Bases Radiobiológicas Jorge M. Escobar jorgemescobar@hotmail.com Medicina Nuclear-Bioingeniería

Introducción La Radiobiología es la rama de la ciencia que trata los efectos de las radiaciones en los tejidos biológicos y los organismos vivos Todos los seres vivos están compuestos de protoplasma que consiste de compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos o suspendidos en agua La unidad más pequeña de protoplasma capaz de vivir de manera independiente es la célula

Introducción Las células contienen compuestos inorgánicos (agua y minerales) y orgánicos (proteinas, carbohidratos, ácidos nucleicos, lípidos) Las partes principales de la célula son el citoplasma y el núcleo Las células pueden ser son somáticos (mitosis) y sexuales o gametos (meiosis)

Irradiación de células Cuando una célula es expuesta a RI ocurre primero un efecto físico (RI-átomo) y el daño posible ocurre más tarde El efecto biológico ocurre principalmente a partir de un daño en el ADN, sin embargo la célula puede ir a la muerte por daño en otro sitio celular Cuando la RI es absorbida por el material genético, el daño celular puede ocurrir por acción directa e indirecta

Acción directa En la acción directa la RI actúa directamente con el blanco crítico de la célula Se lleva a cabo como pérdida o sustitución Bases Nitrogenadas, rotura puentes H2 o rotura cadena La acción directa es el proceso dominante en interacciones de partículas alto LET con material biológicos

Acción indirecta En la acción indirecta la RI actúa con otros átomos y moléculas (agua principalmente) dentro de la células para producir principalmente radicales libres y también electrones solvatados (e-+agua), que luego de difundir al ADN producen alteraciones en su estructura

Acción indirecta(cont) Cerca de 2/3 del daño biológico por radiación de bajo LET es por acción indirecta de la RI La acción indirecta puede modificarse con sensibilizadores químicos o protectores de radiación La mayor parte de los iones formados por el efecto de la radiación, lo son a partir de moléculas de agua ya que el agua es la molécula más abundante del organismo.

Acción indirecta(cont) Para la acción indirecta de los rayos x o g, los pasos involucrados son: Interacción primaria del fotón produciendo un rayo d El rayo d en su recorrido produce radicales libres en agua Los radicales libres pueden producir cambios en el ADN a partir de roturas de cadenas químicas Las roturas de cadenas conducen al daño biológico

El camino de la células irradiadas La irradiación de una célula puede resultar Nada División retardada Apoptosis. La muerte celular programada es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en las células cuando se diferencian y ejercen funciones normales, concluyendo tras un cierto número de divisiones celulares con la muerte celular de una forma ordenada y silenciosa. Fallas reproductivas. La célula muere en su primer o subsecuente intento por entrar en mitosis

Tiempos del daño biológico Los tiempos entre las roturas de cadenas y el daño biológico puede ir entre horas y años, dependiendo del tipo de daño Si el resultado es muerte celular, el daño puede ir entre horas y días Si el daño es oncogénico (cáncer radioinducido), la expresión puede demorarse años Si el daño en los gametos, los daños pueden demorarse generaciones

Tipos de daños Los daños celulares por radiación pueden ser: Letales o irreversibles, que conducen a la muerte segura de la célula Subletales, que pueden ser reparados en horas o bien puede adicionarse otro daño subletal que lleva a la muerte celular Potencialmente letal, podrían ser reparadas cuando las células tengan la capacidad de permanecer en estado de no división

Efectos genéticos y somáticos Efectos somáticos, los daños que sufre a lo largo de su vida, ej. cáncer radio-inducido, esterilidad, opacidad del cristalino Efectos genéticos o hereditarios son mutaciones radioinducidas en los genes del individuo y ADN que pueden contribuir a una descendencia con alguna malformación Los datos sobre carcinogénesis han sido colectados de las siguientes fuentes: Exposiciones ocupacionales de bajo nivel Sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki Paciente y personal médico expuestos a RI

Efectos estocásticos y determinísticos Los efectos dañinos de la RI pueden clasificarse en dos categorías según el NCRP: • Efectos estocásticos, son aquellos cuya probabilidad de ocurrencia aumenta con el incremento de la dosis, pero no así su severidad (efectos genéticos, carcinogénesis). No existe una dosis umbral •Efectos determinísticos, son aquellos cuya frecuencia y severidad aumentan con la dosis, usualmente por encima de un umbral (fibrosis, opacidad del cristalino)

Efectos agudos vs crónicos Un órgano o tejido expresa su respuesta a las RI en forma aguda o tardía (crónica) •Efectos agudos, se manifiestan a poco de la exposición radiante y se caracterizan por expresar inflamación, edema, hemorragias y descamación •Efectos tardíos, tardan en aparecer y los caracteriza la fibrosis, atrofia, ulceración, estenosis u obstrucción intestinal

Irradiación de cuerpo entero La respuesta aguda de un organismo a una exposición de cuerpo entero es influenciada por una combinación de respuestas de los órganos que constituyen el organismo. – 1 Gy < Dosis < 10 Gy: síndrome de la médula ósea 10 Gy < Dose < 100 Gy: síndrome gastrointestinal (GI) Dosis>100 Gy: síndrome del sistema nervioso central (CNS) Datos recabados de accidentes en laboratorios, Chernobyl, Hiroshima y Nagasaki y por exposiciones médicas en tratamientos de irradiación corporal