Carcinogénesis por radiación
Beatriz L. Molinari
Radiobiología
CNEA
Conicet
Fundamentos de Fundamentos de radiación radiación
Fundamentos de Fundamentos de radiación radiación
Ionización
Alteraciones moleculares
Inmediatas Tardías
Citológicos Daño genético
Tisulares Mutación
Muerte celular Recuperación
Neoplasia
RADIACION IONIZANTE
Vida y RadiaciónVida y Radiación
La vida sobre la tierra se ha desarrollado La vida sobre la tierra se ha desarrollado con la presencia permanente de un fondo con la presencia permanente de un fondo de radiación. No es algo nuevo inventado de radiación. No es algo nuevo inventado por la inteligencia del hombre: la por la inteligencia del hombre: la radiación siempre ha existido sobre la radiación siempre ha existido sobre la tierra.tierra.
Naturaleza de la luz: Naturaleza de la luz: teoría electromagnéticateoría electromagnética
La luz está constituida por la propagación La luz está constituida por la propagación de una oscilación armónica de un campo de una oscilación armónica de un campo eléctrico y uno magnético perpendiculares eléctrico y uno magnético perpendiculares entre sí. Se obtienen sinusoides. Esta entre sí. Se obtienen sinusoides. Esta oscilación que se propaga en el vacío a una oscilación que se propaga en el vacío a una velocidad de 300.000Km/seg (la velocidad velocidad de 300.000Km/seg (la velocidad de la luz) y constituye la luz.de la luz) y constituye la luz.
AtomosAtomos
Los átomos están compuestos de partículas Los átomos están compuestos de partículas mas pequeñas:mas pequeñas:
ProtonesProtones
NeutronesNeutrones
ElectronesElectrones
Ondas electromagnéticasOndas electromagnéticas
El protón con carga positiva atrae al El protón con carga positiva atrae al electrón con carga negativa. Se crea una electrón con carga negativa. Se crea una fuerza eléctrica o campo eléctrico fuerza eléctrica o campo eléctrico
Cuando un electrón pasa lo Cuando un electrón pasa lo suficientemente cerca de un protón se suficientemente cerca de un protón se crea un campo eléctrico en el espacio crea un campo eléctrico en el espacio vacío que rodea al protón vacío que rodea al protón
Las ondas de radio, las microondas, los rayos infrarrojos, Las ondas de radio, las microondas, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son originados por la misma perturbación en forma de ondas originados por la misma perturbación en forma de ondas que se repiten en una distancia llamada que se repiten en una distancia llamada longitud de longitud de onda. onda. El número de ondas/sec es la El número de ondas/sec es la frecuenciafrecuencia
Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
IonizaciónIonización IonizaciónIonización
Proceso por el cual se agregan ó sustraen Proceso por el cual se agregan ó sustraen electrones de átomos ó moléculas, creando electrones de átomos ó moléculas, creando iones.iones.
La radiación ionizante es producida por átomos La radiación ionizante es producida por átomos inestables. Los átomos inestables difieren de los inestables. Los átomos inestables difieren de los estables porque ellos tienen un exceso de estables porque ellos tienen un exceso de energía ó de masa.energía ó de masa.
Radiación ionizanteRadiación ionizante
Liberación localizada de grandes cantidades Liberación localizada de grandes cantidades de energía.de energía.
La energía disipada por cada ionización es La energía disipada por cada ionización es aproximadamente de 33 eV.aproximadamente de 33 eV.
La energía asociada con la unión C=C es de La energía asociada con la unión C=C es de 4,9 eV4,9 eV
Tipos de radiación ionizanteTipos de radiación ionizante
La absorción de energía por el material La absorción de energía por el material biológico puede conducir a:biológico puede conducir a:
ExcitaciónExcitación: el pasaje de un electrón de un nivel de : el pasaje de un electrón de un nivel de energía a uno mas alto sin eyección del electrón energía a uno mas alto sin eyección del electrón (UV)(UV)
IonizaciónIonización: si la energía es suficiente para eyectar : si la energía es suficiente para eyectar al electrón fuera del átomo. Esta radiación se al electrón fuera del átomo. Esta radiación se denomina radiación ionizante. Rayos x ó rayos denomina radiación ionizante. Rayos x ó rayos γγ ..
Tipos de radiaciónTipos de radiación
ElectromagnéticaElectromagnética
Rayos gammaRayos gamma Rayos xRayos x Ultra-violeta Ultra-violeta Luz visibleLuz visible Luz infrarojaLuz infraroja MicroondasMicroondas RadioRadio
PartículasPartículas
AlphaAlpha BetaBeta ElectronesElectrones NeutronesNeutrones ProtonesProtones Iones pesadosIones pesados
Unidades mas usadasUnidades mas usadas
UnidadUnidad Unidad de Conversion Unidad de Conversion
1 rad cantidad de energía 1 rad cantidad de energía absorbida / gr de absorbida / gr de materiamateria
1 rad1 rad 0.01 Gy 0.01 Gy1 rem1 rem 0.01 Sv 0.01 Sv1 Sv1 Sv 100 rem 100 rem1 Gy1 Gy 100 rad 100 rad1 mSv 0,1 rad1 mSv 0,1 rad
UnidadesROENTGEN
RAD Absorción de 100 ergios de energía por gramo de sustancia.
GRAY (Gy) = a 100 rads
Rads x RBE
= 1Gy
REM
SIEVERT (Sv)
Carga eléctrica producida en 1 cm3 de aire. Unidad de exposición
Fuentes de radiaciónFuentes de radiación
Fuentes naturales de Fuentes naturales de irradiación humanairradiación humana
º
70 mrem/yr70 mrem/yr Procedimientos médicosProcedimientos médicos 53 mrems 53 mrems Productos consumidosProductos consumidos 10 mrems 10 mrems Vuelo aeronáuticoVuelo aeronáutico 2 mrems 2 mrems TVTV 1 mrem 1 mrem Armas nucleares y fallout 1 mremArmas nucleares y fallout 1 mrem Industria nuclearIndustria nuclear less than 1 mremless than 1 mrem
Exposición anual normal a radiación generada por el hombre
Exposición anual normal a la radiación natural
300 mrem/year Radon gas 200 mremCuerpo humano 40 mrem Sup. terrestre 28 mremRayos cósmicos 27 mrem
Fuentes de radiación naturalFuentes de radiación natural
3.0 mSv/year3.0 mSv/year 1 Sv = 1 Sievert = 1 Joule/Kg1 Sv = 1 Sievert = 1 Joule/Kg
Rayos cósmicosRayos cósmicos 10%10% 0.3 mSv/yr0.3 mSv/yr TerrestreTerrestre 10%10% 0.3 mSv/yr0.3 mSv/yr InternaInterna 13% 13% 0.4 mSv/yr0.4 mSv/yr Radon Radon 67%67% 2.0 mSv/yr2.0 mSv/yr
RadónRadón
Dosis de ReferenciaDosis de Referencia
Radiografía Molar=2-10 mSvRadiografía Molar=2-10 mSv
Radiografía Panorámica=10-20mSv/mmRadiografía Panorámica=10-20mSv/mm
Límites de exposiciónLímites de exposición
5 mSv/año (0.5 rem) 5 mSv/año (0.5 rem) Dosis al públicoDosis al público
50 mSv/año (5 rem) 50 mSv/año (5 rem) TrabajadorTrabajador
Relaciones dosis (rem)-respuestaRelaciones dosis (rem)-respuesta
0-150—sin síntomas0-150—sin síntomas 150-400—enfermedad moderada a severa150-400—enfermedad moderada a severa 400-800—enfermedad severa. Muerte por 400-800—enfermedad severa. Muerte por
encima de 500 remencima de 500 rem Arriba de 800—FatalArriba de 800—Fatal
***Dosis agudas a todo el cuerpo***Dosis agudas a todo el cuerpo
Nuestra exposición anualNuestra exposición anualActividad Dosis (mrem/año)
Fumar 280
Material radiactivo usado en el laboratorio
<10
Rayos x odontológico 10 m/rem per x-ray
Radiografía de tórax 8 m/rem per x-ray
Agua de bebida 5
Vuelos intercontinentales 5 m/rem por viaje
Planta de quemado de carbón
0.165
Radiación cósmicaRadiación cósmica
Partículas cargadas Partículas cargadas originadas en el sol y en las originadas en el sol y en las estrellas interactúan con la estrellas interactúan con la atmósfera de la tierra y el atmósfera de la tierra y el campo magnético y campo magnético y producen una lluvia de producen una lluvia de radiación que bombardea radiación que bombardea permanentemente la tierrapermanentemente la tierra
Protones 85%, part. alfa Protones 85%, part. alfa 11%, electrones 2%.11%, electrones 2%.
Radiación terrestreRadiación terrestre Material radiactivo se Material radiactivo se
encuentra en la tierra, el encuentra en la tierra, el agua, y en la vegetación agua, y en la vegetación
Uranio y torio y sus Uranio y torio y sus productos de decaimiento productos de decaimiento han estado presentes desde han estado presentes desde el comienzo de los tiempos.el comienzo de los tiempos.
El material radiactivo puede El material radiactivo puede ser ingerido con el alimento ser ingerido con el alimento ó inhaladoó inhalado
La cantidad de radiación La cantidad de radiación terrestre varía en diferentes terrestre varía en diferentes lugares de la tierra.lugares de la tierra.
Radiación InternaRadiación Interna
Las persona están expuesta a radiación desde materiales radiactivos presentes en su cuerpo: radon, potasio 40, uranio y torio.
Radón contribuye con el 55% de la radiación interna.
Rayos X y materiaRayos X y materia
3 Formas de interacción3 Formas de interacción
Efecto fotoeléctricoEfecto fotoeléctrico
Efecto ComptonEfecto Compton
Producción de paresProducción de pares
Efecto fotoeléctricoEfecto fotoeléctrico
Toda la energía del rayo X se Toda la energía del rayo X se entrega a un electrón orbitalentrega a un electrón orbital
X-ray
Resultado :Resultado : electrón de alta energíaelectrón de alta energía
e-
Producción de paresProducción de pares
X-raye+
e-
Result: positrón +electrón de alta energíaResult: positrón +electrón de alta energía
Rayos x con suficiente energía para formar Rayos x con suficiente energía para formar pares electrón-positrónpares electrón-positrón
Efecto ComptonEfecto Compton
El rayo X entrega parte de su energía a un electrón orbital
e-
Result: Result: electrón de alta energía + Rxelectrón de alta energía + Rx
Tipos de radiación ionizanteTipos de radiación ionizanteTipos de radiación ionizanteTipos de radiación ionizante
βα
Rayos-X o γ
neutrón
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante
Rayos x (fotones)Rayos x (fotones) Rayos gamma (fotones)Rayos gamma (fotones) Partículas alfaPartículas alfa Partículas betaPartículas beta NeutronesNeutrones
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante
Rayos X
Se producen siempre que un electrón es removido
de su órbita alrededor del nucleo. Se produce un
reordenamiento de los electrones del átomo con
liberación de los elementos característicos de los
rayos X. Formación de iones
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante Rayos gammaRayos gamma
Rayos gamma ó fotones: Resulta cuando el nucleo libera energía.
Radiación con partículasRadiación con partículas
ElectronesElectrones partículas cargadas negativamente. partículas cargadas negativamente. ProtonesProtones partículas cargadas positivamente. Masa partículas cargadas positivamente. Masa
2000 veces mayor que el electrón. 2000 veces mayor que el electrón. Partículas Partículas αα nucleos de átomos de He. Poseen nucleos de átomos de He. Poseen
carga neta positiva. Masa 4 veces mayor que carga neta positiva. Masa 4 veces mayor que el protón. Se producen en grandes el protón. Se producen en grandes aceleradores. aceleradores.
NeutronesNeutrones sin carga eléctrica, se generan en sin carga eléctrica, se generan en reactores.reactores.
Iones pesadosIones pesados nucleos de elementos cargados nucleos de elementos cargados positivamente. Deben ser acelerados a positivamente. Deben ser acelerados a
muy altas energías (MeV ó GeV) muy altas energías (MeV ó GeV)
2 neutrones y 2 protones: tienen poca penetración, tienen masa. Son peligrosas si se inhalan. Se eyectan del núcleo atómico durante el decaimiento de elementos radiactivos
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante Partículas alfaPartículas alfa
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante Partículas BetaPartículas Beta
Electrones con poca masa y energía variable. Los electrones se forman cuando un neutrón se transforma en un protón y un electrón.
Cuatro tipos de radiación ionizanteCuatro tipos de radiación ionizante NeutronesNeutrones
Tienen la misma masa que los protones pero no tienen carga. Masa algo mayor que el protón.
Ionización indirecta es causada por:Ionización indirecta es causada por:
Rayos XRayos X
Rayos GammaRayos Gamma
NeutronesNeutrones
Ionización directa es producida por:Ionización directa es producida por:
ProtonesProtones
Particulas alfaParticulas alfa
Particulas BetaParticulas Beta
Iones acelerados Iones acelerados
radiación ionizante
partícula alfa
partícula beta
átomo radiactivo
rayos x
rayos gamma
EFECTOS DE EFECTOS DE RADIACIONES SOBRE RADIACIONES SOBRE
ADNADN
Radiación ionizante y no ionizante Radiación ionizante y no ionizante
Dimeros de pirimidina (UV)Roturas de cadena sencilla o doble Uniones covalentes entre cadenasModificación de las basesIntercalaciónPérdida de bases
Tipos de daño al DNA
Tipos de radiación ionizanteTipos de radiación ionizanteLa absorción de energía por el material La absorción de energía por el material
biológico puede conducir a:biológico puede conducir a: ExcitaciónExcitación: el pasaje de un electrón de un : el pasaje de un electrón de un
nivel de energía a uno mas alto sin eyección nivel de energía a uno mas alto sin eyección del electrón.del electrón.
Ionización:Ionización: si la energía es suficiente para si la energía es suficiente para eyectar al electrón fuera del átomo. Esta eyectar al electrón fuera del átomo. Esta radiación se denomina radiación ionizante. radiación se denomina radiación ionizante. Rayos x ó rayos Rayos x ó rayos γγ ..
Radiación ultravioletaRadiación ultravioleta
Emana del sol inalterada hasta que entra en la Emana del sol inalterada hasta que entra en la atmósfera. Aquí las mas dañinas son filtradas.atmósfera. Aquí las mas dañinas son filtradas.
UVA: 315-400 nmUVA: 315-400 nm UVB: 280-315 nmUVB: 280-315 nm UVC: 100-280 nm (se absorbe por la atmósfera)UVC: 100-280 nm (se absorbe por la atmósfera) Fuentes artificiales son lámparas de descargas Fuentes artificiales son lámparas de descargas
gaseosasgaseosas
Radiación ultravioletaRadiación ultravioleta Es una radiación electromagnética no ionizante Es una radiación electromagnética no ionizante
porque la energía de cada fotón está por debajo de porque la energía de cada fotón está por debajo de la energía necesaria para ionizar.la energía necesaria para ionizar.
Las proteínas y los ácidos nucleicos son las Las proteínas y los ácidos nucleicos son las estructuras de importancia biológica que contienen estructuras de importancia biológica que contienen cromóforos (grupos de átomos que absorben cromóforos (grupos de átomos que absorben selectivamente cierta longitud de onda). Los selectivamente cierta longitud de onda). Los ácidos nucleicos absorben el rango de energía de ácidos nucleicos absorben el rango de energía de 200-300 nm200-300 nm
Efectos de radiación ultravioletaEfectos de radiación ultravioleta
Relación con el desarrollo de carcinoma Relación con el desarrollo de carcinoma epidermoide, basocelular y melanoma en epidermoide, basocelular y melanoma en individuoe de piel blanca.individuoe de piel blanca.
Produce dímeros de pirimidina que conducen a Produce dímeros de pirimidina que conducen a mutaciones del ADN. mutaciones del ADN.
Los individuos con defectos en las enzimas que Los individuos con defectos en las enzimas que dirigen la reparación del AND son particularmente dirigen la reparación del AND son particularmente susceptiblessusceptibles. .
Tipos de daños al DNA Mecanismo de mutación por UVMecanismo de mutación por UV
Citosinas adyacentes forman un dímero. Durante la replicación ambas cadenas, templados, sintetizan nuevas cadenas.
El dímero de citosina incorpora adenina (en lugar de guanina)en la nueva cadena
Replicación subsecuente produce la mutación CC a TT.
Aunque el dímero de citosina puede ser corregido, la mutación producida no se detecta por el sistema de reparación.
Tipos de daños al DNAUniones entre cadenas
Producto de los enlaces covalentes entre las dos cadenas opuestas del DNA
Producido por la exposición a mostazas de nitrógeno/azufre, platino, mitomicina C, and psoralenos + UV
Tipos de daños al DNAModificación de las bases
Agentes que provocan modificación de las bases del DNA
• Producidos por una gran variedad de agentes.
Consisten en la escisión del enlace fosfo- diester de una o ambas cadenas del DNA
Ruptura de dos cadenasRuptura de una cadena
Tipos de daños al DNARoturas de cadena sencilla o doble
Radiación ionizanteRadiación ionizante
Produce rupturas en Produce rupturas en una ó ambas una ó ambas cadenas de ADN ocadenas de ADN o
Daño directoDaño directo
Produce formación Produce formación de radicales libresde radicales libres
Daño indirectoDaño indirecto
DNADamageAgentes
Exógeno
Endógeno
Replicación ADN
Alteración genética
permanente
Enfermedad
Arrestodel ciclo celular
Reparación del ADN
Apoptosis
Daño y reparación del DNA
El ADN es la molécula blanco de la El ADN es la molécula blanco de la radiación ionizanteradiación ionizante
Genomic Instability
Sometimes DNA damage produces
later changes which may contribute to
cancer.
Genomic Instability
Sometimes DNA damage produces
later changes which may contribute to
cancer.
Cell Killing
Damaged DNA may trigger
apoptosis, or programmed cell death. If only a few cells are affected, this
prevents reproduction of damaged DNA
and protects the tissue.
Cell Killing
Damaged DNA may trigger
apoptosis, or programmed cell death. If only a few cells are affected, this
prevents reproduction of damaged DNA
and protects the tissue.
Cell Killing
Damaged DNA may trigger
apoptosis, or programmed cell death. If only a few cells are affected, this
prevents reproduction of damaged DNA
and protects the tissue.
Gene Expression
A gene may respond to the
radiation by changing its signal
to produce protein. This may be protective or
damaging.
Gene Expression
A gene may respond to the
radiation by changing its signal
to produce protein. This may be protective or
damaging.
Gene Expression
A gene may respond to the
radiation by changing its signal
to produce protein. This may be protective or
damaging.
Gene Mutation
Sometimes a specific gene is
changed so that it is unable to make its
corresponding protein properly
Gene Mutation
Sometimes a specific gene is
changed so that it is unable to make its
corresponding protein properly
Daño al ADNDaño al ADN
Characteristics of dose-effect relationships following radiation of high or low LET
Dose (Gy)
Dic
entr
ics
or
tran
slo
cati
on
s
high LET
low LET (chronic)
low LET (acute)
gamma-, beta-, rayos X (low LET) alpha-, neutrones (alto LET)
Efecto de la dosis sobre las aberraciones cromosómicas
luego de la exposicióna a radiación de bajo y alto LET)
Ciclo Celular
G = crecimiento y preparación de los cromosomas
S = síntesis de ADN
G2= preparación para M = mitosis
G0= salida del ciclo en G1, célula inactiva o en gran actividad.
neuronas, linfocitos
Radiosensibilidad durante el ciclo Radiosensibilidad durante el ciclo celularcelular
S tardío: mas radioresistenteS tardío: mas radioresistente
M y G2: mas radiosensiblesM y G2: mas radiosensibles
Progresion del ciclo celular luego de Rx: Progresion del ciclo celular luego de Rx: genes genes checkpointcheckpoint detienen el ciclo celular en detienen el ciclo celular en G2 para reparaciónG2 para reparación
Alteraciones por radiación
Mutaciones en los genes del ciclo celular afectan
el desarrollo del mismo: oncogenes P53: controla el daño al ADN y evita la progresión
del ciclo en G1 y G2.
Dosis bajas: demora la progresión del ciclo (G1 yG2)
Dosis altas: daño no reparable apoptosis AT: ataxia telangiectasia. Detecta daño al ADN,
interrumpe el ciclo, mantiene largo del telómero.
Carcinogénesis por radiaciónCarcinogénesis por radiación
Dosis bajas de radiación pueden modular Dosis bajas de radiación pueden modular numerosos genes de respuesta temprana numerosos genes de respuesta temprana (reparación y adaptación)(reparación y adaptación)
modulación del P53 por numerosas kinasas modulación del P53 por numerosas kinasas produciendo apoptosis ó arresto del ciclo celularproduciendo apoptosis ó arresto del ciclo celular
detención del ciclo celular por acción de detención del ciclo celular por acción de checkpoints: G1/S, G2/M (reparación del daño)checkpoints: G1/S, G2/M (reparación del daño)
Activación de genes que responden Activación de genes que responden tempranamente P53, MAPK, NFkB, caspasas, etctempranamente P53, MAPK, NFkB, caspasas, etc..
Inestabilidad genómicaInestabilidad genómica
Bajas dosis de radiación producen efectos Bajas dosis de radiación producen efectos no advertidos en las células que sobreviven a no advertidos en las células que sobreviven a la radiaciónla radiación
Los efectos se hacen evidentes varias Los efectos se hacen evidentes varias generaciones posterioresgeneraciones posteriores
Se expresa en la progenieSe expresa en la progenie Todas las células hijas presentan una mayor Todas las células hijas presentan una mayor
probabilidad de mutar.probabilidad de mutar.
Efecto bystanderEfecto bystander
Inducción de cambios en células que no son alcanzadas directamente por la radiación
Inducción de efecto bystanderInducción de efecto bystander
Partículas alfaPartículas alfa Rayos x de baja energíaRayos x de baja energía Blindaje parcial o irradiación localizadaBlindaje parcial o irradiación localizada Transferencia de medio de cultivo Transferencia de medio de cultivo Irradiación con microhazIrradiación con microhaz Dosis de 3-5 mSvDosis de 3-5 mSv
Inducción de efecto bystanderInducción de efecto bystander
Inducción de:Inducción de: Muerte celularMuerte celular Inestabilidad genómicaInestabilidad genómica MutacionesMutaciones Transformación celularTransformación celular Aberraciones cromosómicasAberraciones cromosómicas
Efecto BystanderEfecto Bystander
MicrohazMicrohaz
Sawant et al. 2000
Cada célula alcanzada por una partícula
10% de las células alcanzadas por una partícula
Transformación celularTransformación celular
02468
101214
0 2 4 6 8 10
Hits
Cel
l Tra
nsfo
rmat
ion
Every nucleus hitOne in ten nucleus hit
Sawant et al.2000
Frecuencia de mutaciónFrecuencia de mutación
Radiación sobre el citoplasma Radiación sobre el citoplasma produce mutacionesproduce mutaciones
Zhou et al. 2000
La influencia de la comunicación La influencia de la comunicación intercelular en la formación de intercelular en la formación de
micronucleosmicronucleos
Khan et al 1998
Células no evaluadas
Blindaje
Mitad inferior de los pulmones irradiados con
10 Gy
400
Micronucleos/1000 cell
800
Células expuestals
Bystander, conclusionesBystander, conclusiones
El microhaz facilita la evaluación de respuestas biológicas en El microhaz facilita la evaluación de respuestas biológicas en función del tipo de exposición y del blancofunción del tipo de exposición y del blanco
El microhaz ha posibilitado caracterizar el efecto bystander El microhaz ha posibilitado caracterizar el efecto bystander
La distribución de energía no es proporcional al daño biológico. La distribución de energía no es proporcional al daño biológico.
La respuesta biológica está relacionada con tejidos, no con células La respuesta biológica está relacionada con tejidos, no con células individuales. individuales.
Las respuestas Bystander plantean un nuevo paradigma en cuanto Las respuestas Bystander plantean un nuevo paradigma en cuanto a la acción de la radiacióna la acción de la radiación
Como interactúa la radiación Como interactúa la radiación con las células?con las células?
PasadoPasado
Teoría de los hitTeoría de los hit Ionización Ionización
directadirecta Formación de Formación de
radicales libresradicales libres
PresentePresente
Efecto BystanderEfecto Bystander Comunication Comunication
célula-célulacélula-célula Comunicación Comunicación
célula-matrizcélula-matriz
76Turai/IAEA M-IX 2000-09-14
Datos de radiocarcinogénesis en humanosDatos de radiocarcinogénesis en humanos
Tipo de cáncer
Poblaciones
Leucemia
Glandula Tiroides
Pulmón
Mama
Hueso
çPiel
Sobrevivientes. Bomba A
+
+
+
+
Pintores de relojes
+
Radiólogos +
Mineros de uranio
+
Expuestos a accidents nucleares
+
5000
3500
3000
2500
2000
500 500
150
500
50
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Ca
tara
cts
Pe
rm. m
ale
sterility
Te
mp
.e
pila
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Fe
ma
leste
rility
Tra
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am
ag
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B. m
arro
wsu
pre
ssion
Te
mp
. ma
leste
rility
Fe
tal d
ea
th
1 m
in flu
oro
skin d
ose
mill
i-G
ray
Carcinogenesis: experiencia reciente Carcinogenesis: experiencia reciente en humanosen humanos
Sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki. Sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki. 86.000 personas recibieron al menos 0.005 86.000 personas recibieron al menos 0.005 Sv. En este grupo el desarrollo de cáncer Sv. En este grupo el desarrollo de cáncer excedió al de grupos control. Se produjeron excedió al de grupos control. Se produjeron 334 muertes en exceso por tumores sólidos y 334 muertes en exceso por tumores sólidos y 87 muertes en exceso por leucemia.87 muertes en exceso por leucemia.
79Turai/IAEA M-IX 2000-09-14
Muertes por cáncer atribuíble a la Muertes por cáncer atribuíble a la bomba-Abomba-A
De 86572 sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki De 86572 sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki 7,827 personas murieron de cáncer en 1950-90:7,827 personas murieron de cáncer en 1950-90:
Observados Esperado en Exceso (%E)Observados Esperado en Exceso (%E)TumoresTumores 7578 7578 7244 7244 334 334 (4.4) (4.4)LeucemiaLeucemia 249 162 249 162 87 (35.0) 87 (35.0)TotalTotal 7827 7406 421 (5.4) 7827 7406 421 (5.4)
Ref: Pierce et al, Rad.Res. 146: 1-27, 1996Ref: Pierce et al, Rad.Res. 146: 1-27, 1996
CHERNOBYLCHERNOBYL
Areas AfectadasAreas Afectadas
Dosis en tiroides de niños y adolescentes en Dosis en tiroides de niños y adolescentes en Bielorusia y UcraniaBielorusia y Ucrania
0
10
20
30
40
50
60
0-0
,3 G
y
0,3
-1 G
y
1-2
Gy
2-5
Gy
5-1
0 G
y
>1
0 G
y
Ukraine: 67475subjects
Belarus: 15000subjects
%
[Shore 1995]
Antes del accidenteAntes del accidente Tasa de cáncer de tiroides= 0.5/millon. Tasa de cáncer de tiroides= 0.5/millon.
En el período 1991-1994En el período 1991-1994 Tasa de cáncer de tiroides= 100/millon. Tasa de cáncer de tiroides= 100/millon.
. .
Esto representa 200 veces mas. Esto representa 200 veces mas.
Factores que aumentaron la Factores que aumentaron la incidencia de cáncer de tiroides en incidencia de cáncer de tiroides en
niñosniños
� Deficiencia de iodo en la poblaciónDeficiencia de iodo en la población
� Bloqueo tardío de la profilaxis con iodo fríoBloqueo tardío de la profilaxis con iodo frío
� Falta de detección activa de casos ocultosFalta de detección activa de casos ocultos
Casos de cáncer de tiroides en las Casos de cáncer de tiroides en las regiones afectadas después de regiones afectadas después de
Chernobyl 1986-1994Chernobyl 1986-1994
Dosis(rads)Dosis(rads) EfectosEfectos
0-200-20 No se detectan efectosNo se detectan efectos
20-10020-100 Cambios en la sangreCambios en la sangreDisminución de los glóbulos blancosDisminución de los glóbulos blancos
100-200100-200 Síndrome agudo de radiaciónSíndrome agudo de radiación
200-300200-300 Vómitos, diarrea, debilidad, muerteVómitos, diarrea, debilidad, muerte
300-600300-600 Vómitos, hemorragias, diarrea.Vómitos, hemorragias, diarrea.Muerte con 350 rad ó masMuerte con 350 rad ó mas
+ de 600+ de 600 Muerte en casi todos los casosMuerte en casi todos los casos
Exposición aguda a la radiación
Dosis efectiva total (Rx)Dosis efectiva total (Rx)
ExámenExámen Dosis (mSv)Dosis (mSv)
Radiografía de tóraxRadiografía de tórax 0,020,02
cerebrocerebro 0,150,15
columnacolumna 0,900,90
Urografía Urografía 0,20-0,900,20-0,90
DentalDental 10-3010-30
Tomografía totalTomografía total 6-166-16
Radiación Radiación por bombas por bombas
AARayos x de origen médicoRayos x de origen médico
Tipo de Tipo de cáncercáncer
BombBomba Aa A
Islas Islas MarshallMarshall
EspondiEspondilitis Anqlitis Anq MastitisMastitis
FluoroscFluorosc
ToraxTorax TiroidesTiroides In uteroIn utero
LeucemiaLeucemiaTiroidesTiroidesMamaMamaPulmónPulmón
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HuesoHuesoHígadoHígadoPielPielLinfomaLinfoma • •• •
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EsófagoEsófagoEstómagoEstómagoVejigaVejigaColonColon
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Acelerador de partículas TANDAR de la Comisión Acelerador de partículas TANDAR de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), ArgentinaNacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina
Haces de ProtonesHaces de Protones
Generados por el acelerador Tandar.Generados por el acelerador Tandar. Su distribución de energía en su trayectoria Su distribución de energía en su trayectoria
determina la curva de Bragg.determina la curva de Bragg. Plateau y Pico de BraggPlateau y Pico de Bragg Rango de recorrido definido Rango de recorrido definido Permite una selectividad espacial para la Permite una selectividad espacial para la
máxima deposición de dosis.máxima deposición de dosis.
Curva de BraggCurva de Bragg
RangoRango
zona dezona de plateauplateau
zona del picode zona del picode BraggBragg
zona distalzona distal
Proyecto: introducción de la Proyecto: introducción de la protonterapia en la Argentinaprotonterapia en la Argentina
Los protones pueden localizarse en la zona tumoral con mas efectividad Los protones pueden localizarse en la zona tumoral con mas efectividad que los rayos que los rayos X ó gamma.X ó gamma.
El daño a tejidos circundantes al tumor es menor.El daño a tejidos circundantes al tumor es menor.
La terapia con protones es óptima para el La terapia con protones es óptima para el tratamiento de tumores localizados en zonas tratamiento de tumores localizados en zonas vecinas a órganos vitales. Ej. melanomas de la coroides y tumores de la vecinas a órganos vitales. Ej. melanomas de la coroides y tumores de la
base del cráneo.base del cráneo.
Su aplicación a patologías humanas se concretó en 1990 en Loma Linda Su aplicación a patologías humanas se concretó en 1990 en Loma Linda University Medical Center . University Medical Center .
Equipo de trabajo para investigaciones Equipo de trabajo para investigaciones radiobiológicas con el acelerador Tandarradiobiológicas con el acelerador Tandar
JA Schuff, JA Schuff, L PolicastroL Policastro, , H DuránH Durán, AJ Kreiner, A , AJ Kreiner, A Mazal, Mazal, BL MolinariBL Molinari, A Burlón, ME Debray, JM , A Burlón, ME Debray, JM Kesque, H Somacal, P Stoliar, A Valda, OA Kesque, H Somacal, P Stoliar, A Valda, OA Bernaola, A Perez de la Hoz, G Saint-Martin, S Bernaola, A Perez de la Hoz, G Saint-Martin, S O’ConnorO’Connor, J Davidson, M Davidson, F Naab, MJ , J Davidson, M Davidson, F Naab, MJ Ozafrán, ME Vázquez, Ozafrán, ME Vázquez, M PalmieriM Palmieri, M Ruffolo., M Ruffolo.
Irradiación con haces de protones y de Irradiación con haces de protones y de litiolitio
PDV
0 2 4 6 8 10
1E-3
0.01
0.1
1
Sob
revi
da
(c
on
tro
l%)
Dosis (Gy)
Fra
cc
ión
de
so
bre
vid
a
Dosis (Gy)
Gamma 0,2
Zona Distal 26 + 2
Pico Bragg 15,6 + 0,1
Zona Plateau 3,1 + 0,1
Litio 100 + 7
Protones
LET (KeV/uM)
Daño progresivo en la piel de rata Daño progresivo en la piel de rata
inducido por protonesinducido por protones
Para cuantificar el daño producido por partículas Para cuantificar el daño producido por partículas cargadas, que entregan una dosis de energía con una cargadas, que entregan una dosis de energía con una definida distribución espacial en un material biológico, definida distribución espacial en un material biológico, se evaluaron parámetros radiosensibles de la piel de se evaluaron parámetros radiosensibles de la piel de ratas Wistar.ratas Wistar.
Se obtuvieron dosis progresivas de protones en una Se obtuvieron dosis progresivas de protones en una misma zona de tejido, mediante la interposición de una misma zona de tejido, mediante la interposición de una cuña de Lucite (equivalente tejido) sobre la zona a cuña de Lucite (equivalente tejido) sobre la zona a irradiar. irradiar.
De esta forma se irradió una zona del dorso de los De esta forma se irradió una zona del dorso de los animales con dosis variables entre 0 y 100 Gy.animales con dosis variables entre 0 y 100 Gy.
Haz de protones de 22,4 MeV generado en el Haz de protones de 22,4 MeV generado en el Acelerador TANDAR (CNEA-Argentina)Acelerador TANDAR (CNEA-Argentina)
La dosis de entrada se entrega en la zona de La dosis de entrada se entrega en la zona de plateau de la curva de Bragg.plateau de la curva de Bragg.
El flujo del haz se midió utilizando una cámara El flujo del haz se midió utilizando una cámara de transmisión a la salida de la ventana de de transmisión a la salida de la ventana de extracción.extracción.
Arreglo experimentalArreglo experimental
Imagen del daño en la pielImagen del daño en la piel
Distribución espacial en el tejido de la dosis relativa debida a la cuña.Distribución espacial en el tejido de la dosis relativa debida a la cuña.
Curvas de Isodosis
Evaluación del tejido irradiado
1.Zona de dosis 0 Gy. Las partículas no atraviesan el espesor de la cuña. No hay daño tisular.
2. Zona alcanzada por la caída distal del pico de Bragg. El haz alcanza zonas superficiales del tejido. Daño intermedio.
3. Zona alcanzada por el pico de Bragg. Daño máximo, alteración de
la epidermis, carencia de anexos.
4. Zona alcanzada por las distintas regiones del plateau. Se extiende
hasta el final de la cuña. Daño intermedio y variable.
5. Zona sin cuña donde el haz atraviesa completamente la piel. Daño
mínimo.
Tabla comparativa de Tabla comparativa de alteraciones temporalesalteraciones temporales
Espesor de la Piel
0102030405060708090
100
Días post irradiación
Po
rce
tan
je d
el
con
tro
lPico de Bragg
Plateau
2 5 6 7 9
Tabla comparativa de Tabla comparativa de alteraciones temporalesalteraciones temporales
Espesor del epitelio
0100200300400500600700800
Dias post irradiacion
Irra
dia
do
/Co
ntr
ol
%
Pico de Bragg
Plateau
2 5 6 7 9
Tabla comparativa de Tabla comparativa de alteraciones temporalesalteraciones temporales
Espesor de la Piel
0102030405060708090
100
Días post irradiación
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lPico de Bragg
Plateau
2 5 6 7 9
Tabla comparativa de Tabla comparativa de alteraciones temporalesalteraciones temporales
Espesor del epitelio
0100200300400500600700800
Dias post irradiacion
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Pico de Bragg
Plateau
2 5 6 7 9
Evaluación del tejidoEvaluación del tejido
Control: Dosis 0 GyControl: Dosis 0 Gy
Evaluación del tejidoEvaluación del tejido
Se indican las isodosis de 32, 49, 67 y 100 GySe indican las isodosis de 32, 49, 67 y 100 Gy
Evaluación del tejidoEvaluación del tejido
Zona de daño por protones del plateau del hazZona de daño por protones del plateau del haz
0.25mm
ConclusionesConclusiones
Los resultados obtenidos permiten analizar in-Los resultados obtenidos permiten analizar in-vivo la respuesta de un tejido complejo a la vivo la respuesta de un tejido complejo a la radiación con partículas. La mayoría de los datos radiación con partículas. La mayoría de los datos experimentales se obtienen a partir de cultivos de experimentales se obtienen a partir de cultivos de tejidos.tejidos. La utilización de una cuña de espesor variable La utilización de una cuña de espesor variable como degradador de energía, permitió que los como degradador de energía, permitió que los tejidos de los animales irradiados fueran tejidos de los animales irradiados fueran afectados a diferentes profundidades y dentro de afectados a diferentes profundidades y dentro de un amplio rango de dosis. un amplio rango de dosis.
ConclusionesConclusiones• Se determinaron diferentes zonas de Se determinaron diferentes zonas de
daño tisular en función del tiempo daño tisular en función del tiempo postirradiación. El daño tisular es postirradiación. El daño tisular es compatible con la dosis recibida y con la compatible con la dosis recibida y con la profundidad alcanzada luego que el haz profundidad alcanzada luego que el haz atravesara el prisma de lucite.atravesara el prisma de lucite.
• Las alteraciones de la piel relativas al Las alteraciones de la piel relativas al control, mantienen valores similares control, mantienen valores similares para todos los casos estudiados.para todos los casos estudiados.