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.

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.

Una célula: unidad morfológica y funcional de los seres vivos

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.

Equipo sobre el semirremolque portador



Muestra colocada dentro del recinto de irradiación, antes del tratamiento

Gammacell 220

Consta de un portafuentes de forma anular cargado con fuentes selladas de cobalto 60, un blindaje de plomo a su alrededor (por lo tanto se usa en una sala no blindada) y un cilindro de acero inoxidable con su cámara de irradiación de 15,2 x 20.6 cm, mas un mecanismo electrónico para mover ese alojamiento en sentido ascendente/descendente.

Este equipo fue adquirido por la CNEA a la Atomic Energy of Canadá en 1965 con actividad inicial de 13 kCi.



Gammacell 220



Muestra en cámara de irradiación antes del tratamiento

PISI

En 1970 comenzó a funcionar en el Centro Atómico Ezeiza, Buenos Aires, la primera de las 2 plantas de irradiación gamma hoy operativas en el país. La Planta de Irradiación Semi Industrial (PISI) fue diseñada en la CNEA por Papadopulos, C. y Colaboradores en la década de 1960 y consta de una sala de irradiación con paredes de hormigón cuyo diseño impide la liberación de radiactividad; una pileta de almacenamiento, repleta de agua desmineralizada, donde se encuentran las fuentes radiactivas de 60Co cuando la planta no está operando (el agua actúa como blindaje); un sistema de transporte para desplazar automáticamente los productos dentro y fuera de la cámara de irradiación y dispone de una sala para depositar los productos antes y después del tratamiento. El funcionamiento integral de la Planta lo realiza sólo 1 operador por turno, desde una consola de comando.

Para realizar nuestras investigaciones el material biológico se irradiaba de modo estático, prescindiendo del medio de transporte de la PISI.



Cámara de irradiación de la PISI

En el laboratorio

Las actividades se centraron en el examen de diferentes variables, para lo cual se utilizaron especies aportadas por la Cátedra Sanidad Vegetal de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires, por el IMyZA (INTA Castelar) y con individuos criados en nuestro insectario.

Estos organismos se emplearon para examinar el rol del oxígeno e influencia de la temperatura durante la irradiación; procesamiento a diferentes tasas de dosis; respuesta a las aplicaciones fraccionadas, efectos en el ritmo circadiano y su trascendencia en el tiempo de vida, irritabilidad, respuesta a la presión física, a estímulos luminosos y térmicos, traslación, comportamiento, propensión al apareamiento, esterilidad/fecundidad, consecuencias digestivas y fisiología del aparato bucal masticador. Por último se estudió la restauración postirradiación.

Para este cometido se utilizaron lupas manuales y una binocular Wild Heerbrugg Switzerland, con un aumento total de 375 x.

Los estudios se realizaron en el siguiente material biológico:

Tinea pellionella, Plodia interpunctella, Galleria mellonella, Anagasta [= Ephestia] kühniella y A. elutella (Lepidoptera: Pyralidae);

Sitotroga cerealella (Lepidoptera: Geleciidae);

Thaumetopoea processionea (Lepidoptera: Thaumetopoeidae);

Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae);

Rachiplusia nu, Anticarsia gemmatalis y Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae);

Ceratitis capitata y Anastrepha fraterculus (Diptera: Tephritidae);

Culex pipiens (Diptera: Culicidae);

Lasioderma serricorne, Stegobium paniceum, Anobium punctatum, A. confusum y A. striatum (Coleoptera: Anobiidae);

Tenebrio molitor, Tribolium confusum y T. castaneum (Coleoptera: Tenebrionidae);

Sitophilus orizae, S. granarius y S. zeamais (Coleoptera: Curculionidae);

Rhyzopertha dominica (Coleoptera: Bostrichidae);

Laemophloeus minutus y Criptolestes ferrugineus (Coleoptera: Cujiidae);

Plagiodera erythroptera (Coleoptera: Chrysomelidae);

Platypus sulcatus (Coleoptera: Platypodidae);

Oryzaephilus surinamensis (Coleoptera: Silvanidae);

Forficula auricularia (Dermaptera: Forficulidae);

Acarus siro (Acarina: Acaridae);

Blatella germanica, Periplaneta americana y Blatta orientalis (Dictyoptera: Blattellidae)

Camponotus spp (Hymenoptera: Formicidae);

Lepisma saccharina y Thermobia domestica (Zygentoma [= Thysanura]: Lepismatidae)

Liposceles divinatorius y Trogium pulsatorium (Psocoptera: Liposcelidae);

Otros invertebrados

Helix aspersa y H. pomatia (Gasteropoda: Elicidae)

Efecto del oxígeno

La presencia de O2 durante la irradiación influye en todos los sistemas biológicos y los problemas que genera tienen mayor magnitud respecto de las aplicaciones en anoxia. Todos los tejidos son más radiosensibles en presencia de oxígeno, ya que el mismo favorece la lesión química inicial o primaria.

El primer estudio conocido sobre la influencia del oxígeno en la magnitud de la lesión producida por aplicación de radiaciones corresponde a Holthusen, quien en 1921 encontró que los huevos de Ascaris (Nematoda: Ascarididae) con 1 hora de vida, al ser irradiados sin la presencia de oxigeno, exhibían mayor resistencia a los rayos X que los tratados en aire. Pero el tratamiento de huevos de Drosophila melanogaster (Diptera: Drosophilidae) nos brindaría mayor certeza y se obtendrían resultados mas categóricos.

El oxígeno del aire (O2) se transforma en ozono (O3) por efecto de las radiaciones. Se conoce la toxicidad del oxígeno debido a su característica oxidante, pero en altas concentraciones estos daños se multiplican. Obviamente, la presencia de ozono (gas pro oxidante) formado en el medio, incrementa tales consecuencias.

Cuando la Transferencia Lineal de Energía (LET) es baja, en ausencia de oxígeno es necesario multiplicar la dosis por un factor 2,5 a 3 para obtener el mismo efecto que en presencia de oxígeno, ya que al combinarse con los radicales libres, produce un aumento de la vida media de estos y por lo tanto, se incrementa el daño radioinducido. Este suceso, llamado "efecto oxígeno", es muy importante en los tratamientos oncológicos, ya que la mayoría de estos se realizan con fotones y la hipoxia es un fenómeno relevante en la mayoría de los tumores en su fase clínica.

Al irradiar un tejido con bajo porcentaje de humedad, no se observa un efecto por presencia de O2 como en un medio más húmedo.

Para estudiar los efectos de las radiaciones ionizantes sin la influencia de ozono formado durante el tratamiento, hemos realizado este trabajo aplicando dosis subletales a Sitophilus granarius, S. zeamais y S. orizae (Coleoptera: Curculionidae), Laemophloeus minutus y Criptolestes ferrugineus (Coleoptera: Cujiidae), Rhyzopertha dominica (Coleoptera: Bostrichidae) en estado adulto y larvas, pupas y adultos de Tenebrio monitor (Coleleoptera: Tenebrionidae), de ambos sexos y criados en nuestro laboratorio. Se emplearon recipientes de vidrio con tapas metálicas a los que se les retiró el aire atmosférico normal para ser reemplazado por gas nitrógeno de baja pureza (>90%) y de alta pureza (>99,998%); estos datos se contrastaron con los obtenidos del testigo (20% del total: 300 insectos) o sea irradiación en aire.

Tratados en horas de la mañana, a la misma dosis (2 y 5 kGy) y tasa (30 Gy/min.), la totalidad del material biológico (500 ejemplares de cada especie) fue mantenido posirradiación en el laboratorio a temperatura de 18 a 28º C con humedad relativa del 47% promedio e iluminación natural.

Los resultados finales nos indican mayor tiempo de vida (65 días, +/-3) y reparación postratamiento más rápida en los insectos tratados en ambiente con nitrógeno respecto de los testigo (48 días, +/-2), con restauración que demandó mas tiempo y sin la magnitud exhibida por los insectos tratados en nitrógeno.

Según estos guarismos podemos inferir que ocurre un efecto sinergético debido al ozono formado durante el tratamiento (el que se mantuvo en cada frasco hasta la muerte del 50% de la población [DL50]) y las radiaciones absorbidas, fenómeno no observado en los insectos irradiados en nitrógeno ya que la concentración y pureza de ese gas, no permite la formación de ozono.

Esta situación, también, nos permitió estudiar los efectos de las radiaciones ionizantes aplicadas a estas especies de coleópteros dañinos, sin la influencia del ozono, información a tener en cuenta en los tratamientos de radiodesinfestación ya que la combinación radiación absorbida y ozono formado, permite aplicar una dosis menor para lograr el efecto buscado.

También realizamos un estudio comparativo de los efectos de las radiaciones gamma aplicadas en el 8º día a pupas de Ceratitis capitata tratadas en aire, hipoxia y anoxia. Debido a que la dosis aplicada fue de 100 Gy, se observa una ligera diferencia a favor de las aplicaciones realizadas en ambiente con nitrógeno (anoxia) ya que en este caso no hay formación de ozono. Si bien estos resultados son contundentes, no resulta económica su implementación a la hora de tratar millones de pulpas para su liberación posterior (Técnica del Insecto Estéril)

Influencia de la temperatura

Al tratar un sistema biológico por debajo de los 20º C de temperatura dentro del recinto de irradiación, las transmutaciones no aparecen en lo inmediato; estos daños se manifiestan instantáneamente por sobre esa temperatura y se incrementan de modo acelerado según se elevan esos valores. La ecuación de Svante Arrenius (uno de los fundadores de la fisicoquímica y Premio Nobel de Química 1903) indica que la cantidad de reacciones químicas en un tejido se duplican cada 10º C.

Ocurre un efecto mayor de protección cuando se irradia a baja temperatura (por ejemplo colocando hielo seco en el recinto) un sustrato ya enfriado, es decir que el procedimiento ofrece aún mejores resultados.

Pero al irradiar un tejido congelado, los radicales libres formados no se pueden dispersar fácilmente y al fundirse el hielo, esos nuevos productos tal vez no estén en condiciones de recombinarse. Obviamente se recomienda un congelado rápido para evitar la formación de cristales con bordes filosos que pueden dañar tejidos a la hora del descongelado.

En humanos al realizar tratamientos de cobaltoterapia a 1 ó 2º C menos que la temperatura corporal, se puede apreciar una mayor tolerancia.

Para realizar el trabajo que describiremos, se emplearon pupas de Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae) Línea INTA-Castelar, Lasioderma serricorne y Stegobium paniceum, Anobium confusum, A. punctatum, A. striatum, (Coleoptera: Anobiidae) adultos, último estadio larvario y adultos de Tenebrio monitor (Coleoptera: Tenebrionidae), insectos desarrollados en nuestro laboratorio y criados en medio natural.

Se colocaron en frascos de vidrio, 500 unidades de cada especie y estado, para ser enfriados durante 30 minutos hasta llegar a los 12º C de temperatura. Todo el material fue tratado con radiaciones ionizantes en un equipo Gammacell 220 a 1 kGy manteniendo la temperatura inicial dentro de la cámara para ser contrastado frente a insectos testigo sin enfriar (20% del total). El tratamiento se realizó colocando el recipiente de vidrio con las muestras en el espacio interno de una serpentina de acero inoxidable, dentro de la cual se hacía circular forzadamente agua muy fría; los valores de temperatura interior fueron determinados con una sonda de temperatura. Estos accesorios forman parte del equipamiento original de ese irradiador

Los resultados indican que se corrobora el efecto protector del frío, disminuyendo la intensidad y retardando la aparición de los efectos en las especies insectiles estudiadas. Las consecuencias de las aplicaciones en todos los insectos adultos observados, fueron menores a la hora de evaluar traslación y tiempo de vida respecto del material testigo.



Gammacell con accesorio para irradiación en frío

Otros trabajos de realizaron colocando hielo seco dentro del recinto de irradiación junto con la muestra. Los resultados obtenidos presentan a esta opción como recomendable a la hora de reemplazar el sistema de ventilación con aire frío; una corriente moderada de aire mas el hielo seco depositado en la cámara de irradiación, es suficiente para lograr muy buenos resultados.

Irradiación a diferentes tasas de dosis

A medida que se reduce la tasa o velocidad de dosis (el tiempo que tarda el sustrato en absorber una determinada dosis de radiación) y por lo tanto se prolonga el tiempo de tratamiento, la eficiencia del método disminuye porque durante la irradiación habrá reparación parcial de las partes dañadas.

Se han irradiado a 6 tasas de dosis, insectos adultos Lasioderma serricorne (Coleoptera: Anobiidae), Plagiodera erythroptera (Coleoptera: Chrysomelidae), larvas y adultos de Tinea pellionella (Lepidoptera: Tineidae), Rachiplusia nu, Anticarsia gemmatalis y Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae). Las 2 primeras especies, fueron criadas en nuestro laboratorio, mientras que las 3 restantes fueron provistas por el IMIZA (INTA Castelar).

El material biológico se procesó a 5 kGy en los irradiadores autoblindados con cámara cerrada Gammacell 220 e IMO-I y en la planta de irradiación del Centro Atómico Ezeiza. A la primera facilidad, además se le instalaron atenuadores de fundición de plomo (65% de antimonio) en forma de fundas anulares divididas, provistos por el fabricante del equipo que reducen la tasa de dosis en el centro de la cámara de irradiación desde 50, 30 y 10% de lo normal.



Cámara de irradiación de Gammacell 220 con muestra en su interior

y un modelo de atenuador de plomo fundido (color gris)

Hemos evaluado la respuesta posirradiación de estas larvas y adultos frente a estímulos luminosos y mecánicos, irritabilidad, traslación y tiempo de vida.

Los resultados indican que a dosis subletales, las consecuencias de estas aplicaciones en los insectos citados, tanto en estado larvario como adultos, se presentan mas evidentes y mas rápidamente reparables cuando se tratan a bajas tasas. Luego del tratamiento en la planta de irradiación, a mayores tasas, ocurrió lo contrario: la ocurrencia de estos efectos se debe a que la velocidad en la que se generan los daños no permite su reparación enzimática. Por el contrario, si bien aparece el mismo tipo de daños, a bajas tasas se observa que no sólo es posible una remediación posterior a la irradiación, sino que también puede darse durante el tratamiento, ya que la lenta absorción de radiaciones por el tejido así lo permite.

Respuesta a las aplicaciones fraccionadas

Cuando finaliza una irradiación a dosis subletales, algunas zonas lesionadas inician el proceso de restauración. Pero en el caso que se reanude el tratamiento, las radiaciones continuarán dañando al sistema, es decir habrá daño de las partes que iniciaron el proceso de reparación y de las que lo finalizaron o sea que se establece una competencia entre el daño y la reparación.

Cuando la reparación se realiza rápidamente en el intervalo de un proceso que se ha interrumpido y luego reanudado, la irradiación tiene menor efecto. Por lo tanto, la aplicación de radiaciones en forma continua hasta llegar a la dosis requerida, tiene mayores consecuencias. En el caso de tratamientos oncológicos por radioterapia, los organismos no resisten la aplicación de la dosis total sin interrupciones, por lo tanto la única opción es una irradiación no continua hasta llegar a la dosis requerida.

La respuesta al fraccionamiento deliberado o accidental de la dosis depende, además, del tipo de tejido y estado del ciclo en el que se encuentre.

Hemos estudiado las consecuencias de las aplicaciones segmentadas en los siguientes lepidópteros en estado larvario y adulto, empleando un equipo Gammacell 220: Plodia interpunctella, Galleria mellonella, Anagasta [= Ephestia] kühniella y A. elutella (Flia Pyralidae), Sitotroga cerealella (Flia Geliciidae, material provisto por el IMYZA, INTA Castelar) y Thaumetopoea processionea (Flia Thaumetopoeidae); además se realizaron ensayos con el ácaro Acarus siro (Acarina: Acaridae).

Se interrumpieron las aplicaciones durante 30 minutos en 3 oportunidades, es decir que la dosis total de 5 kGy se aplicó en 4 segmentos iguales. Estos datos se contrastaron con las mismas especies de insectos irradiados a esa dosis pero sin interrupciones.

Comprobamos que el tratamiento no resulta ser tan efectivo cuando las aplicaciones son interrumpidas. Estas secuelas se advierten de modo muy evidente en la traslación e irritabilidad.

Restauración post irradiación

Como vimos, después de la aplicación de radiaciones a dosis bajas (subletales), las células procuran recomponer sus partes lesionadas. La reparación puede ser por:

• a) neutralización de los efectos primar

  ios producidos en las moléculas por acción directa o indirecta. Si bien en el laboratorio se demostró que es probable el restablecimiento de moléculas lesionadas, no se estima viable su ocurrencia frecuente "in vivo" ya que según aparecen las rupturas se recombinan casi inmediatamente.

b) Neutralización de los efectos secundarios, porque las células resintetizan las moléculas que la radiación ha lesionado.

Se realizó un seguimiento en el laboratorio de la evolución postratamiento, bajo lupa binocular (desde 80 hasta 320 x). Cuando a los insectos en estudio se les aplicó dosis algo superiores a 10 kGy, se comprobó su inmovilidad absoluta inmediatamente finalizado el tratamiento, estado que al prolongarse en el tiempo nos indicó la muerte del individuo en cualesquiera de los estados estudiados.

En los estados juveniles, siempre se apreció deshidratación (en huevo el efecto "pelota pinchada") y cambio de color (pardeo) en larvas.

Luego de la aplicación de dosis subletales o potencialmente letales (hasta 8 kGy), apreciamos desde lentos movimientos hasta la ausencia de signos vitales, según las especies y estado del ciclo biológico. Con el transcurrir de los minutos de a poco comenzaron a evidenciarse tenues movimientos en los artejos distales de las antenas, segmentos extremos de las patas y ocasionalmente, en componentes del aparato bucal; también marcadas contracciones abdominales por actividad muscular, circulación de hemolinfa o respiración.

En general, las formas adultas al finalizar el tratamiento se presentaban apoyadas dorsalmente en el piso del contenedor, es decir con las patas hacia arriba. Llegando a la 1º hora postratamiento, experimentaban movimientos mas definidos pero al no poder incorporarse por sus propios medios, se los posicionó sobre sus patas. Algunos iniciaron la marcha de inmediato, otros lo hicieron luego de algunos segundos (no mas de 30), pero siempre se observó una circulación errática e inestable, marcadamente diferente a la experimentada por insectos no irradiados de su misma especie y condición.

En los instantes previos a la iniciación del vuelo, los coleópteros desplegaban sus élitros pero no podían extender las alas para elevarse; lo mismo ocurrió con dípteros y lepidópteros irradiados a dosis subletales en estado adulto, es decir ese hábito no pudo recuperarse en ninguna de las especies insectiles irradiadas en estado adulto y estudiadas.

La evolución en todos los casos llegó a su máximo en 2,5 horas o sea que lo no reparado durante esos primeros 150 minutos, no pudo restaurarse luego. Nunca un insecto irradiado, después de la reparación, se mostró como los controles no irradiados.

Para la realización de este capítulo se emplearon los siguientes insectos: Oryzaephilus surinamensis (Coleoptera: Silvanidae); Sitophilus granarius y S. zeamais (Coleoptera: Curculionidae); Blatella germanica, Periplaneta americana y Blatta orientalis (Dictyoptera: Blattellidae); Camponotus spp (Hymenoptera: Formicidae); Lepisma saccharina y Thermobia domestica (Zygentoma [= Thysanura]: Lepismatidae); Liposceles divinatorius y Trogium pulsatorium (Psocoptera: Liposcelidae).

Se realizaron algunos ensayos aplicando 2 kGy a los gasterópodos adultos de hábitos nocturnos Helix aspersa y H. pomatia (Flia. Elicidae) empleando el equipo Gammacell 220 con el fin de observar las consecuencias postratamiento inmediatas: se determinó una gran secreción de mucosidad, quietud y muerte.

Efectos en el ritmo circadiano

Son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo, en este caso se miden desde 20 hasta 28 horas.

Los ritmos biológicos endógenos, estudiados por la cronobiología, están asociados a variaciones fisiológicas, en general vinculados a cambios ambientales regulares.

El ritmo se desorganiza bajo ciertas condiciones ambientales y también por efecto de la aplicación de bajas dosis de radiación, entre otros motivos.

El ritmo ultradiano se manifiesta en actividades biológicas que ocurren en ciclos de unas 20 horas, como el ritmo cardíaco o el respiratorio.

Al irradiar insectos adultos, con hábitos crepusculares y nocturnos, a dosis subletales de hasta 2 kGy durante la mañana (08.00 a 12.00 hs), la tarde (12.30 a 17.30 hs), el crepúsculo (18 a 20), la noche (de 20.30 a 04.30 hs) y el amanecer (de 05.00 a 07.30 hs), es decir en 5 momentos diferentes del día, hemos encontrado una desigual respuesta a la misma tasa y dosis de radiación.

Se emplearon Sitophilus granarius y S. orizae (Coleoptera: Curculionidae), Rachiplusia nu, Anticarsia gemmatalis, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), encontrándose una mayor radiosensibilidad en las horas donde su actividad sexual y de desplazamiento se incrementa. Esto es, aparición de lesiones de mayor magnitud en los insectos irradiados a la misma dosis durante el crepúsculo y la noche.

No se identificaron variaciones en las repeticiones durante las 4 estaciones/año.

Los efectos de las radiaciones en algunas especies de insectos según los ritmos regulares de actividad (circadianos), el oxígeno, la anoxia, la hipóxia, la tasa de dosis, las aplicaciones sin interrupciones y la temperatura dentro del recinto, son estudios que deberán ser tenidos en cuenta para las aplicaciones a insectos con fines diversos.

Todos estos estudios deberán ser profundizados y completados.

Información adicional

Hemos bosquejado un irradiador autoblindado, con cámara cilíndrica, para realizar tratamientos en insectos atendiendo principalmente las variables de temperatura y concentración de ozono dentro de su cámara de irradiación. Este equipo puede ser cargado con fuentes de cobalto 60 de hasta 15 kCi.

Resultados

– Tiempo de vida: se observa un acortamiento del tiempo de vida en todos los insectos irradiados del orden del 14 % respecto de los controles.

– Irritabilidad: todos los insectos irradiados a dosis subletales o potencialmente letales, demostraron ser mas agresivos. En particular Tenebrio molitor en estado larvario, se mostró mas agresivo con sus semejantes al compartir el mismo espacio

– Comportamiento (respuesta a la presión física, a estímulos luminosos y térmicos): los insectos estudiados fueron sometidos a una ligera compresión en la zona abdominal con una microaguja, se hizo incidir radiación luminosa proveniente de una lámpara de 500 w colocada a 20 cm durante 30 segundos y a una fuente calor colocada a 10 cm durante 10 segundos con el fin de generarles algún tipo de estimulación y comparar esta respuesta a la brindada por el material testigo. En todos los casos se observó una exacerbación de las respuestas por parte de los insectos tratados respecto de los controles, particularmente en el caso de las larvas irradiadas a dosis bajas en ese estado. Esta información refuerza los datos presentados en la variable anterior.

– Esterilidad/fecundidad: los insectos irradiados a dosis subletales, no pueden reproducirse postratamiento aunque se verificaron cópulas no diferentes a las practicadas por los controles. Tampoco hubo diferencias en el cortejo entre ambos grupos.

– Propensión al apareamiento: hay diferencias entre irradiados y controles, ya que estos últimos exhiben mayor disposición a acoplarse que los tratados.

– Traslación: a dosis subletales se observa locomoción mas errante en los insectos coleópteros adultos estudiados a la hora de desplazase. No hay coordinación entre cada uno de los 3 pares de patas.

– Vuelo: en coleópteros se observan dificultades para iniciar el vuelo. En algunos casos los élitros abandonan su posición de reposo indicando el instante previo al vuelo, pero no logran iniciarlo. En general los insectos irradiados son menos voladores que los controles.

– Consecuencias digestivas: en lepidópteros se observa regurgitación frecuente, mientras que en coleópteros es un acto esporádico. Se verificaron, en general, deyecciones más líquidas.

Partes: 1, 2