La radiación y los seres vivos
Curso Directores Instalaciones RX
H.U.C.A. Oviedo 2010
Miguel A. Peinado MontesMiguel A. Peinado MontesSº Física Médica y P.R. - Sº Física Médica y P.R. - H.U.C.A.H.U.C.A.
Protección Radiológica
Valorar la existencia de un riesgo asociado al uso de las radiaciones ionizantes (rr.ii.).
Comprender la responsabilidad y potestad del especialista para tomar las decisiones necesarios a la hora de utilizar técnicas que impliquen dichas rr.ii.
Protección Radiológica
Evidencias∟Daño provocado por las rr.ii.
Ciencia básica∟ADN, energía y tejidos∟Factores
Efectos somáticos∟Clasificación
Evidencias∟Daño provocado por las rr.ii.
Ciencia básica∟ADN, energía y tejidos∟Factores
Efectos somáticos∟Clasificación
Evidencias Los efectos biológicos de las rr.ii. se conocen
desde poco después del descubrimiento de los isótopos o de los rayos X
1896
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 observadas1898: Tratamiento de un lupus con rayos X
1904: Muere M. Dally como resultado de las radiaciones1906: Bergonié y Tribondeau enuncian sus leyes
∟ Probabilísticos
∟ Conllevan una latencia∟ Inespecíficos∟ Siempre lesivos
Radiaciones (ionizantes)
190.000 víctimas en una población de 590.000
4000 víctimas5000 previstas en regiones contaminadas
…y muchas más evidencias…
Chronic skin injury due to Chronic skin injury due to cumulative skin dose of ~20 cumulative skin dose of ~20 Gy from coronary Gy from coronary angiography and 2 angiography and 2 angioplastiesangioplasties
RT: 50 Gy + 1 GyRT: 50 Gy + 1 Gy
DOSIS EFECTIVA mSvDOSIS EFECTIVA mSv
EXCESO DE EXCESO DE CÁNCER (%)CÁNCER (%)
2525 5050 7575 100100 125125 150150
22
44
66
88
1010
00
TAC PEDIÁTRICOTAC PEDIÁTRICO
SUPERVIVIENTES DE SUPERVIVIENTES DE EXPUESTOS A BAJAS EXPUESTOS A BAJAS DOSISDOSIS
D.J. Brenner AJR 2001D.J. Brenner AJR 2001
Fuentes de radiación Fuentes de radiación
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*
Actualmente en los paises desarrollados se estima que la dosis debida al radiodiagnóstico es de 0.8 – 1.0 mSv
Radon 2 mSv (55%)
Cósmica 0.27 mSv (8%)
Rocas/suelo 0.28 mSv (8%)
Alimentación 0.4 mSv (11%)
Rayos X 0.4 mSv (11%)
Medicina Nuclear 0.14 mSv (4%)
Productos consumo 0.1 mSv (3%)
Otras fuentes <0.01 mSv (<1%)(incluidas centrales nucleares)
(*) UNSCEAR 2000
Fuentes artificiales No es ético negar a un paciente el
acceso a la asistencia médica 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.
Hasta el 30% de los RX tórax pueden no estar indicados.
(*) A. Berrington de González, S. Darby. The Lancet 363(9406) pp. 345-351 (2004)
¿Qué hacer? Resonancia social
Estudio epidemiológico inviable(1)
Ciencia básica
Princ. de prudencia
a) Linealb) Aumento riesgoc) Disminución riesgod) Umbrale) Hormesis
5.0 mSv 100mSv(1) Brenner et al. PNAS 2001
Ciencia básica
Por qué∟ Teoría del blanco∟ Factores que
influyen∟ Células y tejidos
Radiaciones Ionizantes
13
Los rayos X se caracterizan por su capacidad para ionizar la materia que atraviesan.
El átomo resultante (ión) es químicamente activo
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 esub)
∟Reducción radicales del agua∟Producción radicales libres
Biológica∟ Ruptura del ADN∟Reparación∟Replicación
Etapa biológica
Unión cruzada DNA-DNA
Unión cruzada DNA-proteína
Dímero de bases pirimidínicas Pérdida de bases
Cambio de bases
Rotura de la doble hebraRotura de puentes de hidrógeno
Rotura de la hebra simple
Las lesiones radioinducidas en el ADN son diversas: roturas, cambios en las bases, uniones cruzadas
En algunos casos, las lesiones en el ADN se traducen en aberraciones cromosómicas, cuyo recuento puede utilizarse para estimar la dosis absorbida (dosimetría biológica)
Tipo rotura
Frecuencia (por Gy)
Simple(subletal)
500 – 1000
Doble(Letal)
40
Bases nitr. 800 – 1000
U. cruzada 150
Otros
Etapa biológica (reparación) 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.∟ Unión de extremos no homólogos
Mecanismos de reparación variables en velocidad, capacidad y fidelidad
Predisposición genética a la radiosensibilidad o radioresistencia
Explican parcialmente la diferencia de radiosensibilidad de las distintas poblaciones celulares
Mecanismos de reparación variables en velocidad, capacidad y fidelidad
Predisposición genética a la radiosensibilidad o radioresistencia
Explican parcialmente la diferencia de radiosensibilidad de las distintas poblaciones celulares
Mayor sensibilidad a la radiación
El ciclo celular 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
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 (tiempo para
reparar las lesiones).∟Genéticos (capacidad para reparar las
radiolesiones).
Factores que influyen en el daño biológico
LET (Transferencia Lineal de Energía)Dosis equivalente
Factores físicos
• Masa
• Carga (+, -)
Ligeras
Pesadas
Fraccionamiento de dosis
Dosis
D1 D2
D3
D4
D5
0,01
1
0,1
(Dosis en 1 fracción)
(Dosis en 2 fracciones)
(Dosis en 3 fracciones)
(Dosis en 4 fracciones)
(Dosis en 5 fracciones)
Tasa de dosis
Dosis
Tasa de dosis baja (10 rads/min)
Tasa de dosis alta(100 rads/min)
0,01
1
0,1
Fra
cció
n de
sup
ervi
venc
ia
Dosis absorbida: Energía depositada por unidad de masa◦ D = dE/dm; [D] = Gy
Dosis equivalente: Dosis absorbida ponderada por el tipo de radiación◦ HT = R wR.DT,R; [HT] = Sv
Dosis efectiva: Dosis equivalente ponderada por los tejidos irradiados E = T wT.HT; [E] = Sv
Detección y medida de la radiación
22
Magnitudes y Unidades
23
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AbsorbidAbsorbidaaCantidad Cantidad de agua de agua que te que te alcanzaalcanza
EquivaleEquivalentente• AguaAgua• GranizoGranizo• PedrizoPedrizo
EfectivaEfectivaParte del Parte del cuerpo cuerpo donde donde impactanimpactan
Otros mecanismos de daño celular Respuesta adaptativa
∟Una dosis dada causa un menor daño biológico si fue precedida por una dosis baja y un periodo suficiente de reposo.
Dosis condicionante
Efecto
Dosis provocadora
Efecto
Dosis condicionante
Dosis provocadora
Efecto
Otros mecanismos de daño celular Efectos no dirigidos
∟ Inestabilidad genómica: El efecto causado es sobre los genes que codifican los mecanismos de replicación con lo que aumenta la probabilidad de daño en la progenie.
∟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
MemoriaMemoria
Efectos somáticos Cuanto más indiferenciada sea la célula que
sufre la irradiación. Cuanto más actividad mitótica tenga la célula
PONDERACIÓN DE LOS PONDERACIÓN DE LOS DISTINTOS ÓRGANOS SEGÚN SU DISTINTOS ÓRGANOS SEGÚN SU RADIOSENSIBILIDAD, RADIOSENSIBILIDAD, wwT, T, ICRP-ICRP-6060 : :
0,01 0,05 0,12 0,20
Hueso Vejiga Médula ósea Gonadas
Piel Mama Colon
Hígado Pulmón
Esófago Estómago
Tiroides
Resto
SUMA = 1SUMA = 1SUMA = 1SUMA = 1
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 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 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 altas• Muchas células afectadas• Varias interacciones/gen
Daño subclínico*
Efectos probabilísticos
Daño clínico
Efectos deterministas
Deterministas o no estocásticos∟ Dosis relativamente elevadas, daño funcional∟ Tienen una dosis umbral∟ La gravedad del efecto aumenta con la dosis∟Tiempo de latencia “corto”
Estocásticos o probabilísticos∟ Dosis bajas, sin daño funcional∟No tienen umbral de dosis∟ Su probabilidad aumenta con la dosis∟ La gravedad del daño no depende de la dosis.∟Tiempo de latencia largo (> 5 años)
Hereditarios vs. somáticos
Tipos de efectos
Efectos deterministas Según dosis
• Altas (>10 Gy).• Moderadas (1 -10 Gy).• Bajas (<1 Gy).
Reparación (cicatriz) vs regeneración (nuevas células).
Cambios• Iniciales (< 6m): reversibles o irreversibles.
Inflamación, edema y hemorragia.• Tardíos: permanentes, irreversibles y progresivos.
Fibrosis, atrofia, ulceración, necrosis... Según latencia (agudos y tardios)
Dependen del tejido irradiado
Efectos deterministas
© CSN– 2009 36
Infección
Sistemahematopoyético
Sistema Inmune
Sistema gastrointestinal
Piel
Testículo
Ovario
Pulmón
Cristalino
Tiroides
Sistema nerviosocentral
InfeccionesHemorragias
Esterilidad
Inmunosupresiónsistémica
DeshidrataciónDesnutrición
Escamación
Esterilidad
Neumonía
Cataratas
Deficienciasmetabólicas
Encefalopatías ymielopatías
2 semanas
Algunas horas
1 semana
3 semanas
2 meses
< 1 mes
3 meses
> 1 año
< 1 año
Muy variablesegún 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
LeucopeniaPlaquetopenia
Linfopenia
Lesión del epiteliointestinal
Daño en la capabasalAspermia celular
Muerte interfásicadel oocito
Fallos en la barreraalveolar
Fallos en lamaduración
Hipotiroidismo
Demielinización ydaño vascular
Tejido EfectoPeriodo de
latenciaaproximado
Umbralaproximado
(Gy)
Dosisefectosseveros
Causa
Respuesta de todo el organismo a la irradiación Dosis letal porcentual en función del tiempo (DL
50/30). ETAPAS:
1º) Prodrómica: N, V y diarreas, cefaleas, vértigo, taquicardia, irritabilidad, insomnio. Minutos hasta días.
2º) Latente: Ausencia de síntomas. Horas hasta semanas.
3º) Enfermedad manifiesta: Síntomas en función del sistema lesionado.
Síndrome de irradiación aguda
Efectos estocásticos
Fundamentos de Protección Radiológica
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• CáncerCáncer• Hereditarios Hereditarios ((genéticosgenéticos))
Efectos estocásticos
Fundamentos de Protección Radiológica
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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.• Hasta el 30% de los RX tórax pueden no estar indicados
Estudios Epidemiológicos∟Altas dosis ( > 100 mSv)∟“Bajas dosis” Muestra ~107
Principio de prudencia
a)a) LinealLinealb)b) Aumento riesgoAumento riesgoc)c) Disminución riesgoDisminución riesgod)d) UmbralUmbrale)e) HormesisHormesis
3,5 mSv3,5 mSv 100mSv 100mSv
Efectos…
Se ponen de manifiesto Se ponen de manifiesto en la descendenciaen la descendencia del individuo del individuo irradiado. irradiado.
EFECTOS ESTOCÁSTICOS HEREDITARIOSEFECTOS ESTOCÁSTICOS HEREDITARIOS
No se ha demostrado en humanosNo se ha demostrado en humanos que la radiación induzca que la radiación induzca enfermedades hereditarias. Si hay enfermedades hereditarias. Si hay datos en animales de datos en animales de laboratorio y plantaslaboratorio y plantas. .
La estimación del riesgo de efectos hereditarios se La estimación del riesgo de efectos hereditarios se realizada mediante el método de realizada mediante el método de “Dosis Dobladora”“Dosis Dobladora” (DD). (DD).
DD: DD: Dosis necesaria para producir tantas mutaciones como Dosis necesaria para producir tantas mutaciones como las que ocurren espontáneamente en una generación.las que ocurren espontáneamente en una generación.
DD= 0,82 ± 0,29 GyDD= 0,82 ± 0,29 Gy
Efectos: letalidad o anomalías congénitas manifestadas al nacer o tardíamente (no heredadas).
Retraso mental (proporcional CI). Inducción tumoral (leucemia): 1er Trim.
Mutación en padres (o abuelos) y “transmitido” (genético, heredado).
Efectos sobre el feto y el embrión
PERIODO DE GESTACIÓN RIESGOS MÁS DESTACADOS Dosis
umbralInicio de embarazo Aborto espontáneo 1,0 Gy
2ª-8ª semanas Malformaciones fetales 0,5 Gy
8ª-15º semanas Retraso mental 0,4 Gy
26º sem - Final Escaso riesgo
Según momento de gestación (organogénesis: 1er T).
Efectos sobre el feto y el embrión (2)
Efectos sobre el feto y el embrión (3) Probabilidad de tener un hijo sano
en función de la dosis de radiación:
Dosis absorbida por el
embrión/feto (mGy)
Probabilidad de NO sufrir
malformaciones (%)
Probabilidad de NO desarrollar cáncer entre 0 y 19 años
(%)
00.51
2.55
1050100
97979797979797
próximo a 97
99.799.799.799.799.799.699.499.1
En la interacción de las RI con la materia...En la interacción de las RI con la materia...
Interacción probabilísticaInteracción probabilística
No selectiva en la célulaNo selectiva en la célula
Lesiones inespecíficasLesiones inespecíficas
Periodo de latenciaPeriodo de latencia
Siempre “lesivas”Siempre “lesivas”
Leyes de Bergonié-TribondeauLeyes de Bergonié-Tribondeau(RI (RI más dañina sobre células)más dañina sobre células)
En mitosisEn mitosis
No diferenciadasNo diferenciadas
Largo futuro de divisionesLargo futuro de divisiones
RESUMEN (1)
RESUMEN (2) La radiación impacta sobre “blancos” insustituibles
celulares (ADN). Influye aún más el efecto en el medio acuoso celular
(radicales libres) que luego reaccionan con el ADN Existen multitud de factores que influyen:
∟Físicos (LET) Dosis equivalente∟Químicos (Radiosensibilizadores, radioprotectores)∟Biológicos Dosis efectiva
DETERMINISTAS ESTOCÁSTICOS
Umbral SíNO (cualquier mínima radiación puede producirlos).
Aparición de lesión 100% a partir del umbral.Probabilística, aumenta con la dosis. Curva sigmoidea según “teoría del impacto”.
Gravedad del efecto Aumenta con dosis No depende de la dosis
Ejemplos
Cataratas (cristalino).Lesión hematopoyética.Dermatitis (eritema, descamación, depilación, fibrosis, pigmentación)
Cáncer de diferente localización.Mutaciones genéticas hereditarias (descendencia).
ControlFácil control, con radioprotección.
Difícil. Evitar exposición.
Carácter del efecto Previsibles Imprevisibles
Lesión específica NINGUNA, son inespecíficas NINGUNA
RESUMEN (3)
Conclusiones (2)
El riesgo para el individuo es muy pequeño
∟Gracias a la puesta en marcha de un sistema de Protección Radiológica
∟Gracias a la buena práctica de los profesionales
∟Nunca supera al beneficio
La incidencia sobre la población en su conjunto sí es relevante
Preguntas
Miguel A. Peinado MontesMiguel A. Peinado MontesSº Física Médica – HUCASº Física Médica – HUCA985.10.61.38985.10.61.38