Radiología, Radioterapia y Medicina Nuclear:

Transcripción

1 El ININ hoy Radiología, Radioterapia y Medicina : UN SIGLO DE PROGRESOS Por Jorge Vizuet González y Lydia Paredes Gutiérrez Primera radiografìa de la historia Whihelm K. Roentgen En los próximos cien años se producirán sin duda, nuevos avances técnicos en el campo de la radiología, radioterapia y me- dicina nuclear; sin embargo, nunca se podrá prescindir de la experiencia personal del médico y radiólogo para aplicar esas tecnologías a problemas de sa- lud de cada enfermo. El descubrimiento de los rayos X y la radiactividad En el curso de tres años a partir de 1895 se hacen tres descubrimientos: los rayos X, la radiactividad y el electrón, que van a transformar la historia de la medicina del siglo XX. A las pocas semanas de que el físico alemán Wilhelm Konrad Roentgen descubriera en 1895 los rayos X y radiografiara la mano de su esposa, las placas radiológicas obtenidas en Viena, París y Londres permitían ya formular diagnósticos. Con esto los médicos de todo el mundo habían aceptado el nuevo descubrimiento como un avance trascendente para la asistencia a sus enfermos. Su trabajo titulado Fotografía del esqueleto a través del cuerpo por el método de Roentgen fue ilustrado con una serie de notables radiografías, entre las que hay una del esqueleto de una rana. Por primera vez los médicos de aquellos años podían ver lo que sucedía en el interior del paciente. La localización y el tamaño de una fractura ósea o la presencia de un cálculo renal o de un objeto metálico en la placa radiológica, contribuían a guiar la mano del cirujano. Al cabo de unos meses otros médicos recurrían asimismo a los rayos X en sus tentativas de combatir una amplia gama de enfermedades entre las que figuraban cánceres, artritis, lupus y diversas afecciones cutáneas que mejoraban tras la exposición a los rayos X. Durante los años iniciales algunos radiólogos tuvieron asimismo ocasión de comprobar que la exposición repetida podía provocar inflamaciones e incluso cánceres en el propio operador. 4 Contacto

2 Thomas A. Edison Poco a poco, los radiólogos y varios inventores como Thomas A. Edison mejoraron los equipos de rayos X, aumentando su potencia, precisión y seguridad. Utilizando líquidos inocuos que resultan opacos a los rayos X, los médicos aprendieron a identificar las alteraciones patológicas en las imágenes de los órganos. La extensión de las aplicaciones médicas de los rayos X y de las radiaciones ionizantes naturales promovió nuevos progresos médicos. El diagnóstico precoz del cáncer, facilitado a menudo por los rayos X, permitió aplicar tratamientos más eficaces que comprendían a su vez el empleo masivo de rayos X para destruir las células tumorales. Pier y Marie Curie Henri Becquerel Sin embargo, después de haber examinado en París una de aquellas placas, Henri Becquerel decide en 1896 estudiar el mecanismo por el que los rayos X se producen y, en particular, sus relaciones con la fluorescencia. Meses más tarde demuestra que un elemento natural, el uranio, emite espontáneamente radiaciones semejantes a los rayos X. Becquerel llega con esto al descubrimiento de la radiactividad natural, del que se derivarán a su vez el del radio, aislado por Pierre y Marie Curie en 1898, y después sus aplicaciones médicas, los progresos en el conocimiento de la estructura del átomo, la radioquímica, los isótopos radiactivos artificiales, entre otros usos de la energía nuclear. El descubrimiento del electrón por Joseph John Thompson en 1897 daría lugar por su parte, a la electrónica moderna y a sus importantes aplicaciones médicas. En esa misma época en abril de 1896, apareció en Londres la primera revista sobre radiología, Archives of Clinical Skiagraphy, un año antes de que se fundara también en Londres una asociación de radiólogos (denominada mas tarde Roentgen Society). Décadas más tarde, en 1934, el descubrimiento de la radiactividad artificial por Irene y Frédéric Joliot Curie da un nuevo impulso a las aplicaciones médicas de la radiactividad. Contacto 5

3 J. J. Thomson Durante la primera guerra mundial, los médicos militares de ambos bandos recurrieron a los rayos X para diagnosticar las fracturas sufridas en el campo de batalla. Al mismo tiempo, depositaron su confianza en los radiólogos para diagnosticar otros problemas, en particular las neumonías, las malformaciones esqueléticas y ciertas afecciones del sistema nervioso. La comunidad científica aprende así a fabricar isótopos radiactivos de la mayor parte de los elementos naturales y, gracias a la radiación que emiten, se puede seguir en el interior del organismo, tanto la trayectoria, como el destino de los mismos o el de las moléculas en los que han sido introducidos. Llegamos así al empleo de marcadores o trazadores iniciado por Georg von Hervesy con elementos radiactivos naturales en En los años que precedieron y siguieron a la Segunda Guerra Mundial se hicieron continuos avances en materia de equipo, materiales opacos de contraste, fuentes de alta energía para la radioterapia, aplicadores de radio para el tratamiento de cáncer y otras técnicas clínicas. La exploración radiológica se benefició asimismo de los sistemas de exposición automática, que permitía obtener imágenes más nítidas, y de la intensificación electrónica de la imagen en movimiento con la fluoroscopia. Ciertos exámenes especiales, como la mamografía utilizada para la detección del cáncer mamario, tuvieron una acogida muy favorable. Más recientemente, a partir de la década de los 1970 s, la gammagrafía se ha convertido en un medio esencial de exploración funcional de numerosos órganos y tejidos. Con la aparición de la cámara de positrones, la tomografía y el diagnóstico funcional por ima- Antoine Lacassagne descubre a su vez el principio de la autorradiografía hacia Sobre esas bases, la medicina nuclear experimentará un rápido desarrollo entre 1935 y 1939 y, sobre todo, de 1945 en adelante. A partir de 1948 se inicia la inyección de elementos radiactivos artificiales (radioisótopos) con miras a aclarar el destino de los mismos y estudiar la distribución topográfica en el hombre. Así, por ejemplo, observando la fijación del yodo en la tiroides se puede medir la radiactividad de la glándula, lo cual permite evaluar su actividad funcional desde un punto de vista morfológico. Poco tiempo después la cámara de centelleo proporcionaría imágenes de gran calidad que pueden analizarse para evaluar la función de las diferentes partes de un órgano determinado. Irene y Frederic Joliot 6 Contacto

4 gen, la medicina nuclear ha contribuido de manera importante a la imagenología médica. Resonancia magnética Gracias a los radioisótopos, hoy es posible descubrir y diagnosticar muchos problemas de salud utilizando cantidades pequeñísimas de sustancias radiactivas, por ejemplo con el isótopo llamado Tecnecio 99m. Después de inyectar o administrar oralmente una pequeña cantidad de Tecnecio enlazado a un producto químico inofensivo y afín al órgano que se desea estudiar, se registra con un detector de centelleo cámara gamma- la distribución de la radiactividad absorbida por dicho órgano. Si por ejemplo hay un cáncer en el hígado, el isótopo se distribuirá atípicamente porque el tejido canceroso no lo absorbe del mismo modo que el tejido normal. El uso de los radioisótopos ha proporcionado un progreso enorme en el campo de la biología gracias a la extraordinaria sensibilidad del método, el cual permite seguir la marcha de átomos o moléculas a través del organismo. Además, esta metodología ha representado un instrumento decisivo en la aparición y el desarrollo de la biología molecular. A principios de los 1970 s además del uso de la gammagrafía, la radiología aplicó los avances de la era informática. En primer lugar, la tomografía computarizada (por cuyo descubrimiento G.N. Hounsfield recibió el premio Nobel en 1979), permitió estudiar cortes del cuerpo en los que se combinaban miles de elementos de información para producir una imagen clara que revelaba nuevos datos a radiólogos y médicos. Un decenio después apareció otra técnica de obtención de secciones transversales, la resonancia magnética. A más de un centenario del descubrimiento de los rayos X por Roentgen en 1895, las técnicas radiológicas se encuentran firmemente asentadas en la medicina como una parte esencial del diagnóstico y del tratamiento. El diagnóstico por imagen se convirtió en un elemento clave de la medicina moderna gracias a los rayos X. La radioterapia, por su parte, se ha convertido en una de las principales armas de la lucha contra el cáncer. Actualmente se estima que en un programa coherente de lucha anticancerosa, la radioterapia sola o asociada a la cirugía o la quimioterapia- resulta indispensable en más de la mitad de los casos de esa enfermedad. Los riesgos profesionales y la protección radiológica En el año de 1899 se inicia la era de la legislación sobre protección radiológica, con la publicación de un decreto (No del 21 de octubre de 1899) del Gobierno Provincial de la Baja Austria en el que se reglamentaba estrictamente el empleo de rayos X con fines de diagnóstico o tratamiento. Esta iniciativa puede considerarse como el punto de partida en el tema de reglamentación. Desde las primeras décadas del siglo XX se vió que la radiación ionizante podía provocar cáncer y leucemia. Entre 1920 y 1939 se descubrió que la frecuencia de la leucemia era diez veces más elevada en los radiólogos que entre los demás médicos. Realmente fue a partir de 1934 que se empezó a vislumbrar la relación entre la dosis y el riesgo de cáncer y, en consecuencia, se formularon algunas sencillas reglas de protección radiológica y se fijó una dosis máxima admisible. Aunque en relación con los criterios actualmente aplicados esta dosis resulta relativamente elevada, aquellas recomendaciones fueron suficientes para acabar con la vulnerabilidad de los radiólogos a la leucemia. De hecho, desde 1950 esta enfermedad ha dejado de ser más frecuente en ellos que entre los demás médicos. Contacto 7

5 A más de cien años: los avances hoy No es nada raro que, tras revisar su historial clínico, el médico que asiste a un enfermo acabe diciéndole «tendremos que hacerle un examen con rayos X para averiguar de donde vienen sus problemas». Desde hace algunos años los médicos utilizan nuevas técnicas de diagnóstico por imagen [estudios isotópicos, ultrasonografía (ultrasonido), tomografía computarizada o resonancia magnética], las cuales constituyen la faceta moderna de la radiología, disciplina que en 1995 cumplió 100 años. En muchos países, el diagnóstico por imagen es un recurso tan usual, sencillo y seguro como el termómetro o el estetoscopio, que brinda al médico un campo de observación mucho mayor que el que le ofrece la vista, el tacto o el oído. En general, los peligros de un examen por rayos X bien hecho y clínicamente justificado son tan improbables que se ven automáticamente anulados por los beneficios previsibles. Las imágenes obtenidas corresponden al paso de los rayos X a través del cuerpo del sujeto y a su absorción parcial por los diferentes órganos y estructuras del mismo. Frente a un haz de rayos X, nuestro cuerpo presenta cuatro grados de densidad. Los huesos son los más densos e impiden el paso de la mayor parte de los rayos, que en cambio atraviesan sin dificultad los espacios rellenos de aire del pulmón. El agua de los intestinos y la grasa de los músculos ocupan un lugar intermedio desde ese punto de vista. Los radiólogos y demás médicos deben aprender a identificar las sombras anormales que revelan estados patológicos. Muchas formas de cáncer, por ejemplo, son más densas frente a los rayos X que el tejido normal circundante. Para hacer un examen dinámico, el radiólogo dispone de un aparato llamado fluoroscopio que le permite observar en tiempo real la contracción cardiaca, el tránsito de la sangre por una arteria de la cabeza o el flujo de orina por los riñones. Si el radiólogo desea explorar el interior de Algunas técnicas radiológicas modernas de diagnóstico 8 Contacto

6 Tomografía computarizada un sistema orgánico, tendrá que administrar al paciente un producto opaco a los rayos X, por ejemplo el sulfato de bario. Procediendo así, podrá observar el paso de esa sustancia por el esófago, el estómago y, por último, los intestinos, y descubrir posibles estrecheces, obstrucciones, úlceras o incluso cánceres en la mucosa del tubo digestivo. También cabe la posibilidad de inyectar líquidos opacos en los vasos sanguíneos para localizar angosturas u obstrucciones que favorezcan la aparición de ataques cerebrovasculares o cardiacos. En el caso de la tomografía computarizada (TAC), el radiólogo utiliza un complejo aparato que comprende múltiples fuentes de rayos X y detectores. La imagen resultante es un corte transversal incruento del cuerpo del paciente. Observando una sucesión de cortes a intervalos reducidos, el radiólogo puede obtener el «perfil» completo de un órgano corporal. En este campo se abre una gama de posibilidades por desarrollar como: Nuevos métodos de marcación de moléculas Estudios in vivo de farmacodinámica Estudios de dosimetría Modelación teórica del tomógrafo vía distribución del FDG, para avanzar en la comprensión del funcionamiento del cerebro Efectos radiobiológicos de partículas cargadas de alta energía Desarrollo de nuevos materiales Estudios de reacciones (p,n) y (d,n) en la generación de haces de neutrones de alta energía Simulación de los efectos de la radiación sobre componentes electrónicos y materiales Estudios de reacciones nucleares a bajas energías El ciclotrón y su impacto en la investigación básica Ciclotrón para uso médico Las tecnologías involucradas en el funcionamiento de un acelerador se basan en el empleo de campos magnéticos, electrostáticos y electromagnéticos, para manipular haces de iones. Estos equipos abren nuevos frentes de posibilidades tanto en la industria como en la medicina. El ciclotrón es la herramienta fundamental para producir isótopos radiactivos específicos, de vidas medias cortas, adecuadas para distintas aplicaciones. Contacto 9

7 La tomografía por emisión de positrones (PET) La Tomografía por Emisión de Positrones (PET, por sus siglas en inglés), ha venido a constituir en los últimos tiempos un poderoso instrumento para estudios sobre flujos sanguíneos, metabolismo de proteínas y de la glucosa, transporte de aminoácidos, estado de neurorreceptores, etc. con un nivel de resolución anatómico mucho más elevado que otras técnicas convencionales de la medicina nuclear. El uso de los núcleos atómicos emisores de positrones (antipartícula del electrón) fue propuesto en la década de los 1950 s por Brownell y Sweet, pero no fue sino hasta 1970 que se desarrolló el primer escáner de positrones (Hospital General de Boston, Massachussets). Su funcionamiento está basado principalmente en la emisión de fotones resultantes del proceso de aniquilación positrón-electrón, que son lanzados en direcciones opuestas debido a la ley de conservación de la energía. De acuerdo con lo anterior es necesario contar con elementos radiactivos emisores de positrones, los cuales se obtienen de manera simple por medio de reacciones por partículas cargadas ligeras, las cuales se pueden acelerar, por ejemplo, en ciclotrones. De estos núcleos producidos se emplean principalmente radioisótopos ingeribles de carbono, nitrógeno, oxigeno y flúor debido, por un lado, a que son los constituyentes principales de los seres vivos (el flúor, reemplaza al hidrógeno), por otro, a su fácil incorporación encaminada a la marcación de moléculas orgánicas de suma importancia en procesos metabólicos. La utilidad inicial de los positrones en aplicaciones clínicas estuvo dirigida a investigación en patología cerebral y cardiaca. Las indicaciones más reconocidas en la neurología son la epilepsia y la demencia. Sin embargo, las aplicaciones en el campo de la oncología han aumentado y son múltiples en los últimos años. Esto ha llevado a los centros hospitalarios a considerar esta tecnología (en especial desoxiglucosa marcada con flúor-18 o FDG) como necesaria, pues permite mejorar la relación costo beneficio en pacientes con cáncer, optimizando la selección de terapias de alto costo y además evitando cirugías invasivas en los casos muy avanzados. La FDG, es el radiofármaco más usado en la práctica clínica que diagnostica a partir del estudio del metabolismo y utilización de glucosa en células tumorales presentes y activas en un gran número de tumores malignos. En oncología existen ventajas de los estudios PET respecto de las técnicas anatómicas. La determinación de las fases de los diversos cánceres, la detección de ocurrencias, la respuesta a terapia en casos ya tratados e incluso el diagnóstico inicial en algunas patologías específicas son las indicaciones más reconocidas. Estas corresponden a alrededor del 80% de las indicaciones en los centros especializados que cuentan con este equipamiento. Los médicos que se especializan en todas esas técnicas modernas se ven respaldados en su trabajo clínico por radiobiólogos, físicos, especialistas en dosimetría, ingenieros y expertos en informática. Tomografía por Emisión de Positrones (PET) 10 Contacto