2.1 Biología De Las Radiaciones Ionizantes
La radiobiología es el cuerpo de conocimiento que estudia los efectos de la radiación sobre los sistemas biológicos. Las radiaciones ionizantes son aquellas que desarrollan su efecto biológico produciendo la separación de un electrón del átomo sobre el que inciden. Pueden ser de dos tipos:
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Radiación electromagnética:gamma, rayos X
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Radiación corpuscular:electrones, neutrones, protones, partículas alfa)
El efecto de estas radiaciones sobre las células, se debe a las ionizaciones que éstas producen en diversas localizaciones celulares, especialmente en el material genético.
La interacción de la radiación con la materia, es un fenómeno probabilístico, difícil de estudiar por la rapidez con la que se produce, con consecuencias biológicas inespecíficas y efectos de aparición aguda y tardía. Cuando la radiación ionizante interacciona con los sistemas vivos, el efecto más relevante se produce a través del daño del DNA. Este se puede producir de dos formas:
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Acción directa: inactivación celular consecutiva a la ionización de estructuras sensibles de la célula. Propia de las radiaciones como partículas alfa. Este tipo de radiación se considera de alta Transferencia Lineal de Energía (Lineal Energy Transference), es decir son altamente ionizantes por si mismas, debido a su masa y a su carga. Su eficacia biológica o calidad de la radiación (Relative Biological Efficiency, RBE) será mayor.
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Acción indirecta: inactivación celular por ionización de moléculas que son intermediarios entre la ionización original y la destrucción celular. Propia de las radiaciones electromagnéticas, esto es de bajo LET (no tienen masa ni carga) Su eficacia biológica o calidad de la radiación (Relative Biological Efficiency, RBE) será menor. Este efecto indirecto se produce por la ionización (hidrólisis) del intermediario que es el agua, obtiendose H2O+ + e- . De la unión con otras moléculas de agua, se generan radicales libres altamente corrosivos: H, OH, HO2, etc, que se unen a radicales del blanco, fijandose el daño mediante unión de proteínas y a oxigeno libre. En presencia de oxígeno, la radiación electromagnética (gamma y rayos X) produce casi 3 veces más destrucción celular que en situaciones de hipoxia (oxigen enhancement ratio: OER). Este efecto denominado efecto oxígeno, es de vital importancia en la biología de los tratamientos del cáncer con radiaciones, ya que la mayoría de los tratamientos se realizan con fotones y la hipoxia es un fenómeno relevante en la mayor parte de los tumores en su etapa clínica. Las radiaciones de alto LET producen su efecto biológico por mecanismos directos, independientes del oxígeno.
Las lesiones causadas por la radiación en el DNA pueden clasificarse atendiendo a su impacto en la supervivencia de la célula, es decir de forma cualitativa, en:
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Lesiones subletales: La lesión producida no conlleva la muerte celular, ya que esas lesiones pueden ser reparadas por mecanismos enzimáticos.
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Lesiones letales: Los daños producidos no pueden ser reparados. Son lesiones irreversibles y se produce la muerte celular.
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Lesiones potencialmente letales: Los daños producidos son muy graves y su reparación de los daños va a depender de los requerimientos metabólicos posteriores de dicha célula.
Si bien en celulas procariotas (Figura 1), el impacto de la radiación lleva a la muerte celular (modelo unihit-unitarget, S=S0 x e-aD), en las células de mamíferos(Figura 2), se observó que cada impacto, sobre la célula no llevaba a la muerte, debido a la capacidad de que la célula tiene capacidad de reparar el daño (modelo multihit-multitarget) definido por una ecuación matemática S = S0 [1 - (1 - e-aD)n]. Efectivamente a dosis bajas de radiación sólo producen unas cuantas lesiones letales y producen muchas lesiones subletales que son fácilmente reparadas. A medida que aumentamos la dosis de radiación administrada, se produce un mayor número de lesiones letales, pero también una mayor acumulación de lesiones subletales, lo que conlleva igualmente a la muerte celular
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Efectos bioquímicos de la radiación: Desde el punto de vista cuantitativo el tipo de lesiones inducidas en el DNA
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pueden ser:
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Fácilmente reparables:
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Rotura de los enlaces H - H
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Pérdida o cambio de una base nitrogenada: 1000/G1 diploid genoma/Gray. La reparación dura aproximadamente 30 minutos. Se produce la retirada de la base, inducción de una SSB por una endonucleasa y reparación como una SSB.
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Ruptura de una de las cadenas de DNA (SSB: ruptura simple de cadena): 1000/G1 diploid genoma/Gray. Su reparación es fácil y rápida (2-5 minutos)
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Difícilmente reparables: Ruptura de las dos cadenas de DNA (DSB): 40/G1 diploid genoma/ Gray. Su reparación cuando se produce dura entre 1.5 y 4 horas.
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Irreparables: unión cruzada de ambas cadenas (cross-linkage):
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Entre cadenas: 0.5/G1 diploid genoma/Gray
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DNA-Proteins: 1/G1 diploid genoma/Gray
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Efectos celulares de la radiación: La roturas de las cadenas de DNA y su reparación, se observan a nivel celular como alteraciones en los cromosomas. Cuando estas alteraciones representan cambios menores en la dotación genética de las células hijas, como son delecciones, inversiones y translocaciones, observaremos la aparición de mutaciones en la progenie. Si el tipo de alteraciones cromosómicas producidas incluyen la aparición de cromosomas acéntricos, dicéntricos o cromosomas en anillo, que impiden una adecuada migración del DNA en la mitosis. Este hecho puede representar la inhomogeneidad en la distribución del DNA y la muerte para las células hijas. La irradiación no produce mutaciones espontáneas, sino que aumente la frecuencia de mutaciones que se producen de forma espontánea. Cuando estas mutaciones afectan a proto-oncogenes, induciendo su activación, o conllevan la alteración de un gen supresor, estamos ante el insulto carcinogénico responsable del proceso iniciación de un cáncer. Este efecto, llamado estocástico, se producir a cualquier nivel de dosis, su frecuencia se incrementa con la dosis y la intensidad del efecto no depende de la cantidad de dosis recibida. Se impone por tanto establecer medidas de radioprotección. Así se sitúa el Máximo permitido en personal expuesto en 50 mSv/año, siempre que en cinco años consecutivos no se reciban mas de 100 mSv(150 mSv/30 años). En personal no expuesto, la dosis máxima permitida es de 5 mSv/año, siempre que en 5 años consecutivos no se reciban mas de 10 mSv(15 mSv/30 años).
