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 si'ntesis 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 dosimetri'a 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 protection
INTRODUCCION Interaccion de las radiaciones con las
biomolecuias
El estudio del efecto biologico de las radiaciones
ionizantes comenzo practicamente al uni'sono con el Los efectos biologicos de las radiaciones se
descubrimiento en 1895 de los rayos X. Los producen como consecuencia de la ionizacion de
primeros hallazgos y estudios fueron de caracter los atomos que conforman las biomolecuias que
cualitativo, pues se realizaron cuando aun no se producen cambios qui'micos que alteran o
poseian medios para cuantificar las dosis de erradican sus funciones. Como se muestra en la
radiacion sunfiinistradas. A comienzos del siglo figura 1, ia energfa transmitida por la radiacion
pasado se detectaron efectos dafiinos de las puede actuar de manera directa sobre la molecula
radiaciones en el hombre y en animaies de biologica y causar la ionizacion o de manera
experimentacion, pero no existi'an normas de indirecta, a traves de ios radicales libres que
proteccion radiologica y se posei'a poca informacion surgen por la ionizacion de las moiecuias del
sobre ios efectos de las radiaciones. Los estudios agua que la rodean. Los procesos de absorcion
cuantitativos que se comenzaron a efectuar en la de energfa, ionizacion y excitacion, asf como las
radiobiologfa experimental en la segunda decada aiteraciones bioqufmicas ocurren en fracciones
del siglo XX, junto con ios estudios epidemiologicos de segundos. Los cambios que se producen se
en los sobrevivientes de los bombardeos atomicos manifiestan a escala celular, tisular y asf
de Hiroshima y Nagasaki y en pacientes expuestos sucesivamente hasta el nivel de organismo, de
a tratamientos radioterapeuticos permiten en la manera inmediata o a iargo plazo.
actuaiidad poseer una informacion voiuminosa
sobre el efecto biologico de las radiaciones que Como consecuencia de la ionizacion las protefnas
fundamentan el estabiecimiento de normas que pierden ia funcionaiidad de ios grupos amino y
garantizan 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 y
tratamiento medico con isotopos radiactivos. los acidos nucieicos sufren rupturas de sus
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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 ANOS
Rigura 1. Mecanismos de respuesta fisica, bioquimica y biologica.
cadenas y modificaciones en su estructura. Del enzimaticas originales con la consiguiente
conjunto de estas alteraciones, actualmente se alteracion metabolica que se manifiesta en la
consideran que las mas influyentes sobre la sfntesis de proteinas. Los efectos que asf se
supervivencia y el funcionamiento celular son las producen se reconocen como estocasticos. Para
modificaciones que tienen lugar en la moiecula de ellos no existe dosis umbral. La posibilidad de su
ADN, por lo que este se considera el bianco surgimiento aumenta con la dosis, su severidad
principal de las radiaciones en la celula. Las no vari'a con el aumento de la dosis y ocurren en
lesiones que la radiacion puede inducir en el ADN un plazo relativamente largo despues de ocurrida
son muy diversas como las roturas de una o dos la exposicion. Son ejemplos de estos efectos la
cadenas (roturas sencillas o dobles), leucemia y el cancer de tiroides, colon, y otros. La
recombinaciones, sustituciones de bases, y otras. relacion entre la exposicion a radiaciones y la
aparicion de estos efectos ha sido establecida en
EVENTOS SIGNIFICATIVOS EN EL AMBITO estudios epidemiologicos. No hay indicadores
CELULAR YSU REPERCUSION EN TODO molecuiares o de otro tipo que permitan identificar,
EL ORGANISMO un cancer producido por radiaciones
Una representacion general del proceso de Cuando los dafios no pueden ser reparados se
interaccion de las radiaciones con las celulas, la produce la muerte celular. Para las celulas
actuacion de los mecanismos de reparacion diferenciadas, que no proliferan, la muerte celular
oelular, y los efectos que se pueden manifestar se define como la perdida de la funcion para la
en el organismo se aprecian en la figura 2,[1]. A que se han especializado. Para celulas
escala celular existen meoanismos para reparar proliferantes, como las celulas primordiales
las alteraciones que ocurren en el ADN. Despues hematopoyeticas o las celulas que crecen en
que se ha producido la irradiacion, los medios de cultivo, la muerte celular es la perdida
mecanismos enzimaticos y de reparacion pueden de la capacidad de proliferacion sostenida o la
oonducir a la reparacion correcta del ADN y de perdida de la integridad reproductora. La
esta forma, las celulas sobreviven sin radiosensibilidad celular ha sido mejor estudiada
modificaciones en sus funciones y estructura en celulas proliferantes. Actualmente se conoce
genetica. que la radiosensibilidad celular depende de
factores fi'sicos, qui'micos y biologicos.
Cuando los dafios se reparan de manera erronea,
las celulas pueden sobrevivir pero con Entre los factores fi'sicos se pueden mencionar la
modificaciones en su oomposicion genetica y por transferencia lineal de energi'a de la radiacion
lo tanto en sus funciones. Lo que ha ocurrido es incidente, la cual a medida que aumenta conduce al
una mutacion que puede estar localizada en una aumento de la gravedad de las roturas en el ADN, y la
celula 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 momento
Las mutaciones son modificaciones en los genes adecuado de los mecanismos de reparacion, y hace
que provocan cambios en las funciones que se acumule mayor dafio celular.
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3. PANORAMA NUCLEAR
Entre los factores qufmicos esta la presencia de denominada umbral (aquella que produce el
productos 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 efectos
accion esta basada fundamentalmente en la aumenta con la dosis y la tasa de dosis. El
produccion y eliminacion, respectivamente, de numero de celulas afectadas influye
radicaies libres. Entre los factores biologicos mas proporcionalmente en la severidad del efecto. Se
importantes estan la capacidad proliferativa, el pueden producir con distintos periodos de
grado de especializacion celular y la fase del cido latencia, por lo que se distinguen efectos
celular en la cual ocurra la exposicion. tempranos, que se detectan en pocos dfas o
Generalmente la radiosensibilidad celular es semanas y efectos tardfos no malignos que
directamente proporcional a la velocidad de aparecen meses o afios despues de la
division celular e inversamente proporcional al irradiacion. Ejemplos de efectos determinfsticos
grado 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 la
celular permanente son mas radiosensibles que irreversible.
aquellos que no la tienen. En cuanto al cido
celular, las celulas son mas sensibles durante la El efecto determinfstico mas severo es la muerte. La
mitosis (division celular) que en las etapas que la respuesta de un organismo adulto a una exposicion
preceden durante las cuales estan activados los aguda, que provenga de una fuente externa y que
mecanismos de reparacion. afecte a todo el organismo, produce signos,
sfntomas y un cuadro cli'nico variable que se conoce
Los tejidos pueden mantener su funcionamiento como Sfndrome Agudo de Radiacion (SAR).
con la perdida de un determinado numero de
celulas. En los tejidos proliferantes, la division Aunque existe gran incertidumbre sobre los umbrales
celular, junto a los mecanismos de reparacion de dosis letales en el hombre debido a que en ellos
celular ateniJan estas perdidas, sin embargo influyen el estado general de salud, la asistencia
cuando los dafios producidos por las radiaciones medica recibida y otros factores individuales, se
son de tal magnitud que el ndmero de celulas que puede afirmar que dosis entre 3-5 Gy pueden causar
mueren es muy elevado y no hay compensacion la muerte del 50% de los individuos expuestos en un
por la renovacion celular, el tejido no puede plazo de uno o dos meses. En el rango de dosis de
mantener su funcionamiento. Este tipo de efecto 3 a 10 Gy la causa principal de muerte es la
se denomina efecto deterministico y si ocurre en afectacion de la medula osea. Esto se conoce
un tejido vital puede producir la muerte. Estos como sfndrome hematopoyetico. Dosis mayores
efectos 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.
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semanas como consecuencia de la afectacion del Ellos basan su funcionamiento en el brusco
tracto gastrointestinal (si'ndrome gastrointestinal). incremento de la frecuencia de aberraciones
Dosis mayores de 50 Gy causan la muerte en cromosomicas, particularmente de los dicentricos
horas o di'as como consecuencia de la afectacion en los linfocitos de la sangre producto de la
del sistema nervioso central (sindrome del sistema exposicion a radiaciones. Con este indicador se
nervioso central). El SAR tiene cuatro fases, pueden estimar dosis del orden de los 100 mGy de
prodromal, latencia, cri'tica o de estado y radiacion gamma, asf como establecer si la dosis
recuperacion o muerte. La etapa prodromal es un de radiacion recibida fue homogenea o no, y
conjunto de signos y si'ntomas que aparecen en evaluar el volumen del cuerpo irradiado. En su
las primeras horas pest exposicion. version clasica, los resultados con este indicador
se pueden obtener despues de cultivar en un
INDICADORES BIOLOGICOS DE DANO POR laboratorio especializado los linfocitos de la sangre
RADIACION periferica durante 48 horas, y analizar en
microscopio optico 500 metafases. Cuando las
Cuando las dosis son desconocidas los dosis son muy altas se pueden obtener resultados
si'ntomas de la etapa prodromal pueden ayudar a preliminares con 50-100 metafases. La
estimar las dosis recibidas por las personas, dependencia entre este indicador y la dosis es
sirven como indicadores cli'nicos. Los lineal cuadratica, y cada laboratorio que realiza este
indicadores cli'nicos mas comunes son los analisis debe poseer su propia curva de
gastrointestinales y los neuromusculares. Dentro calibracion. Dado que los dicentricos tienden a
de los indicadores gastrointestinales se desaparecer con el tiempo, cuando ha transcurrido
encuentran, las nauseas, los vomitos, las meses o un afio entre la exposicion y el analisis
diarreas y la anorexia; y dentro de los resulta mas conveniente usar como indicador la
neuromusculares, el cansancio, la apati'a, la frecuencia de reordenamientos entre los
indiferencia, la sudacion, la fiebre y el dolor de cromosomas (translocaciones).
cabeza. El dafio provocado por una
sobrexposicion se puede pronosticar por el Recientemente han aparecido metodos que
tiempo transcurrido entre la irradiacion y la permiten evaluar de forma precisa la ocurrencia
aparicion de los si'ntomas. En general, mientras de translocaciones en los cromosomas. Ellos se
mas estables sean y menor el tiempo de basan en la posibilldad de usar sondas de ADN
aparicion, mayor es la dosis de radiacion y el fluorescentes especi'ficas a determinados
peligro para la vida del individuo expuesto. cromosomas, lo que permite que las
trasniocaciones se identifiquen por el
Hay un conjunto de indicadores biologicos que reordenamiento de los colores. Una amplia
pueden ofrecer informacion sobre la dosis en informacion sobre el uso de indicadores
situadones accidentales o sobre el efecto que ella citogeneticos con fines dosimetricos se puede
causa en situaciones experimentales. Los obtener en una reciente publicacion del OIEA [4].
requerimientos fundamentals para los
indicadores biologicos son que tengan una Los indicadores bioqufmicos basan su
relacion dosis efecto conocida, que las funcionamiento en las fluctuaciones de
observaciones sean reproducibles, que el efecto determinados metabolitos en la orina y la sangre
perdure, que sea especffico y altamente sensible a de los individuos irradiados. No son muy utiles
las radiaciones, que la muestra sea facil de como dosimetros pero ofrecen informacion
recoger, que los resultados se obtengan rapido y cualitativa sobre el estado del irradiado. Entre
sea 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 lo
que si resulta necesario se acude a un conjunto Una buena informacion sobre la utilidad de los
de ellos. Los indicadores mas usados indicadores biologicos se puede obtener revisando
actualmente son los hematologicos, los su aplicacion durante el accidente de Chernobil [2].
citogeneticos, y los bioqufmicos.
Los indicadores hematologicos utilizan como REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
referencia las variaciones en el numero de celulas
de la sangre y pueden ofrecer una informacion [1] IAEA, The Intenational Chernobyl Projetc, Assessment
muy rapida sobre la dosis y la gravedad de la of Radiological Consequences and Evaluation of
afectacion. 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 Ionizing
numero y la dosis es bien conocida. Con este Radiation, United Nation Scientific Committee on the
Effects of Atomic Radiation, Report to the General
indicador se pueden estimar dosis a partir de IGy Assembly, with annexes. United Nations Publication
de 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 Dose
actualidad los dosimetros biologicos mas eficaces. Assessment, Technical Reports Series No. 405 (2001).
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