Portada » Biología » Fundamentos de Radiobiología: Interacción de la Radiación con Sistemas Biológicos
La radiobiología es el estudio de la acción de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos, es decir, los efectos biológicos producidos por estas radiaciones. Su objetivo principal es la descripción de los efectos que la radiación produce en los seres humanos. Con los avances físicos, la radiobiología ha impulsado el perfeccionamiento de especialidades en el campo de la radiología, como son la radioterapia, la medicina nuclear, la protección radiológica y la física médica.
Cuando una célula se expone a la radiación, existen cuatro posibilidades:
Todos los organismos vivos están constituidos por una o más células. Estas células se organizan y forman tejidos encargados de realizar las diferentes funciones necesarias para vivir. Los efectos biológicos de la radiación serán, en primera instancia, sobre las células, por lo que es necesario conocer la morfología y fisiología celulares.
Las células presentan diferentes características en su forma, tamaño, componentes y en su velocidad de división, de acuerdo con el tejido al que pertenecen y a la función que realizan. Sin embargo, hay características comunes a todas ellas. Todas las células están compuestas de una membrana, el citoplasma y el núcleo.
La membrana celular es la estructura que limita a la célula. A través de ella entran o salen sustancias y nutrientes. Está constituida por una capa de grasas (lípidos) dentro de la cual, y a diferentes niveles, se encuentran proteínas. Estas actúan como receptores cuya función es mantener la comunicación intra y extracelular. Esta constitución hace que la membrana sea semipermeable, capaz de seleccionar el tipo de sustancia que puede entrar a la célula. La integridad de la membrana es muy importante y el daño a esta cubierta puede ser fatal para la célula.
El citoplasma se encuentra envuelto por la membrana y rodea al núcleo. Está constituido por proteínas, lo que le da un aspecto semiviscoso. En el citoplasma se encuentran localizadas las estructuras celulares llamadas orgánulos, que realizan las diferentes actividades requeridas para el funcionamiento de la célula.
Entre los orgánulos más importantes se encuentran:
El núcleo es la estructura más importante para la vida celular, ya que desde él se dirige todo el funcionamiento. En el núcleo se encuentra una macromolécula llamada ADN (ácido desoxirribonucleico) que almacena toda la información necesaria para que la célula viva.
El ADN se estructura en forma de doble hélice y está constituido por la unión de bases nitrogenadas con azúcar y un grupo fosfato. Las bases son de cuatro tipos y la secuencia de ellas contiene el mensaje (código genético) para la síntesis de proteínas. Las proteínas determinarán la estructura y gran parte de las funciones fisiológicas del organismo. La unidad más sencilla, compleja y funcional del ADN es el gen.
Un gen contiene la información suficiente para producir los elementos que constituyen las proteínas. Los genes se agrupan en estructuras conocidas como cromosomas. El número de cromosomas es característico de cada especie; en el ser humano es de 23 pares diferentes, es decir, 46 cromosomas en cada una de sus células, excepto en las células reproductivas (tanto en el óvulo como en el espermatozoide se encuentran 23 cromosomas, los cuales al reunirse en la fecundación recuperan el número de 46 propio de la especie humana).
De los 23 pares de cromosomas, uno de ellos determina el sexo del individuo. El nuevo ser recibe, a través de los cromosomas, las características de la familia materna y de la familia paterna que, combinadas al azar, determinarán sus rasgos individuales. En la mitosis, los cromosomas se duplican y así cada célula hija recibe un juego completo de cromosomas.
En la etapa física de la interacción, se producen fenómenos como:
La interacción de la radiación con la materia depende de su naturaleza y energía. Se producen los siguientes efectos según sea la energía incidente:
La célula está constituida en un 80% por agua y un 20% por macromoléculas, y entre las células también existe una gran cantidad de agua. Por tanto, cuando la radiación colisiona con el ser vivo, lo más probable es que lo haga con una molécula de agua, no con macromoléculas.
La acción de las radiaciones ionizantes se clasifica en:
La etapa biológica se inicia con la activación de los sistemas para intentar reparar el daño producido por las radiaciones. Las consecuencias variarán dependiendo del daño causado y pueden aparecer rápidamente o manifestarse mucho tiempo después.
La radiación puede producir diversas lesiones en el ADN:
Las alteraciones cromosómicas pueden ser:
Otras estructuras celulares que pueden ser dañadas por las radiaciones ionizantes incluyen:
La radiación puede provocar la muerte celular de dos maneras principales:
La muerte celular inmediata, así como la pérdida de capacidad de proliferación celular, es el objetivo esencial de la radioterapia sobre los tumores.
La radiosensibilidad es la forma en la que se manifiesta la acción biológica producida por la radiación sobre una determinada población celular o tejido. Una célula es más radiosensible cuanto:
Podemos decir que la radiosensibilidad celular es directamente proporcional a su índice mitótico e inversamente proporcional a su diferenciación.
Los efectos somáticos son aquellos que se manifiestan en el individuo que se ha expuesto a la radiación y, como su nombre indica, se deben al daño recibido en sus células somáticas o diploides. Este tipo de daño queda limitado solamente al individuo que recibe la radiación (ejemplos: esterilidad, inducción de cáncer).
Los efectos hereditarios o genéticos son el resultado del daño recibido en las células gaméticas y sus efectos se presentarán en la descendencia de las células irradiadas (ejemplos: procesos de mutación en el ADN, los cuales son hereditarios por sus descendientes).
La radiosensibilidad está definida en términos de la rapidez con que se manifiestan los daños. Desde 1906, la Ley de Bergonié y Tribondeau observó que las células en reproducción son más sensibles a la radiación.
Los efectos deterministas son producidos en el tejido irradiado, generalmente por dosis altas, cuya severidad depende de la dosis recibida (la gravedad aumenta con la dosis de radiación) y para los cuales existe un umbral, es decir, un valor de la dosis por debajo de la cual no se produce el efecto. Si no se supera el umbral, no se tienen los efectos esperados (ejemplos: la esterilidad, las cataratas).
Los efectos estocásticos se manifiestan mucho después de la exposición. Su severidad no depende de la dosis, pero la probabilidad aumenta conforme las dosis son mayores y no existe umbral, pues aun a bajas dosis pueden producirse; la frecuencia es reducida (ejemplos: leucemia, alteraciones en el desarrollo del embrión).
En las células se desarrolla una actividad metabólica que implica un constante intercambio de productos químicos entre los orgánulos celulares y con el exterior de la célula misma, cuyo funcionamiento puede alterarse por los cambios químicos originados por la radiación. Por ejemplo, una alteración de la permeabilidad de las membranas puede atentar contra el equilibrio del intercambio y dañar a la célula severamente.
La radiación puede afectar a partes vitales de la molécula de ADN, dando lugar a cambios en los cromosomas y a efectos genéticos. La célula tiene mecanismos de reparación que pueden corregir esas alteraciones. Una reparación perfecta no conlleva consecuencias, pero si hay error en el proceso, las células que sufren daños irreparables mueren o pierden su capacidad reproductiva, y las consecuencias se manifiestan a corto o mediano plazo. Si el daño es muy severo y los órganos afectados son vitales, se puede producir la muerte del organismo.
Cuando se producen cambios específicos en el ADN, se inicia un proceso conocido como transformación neoplásica, que conduce a la modificación de una célula normal. La división y multiplicación de esta célula da lugar a un tumor oculto en la etapa denominada progresión. El proceso carcinogénico incluye el crecimiento de un cáncer primario de un tamaño detectable y su dispersión a otros tejidos, lo cual puede tardar meses en animales pequeños y muchos años en los humanos. El tiempo transcurrido desde la irradiación hasta la detección de un cáncer inducido por radiación se denomina período de latencia y varía con el tipo de cáncer y la edad de la persona en el momento de la exposición.