Qué es Radiobiología – Biología de la radiación-Definición

La biología de la radiación (también conocida como radiobiología) es una ciencia médica que implica el estudio de los efectos biológicos de la radiación ionizante en los tejidos vivos. La radiación está a nuestro alrededor. En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Ya sea que la fuente de radiación sea natural o artificial, ya sea una dosis grande de radiación o una dosis pequeña, habrá algunos efectos biológicos. En general, la radiación ionizante es dañina y potencialmente letal para los seres vivos, pero puede tener beneficios para la salud en medicina, por ejemplo, en la radioterapia para el tratamiento del cáncer y la tirotoxicosis. En este capítulo se resumen brevemente las consecuencias a corto y largo plazo que pueden derivarse de la exposición a la radiación.

Daño celular-Radiobiología

Todos los efectos de daño biológico comienzan con la consecuencia de las interacciones de radiación con los átomos que forman las células. Todos los seres vivos están compuestos de una o más células. Cada parte de su cuerpo está formada por células o fue construida por ellas. Aunque tendemos a pensar en los efectos biológicos en términos del efecto de la radiación sobre las células vivas, en realidad, la radiación ionizante, por definición, interactúa solo con los átomos mediante un proceso llamado ionización. Para la radiación ionizante, la energía cinética de partículas (fotones, electrones, etc.) de radiación ionizante es suficiente y la partícula puede ionizarse (para formar iones mediante la pérdida de electrones) apuntar a átomos para formar iones. Simplemente la radiación ionizante puede golpear electrones de un átomo.

Hay dos mecanismos por los cuales la radiación afecta en última instancia a las células. Estos dos mecanismos se denominan comúnmente Efectos directos

• . Los efectos directos son causados por la radiación, cuando la radiación interactúa directamente con los átomos de la molécula de ADN, o algún otro componente celular crítico para la supervivencia de la célula. La probabilidad de que la radiación interactúe con la molécula de ADN es muy pequeña, ya que estos componentes críticos constituyen una parte tan pequeña de la célula.
• Efectos indirectos. Los efectos indirectos son causados por la interacción de la radiación generalmente con moléculas de agua. Cada célula, al igual que el cuerpo humano, es principalmente agua. La radiación ionizante puede romper los enlaces que mantienen unida la molécula de agua, produciendo radicales como el hidroxilo OH, el anión superóxido O2 y otros. Estos radicales pueden contribuir a la destrucción de la célula.

Una gran cantidad de células de cualquier tipo en particular se denomina tejido. Si este tejido forma una unidad funcional especializada, se denomina órgano. El tipo y el número de células afectadas también es un factor importante. Algunas células y órganos del cuerpo son más sensibles a la radiación ionizante que otros.

La sensibilidad de varios tipos de células a la radiación ionizante es muy alta para los tejidos que consisten en células que se dividen rápidamente, como las que se encuentran en la médula ósea, el estómago, los intestinos, los órganos reproductores masculinos y femeninos y los fetos en desarrollo. Esto se debe a que las células en división requieren información de ADN correcta para que la descendencia de la célula sobreviva. Una interacción directa de radiación con una célula activa podría resultar en la muerte o mutación de la célula, mientras que una interacción directa con el ADN de una célula inactiva tendría menos efecto.

Como resultado, las células vivas se pueden clasificar de acuerdo con su tasa de reproducción, lo que también indica su sensibilidad relativa a la radiación. Como resultado, las células que se reproducen activamente son más sensibles a la radiación ionizante que las células que forman la piel, el riñón o el tejido hepático. Las células nerviosas y musculares son las que se regeneran más lentamente y las menos sensibles.

La sensibilidad de los diversos órganos del cuerpo humano se correlaciona con la sensibilidad relativa de las células de las que están compuestos. En la práctica, esta sensibilidad está representada por el factor de ponderación de los tejidos, wT, que es el factor por el que se pondera la dosis equivalente en un tejido u órgano T para representar la contribución relativa de ese tejido u órgano al perjuicio total para la salud resultante de la irradiación uniforme del cuerpo (CIPR, 1991b).

Si una persona es irradiada solo parcialmente, la dosis dependerá en gran medida del tejido que fue irradiado. Por ejemplo, una dosis gamma de 10 mSv para todo el cuerpo y una dosis de 50 mSv para la tiroides es lo mismo, en términos de riesgo, que una dosis para todo el cuerpo de 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

Radiación de alta y baja emisión

Tal como se escribió, cada tipo de radiación interactúa con la materia de una manera diferente. Por ejemplo, las partículas cargadas con altas energías pueden ionizar átomos directamente. Las partículas alfa son bastante masivas y llevan una carga doble positiva, por lo que tienden a viajar solo una corta distancia y no penetran muy lejos en el tejido, si es que lo hacen. Sin embargo, las partículas alfa depositarán su energía en un volumen más pequeño (posiblemente solo unas pocas células si entran en un cuerpo) y causarán más daño a esas pocas células.

Las partículas beta (electrones) son mucho más pequeñas que las partículas alfa. Llevan una sola carga negativa. Son más penetrantes que las partículas alfa. Pueden viajar varios metros, pero depositan menos energía en cualquier punto a lo largo de su trayectoria que las partículas alfa. Esto significa que las partículas beta tienden a dañar más células, pero con menos daño a cada una. Por otro lado, las partículas eléctricamente neutras interactúan solo indirectamente, pero también pueden transferir algunas o todas sus energías a la materia.

Sin duda, simplificaría las cosas si los efectos biológicos de la radiación fueran directamente proporcionales a la dosis absorbida. Desafortunadamente, los efectos biológicos dependen también de la forma en que la dosis absorbida se distribuye a lo largo de la trayectoria de la radiación. Los estudios han demostrado que la radiación alfa y de neutrones causa mayor daño biológico por una deposición de energía dada por kg de tejido que la radiación gamma. Se descubrió que los efectos biológicos de cualquier radiación aumentan con la transferencia lineal de energía (LET). En resumen, el daño biológico de la radiación de alto LET (partículas alfa, protones o neutrones) es mucho mayor que el de la radiación de bajo LET (rayos gamma). Esto se debe a que el tejido vivo puede reparar más fácilmente el daño de la radiación que se extiende sobre un área grande que el que se concentra en un área pequeña. Por supuesto, a niveles muy altos de exposición, los rayos gamma todavía pueden causar mucho daño a los tejidos.

Debido a que se causa más daño biológico por la misma dosis física (es decir, la misma energía depositada por unidad de masa de tejido), un gris de radiación alfa o neutrónica es más dañino que un gris de radiación gamma. Este hecho de que las radiaciones de diferentes tipos (y energías) dan diferentes efectos biológicos para la misma dosis absorbida se describe en términos de factores conocidos como efectividad biológica relativa (RBE) y factor de ponderación de radiación (wR).

Dosis aguda y Dosis Crónica

Los efectos biológicos de la radiación y sus consecuencias dependen en gran medida del nivel de dosis obtenido. En radiobiología, la tasa de dosis es una medida de la intensidad (o fuerza) de la dosis de radiación. Las dosis bajas son comunes en la vida cotidiana. En los siguientes puntos hay algunos ejemplos de exposición a la radiación, que se pueden obtener de diversas fuentes.

• 05 µSv – Dormir al lado de alguien
• 09 µSv – Vivir a menos de 30 millas de una planta de energía nuclear durante un año
• 1 µSv – Comer un plátano
• 3 µSv – Vivir a menos de 50 millas de una planta de energía de carbón durante un año
• 10 µSv – Dosis diaria media recibida de fondo natural
• 20 µSv – Radiografía de tórax

Desde el punto de vista de las consecuencias biológicas, es muy importante distinguir entre las dosis recibidas durante períodos cortos y prolongados. Por lo tanto, los efectos biológicos de la radiación se dividen típicamente en dos categorías.

• Dosis agudas. Una «dosis aguda» (dosis de alto nivel a corto plazo) es una que ocurre durante un período de tiempo corto y finito, es decir, dentro de un día.
• Dosis crónicas. Una «dosis crónica» (dosis de bajo nivel a largo plazo) es una dosis que continúa durante un período prolongado de tiempo, es decir, semanas y meses, de modo que se describe mejor mediante una tasa de dosis.

Las dosis altas tienden a destruir células, mientras que las dosis bajas tienden a dañarlas o cambiarlas. Las dosis altas pueden causar quemaduras por radiación visualmente dramáticas y / o muertes rápidas a través del síndrome de radiación aguda. Es poco probable que las dosis agudas inferiores a 250 mGy tengan efectos observables. Las dosis agudas de aproximadamente 3 a 5 Gy tienen un 50% de probabilidades de matar a una persona algunas semanas después de la exposición, si una persona no recibe tratamiento médico.

Las dosis bajas repartidas durante largos períodos de tiempo no causan un problema inmediato a ningún órgano del cuerpo. Los efectos de dosis bajas de radiación ocurren a nivel de la célula, y es posible que los resultados no se observen durante muchos años. Además, algunos estudios demuestran que la mayoría de los tejidos humanos muestran una tolerancia más pronunciada a los efectos de la radiación de baja emisión en caso de exposición prolongada en comparación con una exposición única a una dosis similar.

Efectos deterministas y estocásticos

En radiobiología, la mayoría de los efectos adversos para la salud de la exposición a la radiación generalmente se dividen en dos clases amplias:

• Los efectos deterministas son efectos umbral para la salud, que están relacionados directamente con la dosis de radiación absorbida y la gravedad del efecto aumenta a medida que aumenta la dosis.
• Los efectos estocásticos ocurren por casualidad, generalmente sin un nivel umbral de dosis. La probabilidad de aparición de efectos estocásticos es proporcional a la dosis, pero la gravedad del efecto es independiente de la dosis recibida.

Efectos deterministas

En radiobiología, los efectos deterministas (o efectos no estocásticos para la salud) son efectos para la salud que están relacionados directamente con la dosis de radiación absorbida y la gravedad del efecto aumenta a medida que aumenta la dosis. Los efectos deterministas tienen un umbral por debajo del cual no se producen efectos clínicos detectables. El umbral puede ser muy bajo (del orden de magnitud de 0,1 Gy o superior) y puede variar de una persona a otra. Para dosis entre 0,25 y 0,5 Gy, las evaluaciones médicas pueden detectar cambios leves en la sangre y para dosis entre 0,5 y 1,5 Gy, se notarán cambios en la sangre y se presentarán síntomas de náuseas, fatiga y vómitos.

Una vez superado el umbral, la gravedad de un efecto aumenta con la dosis. La razón de la presencia de esta dosis umbral es que el daño por radiación (mal funcionamiento grave o muerte) de una población crítica de células (las dosis altas tienden a matar células) en un tejido determinado debe mantenerse antes de que la lesión se exprese de una forma clínicamente relevante. Por lo tanto, los efectos deterministas también se denominan reacción tisular. También se denominan efectos no estocásticos para contrastar con efectos estocásticos similares al azar (por ejemplo, inducción del cáncer).

Los efectos deterministas no son necesariamente más o menos graves que los efectos estocásticos. Las dosis altas pueden causar quemaduras por radiación visualmente dramáticas y / o muertes rápidas a través del síndrome de radiación aguda. Es poco probable que las dosis agudas inferiores a 250 mGy tengan efectos observables. Las dosis agudas de aproximadamente 3 a 5 Gy tienen un 50% de probabilidades de matar a una persona algunas semanas después de la exposición, si una persona no recibe tratamiento médico. Los efectos deterministas pueden conducir en última instancia a una molestia temporal o también a una muerte. Ejemplos de efectos deterministas:

Los ejemplos de efectos deterministas son:

• Síndrome de radiación aguda, por radiación aguda en todo el cuerpo
• Quemaduras por radiación, de radiación a una superficie corporal en particular
• Tiroiditis inducida por radiación, un posible efecto secundario del tratamiento con radiación contra el hipertiroidismo
• Síndrome de radiación crónica, por radiación a largo plazo.
• Lesión pulmonar inducida por radiación, por ejemplo, radioterapia dirigida a los pulmones

Dosis letales de radiación

La dosis letal de radiación (LD) es una indicación de la cantidad letal de radiación. En la protección radiológica, la dosis letal media, LDXY, se usa generalmente. Por ejemplo, la dosis de radiación que se espera que cause la muerte al 50% de las personas irradiadas en un plazo de 30 días es DL50/30. La LD1 es la dosis que se espera que cause la muerte al 1% de las personas irradiadas, por lo que la LD99 es letal para todas las personas irradiadas (99%). También es muy importante, si una persona recibe algún tratamiento médico o no. Cuanto mayor es una dosis aguda de radiación, mayor es la posibilidad de que mate al individuo. Para un adulto sano, se estima que la LD50 está entre 3 y 5 Gy.

• 2,5 Sv – Dosis que mata a un humano con un riesgo del 1% (LD1), si la dosis se recibe durante un período muy corto.
• 5 Sv – Dosis que mata a un ser humano con un riesgo del 50% en 30 días (LD50 / 30), si la dosis se recibe durante un período muy corto. La causa de muerte será la pérdida de la función de la médula ósea.
• 8 Sv – Dosis que mata a un humano con un riesgo del 99% (LD99), si la dosis se recibe durante un período muy corto. Alrededor de 10 Gy, puede producirse una inflamación aguda de los pulmones que puede llevar a la muerte.

Los datos de dosis letales indicados anteriormente se aplican a dosis gamma agudas administradas en un tiempo muy corto, por ejemplo, unos pocos minutos. Se requiere más dosis para producir los efectos mencionados anteriormente, si la dosis se recibe durante un período de horas o más.

Efectos estocásticos

En radiobiología, los efectos estocásticos de la radiación ionizante ocurren por casualidad, generalmente sin un nivel umbral de dosis. La probabilidad de aparición de efectos estocásticos es proporcional a la dosis, pero la gravedad del efecto es independiente de la dosis recibida. Los efectos biológicos de la radiación en las personas se pueden agrupar en efectos somáticos y hereditarios. Los efectos somáticos son los que sufre la persona expuesta. Los efectos hereditarios son los que sufren los descendientes de la persona expuesta. El riesgo de cáncer se menciona generalmente como el principal efecto estocástico de la radiación ionizante, pero también los trastornos hereditarios son efectos estocásticos.

De acuerdo con la CIPR:

(83) Sobre la base de estos cálculos, la Comisión propone coeficientes de probabilidad nominales para el riesgo de cáncer ajustado en función del perjuicio, de 5,5 x 10-2 Sv-1 para toda la población y 4.1 x 10-2 Sv-1 para trabajadores adultos. Para los efectos hereditarios, el riesgo nominal ajustado por el perjuicio en toda la población se estima en 0,2 x 10-2 Sv-1 y en los trabajadores adultos en 0,1 x 10-2 Sv-1 .

Referencia especial: CIPR, 2007. Las Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica. Publicación 103 de la CIPR. Ana. CIPR 37 (2-4).

La unidad SI de dosis efectiva, el sievert, representa el efecto biológico equivalente del depósito de un julio de energía de rayos gamma en un kilogramo de tejido humano. Como resultado, un sievert representa un 5.5% de probabilidad de desarrollar cáncer. Tenga en cuenta que, la dosis efectiva no se pretende como una medida de los efectos deterministas para la salud, que es la gravedad del daño tisular agudo que seguramente ocurrirá, que se mide por la cantidad de dosis absorbida.

Hay tres categorías generales de efectos estocásticos resultantes de la exposición a dosis bajas de radiación. Estos son:

• efectos Genéticos. El efecto genético es sufrido por la descendencia de la persona expuesta. Implica la mutación de células muy específicas, a saber, los espermatozoides o los óvulos. La radiación es un ejemplo de agente mutagénico físico. Tenga en cuenta que, también hay muchos agentes químicos, así como agentes biológicos (como los virus) que causan mutaciones. Un hecho muy importante a recordar es que la radiación aumenta la tasa de mutaciones espontáneas, pero no produce ninguna mutación nueva.
• Efectos somáticos. Los efectos somáticos son los que sufre la persona expuesta. El efecto más común de la irradiación es la inducción estocástica del cáncer con un período latente de años o décadas después de la exposición. Dado que el cáncer es el resultado principal, a veces se le llama efecto carcinogénico. La radiación es un ejemplo de carcinógeno físico, mientras que los cigarrillos son un ejemplo de agente químico causante de cáncer. Los virus son ejemplos de agentes cancerígenos biológicos.
• Los efectos intrauterinos implican la producción de malformaciones en embriones en desarrollo. Sin embargo, este es en realidad un caso especial del efecto somático, ya que el embrión/feto es el que está expuesto a la radiación.

La mayoría cree que los efectos somáticos como resultado de la exposición a la radiación ocurren de manera estocástica. El modelo más ampliamente aceptado postula que la incidencia de cánceres debido a la radiación ionizante aumenta linealmente con la dosis de radiación efectiva a una tasa de 5,5% por sievert. Este modelo se conoce como modelo lineal sin umbral (LNT). Este modelo asume que no hay un punto de umbral y el riesgo aumenta linealmente con una dosis. Si este modelo lineal es correcto, la radiación de fondo natural es la fuente de radiación más peligrosa para la salud pública en general, seguida de las imágenes médicas como segunda fuente de radiación. El LNT no es universalmente aceptado y algunos proponen una relación adaptativa dosis–respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Cabe destacar que varias organizaciones no están de acuerdo con el uso del modelo lineal sin umbral para estimar el riesgo de la exposición a radiaciones de bajo nivel ambiental y ocupacional.

Radiobiología y límites de dosis

En la protección radiológica, los límites de dosis se establecen para limitar los efectos estocásticos a un nivel aceptable y prevenir completamente los efectos deterministas. Tenga en cuenta que, los efectos estocásticos son los que surgen del azar: cuanto mayor sea la dosis, más probable será el efecto. Los efectos deterministas son aquellos que normalmente tienen un umbral: por encima de este, la gravedad del efecto aumenta con la dosis. Los límites de dosis son un componente fundamental de la protección radiológica, y el incumplimiento de estos límites va en contra de la regulación de la radiación en la mayoría de los países. Tenga en cuenta que los límites de dosis descritos en este artículo se aplican a las operaciones de rutina. No se aplican a una situación de emergencia cuando la vida humana está en peligro. No se aplican en situaciones de exposición de emergencia en las que un individuo está tratando de prevenir una situación catastrófica.

Los límites se dividen en dos grupos, el público y los trabajadores expuestos ocupacionalmente. Según la CIPR, la exposición profesional se refiere a todas las exposiciones sufridas por los trabajadores en el curso de su trabajo, con excepción de las exposiciones excluidas

1. y las exposiciones de actividades exentas que impliquen radiación o fuentes exentas
2. cualquier exposición médica
3. la radiación natural de fondo local normal.

La siguiente tabla resume los límites de dosis para los trabajadores expuestos y el público:

De acuerdo con la recomendación de la CIPR en su declaración sobre reacciones tisulares de 21. En abril de 2011, el límite de dosis equivalente para el cristalino para la exposición ocupacional en situaciones de exposición planificadas se redujo de 150 mSv/año a 20 mSv/año, promediado durante períodos definidos de 5 años, sin que la dosis anual en un solo año supere los 50 mSv.

Los límites de la dosis efectiva corresponden a la suma de las dosis efectivas pertinentes de la exposición externa en el período de tiempo especificado y la dosis efectiva comprometida de la ingesta de radionucleidos en el mismo período. Para los adultos, la dosis efectiva comprometida se calcula para un período de 50 años después de la ingesta, mientras que para los niños se calcula para el período hasta la edad de 70 años. El límite efectivo de dosis para todo el cuerpo de 20 mSv es un valor promedio durante cinco años. El límite real es de 100 mSv en 5 años, con no más de 50 mSv en un año.