LA RADIOBIOLOGÍA

Es la ciencia que estudia los efectos que producen las radiaciones ionizantes sobre el material biológico. Esta ciencia se creó a raíz de observar los daños biológicos que producían las radiaciones ionizantes en las personas sometidas a su exposición.

Sin embargo no podía abandonarse, ya que los beneficios que aportaba en todos los campos eran insustituibles –sobre todo en medicina– por lo que los esfuerzos científicos fueron dirigidos a otra nueva ciencia –la protección radiológica– que consiguió obtener los beneficios y disminuir drásticamente los perjuicios. 

No ocurre así cuando las radiaciones ionizantes son utilizadas con fines bélicos, cuyo objetivo es causar el mayor daño posible; por ello el tema lo dividiremos en dos apartados:

• Radiobiología I, el uso de las radiaciones con fines pacíficos
• Radiobiología II, el uso de las radiaciones con fines bélicos.

• Esquema que explica el concepto de la radiobiología, destacando la interacción entre la radiación y los tejidos biológicos, así como sus efectos en las células y el ADN.
• Uso de las radiaciones con fines pacíficos. Cuando Conrad Röentgen presentó su primer informe sobre una nueva variedad de rayos, solicitó al científico Albert Von Kölliker poder radiografiarle y, minutos más tarde, Roentgen mostró la placa en la que se podían ver los huesos de Albert. Este hecho provocó el estallido del auditorio en un tumultuoso aplauso, que se continuó con una euforia científica desmesurada sin prever los posibles daños, lo que llevó a un uso desmesurado y sin protección a su exposición prolongada.
• La primera víctima descrita fue Clarence Madison Dally que durante la exposición industrial realizada en 1.896 en Nueva York expuso, reiteradamente sus manos a los rayos X para que pudieran observar las sombras en el esqueleto humano. Las manos se le ulceraron y posteriormente le fueron amputadas. También, Marie Curie, murió por anemia perniciosa aplásica, por una larga acumulación de radiactividad.
• Fue Henri Becquerel quien descubrió y publicó las propiedades perjudiciales de la radiactividad, tomando en cuenta las quemaduras que le produjo un frasco que contenía Ra₂₂₆. 

• Primer tubo de Rayos X
• Müller descubrió las mutaciones inducidas por las radiaciones. Desde entonces se han realizado numerosos estudios sobre las radiaciones ionizantes y sus efectos en el material biológico.  Estudios epidemiológicos (resultados de las bombas de Hiroshima y Nagasaki, de niños irradiados intraútero, de adultos irradiados, estudios en animales y estudios in vitro).
• LA CÉLULA 
• La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula.
• Características generales de las células. Hay células de formas y tamaños muy variados. Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo. Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. 
• Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. 
• Los efectos de las Radiaciones Ionizantes sobre la célula. Cuando las radiaciones interaccionan con la materia se produce una serie de fenómenos cuya consecuencia es la modificación de dicha materia. El ser vivo se defiende de esta agresión mediante una serie de mecanismos que intentan la reparación de la alteración inducida. 

• Al discutir los cambios que ocurren en el material biológico después de una interacción con las radiaciones ionizantes, es importante tener presentes las siguientes generalizaciones:
• La interacción de la radiación con las células es una función de probabilidad, una cuestión de azar, es decir pueden o no interaccionar y, si se produce la interacción pueden o no producirse daños.
• La interacción de la radiación en una célula no es selectiva: la energía procedente de la radiación ionizante se deposita de forma aleatoria en la célula; la radiación no “elige” ninguna zona de la célula.
• Los cambios visibles producidos en las células, tejidos y órganos como resultado de una interacción con radiaciones ionizantes no son únicos, no se pueden distinguir de los daños producidos por otros tipos de traumas. La interacción es de tipo inespecífico.
• Los cambios biológicos que resultan de las radiaciones se producen sólo cuando ha transcurrido cierto período de tiempo, periodo de latencia, que depende de la dosis inicial y que puede variar desde unos minutos hasta semanas o incluso años.
• La acción de las radiaciones sobre las células es siempre de tipo lesivo.

• Ilustración detallada de una célula eucariota, mostrando su núcleo y los orgánulos clave. 

• Cuando la radiación ionizante interacciona con una célula, se producen ionizaciones y excitaciones bien biológicas, como en el ADN, bien en el medio sobre el que se suspenden los orgánulos celulares. La acción de la radiación sobre la célula se puede clasificar en directa o indirecta, según el lugar en el que se produzcan esas alteraciones.

• Fases de la división celular
• Interacción de la radiación con la molécula de ADN. Mutaciones. El ácido desoxirribonucleico, DNA, es una molécula muy importante dentro de la célula debido a que es integrante de los genes y cromosomas, material genético de la célula. Por esta razón se considera una molécula blanco y la interacción de la radiación con ella puede producir graves daños en la célula afectada. Las alteraciones originadas en los cromosomas consisten en rupturas simples, dobles, en uno o dos de sus brazos.
• Una alteración causada sobre el DNA, los genes o los cromosomas se denomina mutación y representa una variación en alguna función celular, susceptible de ser transmitida a la descendencia. Eventualmente, una mutación podría representar una mejora; pero en radiobiología se acepta que una mutación es siempre un cambio negativo, o sea, un perjuicio para la célula, el organismo y en su caso, para la especie.
• Todos los seres vivos presentan de forma espontánea un número de mutaciones que en el transcurso de la evolución se han acostumbrado a absorber, diluir y eliminar sin perjuicio aparente. Por tanto, el peligro de las radiaciones no está en la producción de mutaciones en sí, sino en que son capaces de inducir un número de mutaciones superior al espontáneo.

Ilustración que muestra una cadena de ADN junto con un esquema de cómo las radiaciones ionizantes pueden modificarla. Se representan las interacciones y los posibles daños en la estructura del ADN.

Las mutaciones pueden ser de dos tipos: 

• las que afectan a las células somáticas, tienen efecto sobre el organismo receptor
• las que afectan a las células germinales, son las que se pueden transmitir a la descendencia, revistiendo por ello una mayor gravedad.

De los efectos indeseables producidos a consecuencia de la producción de mutaciones el más conocido es el cáncer.

Radiosensibilidad y muerte celular. La radiosensibilidad se define como el grado de afectación celular provocado por la acción de las radiaciones ionizantes.

Bajo este contexto es importante considerar la ley de Bergonie y Tribondeau que afirma que la radiación ionizante es más eficaz sobre las células que son activamente mitóticas, no están diferenciadas y tienen por delante un largo futuro de divisiones. 

• Una célula diferenciada es aquella que está especializada fundamental y/o morfológicamente; se puede considerar como una célula madura de una población. 
• Una célula no diferenciada es aquella que tiene pocas características morfológicas o funcionales especializadas, es una célula inmadura cuya función fundamental es dividirse para mantener su propia población y para remplazar a las células maduras perdidas de la población celular. 

Un ejemplo de diferenciación serían las células nerviosas y las células epiteliales. La nerviosa no es sensible a la radiación y las epiteliales altamente sensibles. Ejemplo, la radiodermitis

Clasificación de los efectos producidos por la radiación. En función de los tejidos y células irradiadas los efectos de las radiaciones en el organismo pueden clasificarse en efectos genéticos y somáticos. Los efectos genéticos son aquellos que afectan a las células germinales y dada la función de éstas pueden transmitirse hereditariamente, es decir, de generación en generación. Sin embargo los efectos somáticos son aquellos que únicamente afectan al propio individuo irradiado. 

Sensibilidad de los tejidos y órganos a la radiación. Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los tejidos son consecuencia de los efectos sobre las células que los componen. Estos efectos son muy distintos de unos tejidos a otros dependiendo del número de células diferenciadas y no diferenciadas y de la capacidad reproductora del tejido. Podemos clasificar a los tejidos según su grado de renovación en:

• Sistemas de renovación rápida: Con una renovación continua y rápida de las células, días o semanas. Este es el caso de las células de la médula ósea, epitelio del tubo gastrointestinal, la piel y los testículos.
• Sistemas de renovación condicional: En circunstancias normales revelan una proliferación nula o muy lenta debido a la longevidad indefinida de las células diferenciadas. Así ocurre en células que como las del hígado y riñón pueden reemplazar rápidamente, por proliferación, a las destruidas.

En la segunda parte de esta publicación analizaremos los graves riesgo del material nuclear con fines bélicos, lo que en sus términos se denomina guerra nuclear a RNBQ (Radiológico, Nuclear, Biológico y Químico), importante conocer los graves e irreparables daños que pueden producir y altamente preocupante en la actualidad, producto del malestar internacional entre las grandes potencias.

Bibliografía consultada:

1- Sminia, P., Guipaud, O., Viktorsson, K., Ahire, V., Baatout, S., Boterberg, T. (2023). Clinical Radiobiology for Radiation Oncology. SpringerLink. Páginas 237-309. Disponible en: SpringerLink.

2- Schettino, G., Baatout, S., Caramelo, F., Da Pieve, F., Fernández-Palomo, C., Jeppesen Edin, N. F. (2023). Mechanistic, Modeling, and Dosimetric Radiation Biology. SpringerLink. Páginas 191-236. Disponible en: SpringerLink.

3- Wilkins, R., Abrantes, A. M., Ainsbury, E. A., Baatout, S., Botelho, M. F., Boterberg, T. (2023). Radiobiology of Accidental, Public, and Occupational Exposures. SpringerLink. Páginas 425-467. Disponible en: SpringerLink.

4- Hellweg, C. E., Arena, C., Baatout, S., Baselet, B., Beblo-Vranesevic, K., Caplin, N. (2023). Space Radiobiology. SpringerLink. Páginas 503-569. Disponible en: SpringerLink.

5- Montoro, A., Obrador, E., Mistry, D., Forte, G. I., Bravatà, V., Minafra, L. (2023). Radioprotectors, Radiomitigators, and Radiosensitizers. SpringerLink. Páginas 571-628. Disponible en: SpringerLink.