Eficacia biológica relativa

Qué es la eficacia biológica relativa

Desde los primeros experimentos con fuentes radiactivas a principios del siglo XX, se observó que 1 gray de neutrones y 1 gray de rayos X no causaban la misma proporción de muerte celular en cultivos de laboratorio. Para expresar numéricamente esa desigualdad se definió la EBR como:

EBR = D_ref / D_r

donde D_ref es la dosis absorbida de la radiación de referencia (habitualmente rayos X de 250 kVp) y D_r es la dosis de la radiación problema. Si la radiación estudiada es más eficaz biológicamente que la de referencia, su EBR será mayor que 1, porque se necesita menos dosis de ella para alcanzar el mismo efecto.

La EBR no es una constante fija para cada tipo de radiación. Varía en función de la dosis por fracción, de la tasa de dosis, del tipo de tejido irradiado y del efecto biológico que se elija como punto de comparación (supervivencia celular, inducción de aberraciones cromosómicas, incidencia de tumores). Esa variabilidad obliga a especificar siempre las condiciones experimentales al comunicar un valor de EBR.

Factores que modifican la EBR

La transferencia lineal de energía (LET) es el determinante principal. Las radiaciones con LET alta (partículas alfa, iones pesados de carbono, neutrones rápidos) concentran la ionización en trayectos cortos y generan roturas de doble cadena agrupadas en el ADN. Esas lesiones complejas son más difíciles de reparar para la célula, lo que eleva la EBR. Para radiaciones con LET por encima de 100 keV/μm, sin embargo, parte de la energía depositada resulta «desperdiciada» desde el punto de vista biológico porque excede la dosis letal para cada célula individual, y la EBR empieza a descender: es el fenómeno conocido como sobredepósito (overkill).

La oxigenación del tejido también influye. Las radiaciones de baja LET son muy dependientes del oxígeno (el llamado «efecto oxígeno»), mientras que las de alta LET matan con eficacia similar tanto en tejidos bien oxigenados como en zonas hipóxicas. Esta propiedad resulta relevante en tumores sólidos, cuyas regiones centrales suelen tener baja tensión de oxígeno.

Aplicación en protección radiológica

Para uso regulatorio, la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) simplifica la variabilidad experimental de la EBR mediante factores de ponderación de la radiación (W_R). Los rayos X, gamma y electrones reciben un W_R de 1; los protones, de 2; las partículas alfa, de 20. Al multiplicar la dosis absorbida por W_R se obtiene la dosis equivalente, expresada en sievert, una magnitud pensada para estimar riesgo estocástico en trabajadores y población general.

EBR de los protones en radioterapia

En protonterapia, la ICRU recomienda desde 2007 una EBR genérica de 1,1 para todo el volumen irradiado, lo que significa que se asume que los protones son un 10 % más eficaces biológicamente que los fotones convencionales. Esta cifra se ha aplicado como estándar clínico durante más de una década, pero datos experimentales acumulados en cultivos celulares y modelos animales indican que la EBR del protón no es homogénea a lo largo del haz: crece conforme la LET aumenta, sobre todo en la zona distal del pico de Bragg, donde la LET puede alcanzar valores tres o cuatro veces superiores a los de la meseta de entrada. Las implicaciones clínicas de esa variabilidad son objeto de investigación activa.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa una EBR de 20 para las partículas alfa?

Que se necesita aproximadamente 20 veces menos dosis de partículas alfa que de rayos X para producir el mismo efecto biológico. Es una radiación con capacidad de daño celular muy elevada por unidad de energía depositada.

¿Es la EBR un valor fijo para cada tipo de radiación?

No. Depende de la dosis, de la tasa de dosis, del tejido, del nivel de oxigenación y del efecto biológico que se utilice como criterio de comparación. Los factores de ponderación (W_R) que emplea la normativa de protección radiológica son simplificaciones operativas, no valores universales.

¿Por qué se usan rayos X de 250 kVp como referencia?

Por razones históricas. Fueron los equipos habituales de los laboratorios de radiobiología cuando el concepto se formalizó a mediados del siglo XX, y mantener una referencia única permite comparar datos entre distintos centros de investigación.

Referencias

1. Sociedad Nuclear Española (SNE). Eficacia biológica relativa. Diccionario nuclear.
2. Consejo de Seguridad Nuclear (CSN). Conceptos básicos sobre protección radiológica. Curso general de formación de actuantes en emergencias nucleares.
3. CIEMAT, Grupo de Radiobiología. Radiobiología en protonterapia.
4. Consejo de Seguridad Nuclear. Instalaciones de protonterapia. Requisitos de protección radiológica.