Tema 8

EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES

8.1 Interacción de las radiaciones ionizantes con la materia

La Radiobiología estudia los fenómenos que suceden una vez que un tejido vivo ha absorbido la energía depositada por las radiaciones ionizantes (lesiones que se producen y mecanismos que tiene el organismo para "reparar" esas lesiones). Como la interacción de la radiación con un átomo es probabilística, la posible lesión que produzca tendrá también carácter probabilístico y aunque el depósito de energía es un proceso físico que ocurre en un tiempo muy corto, del orden de 10-17s , el posible efecto biológico puede aparecer después de un período de latencia que puede ser de varios años.

Debido al carácter probabilístico de la interacción, ésta no se realiza de forma selectiva sobre ninguna zona concreta de la célula.

Las lesiones que producen las radiaciones ionizantes no son específicas de las mismas, e idénticas lesiones se pueden producir por otras causas; de ahí la dificultad de discernir los efectos causados por las radiaciones ionizantes frente a otras etiologías.

La acción de las radiaciones ionizantes sobre la célula siempre es de tipo lesivo (o sea siempre se produce un "daño" a la célula). No obstante en ocasiones se busca precisamente dañar cierto tipo de células como es el caso de la radioterapia antitumoral que persigue la destrucción de las células de los tumores malignos ("neoplasias malignas"). No se puede afirmar sin embargo que las radiaciones ionizantes se utilicen siempre en radioterapia buscando su efecto "antineoplásico” ya que en algunas discutidas ocasiones se podrían utilizar con otros fines (acción antiinflamatoria por ejemplo).

8.2 Mecanismos de acción: Teorías

Las células constituidas por distintos tipos de componentes orgánicos (proteínas, carbohidratos, ácidos nucléicos y lípidos) que forman el núcleo y el citoplasma, que a su vez contienen varios orgánulos celulares entre los que hay que destacar los cromosomas (situados en el interior del núcleo) por su específica función de control de las actividades celulares. Los cromosomas son portadores de genes, unidades de material genético responsable de transmitir la información hereditaria que contiene la célula. Los genes están formados pro una macromolécula llamada ácido desoxirribonucleido (DNA), que es una estructura de doble cadena con una configuración en hélice. Las subunidades del DNA son bases nitrogenadas (purinas y pirimidinas: adenina, guanina, timina y citosina); un azúcar con 5 carbonos y ácido fosfórico. Todo ello se denomina nucleótido, y es de gran importancia, ya que la secuencia de las bases nitrogenadas es lo que constituye la información genética de la célula.

Las células se clasifican en germinales y somáticas en función de que puedan dar lugar a otro ser (germinales) o que no tengan esta capacidad. El número de cromosomas de las células somáticas es "diploide" (se puede expresar como 2n, donde n es un número entero) e igual a 46 en todas las células somáticas de los seres humanos, y "haploide" (igual a n) en las células germinales.

La división o multiplicación celular se hace a través de un proceso que se llama mitosis para las células somáticas y meiosis para las germinales.

La división o multiplicación celular se hace a través de un proceso que se llama mitosis para las células somáticas y meiosis para las germinales.

La acción de la radiación sobre un material biológico se dice que puede ser directa (si provoca la rotura de un enlace en una molécula "clave" como puede ser el DNA) o indirecta (si afecta al "medio" en el que se desarrollan las funciones celulares provocando iones y radicales libres que afectan lógicamente la "química" de los procesos celulares). El ejemplo más importante de acción indirecta es el de la hidrólisis del agua (formación de HOH positivo y HOH negativo).

La "teoría del impacto" explica de forma bastante intuitiva la acción directa de las radiaciones ionizantes a nivel microscópico y macroscópico. Se supone que en la célula existen moléculas que se pueden sustituir y moléculas "clave" que son únicas e insustituibles; estas son los "blancos" y sobre ellos se producen los "impactos". Un blanco típico sería el DNA y los cambios en éste suponen cambios en la información genética (a los que se llama mutaciones). Las mutaciones podrán suponer una alteración de las funciones celulares (ya que son los cromosomas los que las rigen), desde un mínimo, como fallos en las mitosis, hasta un máximo, que provoque la muerte celular, o una alteración en la información de transmita una célula germinal.

Se sabe que la relación respuesta biológica-dosis de radiación, es de tipo "sigmoide" (curva en forma de S), cuando nos referimos a una respuesta de tipo aleatorio o estocástico, es decir al incremento de probabilidad de que aparezca el efecto; pues bien, la forma de la curva es interpretable haciendo la consideración de que inicialmente la pendiente es suave porque a bajas dosis, cada estructura celular recibe pocos "impactos" y el efecto de la radiación apenas se nota. Después de esa primera etapa, al haber ya muchas estructuras "tocadas", basta otro impacto para que el efecto se manifieste y por eso se

llega a la zona con mucha pendiente (pequeños incrementos de dosis suponen grandes incrementos de probabilidad de ocurrencia del efecto). La última zona de pendiente suave se puede interpretar como la llegada a la saturación; ya están prácticamente inutilizadas todas las estructuras celulares y grandes incrementos de dosis suponen pequeñas variaciones en la probabilidad del efecto observado.

De acuerdo con todo lo anterior, es fácil interpretar la afirmación de que la severidad (o gravedad) de un efecto estocástico es independiente de la dosis; un incremento de dosis supone un incremento de probabilidad de ocurrencia pero no un incremento de la gravedad del daño en sí. Una mutación que suponga una malformación en un descendiente se puede producir con un único fotón si se rompe un enlace "clave2 en una molécula de DNA. Si inciden varios millones de fotones lo que aumentará será la probabilidad de que se produzca la mutación pero no aumenta la gravedad de la mutación propiamente dicha.

Sin embargo, un incremento en la dosis significará lógicamente un incremento proporcional de rupturas simples en los cromosomas, número que no se verá afectado, en principio, por la tasa de dosis. La tasa de dosis afectará sobre todo a las llamadas aberraciones complejas en los cromosomas (rupturas múltiples). Para una aberración múltiple no se precisa sólo que ocurran dos o más rupturas en un mismo cromosoma sino que se produzcan con escaso intervalo de tiempo con objeto de que no puedan actuar los mecanismo de "reparación" (los extremos rotos de un cromosoma permanecen abiertos de 30 a 60 minutos).

Con relación a la transferencia lineal de energía (LET) también se puede afirmar que las aberraciones complejas no se suelen dar con radiaciones de baja LET (es poco probable que se deposite energía para dos rupturas en un mismo cromosoma) sino preferentemente con las de alta LET.

En resumen, se puede afirmar que la gravedad o severidad de un efecto concreto (una mutación específica) no depende ni de la dosis ni de la tasa de dosis. Lo que depende es la probabilidad de que aparezca tal mutación. Sí dependen de la dosis, de la tasa de dosis y de la LET, el tipo y número total de mutaciones que se producen.

8.3 Efectos deterministas y efectos estocásticos

Cuando se estudia la acción macroscópica de las radiaciones ionizantes (RI), se habla de efectos deterministas cuando la interacción de las RI provoca un efecto seguro a partir de un umbral de dosis. En este caso, la gravedad de la lesión depende de la dosis (opacidades en cristalino y lesiones en piel, por ejemplo). Los efectos estocásticos son aquellos que no se producen con seguridad sino que aumenta su probabilidad de aparición en función de la dosis de radiación que se absorbe. La ICRP admite que para este tipo de efectos no existe umbral de dosis y que la gravedad es independiente de la dosis. Lo que varía con la dosis es el incremento de probabilidad de un determinado efecto (típicamente cánceres y malformaciones en los descendientes de las personas irradiadas).

8.4 Radiosensibilidad

La radiosensibilidad se define como la mayor o menor afectación celular de los diferentes tejidos orgánicos por las radiaciones ionizantes. Desde 1906 se aceptan las leyes descritas por Bergonié y Tribondeau que afirman que la radiación ionizante es más eficaz sobre las células que son activamente mitóticas (o sea que se dividen mucho), que no están diferenciadas (o sea que no han alcanzado un elevado grado de especialización en su forma y funciones) y que tienen por delante un largo futuro de divisiones.

Así, por ejemplo, en el testículo, el espermatozoide es la célula madura y las espermatogonías son las células madre o indiferenciadas, y son por tanto más radiosensibles. En el sistema hematopoyético (responsable de la formación de sangre circulante, es la célula sanguíneas), el hematíe o eritrocito que existe en la sangre circulante, es la célula madura diferenciada, y el eritroblasto, localizado en la médula ósea, es la célula madre no diferenciada y más radiosensible.

Existen excepciones como la del linfocito (un tipo de glóbulo blanco, formado a expensas de la célula madre: el linfoblasto) que aunque muy diferenciado, es muy radiosensible.

A nivel de tejidos y órganos, su radiosensibilidad dependerá del tipo de células que los constituyan. Los tejidos y órganos están formados por el parénquima (que contiene las células características del tejido u órgano) y el estroma (tejido conjuntivo y vascular que actúa como estructura de soporto) y generalmente se daña primero el parénquima.

La respuesta celular a la radiación se puede modificar por factores externos a la propia célula como serían algunos productos químicos (que alterarán el efecto de los radicales libres producidos) o la propia LET y tasa de dosis como ya se ha indicado.

8.5 Respuesta celular a la radiación

La respuesta celular a la radiación se suele estudiar con la curvas de supervivencia celular (número de células supervivientes en función de la dosis) que presentan casi siempre forma exponencial más o menos complicada en función de que se suponga la célula muerta con un solo impacto, como podría ser el caso de los virus, o con varios impactos, como sería el caso de las bacterias.

Una posible respuesta a la radiación es la muerta celular antes de que la célula entre la mistosis (muerte en interfase). Los linfocitos, por ejemplo, la presentan a dosis menores de 0,5 Gy (caso especial, ya que la dosis es muy baja). Se supone que este efecto es consecuencia de cambios bioquímicos.

Otro posible efecto es el retraso mitótico que como su nombre indica, es un retraso de la evolución normal hacia la mitosis y que suele dar lugar a una sobrecarga mitótica en el período postirradición ya que llegarán a la mitosis las células que les corresponde en evolución normal más aquellas que se habían retrasado. Normalmente se define el índice mitótico como el cociente entre el número de células que están en mitosis en cada instante y el número total de células.

El tercer tipo de efecto que se observa es el llamado fallo reproductivo que consiste en la incapacidad de las células para experimentar divisiones repetidas después de la irradiación(sólo se pueden dividir una o dos veces pero no más, por tener parte de su estructura dañada).

La respuesta celular a la radiación se suele estudiar con las curvas de supervivencia celular (número de células supervivientes en función de la dosis).

Las curvas de respuesta resultan ser exponenciales debido al carácter probabilístico de la interacción de la irradiación con la materia. Así, si se irradia una población celular de n blancos, (siendo n>1 con una dosis dada, algunas células de la población sufrirán impactos en solo algunos blancos (lesión subletal) y otras no sufrirán ningún impacto. A medida que aumenta la dosis, hay mayor probabilidad de que se produzca la ionización en zonas previamente "impactadas", resultando la dosis altas, más eficaces para producir la muerte celular.

La curva de supervivencia celular (figura 3.3) se define mediante tres parámetros:N = número de extrapolaciónD0 =Dosis D37 = 1/ pendiente; dosis que inactiva a toda la población menos al 37% (1/e); representa la radiosensibilidad de una población concreta.Dq = Dosis cuasi-umbral, que es la dosis en la cual la curva de supervivencia se hace exponencial. Ello se debe a las lesiones subletales a bajas dosis.Un ejemplo de muerte de una célula con un solo impacto podrá ser el caso de un virus. Las bacterias serían un buen ejemplo de muerte con varios impactos.

8.6 Factores que influyen la respuesta (físicos, químicos y biológicos)

Como ya se ha indicado con anterioridad, existen distintos tipos de factores que son capaces de afectar la respuesta celular a la radiación.

Los factores físicos más importantes son la LET (transferencia lineal de energía) y la tasa de dosis. Las radiaciones con mayor transferencia lineal de energía provocan mayor efecto biológico y las tasas de dosis altas, provocan también mayor efecto biológico que las hojas. La ICRP (comisión Internacional de Protección Radiológica) considera aceptable utilizar un factor 2 para comparar la respuesta a bajas tasas de dosis frente a las altas tasas de dosis.

Algunos agentes químicos pueden actuar como radiosensibilizantes (como el oxígeno, que aumenta la eficacia de la radiación debido a que potencia la formación de radicales libres y hace irreversibles muchos de los daños causados por la radiación) o radioprotectores (deben estar presentes en el momento de la irradiación) que suelen ser compuestos químicos que contiene el grupo sulfhidrilo (SH) como la cisteina y la cisteamina. Se supone que los radioprotectores actúan reduciendo el número de radicales libres generados en la acción indirecta de las radiaciones.

El efecto del oxígeno como radiosensibilizante es tan importante que se ha definido una "relación de potenciación del oxígeno" (OER = oxigen enhacement ratio) como el cociente entre la dosis de radicación que produce un determinado efecto biológico en ausencia de oxígeno (células hipóxicas) y la dosis de radiación que produce la misma respuesta biológica en presencia de oxígeno. Para las células de los mamíferos, la OER es del orden de 2,5 si se irradia con baja LET y disminuye mucho si se irradia con alta LET.

Finalmente, los factores biológicos que afectan la respuesta celular a la radiación son: a) el momento del ciclo celular cuando se produce la irradiación (las células son más radiosensibles justo antes de loa mitosis y durante la mitosis que después de la misma o durante la síntesis del DNA), y b) capacidad de la células para reparar las radiolesiones. La forma curvada inicial de las curvas de supervivencia celular indican que las lesiones se pueden distribuir en varios blancos antes de que sean las segundas o terceras lesiones las que empiecen a ocasionar muertes celulares. Si los impactos se producen con un cierto intervalo de tiempo, pueden actuar los mecanismos de reparación. La falta de oxígeno entorpece la capacidad de reparación.

Si se irradia la dosis D1 sin fraccionamiento, una población celular habría una fracción de supervivencia inferior a 0,01; si se fracciona una vez, la supervivencia sería mayor y si se fracciona dos o más veces todavía mayor (del orden de 0.,5).

8.7 Respuesta sistémica a la radiación

Al hablar de respuesta sistémica a la radiación nos referimos a la respuesta de un sistema que dependerá de los órganos que lo constituyan y la de éstos, de sus tejidos (tanto el parénquima como el estroma) y de las poblaciones celulares de estos tejidos.

La referencia a dosis bajas, moderadas o altas se hace con órdenes de magnitud inferiores a 1 Gy, entre 1 y 10 Gy y superiores a 10 Gy, respectivamente, y suponiendo que se reciben de una sola vez y en un solo órgano.

La respuesta a la radiación de un sistema u órgano se define como el conjunto de cambios morfológicos y/o funcionales detectables, producidos por una dosis en un cierto tiempo y será función de la dosis y del tiempo postirradiación que transcurre hasta la valoración del efecto. Evidentemente los cambios que se observan no son característicos de la radiaciones ionizantes y pueden ser producidos por otros agentes.

La respuesta morfológica se produce en dos fases: a)cambios iniciales (durante los primeros seis meses) que pueden ser reversibles o irreversibles y b)cambios tardíos son permanentes, irreversibles y progresivos.

La curación de los efectos de las radiaciones ionizantes sobre un órgano o más sistemas se puede dividir en: a) regeneración, cuando la sustitución de las células dañadas se hace por el mismo tipo de células que ya existían antes de la irradiación; supone una restitución total de la función; b)reparación, cuando la sustitución de las células que se limitan a "tapar el hueco" (por ejemplo, una cicatrización por tejido conjuntivo).

Son alteraciones iniciales típicas (debidas sobre todo a modificaciones en la permeabilidad celular) las inflamaciones, edemas (acumulaciones anómalas de líquido orgánico intra o extracelular) y hemorragias. Las alteraciones tardías más típicas son: fibrosis (acumulación inferior a lo normal o función disminuida), ulceraciones, necrosis, etc.

Se podría hacer una breve descripción de los efectos y radiosensibilidad de los órganos y tejidos más importantes del cuerpo humano concretándolos en los siguientes términos:

Sistema hematopoyético; formado por médula ósea /muy radiosensible), sangre circulante (radiorresistente excepto los linfocitos), ganglios linfáticos, bazo y timo (muy radiosensibles). El efecto primario de la radiación sobre la médula es disminuir el número de células madre (célula STEM) y por tanto la posterior disminución del número de células circulantes. Recuérdese que las células circulantes en sangre son los hematíes o eritrocitos (también llamados glóbulos rojos), los granulocitos o leucocitos, también llamados glóbulos blancos (neutrófilos, eosinófilos y basófilos) y las plaquetas o megacariocitos formadas a partir de las células madre eritroblastos, mieloblastos y megacarioblastos, respectivamente situados fundamentalmente en la médula ósea. Los linfocitos y los monocitos formados a partir del linfoblasto y monoblasto que se sitúan fundamentalmente en glanglios linfáticos, timo y bazo.

Piel , en la epidermis, las células más radiosensibles son las de la capa basal, indiferenciadas y en continua división para producir células que reemplazan a las que se

pierden en la superficie de la piel (capa córnea). Se observan efectos iniciales que de menor a mayor gravedad serán el eritema, depilación y pigmentación y los diferentes tipos de radiodermitis (seca o descamativa, húmeda o ampollosa y necrotizante o radionecrosis), con irradiaciones agudas en el orden de los 10 a 20 Gy.

Sistema digestivo, formado por cavidad bucal, esófago, estomago, intestino delgado, intestino grueso, recto, glándulas salivares, hígado y páncreas. La parte más radiosensible es el intestino delgado debido al gran número de formaciones linfáticas que contiene.

Sistema reproductor, en el aparato genital masculino, el órgano más radiosensible es el testículo que como se sabe está constituido por un primer tipo de células (espermatogonias y espermatozoides) con misión reproductora, y un segundo tipo de células cuya misión es la producción de hormonas masculinas; siendo este segundo tipo muy resistentes a la radiación es por lo que se explica que en la castración del varón se suprima la actividad reproductora sin afectación de sus caracteres sexuales masculinos. Se produce esterilidad temporal con 2,5 Gy y permanente con 5 Gy.

Con respecto al aparato genital femenino, el ovario es el órgano más radiosensible y de forma distinta que en el varón, al producir la destrucción de las células ovulares, se va a originar no solamente una castración o esterilidad sino también una pérdida de los caracteres sexuales femeninos secundarios, ya que la producción de las hormonas femeninas se debe a las células de la teca y de la granulosa que rodean al óvulo dentro del folículo y que también se afectan a esa dosis.

En la mujer, el número de óvulos es fijo en el momento del nacimiento (alrededor de 500.000 en cada ovario) y llegada la pubertad y hasta la menopausia se produce la maduración de uno de estos óvulos en cada ciclo (por lo general). De esta forma, la dosis necesaria para producir una castración permanente en una mujer joven será mayor en una premenopáusica al tener esta menor número de óvulos (de 3 a 5 Gy).

De los tres posibles efectos a considerar en gónadas: introducción de tumores malignos, esterilidad y efectos hereditarios para los descendientes, son estos últimos los más importantes.

Ojo, el cristalino tiene células que se dividen, activamente y no existe mecanismo para sustituir las células dañadas. Se forman cataratas (opacidad del cristalino) por coagulación de proteínas a partir de los 2 Gy.

La ICRP diferencia entre opacidades detectables y cataratas. Se consideran diferentes umbrales en función de que se trate de una exposición única, o de exposiciones muy fraccionadas en un cierto momento de la vida o de exposiciones muy fraccionadas recibidas durante muchos años.

El desarrollo de cataratas depende de la dosis, de la edad del individuo, y si se irradia todo el cristalino o tan sólo una parte del mismo.

Los umbrales citados por la ICRP son los siguientes

Opacidad 0,5-2,0 Sv (en exposición única)

detectable: 5 Sv (en exposición fraccionada)>0,1 Sv/año (tasa anual continuada)

Sistema cardiovascular, formado por los vasos sanguíneos y el corazón. Las lesiones de los vasos pueden significar la oclusión de los mismos. El corazón se creía que era radiorresistente aunque hoy se duda de su radiorresistencia.

Huesos y cartílagos, radiorresistentes excepto si están en crecimiento.Sistema respiratorio, formado por laringe, tráquea y pulmón. Los pulmones

presentan respuesta observable para dosis del orden de 10 Gy. Se produce una inflamación denominada "neumonitis por radiación"

Sistema urinario, formado por riñones, uréteres, vejiga y uretra. Los riñones tienen sensibilidad análoga a la del pulmón. Las lesiones (nefritis por radiación), son consecuencia de lesiones vasculares.

Sistema nervioso central (SNC), formado por cerebro y médula espinal; es muy radiorresistente (está formado por células bien diferenciadas que no se dividen –neuronas-). El nivel umbral de las lesiones en SNC se suele situar entre 20 y 40 Gy.

Por alteración vascular, se produce edema cerebral con hipertensión intracraneal y muerte. Si la dosis no es tan alta, se produce una meningoencefalitis o una mielitis (afectación en médula).

8.8 Respuesta orgánica total a la radiación (adultos, embrión y feto)

La respuesta orgánica total viene determinada por la respuesta combinada de todos los sistemas orgánicos a la irradiación. La respuesta de un organismo adulto a una exposición aguda (en un tiempo muy corto del orden de minutos o inferior) de todo el organismo produce signos, síntomas y un cuadro clínico variable que se conoce con el nombre de síndrome agudo de irradiación (SDI).

Generalmente, la exposición que da lugar al llamado SDI ocurre en forma aguda, irradiándose el cuerpo humano desde el exterior y casi todo el organismo.

Con objeto de poder comparar los efectos letales de distintos niveles de dosis, se suele utilizar el concepto de dosis letal porcentual en función del tiempo, con una notación de la forma DL 50/30 que significa la dosis letal necesaria para matar al 50% de la población expuesta al cabo de 30 días. La DL 50/30 está en el orden de los 2,5ª-3,0 Gy para el hombre (irradiación a cuerpo entero).

Si representáramos el tiempo de supervivencia del ser humano en función de la dosis recibida se llegaría a una curva como la de la figura (los valores deben entenderse como órdenes de magnitud). La zona 1 corresponderá al llamado "síndrome de médula ósea" (destrucción de la médula ósea), la zona 2 será la del "síndrome gasto-intestinal" (se lesiona especialmente el intestino delgado) y la 3 corresponderá al "síndrome del sistema nervioso central".

La respuesta de un animal a una irradiación total aguda se suele poder diferenciar en tres etapas:

Etapa "prodrómica", que se caracteriza por náuseas, vómitos y diarreas, cefaleas, vértigo, alteraciones de los órganos de los sentidos, taquicardia, irritabilidad, insomnio, etc., y pueden durar desde algunos minutos hasta varios días.

Etapa latente, que se caracteriza por la ausencia de síntomas y puede durar desde algunas horas hasta varias semanas.

Etapa de "enfermedad manifiesta", donde se presentan los síntomas concretos de los sistemas lesionados.

Síndrome de la médula ósea: Se produce con dosis de 1-10 Gy; la fase prodrómica aparece a las pocas horas y consiste en vómitos, náuseas y diarreas. La fase latente puede durar entre algunos días y tres semanas, según la dosis. En la tercera semana se inicia la enfermedad hematopoyética, con leucopenia y plaquetopenia muy marcadas. La inmunidad está deprimida, por lo que aparecen infecciones graves. Habrá hemorragias, por trastornos en la coagulación, que acentuarán más la anemia debida a la lesión medular. n A partir de la quinta semana se inicia la recuperación si las dosis han sido inferiores a 3 Gy; dosis más altas pueden provocar la muerte en 2 a 6 semanas.

Síndrome gastrointestinal: Se presenta en dosis por encima de 5 Gy. la DL del 100% para el hombre está situada entre los 6 y 10 Gy.

La etapa prodrómica se produce a las pocas horas de exposición y se caracteriza por náuseas, vómitos y diarreas muy intensas. La fase latente dura desde el segundo al quinto día post-irradiación. En la enfermedad manifiesta vuelven a aparecer las náuseas, vómitos y diarreas con fiebre. Entre el tercero y el decimocuarto días se puede producir la muerte. La sintomatología se debe a la lesión del tramo gastrointestinal, y en parte a la médula ósea.

El intestino delgado pierde su mucosa; existe un cuadro de mala absorción, con pérdida de líquidos, proteínas y electrolitos por vía digestiva, pareciendo deshidratación y hemorragias intestinales. Se favorece la infección generalizada producida pro los gérmenes habituales del intestino, sobre todo si existe leucopenia por afectación de la médula ósea y depresión inmunitaria.

Síndrome del sistema nervioso central: se produce a dosis mayores de 50 Gy, aunque este sistema se afecta con dosis de 20 Gy. la fase prodrómica aparece rápidamente y su duración es a veces de minutos. Hay náuseas, vómitos y síntomas psíquicos (confusión, irritabilidad, etc.) y neurológicos (disminución de conciencia, quemazón en la piel, etc.). La fase latente dura escasas horas. A las 4 a 6 horas de la irradiación, aparece la fase final con sintomatología neurológica, convulsiones, ataxia, grados progresivos de coma, etc., para sobrevivir la muerte, a los 2 a 3 días post-irradiación. La causa de ésta es un cuadro de hipertensión endocraneal muy fuerte, con edema cerebral, hemorragias y meningitis aséptica por afectación vascular sobre todo.

Una segunda variedad de respuesta a la irradiación consiste en el síndrome de irradiación crónica también denominado "pequeño mal de rayos" o radiotoxemia que se puede observar durante el tratamiento radioterápico de los enfermos tumorales, al aplicar pequeñas dosis fraccionadas en áreas reducidas a lo largo del tratamiento. No tiene gran importancia clínica y su sintomatología recuerda al mareo producido en algunos medios de transporte (barco, avión, etc.) y consiste en náuseas, vómitos, tendencia a la diarrea, cefaleas, ligera elevación de la temperatura, pérdida de apetito, insomnio, mareos, etc.

8.9 Efectos sobre el embrión y feto

El caso del ser humano en desarrollo debe ser tratado aparte del adulto por sus peculiaridades frente a las radiaciones ionizantes. Nos referimos a efectos sobre el embrión o el feto (al final de la sexta semana después de la concepción, el embrión se denomina feto).

Los efectos de las radiaciones ionizantes en embriones y/o fetos pueden ser los siguientes:

Letalidad (muerte del ser en desarrollo).

Anomalías congénitas (producidas por efecto de la irradiación en útero y no heredadas) que se manifiestan al momento de nacer.

Anomalías congénitas que no se manifiestan en el momento del nacimiento sino más tarde.

Habría que tener en cuenta que estos efectos también podrían ser causados pro una mutación en los óvulos o espermatozoides que generan el nuevo ser. Mutación que se habría producido en los padres (o abuelos) y "transmitido" al nuevo ser engendrado (efecto genético).

Los efectos en embrión y/o feto, serán críticamente dependientes del tiempo de gestación ya que a medida que transcurre este tiempo, se van desarrollando las distintas estructuras del nuevo ser.

En la etapa de pre-implantación, dosis del orden de 1 Gy a embriones antes de la segunda-tercera semanas de gestación, suponen un gran número de muertes prenatales pero pocas anomalías graves en los niños que llegan a nacer.

En la etapa de organogénesis, la irradiación de fetos entre 4 y 11 semanas de gestación puede producir anomalías graves en muchos órganos, especialmente en el SNC y esqueleto.

La irradiación del feto entre las semanas 11 y 16, puede producir retraso mental y microcefalia; y a partir de la semana 20, pueden producirse defectos funcionales. La tabla adjunta presenta un resumen de los riesgos (y sus correspondientes factores de probabilidad) a lo largo del embarazo.

Si la irradiación se produce entre las semanas 8 y 15, se observan retrasos mentales graves con un factor de riesgo (aumento de probabilidad pro unidad de dosis) de 0,4 Sv-1y con un factor de 0,1 Sv-1 para la semana 15 a la 25.

Los datos experimentales se ajustan a una función que podría tener un umbral cuyo valor no está bien determinado, pero que se estigma entre 0,12 y 0,2 Gy.

En las últimas recomendaciones de la ICRP publicadas en 1991, se recoge el efecto de la irradiación del feto en términos de aumento de probabilidad de disminución del coeficiente de inteligencia. Si se considera el coeficiente de inteligencia 100 como normal, se observa una disminución de 30 puntos en el valor de dicho coeficiente de inteligencia, por cada Sv durante la semana 8 a la 15 del embarazo.

Con respecto a la inducción de cánceres incluyendo leucemia, los factores a considerar para la exposición prenatal durante todo el embarazo serían incrementados del 2,85 por parte de algunos autores hasta un 13% por Sievert, según otros autores. En este segundo caso estos autores diferencian el riesgo según el momento de la gestación, indicando que es mucho mayor en el primer trimestre y más pequeño en el tercero.

Téngase en cuenta que para miembros del público ya adultos, el aumento de probabilidad de cáncer fatal es de un 5% por Sievert.

Estos estudios según la ICRP, están pendientes de completar; entre otros aspectos, no ha pasado el suficiente tiempo para contabilizar todos los cánceres tardíos de los irradiados en útero en Japón.

El problema que se plantea es si las bajas dosis a los pacientes que se imparten habitualmente en Radiodiagnóstico y Medicina Nuclear, pueden afectar a un embrión humano en sus primeras semanas de gestación. Es difícil establecer la relación causa-efecto ya que la incidencia de defectos congénitos en la población es bastante elevada (6 a 8%, si se engloban los espontáneos y los inducidos por cualquier agente teratogénico). Además, no puede precisarse su etiología ya que prácticamente ningún defecto es específico del agente que lo puede provocar.

Las únicas aproximaciones que pueden ser útiles son las estimaciones de los incrementos de probabilidad de efectos concretos en función de la etapa de la gestación, si se conocen las dosis recibidas por el embrión.

8.10 Efectos tardíos de la radiación: somáticos y genéticos

Aparte de las distintas etapas de afectación de los diferentes órganos (fibrosis, ulceraciones, etc.)que se pueden presentar tardíamente pero que son efectos típicamente no estocásticos, los efectos tardíos de la radiación son los probabilísticos o estocásticos, los efectos tardíos de la radiación son los probabilísticos o estocásticos. Para ellos no cabe hablar de existencia de un umbral, basta una única interacción (simbólicamente hablando) para que se produzcan, y lo que aumenta con la dosis es la probabilidad de que aparezcan.

Estos efectos se clasifican en:

Somáticos: que afectan a la salud del individuo que ha recibido la dosis. Son fundamentalmente todos los tipos de cánceres (leucemia, carcinoma de piel, osteosarcoma, carcinoma de tiroides, etc.). Algunos autores consideran el "acortamiento no específico de la vida" (una especie de aceleración del envejecimiento) como un efecto tardío somático de la radiación.

Genéticos: que afectan a la salud de los descendientes de la persona irradiada. Son las mutaciones que suponen malformaciones de cualquier tipo (por ejemplo el mongolismo). La radiación incrementa el número de mutaciones que se sabe se producen de forma espontánea con cierta probabilidad. La radiación no produce mutaciones nuevas o típicas ya que efecto de la radiación ionizante es inespecífico.

8.11 Factores de riesgo

Como ya se indicó con anterioridad, para los efectos estocásticos, la relación respuesta-dosis es de tipo sigmoide (curva en forma de "S") pero a bajas dosis, se puede aproximar con una relación lineal.

El incremento de probabilidad de que se produzca un efecto determinado (un tipo de cáncer o una mutación concreta) se podrá evaluar como:

Aumento de probabilidad = m (dosis)

La pendiente m (que depende evidentemente de la zona de la curva sigmoide en que nos situemos), se llama factor de riesgo y se mide en Sv-1.

Por ejemplo, el factor de riesgo medio para leucemia al irradiar médula a bajas dosis, es de 2 . 10-3 Sv-1 (0,002 por Sievert) y ello significa que el incremento de la probabilidad de que aparezca leucemia se puede calcular multiplicando 0,002 por la dosis equivalente (en Sv) recibida en médula.

Se llama dosis de duplicación a la dosis que duplica la probabilidad de que aparezca un efecto.

Según las recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección Radiológica de 1977, los factores de riesgo medios para los distintos órganos y tejidos son los siguientes:

Gónadas: El factor de riesgo medio para efectos hereditarios en las dos primeras generaciones se toma como 0,0004 por Sievert.

Hueso: El factor de riesgo para cáncer de hueso se toma como 0,0005 por Sv.

Médula: El factor de riesgo para leucemia se toma como 0,002 por Sv.

Pulmón: El factor de riesgo para cáncer de tiroides se toma como 0,002 por Sv.

Tiroides: El factor de riesgo para cáncer de tiroides se toma como 0,005 por Sv.

Otros tejidos: El factor de riesgo para cáncer en el resto de tejidos u órganos no citados, se toma como 0,005 por Sv (estómago, intestino, glándulas salivares, hígado, etc.) y cada órgano aislado, no es responsable de más de 1/5 de este factor.

Si sumamos todos los factores obtenemos un total de 0,0165 por Sievert lo que significa que si la dosis equivalente efectiva Hwb la definimos como:

Con Wt = factores de ponderación, que representan la proporción de riesgo (estocástico) que resulta del tejido T al riesgo total cuando se irradia todo el cuerpo uniformemente y HT = dosis equivalente en el tejido T, y si a 0,0165 por Sv corresponde un factor de ponderación 1, a 0,004 por Sv (gónadas), le corresponderá un W de gónadas de 0,25.

Órganos Factores de ponderaciónGónadasHuesoMédulaPulmónTiroidesMamaOtros tejidos

0,250,030,120,120,030,150,30

8.12 Estimaciones de riesgos en las recomendaciones de 1990 de la ICRP (ICRP Publicación 60)

En las nuevas recomendaciones de la ICRP, las estimaciones de riesgos incluyen cánceres fatales, pérdida de tiempo de vida(que tiene en cuenta el período de latencia), cánceres no fatales y riesgos genéticos en todas las generaciones. En 1977 se consideraban únicamente los cánceres fatales y el riesgo genético se tomaba únicamente para dos generaciones. En 1977 no se diferenciaban los años de irradiación de los miembros del público y trabajadores mientras que ahora se tiene en cuenta que los miembros del público se irradian durante toda la vida (75 años de promedio) mientras que los trabajadores lo hacen durante 47 años (desde los 18 a los 65 años, de promedio).

La correcta expresión del riesgo debe incluir no sólo la probabilidad atribuible de muerte a lo largo de toda la vida, sino también la distribución de riesgo en función de la edad, después de cada exposición.

El riesgo se entiende convencionalmente como la probabilidad de un efecto nocivo. En Protección Radiológica, el riesgo debe incluir tanto la probabilidad de un efecto indeseado, como su carácter o gravedad.

Imponer límites de dosis sería relativamente sencillo si únicamente hubiera efectos deterministas; al existir también efectos estocásticos el problema no es únicamente científico de estimar el riesgo sino también social, de conocer la aceptabilidad de un determinado nivel de riesgo.

Según la Real Sociedad Británica, un riesgo ocupacional anual continuado de muerte de 0,01 (1%) es inaceptable mientras que un riesgo de 0,001 (1 por mil) se podría aceptar si se hiciera todo lo posible para reducir los riesgos y existiera un claro beneficio a cambio.

En Estados Unidos, los productos químicos considerados cancerígenos que provocan una probabilidad de muerte a lo largo de toda la vida de 0,004 (4‰) deben ser regulados aunque el coste sea importante. Para probabilidades individuales de muerte inferiores, existirá regulación si el control supone costes iguales o inferiores a 2 millones

∑= TTWB xHWH

de dólares por vida salvada. Este valor de 0,004 equivaldría a 1 mSv según las actuales estimaciones de riesgos de la ICRP.

En ICRP-26 (1977), un riesgo ocupacional fatal anual de 1 por mil para los individuos más expuestos era casi inaceptable (justo el límite). Para el público, con 1 mSv al año, la probabilidad falta estimada era de 1 en 1000.000 al año, comparable a los riesgos derivados del uso habitual de los transportes públicos.

ICRP-26 (1977) decía que en gónadas el riesgo de mortalidad por cáncer se tomaba como, 0,01 Sv-1 . Cuando se promediaba por edades y sexo, se adoptaba un valor de 0,004 Sv-1. Para el resto de generaciones posteriores, se tomaba otra vez este valor.

En ICRP-26 (1997) el factor de riesgo de mortalidad pro cáncer se tomaba como 0,01 Sv-1 o sea 1 en 100.000 por mSv, promediando por edad y sexo.

Los factores de riesgo particularizados por órganos, eran:

MédulaHuesoPulmónTiroidesMamaResto(5 órganos)

0,0020 Sv-1

0,00050,00200,00050,00250,0050

Total 0,0125 Sv-1

Con las nuevas estimaciones de riesgo adoptadas en 1990, con 20 mSv (recibiendo esta dosis anualmente), no se excedería el riesgo de muerte del 1‰ antes de los 65 años /y no antes de los 75 años para 10 mSv anuales). Para 50 mSv al año, este nivel de riesgo de excedería a los 55 años.

Una pérdida de esperanza de vida de 0,50 años correspondería a 1 mSv recibido durante toda la vida; 0, 27 años corresponderían a 5 mSv recibidos durante toda la vida.

0,46 años corresponderían a 20 mSv recibidos entre los 18 y los 65 años anualmente; 1,12 años corresponderían a 50 mSv recibidos anualmente entre 18 y 65 años(intervalo laboral habitual en la vida humana).

Actualmente la ICRP diferencia entre cánceres mortales, cánceres curables (que se ponderan) y efectos hereditarios que también se ponderan.

Anteriormente, en las recomendaciones de 1977 no se consideraban los cánceres curables.

Si consideramos a los miembros del público expuestos durante toda la vida recibiendo 1 mSv anualmente tendrían las siguientes probabilidades:

0,004 para cánceres fatales.0,0008 para cánceres curables ponderados.0,0011 para efectos hereditarios ponderados.Total 0,0059 (0,59%).

Con los factores de riesgo utilizados en las recomendaciones de la ICRP de 1977, para 1 mSv la probabilidad de cáncer fatal era de 0,001 a lo largo de toda la vida.

Estas probabilidades se refieren a probabilidad de muerte durante toda la vida irradiándose durante 75 años los miembros del público y durante 47 años los trabajadores.

Si se reciben 20 mSv anuales durante toda la vida laboral, las probabilidades totales serían las siguientes:

0,036 para cánceres fatales.0,0072 para cánceres curables ponderados.0,0072 para efectos hereditarios ponderados.Riesgo total 0,050 (es decir un 5%).

Si se reciben 50 mSv durante toda la vida las probabilidades totales serían las siguientes:

Cánceres fatales 0,086Cánceres curables ponderados 0,0172.Efectos hereditarios ponderados 0,0172.Riesgo total 0,120 (es decir un 12%).

Según las recomendaciones anteriores de 1977, la probabilidad total de cáncer fatal era de 0,029 (un 2,95).

8.13 Nuevos factores de ponderación para órganos (ICRP 1990)

Las nuevas recomendaciones presentan nuevos factores de ponderación para los órganos y tejidos y nuevas estimaciones de riesgos.

En las recomendaciones de 1990, el resto incluye cápsulas suprarrenales, cerebro, intestino grueso superior, superior, intestino delgado, riñón, músculo, páncreas, bazo, timo y útero (10 órganos).

Si alguno de estos órganos se irradiara más que cualquiera otro de los 12 a los que se asigna factor de ponderación específico, se aplicará un factor del 2,5%. El otro, 2,5% se aplicará a la dosis promedio en los otros órganos del "resto".

El "resto" se consideraba formado en 1977 por los cinco órganos más irradiados que no tuvieran un factor de ponderación especificado, aplicándose un factor de ponderación especificado, aplicándose un factor de ponderación de 0,06 a cada uno de ellos y despreciando la posible irradiación de otros tejidos.

Los nuevos factores y la consideración actual del "resto" pueden suponer variaciones significativas en las estimaciones de dosis efectiva. En exploraciones radiológicas abdominales los valores de dosis efectiva que se obtienen ahora pueden ser superiores o inferiores a los calculados con los coeficientes de 1977, con variaciones de hasta un 30%, dependiendo de la zona irradiada y del tipo de exploración radiológica. En estudios torácicos y de cabeza, las dosis efectivas actuales serían, en general, menores que las de 1977, hasta en algo más del 50% para estudios de cráneo.

En el cuadro 3.2. se comparan los coeficientes de probabilidad utilizados en 1977 y en 1990. Los valores de la tabla deben considerarse como una simplificación para hacer estimaciones de tipo global, ya que no tienen en cuenta la edad ni el sexo y se supone una población típica de miembros del público, con igual número de hombres que de mujeres. En 1977 no se diferenciaba entre miembros del público y trabajadores, y únicamente se tuvieron en cuenta los cánceres fatales y no los curables, que ahora se ponderan.

En la figura se puede ver el efecto sobre los distintos grupos de edad en una irradiación aguda de 0,1 Sv.

Nótese que, de la irradiación de órganos abdominales, al emplear los valores globales anteriores, se deduce un riesgo somático del orden de 5 veces mayor por unidad de dosis que el supuesto en 1977, y del orden de 3 veces más para el genético.

La pérdida de tiempo de vida esperado por cáncer fatal, y las fracciones de letalidad (que varían entre 0 y 1 están definidas como cánceres fatales/cánceres totales) resultan ser los siguientes (se citan algunos valores a título de ejemplo):

MédulaMamaEstómago

30,9 años18,2 años12,4 años

fracción de letalidadfracción de letalidadfracción de letalidad

0,990,500,90

Un niño tiene 2 veces más riesgo en exploraciones pediátricas que un adulto de 45 años y una niña 3 veces más que la adulta de 45 años.

8.14 Modelos de estimación de riesgos

El modelo multiplicativo (multiplicative risk projection mode) supone que la probabilidad de cáncer después de un período de latencia sigue el mismo modelo que la mortalidad natural de este tipo de cáncer. El modelo aditivo (additive risk projection mode) postula que el exceso de mortalidad es independiente de la mortalidad natural, después del tiempo de latencia.

La probabilidad de muerte por cáncer permanece constante o incluso baja, como en el caso de la leucemia o el cáncer de hueso. Este modelo predice tasas de muerte que son la mitad de las del modelo multiplicativo y mayor tiempo de vida perdida (20 años en promedio) que el modelo multiplicativo (13-15 años) por cada cáncer. El modelo aditivo no es consistente con la mayoría de datos epidemiológicos. La comisión ha elegido el modelo multiplicativo.