RADIOBIOLOGIA

CATEDRA DE BIOFISICA
Radiobiología
Dr. LUIS LAZO - Prof Titular de la UAP
La radiobiología es la ciencia que estudia los fenómenos que se producen en los seres vivos tras la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes.Las dos grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son:
Protección Radiológica: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en todas las aplicaciones médicas o industriales que las requieran.
Radioterapia: Utilización de las radiaciones ionizantes principalmente en neoplasias, preservando al máximo los órganos críticos (tejido humano sano).
Características de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes [editar]
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 dañarla y si la daña puede ser 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 es siempre inespecífica o lo que es lo mismo esa lesión puede ser producida 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 genéticas.
Según la dependencia 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. Se cree que el único efecto estocástico es el cáncer radioinducido y las mutaciones genéticas.
Efecto no estocásticas: 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 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
Etapa Química Etapa biológica La etapa biológica se inicia con la activación de reacciones enzimáticas para reparar el daño producido por las radiaciones. 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:
La respuesta de los tumores a la radioterapia.
Los efectos secundarios agudos y tardíos asociados a la radioterapia.
Desarrollo de neoplasias radioinducidas a largo plazo por mutaciones en células somáticas.
Desarrollo de malformaciones genéticas en la descendencia por mutaciones en células germinales.
Radiosensibilidad La radiosensibilidad es la magnitud de respuesta de las estructuras biológicas, provocada por las radiaciones ionizantes. Un elemento biológico es más sensible cuanto mayor es su respuesta a una dosis determinada de radiación. El elemento biológico es más radiosensible cuando necesita menos dosis de radiación para alcanzar un efecto determinado. El concepto opuesto a radiosensibilidad, es radioresistencia. No existe célula ni tejido normal o patológico radioresistente de forma absoluta; pues si se aumenta ilimitadamente la dosis, siempre se puede alcanzar su destrucción. Administrando dosis mínimas en órganos o tejidos, se observaran diferentes grados de alteraciones morfológicas o funcionales, según las líneas celulares de que se trate.Escala de radiosensibilidad Las células presentan diferente grado de sensibilidad a la radiación, según la estirpe o línea celular. Tomando como punto de referencia, la muerte celular, pueden clasificarse en cinco grupos de mayor a menor sensibilidad:
Muy radiosensibles: leucocitos, eritroblastos, espermatogonias.
Relativamente radiosensibles: mielocitos, células de las criptas intestinales, células basales de la epidermis.
Sensibilidad intermedia: células endoteliales, células de las glándulas gástricas, osteoblastos, condroblastos, espermatocitos, etc.
Relativamente radioresistentes: granulocitos, osteocitos, espermatozoides, eritrocitos.
Muy radioresistentes: fibrocitos, condrocitos, células musculares y nerviosas.
Leyes de radiosensibilidad La radiosensibilidad celular esta regida por una serie de determinantes que han sido estudiados y aplicados a todas las células del organismo, enunciándose unas leyes biológicas, que conceden mucha importancia a la actividad mitótica, siendo las más importantes:
Ley de Bergonié y Tribondeau: Esta basada en la observación de irradiaciones sobre células testiculares, y en función de la actividad mitótica y diferenciación celular, se establecen los siguientes puntos:
Una célula es tanto más radiosensible, cuanto mayor es su actividad reproductiva.
Una célula es tanto más radiosensible, cuanto más largo sea su porvenir de división, es decir, cuantas más divisiones deba cumplir en el futuro.
Una célula es tanto más radiosensible, cuanto menos diferenciadas estén desarrolladas sus funciones.
Ley de Ancel y Vitemberg: La sensibilidad de toda célula que ha de experimentar lesiones por radiación es la misma, pero el tiempo que tardan en aparecer las lesiones inducidas, varía según los distintos tipos de células. Los factores que influyen en el tiempo que tardan en aparecer las lesiones radioinducidas son:
El estrés biológico que actúa sobre la célula. La actividad reproductiva representa un estrés biológico considerable.
Las condiciones en que se encuentra la célula en el periodo de pre y post radiación.
Ciclo celular: la situación de la célula en el momento en que se produce la irradiación, es un factor biológico que influye notablemente en la radiosensibilidad, así las células durante la fase de mitosis son más radiosensibles que durante la fase de síntesis.
Radiosensibilidad hística: aunque la radiosensibilidad de un tejido es similar a la de las células que lo forman, no es una expresión directa de la misma, a lo que contribuyen varios factores. Un tejido u órgano está formado por dos componentes: el parénquina (compartimento que contiene las células características del tejido en cuestión) y el formado por tejido conjuntivo y vasos (mesénquima). Los dos tienen distinta radiosensibilidad. La complejidad del funcionamiento de un tejido, implica que en todo momento, coexisten en él, células en actividad mitótica, en reproducción y con buena o mala oxigenación.
Radiobiología y radioterapia Aunque la radiación lesiona y puede destruir tanto a las células cancerosas como a las normales, estas últimas pueden repararse y recuperar su funcionamiento adecuado.Los principales mecanismos radiobiológicos de respuesta de los tumores a la irradiación se describen habitualmente como las 5 R de la Radioterapia que son:
RADIOSENSIBILIDAD INTRÍNSECA: Es la sensibilidad innata o propia de las células a la irradiación.
REOXIGENACIÓN: Tras cada sesión de radiación existen células hipóxicas que al final del tratamiento estarán oxigenadas y serán radiosensibles.
REDISTRIBUCIÓN: Tras una fracción de radiación, se sitúan más células en fase G2 y M del ciclo celular, siendo más radiosensibles ante las siguientes fracciones.
REPARACIÓN DEL DAÑO SUBLETAL (RDSL): Es mayor en tejidos sanos, por lo que se protege al tejido normal con un régimen de fraccionamiento que permita esta reparación entre dos sesiones de radiación, que debe ser entre seis y ocho horas.
REPOBLACIÓN ACELERADA: Es el aumento del número de divisiones celulares como mecanismo de compensación, siendo más importate en los tejidos y tumores de duplicación rápida o con tiempo de duplicación pequeños.