Efectos biológicos de las radiaciones

Introducción

A efectos prácticos, se considera la célula como la unidad funcional más pequeña capaz de existir de forma independiente: los niveles de organización simples pueden estar formados por una sola célula, pero los niveles más complejos están formados, en general, por muchos tipos de células distintas entre sí por su tamaño, forma y función.

En los niveles de organización multicelulares de ese tipo, las células que cumplen una misma función, pueden estar agrupadas formando un tejido, como la sangre o el hueso. Algunos tejidos pueden funcionar independientemente con un solo tipo de celular, pero en la mayoría de los casos, se reúnen diversos tejidos para formar una unidad llamada órgano, que tiene una función especifica, como el corazón, los pulmones o él estomago. Los órganos cuyas funciones están interrelacionadas se agrupan formando sistemas y aparatos, como el linfático, el respiratorio o el digestivo.

Aunque existen profundas diferencias entre los distintos tipos de células que constituyen un organismo multicelular, hay algunas características básicas morfológicas y funcionales que son comunes a todas las células.

La célula de los mamíferos se compone de dos partes fundamentales: el núcleo y el citoplasma. El núcleo separado físicamente del citoplasma por la membrana nuclear, supervisa y coordina las actividades citoplasmáticas. El material responsable de dirigir estas actividades citoplasmáticas. El material responsable de dirigir estas actividades, el material genético, esta contenido en los cromosomas. Un cromosoma contiene muchos genes compuestos según una sucesión lineal determinada. Cada gen tiene que realizar una función especifica para el mantenimiento de la célula y el desarrollo del individuo. Los genes a su vez están formados por una macromolécula llamada ácido desoxirribonucleico (DNA).

El citoplasma es el lugar de la célula donde se realizan todas las funciones metabólicas, incluyendo el anabolismo (síntesis) y el catabolismo (degradación) de los compuestos orgánicos para suministra la energía necesaria para la vida. En el citoplasma es posible distinguir una serie de organulos (estructuras limitadas por membranas) que dividen al mismo en compartimentos. De no ser así, la célula no podrá funcionar de la forma tan organizada como lo hace. Entre ellos destaquemos:

Algunas enzimas catalíticas están contenidas en los lisosomas, y si son liberadas de golpe pueden producir la muerte de la célula por digestión (lisis). En condiciones normales, estas enzimas están confinadas dentro del saco del lisosoma, pero existen muchos agentes capaces de alterar dramáticamente la permeabilidad de la membrana lisosómica con la consiguiente liberación enzimática. De hecho, cuando aun no se conocía muy bien el efecto de las radiaciones ionizantes sobre la célula, esa fue una de las teorías iniciales para explicar el mecanismo por el cual la radiación mataba la célula.

Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes

Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes representan el esfuerzo de los seres vivos para controlar la energía que han absorbido como consecuencia de su interacción con algún tipo de radiación ionizante. La radiobiología es el estudio de la serie de sucesos que se producen después de la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes, de los esfuerzos del organismo para compensar los efectos de esa absorción de energía, y de las lesiones que se pueden producir en el organismo.

Cuando estudiamos los cambios que suceden en el material biológico después de una interacción con las radiaciones ionizantes, es importante tener presente las siguientes generalizaciones:

1.ª La interacción de la radiación con las células es una función de probabilidad, una cuestión de azar, es decir, pueden o no interrelacionar y, si se produce la interacción, pueden o no producirse daños.

2.ª El deposito inicial de energía ocurre muy rápidamente, en un periodo de aproximadamente 10 elevado a -17 segundos.

3.ª La interacción de la radiación con una célula no es selectiva: la energía procedente de la radiación ionizante se deposita de forma aleatoria en la célula, la radiación no "elige" ninguna zona de la célula.

4.ª Los cambios visibles producidos en las células, tejidos y órganos, como resultado de una interacción con radiaciones ionizantes no son específicos, es decir, no se pueden distinguir de los daños producidos por otros traumas.

5.ª Los cambios biológicos que resultan de las radiaciones se producen solo cuando ha transcurrido un determinado periodo de tiempo (periodo de latencia), que depende de la dosis inicial, y que puede variar desde unos minutos hasta semanas o incluso años.

Cuando las células absorben radiaciones ionizantes tienen lugar procesos de ionización y de excitación, formándose moléculas estables o inestables, o bien radicales libres, con lo cual se producen nuevas reacciones químicas con las moléculas contiguas. Estos procesos de ionización o excitación pueden producirse en las macromoléculas biológicas, o bien, en el medio en que están suspendidos los organulos celulares.

La acción de la radiación sobre la célula se puede clasificar en directa o indirecta, según el lugar en el que produzcan esas interacciones.

La acción directa ocurre cuando una partícula ionizante, o una radiación en general, interaciona y es absorbida por una macromolécula biológica como e DNA, el RNA, las proteínas estructurales y enzimáticas o cualquier otra macromolécula de la célula, que se traduce en cambios de su estructura o de su función. Así pues el daño se produce por la absorción directa de energía y por la subsecuente ionización de una macromolécula biológica de la célula.

Comparada con la acción directa, implica la absorción de radiación ionizante por el medio en el cual están suspendida las moléculas. En medio en la acción indirecta es fundamentalmente el agua dando lugar a la formación de iones y de radicales libres. Las consecuencias de la actuación de estos productos en la célula son muchas y variadas, así por ejemplo la unión de dos radicales libres OH_ + OH_ origina H2O2 (peróxido de hidrógeno), agente tóxico para la célula.

Los efectos de los radicales libres en la célula se potencian por su capacidad para iniciar reacciones químicas y, por lo tanto, para producir lesiones en lugares distantes en la célula. Aunque en la interacción de las radiaciones con el agua ocurren muchas otras reacciones y se forman otros muchos productos, se cree que los radicales libres son un factor fundamental en la producción de lesiones celulares (un radical libre se caracteriza porque contiene un solo electrón orbital no emparejado que le hace fuerte reactivo, debido a la tendencia del electrón no emparejado a emparejarse con otro electrón).

En resumen, la acción directa produce daños por la ionización de una macro molécula biológica y la acción indirecta produce daños a atraves de reacciones químicas iniciadas por la ionización del agua. Por tanto la definición de acción directa o indirecta, depende solamente del lugar donde se produzcan la ionización y la absorción de energía en la célula.

Debido a que en la célula hay mas cantidad de agua que de ningún otro componente estructural, la probabilidad de que la radiación produzca daños por acción indirecta, es mucho mayor que la probabilidad de que se produzca por acción indirecta ocurre fundamentalmente, pero no exclusivamente por la actuación de los radicales libres que resultan de la ionización del agua. La ionización de otros constituyentes celulares, especialmente la grasa, también pueden dar como resultado la formación de radicales libres.

El daño originado por las radiaciones ionizantes depende no solo de la cantidad de energía absorbida, sino también de la velocidad de absorción y del mecanismo seguido por esta. Dicho mecanismo es un proceso complejo y los distintos efectos que van a tener lugar en la célula dependerán de la importancia relativa que representa para la célula aquella parte que hay ha sido afectada. Así por ejemplo, el efecto es distinto si la radiación actúa sobre cualquier molécula proteica que si actúa sobre el DNA; en este caso, el efecto podría ser letal.

El DNA es la molécula en la cual los cambios más pequeños derivados de la energía absorbida pueden traducirse en mayores efectos.

Efectos producidos por la radiación

Sistema hematopoyético

Como consecuencia de la elevada radiosensibilidad de los precursores hematopoyéticos, dosis moderadas de radiación ionizante pueden provocar una disminución de la actividad proliferativa de las células correspondientes a los dos primeros compartimentos, lo que se traduce al cabo de un corto periodo de tiempo den un descenso del numero de células funcionales de la sangre. La perdida de leucocitos conduce, tras la radiación, a una disminución o falta de resistencia ante procesos infecciosos. Por otra parte, la disminución del numero de plaquetas, indispensables para la coagulación de la sangre, provoca una marcada tendencia a las hemorragias, que sumada a la a falta de producción de nuevos elementos sanguíneos de la serie roja pueden desarrollar una anemia importante.

Aparato digestivo

El intestino delgado es la parte mas radiosensible del tubo digestivo. Esta formado por un revestimiento de células que no se dividen, que sé desescaman diariamente hacia la luz del tubo, y son sustituidas por las nuevas células formadas en las criptas llamadas Lieberkün. Al igual de lo que ocurre en la médula ósea, en esta región existe un compartimento de células cepa que se dividen activamente y que por tanto tienen una elevada radiosensibilidad. La radiación puede llegar a inhibir la proliferación celular y, por tanto, el revestimiento puede quedar altamente lesionado, teniendo lugar una disminución o supresión de secreciones, perdida de elevadas cantidades de líquidos y electrolitos, especialmente sodio, así como también pueden producirse el paso de bacterias del intestino a la sangre, con los gravase trastornos que ello implica.

Piel

La piel esta formada por una capa exterior (epidermis), una capa de tejido conjuntivo (dermis) y una capa subcutánea de tejido graso y conjuntivo. La epidermis esta formada por capas de células que contienen tanto células que no se dividen (en la superficie), como células inmaduras que se dividen (en la base de la epidermis, la capa basal). Periódicamente se van perdiendo las células que en analogía con las citas en casos anteriores tienen también una elevada radiosensibilidad.

Después de aplicar dosis de radiación moderas o altas se producen reacciones tales como inflamación, eritema y descamacion seca o húmeda de la piel.

Testículo

Los testículos contienen tanto células que no se dividen, diferenciadas y, por tanto, radiorresistentes (espermatozoides). Como células que se dividen rápidamente, no diferenciadas y, por tanto, radiosensible (espermatogonias).

Como consecuencia de la irradiación de los testículos se puede producir la despoblación de las espermatogonias, lo que se traduce en la disminución del numero de nuevos espermatozoides (células y a funcionales). Por esta razón se produce un periodo variable de fertilidad, atribuible a los espermatozoides maduros, ya que son radiorresistentes, y a este periodo le sigue otro de esterilidad temporal o permanente, según las dosis recibidas.

Ovario

Los óvulos están contenidos en envolturas con forma de saco (folículos) que se denomina, según su tamaño, pequeños, intermedios y grandes. Los folículos pequeños son los mas radiorresistentes, los intermedios son los más sensibles y los grandes son moderadamente sensibles. A diferencia de lo que ocurre en el varón, estas células no están constantemente dividiéndose y sustituyendo a las que se pierden por menstruación, si no que en el nacimiento los ovarios están provistos de un determinado numero de células primitivas, que posteriormente se transforman en óvulos.

Después de irradiar los ovarios con dosis moderadas, existe un periodo de fertilidad, debido a los relativamente radiorresistentes folículos maduros, que pueden liberar un óvulo. A este periodo fértil le puede seguir otro de esterilidad temporal o permanente, a consecuencia de las lesiones en los folículos intermedios al impedir la maduración y expulsión del óvulo. Posteriormente puede existir un nuevo periodo de fertilidad como consecuencia de la maduración de los óvulos que se encuentran en los folículos pequeños, que son mas radiorresistentes.

Respuesta orgánica total a la radiación

Adulto

La respuesta orgánica total viene determinada por la respuesta combinada de todos los sistemas orgánicos a la radiación. La respuesta de un organismo adulto a una exposición aguda de radiación en un tiempo corto, del orden de minutos, de todo el organismo, produce síntomas y un cuadro clínico que se conoce por síndrome de irradiación. Para que se verifique este síndrome es condición necesaria también que la irradiación provenga de una fuente externa como rayos X, gamma o neutrones.

Representado el tiempo de supervivencia en función de la dosis recibida, se obtiene curvas con resultados.

Embrión y feto

Cuando se produce la fertilización del óvulo comienza a desarrollarse una activa división celular. Antes de que el huevo se implante en la mucosa del útero puede producirse una elevada mortalidad, si bien la irradiación en ese momento del desarrollo no origina anomalías congénitas. Una vez que ha tenido lugar la implantación y se inicia la diferenciación celular característica de la fase de la organogénesis, deja de ser probable que se produzca la muerte del embrión, pero si se producen anomalías estructurales y de deformidades.

La radiorresistencia del feto aumenta durante la ultima fase de su desarrollo, de forma que las anomalías más graves se van a producir durante las ocho primeras semanas de embarazo, periodo en el cual la mayoría de las mujeres confirman su estado de gestación y de ahí que esta fase embrionaria de gran radiosensibilidad suela transcurrir sin sospecha de su existencia.

Bibliografía

-Enciclopedia SALVAT Vol. 18, 19

SALVAT

-QUEST, Ediciones Riot, Vol. 2, 3

Riot

-Protección Radiológica. Vol. I

Ministerio de sanidad y consumo.

-Medicina Preventiva y Salud Pública. 9º Edición

G. Piedrola Gil, J del Rey Calero.

www.map.com

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Radiaciones ionizantes sobre el cuerpo humano

Francisco Pichardo Galán

Radioisopotos 5º E

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