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Paula García Castañón
Sº de Radiofísica y P. Radiológica
pgcastanon@salud.madrid.org
RADIOBIOLOGÍA
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS 
RADIACIONES IONIZANTES
mailto:pgcastanon@salud.madrid.org
• Las radiaciones ionizantes tienen muchas aplicaciones
beneficiosas, pero pueden producir efectos perjudiciales
para la salud de las personas y el medio ambiente.
• Es importante conocer, tan en detalle
como sea posible, todos los efectos
producidos por la radiación ionizante.
• Desde que se descubrieron los rayos
X en 1895, se observó que éstos
podían producir efectos nocivos para
la salud.
Radiobiología
Radiobiología
EFECTOS BIOLÓGICOS 
RADIOINDUCIDOS
Ciencia que estudia los efectos de las
radiaciones ionizantes sobre la materia viva
(macromoléculas, células, tejidos, cuerpo en
general) y los mecanismos de reparación de la
misma
In vitro In vivo
OTRAS FUENTES:
• Accidentes nucleares y radiológicos:
• Chernobyl
• Hiroshima y Nagasaki
• Estudios epidemiológicos en pacientes..
• Exposición a fuentes naturales (minas Uranio, Radón…)
¿Cómo se conocen los efectos de la radiación?
Fukushima
Efectos biológicos de la radiación
Pequeñas cantidades causan daños en los tejidos porque las
radiaciones son capaces de IONIZAR la materia
Interacción materia-radiación
Transferencia local de pequeñas cantidades de energía
Excitaciones Ionizaciones
Efectos biológicos 
Radiación IONIZANTE
¿De qué cantidad de energía hablamos?
El daño de las radiaciones ionizantes no se debe a la
cantidad de energía, sino a su capacidad para romper los
enlaces químicos celulares a través de la ionización:
Sólo la energía absorbida por un tejido vivo puede ser
biológicamente eficaz.
Interacción materia-radiación
• La radiación ionizante puede desplazar un electrón de un 
átomo
• La ionización altera la estructura electrónica de la materia 
y por tanto sus propiedades
• En los tejidos vivos la ionización produce cambios químicos
10-20 s – 10-8 s 10-16 s – 10-3 s 10-3 s – años
Física Química Biológica
Fases de la interacción materia-radiación
• Los efectos biológicos de la radiación derivan del daño que
éstas producen en la estructura química de las células
Cilios
Aparato de Golgi
Retículo endoplásmico liso
Microtúbulos
Centriolos
Peroxisoma
Lisosoma
Microfilamentos
Mitocondrias
Retículo endoplásmico rugoso
Poros nucleares
Membrana plasmática
Nucleolos
Envuelta nuclear
Cromatina
Retículo endoplásmico rugoso
Ribosomas
Radiación ionizante
Núcleo (ADN)
Interacción materia-radiación
ADN
• El ADN contiene toda la información necesaria para las
células (crecer, dividirse, funcionamiento)
La célula puede hacer copias exactas de la molécula de ADN
•El ADN está formado por
dos cadenas que combinan
cuatro bases: A, T, C y G
•Sólo hay dos apareamientos
posibles:
–A -T
–C-G
•Esa combinación es única y
es la base de la información
genética de la célula
ADN
La radiación puede modificar o 
destruir parte de la información
•Los daños más importantes son
los que afectan al núcleo, al ADN
•La respuesta más importante a
la radiación es la
MUERTE CELULAR
Células en proliferación:
Pérdida de capacidad proliferativa, 
a corto o largo plazo
Células diferenciadas:
Pérdida de la función para la que se 
han especializado
Interacción materia-radiación
RX
Se produce daño celular, 
pero hay un mal 
funcionamiento de los 
mecanismos de reparación
Muerte 
celular
Se produce daño celular,
pero funcionan los 
mecanismos de 
reparación
No produce 
daño celular
Lo más habitual
Interacción materia-radiación
Radiación
Ionización del 
agua: daño 
indirecto al 
ADNImpacto directo 
en el ADN
Interacción materia-radiación
•Rayos-X y γ: 
Acción Indirecta
Acción Directa
OH·
H
H
O
2 nm
4 nm
Interacción materia-radiación
35% daño directo 
65% indirecto
Los radicales libres son generados por otros agentes además de 
las radiaciones ionizantes: daños inespecíficos
Radicales libres
Daños en ADN
•Los daños más comunes al ADN
son:
–Ruptura de las cadenas
•Simples
•Dobles
–Lesiones en las bases:
•Pérdida de bases
•Entrecruzamiento de proteínas
–Entrecruzamiento de cadenas
–Lesiones o alteraciones
químicas en los azúcares que
componen la cadena
Daños en ADN
Rupturas del esqueleto de las cadenas
Reparación Correcta
Reparación Incorrecta
DOBLE
SIMPLE
Las roturas dobles:
•NO reparadas Muerte celular
•En caso de ser reparadas pueden
implicar:
–Translocación: cambios de localización
del fragmento roto
Aberraciones
cromosómicas
–Delección: pérdida de información en el
sitio en que se vuelven a juntar los
extremos de ADN afectados por la
rotura.
–Acéntricos, Dicéntricos
–Anillos
Daños en ADN
DOSIMETRÍA 
BIOLÓGICA
• En una CÉLULA hay aproximadamente:
– 1013 moléculas de agua
– 108 moléculas más complejas
• Una dosis de 1 Gy supone entorno a 100.000
ionizaciones: la proporción de lesiones por molécula es
pequeña, pero UNA SOLA LESIÓN puede ser letal
• A partir de esas 100.000 interacciones se darán
aproximadamente:
– 1000 roturas simples
– 40 roturas dobles
• Aún así, solamente el 50% de una población de células
morirá con una dosis de 1 Gy
Los mecanismos de reparación “arreglan” hasta las roturas 
dobles
Daños en ADN
Efectos biológicos
•La interacción y el daño causado dependen de:
– Tipo de radiación: hay tipos de radiación más eficaces
biológicamente (mayor EBR, LET), a igual dosis diferente daño
en los tejidos
– Medio material:
Los tejidos y órganos tienen diferente respuesta frente a
las radiaciones: ciclo celular, capacidad reparadora
Existen factores químicos, físicos y biológicos que
modifican la respuesta del medio frente a las radiaciones
RADIOSENSIBILIDAD
Transferencia lineal de Energía (LET)
• Energía depositada por la radiación por unidad de recorrido
Radiación LET (keV mm-1)
RX 250 kVp 2
Rayos gamma < 1
Electrones 1 MeV < 1
Protones 1 - 50
Neutrones 1 - 50
Partículas alfa 100 - 200
Iones pesados +1000
Radiosensibilidad
• Grado de afectación que sufren las células tras una
irradiación
RA
D
IO
SE
N
SI
BI
LI
D
A
D
CÉLULAS MADURAS
NEURONAS
SISTEMA MUSCULAR
TIROIDES
HUESO Y CARTÍLAGO
CÓRNEA
TEJIDO PULMONAR
EPIDERMIS
GÓNADAS
MÉDULA ÓSEA
LINFOCITOS
Células muy proliferativas,
fenotipo no especializado:
pocas características
funcionales o morfológicas
Células muy diferenciadas:
especializadas funcional o
morfológicamente
Alta respuesta
Baja respuesta
• Factores Químicos:
– Radiosensibilizadores: O2
– Radioprotectores: 
Amifostina
• Factores biológicos:
– Capacidad de reparación 
de las radiolesiones
Radioterapia
Radiosensibilidad
Radiosensibilidad
• Actualmente hay estudios epidemiológicos que
sugieren que hay otros factores más “cercanos” que
modifican la respuesta frente a R.I.:
– Genes
– Tabaquismo
– Dieta
– Edad
•Niños
•Ancianos!!
Los efectos biológicos
EFECTOS BIOLÓGICOS
Precoces Tardíos
En función del tiempo
Genéticos Somáticos
En función de la somatología
Estocásticos No estocásticos
En función de la dosis
CLASIFICACIÓN
Los daños a nivel celular se manifiestan 
en los organismos a nivel macroscópico
Deterministas
Clasificación por tiempo de aparición
• Precoces (poco 
tiempo de latencia):
– Eritema cutáneo
– Hemorragias
– Diarrea
– Náuseas
• Tardíos (gran tiempo de 
latencia):
– Cáncer radioinducido: > 20años
– Radiodermitis crónica
– Mutaciones genéticas
– Fibrosis
•El periodo de latencia es el tiempo transcurrido entre la
exposición a la radiación y la aparición de un efecto
determinado
•En general, a mayor dosis, menor tiempo de latencia 
Deterministas
Estocásticos
Deterministas
Clasificación en función de la somatología
• Genéticos
– Afectan a las células germinales y por
tanto a la descendencia del individuo
• Somáticos
– Afectan sólo al individuo que ha
recibido la radiación
– El efecto de la radiación sobre los
tejidos vivos será mayor en células que
tienen un largo futuro de divisiones,
tejidos jóvenes
Estocásticos
Estocásticos
DeterministasClasificación en función de la dosis
Deterministas (Efectos
tisulares):
– Lesión letal, muchas
células
– Umbral de dosis por
debajo del cual no se
producen. Ocurren sólo a
dosis relativamente altas
– La gravedad aumenta con
la dosis recibida
– Inmediatos o tardíos
– Graves o leves
Estocásticos:
– Lesión subletal, mala
reparación
– NO tienen valor umbral,
incluso a dosis muy bajas.
Siempre existe un “riesgo”
– La probabilidad de daño, no
la gravedad, crece con la
dosis de radiación
– Efecto tardío
– Siempre son graves
l Se clasifican, según la respuesta frente a la dosis
recibida en:
Acción directa
Radiación ionizante
Acción indirecta
Radicales 
libres
Daño al DNA
Daño subletal
Mecanismos de reparación
Célula 
transformada
Célula normal
Efecto estocástico
Daño letal
Efecto determinista
Daño letal
Muerte celular
Clasificación en función de la dosis
Tipo celular Muerte implica Dosis
Células diferenciadas
Células que se dividen
Pérdida de función específica
Pérdida capacidad proliferativa
100
1
Efectos deterministas
•Se producen por la muerte de un nº elevado de células de
un tejido u órgano
•La gravedad del efecto aumenta con la dosis de radiación
•Hay que superar una dosis umbral para que ocurra el efecto
Específica para cada órgano o tejido
DOSIS
DAÑO
DOSIS
UMBRAL
Efectos deterministas
•Progresión en el tiempo: muerte de células progresiva
•Efectos reversibles a dosis bajas, debidos a la disfunción de un
tejido, sin muerte celular:
•Esterilidad temporal
• SOMÁTICOS: afectan 
sólo al individuo
•Tempranos: Eritema
•Tardíos: Fibrosis
• Eritema: 
• Transitorio < 1Gy
• Aparición de 1-24 h con 2-6 Gy
• Alopecia:
• Reversible con 3 Gy
• Irreversible con 7Gy 
RS: capa basal de epidermis
Efectos deterministas: PIEL
Pacientes sometidos a intervenciones de 
hemodinámica 
•Descamación seca o húmeda,
ulceración secundaria, efectos
retardados:
• Teleangiectasia, fibrosis:
dosis >10 Gy
Efectos deterministas en intervencionismo
•La lente del ojo (cristalino) es muy radiosensible (RS) y
está rodeada de células muy RS
Dosis umbral (cataratas): 2-10 Gy 
Efectos deterministas: OJO
Efecto Dosis exposición 
aguda (Sv)
Dosis exposición 
crónica (Sv/año)
Opacidades 0,5-2,0 > 0,1
Cataratas 5,0 > 0,15
Opacidades en el cristalino en
trabajadores de intervencionismo
- Primeros cambios en el epitelio del intestino delgado
(vellosidades).
- Daño del intestino grueso: pérdida de función (líquido,
electrolitos, diarrea).
Tracto gastrointestinal
Sistema Hematopoyético
- Pancitopenia
- Infecciones
- Hemorragias
- Anemia
Dosis umbral: 0,5 Gy 
(2,0 Gy efectos severos)
Dosis umbral: 2,0 Gy 
(5,0 Gy efectos severos)
Efectos deterministas
El efecto final depende de la dosis, tasa de dosis y
edad. 2 Gy produce esterilidad permanente en mujeres
>40 años pero temporal en mujeres de <35.
Dosis umbral: 2,0-6,0 Gy esterilidad permanente
0,6 Gy esterilidad temporal
Órganos reproductores masculinos
- Células madre y espermatogonias son muy radiosensibles. 
- Fraccionamiento de dosis o irradiación crónica son más 
efectivas en producir esterilidad permanente.
Dosis umbral: 3,5-6,0 Gy esterilidad permanente
0,15 Gy esterilidad temporal
Órganos reproductores femeninos
Efectos deterministas
Síndrome de irradiación aguda
Hiroshima y Nagasaki
El espía ruso Litvinenko, envenenado con Polonio-210
(emisor de partículas α), muerto por síndrome de
irradiación aguda 20 días después de la ingestión
• Exposición puntual de una parte importante del
cuerpo a una dosis apreciable
• 2 Sv, muerte de algún individuo
• 4 Sv, mortalidad probable del 50% individuos
• 6 Sv, mortalidad probable de todos los individuos
• Etapas:
• Fase Prodrómica
• Horas hasta días
• Cansancio, diarrea, náuseas, vómitos, anorexia, eritema
• Periodo de Latencia
• Horas a semanas, dependiendo de la dosis recibida
• Aparente curación
• Enfermedad manifiesta o Fase aguda
• Diferentes síntomas dependiendo de la dosis
Síndrome de irradiación aguda
Síndrome 
gastrointestinal
5-15 Gy Pocas horas 2-5 días Deshidratación, 
Desnutrición, 
Infecciones
10-20 días
Síndrome del 
sistema nervioso 
central
> 15 Gy Minutos Escasas 
horas
Convulsiones, 
Ataxia,
Coma
1-5 días
Pocas horas3-5 GySíndrome de 
la médula 
ósea
Algunos días
- 3 semanas
Infecciones, 
hemorragias, 
anemia
30-60 días 
(>3Gy)
Prodrómica Latencia Enfermedad 
manifiesta
Dosis Muerte
•Enfermedad manifiesta: dependiendo de la principal causa de
muerte del individuo se distinguen tres síndromes
Síndrome de irradiación aguda
Efectos deterministas en el embrión
Efectos deterministas: individuos en 
formación
Efectos deterministas: individuos en 
formación
• Reparación del daño subletal
• La respuesta de los tejidos se reduce cuando ésta
se administra de manera fraccionada, porque se le
da tiempo a las células para que se reparen
• Una tasa de dosis alta implica la acumulación de
daño subletal “no reparado a tiempo” que se va
acumulando y resulta letal
FRACCIONAMIENTO
Efectos deterministas: radioterapia
•Generales:
–Astenia
•Cutáneos:
–Alopecia
–Dermatitis aguda/crónica
•Orales:
–Mucositis temporal
–Xerostomía – Glándulas salivares
•Digestivos:
–Enteritis aguda/crónica – atrofia de las vellosidades
–Esofagitis: tiempo de aparición 2 semanas
–Vómitos: tiempo de aparición 6-8 h. 
•Genitourinarios:
–Cistitis: 37% de los pacientes
–Impotencia: 30 – 70% irradiados en región pélvica
Efectos deterministas: radioterapia
Efectos deterministas: radioterapia
•Sistema nervioso central
–Cefalea, somnolencia, mareo, déficit intelectual y de memoria, 
convulsiones
•Pulmón
–Neumonitis crónica
•Corazón
–Miocardiopatía a los 15-20 años
•Hígado
–Aumento transitoria de las transaminasas. 
– Tiempo de aparición: 2-6 semanas
•Riñón
–Nefropatía aguda a los 6-12 meses
•Alteracionas hematológicas
–Debidas sobre todo a la irradiación de la médula ósea
DOSIS
PROBABILIDAD
Somáticos: carcinogénesis
•Cánceres sólidos
•Leucemias
Genéticos:
•Malformaciones en descendencia
mínimo 2 años
mínimo 8-10 años Periodo de latencia
Efectos Estocásticos
•NO existe umbral
•Siempre tardíos, con periodo
de latencia variable
•Consecuencia de daño subletal
(mutación) en una/pocas células
•Siempre existe un “riesgo”
•El desarrollo de cáncer es el principal efecto estocástico
somático inducido por radiación ionizante
•Proceso complejo que implica diversos cambios, cuya naturaleza
depende del tipo de célula implicado y tipo de cáncer desarrollado
•Proceso carcinogénico. Modelo multietapa
Metástasis
PROGRESIÓN
Daño
cromos.
Célula
convertida
CONVERSIÓN PROMOCIÓN
Expansión clonal
Mutación
Célula
iniciada
INICIACIÓN
Célula normal
Célula
cepa
Muerte celular
Reparación
Daño en DNA
Efectos Estocásticos Somáticos
• La radiación parece tener influencia solamente en la
PROMOCIÓN o fase inicial de la tumorigénesis
– La radiación contribuye a la formación de lesiones
preneoplásicas
– No parece influir en el desarrollo tumoral
• Se piensa que los tumores, tanto sólidos como
linfático-hematopoyéticos se originan en UNA SOLA
CÉLULA
– Bajo ciertas mutaciones adquieren propiedades anormales
de crecimiento y desarrollo
• No existen evidencias de que existan mutaciones
asociadas a tumores humanos específicas de la
radiación
Riesgo de cáncer radioinducido
Riesgo de cáncer radioinducido
… existen muchos datos 
epidemiológicos sobre los efectos 
carcinogénicos de la radiación 
ionizante…
Riesgo de cáncer radioinducido
… desde los que usaban pinturas 
fluorescentes que contenían radio …
…y los pobres pacientes y doctores……y los pobres pacientes y doctores…
..los trabajadores y el público de Mayac…
…. a Hiroshima y Nagasaki
Riesgo de cáncer radioinducido
Riesgo de cáncer radioinducido
• ¿Cómo se calcula el riesgo de cáncer a dosis bajas o tasa de
dosis baja?
– El riesgo de cáncer se calcula a partir de los resultados
obtenidos en el estudio epidemiológico de los supervivientes
de H&N
– Los valoresde riesgo obtenidos en H&N han de
extrapolarse a dosis bajas: forma de las curvas dosis-
respuesta
– Aun quedan supervivientes de las bombas, hay que estimar
el riesgo carcinogénico para toda la vida: modelos de
proyección de riesgo
– Los riesgos calculados son específicos para la población
japonesa, hay que estimar los riesgos para la población
mundial: modelos de transferencia
Riesgo de cáncer radioinducido
• RIESGO = probabilidad de sufrir un daño debido a la
radiación
• El “riesgo” de sufrir un efecto estocástico nunca es nulo
Riesgo Población Exposición Probabilidad
Cáncer Ocupacional Baja dosis
Baja tasa
4.0 x 10-2 Sv-1
Cáncer General Baja dosis
Baja tasa
5.0 x 10-2 Sv-1
Por cada 100 personas expuestas a 1 Sv, el riesgo de sufrir 
un cáncer aumenta en 5 casos sobre la incidencia normal
Riesgo de cáncer radioinducido
Riesgos
Efectos estocásticos en la infancia
� Mayor esperanza de vida
� Tejidos en rápido crecimiento 
La exposición en los diez primeros años de vida,
tiene para ciertos efectos, un riesgo:
• 3-4 veces mayor que para exposiciones entre
30 y 40 años,
•5-7 veces mayor que para exposiciones después
de los 50 años.
Efectos estocásticos en el embrión
• La irradiación intra útero
aumenta el riesgo de cáncer
sólido o leucemia infantil
• El riesgo de sufrir cáncer a lo
largo de toda la vida tras la
irradiación del embrión o feto
es comparable al de
irradiación en la infancia
temprana
•La radiación no produce mutaciones nuevas únicas, simplemente
aumenta la incidencia de algunas mutaciones espontáneas
Mi padre estuvo en Hiroshima y me asegura que la 
radiación no es peligrosa
Efectos Estocásticos Genéticos
• Enfermedades heredables tras exposición de las
gónadas a radiación externa
– No existen evidencias directas de un aumento en el
número de este tipo de enfermedades heredables tras
exposición de los padres
– Evidencias convincentes de la existencia de estos
efectos en animales de experimentación
– El riesgo parece ser mucho menor del que se estimó
tras Hiroshima y Nagaski
• 0,2% por cada Gy hasta la segunda generación
•Menor evidencia de efectos heredables que en los 90
Efectos Estocásticos Genéticos
Detrimento de la radiación
• Detrimento: daño total en la salud experimentado por
un grupo expuesto a una fuente de radiación y sus
descendientes
– Probabilidad de cáncer fatal y no fatal
– Probabilidad ponderada de efectos heredables severos
– Acortamiento de la vida, calidad de vida
Efectos Estocásticos Genéticos
Detrimento (x10-2 Sv-1) (2007)
4,8Trabajadores
Riesgo de cáncer
0,8
Efectos heredables Total
Público
4,6 5,6
6,0 1,35,9 7,3
ICRP-60 ICRP-103 ICRP-60 ICRP-103 ICRP-60 ICRP-103
0,1
0,2
5,0
6,0
Gracias por 
vuestra 
atención