Efectos de las radiaciones en los seres vivos

Efectos de las

radiaciones en los

seres vivos

Curso sobre Protección Radiológica para residentes

H.U.C.A. 17 de mayo

Miguel A. Peinado Montes

Sº Física Médica y PR - HUCA

Efectos de las radiaciones

Evidencias

• Fuentes de radiación

• Dosis

• Qué hacemos

Fundamentos

• Teoría del blanco

• Daño somático

Evidencias del daño biológico

 Los efectos biológicos de las rr.ii. se conocen desde poco después del descubrimiento de los isótopos o de los rayos X

Mar 1896: Comienzan las demostraciones (Edison + Dally) Abr 1896: Se informa de la primera epilación por irradiación

Nov 1898: Confirmación del origen radiológico de las lesiones observadas 1898: Tratamiento de un lupus con rayos X

1904: Muere M. Dally como resultado de las radiaciones

1906: Bergonié y Tribondeau enuncian sus leyes

∟ Probabilísticos

∟ Conllevan una latencia ∟ Inespecíficos

DOSIS EFECTIVA mSv EXCESO DE CÁNCER (%) 25 50 75 100 125 150 2 4 6 8 10 0 TAC PEDIÁTRICO

SUPERVIVIENTES DE EXPUESTOS

A BAJAS DOSIS

D.J. Brenner AJR 2001

…y muchas más evidencias…

Chronic skin injury due to

cumulative skin dose of ~20 Gy from coronary angiography and 2 angioplasties

Fuentes de radiaci

ó

n

Radón Rayos X Productos Consumo Centrales nucleares Residuos Medicina Nuclear

Radiación Solar Rayos Cósmicos

Radiación

Terrestre Alimentación

Humana



Fuentes artificiales



Dosis debidas al diagnóstico médico



No es ético negar a un paciente el

acceso a la asistencia médica

Radon 2 mSv (55%) Cósmica 0.27 mSv (8%) Rocas/suelo 0.28 mSv (8%) Alimentación 0.4 mSv (11%) Rayos X 0.39 mSv (11%) Medicina Nuclear 0.14 mSv (4%) Productos consumo 0.1 mSv (3%) Otras fuentes <0.01 mSv (<1%) (incluidas centrales nucleares con sus accidentes)

¿Por qué preocuparnos?

FUENTES DE

RADIACIÓN RIESGOS DE EXPOSICIÓN

Efectos rr.ii. en el ámbito médico



S. Shiralkar

et al.

BJM 327, pp 371

–

372 (2003)

• (DES) Conocimiento de los efectos

 Nadie conocía la dosis efectiva impartida en una

exploración de tórax ni las unidades que se empleaban

 Sólo 6% conocían 1 CT ≈ 400 Tórax

 8% piensan que IRM produce rayos X



A. Berrington de González, S. Darby. The Lancet

363(9406) pp. 345-351 (2004)

• Impacto de las irradiaciones con fines diagnósticos

 Causa de entre el 0,6% y el 1,8% (según pais) del riesgo de contraer cáncer en personas de hasta 75 años.

Radiaciones ionizantes



Transporte de energía a distancia



Interacción con la materia



Ionización

Teoría del blanco



La radiación impacta sobre “blancos” insustituibles

celulares (ADN).

• Identifica el origen del daño biológico

• Determina la naturaleza probabilística del daño



El daño biológico se produce por la creación de

radicales libres en el medio acuoso celular.

• Explica la incidencia de efectos biológicos según la

dosis

Etapas del daño celular

 Física. Se deposita la energía en:

• ADN

• Orgánulos

• Proteinas libres (enzimas…) • Medio acuoso (70% - 85%)  Química

• producción de “pre” radicales del agua (H2O+_{, H20}● _{y e}

sub)

• Reducción radicales del agua • Producción radicales libres  Biológica

• Ruptura del ADN • Reparación

Reparación

 G1=Reposo: se replican las componentes nucleares  S=Sintesis: Del ADN durante los últimos 2/3

 G2=Reposo: Previo a la división celular

 M=mitosis: División celular

 Reparación de bases dañadas

• Escisión de bases

• Escisión de nucleótidos

 Reparación de roturas simples de cadena

• Mediante escisión de bases

• Gen que codifica el enzima nuclear PARP-1

 Reparación de roturas dobles de cadena

• Recombinación de cromosomas homólogos

• Genes que codifican ku70, ku80, DNA-PCK, ligasa iV, Xrcc4 además de ATM y ATR. También BCRA1 y BCRA2.

• Factores físicos:

 LET (Transferencia Lineal de Energía).

 Tasa de dosis.

 Fraccionamiento de dosis (RT).

• Agentes químicos:

 Radiosensibilizadores (O₂: rad libres).

 Radioprotectores: cisteína y cisteamina (grupo –SH).

• Factores biológicos:

 Momento del ciclo celular

 Capacidad para reparar las radiolesiones.

 La falta de O₂ dificulta la reparación.

• Factores genéticos

Efectos no dirigidos



Inestabilidad genómica:

• Los efectos no se observan en la célula irradiada sino en su progenie.



Respuesta adaptativa:

• Una dosis dada causa un menor daño biológico si fue precedida por una dosis baja causa y un periodo

suficiente de reposo.



Efecto de vecindario (

bystander)

:

• Efectos observados en células adyacentes que no han sufrido irradiación.

Daño celular

Reparación

Mitosis

Mitosis Línea celular normal

Cepa inviable (necrosis)

Cepa viable

Línea celular inocua

Línea celular “anómala”

Eliminación por el sist. inmunológico

Carcinogénesis Anomalía hereditaria

Efectos somáticos



Muy Bajas dosis

• Pocas interacciones • 1 por célula



Bajas dosis

• Más interacciones

• Álgunas células sufren varios impactos



Dosis medias

 Algunos genes sufren varias interacciones



Dosis áltas

• Muchas células afectadas • Varias interacciones/gen

Efectos somáticos



Deterministas

• Tienen un umbral de dosis por debajo del cual no

se producen.

• La gravedad del daño aumenta con la dosis



Estocásticos

• No tienen umbral de dosis

• Su probabilidad aumenta con la dosis

Etapas del daño celular



Física: Se deposita la energía:

• ADN

• Otros

• Medio acuoso (70% - 85%)



Química:

• Producción de “pre” radicales del agua

• Reducción radicales del agua

• Producción radicales libres



Biológica

• Ruptura del ADN

• Reparación

MEDIDA DE LA RADIACIÓN:

MAGNITUDES Y UNIDADES

La radiación ionizante es susceptible de producir un

daño biológico. Es por tanto importante cuantificar dicha

Radiosensibilidad



El efecto biológico de los rayos X es mayor

• Cuanto mayor es la actividad mitótica

• Cuanto más divisiones ha de experimentar la célula

• Cuanto menos diferenciadas están las células

Dosis absorbida



La energía total depositada en un punto por

unidad de masa sería la en ese punto.



Unidad: Gray

Haz de radiación

Deposición de energía, Dosis absorbida

Dosis equivalente



Los diferentes tipos de radiación realizan más o

menos “daño” a las células. (EBR)



Para evaluar la dosis en un órgano o tejido T, se

“pondera” la dosis por un factor que tiene en

cuenta este hecho: w

_R

H

_T

= w

_R

. D

Dosis efectiva



La probabilidad de aparición de efectos biológicos

también depende del tipo de órgano o tejido

irradiado.



Para tener en cuenta la radiosensibilidad del

tejido irradiado se introduce el factor de

ponderación correspondiente w

_T

.

E = w

_T

.H

_T

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Absorbida Cantidad de agua que te alcanza Equivalente • Agua • Granizo • Pedrizo Efectiva Parte del cuerpo donde impactan

Daño biológico



Estudios Epidemiológicos

• Altas dosis ( > 100 mSv)

• Bajas dosis (Brenner

et al

, PNAS, 2001)

 Muestra ~107



Principio de prudencia

• Sistema de Protección Radiológica



Objetivos

• Eliminar los efectos deterministas • Reducir lo máximo posible

• los efectos estocásticos

a) Lineal b) Aumento riesgo c) Disminución riesgo d) Umbral e) Hormesis 3,5 mSv 100mSv