Efectos Biológicos de la Radiación: Mecanismos, Tejidos y Protección

Efectos Biológicos de la Radiación

1. Mecanismo de Acción: Teoría

La radiación puede producir dos tipos de lesiones sobre el material biológico:

Acción indirecta: Es cuando la radiación afecta al medio que rodea la célula o al medio celular donde se desarrollan sus funciones, provocando fundamentalmente la liberación de radicales libres que afectan a las funciones químicas celulares e incluso puede trasladarse a otras partes del organismo donde afecte a sus células.
Acción directa: Es cuando la radiación interacciona con una macromolécula de la célula, provocando la rotura de un enlace de una estructura clave como el ADN. Existe una teoría que explica esa acción: la teoría del impacto, que de alguna forma intenta reproducir la acción de las radiaciones sobre las estructuras celulares como si impactara sobre ellas, de tal forma que las lesiones producidas dependerían fundamentalmente de la importancia de la estructura impactada. Si es sustituible o no, si la estructura afectada fuera el ADN, lo que puede ser banal o tan grave que produzca la muerte celular.

2. Efectos de la Radiación en los Tejidos de los Órganos Vivos

Un organismo vivo es muy complejo, compuesto de órganos, cada uno de ellos formado por tejidos, y estos por multitud de células. Estas células son las que se ven afectadas por las radiaciones, y las lesiones de los tejidos dependerán de la extensión o generalización de las células afectadas.

No todos los tejidos u órganos tienen la misma radiosensibilidad. Los más sensibles son:

El feto
Los órganos hematopoyéticos
Gónadas
Glándulas mamarias
Tiroides

Los efectos biológicos de la radiación ionizante son de dos tipos:

Cambios producidos por la absorción de energía
Lesiones morfológicas y funcionales

Las interacciones son cuestión de probabilidad, de azar. La interacción de la radiación no es selectiva sobre la célula ni sobre las partes de la célula y, en consecuencia, en numerosos casos no puede predecir la posible lesión causada por una dosis de radiación.

Las radiaciones pueden afectar a cualquiera de los constituyentes celulares, pero como el material más abundante es el agua, es más probable su absorción por esta, con lo cual la probabilidad de ocasionar daño celular aumentará según su absorción.

3. Medidas de Protección Radiológica

Podemos clasificarlas en dos grupos:

Protección activa:
- Respecto al paciente: Debemos considerar el riesgo-beneficio que supone una exploración radiográfica. El buen hacer del técnico consistirá en optimizar dicha relación. Para tal fin, hemos de pensar en los siguientes puntos:
  1. Un disparo a mayor kilovoltaje precisa menor dosis.
  2. La colimación disminuye la dosis recibida.
  3. La elección del conjunto pantalla – película permite disminuir la dosis.
  4. La filtración inherente al tubo más la adicional disminuye las dosis absorbidas.
  5. Es preciso proteger con plomo los órganos más sensibles a la radiación.
- Respecto al personal de la sala de espera: Las indicaciones internacionales para la protección contra las radiaciones tienen en cuenta a grupos especiales de población, entre los que se incluye a los vecinos de la instalación productora de radiación y al conjunto de la población, a los que se les asigna 1 rem al año. Si los niveles europeos de radiación están entre (0,05 y 0,4), se reduce la práctica prohibición de irradiar al personal de la sala de espera.
- Respecto al personal sanitario: Al personal profesionalmente expuesto a las radiaciones se le permiten dosis anuales de 50 mili-sievert, equivalente a 4 al mes. Este personal debe trabajar tras blindajes, nunca quedará expuesto a radiación directa y utilizará delantales plomados de protección de radiación residual cuando tenga que permanecer en las proximidades del paciente.
Protección pasiva: Trata del conjunto de medidas de protección permanente en una instalación de Rayos X y se tendrá en cuenta:
1. Distribución de superficies correspondientes a las salas de radiación, salas de espera, situación de los pupitres de mando, etc.
2. Los tubos de Rayos X van colocados en carcasas blindadas en las que la única medida será la ventanilla de salida que permite vía libre a la radiación. Las normas de seguridad establecidas obligan a fabricantes a respetar los blindajes e incluir una filtración.
3. Blindajes en la sala de radiación suficientes para que la instalación pueda trabajar a la máxima potencia.
4. Interrupción del desarrollo normal del trabajo en la instalación cuando se ha omitido alguna medida de seguridad.

4. Consejos para Disminuir la Radiación a los Pacientes

En cada técnica, optimizar la relación riesgo-beneficio.
Elegir el kilovoltaje adecuado, teniendo en cuenta la variación de contraste con el kilovoltaje y la disminución de dosis cuando este es aumentado.
Usar filtración adicional a altos valores de kilovoltaje.
Colimar la zona y no irradiar superficie mayor que la del chasis.
Estudiar la combinación pantalla-película.
Centrar la imagen sobre el chasis y calcular los datos de exposición, evitando exposiciones.
Ajustar y verificar con frecuencia las tasas de regeneración de la máquina de revelar baños en función del tipo de reveladora y de la cifra de metros cuadrados de película diariamente revelados.

5. Respuesta Sistémica a la Radiación

La respuesta sistémica a la radiación debido a la producción de radio-lesiones incluye respuestas tanto en los distintos órganos como en la totalidad del organismo.

La respuesta de un sistema depende de la sensibilidad de los órganos que lo componen. A su vez, la respuesta de un órgano dependerá de la sensibilidad de los tejidos que lo integran. Esta respuesta sistémica puede ser:

Cambios iniciales que se producen en los primeros 6 meses post-irradiación y que son el resultado de las lesiones celulares dependiendo de la dosis recibida. Pueden ser reversibles e irreversibles, son debidas sobre todo a modificaciones en la permeabilidad celular. Son típicas las infra pasiones, edemas y hemorragias.
Cambios tardíos que se producen después de los 6 meses de exposición y son consecuencia de otros llamados irreversibles y pueden variar desde mínimos a muy graves, de permanentemente irreversibles habitualmente progresivos. Los más típicos son la fibrosis (aumento del tejido conjuntivo anormal), atrofia (órgano disminuye su tamaño o se desforma por alguna causa), ulceraciones, necrosis, etc.

Curación: La recuperación a nivel celular de las lesiones conduce a la curación de un órgano que se puede reproducir por uno de los siguientes mecanismos:

Regeneración: Es la sustitución de las células dañadas y se realiza por el mismo tipo de células existentes antes de la radiación. Produce una restitución total o parcial de las funciones, restaurando al órgano a su estado pre irradiado, por lo que habitualmente no presentará cambios tardíos.
Reparación: Es la sustitución de células dañadas originales por otras de distinto tipo. La reparación actúa sobre efectos irreversibles con la formación de una cicatriz.

La curación en cualquiera de las dos modalidades no es segura y cuando se producen lesiones masivas y extensas se presenta un proceso de necrosis.

6. Alteraciones Orgánicas Generales

Todos los órganos presentan alteraciones morfológicas y/o funcionales como respuesta a la radiación:

Sistema hematopoyético: En la médula ósea se encuentran las células madre que dan origen a las distintas células funcionales que son transportadas hacia el torrente sanguíneo. La elevada susceptibilidad a la radiación es la causa del denominado síndrome hematopoyético a la radiación. La palabra proliferativa (reproducción) por estas células conduce a un bloqueo de la hematopoyesis (origen de las células) de tal forma que la muerte de las células funcionales en sangre no puede ser compensada por la producción de nuevas células circulantes, primero en aquellas cuya vida media es más corta (granulocitos y neutrófilos) y en el último lugar los eritrocitos (hematíes que tenemos en la sangre). El efecto de la radio-lesión de la médula ósea depende de la radiosensibilidad de las células propulsoras. Estas circunstancias producen que los linfocitos sean los más perjudicados, tiene una vida media corta y son muy radiosensibles y junto a los neutrófilos que son los dos los que se utilizan como mecanismo de defensa contra la infecciones provocan una mayor sensibilidad a los contagios y a padecerlos. La disminución de las plaquetas conducen a la aparición de hemorragias y la disminución de hematíes a una anemia.
Piel: La piel está formada por el conjunto de epidermis, dermis, capa subcutánea de tejido graso y conjuntivo.
La epidermis está formada por células inmaduras que están en continua división y células maduras que al ir hacia las capas más externas mueren y se descaman.
La capa basal es la más radiosensible y las lesiones de la piel se denominan radio-dermitis, y se clasifican en 3 grados según su intensidad al igual que las quemaduras o congelación.
Los cambios iniciales que se observan tras dosis moderadas o altas son:
- Inflamación
- Eritema
- Descamación
Los folículos pilosos son radiosensibles provocando alopecia temporal o permanente. A dosis muy altas la piel produce secuelas tardías como atrofia, fibrosis, pigmentación, necrosis o cáncer.
Sistema digestivo: Abarca el conjunto de cavidad bucal, esófago, estómago, estómago e intestino delgado y grueso. Todo el sistema se encuentra revestido de una capa mucosa de células diferenciadas radioresistentes y células no diferenciadas más radiosensibles. El intestino delgado es la parte más radiosensible del tubo digestivo.
A dosis moderadas provocan un acortamiento de las vellosidades que pueden provocar la disminución de su actividad y la muerte de algunas. Se produce una disminución de la capacidad de absorción a lo largo de la pared intestinal produciéndose deshidratación y perdida de electrolitos (sodio, potasio, O, H O…)
Altas dosis provocan atrofia, ulceraciones y fibrosis.
Sistema reproductivo masculino: La parte más radiosensible del sistema reproductor masculino es el testículo y dentro de él, las espermatogonias (células productoras de espermatozoides).
El efecto primero de la radiación sobre el testículo es el descenso de las espermatogonias. Se produce un cierto periodo de fertilidad temporal seguida de una fase estéril que dependerá de la dosis recibida. El umbral para la esterilidad temporal es de 0,2 Gy y de 3 a 6 Gy para esterilidad permanente.
Sistema reproductor femenino: Las células más radiosensibles de éste órgano son los óvulos que se encuentran dentro de una estructura llamada folículos. La radiosensibilidad de los óvulos depende del extravío en el cual se encuentre el folículo. Al no estar continuamente dividiéndose, la dosis provocan una cierta fase esterilidad, debido a los folículos maduros resistentes seguida de una esterilidad temporal o permanente.
La dosis necesaria para producir la esterilidad varia en función de la edad de 2,5 a 6Gy en mujeres jóvenes e inferiores en mujeres jóvenes e inferiores en mujeres de mayor edad. Dado que a mediad que e aproxima la edad de la menopausia el número de folículos disminuye.
La irradiación puede provocar lesiones hereditarias en la descendencia, lo cual el criterio para la limitación de dosis en las gónadas es más radiosensibles.
Ojo: El cristalino contiene un problema celular de división activa que puede ser lesionado o destruido por el efecto de la radiación. Debido a la carencia de mecanismos para la sustitución de células dañadas se produce cataratas. A dosis de 2 Gy la incidencia va en aumento para llegar al 100% con 7Gy
Sistema cardiovascular: Está formado por la red de vasos sanguíneos y el corazón. Las lesiones en los vasos pueden originar oclusiones dando lugar a trombosis, infartos y hemorragias. Los vasos más gruesos son más radiosensibles, que los más finos y pueden provocar manifestaciones o defecto tardíos (hemorragia petequiales = puntos rojos; Telangiectasia = dilatación de vasos; y esclerosis de los vasos).
Hueso y cartílago: El tejido óseo está formado por cartílagos siendo muy radioresistente. En fase de crecimiento son moderadamente radiosensibles. En dosis moderadas produce inhibición reproductiva temporal y muerte de células maduras. A dosis altas producen un inhibición permanente y muerte de células proliferantes con la consiguiente detención del crecimiento óseo.
Hígado: Se considera el hígado como una parte del sistema digestivo a ser una glándula para el almacenamiento, metabolismo y excreción de productos en el proceso digestivo.
En un principio se creyó que el tejido hepático esa radioresistente pero en la actualidad se ha constatado que es un órgano moderadamente sensible. La radiosensibilidad del hígado se debe a que recibe un gran aporte de sangre a través de una red importante de vasos que al sufrir radiotensiones provocan modificaciones estructurales hepáticas.
Las dosis bajas y moderadas producen una repuesta inicial a penas apreciables. La dosis altas producen lesiones irreversible llegado a la destrucción del órgano. Los efectos tardíos de la irradiación del hígado denominados hepatitis de radiación son consecuencia de esclerosis vasculares y consisten esencialmente en fibrosis y necrosis.
Sistema respiratorio: El sistema respiratorio está formado por nariz, faringe, tráquea y pulmones, los primeros signos de la lesión de los pulmones son el edema pulmonar y neumonía. La dosis en el pulmón de 9,5 Gy producen neumonía en un 50% de los pacientes, registrándose el 90% en periodos de 1 a 7 meses, a los 18 meses los fenómenos de recuperación pueden provocar fibrosis pulmonar.
Sistema urinario:
El sistema urinario está formado por los riñones, los uréteres, la vejiga y la uretra. Los riñones tienen una radio-sensibilidad igual que los pulmones, el cuadro de lesiones inducidas por la radiación (glumeronefritis membranosa) es consecuencia de las lesiones vasculares. Las dosis altas producen pocas alteraciones renales (edemas, atrofia y fibrosis renal).
Sistema Nervioso Central (SNC)
El SNC está integrado por la médula espinal y el cerebro. Las células nerviosas no se dividen, lo que las hace relativamente radio-resistentes siendo el sistema más radio-resistente de un individuo adulto. Las dosis bajas y moderadas producen lesiones mínimas. A dosis altas provocan inflamación (mielitis = inflamación médula). El límite umbral (máximo) de radio-lesiones suele estar situado entre 20 y 40 Gy.
Glándula tiroides
La respuesta a la radiación es pequeña al ser radio-resistente la mayoría de sus células. A dosis de 7,5 Gy producen alteración del funcionamiento del tiroides en un 50% de las personas en un periodo próximo al año.
Respuesta orgánica a la radiación
La respuesta del organismo a la radiación viene determinada por la suma de los efectos de cada uno de los sistemas irradiados, sin embargo, dado que la radio-sensibilidad varía de uno a otro la respuesta global queda determinada por el sistema afectado más radio-sensible.
La respuesta del embrión y del feto depende de otros factores como puede ser el tiempo de gestación, la diferenciación celular en el momento dado y la respuesta del embrión.
La respuesta de un organismo adulto a una exposición de la radiación ionizante puede dar lugar al síndrome de irradiación (SDI) cuando la exposición afecta a la vez a todo el organismo. Para que se produzca este cuadro clínico debe ocurrir:
- La exposición del organismo a la radiación se produce en un corto periodo de tiempo, es decir, se produce una exposición aguda.
- La exposición a la radiación es homogénea, es decir, debe comprender la totalidad del organismo o su mayor parte.
- La irradiación procede de fuentes externas al organismo (fuga en central nuclear).
La dosis letal porcentual en función del tiempo (DLm/n), donde “m” y “n” significan respectivamente el tanto por ciento (%) de la población que sufre muerte y los días de supervivencia tras la irradiación. (Ejemplo: DL 50/30 = El 50% de la población moriría al cabo de 30 días).
Permite comparar los efectos letales que producen los distintos niveles de dosis; para el hombre una irradiación corporal total se encuentra en el intervalo de 2,5 a 3 Gy.
Representando el tiempo de supervivencia humana en función de la dosis recibida se obtiene una curva con 3 zonas bien diferenciadas.
A) ZONA 1
Es la zona llamada Síndrome de la médula ósea (dosis de 3 a 5 Gy). La muerte se produce al cabo de 30 a 60 días como consecuencia de las lesiones del sistema hematopoyético al destruirse la médula ósea.
B) ZONA 2
Se denomina Síndrome del sistema gastrointestinal (dosis de 5 a 15 Gy). Provoca la muerte al cabo de 10 a 20 días como consecuencia de la eliminación de la mucosa intestinal.
C) ZONA 3
Se denomina Síndrome del SNC (dosis superiores a 15 Gy). La muerte se produce de 1 a 5 días.
La respuesta orgánica a una dosis de irradiación corporal total aguda se divide en 3 etapas:
- Etapa prodrómica: caracterizada por náuseas, vómitos y diarrea. Puede durar desde unos minutos hasta días. Comprenden los síntomas que aparecen en las primeras 48h después de la irradiación.
- Etapa latente: se caracteriza por la ausencia de síntomas y puede durar desde algunas horas hasta semanas.
- Etapa de enfermedad manifiesta: donde se presentan los síntomas concretos de los sistemas lesionados.
SÍNDROME DE IRRADIACIÓN CRÓNICA
También denominado Radiotoxemia. Es la respuesta a la radiación que se presenta durante el tratamiento radioterapéutico de pacientes con cáncer al aplicar pequeñas dosis fraccionadas en áreas corporales reducidas. No tiene gran importancia clínica. Es similar al mareo en ciertos viajes, que consiste en náuseas, mareos, vómitos…

8. Respuesta del Embrión y del Feto

El feto es el embrión de más de 6 semanas. Los efectos más destacados son:

Letalidad o muerte del ser en desarrollo.
Anomalías congénitas manifestadas en el nacimiento.
Anomalías congénitas a largo plazo no visibles en el nacimiento y que aparecen durante la vida del portador.

Éstos efectos pueden producirse por una mutación en el óvulo o en el espermatozoide o producido directamente por exposición del feto a la radiación. En general, se puede afirmar que una dosis de 2,5 Gy a embriones producen efectos que varían según la duración de la gestación de la siguiente forma:

De 2 a 3 semanas: en éste periodo se producen gran número de muertes prenatales pero pocas anomalías graves en los niños que llegan a nacer.
De 4 a 11 semanas: se pueden producir anomalías graves en muchos órganos, en especial esqueleto y SNC.
De 11 a 16 semanas: se presentan cuadros clínicos de retraso mental y microcefalea.
De 20 semanas en adelante: se pueden producir alteraciones de algunas funciones.