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  1. 1. PANORAMA NUCLEAR LOS EFECTOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES Y LAS POSIBILIDADES DE SU DETECCION MEDIANTE INDICADORES BIOLOGICOS Omar Garda Lima Centro de Proteccion e Higiene de las Radiaciones, Ciudad de La Habana, Cuba Resumen El trabajo presenta una sintesis de lo mas significativo del conocimiento actual sobre los efectos agudos de las radiaciones en las celulas, los tejidos y en todo el organismo, asf mismo se ofrece una panoramica del estado del arte en la dosimetria biologica y en el desarrollo de indicadores biologicos que puedan ser utiles para evaluar los efectos producidos por las radiaciones ionizantes. EFFECTS OF IONIZING RADIATIONS AND POSSIBILITIES OF. THEIR DETECTION BY MEANS OF BIOLOGICAL INDICATORS Abstract In this work a short synthesis of the most significant in the current knowledge on acute effects of radiation on cells, tissues, and on the whole organism, is presented. A panoramic view of the state of art in biological dosimetry and in the development of biological indicators that may be useful to evaluate the effects caused by ionizing radiation is also expounded. Palabras clave: biological indicators; ionizing radiations; radiation doses; bioiogical radiation effects; dosimetry; radiation protectionINTRODUCCION Interaccion de las radiaciones con las biomolecuiasEl estudio del efecto biologico de las radiacionesionizantes comenzo practicamente al unisono con el Los efectos biologicos de las radiaciones sedescubrimiento en 1895 de los rayos X. Los producen como consecuencia de la ionizacion deprimeros hallazgos y estudios fueron de caracter los atomos que conforman las biomolecuias quecualitativo, pues se realizaron cuando aun no se producen cambios quimicos que alteran oposeian medios para cuantificar las dosis de erradican sus funciones. Como se muestra en laradiacion sunfiinistradas. A comienzos del siglo figura 1, ia energfa transmitida por la radiacionpasado se detectaron efectos dafiinos de las puede actuar de manera directa sobre la molecularadiaciones en el hombre y en animaies de biologica y causar la ionizacion o de maneraexperimentacion, pero no existian normas de indirecta, a traves de ios radicales libres queproteccion radiologica y se poseia poca informacion surgen por la ionizacion de las moiecuias delsobre ios efectos de las radiaciones. Los estudios agua que la rodean. Los procesos de absorcioncuantitativos que se comenzaron a efectuar en la de energfa, ionizacion y excitacion, asf como lasradiobiologfa experimental en la segunda decada aiteraciones bioqufmicas ocurren en fraccionesdel siglo XX, junto con ios estudios epidemiologicos de segundos. Los cambios que se producen seen los sobrevivientes de los bombardeos atomicos manifiestan a escala celular, tisular y asfde Hiroshima y Nagasaki y en pacientes expuestos sucesivamente hasta el nivel de organismo, dea tratamientos radioterapeuticos permiten en la manera inmediata o a iargo plazo.actuaiidad poseer una informacion voiuminosasobre el efecto biologico de las radiaciones que Como consecuencia de la ionizacion las protefnasfundamentan el estabiecimiento de normas que pierden ia funcionaiidad de ios grupos amino ygarantizan la seguridad dei trabajador cambian incrementando su reactividad qufmica,ocupacionalmente expuesto (TOE) a ias ias enzimas se inactivan, los Ifpidos sufren radiaciones, asi como de los pacientes que reciben peroxidacion, los carbohidratos se desagregan ytratamiento medico con isotopos radiactivos. los acidos nucieicos sufren rupturas de susNUCLEUS, NO. 33, 2003 37
  2. 2. PANORAMA NUCLEAR A C C I O N INDIRECTA ACCI6N DIRECTA ., — COMPLETA REPARACI6N) • INCOMPLETA TOLERADA IONIZACION Y DANO MOLECULAR EXCITACION ACCIO ACCION DEMEDIADORES BIOLOGIC MUERTE MINUTOS A ANOSRigura 1. Mecanismos de respuesta fisica, bioquimica y biologica.cadenas y modificaciones en su estructura. Del enzimaticas originales con la consiguienteconjunto de estas alteraciones, actualmente se alteracion metabolica que se manifiesta en laconsideran que las mas influyentes sobre la sfntesis de proteinas. Los efectos que asf sesupervivencia y el funcionamiento celular son las producen se reconocen como estocasticos. Paramodificaciones que tienen lugar en la moiecula de ellos no existe dosis umbral. La posibilidad de suADN, por lo que este se considera el bianco surgimiento aumenta con la dosis, su severidadprincipal de las radiaciones en la celula. Las no varia con el aumento de la dosis y ocurren enlesiones que la radiacion puede inducir en el ADN un plazo relativamente largo despues de ocurridason muy diversas como las roturas de una o dos la exposicion. Son ejemplos de estos efectos lacadenas (roturas sencillas o dobles), leucemia y el cancer de tiroides, colon, y otros. Larecombinaciones, sustituciones de bases, y otras. relacion entre la exposicion a radiaciones y la aparicion de estos efectos ha sido establecida enEVENTOS SIGNIFICATIVOS EN EL AMBITO estudios epidemiologicos. No hay indicadoresCELULAR YSU REPERCUSION EN TODO molecuiares o de otro tipo que permitan identificar,EL ORGANISMO un cancer producido por radiacionesUna representacion general del proceso de Cuando los dafios no pueden ser reparados seinteraccion de las radiaciones con las celulas, la produce la muerte celular. Para las celulasactuacion de los mecanismos de reparacion diferenciadas, que no proliferan, la muerte celularoelular, y los efectos que se pueden manifestar se define como la perdida de la funcion para laen el organismo se aprecian en la figura 2,[1]. A que se han especializado. Para celulasescala celular existen meoanismos para reparar proliferantes, como las celulas primordialeslas alteraciones que ocurren en el ADN. Despues hematopoyeticas o las celulas que crecen enque se ha producido la irradiacion, los medios de cultivo, la muerte celular es la perdidamecanismos enzimaticos y de reparacion pueden de la capacidad de proliferacion sostenida o laoonducir a la reparacion correcta del ADN y de perdida de la integridad reproductora. Laesta forma, las celulas sobreviven sin radiosensibilidad celular ha sido mejor estudiadamodificaciones en sus funciones y estructura en celulas proliferantes. Actualmente se conocegenetica. que la radiosensibilidad celular depende de factores fisicos, quimicos y biologicos.Cuando los dafios se reparan de manera erronea,las celulas pueden sobrevivir pero con Entre los factores fisicos se pueden mencionar lamodificaciones en su oomposicion genetica y por transferencia lineal de energia de la radiacionlo tanto en sus funciones. Lo que ha ocurrido es incidente, la cual a medida que aumenta conduce aluna mutacion que puede estar localizada en una aumento de la gravedad de las roturas en el ADN, y lacelula somatica y dar lugar a un cancer, o en una tasa de dosis, la cual a medida que aumenta,celula germinal y dar lugar a un efecto hereditario. disminuye la probabilidad de activacion en el momentoLas mutaciones son modificaciones en los genes adecuado de los mecanismos de reparacion, y haceque provocan cambios en las funciones que se acumule mayor dafio celular.38 NUCLEUS, N O . 33, 2003
  3. 3. PANORAMA NUCLEAREntre los factores qufmicos esta la presencia de denominada umbral (aquella que produce elproductos que sensibilizan efecto en el 1-5% de los individuos expuestos).(radiosensibilizadores) o protegen a las celulas(radioprotectores) de la accion de la radiacion. Su La severidad y la frecuencia de estos efectosaccion esta basada fundamentalmente en la aumenta con la dosis y la tasa de dosis. Elproduccion y eliminacion, respectivamente, de numero de celulas afectadas influyeradicaies libres. Entre los factores biologicos mas proporcionalmente en la severidad del efecto. Seimportantes estan la capacidad proliferativa, el pueden producir con distintos periodos degrado de especializacion celular y la fase del cido latencia, por lo que se distinguen efectoscelular en la cual ocurra la exposicion. tempranos, que se detectan en pocos dfas oGeneralmente la radiosensibilidad celular es semanas y efectos tardfos no malignos quedirectamente proporcional a la velocidad de aparecen meses o afios despues de ladivision celular e inversamente proporcional al irradiacion. Ejemplos de efectos determinfsticosgrado de especializacion celular. Esto explica por son el eritema, la depresion de la medula osea,que los tejidos que mantienen una renovacion las cataratas, la esterilidad temporal y lacelular permanente son mas radiosensibles que irreversible.aquellos que no la tienen. En cuanto al cidocelular, las celulas son mas sensibles durante la El efecto determinfstico mas severo es la muerte. Lamitosis (division celular) que en las etapas que la respuesta de un organismo adulto a una exposicionpreceden durante las cuales estan activados los aguda, que provenga de una fuente externa y quemecanismos de reparacion. afecte a todo el organismo, produce signos, sfntomas y un cuadro clinico variable que se conoceLos tejidos pueden mantener su funcionamiento como Sfndrome Agudo de Radiacion (SAR).con la perdida de un determinado numero decelulas. En los tejidos proliferantes, la division Aunque existe gran incertidumbre sobre los umbralescelular, junto a los mecanismos de reparacion de dosis letales en el hombre debido a que en elloscelular ateniJan estas perdidas, sin embargo influyen el estado general de salud, la asistenciacuando los dafios producidos por las radiaciones medica recibida y otros factores individuales, seson de tal magnitud que el ndmero de celulas que puede afirmar que dosis entre 3-5 Gy pueden causarmueren es muy elevado y no hay compensacion la muerte del 50% de los individuos expuestos en unpor la renovacion celular, el tejido no puede plazo de uno o dos meses. En el rango de dosis demantener su funcionamiento. Este tipo de efecto 3 a 10 Gy la causa principal de muerte es lase denomina efecto deterministico y si ocurre en afectacion de la medula osea. Esto se conoceun tejido vital puede producir la muerte. Estos como sfndrome hematopoyetico. Dosis mayoresefectos se producen a partir de una dosis que 10 Gy causan la muerte en una o dos No interacci6n , . ., . Absorcion de la dosis y Modificacion de la celula lonizacionj*v cambios quimicos y ^ Reparacion ^ ^ Erronea germinal C^lula normal ^"uerte " . ceiular Clones caW^fgenos W Dafios en tejidos W Dafios en vitales (AfiosXdecadas) tejidos no Sindrome cerebrai vitales Sindrome meduiar Desdrdenes hereditarios (cromosomicos) Sfndrome gastrointestinal Radiopatoiogfa Dafio agudo o la muerte Efectos tardfos (estocasticos)Figura 2. Manifestaciones en el organismo de la accion de las radiaciones.NUCLEUS, NO. 33, 2003 39
  4. 4. PANORAMA NUCLEARsemanas como consecuencia de la afectacion del Ellos basan su funcionamiento en el bruscotracto gastrointestinal (sindrome gastrointestinal). incremento de la frecuencia de aberracionesDosis mayores de 50 Gy causan la muerte en cromosomicas, particularmente de los dicentricoshoras o dias como consecuencia de la afectacion en los linfocitos de la sangre producto de ladel sistema nervioso central (sindrome del sistema exposicion a radiaciones. Con este indicador senervioso central). El SAR tiene cuatro fases, pueden estimar dosis del orden de los 100 mGy deprodromal, latencia, critica o de estado y radiacion gamma, asf como establecer si la dosisrecuperacion o muerte. La etapa prodromal es un de radiacion recibida fue homogenea o no, yconjunto de signos y sintomas que aparecen en evaluar el volumen del cuerpo irradiado. En sulas primeras horas pest exposicion. version clasica, los resultados con este indicador se pueden obtener despues de cultivar en unINDICADORES BIOLOGICOS DE DANO POR laboratorio especializado los linfocitos de la sangreRADIACION periferica durante 48 horas, y analizar en microscopio optico 500 metafases. Cuando lasCuando las dosis son desconocidas los dosis son muy altas se pueden obtener resultadossintomas de la etapa prodromal pueden ayudar a preliminares con 50-100 metafases. Laestimar las dosis recibidas por las personas, dependencia entre este indicador y la dosis essirven como indicadores clinicos. Los lineal cuadratica, y cada laboratorio que realiza esteindicadores clinicos mas comunes son los analisis debe poseer su propia curva degastrointestinales y los neuromusculares. Dentro calibracion. Dado que los dicentricos tienden ade los indicadores gastrointestinales se desaparecer con el tiempo, cuando ha transcurridoencuentran, las nauseas, los vomitos, las meses o un afio entre la exposicion y el analisisdiarreas y la anorexia; y dentro de los resulta mas conveniente usar como indicador laneuromusculares, el cansancio, la apatia, la frecuencia de reordenamientos entre losindiferencia, la sudacion, la fiebre y el dolor de cromosomas (translocaciones).cabeza. El dafio provocado por unasobrexposicion se puede pronosticar por el Recientemente han aparecido metodos quetiempo transcurrido entre la irradiacion y la permiten evaluar de forma precisa la ocurrenciaaparicion de los sintomas. En general, mientras de translocaciones en los cromosomas. Ellos semas estables sean y menor el tiempo de basan en la posibilldad de usar sondas de ADNaparicion, mayor es la dosis de radiacion y el fluorescentes especificas a determinadospeligro para la vida del individuo expuesto. cromosomas, lo que permite que las trasniocaciones se identifiquen por elHay un conjunto de indicadores biologicos que reordenamiento de los colores. Una ampliapueden ofrecer informacion sobre la dosis en informacion sobre el uso de indicadoressituadones accidentales o sobre el efecto que ella citogeneticos con fines dosimetricos se puedecausa en situaciones experimentales. Los obtener en una reciente publicacion del OIEA [4].requerimientos fundamentals para losindicadores biologicos son que tengan una Los indicadores bioqufmicos basan surelacion dosis efecto conocida, que las funcionamiento en las fluctuaciones deobservaciones sean reproducibles, que el efecto determinados metabolitos en la orina y la sangreperdure, que sea especffico y altamente sensible a de los individuos irradiados. No son muy utileslas radiaciones, que la muestra sea facil de como dosimetros pero ofrecen informacionrecoger, que los resultados se obtengan rapido y cualitativa sobre el estado del irradiado. Entresea posible detectar irradiaciones parciales. estos indicadores se encuentran la creatina/Lamentablemente hasta ahora ningun indicador creatinina, la taurina y la alfa-amilasa.biologico tiene todas estas propiedades, por loque si resulta necesario se acude a un conjunto Una buena informacion sobre la utilidad de losde ellos. Los indicadores mas usados indicadores biologicos se puede obtener revisandoactualmente son los hematologicos, los su aplicacion durante el accidente de Chernobil [2].citogeneticos, y los bioqufmicos.Los indicadores hematologicos utilizan como REFERENCIAS BIBLIOGRAFICASreferencia las variaciones en el numero de celulasde la sangre y pueden ofrecer una informacion [1] IAEA, The Intenational Chernobyl Projetc, Assessmentmuy rapida sobre la dosis y la gravedad de la of Radiological Consequences and Evaluation ofafectacion. Los linfocitos se han usado con fines Protective Measures, IAEA, (1991)39.dosimetricos, ya que la dependencia entre su [2] United Nation. Sources, Effects and Risk of Ionizingnumero y la dosis es bien conocida. Con este Radiation, United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, Report to the Generalindicador se pueden estimar dosis a partir de IGy Assembly, with annexes. United Nations Publicationde radiacion gamma, y se usan para ello curvas Sales, No. E.88.IX.7 (1988)545.de referencia como las publicadas en [2,3]. [3] IAEA, Medical Handling of Accidentally Exposed Individuals, Safety Series No. 88 (1988).Los indicadores citogeneticos constituyen en la [4] IAEA, Cytogenetic Analysis for Radiation Doseactualidad los dosimetros biologicos mas eficaces. Assessment, Technical Reports Series No. 405 (2001). NUCLEUS, NO. 33, 200340

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