radiaciones.3
Algunas de estas lesiones serán reparadas y no influyen en la viabilidad celular y otras no serán reparadas con lo que se producirá la muerte celular en interfase, mitosis o incluso después de varias divisiones celulares tras la exposición a la radiación. Las consecuencias biológicas de la irradiación celular se manifiestan mucho tiempo después como:
Algunas de estas lesiones serán reparadas y no influyen en la viabilidad celular y otras no serán reparadas con lo que se producirá la muerte celular en interfase, mitosis o incluso después de varias divisiones celulares tras la exposición a la radiación. Las consecuencias biológicas de la irradiación celular se manifiestan mucho tiempo después como:
1. La respuesta de los tumores a la radioterapia.
2. Los efectos secundarios
agudos y tardíos asociados a la radioterapia.
3. Desarrollo de neoplasias radioinducidas a largo plazo por mutaciones en células somáticas.
Desarrollo, detectado
solo en animales, de malformaciones genéticas en la descendencia por mutaciones en células germinales
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