Resumen: Fundamentos de Radiobiología

📋 Esquema del Curso

1. Objeto e interés de la radiobiología
2. Aplicaciones y experiencias de irradiación
3. Etapas de la acción biológica
4. Radiólisis del agua y radicales libres
5. Acción directa e indirecta sobre el ADN
6. Respuestas celulares a la irradiación
7. Características de los efectos biológicos
8. Factores físicos y químicos de radiosensibilidad
9. Factores biológicos de radiosensibilidad
10. Efectos genéticos de la radiación

📖 1. Objeto e interés de la radiobiología

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Radiobiología: Estudio de los fenómenos que se producen en la materia viva al absorber energía procedente de radiación ionizante, incluidas las lesiones y los mecanismos orgánicos que las compensan.

📝 Puntos esenciales

• Las radiaciones ionizantes interactúan con los átomos de la materia viva.

📖 2. Aplicaciones y experiencias de irradiación

★ Imprescindible

• La radiobiología permite el uso seguro de radiaciones ionizantes en aplicaciones médicas e industriales y contribuye a la protección radiológica.

📌 La ventana terapéutica busca una dosis por fracción y una dosis total que controlen el tumor con los menores efectos secundarios posibles en los tejidos sanos.

Complementos

• La optimización considera: la dosis total, el número de fracciones, el tiempo total de tratamiento, la probabilidad de control tumoral (TCP), la probabilidad de complicación del tejido normal (NTCP)

📌 La toxicidad tardía se relaciona con la dosis por fracción, mientras que la toxicidad aguda se relaciona con el tiempo total de tratamiento.

• La revisión QUANTEC de 2009 actualizó recomendaciones sobre la irradiación de 16 órganos de riesgo mediante el análisis de la relación entre dosis o volumen y resultado clínico. - Quantitative analysis of normal tissue effects in the clinic

💡 Truco mnemotécnico

La radioprotección limita el riesgo; la radioterapia busca controlar el tumor preservando tejido sano.

📖 3. Etapas de la acción biológica

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Etapa química: Comienza entre una millonésima de segundo y un segundo y comprende la interacción de radicales libres, formados principalmente por radiólisis del agua, con moléculas del medio irradiado.
• Etapa biológica: Comienza con la activación de reacciones enzimáticas que reparan el daño; las lesiones no reparadas pueden afectar la viabilidad celular o producir mutaciones.

★ Imprescindible

• La etapa física comprende excitación e ionización y responde en un intervalo aproximado de 10⁻¹⁸ a 10⁻⁶ segundos.

• Una dosis absorbida de 1 Gy produce aproximadamente 100 000 ionizaciones en un volumen de 10 micras cúbicas.

Complementos

• La interacción de fotones o partículas con electrones corticales produce electrones secundarios que excitan e ionizan otros átomos en una cascada.

📖 4. Radiólisis del agua y radicales libres

★ Imprescindible

• La ionización del agua puede producir un ion H₂O⁺ y un electrón acuoso; el ion se descompone en H⁺ y OH·, y el electrón puede formar H· y OH⁻ al reaccionar con agua.

• Los radicales H· y OH· son muy reactivos porque tienen un electrón desapareado y pueden sustraer átomos a biomoléculas como proteínas o nucleótidos.

Complementos

• Como la célula contiene principalmente agua, la radiación interactúa con frecuencia con moléculas de agua y puede iniciar su radiólisis.

📌 Los iones H⁺ y OH⁻ pueden neutralizarse y volver a formar agua, mientras que los radicales neutros H· y OH· pueden persistir y dañar moléculas biológicas.

📌 El daño de radicales libres en carbohidratos, lípidos o proteínas puede ser transitorio, mientras que el daño en el ADN puede tener consecuencias biológicas más importantes.

💡 Truco mnemotécnico

La radiólisis del agua forma radicales reactivos → estos pueden atacar el ADN.

📖 5. Acción directa e indirecta sobre el ADN

★ Imprescindible

📌 En la acción directa, la radiación deposita energía directamente en el ADN; en la acción indirecta, ioniza otras moléculas, sobre todo agua, y los radicales resultantes pueden dañar el ADN.

• Para los rayos X y gamma se estima que el 35 % del daño en el ADN es directo y el 65 % indirecto.

Complementos

• Los antioxidantes pueden ceder electrones a radicales libres, estabilizarlos y detener la reacción en cadena, mientras ellos se oxidan y se convierten en sustancias inocuas.

• El oxígeno puede combinarse con radicales libres, aumentar su vida media y fijar el daño radioinducido.

💡 Truco mnemotécnico

El impacto deposita energía en el ADN; la vía indirecta lo alcanza mediante radicales.

📖 6. Respuestas celulares a la irradiación

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Retraso mitótico: Disminución transitoria del número de células que se dividen después de la irradiación, porque las células próximas a dividirse aplazan la mitosis.
• Fallo reproductivo: Incapacidad de una célula irradiada para realizar divisiones repetidas, aunque pueda permanecer viva y conservar temporalmente su función.
• Muerte interfásica: Muerte celular antes de entrar en mitosis y puede implicar pérdida de función en células diferenciadas o pérdida de división en células precursoras.
• Sobrecarga mitótica: Aumento del índice mitótico por encima del valor de referencia cuando las células se recuperan de un retraso causado por una dosis baja y reanudan la mitosis.

📝 Puntos esenciales

• Los linfocitos pueden presentar muerte interfásica con dosis absorbidas inferiores a 500 mGy, mientras que las levaduras soportan dosis superiores a 300 Gy.

• Entre los tejidos de proliferación rápida y elevada radiosensibilidad se encuentran:

  • la epidermis
  • la mucosa intestinal
  • el sistema hematopoyético

💡 Truco mnemotécnico

El retraso mitótico aplaza la división; la muerte interfásica ocurre antes de mitosis.

📖 7. Características de los efectos biológicos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Inespecificidad lesiva: Significa que los cambios celulares producidos por la radiación no se distinguen de los causados por otros agentes físicos, químicos o biológicos.

★ Imprescindible

• La interacción de la radiación con las células es probabilística: puede ocurrir o no y, si ocurre, puede o no producir daño.

📌 Los efectos deterministas aumentan con la dosis y se asocian a muerte celular, mientras que un efecto estocástico puede originarse por una sola interacción que provoque una mutación.

Complementos

• El depósito inicial de energía de la radiación ocurre aproximadamente en 10⁻¹⁸ segundos y se distribuye aleatoriamente, sin selección de una célula o estructura celular concreta.

• Las alteraciones biológicas pueden manifestarse tras un período de latencia que varía con la dosis y va desde horas, como en la piel, hasta semanas o años, como en el cáncer.

📖 8. Factores físicos y químicos de radiosensibilidad

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Dosis absorbida: Cantidad de energía absorbida por unidad de masa del medio irradiado.
• Tasa de dosis: Velocidad a la que se absorbe la energía de la radiación; para una misma energía absorbida, un tiempo menor puede producir más daño al dejar menos tiempo para la recuperación.
• Transferencia lineal de energía: Relación entre la energía absorbida y el espacio; un LET alto deposita la misma energía en menos espacio y puede producir mayores efectos biológicos.
• Eficacia biológica relativa: Relación entre el daño producido por una radiación de determinada LET y el producido por fotones; el RBE de los protones es aproximadamente 1,1 respecto de los fotones y depende de la energía cinética.

★ Imprescindible

• El oxígeno es el principal radiosensibilizador conocido y puede aumentar el efecto de la irradiación entre 2,5 y 3 veces.

Complementos

• Los compuestos sulfhidrilo y los antioxidantes actúan como radioprotectores al disminuir el potencial de los radicales libres.

📖 9. Factores biológicos de radiosensibilidad

★ Imprescindible

• Las fases G2 y M son las más radiosensibles, mientras que la fase S es la menos radiosensible.

📌 Los tejidos sanos suelen reparar mejor que los tumorales; la toxicidad tardía se relaciona con la capacidad de reparación y la toxicidad aguda con la proliferación.

Complementos

• La capacidad de reparación celular depende, entre otros factores, del estrés biológico asociado a la actividad reproductiva.

💡 Truco mnemotécnico

G2 y M son más radiosensibles; la fase S es la menos radiosensible.

📖 10. Efectos genéticos de la radiación

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Efecto genético: Se produce en células germinales o sus precursores y se manifiesta en la descendencia, no en el individuo expuesto.

📝 Puntos esenciales

• Los gametos son los ovocitos y los espermatozoides.

💡 Truco mnemotécnico

El efecto genético aparece en la descendencia; el somático, en el individuo expuesto.