Fundamentos de la Medicina Nuclear: Radiofármacos, Instalaciones y Bases Físicas de la Radiactividad

Medicina Nuclear: Fundamentos y Aplicaciones

¿Qué es la Medicina Nuclear?

Es una especialidad médica que utiliza sustancias radiactivas (radiofármacos) para:

Visualizar órganos (no solo su forma, sino su funcionamiento).
Detectar enfermedades en etapas tempranas.

A diferencia de la Tomografía Axial Computarizada (TAC) o la Resonancia Magnética Nuclear (RMN), que muestran la forma y la estructura, la Medicina Nuclear (MN) muestra el funcionamiento del órgano.

Mecanismo de Funcionamiento

Se prepara el radiofármaco (RF).
El RF se administra al paciente.
El RF se distribuye por el organismo y se acumula en los tejidos de interés.
Los tejidos emiten radiación gamma.
La gammacámara o el PET (Tomografía por Emisión de Positrones) detectan y miden la radiación emitida.
Se obtienen imágenes de la distribución del RF.
Las imágenes resultantes muestran el funcionamiento del órgano o tejido.

Aplicaciones Clínicas

La Medicina Nuclear sirve para detectar anomalías evaluando funciones, y se utiliza tanto en el diagnóstico como en el tratamiento.

Diagnóstico

Se utiliza para la captación de imágenes mediante gammacámara y PET en el estudio de:

Trastornos óseos.
Patologías de la tiroides.
Detección y estadificación de cáncer.

Aplicaciones Terapéuticas (Tratamiento)

Braquiterapia: La fuente radiactiva se coloca en contacto directo con el tumor.
- Intersticial: Se colocan alambres o agujas dentro del tumor.
- Intracavitaria: Se coloca en una cavidad corporal.
- Intraluminal: Se coloca dentro de conductos u órganos huecos.
- De contacto: Se utilizan placas radiactivas sobre la zona tumoral.
Radioterapia Metabólica (Tumores): El radiofármaco se administra sistémicamente, se acumula en los tejidos diana y emite radiación para destruir las células tumorales.
Radioinmunoterapia (RIT): Combina radioterapia e inmunoterapia, dirigiendo la radiación específicamente a las células cancerosas.

Ventajas y Desventajas de la Medicina Nuclear

Ventajas

Detecta anomalías difíciles de identificar por otros medios.
Permite conocer el funcionamiento del órgano.
Distingue entre tejido vivo y muerto.
Ofrece un tratamiento selectivo y directo a los tumores.

Desventajas

Baja disponibilidad de radioisótopos.
Baja especificidad (posibilidad de falsos positivos).
Baja resolución espacial en comparación con otras técnicas de imagen.

Diseño y Funcionamiento de un Servicio de Medicina Nuclear

Instalaciones y Zonas de Riesgo

Un servicio de Medicina Nuclear es una instalación radiactiva de 2ª planta, generalmente situada en plantas bajas o menos transitadas para minimizar la exposición pública.

Zonas Frías: Libres de radiación ionizante (RX).
Zonas Calientes: Áreas donde se manipulan o almacenan radiofármacos, y donde los pacientes están expuestos al RF.

Metodología y Diseño (IAEA)

El diseño de la instalación sigue la metodología del Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA), que establece:

Distribución de zonas frías y calientes.
Requisitos de construcción y tipo de materiales empleados.
Equipamiento de uso general.

Defensa en Profundidad y Señalización

Se aplica el principio de Defensa en Profundidad, organizando las áreas de menor a mayor actividad, con restricción de acceso. Toda la instalación debe estar señalizada según el reglamento de Protección Radiológica (PR), indicando el tipo de zona (vigilada, controlada) y el riesgo (contaminación, radiación).

Unidades Operativas

Unidad de Radiofarmacia

Encargada de crear y preparar los radiofármacos para su administración en el hospital. Puede ser externa al hospital.

Laboratorio: Almacena y manipula los RF.
Gammateca: Almacena y prepara los RF.
Activímetro: Mide la actividad de las muestras antes de su manipulación.
Cámara de Marcaje Celular: Donde se efectúa el marcaje celular.

Sala de Residuos

Gestión de residuos radiactivos:

Residuos Sólidos: Se almacenan por un tiempo determinado antes de su retirada.
Agujas: Deben separarse de las jeringas y tratarse aparte.
Residuos Líquidos: Se vierten en pozos plomados y se vacían de forma controlada.

Elaboración de Datos y Gestión

Elaboración de datos y confección de informes: Para obtener el diagnóstico final.
Área de Gestión y Atención al Paciente: Recepción, organización de citas y trámites administrativos.
Sala de Espera: Sala de espera general y sala específica para pacientes inyectados (que ya tienen el RF administrado).
Archivo/Despacho: Almacenamiento de documentación y lugar donde el médico informa sobre las imágenes creadas.

Áreas de Exploración y Tratamiento

Sala de Administración de Dosis

Lugar donde se administra el radiofármaco al paciente. Debe ser colindante a la cámara caliente para facilitar el paso de la dosis. Dispone de papelera plomada para jeringas y depósito plomado para agujas.

Sala de Exploraciones

Contiene la Gammacámara y el PET-TC.

Pruebas de Esfuerzo

Se administra el RF y se estudia el flujo sanguíneo del corazón, realizando las pruebas de esfuerzo pertinentes.

Habitaciones Plomadas para Tratamientos

Utilizadas para tratamientos metabólicos. Permiten aislar al paciente bajo control médico. Estas habitaciones deben contar con aseo para la gestión de residuos biológicos radiactivos.

Clasificación Radiológica de Zonas

La clasificación se basa en el riesgo de recibir una dosis superior a los límites establecidos:

Permanencia Vigilada: Habitación de tratamiento, almacén de residuos y sala PET-TC.
Controlada: Radiofarmacia, sala de gammacámara, sala de inyección y aseos de pacientes.
Vigilada: Resto de áreas (administrativos, consultas, control).

Tipos de Zonas según Dosis Anual

Zona Vigilada: Dosis superior a 1 mSv por año.
Zona Controlada: Dosis superior a 6 mSv por año.
Zona de Permanencia Limitada: Riesgo de recibir dosis superior a los límites establecidos.
Zona de Permanencia Reglamentada: Riesgo de recibir en un periodo corto dosis superior a los límites.
Zona Prohibida: Riesgo de recibir en una exposición única una dosis superior al límite.

Señalización de Riesgo (Trébol Radiactivo)

Las distinciones en el símbolo del trébol radiactivo indican el tipo de peligro:

Puntos radiales en los extremos: Peligro por irradiación externa.
Campo punteado alrededor del trébol: Peligro por contaminación.
Ambas señales: Peligro por radiación externa y contaminación.

Profesionales en Medicina Nuclear

Médico Radiólogo de MN: Interpreta las imágenes creadas por los técnicos para elaborar el informe diagnóstico.
Físico de Protección Radiológica (Radiofísico): Garantiza la seguridad, trabaja con la instrumentación de imágenes nucleares y la dosimetría de radiación. Son expertos en radiación ionizante y su interacción con la materia.

Bases Físicas de la Radiactividad

Estructura Atómica Fundamental

Las sustancias están formadas por átomos, que a su vez forman moléculas. El átomo se compone de:

Núcleo: Formado por neutrones (sin carga) y protones (+).
Corteza: Donde se encuentran los electrones (-).

Los átomos se clasifican por un símbolo químico en la tabla periódica, denominándose elemento químico. Un átomo neutro tiene el mismo número de electrones en la corteza que de protones en el núcleo, por lo que es eléctricamente neutro. La masa de protones y neutrones es aproximadamente 1800 veces mayor que la del electrón, por lo que el núcleo concentra la mayor parte de la masa del átomo.

Conceptos de Nuclidos y Especies Atómicas

La tabla periódica agrupa los elementos químicos en orden creciente de número atómico. La estructura química se define por:

Número Atómico (Z): Número de protones en el núcleo, igual al número de electrones en la órbita (en un átomo neutro).
Número Másico (A): Suma de neutrones y protones en el núcleo.
Número de Neutrones (N): Se calcula como A – Z.

Definiciones de Especies Atómicas

Un núclido (o nucleido) es cada especie atómica definida por un número específico de protones (Z) y neutrones (N). Los nucleones son las partículas presentes en el núcleo (protones + neutrones).

Isótonos: Igual número de neutrones (N), pero distinto Z y distinto A. Son elementos diferentes.
Isóbaros: Igual número másico (A), pero distinto Z. Son elementos diferentes.
Isómeros: Igual A e igual Z, pero diferente estado energético (W o energía de enlace).
Isótopos: Igual número atómico (Z), igual lugar en la tabla periódica, por lo tanto, son el mismo elemento (igual número de protones), pero distinto número de neutrones (N) y distinto número másico (A). Tienen propiedades químicas iguales.

Radionuclidos y Desintegración Radiactiva

Radionuclido: Nuclido que, debido a su inestabilidad (descompensación de neutrones), emite radiación.
Radioisótopo: Isótopo radiactivo. Algunos isótopos tienen una configuración inestable y emiten radiación para alcanzar la estabilidad. Un isótopo inestable sufre desintegración radiactiva, transformándose en un nuevo núclido.

La radiactividad es la emisión de radiación ionizante resultante de la desintegración nuclear.

Radiactividad y Desintegración Nuclear

Estabilidad Nuclear

La mayoría de los elementos que existen son estables, manteniendo constantes su número atómico (Z) y número másico (A). Sin embargo, existen elementos inestables que sufren una desintegración espontánea del núcleo con la emisión de partículas y radiación.

La relación entre el número de neutrones (N) y protones (P) determina si el átomo es estable. Cuando esta relación varía, los átomos se convierten en inestables (radionucleidos), intentando recuperar la estabilidad mediante la emisión de radiación nuclear.

Tipos de Radiaciones Ionizantes

La radiación es el resultado de la emisión de energía por parte del núcleo en busca de estabilidad. La radiación emitida se propaga a través del espacio.

Radiaciones Corpusculares o Particuladas

Partículas subatómicas que viajan rápidamente, transmitiendo energía.

Radiación Alfa (α): Compuesta por núcleos de helio (2 protones y 2 neutrones).
Radiación Beta Negativa (β-): Compuesta por electrones (e-).
Radiación Beta Positiva (β+): Compuesta por positrones (e+).

Radiaciones Electromagnéticas

Compuestas por fotones (cantidad mínima de energía que puede transmitirse).

Radiación Gamma (γ): Emitida por el núcleo.
Rayos X: Emitidos por la corteza electrónica.

Procesos de Desintegración

Los radionucleidos alcanzan la estabilidad (se desintegran) mediante la emisión de partículas y ondas electromagnéticas, dando lugar a nuevos núclidos. La desintegración ocurre cuando un núcleo inestable se divide.

Desintegración Alfa (α)

Típica de núcleos muy pesados (con muchos protones y neutrones).
El corpúsculo emitido está formado por 2 protones y 2 neutrones.
Baja penetración.
El núclido hijo pierde 2 protones (Z – 2) y 4 unidades de masa (A – 4).

Desintegración Beta Negativa (β-)

(Relevante en terapia metabólica)

Ocurre en núcleos con exceso de neutrones.
Un neutrón se desintegra en un protón y un electrón (el electrón se forma en ese momento y es emitido).
El núclido hijo mantiene el mismo A, pero Z aumenta en 1 (Z + 1).
La radiación está compuesta por electrones, con menor masa y carga que las partículas alfa.

Desintegración Beta Positiva (β+)

(Fundamental para PET)

Ocurre en núcleos con déficit de neutrones y exceso de protones.
Un protón se transforma en un neutrón y un positrón. El neutrón permanece en el núcleo, y el positrón (β+) es emitido.
El núclido hijo mantiene el mismo A, pero Z disminuye en 1 (Z – 1).

Aniquilación

Fenómeno que sigue a la emisión β+:

El positrón choca con un electrón.
Ambos desaparecen (aniquilación de masa).
Se transforman en 2 fotones gamma de 0,511 MeV emitidos en direcciones opuestas (180°).

Desintegración Gamma (γ)

(Fundamental para Gammacámara)

Algunos radionúclidos quedan en un estado excitado (alta energía) después de una desintegración alfa o beta.
Al pasar a un estado de menor energía, emiten radiación gamma (γ).
Esta emisión libera energía sin cambiar el número másico (A) ni el número atómico (Z).
Si el estado excitado dura un tiempo observable, el radionúclido se denomina metaestable.

Tiempo de Vida Media Efectivo (T½)

Es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los átomos radiactivos presentes en el organismo.

Cuando un radionúclido se administra a un paciente, su disminución depende de dos factores:

Factores Físicos: La desintegración radiactiva propia del isótopo (T½ físico).
Factores Biológicos: La eliminación del radiofármaco por el organismo (sudor, orina, heces) (T½ biológico).

Interacción de la Radiación con la Materia

Fenómenos de Interacción

Todas las radiaciones, al atravesar la materia, son parcialmente absorbidas, lo que produce una atenuación (disminuye el número de fotones emergentes respecto al número incidente). Los principales fenómenos son:

Excitación

Los electrones corticales (externos) del átomo son desplazados a una órbita de mayor energía.
Esto sucede por la transferencia total o parcial de la energía radiante al electrón.
El estado excitado es inestable. El átomo tiende a volver a su estado inicial, emitiendo el excedente de energía en forma de radiación.

Ionización

Si la radiación tiene mucha energía, arranca completamente al electrón del átomo (a diferencia de la excitación, donde solo lo desplaza).
Se forma un par de iones: un ion positivo (el átomo que perdió el electrón) y un ion negativo (el electrón expulsado).
En el aire, se necesitan aproximadamente 35 eV para formar un par iónico.
La radiación que provoca ionización es más energética que la que solo produce excitación.

Transferencia Lineal de Energía (TLE)

Medida de la energía depositada por la radiación por unidad de longitud recorrida.

Mecanismos de Interacción Fotónica

Efecto Fotoeléctrico

El fotón colisiona frontalmente con un electrón cortical.
Le cede toda su energía.
El electrón es expulsado del átomo.
El fotón desaparece.
El electrón emitido actúa como una nueva partícula ionizante.

Efecto Compton

El fotón choca con un electrón y le transfiere solo una parte de su energía.
El fotón no desaparece, pero cambia de dirección y pierde energía.
La radiación resultante forma un espectro continuo (no tiene un solo valor de energía).