radiobiología estudio de la acción de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos, es decir, los efectos biológicos producidos por las radiaciones ionizantes. Objetivo 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 las especialidades en el campo de laradiología, como son la radioterapia, la medicina nuclear, la protección radiológica y la física médica. Una célula se expone a la radiación existen cuatro posibilidades:Que no presente daño.Que experimente algún daño, pero que pueda recuperarse y operar normalmente.Que experimente algún daño que no pueda recuperarse y siga viviendo,pero que sus funciones quedan alteradas. -Que muera.
Estructura celular:
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,es necesario conocer la morfología y fisiología celulares. Las células presentan diferentes carácterísticas 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 carácterísticas comunes a todas ellas. Todas las células están compuestas de una membrana, el citoplasma y el núcleo La membrana es la estructura que limita a la célula, a través de ellas entran o salen sustancias y nutrientes. La membrana celular está constituida por una capa de grasas (lípidos) dentro de la cual y a diferentes niveles, se encuentran proteínas. Éstas actúan como receptores cuya función es mantener lacomunicación 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 integridadde 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 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.Orgánulos:
Las mitocondrias: encargadas de la producción de moléculas ricas en energía (ATP). Los ribosomas: donde se realiza la síntesis de proteínas. Los lisosomas: encargados de la digestión de moléculas.núcleo es la estructura más importante para la vida celular, ya que desde élse dirige todo el funcionamiento. En el núcleo se encuentra una macromolécula llamada ADN (ácidodesoxirribonucleico) 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 uníónde bases nitrogenadas con azúcar y un grupo fosfato. Las bases son cuatro tipos y la secuencia de ellas contiene el mensaje (código genético) para lasíntesis de proteínas. Las proteínas determinarán la estructura y gran parte de las funciones fisiológicas del organismo. La unidad más sencilla, compleja y funcional delADN es el gen.
Un gen contiene la información suficiente para para producir los elemento que constituyen las proteínas. Genes se agrupan en estructuras conocidas como cromosomas. El nº de cromosomas es carácterístico de cada especie es 23 pares diferentes, es decir 46 cromosomas en cada una desús células, excepto en las células reproductivas (tanto en el óvulo como en elespermatozoide se encuentran 23 cromosomas, los cuales al reunirse en lafecundación 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 carácterísticas de la familia materna y de la familia paterna que, combinadas al azar,determinarán sus rasgos individuales. Mitosis, los cromosomas se duplican y así cada célula hija recibe un juego completo de cromosomas. INTERACCION DE LA Radiación CON LA MATERIA VIVA
ETAPA FÏSICA producen fenómenos Excitación: un átomo recibe un aporte energético y los electrones pasan deuna capa interna a otra más externa.Ionización: un átomo recibe un aporte energético que produce separación completa del electrón de su átomo. La energía que incide supera la fuerza de enlace. La interacción de la radiación con la materia depende de su naturaleza y energía. Se producen los siguientes efectos según sea la energía incidente:Dispersión coherente.Efecto fotoeléctrico.Efecto Compton.Producción de paresFotodesintegración Etapa química la célula está constituida en un 80% por agua y 20% por macromoléculas y que entre las células también existe una gran cantidad de agua. Por tanto, cuando la radiacióncolisiona con el ser vivo, lo más probable es que lo haga con una molécula deagua, no con macromoléculas. Acción de las radiaciones ionizantes se clasifica en:Acción directa: produce cuando la radiación afecta directamente sobre las macromoléculas celulares.Acción indirecta se produce como consecuencia de la ionización del agua. Es conocido con el término radiólisis del agua. En este caso, el resultado final del proceso de absorción de la radiación por la molécula de agua se concreta en la creación tanto de iones como de radicales libres que presentan una alta radiactividad química (se pueden unir para modificar ciertas moléculas, pudiendo alterar otros compuestos químicosEtapas biológica se inicia con la activación de los sistemas para intentarreparar el daño producido por las radiaciones. Las consecuencias variarán dependiendo del daño causado y pueden aparecer rápidamente o manifestarse mucho tiempo después.
Lesiones del ADN la radiación produce:
Rotura simple de la cadena de ADN: es la lesión más abundante tras la radiación. Es una lesión subletal, no implica directamente la muerte célula puesto que es reparable, aunque tras sucesivas exposiciones puede agotar los mecanismos de reparación.
Rotura doble de cadena:
lesión compleja que provoca la rotura de la dos hebras de ADN en sitios próximos. Es una lesión letal pues existe una estrecha relación con la muerte celular.Alteraciones de bases:
pérdidas, modificaciones, ligaduras… Son lesiones susceptibles de reparación.
Destrucción de azúcares:
se produce con poca frecuencia por lo que sus alteraciones son poco conocidas.Daño múltiple:
combina varias lesiones, difícil de reparar y conduce a la muerte celular.Efectos sobre los cromosomas Las alteraciones cromosómicas pueden ser:Anomalías en la estructura (aberraciones cromosómicas) son poco frecuentes algunos ejemplos son: Deleciones: pérdida de un fragmento del cromosoma. Traslocaciones: rotura de dos cromosomas diferentes e intercambios defragmentos cromosómicos.Lesiones celulardañados por las radiaciones ionizantes:Rupturas de los carbohidratos celularesCambios estructurales de las proteínasAlteraciones de las funciones enzimáticas Cambios en los lípidos celulares daños celulares–
Muerte inmediata: se produce en situaciones dosiselevadas (10-100 Gy), con consecuencia de cese de todas las funcionescelulares. Algunas células muy radiosensensibles pueden presentar estamuerte celular dosis baja de irradiación.Muerte diferida: las dosis bajas de radiación administradas a células que sedividen o que tienen la capacidad de dividirse producirán pérdida de proliferación celular. La muerte celular inmediata, como la pérdida de capacidad de proliferacióncelular, es el objetivo esencial de la radioterapia sobre los tumores FACTORES SUPERVIVENCIA CELULAR factor físico:
Tasa de dosis: es la velocidad a la que se absorbe la energía por unidad de masa de medio irradiado y unidad de tiempo (Gy/tiempo). La misma cantidad de radiación suministrada a dos células en tiempos distintos producirá diferente cantidad de daño, este será mayor en la célula que recibíó la dosis en un tiempo menor (no tuvo tiempo a recuperarse del daño recibido).LET (energía lineal transferida): es la energía transferida por unidad de longitud a lo largo de la trayectoria recorrida por los fotones. Las partículas alfa tienen un mayor LET que los electrones a los fotones. Una misma dosis de radiación producirá un efecto biológico diferente en función de la energía transferida al medio irradiadoFactores químicos
Radiosensibilizadores: aumentan los efectos de la misma. El principal radiosensibilizador es el oxígeno. Radioprotectores: disminuyen el efecto de la radiación, puesto que disminuyen el potencial de los radicales libres generados. Algunos ejemplos son los antioxidantes. Biológicos:
radiosensibilidad a 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 mayor es su actividad reproductiva.Una célula es más radiosensible cuantas más divisiones deba cumplir enel futuro.Una célula es más radiosensible cuanto menos diferenciada sea.Podemos decir que la radiosensibilidad celular es directamente proporcionala su índice mitótico e inversamente proporcional a su diferenciación.
Efectos somáticos 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. (esterilidad, inducción de cáncer).
Efectos hereditarios o genéticos resultado del daño recibido en las células gaméticas y sus efectos se presentarán en la descendencia de las células irradiadas.(procesos de mutación en el ADN, los cuales son hereditarios por sus descendientes).
radiosensibilidad a la forma en la que se manifiesta la acción biológica producida por la radiación sobre una determinada población celular o tejido. La radiosensibilidad está definida en términos de la rapidez con que se manifiestan los daños, desde 1906 (ley de Bergonié y Tribondeau) se observó que las células en reproducción son más sensibles a la radiación, 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 las cuales existe un umbral, esto es 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.(la esterilidad, las cataratas)
efectos estocásticos se manifiestan mucho después de la exposición. Su severidad no depende de la dosis, la probabilidad aumenta conforme las dosis son mayores y no existe umbral, pues aún a bajas dosis puedenproducirse la frecuencia es reducida (leucemia, alteraciones en el desarrollo del embrión) RESPUESTA CELULAR: células se desarrolla una actividad metabólica que implica un constante intercambio de productor 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. 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 puede corregir esas alteraciones. Reparación perfecta= no consecuencias peir si errore en el proceso. Células que sufren daños irreparables mueren o pierden su capacidad reproductiva, las consecuencias se manifiestan a corto o mediano plazo. Daño es muy severo y los órganos afectados son vitales, se pueden producir la muerte del organismo. Cambios específicos en el ADN, se produce un proceso conocido como transformación neoplásica y 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. 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.