Radiobiología Estudia la secuencia de eventos después de la absorción de energía de la radiación ionizante, el esfuerzo del organismo para compensar los efectos de la absorción de energía y el daño que produce al organismo. EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN • La composición del cuerpo humano tiene su base última en los átomos y es a ese nivel donde interacciona la radiación. • La composición atómica del cuerpo humano muestra que más del 85% del organismo esta formado por hidrógeno (60%) y oxígeno 25%). EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN • La interacción de la radiación a nivel atómico se traduce en cambios moleculares, que pueden producir a su vez un defecto en el crecimiento y metabolismo anormales de la célula. EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN • Cuando la radiación interacciona con una célula se poducen ionizaciones y excitaciones , estas pueden ser directamente con el ADN (acción directa) o con el agua de la célula (acción indirecta). INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA Cuando la radiación ionizante interacciona con una célula se producen ionizaciones y excitaciones ya sea en las macromoléculas biológicas (p. ej. el DNA) o bien en el medio en el que están suspendidos los orgánulos celulares (p.ej. el agua, H2O). La acción de la radiación sobre la célula se puede clasificar en directa o indirecta según el lugar en el que se produzcan esas interacciones INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA La acción directa ocurre cuando una partícula ionizante interacciona y es absorbida por una macromolécula biológica como el DNA, el RNA, las proteínas, las enzimas o cualquier otra macromolécula de la célula. El daño se produce por la absorción directa de energía y por la subsiguiente ionización de una macromolécula biológica de la célula. INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA Comparada con la acción directa, la acción indirecta implica la absorción de radiación ionizante por el medio en que están suspendidas las moléculas. La molécula de la célula que media fundamentalmente en la acción indirecta es el agua (H2O). El proceso que se lleva a cabo para producir daño por radiación en un organismo biológico es complejo y normalmente se considera en cuatro etapas: I)Etapa física. Puede tardar del orden de 10-16 seg. Y en la cual la absorción de la radiación por una molécula ocasiona un deposito de energía y causa ionización . En el agua el proceso da como resultado la producción de una pareja de iones ( H2O-, H2O+). Esto se produce a través de la reacción siguiente: H2O H2O+ + eEl electrón libre (e-) es capturado por otra molécula de agua, formando el segundo ion: H2O – e- H2O- ii) El etapa físico –química. tarda alrededor de 10-6 seg. En la cual los dos iones producidos en las reacciones anteriores son inestables y se disocian (se rompen) rápidamente al interactúan con otras moléculas de agua dando nuevos productos (otro ion y un radical libre), por ejemplo, el ión positivo se disocia: H2O+ H+ - OH H2O- OH- - H El resultado final de la interacción de la radiación con el agua es la formación de un par de iones (H+, OH-), y de radicales libres (H y OH). Los dos primeros iones, los cuales están presentes también en agua ordinaria, no toman parte en subsecuentes reacciones. Los otros dos productos, H y OH, que tienen un electrón no apareado, son químicamente muy activos. Otros productos de la reacción es peróxido de hidrógeno H2O2 (agua oxigenada) el cual es un agente altamente oxidante: OH + OH H 2O 2 iii) La etapa química, tarda unos cuantos segundos, tiempo en el cual los productos de la reacción interactúan con importantes moléculas orgánicas de la célula. Los radicales libres y agentes oxidantes pueden atacar las moléculas mas complejas que forman los cromosomas . Pueden por ejemplo atacar por si mismas a una molécula o causar uniones en grandes cadenas de moléculas y después romperse. iv) Etapa biológica en la cual la escala de tiempo puede variar de decenas de minutos a decenas de años dependiendo de los síntomas particulares. Los cambios químicos discutidos anteriormente pueden afectar una célula individual en un número de formas diferentes por ejemplo pueden resultar en: a) Muerte temprana de la célula. b) Retardo o en la división de la célula, o c) Una modificación permanente la cual es heredada a las células hijas. INTERACCIONES BIOLÓGICAS DE LA RADIACIÓN • La interacción de la radiación con la célula es una función de probabilidad, aún en el caso de haber interacción esta puede o no producir daño. • La interacción no es selectiva, es decir la radiación no “elige” ninguna zona de la célula. EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN • Las células entonces pueden ser afectadas de diferente formas: • Muerte temprana. • Retardo en la división celular. • Modificaciones permanentes que son heredas a las células hijas. INTERACCIONES BIOLÓGICAS DE LA RADIACIÓN • Los efectos de la radiación no son únicos, no se pueden distinguir de los daños producidos por otros agentes. • Los cambios biológicos se producen después de cierto tiempo de latencia. EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN • El proceso no es irreversible , en todas las fases de la secuencia de daño es posible la reparación y repoblación celular. • Las moléculas dañadas pueden ser normalizadas por enzimas reparadoras, las células y los tejidos se pueden regenerar y recuperar después del daño por radiación. RADIOSENSIBILIDAD CELULAR Los efectos biológicos de la radiación depende de: • Dosis • Tasa de dosis • Fraccionamiento • Tipo de radiación • Tipo de células EFECTOS DE LA RADIACION Dosis altas Dosis bajas Deterministicos Estocasticos CLASIFICACIÓN DE EFECTOS EFECTOS ESTOCÁSTICOS Son aquellos en donde la probabilidad de que ocurra depende de la dosis, no tienen umbral y el efecto no depende de la dosis. EFECTOS DETERMINANTES (NO ESTOCÁSTICOS) Son aquellos en donde la gravedad del efecto depende de la dosis, se presentan a dosis muy altas y tienen umbral CLASIFICACIÓN DE EFECTOS EFECTOS SOMÁTICOS Son los que se presentan en la persona expuesta a las radiaciones EFECTOS HEREDITARIOS Son aquellos que se presentan en los descendientes de las personas expuestas a las radiaciones EFECTOS ESTOCÁSTICOS CÁNCER. Puede ser de varios tipos: piel, hueso, tiroides, médula ósea y del tejido conectivo. El tiempo de latencia es de por lo menos 10 años. Sin embargo su exposición en útero se han observado leucemias después de 2 a 4 años posterior a la exposición. CAMBIOS DEGENERATIVOS. La radiación puede reducir la capacidad regenerativa de los tejidos, por lo tanto impedir su funcionamiento normal. Estos efectos se han demostrado en hueso, piel, pulmón, riñón y tracto gastrointestinal. EFECTOS ESTOCÁSTICOS ACORTAMIENTO DE LA VIDA. No demostrado en forma concluyente en humanos. CATARATAS. Se presenta después de varios años. Se puede presentar a dosis entre 500 y 1000cGy. La norma establece un límite de 150mSv al año para el cristalino. EFECTOS TERATOGÉNICOS. En exposición a fetos puede haber retardo metal y microcefalia EFECTOS ESTOCÁSTICOS ESTERILIDAD. Esterilidad temporal o permanente en humanos se puede presentar en una sola exposición a gónadas entre 200 y 800cGy EFECTOS GENÉTICOS. Se han encontrado mutaciones en animales y plantas, en seres humanos no hay evidencias definitivas Ejemplo de efectos estocásticos • • • • Leucemia Distintos tipos de cáncer Desordenes hereditarios Alteraciones en el desarrollo de embriones y fetos por irradiación prenatal Leucemia Cáncer de piel RADIOSENSIBILIDAD CELULAR • Las células mitóticas no diferenciadas son las más sensibles. • Por ejemplo la esterilidad se produce porque los espermatogenias inmaduros del tipo A (células madres: mitóticas no diferenciadas) son destruidos por la radiación, lo que da como resultado disminución en la producción de espermatozoides maduros. RIESGO DE CANCER INDUCIDO POR RADIACIÓN Casos 106/mSv EFECTO TEJIDO EN RIEGO HOMBRE MUJER Leucemia Médula ósea roja 3 3 Cáncer de mama Mama --- 5 Cáncer de pulmón Pulmón 2 2 Cáncer de tiroides Tiroides 1 1 Sarcoma en hueso Cédula de la sup. del hueso 0.5 0.5 Cáncer de hígado Hígado 1 1 Otros tipos de cancer Restos de tejidos 3 3 Total Cerpo entero 10.5 10.5 Efectos tempranos radiación. de la Los efectos tempranos de la radiación son aquellos que ocurren en el periodo de pocas horas hasta pocas semanas después de una exposición aguda a la radiación Efectos tempranos de la radiación. Esta es una exposición alta recibida en pocas horas. Los efectos son debidos a la reducción de la población de la células en algunos órganos del cuerpo debido al aniquilamiento y al retardo en la división de las células. Los efectos principales son atribuidos a daño en la medula ósea, tejido gastrointestinal o neuromuscular dependiendo de la dosis recibida. Los niveles de exposición tanto para trabajadores como para el público que resultan del trabajo en aplicaciones industriales y médicas de los rayos X están muy por abajo de los niveles que inducirían efectos tempranos. Tal cantidad de dosis solamente puede ser recibida en los eventos como accidentes nucleares. Sin embargo, las dosis bajas recibidas en operaciones normales pueden causar efectos dañinos a largo plazo. Efectos tardíos Fue evidente en los primeros años del siglo XX que los grupos de gente tales como radiólogos y sus pacientes, quienes estuvieron expuestos a dosis relativamente altas de radiación, mostraron una incidencia alta de ciertos tipos de cáncer que los grupos que no habían estado expuestos a radiación. Efectos tardíos Recientemente, estudios detallados de poblaciones expuestas a la radiación de las bombas atómicas, expuestos a radioterapia y de grupos expuestos ocupacionalmente, particularmente minas de uranio, han confirmado la capacidad de la radiación para inducir cáncer. El cáncer es una sobreproliferación de células en un órgano del cuerpo, se cree que el cáncer puede resultar del daño en el sistema de control de una célula en particular, provocando que se divida más rápidamente que una célula normal. Este defecto se transmite a las células hijas de tal manera que la población de células anormales fortalece el detrimento de las células normales en el órgano. La estimación del incremento del riesgo de cáncer es complicado por el largo y variable periodo latente, que va de 5 a 30 años o más, entre la exposición y la aparición del cáncer. Además. por el hecho de que el cáncer inducido por radiación no es normalmente distinguible de aquel que resulta espontáneamente. Sin embargo, en los niveles relativamente altos de exposición de los grupos mencionados se pueden hacer algunas estimaciones. La extrapolación de estos riesgos estimados debido a altas dosis a muy bajos niveles de dosis como los que se encuentran normalmente en la medicina, introduce mayor incertidumbre. De lo anterior podemos decir que no puede ser excluido el hecho de que hay un umbral de dosis bajo del cual no hay riesgo de cáncer inducido por radiación. Sin embargo, esto es imposible de demostrar y generalmente se acepta que la única practica útil en protección radiológica es suponer que cualquier dosis, no importa que tan pequeña sea, acarrea cierto riesgo. Esta suposición de una relación lineal forma la base del sistema de limitación de dosis recomendado por la ICRP. Un efecto tardío de la radiación para el POE que labora en Radiología es la formación de cataratas en el cristalino. En este caso parece que existe un umbral de dosis debajo del cual las cataratas no pueden producirse. Este es del orden de 10 Sv, por lo que limitando la dosis de tal forma que la dosis total al cristalino en toda la vida productiva del trabajador esté bajo de este valor, la posibilidad de la formación de cataratas debida a la radiación, se puede evitar. La norma establece un límite de 150mSv al año para el cristalino. Radiosensibilidad Los efectos dependen del área corporal expuesta y de la distribución de la dosis en el interior del organismo. La radiosensibilidad indica la mayor o menor afectación celular de los diversos tejidos bajo la acción de las radiaciones ionizantes. Leyes de Bergonie y Tribondeau Una célula es más radiosensible: Cuanto mayor reproductiva sea su actividad Cuantas más divisiones deba realizar para adoptar una forma y funciones definitivas Leyes de Bergonie y Tribondeau Cuanto menos diferenciadas estén. Los linfocitos son un caso excepcional, pues éstos son muy radiosensibles a pesar de su gran especialización. Clasificación de tejidos según su respuesta Tejidos de respuesta tardía: Poca capacidad de división y alta capacidad de reparación: riñón, pulmón, hígado Toxicidad tardía Clasificación de tejidos según su respuesta Tejidos de respuesta aguda Rápida proliferación y poca capacidad de reparación: médula ósea, epidermis y mucosa intestinal Toxicidad aguda Tumores: División incontrolada Dosis fetales por estudios de Radiodiagnóstico Data from the UK, 1998 Examination Abdomen Chest Mean (mGy) Maximum (mGy) 1.4 4.2 <0.01 <0.01 Intravenous urogram; lumbar spine 1.7 10 Pelvis 1.1 4 <0.01 <0.01 Skull; thoracic spine Dosis fetales aproximadas por procedimientos de fluoroscopía y tomografía computada. Data from the UK, 1998 Examination Barium meal (UGI) Dose Barium enema Mean (mGy) 1.1 6.8 Maximum (mGy) 5.8 24 Head CT <0.005 <0.005 Chest CT 0.06 1.0 Abdomen CT 8.0 Pelvis CT 25 49 80 http/www.fda.gov.cdrh/rsnaii.htlm Riesgos por radiación al Feto. Los riesgos relacionados con la radiación a través del embarazo, están relacionados con la dosis absorbida y la etapa del embarazo Estos riesgos son mas significativos durante la organogenesis y en el periodo temprano de embarazo , un poco menor en el segundo trimestre y mucho menos en el tercer trimestre. Malformaciones Inducidas por Radiación Las Malformaciones tienen un umbral de 100-200 mGy o más alto y están asociadas tipicamente con problemas en el sistema nervioso central Dosis al Feto de 100 mGy no se alcanzan aún con 3 estudios de pelvis con CT o 20 exámenes convencionales de radiodiagnóstico. Estos niveles solo se pueden alcanzar con procedimientos intervencionistas de pelvis guiados con fluoroscopia y con radioterapia Efectos en el sistema nervioso Central De la 8-25 semana post-concepcion el SNC es particularmente sensible a la radiacion Dosis Fetales superiores a 100 mGy pueden resultar en alguna reduccion del IQ (coeficiente intelectual) Dosis Fetales alrededor de1000 mGy pueden resultar en retraso mental severo y microcefalea, particularmente de la 8-15 semana y en menor grado de la 16-25 semana ¿PREGUNTAS? José Gerardo Gutiérrez Castillo jggc59@hotmail.com