Introducción a la protección radiológica hospitalaria. Epidemiologia y riesgos laborales (página 3)

Por otra parte, se observan diferencias muy marcadas en la relación de intensidad de los espectros de frenado y característicos al variar el metal anódico.

Radiación de fuga Los rayos X que se producen, aunque tienen cierta direccionalidad, esto es, emergen preferentemente en el cono del haz directo, se emiten en cantidad importante en todas direcciones y por eso es necesario blindar todo el tubo excepto la ventana de salida del haz útil. El contenedor o coraza del

tubo es complicado, porque además de actuar como blindaje debe incluir los pasos para los conexiones eléctricas, el aceite de refrigeración, dispositivo de rotación del ánodo, etc.

El espesor del blindaje de la coraza en principio debería tener un espesor tal que atenuara a nivel muy bajo la radiación generada en el tubo y que no forma parte del haz primario. Sin embargo, el peso del tubo sería excesivo y requeriría un dispositivo complicado para situarlo en cada una de las posiciones que requieren las distintas variantes radiográficas.

Por ello, el blindaje utilizado no puede tener un espesor excesivo, en consecuencia permite que escape a su través una fracción de los fotones generados, pertenecientes a la zona espectral de mayor energía. Este tipo de emisión recibe el nombre de radiación de fuga.

En los tubos de radiodiagnóstico, es preceptivo que en condiciones de máxima carga, a 1 metro de distancia del foco, la tasa de kerma en aire de la radiación de fuga no debe exceder de 1 mGy/h.

A la suma de la radiación de fuga y dispersa se denomina radiación secundaria.

La filtración del haz de rayos X Los espectros de rayos X emitidos por los tubos de radiodiagnóstico se extienden desde muy bajas energías (rayos X muy blandos), hasta una energía en keV numéricamente igual al kilovoltaje de operación. La presencia de rayos X muy blandos presenta el grave inconveniente de producir una elevada dosis piel al paciente sin contribuir en modo alguno a la formación de la imagen.

Este inconveniente se evita mediante la filtración del haz primario con absorbentes adecuados que producen una atenuación mucho más importante en la zona de baja energía del espectro, donde se aprecia la atenuación selectiva causada por filtros de aluminio de 0.5, 2.5 y 4.5 mm de espesor.

Los rayos X que emergen del tubo deben cruzar la ampolla de vidrio y la capa de aceite del refrigerante, situación que produce ya una atenuación del espectro de rayos X en su zona de menor energía, efecto denominado filtración inherente. Desde el punto de vista de utilización en Radiodiagnóstico esta filtración no resulta suficiente con lo que se complementa con filtros adicionales (usualmente de aluminio) que configuran la llamada filtración añadida.

Los valores recomendados de espesores absorbentes requeridos en Radiodiagnóstico, describen los siguientes valores expresados en mm de aluminio, equivalentes a la suma de la filtración inherente y añadida.

Características de la radiación producida por los tubos de rayos X Desde el punto de vista de la generación, modificación y propiedades de la radiación existente en una sala de rayos X durante el disparo del tubo se distinguen las siguientes variantes:

Radiación primaria Se llama radiación directa o primaria a la que emerge del tubo de rayos X en la dirección de utilización, es decir, a la que se emplea para radiografiar al paciente. El haz de radiación directa tras cruzar al paciente recibe el nombre de haz residual. Radiación dispersa La radiación dispersa se genera como consecuencia de colisiones Compton de los fotones del haz directo, son absorbentes interpuestos en su trayectoria, tales como el propio paciente, o los accesorios del sistema de imagen (rejilla antidifusora, chasis, pantallas, película, paredes o mobiliario de la sala, etc.) e incluso el propio aire.

Influencia de la radiación secundaria en la calidad de las radiografías y la dosis recibida por los pacientes La radiación dispersa producida por el haz primario en especial la generada al atravesar el cuerpo del paciente contribuye al aumento del nivel de radiación de la sala, y produce un aumento en la dosis integral del paciente que aumenta con la superficie del haz. Por otra parte, esta radiación al interactuar con la placa fotográfica produce una marcada degeneración en la calidad de la imagen, al producirse una radiación de contraste al crecer el efecto nieve en la placa procesada.

En condiciones normales en Radiodiagnóstico, la radiación directa tiene una intensidad entre 3000 y 300 veces mayor que la dispersa. El valor en cada caso concreto depende tanto de la calidad del haz como del número y constitución de los dispersores, pero en todo caso de no adoptar precauciones especiales, los efectos citados en la placa, sala y paciente pueden llegar a ser muy importantes.

Los factores que contribuyen a aumentar la proporción de radiación dispersa que llega a la película con el volumen irradiado del paciente, el

tamaño del campo y el kilovoltaje. En los tres casos la radiación dispersa aumenta cuando lo hacen dichos parámetros.

Cualquier objeto interpuesto en la trayectoria del haz constituye una fuente potencial de radiación dispersa siendo el paciente la fuente principal en diagnóstico. El resto de las fuentes están indicadas en la figura adjunta y comprende la coraza, los colimadores, la mesa, el chasis y el suelo de la sala.

Para reducir la interferencia de la radiación dispersa en la imagen radiográfica existen distintos métodos entre los cuales los de mayor utilización son:

Reducción de la tensión de operación En las imágenes radiográficas, los valores de la tensión de operación, la intensidad de corriente y duración del disparo son los parámetros que condicionan la densidad óptica de la imagen. La tensión de operación controla esencialmente la penetración del haz y el contraste de la radiografía, por lo cual, en principio una disminución de la tensión del tubo mejorará el contraste, pero en cambio disminuirá la penetración del haz.

En general la técnica radiográfica, con un kilovoltaje lo más bajo razonablemente posible, implicará en la radiografía un mejor contraste y una reducción del nivel de radiación difusa ya que en estas condiciones resultan favorecidas las interacciones fotoeléctricas frente a las Compton.

Las ventajas indicadas vienen desfavorablemente acompañadas de una dosis mayor al paciente, por lo cual se tiende a la operación con tensiones altas, que producen una dosis mucho menor al paciente, pero en cambio, el contraste de la placa es mucho menor.

Comprensión de tejidos Esta técnica se utiliza con relativa frecuencia para disminuir el espesor de la zona anatómica que se desea examinar. Se usa por ejemplo en mamografía y requiere el adecuado instrumento de compresión. Esta modalidad de operación presenta las ventajas adicionales de alcanzar una buena inmovilización del paciente, producir una exposición más uniforme, mejor la nitidez (menor distancia, tejido película) y disminució n significativa de la intensidad de radiación dispersa al reducirse el espesor del tejido irradiado.

Aumento de la distancia paciente-película La radiación dispersa se genera mayoritariamente en el cuerpo del paciente, y su energía media es menor que la del haz primario, por lo cual, si

se incrementa la distancia paciente-película disminuirá el número de fotones dispersos que alcanzan la placa. Este método tiene como desventaja esencial la amplificación de la imagen radiográfica, lo que no es deseable en muchos casos.

Limitación del tamaño del campo El nivel de radiación dispersa generado en el propio paciente aumenta al hacerlo el volumen orgánico irradiado, por lo cual el haz de rayos X en una radiografía debe reducirse a un tamaño de campo que se corresponda con la zona de interés. Si el haz se encuentra abierto más de lo necesario cubriendo un campo superior al requerido se producen los siguientes efectos desfavorables:

1.- Se irradia un mayor volumen del paciente con lo que se incrementa innecesariamente la dosis integral y se produce una cantidad mayor de radiación difusa.

2º.- Fotones como los B incrementan el nivel de radiación en la sala, lo cual afecta al personal de la instalación.

3.- La radiación secundaria representada por los fotones C se superponen al haz directo, ocasionando pérdida general de contraste en la radiografía.

Los sistemas de limitación de campo pueden ser de varios tipos, entre los cuales los más usados son:

Limitadores de apertura fija En este grupo se incluyen los diagramas, conos y cilindros. Los conos tienen el inconveniente de presentar una penumbra importante con relación a los cilindros. Los diagramas se emplean con frecuencia en cefalometría.

Colimadores de apertura variable Los limitadores están formados por dos pares de placas de plomo planas, con movimiento independiente de apertura y cierre de cada par opuesto, por lo cual debe seleccionarse un campo rectangular de lados variables.

El sistema descrito incorpora también un indicador luminoso del campo cubierto por el haz mediante una lámpara L que emite luz sobre un espejo inclinado E, de forma que la imagen que se proyecta en la mesa coincidiría con la originada si la lámpara se encontrara en el foco del tubo.

Naturalmente se requiere la realización de comprobaciones periódicas de coincidencia de campos luminosos y de rayos X: caso contrario se producirían radiografías cortadas o se irradiarían innecesariamente áreas del paciente vecinas a las de interés.

Rejillas antidifusoras La rejilla antidifusora es un dispositivo que colocado entre el paciente y la película radiográfica absorbe una fracción importante de la radiación difusa, lo que redunda en una mejora ostensible de la calidad de imágenes.

Este dispositivo está constituido por láminas muy finas de plomo, dispuestas en forma alternada con otras de material radiotransparente (plástico) de tal forma que la radiación directa emitida por el tubo, pueda atravesar la rejilla pasando por las láminas de plástico que producen una atenuación muy pequeña.

Según trayectorias oblicuas a la rejilla sufre atenuación en proporción importante al cruzar las láminas de plomo.

Las rejillas análogas a las descritas, llamadas fijas o estacionarias tienen el defecto que las sombras de las láminas de plomo se superponen a la imagen, pero la interferencia no es importante si se usan rejillas de láminas muy estrechas. La imagen de la rejilla se evita completamente mediante un artificio mecánico, que hace entrar a la rejilla en vibración rápida durante el disparo del tubo.

Las rejillas descritas tienen un sistema de láminas en disposición paralela, por lo cual en sus extremos se produce una mayor atenuación de la radiación primaria. Una forma muy utilizada de evitar este inconveniente es el uso de rejillas enfocadas. Donde las láminas tienen una adecuada inclinación de forma que sus direcciones convergen hacia un punto, que debe coincidir con el foco del tubo para que su acción sea correcta. Una distancia incorrecta o un descentrado de rejilla conducen a imágenes muy deficientes.

Un inconveniente común a todos los tipos de rejilla es que el tiempo de exposición debe aumentarse de dos a seis veces, dependiendo del sistema utilizado. Esto sucede por la absorción de una cierta fracción de la radiación primaria y conduce a un aumento importante de la dosis que recibe el paciente.

Blindaje dorsal del chasis Se consigue atenuar eficazmente la radiación retrodispersada por obstáculos situados detrás de la película (suelo o paredes) disponiendo en la

parte dorsal del chasis una lámina de plomo (en Radiodiagnóstico médico basta con un espesor de 0.5 mm). Algunos modelos comerciales de chasis llevan incorporada en origen este eficaz blindaje.

Método de la hendidura Consiste en emplear un haz de rayos X muy fino, más reducido que el volumen que se desea explorar. Se colima el haz mediante una hendidura practicada en una placa metálica antes de incidir sobre el paciente y después de atravesar a éste, antes de llegar a la película. Para producir la imagen, ambos colimadores describen un movimiento de barrido sincronizado obteniéndose una haz altamente colimado y prácticamente exento de radiación dispersa.

El principal inconveniente de este método radica en los tiempos de exposición relativamente altos que precisa y de las cargas excesivamente altas para el tubo a que da lugar, y una que las imágenes obtenidas son mejores, en cuanto a contraste, que las obtenidas por rejilla.

El método de la hendidura se usa en los ortopantomógrafos usados en radiología odontológica.

Consideraciones generales sobre la formación de imagen Una imagen radiológica deberá ofrecer un grado de perfección tal que el especialista pueda valorar sus detalles en especial los relacionados con anomalías patológicas. La imagen será tanto más perfecta cuanto más fielmente reproduzca la zona anatómica de interés: en general se alcanza esta condición cuando la imagen de un punto sea otro punto, y cuando las características de un punto (absorción y reflexión a las distintas longitudes de onda) puedan mantenerse en la imagen. En Radiodiagnóstico, el haz primario de rayos X atraviesa una determinada zona anatómica, y su distribución en un plano perpendicular al eje de propagación determina la llamada imagen primaria, que no es observable directamente. Para obtener una imagen visible se debe recurrir a sistemas de conversión adecuados.

El haz de radiación que emerge del paciente contiene radiación primaria y una proporción importante de radiación difusa, componente que debe ser reducido a un nivel suficientemente bajo mediante un sistema adecuado, tal como la rejilla antidifusora.

La imagen primaria puede convertirse en visible mediante: a.- Pantalla radioscopica b.- Película radiográfica c.- Intensificador de imagen y monitor de televisión

Pantalla radioscópica Este sistema está formado por un vidrio plomado, recubierto por una capa fina de una sustancia fluorescente: este material sobre el que inciden los rayos X, convierte una fracción de su energía en luz visible. La sustancia luminiscente más usada es el sulfuro de cinc y cadmio, cuya emisión luminosa amarillo-verdosa coincide con la zona espectral a la que es más sensible el ojo humano.

En el examen de esta imagen de fluorescencia, existe la dificultad que el brillo de la pantalla es bajo, lo que implica que la observación se realiza en condiciones de visión escotópica, situación ligada a una mala perceptibilidad de detalles. Por otra parte, la radioscopica exige una adaptación del observador a visión nocturna, durante un tiempo adecuado.

La radioscopia tiene, además otro inconveniente importante y es las dosis elevadas que recibe el paciente e incluso el operador, por lo cual la vigente normativa ha restringido su uso a casos donde esta técnica sea completamente necesaria.

La película radiográfica Los rayos X tienen la propiedad de impresionar películas radiográficas de forma análoga a como lo hace la luz visible. Para realizar el registro radiográfico se hace incidir el haz de radiación tras atravesar la zona anatómica de interés (imagen primaria): seguidamente tras procesar la placa se obtiene la radiografía o imagen física. La radiografía es un método más caro que la radioscopia, pero tiene ventajas importantes, como son la menor dosis que recibe el paciente, mejor calidad y el poder observa la imagen radiológica sin precisar seguir exponiendo al paciente al haz de radiación.

Estructura de la película radiográfica Se compone de una superficie sensible a la radiación (emulsión extendida en una o ambas caras de una película plástica (poliester) llamada soporte. La perfecta adherencia entre las capas de emulsión y el soporte se alcanza mediante un tratamiento químico de este ultimo, que forma una capa intermedia llamada substrato.

Magnitudes que definen la calidad de la imagen radiográfica En Radiodiagnóstico, la calidad de las imágenes radiográficas se estima a partir de criterios de visualización de detalles anatómicos en dichas imágenes.

Para que la radiografía ofrezca al radiólogo una capacidad óptima de diagnóstico, la imagen registrada debe reproducir el detalle de la zona explorada del paciente de forma clara y diferenciada. Se afirmará entonces que la radiografía tiene una buena definición.

Cuando se observa una radiografía en un negatoscopio se aprecia que existen zonas locales que presentan distintos niveles de gris que van desde el blanco al negro. Si se dirige un haz luminoso a una zona determinada, se observa que a una intensidad de luz incidente Y se corresponde a una intensidad de luz transmitida It. Se define entonces la densidad D como:

D= log I/It Una radiografía que tenga una buena definición debe poseer los siguientes atributos:

1.- Las variaciones de densidad existentes deben ser apreciables al observar la placa radiográfica en un negatoscopio 2.- Los bordes que separan zonas de distinta densidad deben estar bien definidos.

Estas propiedades se valoran con el contraste y la nitidez de la imagen respectivamente.

Los factores que afectan al contraste radiográfico son:

Contraste del paciente Está influido, sobre todo por el kilovoltaje y la radiación dispersa, disminuyendo a medida que aumenta el kilovoltaje.

Materiales fotográficos El contraste propio de una película es una consideración primordial, junto con las condiciones en que fue procesada y la utilización o no, de pantallas de refuerzo.

Condiciones de visibilidad para el examen en el negatoscopio Intensidad, color y uniformidad de la iluminación y uso de máscaras (limitadores de subzonas de observación para apreciar mejor detalles en zonas de alta densidad).

Moteado cuántico Cuando sobre el suelo seco comienza a llover y las primeras gotas dejan su huella en el suelo, hay una heterogenia de elementos de superficie, secos y mojados. Al seguir lloviendo llega un momento que el suelo está homogéneamente mojado. Esta imagen se parece mucho al llamado ruido cuántico. Cuando un sistema radiográfico recibe una dosis de fotones de rayos X, y mediante un convertidos (pantalla reforzadora o intensificador de imagen) aquellos se transforman en una mayor cantidad de fotones de luz visible que

conforman la imagen visible final, esta puede tener un aspecto granuloso; a este fenómeno se le denomina ruido cuántico.

Los factores que afectan a la nitidez de la imagen radiográfica con: Geometría del equipo/disposición de la película/sujeto El tamaño del punto focal y las distancias relativas entre el punto focal, el sujeto y la película son las variables más importantes. Movimientos del paciente La magnitud de la penumbra cinética producida depende de la rapidez y de la duración del movimiento del paciente, y también de la duración de la exposición.

Factores fotográficos La buena definición de la imagen está influida por las características propias de las películas y de las pantallas.

Halo (reflejo de la luz en el interior de la película) y moteado cuántico Las cartulinas de refuerzo En la fotografía convencional, la luz visible que incide en la emulsión fotográfica es absorbida con alta probabilidad por lo cual niveles luminosos muy débiles pueden impresionar la placa.

En cambio, en la radiografía se presenta una diferencia importante y es el gran poder de penetración de los rayos X ya que en promedio, tan solo el 1% de los fotones incidentes producen impresión en la emulsión. Esta situación requiere, en principio, tiempos de exposición largos, o intensidades de corriente del tubo elevadas, con el resultado de un incremento indeseable de la dosis que recibe el paciente.

El defecto descrito se evita parcialmente mediante la utilización en radiografía de película con dos capas de emulsión; pero, en muchas situaciones la ganancia de sensibilidad no resulta completamente adecuada. Tal ocurre por ejemplo al tratar de evitar la penumbra cinética se deben emplear tiempos de exposición muy cortos, combinados con intensidades muy elevadas, que llevan al tubo a la zona de destrucción en las curvas de carga, o al bloqueo del disparo en tubos modernos.

Una solución muy aceptada del problema propuesto la constituyen las cartulinas o pantallas de refuerzo, cuya estructura se representa esquemáticamente en la figura adjunta.

Una pantalla actual utilizada en Radiodiagnóstico Médico está formada por una capa delgada de microcristales de una sustancia fluorescente, capaz de convertir una fracción de la energía depositada por los rayos X en luz visible. La capa fluorescente, se encuentra depositada

sobre una capa reflectora y ésta sobre un soporte semiflexible de plástico o cartulina. La capa fluorescente se encuentra protegida por una capa superior transparente, impermeable y capaz de resistir adecuadamente la abrasión superficial.

Las pantallas de refuerzo se montan en chasis especiales en los que se dispone de película de contacto íntimo con una o dos pantallas en la capa transparente dispuesta sobre la emulsión. En estas condiciones, el efecto directo de sensibilización causado por los rayos X en la emulsión se unen los efectos de la luz visible de fluorescencia emitido en los puntos de cruce de la radiación en las pantallas.

La ventaja principal de las pantallas intensificadoras se debe a que en una exposición radiográfica, el 5% de la sensibilización se debe a la acción directa de los rayos X mientras que el 95% restante procede de la fluorescencia de la pantalla. Por ello, la utilización de las pantallas de refuerzo reduce la intensidad de radiación necesaria para obtener la radiografía, con la consiguiente disminución de la dosis recibida por el paciente, y la prolongación de la vida útil del tubo. Posibilita igualmente la utilización de tiempos de exposición mucho más cortos, de gran importancia en campos como la Radiología Pediátrica.

Sin embargo, no todo son ventajas en este proceso, porque las pantallas intensificadoras ofrecen una desventaja genérica, de que la luz de fluorescencia en cada punto de la pantalla se emite en un cono de difusión, por lo cual la nitidez de la imagen se ve afectada en mayor o menor grado.

Las pantallas intensificadoras se clasifican en normales, donde el medio fluorescente es wolframato cálcico y las de tierras raras, cuyo rendimiento de conversión luminiscente es una 5 veces más elevado.

El intensificador de imagen La radioscopia con visión directa en pantallas convencionales plantea el inconveniente de la escasa luminosidad de la imagen, lo que obliga que la sala esté a oscuras y por ello el operador debe adaptar su visión durante 10-15 minutos, existiendo el riesgo de paliar dicha deficiencia con un aumento de la intensidad de radiación, produciendo, consecuentemente, un aumento de dosis al operador y al paciente.

El fundamento de los sistemas de radioscopia con intensificador de imagen consiste en una conversión de la imagen primaria en otra de mayor brillo mediante electrones como agentes intermedios.

Mediante este procedimiento la luz producida en la pantalla por los rayos X se hace incidir en la otra pantalla que es fotosensible, es decir, libera electrones al recibir la luz. Estos electrones son acelerados mediante

una adecuada diferencia de potencial, con lo cual el haz electrónico incide en la pantalla 3 produciendo una imagen cuyo brillo es miles de veces mayor que la de la imagen de entrada. A la salida se puede acoplar una cámara de televisión, pudiendo observarse la imagen por el radiólogo, protegido por un blindaje estructural.

FUNDAMENTOS DE LA DETECCIÓN DE RADIACIONES

Principios físicos La base de la detección de radiación ionizante, es un mecanismo de interacción con la materia y producción de electrones rápidos (en el caso de electrones mediante colisiones elásticas y en el de fotones como consecuencia de interacciones fotoeléctricas y Compton) en el resultado final que una fracción de energía de la partícula o fotón incidente se transfiere al medio detector.

Las partículas cargadas, tales como los electrones, producen ionización en el absorbente, debida a la interacción electrostática de su carga con los electrones del medio, por lo cual se dice que son directamente ionizantes.

En cambio, las partículas carentes de carga eléctrica como los fotones recorren la materia hasta experimentar una colisión con alguno de los electrones del medio, y en este caso son los electrones rápidos liberados por efecto fotoeléctrico o Compton los que producen mayoritariamente la ionización, por lo cual se dice que estas partículas producen ionización indirecta.

Dosimetría de la radiación Los daños biológicos causados por la radiación ionizante vienen determinados por la energía cedida por las partículas a los tejidos en las que interactúan. La dosimetría es una rama de la radiología que trata de la medida de la energía absorbida, operación que se realiza con unos detectores especialmente calibrados y que se llaman genéricamente dosímetros.

Dosimetría ambiental o de área Es la dosimetría practicada en la determinación de dosis en zonas de instalaciones o, en general, en ambientes en los que se requiere evaluar el riesgo radiológico Dosimetría personal Es la dosimetría practicada en la determinación de dosis a personas que, por razón de su actividad profesional, por residir en zonas de riesgo o por recibir radiaciones como consecuencia de un tratamiento médico, son controladas mediante dosímetros.

DETECTORES UTILIZADOS EN INSTALACIONES DE RADIODIAGNÓSTICO

Cámara de ionización Las magnitudes de interés en dosimetría (exposición, dosis, energía) pueden medirse a partir de la conductividad de una masa gaseosa contenida en un recinto adecuado y en el que se encuentran dos electrodos debidamente polarizados. En ausencia de radiación un gas se comporta como aislante, por cuya razón no circula corriente alguna entre ambos electrodos.

Sin embargo, cuando el espacio interelectródico es cruzado por radiación ionizante, la formación de iones y electrones y su posterior captación (los iones por el electrodo negativo y los electrones por el positivo), produce una corriente eléctrica mesurable (el gas se vuelve parcialmente conductor). A este dispositivo detector se le conoce con el nombre de cámara de ionización.

Curva característica Si un haz de fotones de intensidad constante interacciona con el gas de la cámara la corriente medida por un electrómetro en función de la tensión aplicada crece con dicha tensión hasta un valor de saturación.

La intensidad de corriente medida en la cámara de ionización depende de la tensión de polarización. Para tensiones bajas el campo eléctrico en la cámara es débil y muchos de los iones, después de formados, se recombinan de nuevo, por lo que se medirá una corriente de valor reducido.

A medida que aumenta la diferencia de potencial una proporción creciente de iones y electrones es captada por los respectivos electrodos, aumentando por tanto la corriente que atraviesa la cámara. Cuando el campo eléctrico es suficiente para que la recombinación prácticamente no se produzca, se alcanza la corriente de saturación, que permanece constante aunque aumente la tensión dentro de ciertos límites. A igualdad de todas las demás condiciones, dicha corriente de saturación es proporcional a la intensidad de radiación que incide sobre el volumen eficaz de la cámara.

Las intensidades de corriente en una cámara de ionización son del orden de 10-14 amperios, que son demasiado débiles para su medida directa, por lo cual deberán ser convenientemente magnificadas mediante amplificadores de corriente, de alta ganancia, y buena estabilidad y reproductibilidad.

Dosimetría personal basada en la ionización gaseosa

Los dosímetros (medidores de dosis) o exposímetros (medidores de exposición), se agrupan en dos tipos de distintos instrumentos llamados ambientales si se destinan a evaluar niveles de radiación en posiciones fijas en la instalación, o personales dedicados a la vigilancia radiológica individual de cada uno de los trabajadores.

Dosímetros personales: dosímetros de pluma Para control individual se utilizan los llamados dosímetros de pluma que permiten la lectura directa de la exposición o de la dosis (típicamente hasta 200 mR o hasta 5 R).

Su funcionamiento se basa en utilizar como detector un condensador formado por dos electrodos soportados por un material aislante de alta calidad. El dosímetro se carga al aplicarle una cierta diferencia de potencial (típicamente alrededor de 200 V) a sus electrodos, tensión que permanece en tanto no sea ionizado el gas que hay entre ellas. Los rayos X son capaces de producir esta ionización, generando cargas libres de uno y otro signo que neutralizarán a las que mantienen la diferencia de potencial.

Por tanto, la diferencia de potencial entre ambos electrodos va disminuyendo a medida que llega radiación al dosímetro, pudiendo establecer una correspondencia entre aquella y la exposición producida por el haz de rayos X (máxima diferencia de potencial equivalente a una exposición nula).

Este dosímetro lleva incorporado un dispositivo de lectura directa (aguja indicadora de un electrómetro que se mueve sobre una escala graduada en R o mR) de manera que se puede conocer el valor acumulado, observando por transparencia la escala de lectura a través de un adecuado sistema óptico.

Estos dosímetros se utilizan cuando el tipo de trabajo a realizar con radiaciones hace prever exposiciones intensas en tiempos cortos, tales como una jornada laboral. Más allá de este plazo, las indicacio nes del dosímetro pueden estar sesgadas por exceso, ya que el condensador tiende a descargarse espontáneamente con el tiempo, aún en ausencia de radiación. Por eso, su utilización queda restringida a una jornada de trabajo, debiendo leerse al final de su uso y recargarlo para una nueva utilización.

Monitores de radiación Los exposímetros (o dosímetros) ambientales pueden dividirse en fijos o portátiles. Los fijos son poco empleados en instalaciones de radiodiagnóstico. Los ambientales de tipo portátil llamados comúnmente monitores de radiación son instrumentos alimentados con pilas o acumuladores.

Los equipos de uso habitual suelen estar posibilitados para medir exposición a dosis así como sus respectivas tasas, ambos modos seleccionables con su conmutador. Otro mando permite variar la sensibilidad de la escala del medidor, de forma que sus indicaciones a lo largo del margen de utilización (unas cinco décadas, típicamente) pueden leerse con suficiente precisión.

En muchas ocasiones los monitores de radiación van provistos de un absorbente abatible sobre la zona de incidencia de la radiación sobre el detector. Por su espesor y composición. Dicho absorbente produce una atenuación de la radiación X equivalente a la que dicha radiación experimentaría en la piel. Por consiguiente, las medidas hechas con el detector desnudo suministran valores de dosis y exposición a nivel de la piel, mientras que las realizadas con el absorbente abatido representan los valores que se encontrarían en profundidad, de dichas magnitudes.

La fiabilidad de lectura de los monitores de radiación se basa en tres comprobaciones que deben realizarse al comenzar la utilización del instrumento. Tales operaciones son:

Estado de capacidad de las baterías Los monitores de radiación permiten la comprobación del correcto estado de la batería, en una de las posiciones del conmutador de sensibilidad de escala. En dicha posición, la indicación del instrumento se sitúa en una zona marcada especialmente para la prueba, si la carga de la batería es suficiente. Caso contrario es mandatario el cambio de pilas, pues las lecturas pueden ser infiables.

Ajuste de cero Otra comprobación del monitor es el ajuste del cero electrónico (en ausencia de radiación y con el aparato encendido no debe haber indicación en ninguna escala) que se realiza colocando el conmutador correspondiente en la posición de ajuste de cero.

Finalmente puede ajustarse el cero mecánico del microamperímetro (debe indicar cero en el aparato apagado) accionando sobre un tornillo de ajuste en el eje del cuadro del mismo.

Comprobación de lectura Para verificar la fiabilidad de lectura, el equipo se suministra con una fuente de referencia beta o gamma, que debe producir una indicación determinada al situar la muestra en contacto con el detector.

Dosímetros de termoluminiscencia Ciertos sólidos cristalinos tienen la propiedad que al recibir radiación ionizante, algunos de sus electrones son excitados y permanecen en tal estado, hasta que la sustancia se calienta a 250ºC, lo que permite a los electrones excitados volver a sus niveles estables, emitiéndose la diferencia de energía en forma de luz. Este fenómeno se llama termoluminiscencia y es de gran interés en el campo de la dosimetría personal, pues en condiciones adecuadas la luz emitida es proporcional a la dosis absorbida.

El dosímetro termoluminiscente adopta la forma de un pequeño cristal de naturaleza adecuada montado en un soporte provisto de una pinza, mediante la cual se puede sujetar el dispositivo a la ropa de trabajo. Los dosímetros se leen en condiciones normales tras un mes de trabajo.

El dispositivo de lectura consiste en un microhorno que realiza el ciclado térmico del cristal, más un fotomultiplicador y la cadena electrónica asociada. El horno eleva la temperatura del cristal hasta un cierto valor, del orden de los 250ºC o inferior, y la luminiscencia generada es transformada en señal eléctrica e integrada por el fotomultiplicador y los dispositivos electrónicos.

El microprocesador incorporado al sistema, calcula entonces la dosis acumulada y la indica al operador mediante un sistema de lectura, variable según el tipo de dispositivo.

Las ventajas más importantes que presentan los dosímetros de termoluminiscencia son:

a.- Cuando se utilizan cristales de naturaleza adecuada como el FLi, el valor de la dosis medida coincide muy aproximadamente con la que recibiría en el mismo punto un tejido biológico blando, pues en ambos casos es muy semejante al número atómico efectivo.

b.- Una vez se ha leído un dosímetro de termoluminiscencia, una elevación posterior de temperatura lo pone a cero, lo que permite su reutilización indefinida.

c.- La respuesta de los dosímetros TL resulta lineal en intervalos de dosis extensísimos, típicamente desde 100 mGy hasta 1000Gy, lo que les convierte en dispositivos utilizables en grandes márgenes de variabilidad de condiciones.

Entre los inconvenientes que presentan destacan que estos dosímetros no pueden archivarse para formar un historial dosimétrico, pues son borrados en el proceso de lectura. Además, los de buenas características pueden resultar relativamente caros. Finalmente, requieren procedimientos de calibración y ciclado térmico cuidadoso (particularmente, en este último debe practicarse de acuerdo con una cueva de variación temperatura/tiempo, que sea suficientemente reproducible, para que sean comparables los resultados de distintas medidas). Ello hace que la instrumentación de precisión resulte costosa.

Los dosímetros de termoluminiscencia más frecuentes usados son los de Fli y SOP4Ca, con distintas sustancias activadoras y distintos estados de agregación (en forma de cristales, embutidos en soportes de teflón, etc.).

Emulsión fotográfica Las emulsiones fotográficas no sólo son sensibles a la luz, sino también a los fotones X o gamma, radiación que produce en la emulsión una imagen latente que una vez revelada y fijada produce una imagen consistente en un ennegrecimiento cuya intensidad es proporcional a la dosis.

Lectura de dosímetros fotográficos Tras exponer la película a la radiación tras el revelado y fijado, su lectura se realiza por procedimientos microdensitométricos. La microdensitometría supone estudiar la transmisión de un haz luminoso a través de la película, con auxilio de una escala fotoeléctrica, estableciéndose la dosis recibida a partir de una curva de calibración.

Ventajas y desventajas de los dosímetros fotográficos: Ventajas: a.- La película dosimétrica introducida en un sobre de papel negro, va montada en un soporte sobre el cual existen una serie de ventanas provistas de filtros adecuados que permiten realizar la dosimetría en campos mistos de radiación (beta, X, gamma, neutrones, etc.). Esta ventaja no resulta importante en el campo del radiodiagnóstico.

b.- Las películas dosimétricas debidamente reveladas y fijadas constituyen un soporte permanente de información y pueden archivarse para formar parte del historial dosimétrico del trabajador.

Desventajas En contrapartida, la película fotográfica presenta algunas desventajas importantes. Así este dosímetro adolece de mayor imprecisión en la medida de dosis elevadas, incluso utilizando película de doble emulsión. Por otra parte, las secuencias de revelado y medida deben realizarse siguiendo pautas minuciosas, porque cualquier variación conduce a sesgos importantes en los resultados.

En el manejo de dosímetros fotográficos deben tenerse en cuenta ciertas precauciones. Por ejemplo, las placas fotográficas presentan un proceso en envejecimiento con el tiempo de almacenamiento, que sesga por exceso los valores de dosis registrados. Si la película experimenta los efectos de temperaturas elevadas o la acción de ciertos vapores, pueden sufrir sensibilización espúrea, que conduce a ennegrecimiento incontrolado en el revelado, y consecuentemente error por exceso en las medidas.

Instrumentos de detección para dosimetría al paciente En general, la dosimetría de un paciente sometido a radiación X puede realizarse de dos formas distintas:

Dosímetros de termoluminiscencia Los dosímetros más utilizados en dosimetría al paciente son los de termoluminiscencia, que se colocan sobre la piel del paciente. Para ciertas exploraciones se realiza una simulación con un maniquí antropomorfológico, realizándose las medidas dosimétricas con una cámara de transmisión o, simplemente con una cámara de ionización para medidas en haz directo.

La cámara de transmisión Una cámara de transmisión es un dispositivo que colocado en el cabezal del tubo de rayos X, permite efectuar lecturas del producto (dosis) x (área), y consiste en un detector de ionización gaseosa (cámara de ionización cuyo gas es aire seco), con paredes equivalentes a aire y calibrado para que sus lecturas se expresen en Gy x cm2 Ventajas e inconvenientes de los sistemas de dosimetría El dosímetro con más ventajas es la cámara de transmisión. El procedimiento menos invasivo, que menos repercute en la exploración y no existe contacto físico entre el paciente y el dosímetro.

En segundo lugar se utiliza el dosímetro de termoluminiscencia que, además de resultar muy cómodo, resulta invisible en la exploración, es decir, en la radiografía no aparece ninguna imagen dejada por el dosímetro.

CONTROL DE CALIDAD EN INSTALACIONES DE RADIODIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y CALIBRACIÓN DE DETECTORES Introducción Se define el control de calidad como el conjunto de procesos mediante los que se verifican si una serie de parámetros característicos del funcionamiento de los equipos (kilovoltaje, miliamperaje, tiempo de exposición, etc.) se mantienen dentro de su margen de tolerancia que se considera razonable para su correcto funcionamiento.

El control de calidad en la cadena de imagen resulta de gran importancia para disminuir las dosis recibidas por el personal de la instalación y los propios pacientes. No conviene olvidar que los desajustes en la cadena de imagen repercuten desfavorablemente de dos formas distintas: ocasiona mala perceptibilidad de los detalles de la imagen y aumentan el nivel de dosis. La circunstancia desfavorable que supone la repetición de un estudio dobla la dosis recibida. Determinación de la calidad del espectro La calidad del espectro, o sea su distribución o forma de función de la energía, es muy difícil realizar debido a los flujos elevados de fotones que se observan en el haz primario, por lo cual en Radiodiagnóstico se prefiere expresar la calidad en función del kVp, la capa hemirreductora y el coeficiente de heterogeneidad.

Determinación del kilovoltaje pico El kilovoltaje pico es un parámetro crítico en la realización de radiografías: su valor se toma de las tablas o gráficas existentes en el Servicio, en función de la zona anatómica o complexión del paciente. Las posibles diferencias entre los valores del kVp nominal (valor del selector de consola) y efectivo (valor real) produce variaciones en el contraste y en la densidad de la radiografía, generalmente indeseables, pues disminuyen la perceptibilidad de detalles y también pueden suponer aumentos innecesarios de dosis al paciente e incluso al personal de operación.

La comprobación del kilovoltaje pico puede realizarse en un kilovoltímetro digital, basado en la operación de dos diodos de sicilio. Estos instrumentos que dan una presentación digital del resultado de la medida, sirven únicamente para tubos con determinado material anódico.

Si la diferencia entre los valores nominales y efectivos supera un 10%, se debe solicitar del servicio técnico para que proceda a reajusta la tensión de operación.

Linealidad de la exposición con el miliamperaje y el tiempo de disparo Una comprobación del correcto funcionamiento del cronorruptor, es realizar una serie de disparos a kVp constante, para la serie de tiempos de disparo de duración variable y midiendo en cada caso la exposición medida en el haz directo con una cámara plana especial. Si se observan desviaciones mayores a un 10%, hay que proceder al ajuste del cronorruptor.

Otra comprobación paralela a la anterior descrita, es medir la exposición en haz directo variando el miliamperaje, manteniendo fijos tanto el kilovoltaje como la duración del disparo. De nuevo, la existencia de desviaciones mayores del 10% implican necesariamente la intervención del servicio técnico.

Finalmente debe comprobarse, que manteniendo constante el producto del miliamperaje por el tiempo de disparo (mAs) se obtienen lecturas de exposición o dosis constantes. Esta operación constituye la prueba de reciprocidad, en la cual una variación mayor de un 20% indica la existencia de una disfunción en el equipo.

Fotoexpositómetro automático y dispositivos asociados de seguridad El fotoexpositómetro automático es un dispositivo que ajusta automáticamente el tiempo de disparo para alcanzar condiciones óptimas de contraste en la radiografía.

El expositómetro automático consta usualmente de tres sensores, que son cámaras de ionización o detectores fotosensibles, de los que se selecciona uno, normalmente,. El más próximo al campo que con mejor detalle se desea radiografiar.

Las cámaras van situadas entre el paciente (zona de salida del haz) y la película, y se calibra el sistema para que se interrumpa la generación de rayos X cuando la película ha recibido radiación suficiente para formar la imagen correcta. Como la cantidad de radiación necesaria es función de la combinación pantalla-película, el fotoexpositómetro automático sólo es válido para el sistema de imagen previsto debiendo ser modificado si se cambia la velocidad en el soporte de la imagen.

El control de funcionamiento se verifica con un maniquí homogéneo de material equivalente al del paciente, y realizando tres radiografías a sendos valores del kilovoltaje (ejemplo 60, 80 y 100 kV) comparando en las placas procesadas las lecturas de la densidad. Este ensayo conviene repetirlo dos veces, una según la normativa descrita y otra, interponiendo un absorbente de plástico, de 8-10 cm de espesor.

Colimación del haz Es muy importante la comprobación de la coincidencia del haz de rayos X, con el haz luminoso que proyecta el sistema, para centrar y limitar la zona de irradiación.

La falta de coincidencia entre ambos campos produce efectos muy desfavorables. Si el haz de radiación es mayor que la zona iluminada, se estará irradiando zonas u órganos del paciente no deseados, con los inconvenientes ya citados de aumento de la radiación difusa y dosis al paciente; si el haz de radiación es menor, no aparecerá en la imagen la totalidad de la información prevista y habrá de repetirse el estudio, duplicándose así la dosis que recibiría el paciente.

Un método simple para evaluar la coincidencia del haz de radiación con el de localización, es colocar un chasis de 24×30 en la mesa de exploración y colimar manualmente el haz hasta alcanzar un rectángulo iluminado de unos 15×20 cm. A continuación se colocan dos monedas en cada uno de los lados, de forma que sean tangentes a la línea de delimitación del haz, una dentro u otra fuera del rectángulo.

En estas condiciones se realiza el disparo y se procesa la placa comprobando entonces la coincidencia de haces. Si la diferencia de dimensiones de ambos rectángulos supera 1 cm en cualquiera de los lados, se requiere la intervención del Servicio Técnico.

La filtración del haz primario La medida de la filtración del haz puede realizarse mediante métodos indirectos basados en la determinación de la atenuación que experimenta el haz de rayos X trabajando a una tensión fija a la que se haya calibrado el equipo de medida.

De no disponer de los citados equipos, especialmente diseñados para control de calidad de generadores y tubos de rayos X, la medida puede hacerse con media docena de disparos, interponiendo espesores variables de Al, por ejemplo entre 0 y 5 mm.

Representando en papel semilogarítmico el efecto producido por la radiación a la salida del tubo (mGy, mR o cualquier otra unidad) frente al espesor del Al, puede conocerse la capa hemirreductora observando sobre la gráfica la distancia en mm que separa un punto de otro con ordenada mitad, cuidando que esta observación se haga en un tramo rectilíneo.

La filtración se conoce a partir de ese valor, mediante tablas adecuadas que relacionan ambos parámetros para unos datos concretos de generador (tipo de rectificación) y tensión de trabajo a la que la capa hemirreductora ha sido medida.

Control de la película radiográfica y del sistema de visualización de imagen En el control de la cámara oscura, debe verificarse la carencia de entrada indebida de luz que pueda provocar velo en el proceso de manipulación de las películas. En control realizados en instalaciones de grandes hospitales se ha visto que un 80% de las cámaras oscuras presentan fallo por fugas a través de los cercos de la puerta de acceso, o por filtros inadecuados en la instalación de alumbrado de la cámara, por tener excesiva intensidad de luz de seguridad, no siendo raro encontrar simultáneamente presentes más de una de estas causas.

Es importante tener en cuenta que no todas las películas pueden manejarse con la misma luz de seguridad. Por su parte, los filtros de la luz de seguridad no tiene vida limitada, conviene sustituirlos con una periodicidad anual, al menos.

Con periodicidad semestral, debe exponerse una película (de máxima velocidad que sea previsible utilizar) en esa cámara revelándola posteriormente y midiendo el velo con auxilio del densitómetro. Este no debe rebasar en ningún caso el valor límite de 0.25.

Por otra parte, en caso de cambio a una película más sensible que la utilizada hasta el momento, puede convenir reducir la potencia de las luces de seguridad (o sustituir los filtros) de los cuartos oscuros.

Los negatoscopios Deben limpiarse de modo regular, tanto los tubos fluorescentes como las superficies difusoras de los negatoscopios. Mediante un fotómetro, se comprobará que el brillo de las pantallas es uniforme y está dentro de los límites recomendados, sustituyendo de ser necesario los tubos. Finalmente, con el fotómetro debe estudiarse si el balance de luces ambiental/negatoscopio permite una cómoda visión.

Chasis-pantallas de refuerzo-películas Las hojas de refuerzo deberán limpiarse periódicamente , según las instrucciones de fabricante. Una buena forma de saber si precisan limpieza y de conocer su estado de uso es el iluminarlas con una luz ultravioleta y observarlas en la cámara oscura.

Debe controlarse el contacto pantalla-película en toda la superficie, mediante una malla adecuada (con reticulado de 3 mm), que se colocará en contacto con el chasis, se realizará un disparo con el tubo, procurando alcanzar en la placa una densidad de 1.5. La observación de un mal contacto se caracteriza por una zona en la que la malla se observa con menos nitidez (más borrosa).

Finalmente, debe comprobarse, mediante pruebas adecuadas, que el chasis es suficientemente estanco a la luz ambiental.

La calidad de la imagen Mediante este control se intenta conocer la resolución espacial, dato que será diferente en función del tamaño del foco efectivo, por lo cual es conveniente determinar las características del foco antes de medir la resolución.

Existen dos dispositivos especializados para esta comprobación. Uno es un conjunto de mallas metalizadas de diferente reticulado, que ocupan sectores circulares del útil. El otro, para estimar las dimensiones del foco, puede ser un conjunto de tríos de marcas, o bien una serie de barras colocadas en una distribución radial. Las medidas se hacen colocando cada objeto sobre una película dentro de su chasis y realizando sendas exposiciones.

Control de intensificadores y monitores de televisión Genéricamente el control de intensificadores de imagen se realiza midiendo la dosis a la entrada del intensificador. Tal operación presenta en ocasiones muchas dificultades, y se sustituye por la mitad de la dosis a la entrada del paciente, y estimado en función de este resultado la dosis a la entrada del intensificador.

No es inusual que existan diferencias en los intensificadores de imagen, en equipos antiguos ligados a dosis altas y en equipos modernos debidos a problemas de distorsión de imagen (distorsión en corsé o barrilete por aberraciones en las lentes electrónicas). Las distorsiones en caso de existir suelen ser aparatosas.

Los controles de distorsión y disolución se hacen por medio de una malla de hilos cruzados horizontales y verticales, en cuya imagen se trata de observar distorsiones (curvatura en la imagen de los hilos) o resolución, (agujeros o hilos en la malla).

Control del procesado de películas Es un hecho conocido en la práctica radiológica que en un gran número de casos de radiografías de mala calidad, la causa de los defectos está ligada con disfunciones en el procesado de las películas. Por esta razón, el control de calidad del procesado debe recibir atención preferente.

El control de procesado varía según sea manual o automático y en ambos casos existen diferencias según la procedencia comercial de los equipos utilizados, por lo que en cada situación específica, el usuario debe seguir las pautas fijadas por el fabricante.

Sin embargo, deben conocerse dos parámetros simples cuyo control es eficaz: pH y temperatura. El primero es el indicador más simple del estado de los reactivos. Debe controlarse semanalmente, como mínimo, usando un medidor de pH, que tanto el revelador (pH de 8 a 13) como el fijador (pH entre 3 a 6) están en buenas condiciones.

Por otra parte la temperatura del baño revelador no debe superar un intervalo de variación de +-2ºC respecto a los valores especificados en los protocolos de operación.

Análisis de calidad de imágenes Se deben evaluar periódicamente (al menos una vez al año) la calidad de las imágenes de cada sala, lo cual permitirá detectar disfunciones en la cadena de la imagen o en el generador, casi siempre asociadas a dosis al paciente elevadas.

El análisis de exploraciones repetidas es uno de los puntos clave de los programas de control de calidad. Deben buscarse procedimientos sencillos para detectar y registrar las causas de las posibles repeticiones de disparos y/o de exploraciones completas (en este caso la causa podrá ser externa al servicio de Radiodiagnóstico: indicación previa errónea, falta de transmisión de la información de exploraciones ya realizadas, etc).

La evaluación periódica del número de radiografías repetidas y desechadas y el análisis de las causas que lo motivaron permitirá detectar fallos, tanto en el equipo de rayos X y dispositivos asociados, como en los protocolos de la exploración y en la formación y entrenamiento del personal.

Calibración, verificación y condiciones de utilización de los distintos tipos de detectores Los monitores ambientales y los dosímetros son herramientas de importancia en un programa de control de calidad de una instalación de Radiodiagnóstico. Son necesarios para determinar la capa hemirreductora y para medir tasas de exposición de radiación directa y dispersa. Además, pueden servir para la medida de la atenuación producida por rejillas u objetos en el haz.

Pueden considerarse tres tipos de instrumentos:

· Monitores ambientales, de bajo nivel

· Dosímetros de pluma

· Dosímetros de uso general de cámara de ionización En mamografía interesará, en general, disponer de cámaras con ventana de entrada delgada.

Todas las cámaras presentan dos dependencias: con la energía y la tasa de los fotones, por lo que su uso sin tener en cuenta estas características supone obtener resultados sin significación física o confusos de interpretar.

Los dosímetros para diagnóstico pueden resultar eficaces, con una precisión en torno al 5% entre 30 y 120 keV. La dependencia con la tasa es importante por las altas intensidades que se utilizan en diagnóstico y que repercuten en lecturas inferiores a las reales.

La observación de la constancia de condiciones de operación, niveles de exposición, etc. o sus posibles variaciones, se realiza a partir de detectores de radiación diversos, cuyo buen funcionamiento será, por tanto, la clave para conocer el comportamiento de la instalación, dentro o fuera de los límites previstos.

Por tanto es necesario comprobar periódicamente su correcta operación. La forma de realizarlo es contrastar sus lecturas empleando fuentes de radiación de respuesta muy bien conocida y ajustar la electrónica de forma que la indicación del instrumento sea lo más próxima posible al valor de referencia . El procedimiento total de ajuste es la calibración y habrá de hacerse en laboratorios debidamente autorizados por el Consejo de Seguridad Nuclear.

La periodicidad de calibración en equipos ambientales para medir radiación directa o dispersa es variable, siendo imprescindible disponer del correspondiente certificado de calibración actualizado, para que sus lecturas se consideren fiables.

La calibración debe realizarse además, después de cualquier reparación o sustitución de componentes.

RADIOBIOLOGÍA

Es la ciencia que estudia los fenómenos que suceden cuando un tejido vivo ha absorbido la energía cedida por las radiaciones ionizantes.

Se podría definir como el estudio de los fenómenos que se suceden en un tejido vivo que ha absorbido la energía depositada por las radiaciones ionizantes. Lesiones que se producen y mecanismos que tiene el organismo para compensar estas lesiones.

Como la interacción de la radiación en un átomo es probabilística, la posible lesión que produzca tendrá también carácter probabilístico y aunque el depósito de energía es un proceso físico que ocurre en un tiempo muy corto (del orden de 10-17 s), el posible efecto biológico puede aparecer después de un periodo de latencia que puede ser hasta de años.

Por el carácter probabilístico de la interacción, ésta no se realiza de forma selectiva sobre ninguna zona concreta de la célula. La lesión que producen las radiaciones ionizantes no es específica de la misma, idénticas lesiones se pueden producir por otras causas; de ahí la dificultad de discernir los efectos causados por las radiaciones ionizantes frente a otras causas.

La acción de las radiaciones ionizantes sobre la célula siempre es de tipo lesivo, siempre se produce un daño a la célula y nunca un beneficio. En determinadas circunstancias se busca dañar cierto tipo de células, como es el caso de la radioterapia antitumoral que persigue la destrucción de las células de los tumores malignos, por su mayor radiosensibilidad frente a las células sanas.

INTRODUCCION HISTORICA. En 1.896 Henri Becquerel descubrió las propiedades perjudiciales de la radiactividad, tomando en cuenta las quemaduras que le produjo un frasco que contenía Ra226. Ese mismo año Clarence Madison Dally, se sometió a radiaciones que acabaron con su vida, era ayudante de Thomas Alva Edison, inventor del fluoroscopio.

Durante la exposición industrial realizada en 1.896 en Nueva York, Dally expuso, reiteradamente, sus manos al experimento presentado por él, consistente en un equipo de rayos X, cuyo objetivo era observar las sombras en el esqueleto humano.

Poco tiempo después las manos se le ulceraron, siéndole posteriormente amputadas. El cáncer contraido le fue progresando en su organismo y en 1.904 acabó con su vida. Fue la primer victima descrita por las radiaciones ionizantes. En 1927 Muller descubrió en la Drosophila mutaciones inducidas por las radiaciones X. Dos años más tarde Goldstein asociaría la alteración del desarrollo con la exposición a radiaciones ionizantes.

Desde entonces se ha realizado numeroso estudios sobre las radiaciones ionizantes y sus efectos en el material biológico. Estudios epidemiológicos, como los resultados de las bombas de Hiroshima y Nagasaki, de niños irradiados intraútero, de adultos irradiados para el tratamiento de espondilitis anquilosante o bien para el carcinoma de tiroides, estudios en animales de diferentes especies y estudios in vitro, principalmente con DNA y linfocitos humanos, pudieron demostrar el efecto mutagénico de las radiaciones ionizantes que al parecer es mayor in vitro que in vivo.

INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA CELULAR

Todos los seres vivos están constituidos por células, definidos como pequeños compartimentos rodeados por membranas y en cuyo interior contienen una solución acuosa de productos químicos. Las formas más simples de vida son células individuales que se dividen en dos para su propagación. Mientras que los organismos superiores son comunidades celulares donde las células se dividen en grupos para realizar funciones mas o menos especializadas y se relacionan entre si por complicados sistemas de comunicación.

Evolución celular Todos los organismos y todas las células que los constituyen derivan de un antecesor celular común por evolución. La evolución implica dos procesos esenciales:

1.- La variación al azar de la información genética transferida de unos individuos a sus descendientes.

2.- La selección de aquella información genética que posibilita a su poseedor una mayor probabilidad de conseguir descendencia.

Hace aproximadamente 3500 millones de años que apareció la primera célula en la tierra y ello debió de ocurrir a través de un proceso de agregación expontáea de moléculas. Actualmente se cree que las etapas que debieron de cubrirse fueron:

1.- La formación de polímeros de ácido ribonucleico (RNA) capaces de replicarse mediante apareamiento de bases complementarias.

2.- La aparición de mecanismos por los cuales una molécula de ARN diese directamente una proteína 3.- La formación de una membrana lipídica que encerrase esta mezcla autorreplicante de moléculas de ARN y proteínas. Más tarde ácido desoxirribonucleico (ADN) sustituiría al ARN como material genético.

Uno de los principales pasos evolutivos lo constituye la transición, acaecida hace aproximadamente 1500 millones de años, desde células pequeñas, con una estructura relativamente simple procariontes, las cuales incluyen varios tipos de bacterias, a la célula eucariótica de mayor tamaño y muchísimo más compleja.

La célula eucariótica Las células eucarióticas contienen por definición, núcleo, en el cual se encuentra la mayor parte de ADN celular, encerrado por una membrana de doble capa, la membrana nuclear. El resto del contenido celular, el citoplasma, en donde tiene lugar la mayoría de las reacciones metabólicas. En este último compartimento es posible distinguir distintos orgánulos, cada uno de ellos encerrados en su propia membrana, que realizan funciones perfectamente definidas. Las mitocondrias presentes en todas las células eucarióticas son responsables de la función respiratoria celular, y muestran muchas características comunes a los organismos procarióticos: tienen una forma que recuerda a la de las bacterias, presentan capacidad de autopropagación con independencia de la célula en la que se encuentran, tienen ADN propio y ribosomas similares a los de las bacterias y diferentes a los de la célula eucariótica. Los cloroplastos sólo se encuentran en aquellas células eucarióticas capaces de llevar a cabo la función fotosintética, es decir, en células vegetales. Actúan de la misma manera que las cianobacterias (procariontes) absorbiendo energía luminosa por medio de la clorofila.

Las membranas además de rodear al núcleo, a las mitocondrias y a los cloroplastos forman también un intrincado laberinto, el retículo endoplásmico, donde se sintetizan los lípidos y las proteínas de las membranas junto con los productos a exportar fuera de la célula.

Los lisosomas, rodeados también por membranas, almacenan las enzimas requeridas en los procesos de digestión intracelular. Las membranas juegan también un importante papel en el proceso de entrada o salida de sustancias. Mediante la endocitosis, donde porciones de membrana se invaginan atrapando material extracelular, lo incorporan como vesícula al citoplasma y mediante la exocitosis realizan el proceso inverso. Ambos procesos son únicos para las células eucarióticas.

Todas las células eucarióticas poseen un esqueleto interno, el citoesqueleto, el cual contribuye a darles forma, facilitando su movimiento y la distribución y transporte de los orgánulos. Está compuesto por filamentos proteicos, siendo dos de los más importantes los filamentos de actinina y los microtubulos. Ambos son imprescindibles para los movimientos internos de la célula. Los microtúbulos constituyen el huso mitótico esencial para el reparto del material genético en la mitosis. Los filamentos de actina participan, en la contracción muscular.

Composición química de la célula Una célula viva está compuesta fundamentalmente por 6 elementos (C,H,N,O,P,S) que representan aproximadamente el 99% de su peso. La molécula más abundante, el agua, supone aproximadamente el 70%, por lo que la mayoría de las reacciones intracelulares ocurren en solución acuosa.

Los organismos vivos están fabricados a partir de un reducido número de pequeñas moléculas, basadas en el carbono y esencialmente las mismas para los diferentes tipos de organismos. Las principales son: azucares, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos. Los azúcares son la fuente primaria de energía química para la célula y se integran en polisacáridos para su almacenamiento. Los ácidos grasos aunque también son importantes como reservorio de energía, intervienen fundamentalmente en la formación de membranas. Los aminoácidos se polimerizan en proteínas, moléculas que suponen la más diversa y versátil macromolécula conocida. Los nucleótidos juegan un importante papel en la transferencia de energía, pero su principal misión consiste en ser las subunidades de las macromoléculas de la información (ADN y ARN).

Reacciones celulares Las células vivas están altamente ordenadas y deben de mantener y crear este orden a lo largo de su existencia. Esto es termodinámicamente posible gracias a la entrada continua de energía procedente de la radiación electromagnética del sol. Los animales obtienen esta energía por oxidación de moléculas orgánicas en una serie de reacciones, catalizadas por enzimas, acopladas para formar ATP. La molécula de adinosin trifosfato (ATP) es la forma comúnmente utilizada en todas las células para portar energía.

La células animales consiguen energía de los nutrientes como las proteínas, los polisacáridos y los ácidos grasos rompiéndolos en pequeñas moléculas dentro de la célula produciendo moléculas de acetil CoA y una limitada cantidad de ATP y NADH. Estas etapas proporcionan energía en ausencia de oxígeno. La acetil CoA se degrada en las mitocondrias dando CO2 y protones. Los protones (H+) son transportados fuera de las mitocondrias. El gradiente de protones creado a través de la membrana interna está fuertemente dirigido a la sintesis de ATP.

La hidrólisis de ATP se encuentra acoplada a reacciones desfavorables energéticamente, tales como la síntesis de macromeoléculas, normalmente a través de intermedios reactivos fosforilados. Otras moléculas reactivas de transporte, llamadas coenzimas transfieren otros grupos químicos en el curso de la biosíntesis.

Información genética La información genética está contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN. Cada molécula de ADN contiene dos cadenas de nucleótidos complementarias que permanecen unidas por puentes de hidrógeno entre los pares de bases guanina-citonina (G-C) y adenina-timina (A-T).

La replicación del ADN, donde se duplica la información genética, se lleva a cabo por la polimerización de una nueva cadena complementaria de cada una de las dos viejas.

La expresión de la información genética implica la traducción de una lineal de nucleótidos de ADN, a una secuencia coleneal de aminoácidos en las proteínas. Un segmento específico del ADN es copiado inicialmente en una cadena complementaria de un ARN, la cual es entonces traducida a proteínas de los ribosomas. Los aminoácidos utilizados para la síntesis de proteínas son llevados por pequeñas moléculas de ARN, los ARN-t, cada una de las cuales reconoce por complementariedad en el apareamiento de bases un grupo de tres nucleótidos de ARN-m. La secuencia de nucleótidosdel ARN-m es traducida desde el principio hasta el final en grupos de tres bases de acuerdo con el código genético.

División celular El crecimiento y desarrollo de un organismo pluricelular depende de la proliferación coordinada de sus células. Este proceso de multiplicación por el cual una célula forma dos o más células, se conoce como división celular. La división celular lleva consigo dos procesos:

1.- citocinesis o división de la entidad celular completa.

2.- cariocinesis o división exclusiva del núcleo.

La cariocinesis implica un reparto del material genético, atendiendo a como se realiza, podemos señalar dos tipos:

a.- mitosis, división de los cromosomas en dos fracciones idénticas y cuya finalidad es simplemente la proliferación b.- meiosis (exclusiva de organismos pluricelulares donde en algún momento de su ciclo vital existe la reproducción por fusión de dos gametos o sexual) donde los cromosomas denominados homólogos se juntan para separarse enteros, uno a cada polo.

Todas las células antes de dividirse pasan a través de una fase de duplicación del ADN por la que se producen dos moléculas idénticas a la original. Inicialmente, la molécula de ADN se separa deshaciendo su configuración de doble hélice de tal forma que nuevas bases complementarias se emparejan a cada una de las cadenas sencillas. Este proceso continua gradualmente a lo largo de cada cadena hasta que se sintetizan dos cadenas completamente nuevas de ADN, complementarias de las originales. El proceso vital de la célula es cíclico y consta, además de la división celular (fase M) y de esta etapa de síntesis de ADN (fase S), de una fase G2 anterior a la división y de una fase G1 que procede a la de síntesis.

RESPUESTA CELULAR. MECANÍSMOS DE ACCIÓN

Una posible respuesta a la radiación es la muerte celular antes que la célula entre en la mitosis (muerte en interfase). La célula muere sin llegar a dividirse los linfocitos, por ejemplo, la presentan a dosis muy bajas Se supone que este efecto es consecuencia de cambios bioquímicos.

Otro posible efecto es el retraso mitótico que como su nombre indica es un retraso de la evolución normal hacia la mitosis y que suele dar lugar a una sobrecarga mitótica en el periódo post-irradiación ya que llegarán a la mitosis las células que les corresponde en evolución normal, más aquellas que se habían retrasado. Normalmente se define el índice mitótico como el cociente entre el número de células que están en mitosis en cada instante y el número total de células.

El tercer tipo de efecto que se observa, es el llamado fallo reproductivo que consiste en la incapacidad de las células para experimentar divisiones repetidas después de la irradiación (solo se pueden dividir una o dos veces).

La respuesta celular a la radiación se suele estudiar con las curvas de supervivencia celular (número de células supervivientes en función de la dosis).

Las curvas de respuesta resultan ser exponenciales, debido al carácter probabilístico de la interacción de la radiación con la materia. Así, si se irradia una población celular de n blancos, con una dosis dada, algunas células de la población sufrirán impactos en todos los blancos (lesión letal), otras células sufrirán impactos en solo algunos blancos (lesión subletal) y otras no sufrirán ningún impacto. A medida que aumenta la dosis hay mayor probabilidad que se produzca la ionización en zonas previamente impactadas, resultando las dosis altas, más eficaces para producir la muerte celular.

La curva de supervivencia celular se define mediante tres parámetro:

n = número de extrapolación Do.- Dosis D37= 1/pendiente; dosis que inactiva a toda la población menos al 37% (representa la radiosensibilidad de una población concreta).

Dq.- Dosis cuasi-umbral, que es la dosis en la cual la curva de supervivencia se hace exponencial. Ello se debe a las lesiones subletales a baja dosis.

A la hora de interpretar los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes podemos emplear dos enfoques distintos. El primero consiste en estudiar las modificaciones (lesiones) producidas a nivel de organismo y una vez caracterizadas correlacionarlas con cambios a nivel molecular; con el segundo se procede de forma inversa, una vez estudiadas las modificaciones a nivel molecular se intenta predecir lo que ocurrirá a nivel del organismo completo. Estos dos enfoques representan opciones extremas y de escasa operatividad. Habiéndose impuesto como solución de compromiso el enfoque celular.

El nivel celular ofrece un punto de equilibrio entre ambos; por un lado puede ser considerado la base de la comprensión de los cambios a nivel de tejido, órgano y organismo y por otro, representa el primer nivel de organización biológica en el que los cambios dependen y pueden ser correlacionados con alteraciones inducidas a nivel molecular.

Las células están constituidas por distintos tipos de componentes orgánicos como proteinas, carbohidratos, ácidos nucleídos y lípidos que forman el núcleo y el citoplasma, a su vez contienen varios orgánulos celulares entre los que hay que destacar los cromosomas que se encuentran situados en el interior del núcleo por su específica función en el control de las actividades celulares. Los cromosomas son portadores de genes, unidades de material genético responsable de transmitir la información hereditaria que contiene la célula. Los genes están formados por una macromolécula llamada ácido desoxirribonucleico (DNA).

Las células se clasifican en germinales y somáticas en función que puedan dar lugar a otro ser, germinales, o no tengan esa capacidad. El número de cromosomas de las células somáticas es diploide e igual a 46 en todas las células somáticas de los seres humanos y haploide en todas las células germinales.

La división o multiplicación celular se hace a través de un proceso que se llama mitosis para las células somáticas y meiosis para las germinales.

Mecanismos de acción de la radiación sobre un material biológico Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes representan la reacción de los seres vivos, para controlar la energía disipada por la radiación ionizante en los tejidos.

Al discutir los efectos biológicos producidos, es importante tener presente las siguientes generalizaciones:

a.- La interacción de la radiación a nivel celular tiene lugar al azar, o lo que es equivalente posee carácter probabilístico. Esta afirmación equivale a decir, que en el caso que incida sobre la célula una partícula ionizante, se puede producir o no interacción y en este último caso, pueden o no producirse daños.

b.- La interacción de la radiación en una célula no es selectiva, lo que equivale a decir que la energía procedente de la radiación ionizante se deposita de forma aleatoria en la célula. La radiación no muestra preferencia por ninguna estructura celular partícular.

c.- Los cambios apreciables producidos en las células, tejidos y órganos como resultado de una interacción con radiaciones ionizantes no son únicos, al no poder distinguirse los daños producidos por otros tipos de trauma, por tanto la lesión producida es de carácter inespecífico.

d.- La acción de las radiaciones sobre las células es siempre de tipo lesivo, lo que puede aprovecharse, por ejemplo en radioterapia, para destruir células neoplásicas malignas (cancerosas).

ACCION DE LA RADIACION SOBRE EL MATERIAL BIOLOGICO

Cuando las radiaciones ionizantes 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. Según la efectividad de estos mecanismos la alteración será más o menos importante.

Se admiten, en la actualidad, una serie de etapas que intentan explicar las modificaciones que anteceden desde la absorción de la radiación hasta que se presenta la alteración en el ser vivo afectado y que son los siguientes, considerando un organismo pluricelular:

· Absorción de la radiación por el organismo.

· Alteración de ciertas moléculas a causa de la modificación bioquímica.

· Modificación bioquímica de la zona del organismo que ha absorbido la radiación.

· Modificación de las células constituidas por las moléculas afectadas.

· Modificación del tejido al que pertenecen las células alteradas.

· Alteración del organismo pluricelular en su conjunto. Cuando las células absorben radiaciones ionizantes, tiene lugar un proceso de ionización y excitación. Los átomos y las moléculas ionizados y excitados se redisponen formando moléculas estables o inestables, o bien radicales libres, produciéndose nuevas reacciones químicas.

En cualquier parte de la complicada estructura de la célula pueden dar lugar a una serie de efectos nocivos, como son: inhibición de la división celular, anormalidad en las funciones de la célula, muerte de éstas o alte- ración en la estructura de los genes de las células reproductoras, que en defi- nitiva podría dar lugar a cambios genéticos.

El daño causado depende de la cantidad de energía absorbida, de la velocidad de absorción y del mecanismo seguido por ésta, y es acumulativo a lo largo de prolongados intervalos de tiempo. Los efectos biológicos de las radiaciones derivan de su capacidad de inducir ionizaciones, eyección de electrones cargados negativamente quedando el átomo cargado positivamente formándose el llamado par iónico, excitaciones moleculares, cambiando uno o varios electrones de órbita y procesos de ionización secundaria, ello se da por la acción de los radicales libres derivados de la irradiación de moléculas de agua intracelular, provocando una agresión celular.

Esta agresión se traducirá en una lesión celular. Al irradiar una célula puede ocurrir que esta muera, letal, que se induzca una mutación lesión del DNA, o bien que se activen los mecanismos de reparación celular.

Se sabe que la célula posee mecanismos de respuesta a la radiación. Estudios realizados con linfocitos humanos expuestos primero a bajas dosis de radiaciones y después a elevadas se ha visto que el efecto de esta segunda radiación varia ya que la primera desencadena un mecanismo enzimático de reparación y la aparición de proteínas protectoras que hacen que disminuya el número de aberraciones cromosómicas.

La lesión a nivel de la secuencia de DNA nuclear se conoce como mutación de punto (no hacían referencia al número de pares de bases afectadas sino que incluían todas las modificaciones hereditarias que se expresaban por una función bioquímica determinada y que solo se detectaban gracias a la función genética es decir el fenotipo).

Actualmente mediante estudios moleculares se pueden observar las siguientes anomalías secundarias a la irradiación de DNA nuclear: roturas de una o ambas cadenas de DNA dando problemas en la reparación enzimática, degradaciones parciales, formación de dímeros entre bases adyacentes en una misma cadena, enlaces cruzados entre las dos cadenas, mutaciones o pérdidas de bases púricas o pirimidínicas.