Radioterapia, radiación al servicio del hombre
( Publicado en Revista Creces, Abril 1984 )

Constituye actualmente uno de los tratamientos mas efectivos contra ciertos canceres, el que al utilizarse en las primeras etapas del mal incrementa las posibilidades de sobrevida del paciente.

La radiación ha sido compañera de la vida desde que ésta surgió sobre la Tierra hace unos cuatro mil millones de años. Los rayos cósmicos, radiación proveniente del centro de la galaxia, chocan con las moléculas de aire en la atmósfera terrestre, produciendo reacciones cuyos productos inciden sobre la superficie habitada. La otra fuente natural propia de la Tierra proviene de la Tierra misma: muchos de los elementos que la forman son inestables y emiten continuamente radiación.

A fines del siglo XIX se descubrió el primer mecanismo para producir radiación en forma artificial y pronto fue evidente que la radiación - dependiendo del uso y control- podía ser tanto beneficiosa como dañina. En 1896, tan sólo 4 años después del descubrimiento de los rayos X por Roentgen, se sugirió por primera vez que los rayos X podrían ser útiles en el tratamiento del cáncer. Hoy la radioterapia es uno de los tres procedimientos principales para tratar el cáncer, junto a la cirugía y la administración de drogas (quimioterapia).


Interacción de radiación con materia

Los mecanismos de interacción que resultan en la transferencia de energía entre la radiación y el medio irradiado son diferentes para radiación compuesta por partículas cargadas o por partículas neutras. A las partículas eléctricamente cargadas - electrones, protones, partículas alfa- se las llama "directamente ionizantes", ya que a través de la fuerza coulombiana arrancan electrones de los átomos del medio (ionización). Estas rupturas producen el quiebre de algunas moléculas y, si el medio es materia viva, se forman nuevas sustancias químicas tóxicas para la célula irradiada. Las partículas eléctricamente neutras - neutrones, rayos X, rayos g- por no ser cargadas se comportan como indirectamente ionizantes". Una interacción primaria con el medio produce electrones, protones u otras partículas cargadas que a su vez deben interactuar eléctricamente para transferir energía. Tal como se verá luego, estas diferencias a nivel microscópico se traducen en diferencias de importancia en el modo de deposición macroscópica de energía.


Radioterapia

El objetivo principal de la radioterapia es maximizar el daño al tumor minimizando el daño al tejido normal. Generalmente esto se logra dirigiendo un haz de radiación al tumor desde varias direcciones de modo que la máxima dosis (energía depositada por unidad de masa en el medio irradiado) ocurra en la posición del tumor (Figura 1).

La cantidad de radiación necesaria para matar una célula depende del tipo de radiación, de la célula y algunas condiciones del medio ambiente que rodea a la célula, como ser su irrigación sanguínea y provisión de oxígeno. La eficiencia de un tipo de radiación en la destrucción celular se mide con el índice RBE, efecto biológico relativo. El RBE de una radiación dada se define como la relación o cuociente entre la dosis de rayos X necesaria para causar un efecto biológico dado y la dosis de la radiación de interés necesaria para producir el mismo efecto. Radiaciones que producen ionización densa a lo largo de la trayectoria en el medio irradiado son generalmente más letales y tienen RBE mayores que 1. La tabla muestra valores aproximados de RBE para algunos tipos de radiación.


Fuentes de radiación

Antes de 1940, el especialista o radioterapeuta tenía, poca posibilidad de elección en cuanto a la fuente de radiación para utilizar en el tratamiento del cáncer. Gran parte de la terapia externa se daba con unidades de rayos X cuyo máximo voltaje era de 250 mil Volts. En las últimas décadas ha habido un gran desarrollo en las máquinas para terapia, en parte consecuencia de los adelantos técnicos que han acompañado al desarrollo de la física experimental nuclear y de partículas elementales. El betatrón, un acelerador circular de electrones, abrió una nueva era en la radioterapia al permitir el uso directo de los electrones altamente energéticos, o bien la producción de haces de rayos X de gran energía. Igualmente el linac, un acelerador lineal de electrones diseñado originalmente para investigación básica, ha sido modificado hasta transformarse en una unidad compacta, similar a una unidad convencional de cobalto. Es capaz de producir un haz intenso cuya radiación proviene de un área más pequeña que en la unidad de cobalto, dando origen a distribuciones de dosis mejor definidas (ver figura 3).


Cobalto 60

Como consecuencia del desarrollo de reactores nucleares durante y después de la II Guerra Mundial, es posible ahora, contar con muchos radioisótopos en grandes cantidades. Una de las fuentes radiactivas fáciles de producir en un reactor es cobalto-60 (60 Co). Los núcleos de 60Co son inestables y al decaer emiten rayos y muy penetrantes. Estos rayos tienen la misma penetración en tejido que los rayos X producidos en una unidad de 3 millones de Volts, pero la unidad de 60 Co es mucho más compacta y fácil de maniobrar que la de rayos X.

Los rayos g emitidos por el 60Co son absorbidos por el tejido irradiado y se producen electrones muy energéticos, la mayor parte de los cuales se mueve en la misma dirección del haz original. A medida que el haz de rayos g penetra los primeros milímetros bajo la piel, el número de electrones aumenta y también la energía depositada por ellos. La máxima dosis ocurre unos 5 mm bajo la piel. Este efecto determina una reducción importante del dolor causado por el tratamiento.

Un tratamiento efectivo requiere grandes dosis y por lo tanto, una fuente radiactiva intensa. Como las desintegración del 60Co ocurren continuamente y no se puede "apagar" la fuente, ésta se ubica por lo general adentro de un gran contenedor de plomo (a veces llamado "bomba") que pesa varias toneladas. Este blindaje se diseña mecánicamente de modo que la fuente pueda moverse hasta la ventana de salida en el momento de comenzar la irradiación (figura 4). Un tratamiento típico, utilizando una fuente de 10.000 curies a 1 m de distancia del paciente, consiste de irradiaciones diarias de 2 minutos durante 4 semanas. Como el 60Co decae continuamente, la intensidad de la fuente disminuye un 1 % al mes y debe ser reemplazada cada 5 ó 10 años.


Otras fuentes de radiación

Ya se mencionó la utilización radioterapéutica de los haces de electrones producidos en betatrones y linacs. La diferencia principal en el modo de deposición de energía entre rayos X o g y partículas cargadas es que estas últimas tienen un rango fijo de penetración en el tejido irradiado. Esto permite que órganos situados a mayor profundidad que el rango de la radiación en el cuerpo no reciban dosis durante la irradiación.

Otras partículas cargadas son también usadas en terapia, pero el tamaño, costo y complejidad del acelerador necesario para producirlas han impedido su uso generalizado. La ventaja de los protones o partículas alfa (núcleos de helio-4) de alta energía (mayor que 100 Me V) es el modo cómo pierden energía. Al final de su trayectoria en el medio depositan la mayor parte de su energía en una región llamada "zona de Bragg" (figura 5). Su uso asegura que la dosis sea baja hasta que llegan al tumor. Muy pocos centros médicos en el mundo usan estos haces de modo rutinario.

Los neutrones rápidos transfieren su energía colisionando con protones (núcleos de hidrógeno), quienes producen densa ionización hasta detenerse. Neutrones de más de 7 MeV de energía se producen en ciclotrones o en aceleradores electrostáticos que aprovechan los 14 MeV liberados en la reacción entre un deuterón y un tritio. Los neutrones producidos en esta reacción se emiten en todas direcciones desde el blanco. Algunos hospitales cuentan con estos aceleradores y el interés principal en el uso de neutrones para terapia se origina en la capacidad que estos haces podrían tener en aumentar la efectividad de la radiación en zonas de baja oxigenación celular.


Conclusión

Actualmente la probabilidad de que un ser humano sufra de cáncer durante su vida es aproximadamente de 1 entre 4. Para nuestro país esto significa 30.000 nuevos casos cada año. Mientras no se conozca cura efectiva para la enfermedad, la radioterapia ofrece a muchas víctimas del mal la mejor oportunidad de sobrevida. Si se la utiliza en las etapas primeras de enfermedad, en algunos tipos de cáncer se alcanzan porcentajes de curación (definidos como sobrevida 5 años) superiores al 90%. Este ejemplo muestra cómo la utilización controlada de radiación, unida a años de investigación en ciencia básica y médica, redunda en beneficio para miles de seres humanos.



María Ester Brandan.


Departamento de Física,
Facultad de Ciencias Básicas y Farmacéuticas.
Universidad de Chile.


Para saber más

"Medical Physics", J.R. Cameron y J.G. Skofronick, John Wiley & Sons, 1978.


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