Radiobiología aplicada: estudios en diferentes especies artropódicas



Primera parte

Biología de las radiaciones ionizantes

La radiobiología es una disciplina que explora los efectos de la radiación ionizante sobre los sistemas biológicos.

La importancia de las radiaciones aplicadas llamaron la atención de los investigadores desde los primeros pasos dados en el conocimiento de este campo. Tanto es así que los estudios iniciales conocidos corresponden a Bohn, Bergonie y Tribondeau (1903), a Dominici (1904) y Princejones y Motram (1914). Más tarde se conocerían los desarrollos de Regard, Lacassagne, Eving, Packard y Strangewais.

Las radiaciones ionizantes son aquellas que al impactar en una célula producen la separación de un electrón del átomo sobre el que inciden. Pueden ser de 2 tipos:

- Radiación electromagnética: radiación gamma (?), equis (X).

- Radiación corpuscular: electrones, neutrones, protones.

El efecto de estas radiaciones sobre las células se debe a las ionizaciones que se producen en sus componentes, principalmente en el material genético por daño en el ADN. Cuando se damnifica un cromosoma, se producen mutaciones (aberraciones cromosómicas); cuando el deterioro se observa en los genes, se manifiestan mutaciones genéticas y si las alteraciones ocurren en las células del cuerpo, aparecen las lesiones somáticas. La radiosensibilidad se ve exacerbada en el núcleo (no en el citoplasma) de la célula, puntualmente en la molécula de ADN y durante la mitosis.

Las lesiones que las radiaciones ionizantes producen en el ADN, son directamente proporcionales a la dosis aplicada, es decir a la energía absorbida por la materia. El daño es creciente a medida que aumenta la dosis y se clasifica cualitativamente según sea su peso en la supervivencia de la célula. Entonces las lesiones pueden ser:

- Subletales: pueden repararse fácil y rápidamente por medio de mecanismos enzimáticos, es decir que suelen ser reversibles (no permanentes) y se las conoce como efectos fisiológicos. A dosis bajas de radiación sólo se producen algunas lesiones letales, pero la mayoría son de carácter subletal y no ocurre muerte celular.

Según se incrementa la dosis absorbida por el sustrato, ocurren mayor número de lesiones cada vez menos reparables lo que conlleva a la muerte de la célula.

- Potencialmente letales: los daños son muy significativos y su reparación dependerá de los requerimientos metabólicos de la célula post irradiación.

- Letales: a dosis mayores aparecen daños bioquímicos con lesiones anatómicas visibles que generan disfunciones fisiológicas, los que se producen más rápidamente si el metabolismo es alto; son daños permanentes y no se reparan, son irreversibles y conducen a la muerte celular.

La interacción de las radiaciones con el material biológico no tiene consecuencias específicas y ocurren con rapidez (fracciones de segundo), aunque los efectos agudos se evidencian tardíamente, es decir es un fenómeno probabilístico.

Los daños se pueden producir por 2 vías:

- Directa: la ionización de las estructuras de la célula conduce a la inactivación celular.

- Indirecta: se produce por la ionización del intermediario, el agua, generándose hidrólisis; también se produce inactivación celular y es característica de las radiaciones electromagnéticas. Se forman radicales libres (átomo con 2 ó mas electrones desacoplados al salir de su órbita) altamente inestables por tener electrones desparejos.

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Para recuperar la estabilidad, roban un electrón a un átomo vecino, lo que hace que este último se transforme en reactivo y así sucesivamente iniciándose una rápida reacción en cadena que es muy dañina para las células y, por consiguiente, para el organismo.

Las lesiones por radiaciones producidas en el ADN pueden ser:

- Fácilmente reparables: demandan entre 2 y 30 minutos.

- Difícilmente reparables: en el caso que ocurra la restauración, la misma demanda entre 2 y 4 horas.

- Irreparables: por aplicación de una dosis alta de radiación, produce efectos bioquímicos de significativa magnitud.

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Una célula: unidad morfológica y funcional de los seres vivos

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La respuesta no estocástica (la gravedad de un efecto varía en función de la dosis de radiación absorbida) de un tejido, depende del grado de lesión de sus células. Los efectos de las radiaciones se manifiestan según el estado de la célula: cuando está en reposo, la muerte post irradiación ocurre desde el momento que la misma inicia su división.

La radiosensibilidad de las células es directamente proporcional a su capacidad para seccionarse (mitosis) y a su aptitud metabólica e inversamente proporcional al grado de diferenciación; también depende de la temperatura, la humedad, la edad y el tipo de célula. La mayor radiosensibilidad de las células en división, se observa antes de la profase.

Las lesiones fisiológicas o las genéticas, dependen de las condiciones pre y post irradiación (temperatura, contenido de agua, concentración de oxígeno). Las primeras manifestaciones de una exposición a la radiación se evidencian en cambios funcionales de los tejidos.

Las radiaciones no producen anormalidades características, sino un aumento en su ocurrencia. Esto se vincula con la edad, el ambiente, la alimentación y las características de los vegetales o animales (microorganismos, organismos, homeotermos, poiquilotermos).

Toda célula expuesta a radiaciones ionizantes se perturba y por consiguiente, se compromete su calidad biológica. Las lesiones se desarrollan por medio de mecanismos tan complejos que es difícil establecer su raíz: esencialmente esto ocurre porque las radiaciones no son selectivas, es decir que la radiación no se orienta hacia alguna parte o molécula en particular.

Para tener una referencia sobre esta complejidad, hay que tener en cuenta las 2.000 reacciones o más por micrón cúbico que ocurren al irradiar un sustrato biológico con una fuente de cobalto 60 (1,2 MeV de energía), a una dosis de 10 Gy (1 Gy [Gray]= 1 Joule absorbido por 1 kg de masa).

En el ADN el daño por radiaciones produce una lesión primaria de poca magnitud cuando se aplica una baja dosis, pero pueden crear en el blanco nuevos productos, cuya presencia genera tal desorganización que ocurre la muerte de la célula.

Si bien las transmutaciones se producen en microsegundos, un organismo tarda cierto tiempo (según sus características y la dosis absorbida) en evidenciarlos como disfunciones orgánicas (diarreas, regurgitaciones, esterilidad, lesiones epidérmicas) y cambios comportamentales, lo que se producirá más rápidamente cuando el consumo de energía es alto, alteraciones que pueden conducir a la muerte prematura del individuo. Las transformaciones que ocurren como consecuencia de la interacción de la radiación con una célula no siempre son inmediatas post tratamiento, pudiendo demandar desde unos pocos minutos hasta algunos años en manifestarse (tiempo de latencia), dependiendo de la dosis y tiempo de exposición.

La dosimetría, una actividad concluyente, es el cálculo de la dosis de radiación absorbida por la célula o los tejidos como consecuencia de su exposición a las radiaciones ionizantes. Esta exposición a una fuente radiactiva depende de su actividad, del tiempo de exposición, de la distancia entre el sustrato y la fuente y del blindaje.

Segunda parte

Radiaciones ionizantes

El objetivo primario de este trabajo fue estudiar los efectos que produce la aplicación de radiaciones ionizantes provenientes de fuentes isotópicas de cobalto 60, en algunas especies de insectos holometábolos de los órdenes Diptera, Lepidoptera y Coleoptera.

Debido a que estos individuos pueden ser generadores de daños a los intereses de las personas, la finalidad secundaria fue aplicar esta experiencia para la optimización de 2 aplicaciones tecnológicas de este conocimiento: la Técnica del Insecto Estéril y la Radiodesinfestación.

Facilidades empleadas para las aplicaciones de irradiación ionizante

Los siguientes trabajos se realizaron empleado las 3 instalaciones por entonces disponibles en la CNEA: 1 irradiador móvil (IMO-I), 1 irradiador de laboratorio (Gammacell 220) y la planta de irradiación del Centro Atómico Ezeiza (PISI).

Todas estaban cargadas con fuentes selladas de cobalto 60 de diferente actividad. La primera fue operada por quien escribe para desarrollar estas investigaciones básicas y aplicadas, entre 1975 y 1978, mientras que el Gammacell 220 lo fue entre 1971 y 1988. Las irradiaciones en la PISI se practicaron gracias a la intervención de su personal de operación entre los años 1994 y 2012.

IMO-I

Papadopulos, C. y Cancio, R (Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina [CNEA]) diseñaron en la década de 1970, un irradiador móvil identificado como IMO-I, con el fin de facilitar el trasladado de un equipo de irradiación gamma a cualquier sitio donde se requieran sus servicios para estudiar las consecuencias de las aplicaciones de radiaciones sobre diferentes materiales o productos. Mas tarde fue construido por la empresa ENERCO S.A.C.I.F.A. y se constituyó en el primer mecanismo en su tipo proyectado y cimentado en Argentina.

Dicha unidad está constituida por una cámara móvil con su fuente radiactiva fija y permanece montada en un vehículo semirremolque diseñado para su transporte. Las dimensiones de la cámara de irradiación prismática son 30 x 40 x 30 cm y es movilizada mediante un sistema hidráulico que permite su desplazamiento vertical entre el punto superior de carga y el inferior de irradiación.

Los lápices de Cobalto 60 están alojados verticalmente en 2 portafuentes con forma de "U", situados en el cuerpo fijo inferior y distribuidos según su actividad para lograr coherentes curvas de isodosis. Al finalizar el descenso, la cámara de irradiación queda alojada entre las fuentes ubicadas a su alrededor.

Cuando inició sus operaciones en julio de 1975, el IMO-I estaba cargado con lápices portafuentes de acero inoxidable 3.16 que contenían pellets de cobalto 60 de 10 kCi de actividad total, con una tasa de dosis de 1.350 Gy/hora en el centro de la cámara de irradiación.

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