Tema 5.ppt Tema 4.ppt MEDICINA NUCLEAR (CSN ESPAÑA)

Tema 4.ppt MEDICINA NUCLEAR (CSN ESPAÑA)

1. 1 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
ASPECTOS GENERALES DE LA ASPECTOS GENERALES DE LA
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN
CON EL MEDIO BIOLÓGICOCON EL MEDIO BIOLÓGICO
TEMA 5
CURSO DE OPERADORES
Campo de aplicación: Fuentes no encapsuladas

2. 2 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
Interacción de la radiación con la célula y sus
componentes.
Clasificación de los efectos biológicos
radioinducidos:
• Efectos Deterministas
• Efectos Estocásticos somáticos y hereditarios
ÍNDICEÍNDICE
Efectos biológicos no convencionales de la radiación
ionizante.
Riesgos para la salud derivados de la exposición a
radiación ionizante. Límites de dosis.

3. 3 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIAINTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
La unidad básica del organismo vivo es la célula.
Los efectos biológicos de la radiación derivan del daño que éstas producen
en la estructura química de las células, sobre todo en la molécula de DNA.
Cilios
Aparato de Golgi
Retículo endoplásmico liso
Microtúbulos
Centriolos
Peroxisoma
Lisosoma
Microfilamentos
Mitocondrias
Retículo endoplásmico rugoso
Poros nucleares
Membrana plasmática
Nucleolos
Envuelta nuclear
Cromatina
Retículo endoplásmico rugoso
Ribosomas
Radiación ionizante

4. 4 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIAINTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
Doble hélice DNA
Pares de
bases
Centrómero
Cromátida
Cromosoma
Núcleo
Célula en
metafase
El DNA contiene toda la información necesaria para el control de las
funciones celulares (crecimiento, proliferación, diferenciación).
La información contenida en el DNA se transmite a las células hijas.

5. 5 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIAINTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
Acción indirecta
Radicales
libres
Daño al DNA
Acción directa
Para rayos-X y rayos-gamma: 35% del daño es directo y 65% indirecto.
Radiación ionizante
Las trayectorias de radiación pueden depositar energía directamente en el
DNA (efecto directo) o pueden ionizar otras moléculas de la célula
(fundamentalmente moléculas de agua) para formar radicales libres que
pueden dañar al DNA (efecto indirecto).

6. 6 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
LESIONES RADIOINDUCIDAS EN EL DNALESIONES RADIOINDUCIDAS EN EL DNA
Unión cruzada
DNA-DNA
Unión cruzada
DNA-proteína
Dímero de bases
pirimidínicas Pérdida de bases
Cambio de bases
Rotura de la doble hebra
Rotura de puentes
de hidrógeno
Rotura de la
hebra sencilla
Las lesiones que la radiación ionizante puede inducir en el DNA son muy
diversas: roturas, cambios en las bases, uniones cruzadas etc.
En algunos casos, las lesiones en el DNA se traducen en aberraciones
cromosómicas, cuyo recuento puede ser utilizado para estimar la dosis
absorbida (dosimetría biológica)

7. 7 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIAINTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
Acción directa
Radiación ionizante
Acción indirecta
Radicales
libres
Daño al DNA
Daño subletal
Mecanismos de reparación
Célula
transformada
Célula normal
Efecto estocástico
Daño letal
Efecto determinista
Daño letal
Muerte celular

8. 8 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓNEFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
Efectos estocásticosEfectos deterministas
Aparición
Gravedad Independiente de dosis Dependiente de dosis
Mecanismo Lesión subletal
una o pocas células
Lesión letal
muchas células
NaturalezaSomáticos o hereditarios Somáticos
Dosis umbral No Si
dosis-efecto
Relación
Tardía Inmediata o tardía
LinealLineal-cuadrática

9. 9 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA
RESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓNRESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓN
Calidad de la radiación (LET) Tasa de dosis
Dosis
Tasa de dosis baja
(10 rads/min)
Tasa de dosis alta
(100 rads/min)
0,01
1
0,1
Dosis
0,01
1
0,1
Baja LET
(rayos-X)
Alta LET
(neutrones)
F
r
a
c
c
i
ó
n

d
e

s
u
p
e
r
v
i
v
e
n
c
i
a

10. 10 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
FACTORES BIOLÓGICOS QUE INFLUYEN EN LA FACTORES BIOLÓGICOS QUE INFLUYEN EN LA
RESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓNRESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓN
SF
G
2
M
G
1
SI
Dosis
0,01
1
0,1
F
r
a
c
c
i
ó
n

d
e

s
u
p
e
r
v
i
v
e
n
c
i
a
Etapa del ciclo de división celular Mecanismos de reparación
Dosis
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
0,01
1
0,1

11. 11 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL CELULAREFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL CELULAR
Tipo celular Muerte implica Dosis
Células diferenciadas
Células que se dividen
Pérdida de función
Pérdida capacidad de división
100
1
Definición de muerte celular.
Los efectos deterministas se producen por la muerte de
un número elevado de células de un tejido u órgano:
 La gravedad del efecto aumenta con la dosis de radiación.
 Existe una dosis umbral para que ocurra el efecto.
Ocurren tras exposición a dosis relativamente altas.

12. 12 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL TISULAREFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL TISULAR
PROLIFERACIÓN DIFERENCIACIÓN
Células diferenciadas
con potencial proliferativo
Organización flexible
Sensibilidad inherente de las células individuales.
Cinética de la población como conjunto.
Células
cepa
Células en
proliferación y
maduración
Células
funcionales
maduras
Organización jerárquica
RADIOSENSIBILIDAD
DIFERENCIACIÓN
Ejemplos: Epidermis, mucosa intestinal,
sistema hematopoyético
Ejemplos: Endotelio o parénquima
de riñón e hígado

13. 13 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
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
Tejido Efecto
Periodo de
latencia
aproximado
Umbral
aproximado
(Gy)
Dosis
efectos
severos
Causa
EFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL TISULAREFECTOS DETERMINISTAS: NIVEL TISULAR

14. 14 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS DETERMINISTAS EN EL INDIVIDUOEFECTOS DETERMINISTAS EN EL INDIVIDUO
Individuo adulto: Síndrome de la irradiación.
 Latente:Latente:
- Ausencia de síntomas.
- Duración de minutos-semanas.
En el organismo adulto, tras irradiación aguda, los efectos
se producen en tres etapas:
 Prodrómica:Prodrómica:
- Los síntomas aparecen a las 48 horas (nauseas, vómitos y diarreas).
- Duración de minutos-horas.
 Enfermedad manifiesta:Enfermedad manifiesta:
- Aparecen los síntomas concretos de los tejidos u órganos lesionados.

15. 15 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
SÍNDROMES POST-IRRADIACIÓNSÍNDROMES POST-IRRADIACIÓN
Síndrome
gastrointestinal
5-15 GyPocas horas2-5 días Deshidratación,
Desnutrición,
Infecciones
10-20 días
Síndrome del
sistema nervioso
central
> 15 GyMinutos Escasas
horas
Convulsiones,
Ataxia,
Coma
1-5 días
Pocas horas3-5 Gy
Síndrome de
la médula ósea
Algunos días
- 3 semanas
Infecciones,
hemorragias,
anemia
30-60 días
(>3Gy)
Prodrómica Latencia Enfermedad
manifiesta
Dosis Muerte
Dependiendo de la principal causa de muerte del individuo (dosis)
se distinguen tres síndromes de la irradiación.

16. 16 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS DETERMINISTAS:EFECTOS DETERMINISTAS:
INDIVIDUO EN INDIVIDUO EN
DESARROLLODESARROLLO
Los efectos en el feto se observan tras exposiciones a dosis
relativamente bajas de radiación ionizante.
La elevada sensibilidad del feto a los efectos de la radiación
es debida a que es un sistema altamente proliferativo, con
muchas células indiferenciadas.
Muerte embrionaria, fetal o neonatal.
Malformaciones congénitas.
Los efectos de la radiación en el embrión son:
Los efectos dependen del momento de gestación en el que
tiene lugar la irradiación.

17. 17 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
Periodo de gestaciónRiesgo más importante Dosis
Inicio del embarazo
Aborto espontáneo 1,0 Gy
Semana 2
Malformaciones en el feto0,5 Gy
Semana 8
Retraso mental 0,4 Gy
Semana 15
Semana 26
Final del embarazo
Riesgo similar al adulto
EFECTOS DETERMINISTAS:EFECTOS DETERMINISTAS:
INDIVIDUO EN INDIVIDUO EN
DESARROLLODESARROLLO

18. 18 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
Se producen tras exposición a dosis moderadas-bajas.
EFECTOS ESTOCÁSTICOSEFECTOS ESTOCÁSTICOS
La probabilidad de que ocurran, pero no la gravedad, aumenta
con la dosis recibida.
No existe dosis umbral para estos efectos.
Consecuencia de daño subletal (mutación) en una/pocas células.
Pueden ser de naturaleza somática o hereditaria.

19. 19 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
MAGNITUDES UTILIZADAS PARA MAGNITUDES UTILIZADAS PARA
CUANTIFICAR EFECTOS ESTOCÁSTICOSCUANTIFICAR EFECTOS ESTOCÁSTICOS
Dosis absorbida: Energía absorbida por unidad de masa.
Julio/kilogramo; Gray (Gy).
Dosis equivalente: Dosis absorbida ponderada por el factor de
ponderación de la radiación.
Julio/kilogramo; Sievert (Sv).
Dosis efectiva: Dosis equivalente ponderada por el factor
de ponderación de tejido.
Julio/kilogramo; Sievert (Sv).

20. 20 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS ESTOCÁSTICOS SOMÁTICOS:EFECTOS ESTOCÁSTICOS SOMÁTICOS: CÁNCER CÁNCER
El desarrollo de cáncer es el principal efecto estocástico
somático inducido por radiación ionizante.
Proceso complejo que implica diversos cambios, cuya
naturaleza va a depender de:
 El tipo de célula implicado.
 El mecanismo de acción del carcinógeno que lo induzca.
 El tipo de cáncer que se origine.
Se han desarrollado diversos modelos genéricos para
describir el proceso carcinogénico. Modelo multietapa.

21. 21 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
ETAPAS DEL PROCESO CARCINOGÉNICOETAPAS DEL PROCESO CARCINOGÉNICO
Metástasis
PROGRESIÓN
Daño
cromos.
Célula
convertida
CONVERSIÓN PROMOCIÓN
Expansión clonal
Mutación
Célula
iniciada
INICIACIÓN
Célula
normal
Célula
cepa
Muerte celular
Reparación
Daño en DNA

22. 22 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS ESTOCÁSTICOS HEREDITARIOSEFECTOS ESTOCÁSTICOS HEREDITARIOS
Se producen en la descendencia del individuo irradiado.
No se ha demostrado en humanos que la radiación induzca
enfermedades hereditarias. Si hay datos en animales de
laboratorio y plantas.

23. 23 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
CARCINOGÉNESIS RADIOINDUCIDACARCINOGÉNESIS RADIOINDUCIDA
Estudios epidemiológicos a dosis, tasas de dosis bajas:
 Supervivientes de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki.
 Pacientes (espondilitis anquilosante, cáncer de cervix).
 Trabajadores (mineros).
 Exposición ocupacional (Hanford, astilleros y en la Unión Soviética).
 Personas sometidas a radioterapia: irradiación de tejidos sanos.
 Personas expuestas a fuentes nucleares (lluvia radiactiva, pruebas
nucleares, cercanía a centrales nucleares) .
 Población de zonas con alto fondo radioactivo (China, Brasil, India)
 Aportan información de interés sobre mecanismos de acción, forma de
la curva dosis-respuesta y factores que afectan la respuesta celular.
Estudios experimentales:
Estudios epidemiológicos a dosis, tasas de dosis altas:

24. 24 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
2007 ICRP60
1990
2007 ICRP60
1990
2007 ICRP60
1990
Población
general
5.5 6.0 0.2 1.3 6 7.3
Trabajadores4.1 4.8 0.1 0.8 4 5.6
Población
expuesta
Riesgo de
cáncer
Efectos
hereditarios
Total
El detrimento representa la forma cuantitativa de expresar
la combinación de la probabilidad de que ocurra un efecto
contra la salud y la gravedad de dicho efecto.
Medida del perjuicio total que experimentaría con el tiempo un grupo y
su descendencia como consecuencia de la exposición de dicho grupo a una
fuente de radiación.
VALORES DE DETRIMENTO ICRP-60VALORES DE DETRIMENTO ICRP-60
Detrimento (x10
-2
Sv
-1
)

25. 25 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
¿Qué representan?
Que si bien no es posible en ningún caso establecer un criterio categórico
que permita definir los términos "inaceptable" y "tolerable" para los
diferentes atributos del detrimento, en conjunto éstos proporcionan una
base cuantitativa para la selección de los límites de dosis.
Es importante tener en cuenta:
 NO son una línea divisoria entre lo seguro y lo peligroso.
 NO son la forma más efectiva de mantener las exposiciones a niveles
bajos.
 Son una línea divisoria entre lo INACEPTABLE y lo TOLERABLE.
LÍMITES DE DOSISLÍMITES DE DOSIS

26. 26 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
OBJETIVO DE LOS LÍMITES DE DOSISOBJETIVO DE LOS LÍMITES DE DOSIS
Establecer, para un conjunto de
prácticas definido, un nivel de dosis
por encima del cual las consecuencias
para el individuo serían ampliamente
consideradas como “inaceptables”.

27. 27 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
LÍMITES DE DOSIS (ICRP-60; 1990)LÍMITES DE DOSIS (ICRP-60; 1990)
Con el requisito adicional que la dosis efectiva no debería superar 50 mSv en un año cualquiera.
Bajo condiciones excepcionales se podría permitir una dosis efectiva más alta en un único año,
siempre que la media de 5 años no supere 1mSv/año.
La limitación de la dosis efectiva asegura una protección contra efectos estocásticos. Hay límite
adicional para las exposiciones locales para evitar los efectos deterministas.
Aplicación
Límite de dosis
Ocupacional
Dosis efectiva 20 mSv/año promediada
a lo largo de períodos
definidos de 5 años
1
1 mSv en un año
2
Dosis equivalente anual en:
Cristalino
Público
Piel
3
Manos y pies
150 mSv
500 mSv
500 mSv
15 mSv
50 mSv

28. 28 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
Respuesta adaptativa.
OTROS EFECTOS DE DOSIS BAJASOTROS EFECTOS DE DOSIS BAJAS
 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.
Dosis
condicionante
Efecto
Dosis
provocadora
Efecto
Dosis
condicionante
Dosis
provocadora
Efecto

29. 29 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
EFECTOS BIOLÓGICOS NO CONVENCIONALES EFECTOS BIOLÓGICOS NO CONVENCIONALES
DE LA RADIACIÓN IONIZANTEDE LA RADIACIÓN IONIZANTE
Dogma de la radiobiología :
Los efectos biológicos de la radiación se
producen como consecuencia del daño que ésta
produce en el ADN. Además, si este daño no es
letal, se transmitirá a la descendencia
pero ..........

30. 30 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
OTROS EFECTOS DE DOSIS BAJASOTROS EFECTOS DE DOSIS BAJAS
Efectos de la radiación no dirigidos al DNA.
 Inestabilidad genética: La radiación induce inestabilidad genética
transmisible (permanece 12-25 ciclos de división). Aumenta la
frecuencia de aparición de efectos en la progenie.
 Inducción de mutaciones por irradiación del citoplasma.
Utilizando irradiadores de microhaces (partículas alfa) se ha visto
que la irradiación citoplasmática produce un aumento de la
frecuencia de mutacioones (x2-3).
Alteraciones genéticas en
células de una población que
no han recibido irradiación
directa.
 Efectos circunstantes (“bystander”).

31. 31 © CSN-2012IR-OP-BA-PW5
UNSCEAR: United Nations Scientific Committee on the
Effects of Atomic Radiation.
 Hereditary effects of radiation (2001)
 Sources and effects of ionizing radiation.
Volume II: Effects (2000)
ICRP: International Commisssion on Radiological Protection.
Publication 60, 1990 Recommendations of the
International Commission on Radiological Protection.
(1991).
Publicación 103, 2007. Las Recomendaciones 2007 de la
Comisión Internacional de Protección Radiológica
 Radiation to the General Assembly. Report (2008)
INFORMACIÓN SOBRE EFECTOS BIOLÓGICOSINFORMACIÓN SOBRE EFECTOS BIOLÓGICOS