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TEMA 21: EFECTOS BIOLOGICOS DE LAS RADIACIONES Dra.Alfaro
Efectos Biológicos de las Radiaciones
Dra. Ana Alfaro Arrieta
04/08/2014
11:00 am
La medicina nuclear se va a enfocar en las emisiones radiactivas que provee el núcleo atómico. En la
nube electrónica se encuentran los electrones y en el núcleo está formado por neutrones y protones.
Si nos referimos a un elemento químico, es necesario referir la nomenclatura que siempre va a tener la
letra que representa el elemento, arriba el número de masa, abajo el numero atómico (generalmente se
omite) y el número de electrones que es la resta de ambos números.
Tabla de los Nucleídos
Existe además de la tabla periódica, la tabla de los nucleídos que es una especie de tabla periódica
extendida en la cual se representan los aspectos radiactivos de cada uno de los elementos. Lo relevante
de esta tabla es que va a haber una línea de estabilidad en la que se van a encontrar cada uno de los
elementos estables. En cada línea (para arriba y para abajo) se van a tener los isotopos radiactivos de
esos elementos según su posibilidad de decaimiento; entonces según como estén ubicados en la tabla
va a ser la forma en que decaen y la acción radiactiva que van a tener.
Si los elementos están por encima de la línea de estabilidad son isotopos que tienen mayor Z (número
atómico) que el número estable y si están hacia debajo de la línea de estabilidad va a ser menor.
Energía Nuclear
Como ustedes recuerdan de la fórmula de conservación de la energía del planeta; en física cuántica nada
se desperdicia, todo se transforma. En las reacciones nucleares siempre va a ver transformación de
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energía y masa de una manera que se conserva todo de manera estable. Cuando por ejemplo se pierde
masa en realidad es que esa masa se está transformando en energía.
E=mc2
Radiactividad
Cuando se habla de reactividad es importante el producto de esa reacción y cuál es la emisión que se va
a tener. Interesan dos tipos principalmente.
Desintegración β-:
En átomos que se encuentran debajo de la curva de estabilidad; lo que quiere decir que poseen más
neutrones que protones.
Conforme va a aumentando el peso molecular de un elemento se van a requerir para evitar la resorción
de los protones mayor número de neutrones que de protones. Inicialmente los elementos del triciclo de
la tabla periódica generalmente tienen un neutrón por cada protón. Después del momento que las
fuerzas de resorción y las cargas positivas de los protones son iguales requieren mayor número de
neutrones. Sin embargo cuando existe exceso de neutrones incluso aunque eso es lo que se necesita
para mantenerse estable, el núcleo va a decaer por desintegración β-.
Lo que pasa es que un neutrón se va a transformar en un protón cuando haya exceso de neutrones. Los
neutrones son más grandes que los protones, entonces si un neutrón se convierte en un protón se va a
generar un exceso de masa que va a ser un electrón. Ese electrón va a ser disparado del núcleo y es a lo
que se le llama una partícula β-. Toda la energía que requiere esa reacción para darse se va a liberar (ya
que es un núcleo inestable al que le sobra energía).
El electrón va ser solamente un electrón cuando pierda toda su energía cinética; o sea mientras que
haya energía cinética se le va a llamar partícula β-. La partícula β- es la que va a interaccionar en el
medio. Lógicamente si se transforma el neutrón en un protón va a cambiar el elemento ya que cambia
su configuración nuclear.
Desintegración β+:
Cuando se tiene el efecto contrario → La desintegración β+ se da cuando los núcleos tienen mayor
proporción de protones que de neutrones.
Para que un protón se pueda convertir en un neutrón es necesario obtener más masa. Se había dicho
que por la ley de conservación de la energía, hay reacciones en las que la energía se transforma en masa
o viceversa. Se requiere demasiada energía ya que para que haya suficiente energía para transformarse
en la cantidad de masa que se requiere para que el protón se pueda convertir en neutrón y además
quede suficiente energía para que se pueda dar la reacción.
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Se dice que se debe tener una energía mayor a 1022 KeV (que es la energía equivalente a la masa en
reposo); esa energía se transforma en masa, en el equivalente de masa de 2 electrones. A uno de esos
electrones se le va a sumar la masa del protón que quedaba (para que este se pueda convertir en un
neutrón) y el otro de esos electrones es el que va a salir disparado con toda la energía cinética que
queda y se va a llamar partícula β+.
Como hay un exceso de protones en el núcleo al pasar un protón a un neutrón le confiere mayor
estabilidad al núcleo.
Positrón: La partícula β+ se va a conocer como positrón.
El positrón es la antimateria del electrón o sea es como una imagen en espejo del electrón, va a tener la
misma masa y lo mismo “todo”, excepto porque va a tener una carga positiva. La partícula β+ va ir
entregando toda su energía cinética en interacciones con el medio hasta que pierda toda su energía
cinética y se convierta en una partícula en reposo.
Como el positrón es antimateria no puede existir en la naturaleza ya que simplemente no hay espacio
para él; lo que sucede con el positrón es que cuando llega a estar en reposo con el primer electrón que
se encuentre en el medio y por el fenómeno de nucleación se devuelve a la configuración inicial → la
masa de ambos se anula y se convierte en energía.
Entonces al inicio de todo se había convertido la energía en masa y ahora masa en energía (siempre la
fórmula de Einstein se mantiene invariable).
Resumiendo, cuando el positrón llega a estar en reposo, ya no tiene su energía cinética y la única
energía que queda es la energía de su masa, 1022 KvV que es la energía que se va a liberar en el
fenómeno de nucleación y se van a producir de dos fotones que se van a dirigir en direcciones opuestas.
Desintegración γ
Hay núcleos que son inestables no porque les sobre neutrones o protones.
El núcleo tiene niveles de energía (de la misma manera que la nube electrónica); entonces si los
neutrones o protones están acomodados en un nivel de energía que no les corresponde, eso le da
inestabilidad al núcleo.
Es como un reloj que necesita reacomodar sus integrantes pero no necesita abandonar ninguno ya que
no le están sobrando, nada más necesita que se reacomoden en diferentes niveles de energía. Cuando el
núcleo se reacomodo se libera la energía en exceso que tenga el núcleo en forma de fotones (luz); la
energía se emite como radiación gamma.
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En la desintegración β+ como se está cambiando el Z, cambia el elemento atómico que se tenía en la
reacción inicial. Sin embargo en la desintegración γ, el mismo elemento que se transforma es el mismo
elemento que se tiene al final.
Tabla de Isotopos
Aquí se observa una representación de la tabla de isotopos; que es una tabla que va de Z a N. Entonces
se puede ver que la línea empieza siendo una línea recta y después tiende a irse hacia arriba. Esta tabla
muestra todos los isotopos que tenga cada uno de los elementos y su mecanismo de decaimiento según
lo que sea que lo haga inestable.
Actividad
La actividad se refiere específicamente al cambio de átomos… (No pude descifrar lo que dijo la Dra!).
Actividad: número de núcleos que se desintegran por unidad de tiempo (según Instituto Balseiro de
protección radiológica)
A= dN/dt
Unidades:
La unidad más importante por uso es el Curie (Ci); sin embargo la que es reconocida por el Sistema
Internacional de Medidas es el Bequerel (1Bq es una desintegración por segundo o dps) pero como las
cifras en Bq se dan en miles y millones se usa el Ci para simplificar la vida.
1Ci= 3,7x1010 dps
SI: Bq= 1 dps
1 Ci= 37 GBq
Radiaciones:
De las mediciones radiactivas de los núcleos se pueden tener dos posibilidades: 1) que se irradien
partículas y 2) que se irradien fotones.
Generalmente los fotones entregan toda su energía en un solo evento de manera que una vez que el
fotón interactúa da todo; sin embargo el rango de los fotones es teóricamente infinito. Como los fotones
no tienen carga y no tienen masa→ interaccionan con un objeto lo atraviesan y siguen y luego
interaccionan con otro lo atraviesan y siguen...etc.
Con las partículas pasa diferente; las partículas tienen carga y tienen masa entonces ellas van a
interactuar varias veces en su recorrido hasta que vayan perdiendo toda su energía cinética. Si es una
partícula β- que es un simple electrón se unirá con alguna partícula que se le cruce en el camino, si es un
positrón se elimina→ lo importante es que hacen muchas interacciones.
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¿Qué es lo que pasa con esas interacciones? Pueda pasar que este un átomo X, entonces cuando la
radiación (suponemos que es una partícula) viene e impacta este electrón, el electrón va a salir
disparado y la partícula cambia de dirección. Entonces si se le quita un electrón a un átomo lo que
ocurre es un proceso de ionización.
Lo otro que puede pasar es que los electrones se desconfiguren o sea que pasen a diferentes niveles de
energía; entonces lo que hace es que ese átomo que se vuelve inestable también y libere energía. Este
proceso no es tan importante, lo más importante es lo de la producción de iones. Cuando los electrones
se cambian de nivel de energía entonces cuando regresan a su posición inicial emiten una radiación de
menor importancia. Ese es el fenómeno de excitación.
Entonces la interacción de partículas cargadas nos puede producir: ionización o excitación.
La otra cosa que puede pasar si esa partícula interacciona en un medio acuoso es que nos de formación
de radicales libres. Cuando esto pasa, se produce el fenómeno de la radiación que está atravesando ese
tejido más el daño producido por los radicales.
Cómo se producen los daños por irradiación?
La radiación nos va a producir daños de varias formas:
- Por absorción de energía
- Por excitación o ionización
- Por producción de radicales libres
- Por reacciones bioquímicas de la célula: puede haber alteración de las funciones celulares o
inclusive muerte celular.
¿Cómo afecta a nuestro organismo el daño causado por la radiación ionizante?
Si nosotros tenemos un tejido sometido a muy altas dosis de radiación, va a haber suficiente daño tisular
para que haya muerte celular. Esta muerte celular va a producir una enfermedad en la persona.
Sin embargo, si la alteración no es suficiente para producir una enfermedad aguda, lo que va a pasar es
que se van a producir alteraciones genéticas y esto va a terminar en cáncer. Esto se da cuando la
radiación es lenta pero continua, ya que se altera el crecimiento de estas células.
Es por eso que se dice que al irradiar se debe utilizar una dosis letal para las células irradiadas, ya que si
no las mata las va a mutar y esto va a producir cáncer.
Altas dosis de radiación pueden causar efectos severos inmediatos (efectos tempranos)
Otra cosa importante más allá de la dosis que hay que considerar es el tiempo.
Para poner un ejemplo, la aspirina es tóxica a ciertas dosis. Si una persona se toma 50 aspirinas, no es lo
mismo que se las haya tomado en 1 minuto que en un año. Lo mismo sucede con la radiación.
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Si nosotros tenemos una exposición a altas dosis según la sensibilidad del tejido, algunos se van a dañar
primero y los efectos agudos van a depender de cuál sea el tiempo de exposición y la dosis a la que son
expuestos.
*Ppt: Después de la exposición en cuerpo entero a altas dosis de radiación, las células más sensibles
mueren, produciéndose severos daños en determinados órganos y tejidos. Los síntomas de estos
efectos agudos, dependen de la dosis y del tiempo de exposición.
Entre los tejidos más sensibles se encuentra la Médula Ósea y las gónadas (las gónadas es más por el
efecto que puede producir que por su sensibilidad).
Exposición
Cuando nosotros hablamos de exposición, vamos a usar una medida que se conoce como milisievert
(mSv).
Aquí de lo que se habla es de cuanta energía se entrega por masa de tejido.
1 mSv es el equivalente a sacarse 50 radiografías de tórax
Una exposición de cuerpo entero en dosis únicas de más de 1Sv (es decir, de forma aguda) son
causantes de enfermedad; y si usted se expone de forma aguda a más de 10Sv, la supervivencia es
improbable. (ojo que son Sv, NO mSv)
Irradiación aguda
Aquí tenemos los efectos por irradiación aguda según tejido.
Lo que quiere decir esta escala es que si usted se expone a 100 Sv va a sufrir el síndrome del SN, y esto
se va a manifestar mediante shock, nauseas, etc.
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Pero si usted se expone a una dosis menor, puede ser que afecte solo al sistema gastrointestinal, el cual
presenta alta tasa de mortalidad al ser irradiado con dosis de 10Sv.
Sin embargo, el problema es que cuando las dosis son altas, no solamente afectan al tejido del cuadro
sino también a todos los que se ven afectados por dosis menores. Por ejemplo: si nos exponemos a
100Sv se afecta no solo el sistema nervioso, sino también la piel, médula ósea, glóbulos rojos y las
gónadas, solo que no da tiempo de que se manifiesten estos daños ya que el síndrome del SN ataca
rápido y la persona fallece.
En dosis de 3 a 8Sv se va a afectar la médula ósea y ahí la tasa de mortalidad baja ya que ahora va a
depender del grado de afección y de la estirpe celular afectada, puede ser que solo haga una anemia
inclusive.
Entre menos sea la exposición, da más tiempo para hacer procedimientos en busca del mejoramiento,
como por ejemplo trasplantes.
En piel, el daño se da por contacto directo, lesiones locales. No es lo mismo la exposición corpórea total
que la exposición de solo un área de la piel, en el sentido de que estaba manipulando algo y se llenó en
los dedos, en los brazos y no hay afectación del resto del organismo. En dosis menores a 0,6 Sv puede
haber esterilidad pero temporal.
Enfermedades por irradiación ocurren a muy altas dosis
La LD50 o Dosis Letal 50 es la tasa de dosis a la cual si se da la irradiación el 50% de los expuestos se van
a morir.
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Entonces, la LD50 es muy similar a la del síndrome hematopoyético, el cual da un poquito de tiempo
para que se puedan hacer procedimientos, sin embargo en menos de 2 meses el 50% de las personas
que se expusieron a esas dosis mueren.
Altas dosis de radiación producen también efectos a largo plazo (efectos tardíos)
Si nosotros tenemos altas dosis de radiación espaciadas en tiempo, puede ser que el SNC no sea tan
radiosensible y no se vea tan afectado entonces tengamos el síndrome Gastrointestinal. Esto le va a dar
días. El síndrome hematopoyético le da semanas y por eso es que a veces se puede hacer algo.
En cambio, los efectos hereditarios van a variar dependiendo de qué edad tenga la persona. El cáncer sí
se toma años en desarrollarse.
Cáncer originado por Irradiación
El mayor temor que tenemos con respecto a la irradiación es el cáncer.
Altas dosis de radiación bien usadas incluso se utilizan como radioterapia contra el cáncer. El problema
son las dosis altas que no son letales, ya que con el tiempo las células mutan y se produce el cáncer.
La mayor exposición es a muy bajas dosis de radiación
Este gráfico es muy importante, ya que las dosis de Sv antes mencionadas probablemente se vean muy
exageradas sacadas fuera de contexto, sin embargo con este gráfico podemos verlas en comparación.
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Hay límites que son muy importantes de considerar:
- Existe un nivel de 200mSv (0,2 Sv) por debajo del cual no existe evidencia de que se cause daño.
- El límite de exposición ocupacional (personas que trabajan con radiación, como los médicos
nucleares) es de 20 mSv al año. Inclusive puede ser de 50mSv (en casos de emergencia) si no se
pasa a 100mSv en 5 años.
- Radiación de fondo: es la radiación que recibimos todos por estar en este planeta (por ejemplo
el radón del suelo, la radiación cósmica, etc). Esta es de 2,4mSv al año.
- Límite de exposición al público: radiación que recibe gente que no trabaja con este material y no
son pacientes en medicina nuclear. Esto es aparte de lo natural que recibimos del ambiente.
Este límite es de 1mSv por año (adicional a los otros 2,4mSv).
Efectos en el ADN
La partícula cargada o fotón puede impactar con cualquier cosa que se encuentre en el camino. Puede
ser que interactúe con el pelo y no pase nada, pero también puede ser que interactúe con una hélice de
ADN.
Si esto pasa, puede:
- Alterar la constitución de una base nitrogenada
- Producir la pérdida de una base
- Producir la ruptura de una cadena
Dependiendo de cuál sea el daño que se produzca puede ser que vengan los encargados de la
reparación del ADN:
 La glicosilaza reconoce la lesión y libera la base dañada
 La endonucleasa hace una incisión en la cadena y libera el azúcar remanente
 La ADN polimerasa rellena el espacio
 ADN ligasa sella
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Y de esta manera queda el ADN reparado sin pérdida de información genética.
Sin embargo, cuando la ruptura es de doble cadena la situación cambia. En este caso, la glicosilasa no va
a reconocer la lesión ya que no hay bases impares. Esta enzima se encarga de que las cadenas sean
imágenes en espejo entonces al faltar a ambos lados, no es reconocido.
Es por esto que la ruptura de doble cadena es la peor lesión. Se da pérdida de material genético.
Clasificación de los efectos biológicos
Existen varias clasificaciones:
 Estocásticos y determinísticos
 Somáticos y hereditarios
 Tempranos y tardíos
Sin embargo, la más utilizada es la primera.
Todo lo que hablamos de radiación aguda son Efectos determinísticos. Los efectos deterministicos
tienen una dosis umbral para su ocurrencia. Entonces si uno dice que para tener lesión gastrointestinal
se tiene que someter ese intestino a más de 10 Sv, ese es un umbral.
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DETERMINÍSTICOS
ESTOCÁSTICOS
Tienen dosis umbral para su ocurrencia
No hay dosis umbral (cualquier dosis puede
producir efecto)
Gravedad del daño y frecuencia depende de la
dosis (MAS DOSIS –MAYOR GRAVEDAD)
Dosis – probabilidad (si se aumenta la dosis,
aumenta probabilidad de efectos)
No son prevenibles: podrían suceder por 1 fotón
Quemaduras, esterilidad, eritemas, depilación,
abortos
__________________
Son a corto plazo (días o semanas)
Son a largo plazo
SE PUEDEN EVITAR
(porque se conoce la dosis umbral y se trabaja
por debajo de esos niveles)
NO SE PUEDEN EVITAR
Esto va a depender por supuesto, de que la radiación haya alterado células germinales o somáticas. (No
explicó cómo).
Estocásticos: por encima de la dosis ambiental, un aumento en la dosis resulta en un incremento
proporcional en la probabilidad de los efectos estocásticos de:
- 0,005% por mSv para cáncer
- 0,0005% mSv para efectos hereditarios
Una vez que se alcance el umbral, van a ocurrir los determinísticos sí o sí, la seguridad es del 100%.
Perspectiva
La mayoría de gente se expone a 2,4mSv por año. Sin embargo, dependiendo de dónde viva la persona,
puede exponerse a mayores radiaciones. Si reciben 10mSv por año, se dice que es una dosis típica alta, y
si es igual o mayor a 100mSv es una dosis muy alta.
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