EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES
JULIA GARAYOA ROCA
RADIOFÍSICO ADJUNTO
SERVICIO DE PROTECCIÓN RADIOLÓGICA - FJD
Curso de Operadores de Instalaciones de RX Fundación Jiménez Díaz
14 - 22 de abril de 2015
Efectos Biológicos de las RRII
•
Interacción de las RRII con las células.
•
Radiosensibilidad.
•
Efectos deterministas y estocásticos.
•
Efectos de la irradiación fetal
•
Protección Radiológica: Límites de dosis.
•
La unidad básica del organismo vivo es la célula.
•
La información del ADN es fundamental para controlar las funciones
celulares (proliferación, diferenciación, etc.).
•
La información contenida en el DNA se transmite a las células hijas.
•
Los efectos biológicos de la radiación derivan del daño que ésta produce en
la molécula de DNA, localizada en el núcleo celular.
Doble hélice DNA Pares de
bases Centrómer
o Cromátida
Cromosoma Núcleo
Célula en metafase
•
Características de los daños
producidos por las RRII:
–
Rápido depósito de energía
–
Interacción no selectiva
–
Lesiones inespecíficas
–
Latencia
•
Mecanismo: directo o indirecto
–
Rayos X: 35% daño directo y 65% daño
indirecto.
•
Lesiones en el DNA producido por
las RRII
–
Rotura simple de la cadena
–
Rotura doble
–
Daño en bases
–
Entrecruzamiento
•
Factores que afectan a la radiosensibilidad:
– Físicos
• Dosis
• Calidad de la radiación
• Tasa de dosis: al aumentar la tasa de Dosis, aumenta RS
– Químicos
• Sustancias radiosensibilizantes (ej. Oxígeno)
• Sustancias radioprotectoras
– Biológicos
• Existen mecanismos de reparación (daños subletales pueden ser reparados, por ejemplo, durante dosis fraccionadas)
• Momento del ciclo celular: más sensibles justo antes de la mitosis y durante la mitosis.
Radiosensibilidad
DNA dañado
Daño letal
Daño
subletal
Mutación
Célula
viable
Mecanismos de
reparación
Daño letal
Efecto
determinista
Efecto
estocástico
Efectos deterministas Efectos estocásticos
Mecanismo Lesión letal
(muchas células)
Lesión subletal (pocas células)
Naturaleza Somáticos Somáticos o hereditarios
Gravedad Dependiente de dosis Independiente de la dosis
Dosis umbral Sí No
Aparición Corto - medio plazo Largo plazo
Infección Sistema hematopoyético Sistema Inmune Sistema gastrointestinal Piel Testículo Ovario Pulmón Cristalino Tiroides Sistema nervioso central Infecciones Hemorragias Esterilidad Inmunosupresión sistémica Deshidratación Desnutrición Escamación Esterilidad Neumonía Cataratas Deficiencias metabólicas Encefalopatías y mielopatías 2 semanas Algunas horas 1 semana 3 semanas 2 meses < 1 mes
3 meses
> 1 año
< 1 año Muy variable según dosis 0,5 2,0 0,1 1,0 2,0 5,0 3,0 10,0 0,2 3,0 0,5 3,0 8,0 10,0 0,2 5,0 5,0 10,0 15,0 30,0 Leucopenia Plaquetopenia Linfopenia
Lesión del epitelio intestinal
Daño en la capa basal
Aspermia celular Muerte interfásica del oocito
Fallos en la barrera alveolar
Fallos en la maduración Hipotiroidismo Demielinización y daño vascular
• Síndrome de irradiación en adultos:
– Tras una irradiación aguda, los efectos deterministas de la radiación ocurren en tres etapas:
• Fase prodrómica:
– Los síntomas aparecen en pocas horas (nauseas, vómitos, diarrea) – Duración: minutos – horas
• Fase latente:
– Ausencia de síntomas
– Duración: minutos – semanas
• Fase de enfermedad manifiesta:
– Aparecen los síntomas de los órganos o tejidos lesionados.
Efectos deterministas
– Dependiendo de la dosis, aparece uno de los tres síndromes de irradiación:
• Síndrome de la médula ósea
• Síndrome gastrointestinal
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 horas 3-5 Gy Síndrome 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.
•
Consecuencia del daño subletal (mutaciones) en unas pocas
células.
•
No existe umbral de dosis por debajo del cual no existan.
– Dosis moderadas - bajas
•
La probabilidad del efecto, pero no su gravedad, aumenta con la
dosis.
•
Son de naturaleza:
– Somática: cáncer
– Hereditaria: NO está demostrado que la irradiación previa a la concepción de las gónadas de cualquiera de los padres pueda originar un incremento de cáncer o de malformaciones en los hijos.
•
Datos sobre cánceres radioinducidos:
– Estudios epidemiológicos a dosis y tasas de dosis altas:
• Supervivientes de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki
• Trabajadores (mineros)
– Estudios epidemiológicos a dosis y tasas de dosis bajas:
• Exposición ocupacional
• Pacientes de radioterapia
• Población sometida a fondo radiactivo natural alto.
– Estudios experimentales:
• Aportan información sobre los mecanismos de acción, las curvas de dosis – respuesta, factores que afectan a la radiosensibilidad…
ESTIMACIÓN DEL RIESGO DE EFECTOS ESTOCÁSTICOS MODELO LINEAL DOSIS - RESPUESTA
En virtud del Modelo Lineal:
Riesgo de padecer un cáncer fatal debido a una dosis de radiación de 1 mSv: 0.005%
Es decir, 5 de cada 1000 personas que reciben una dosis de 1 mSv padecerán un cáncer fatal.
Carcinogénesis radioinducida
Cáncer
Riesgo de padecer cáncer fatal a lo largo de la vida
debido a dosis de 1 Sv
Todos 5%
Médula ósea 0.5%
Mama 0.2%
Pulmón 0.85%
•
Respuesta adaptativa
:
Una dosis muy baja de radiación
puede reducir los efectos biológicos producidos por dosis
más altas recibidas con posterioridad.
• Se produce por
activación de mecanismos de reparación
tras
exposición a una dosis muy baja (dosis condicionante).
• La respuesta adaptativa podría ser el resultado de un
mecanismo general de respuesta celular frente al daño.
•
Efectos no dirigidos al ADN:
Los efectos biológicos de las RRII se
producen como consecuencia del daño que ésta produce sobre el
ADN. Sin embargo...
•
Inestabilidad genética:
La radiación induce inestabilidad en el
genoma de una parte de la población irradiada, lo que aumenta la
frecuencia con la que ocurren cambios genéticos en su progenie.
El fenotipo inestable puede persistir muchas rondas de división
celular después de la irradiación.
•
Efectos circunstantes (“bystander”).
Pueden aparecer efectos
genéticos en células que no han sufrido una irradiación directa,
pero que están próximas a las células que si han sido
directamente irradiadas.
•
El feto es muy radiosensible
(células muy proliferativas y poco diferenciadas)
–
Efectos a dosis de radiación relativamente bajas (>100 mGy).
–
Efectos deterministas:
• Muerte del embrión o feto
• Malformaciones congénitas
–
Efectos estocásticos:
• Cáncer radioinducido en el niño nacido
Less
Least
Most
risk
–
Efectos deterministas:
• Muerte del embrión o feto
• Malformaciones congénitas
–
Depende de la etapa del embarazo
• Preimplantación: aborto espontáneo
• Organogénesis: malformaciones
• Desarrollo fetal: malformaciones SNC (desarrollo SNC semanas 8-15)
Less
Least
Most
risk
Dosis al feto (mGy) añadida al fondo natural
Probabilidad de ausencia de malformaciones
Probabilidad de ausencia de cáncer
(0-19 años)
0 97 99.7
1 97 99.7
5 97 99.7
10 97 99.6
50 97 99.4
100 97 99.1
Efectos de la irradiación fetal
•
Se definen límites de dosis para trabajadores profesionalmente expuestos
a las Radiaciones Ionizantes y para el público.
•
Los pacientes, en sus exposiciones médicas, no están sometidos a límites
de dosis.
•
Tienen como objetivo:
•
Evitar efectos deterministas.
•
Minimizar el riesgo de los efectos estocásticos.
No son una línea divisoria entre lo seguro y lo peligroso.
Dosis Absorbida
• Energía depositada por la radiación en un medio por unidad de masa.
• Unidad: J/kg = Gy (submúltiplo: mGy).
• No da idea del riesgo biológico de la exposición.
Magnitudes dosimétricas
Dosis efectiva
• Es la suma de las dosis absorbidas en todos los tejidos y órganos ponderada por el tipo de radiación y la radiosensibilidad del tejido irradiado.
• Unidad: J/kg = Sv (submúltiplo: mSv).
• Es una medida del riesgo biológico y el detrimento para la vida que supone una determinada exposición.
TRABAJADOR EXPUESTO
PERSONAS EN FORMACIÓN Y ESTUDIANTES MIEMBROS DEL PÚBLICO
DOSIS
EFECTIVA
Dosis cristalino Dosis piel Dosis manos, antebrazos, pies ytobillos
100 mSv en 5 años
(máx 50 mSv/año)
150 mSv/año 500 mSv/año 500 mSv/año 50 mSv/año 150 mSv/año 150 mSv/año 15 mSv/año 50 mSv/año 50 mSv/año
6 mSv/año 1 mSv/año
*Caso embarazadas: el feto se considera como público (1 mSv en abdomen desde que se comunica el embarazo)
**Periodo de lactancia: condiciones de trabajo que no supongan riesgo significativo de contaminación
Dosis en trabajadores expuestos
Puesto Dosis anual (mSv)
Técnico RX (pasillo) < 1 mSv
Técnico RX (equipo portátil) < 1 mSv
Técnico RX (quirófano) 1 mSv
Cirujanos 2 mSv
Radiólogos intervencionistas > 5 mSv
Cardiólogos intervencionistas > 5 mSv
Dosimetría a Pacientes
Procedimiento diagnóstico
Dosis efectiva característica
Nº equivalente RX tórax
Periodo equivalente radiación fondo
Extremidades y articulaciones (excluida cadera)
<0,01 <0.5 < 3 días
Tórax (PA) 0,02 1 3 días
Cráneo 0,07 3,5 11 días
Columna dorsal 0,7 35 4 meses
Cadera 0,3 15 7 semanas
Pelvis 0,7 35 4 meses
Abdomen 1 50 6 meses
Dosimetría a Pacientes
Procedimiento diagnóstico
Dosis efectiva característica
Nº equivalente RX tórax
Periodo equivalente radiación fondo
Columna lumbar (AP) 1,3 65 7 meses
UIV 2,5 125 14 meses
Esofagograma 1,5 75 8 meses
Tránsito intestinal 3 150 15 meses
Enema opaco 7 350 3 años
TC de cabeza 2,3 115 1 año
TC de tórax 8 400 3 años
TC de abdomen o pelvis 10 500 4 años
Angioplastia coronaria 22 1100 9 años
Ablaciones (arritmias) 17 850 7 años
EFECTOS DETERMINISTAS
Excepcionalmente pueden verse efectos deterministas en piel en
pacientes sometidos a procedimientos intervencionistas con largos
tiempos de escopia (p. ej. En cardiología).
Dosis en piel > 3 Gy
Radiation injury in a 40-year-old man who underwent multiple coronary angiography and angioplasty procedures. Images show time sequence of a major radiation injury. These images often provide the first hint to individual patients that injury is related to a previous fluoroscopic procedure. (a) At 6–8 weeks after exposure, prolonged erythema with mauve central area appears, suggestive of ischemia. (b) At 16–21 weeks, depigmented skin with central area of necrosis is seen. (c) At 18–21 months, deep necrosis with atrophic borders is seen.
(a) Radiation injury in 50-year-old man. Photograph was obtained 2
months after treatment with approximately 10-Gy peak skin dose.(b)Same patient6 monthsafter treatment.