Download 01. Efectos Biológicos - RPoP

OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN
MEDICINA NUCLEAR
Parte 1.
Efectos Biológicos de la
Radiación Ionizante
IAEA
International Atomic Energy Agency
Objetivo
Familiarizarse con los mecanismos de
diferentes tipos de efectos biológicos
surgidos como consecuencia de la
exposición a radiación ionizante y los
resultados de estudios epidemiológicos
de poblaciones expuestas a la misma.
Estar al tanto de los modelos usados
para derivar los coeficientes de riesgo
para estimar el detrimento.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
2
Contenido
• Conceptos básicos, efectos
celulares
• Efectos deterministas
• Efectos estocásticos
• Efectos en embrión y feto
• Riesgos estimados
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
3
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
Parte 1. Efectos Biológicos
Módulo 1.1
Conceptos básicos
IAEA
International Atomic Energy Agency
Primeras observaciones de los
efectos de la radiación ionizante
1895
Rayos X descubiertos por Roentgen
1896
Primera quemadura de piel informada
1896
Primer uso de rayos X en el tratamiento de cáncer
1896
Becquerel: descubrimiento de la radioactividad
1897
Primeros casos de daños en la piel informados
1902
Primer informe de cáncer inducido por rayos X
1911
Primer informe de leucemia y cáncer de pulmón
por exposición ocupacional
1911
94 casos de tumor informados en Alemania (50 de
radiólogos)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
5
Efectos de la exposición a la
radiación
Información proveniente de:
• Estudios humanos (epidemiología)
• Estudios de animales y plantas (radiobiología
experimental)
• Estudios fundamentales de células y sus
componentes (Biología celular y molecular)
Estas fuentes de información, y su interacción,
son la clave para entender los efectos de la
radiación en la salud.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
6
La exposición radiológica
Cromosomas
afecta el centro de la vida:
La célula.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
7
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
8
El blanco crítico: ADN
Esqueleto de
azúcar-fosfato
Puentes de
hidrógeno
Base
UNA VUELTA DE HÉLICE = 3,4 nm
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
9
Interacción de la radiación ionizante
con el ADN
Fotón
ACCIÓN DIRECTA
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
10
Daño del ADN
Alteración de la base
Sitio abásico
Simple o doble
quebradura de
ligamento
Quebradura simple
de ligamento
Lesión
compleja
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
11
Exposición de la célula
Sin cambio
¡La
radiación
impacta el
núcleo de la
célula!
Mutación del
ADN
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
12
Resultados tras la exposición de la
célula
Reparación de
la mutación
Alteración de
la base
Célula viable
Sitio abásico
Célula inviable
Quebradura simple
de ligamento
Célula muerta
Mutación del ADN
La célula
sobrevive pero
mutada
¿Cáncer?
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
13
¿Cómo se repara el ADN?
Alteración de la base
Sitio abásico
Quebradura simple
del filamento
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
14
Base alterada
La encima Glicosilasa reconoce la
lesión y libera la base dañada
AP-endonucleasa hace una
incisión y libera el azúcar
El ADN polimerasa llena los
espacios resultantes pero la mella
continua
El ADN ligasa sella el corte.
Reparación completa.
El ADN ha sido reparado sin
perder la información genética
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Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
15
Reparación
El cuerpo humano contiene alrededor de 1014
células. Una dosis absorbida de 1 mGy por año
(fuentes naturales) produciría alrededor de 1016
ionizaciones, lo que significa 100 por cada célula del
cuerpo. Si asumimos que la masa de ADN es el 1%
de la masa de la célula, el resultado será una
ionización en la molécula de ADN en cada célula del
cuerpo cada año.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
16
… orden de las magnitudes
• 999 de 1000 lesiones son reparadas
• 999 de 1000 células dañadas mueren (no
implica un gran problema ya que millones del
células mueren a diario en cada persona)
• Muchas células pueden vivir con el daño
(pueden ser mutadas)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
17
Muerte celular radiosensibilidad RS
• RS = Probabilidad de una célula,
tejido u órgano de sufrir un efecto
por unidad de dosis.
• Bergonie y Tribondeau (1906):
“LEYES DE RS”: La RS será mayor
si la célula:
– Es altamente mitótica
– Es indiferenciada
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
18
Radiosensibilidad
Baja RS
Músculo, hueso, sistema nervioso
Piel, organos del mesodermo
Mediana RS
(hígado, corazón, pulmones)
Alta RS
Médula ósea, bazo, timo, nodos
linfáticos, gónadas, lente cristalino,
linfocitos (excepción de las leyes de
la RS)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
19
% supervivencia de la célula (semi logaritmo)
Efectos biológicos a nivel celular
Los efectos celulares de la
radiación ionizante son estudiados
por curvas de supervivencia celular.
Posibles mecanismos de
muerte celular:
• Muerte física
• Muerte funcional
n = blancos
– Muerte durante la
interfase
– Demora en la mitosis
– Falla reproductiva
100%
Dq
(umbral)
D0
(radiosensibilidad)
IAEA
Dosis
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
20
• Físicos
– LET (Transferencia lineal de energía):
 RS
– Tasa de dosis:  RS
– Temperatura  RS
% células
sobrevivientes
Factores que afectan la radiosensibilidad
 LET
 LET
• Químicos
– Aumento de la RS: OXÍGENO, drogas
citotóxicas.
– Disminución de la RS: SULFURO
(cys, cysteamine…)
• Biológicos
G0
M
G2
– Estado del ciclo:
  RS: G2, M
  RS: S
– Reparación del daño (el daño subletal puede ser reparado p. ej. dosis
fraccionadas)
G1
S
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
21
Supervivencia de la celula - calidad de
la radiación
bajoLET
LET
Låg
Fracción de sobrevida
..
.........
...
.........
bajo LET
Hög LET
LET
alto
alto LET
Dosis absorbida
LET (transferencia lineal de energía) es la cantidad de energía (MeV) que una
partícula perderá al atravesar una cierta distancia (m) de un material.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
22
Patron de ionización
Patrón de ionización generado en las células por una dosis absorbida de 10mGy
(1Rad), diámetro celular de 5µm
Rayos Gamma de 1MeV, produce ~ 150
pares de iones en un arreglo
sustancialmente aleatorio, este patrón es
similar en todas las otras células
Neutrones de 1MeV, produce ~ 6500
pares de iones en un arreglo
sustancialmente lineal. Este patrón ocurre
en ~2% de las células, mientras que un
~98% de las células no reciben energía
Adaptado de Marco Zaider (2000)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
23
Efectos biologicos
Efectos
directos
Efectos
indirectos
Reparación
Daño
primario
Muerte
celular
Célula
modificada
Daño
del órgano
Células
somáticas
Células
germinales
Muerte del
organismo
Leucemia
cáncer
Efectos
hereditarios
Efectos
deterministas
Efectos estocásticos
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
24
Tiempos de eventos que guían a los efectos
de la radiación
Deposición de energía
10-15
Excitación/ionización
10-12
10-9
INTERACCIONES FÍSICAS
Seguimiento inicial de la partícula
Formación de radicales.
Difusión, reacciones químicas
Daño inicial del ADN
TIEMPO
TI (seg)
10-6
10-3
100
103
106
1 ms
1 segundo
INTERACCIONES
FÍSICO QUÍMICAS
Quiebre del ADN /
daño de la base
Proceso de reparación
Fijación del daño
1 hora Muerte celular
RESPUESTA BIOLÓGICA
1 día Mutaciones/transformaciones/aberraciones
Proliferación de células dañadas
1 año Promoción/ proceso completo
109
100 años
Teratogénesis
EFECTOS MÉDICOS
Cáncer
Efectos hereditarios
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
25
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
Parte 1. Efectos biológicos
Módulo 1.2
Efectos deterministas
IAEA
International Atomic Energy Agency
Efectos de la muerte celular
100%
Probabilidad de
muerte
Dosis
(mSv)
D
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
27
Efectos deterministas
SEVERIDAD
Individuos más
Radio resistentes
Individuos más
Radio sensitivos
Umbral de
diagnóstico
Umbral de
dosis
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
FRECUENCIA
DOSIS ABSORBIDA
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
28
Umbral de dosis para efectos
deterministas
• Catarata de cristalinos 2-10 Gy
• Esterilidad permanente
– Hombres 3.5-6 Gy
– Mujeres 2.5-6 Gy
Severidad de
los efectos
• Esterilidad temporal
– Hombres 0.15 Gy
– Mujeres 0.6 Gy
dosis
Umbral de dosis para
efectos deterministas
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
29
El valor umbral de dosis para cada
efecto …
• Depende del modo de suministrar la dosis
– Una sola dosis alta es más efectiva
– El fraccionamiento incrementa significativamente
el umbral de la dosis en la mayoría de los casos
– Disminuir la tasa de dosis eleva el umbral en la
mayoría de los casos
• El umbral puede diferir en cada persona
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
30
Efectos sistémicos
• Los efectos pueden ser morfológicos y/o funcionales
• Factores
– Cuál órgano
– Cuál Dosis
• Efectos
– Inmediato (usualmente reversible): < 6 meses, ej. inflamación, sangrado
– Demorado (usualmente irreversible): > 6 meses, ej. atrofia, esclerosis, fibrosis
• Criterio de la dosis
– < 1 Gy: dosis baja
– 1-10 Gy: dosis moderada
– > 10 Gy: dosis alta
• Regeneración significa el remplazo por el tejido original
mientras reparación significa remplazo por tejidos conectivos
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
31
Efectos en la piel
Vista histológica de la piel
EPIDERMIS
• Siguiendo las leyes de la RS
(Bergonie y Tribondeau), la mayoría
de las células RS son aquellas de la
capa basal de la epidermis
• Los efectos son
DERMIS
– Eritema: 1-24 horas después de la irradiación
–
De “Atlas de Histologia...”. J. Boya
–
Las células de la capa
basal, altamente mitóticas,
algunas de ellas con
melanina, responsable de
la pigmentación.
–
–
de aproximadamente 3-5 Gy
Alopecia:
5 Gy es reversible
20 Gy es irreversible
Pigmentación: Reversible, aparece 8 días
después de la irradiación
Descamación seca o húmeda: traduce la
hipoplacia epidérmica
(dosis alrededor de 20 Gy)
Efectos demorados: teleangiectasia, fibrosis
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
32
Efectos en la piel
Umbral de
dosis en la piel
(Sv)
Semanas para
acontecer
Eritema temprano transitorio
2
<1
Epilación temporaria
3
3
Eritema principal
6
1.5
Epilación permanente
7
3
Descamación seca
10
4
Fibrosis invasiva
10
Atrofia dérmica
11
>14
Teleangiectasia
12
>52
Descamación húmeda
15
4
Eritema tardió
15
6-10
Necrosis dérmica
18
>10
Ulceración secundaria
20
>6
Herida
Daño de la piel
por exposición
fluoroscópica
prolongada
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
33
Efectos en la piel
Manipulando jeringas sin blindaje y frascos que
contengan material radiactivo el umbral de dosis para un
eritema en la piel puede ser alcanzado en poco tiempo.
Ejemplo: La tasa de dosis en la superficie del frasco
contendiendo 30 GBq Tc-99m, es del orden de 2 Gy/h lo
que significa que el umbral de dosis será alcanzado
después de dos horas de exposición. Esto corresponde
a 36 s por día de trabajo en el año.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
34
Efectos en la piel
Ejemplo
Después de una inyección extravasada (extravascular)
de 500 MBq de un radiofármaco Tc-99m, la dosis
absorbida localmente en el sitio de la inyección será
tan alta como 5-20 Gy!
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
35
Efectos en los ojos
• Los cristalinos son altamente
Vista histológica del ojo:
RS
• La coagulación de las
proteínas ocurre con dosis
mayores a 2 Gy
• Hay dos efectos básicos:
Sv de
exposición
breve
simple
Sv/anual
por muchos
años
Opacidad
detectable
0.5-2.0
> 0.1
Deterioro
visual
(catarata)
5.0
> 0.15
Efecto
Obtenido del “Atlas de
Histologia...”. J. Boya
El cristalino es altamente RS, más
aún, está rodeado de células
cuboides altamente RS.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
36
Daño ocular
1= Opacidad posterior sub-capsular
2= Opacidad paranuclear
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
37
Respuesta del cuerpo entero: adulto
Síndrome de irradiación
aguda
Pasos:
1-10 Gy
10-50 Gy
1. Prodrómico
2. Latencia
3. Manifestación
> 50 Gy
SMO
(hematopoyético)
Dosis letal 50/30
SGI
(gastro
intestinal)
SSNC
(sistema nervioso
central)
Sindrome de
irradiación crónica
• Clínica de cuerpo
completo de un cuerpo
parcialmente irradiado
• Mecanismo: desorden
neurovegetativo
• Similar a un sentimiento
de malestar
• Muy frecuente en
radioterapia fraccionada
Dosis
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
38
Dosis letal 50/30
• Es una expresión del porcentaje de dosis
letal como una función de tiempo
• Significa: “Dosis que podría causar la
muerte al 50% de la población en 30 días”
• Su valor es de alrededor de 2-3 Gy por
irradiación de cuerpo entero por persona
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
39
Exposición de cuerpo entero
Dosis
Síndrome del
absorbida tejido
involucrado
(Gy)
Síntomas
Síndrome de la
médula ósea
Leucopenia,
trombopenia,
hemorragia, infecciones
10-50
Gastrointestinal
Diarrea, fiebre,
desequilibrio electrolítico
>50
Síndrome del
sistema nervioso
central
Retorcijones, temblor,
ataxia, letargo, visión
deteriorada, coma
1-10
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
40
Exposición de cuerpo entero
Dosis
absorbida
(Gy)
Terapia
Prognosis
Letalidad
De excelente
a incierto
0-90%
• Transfusión sintomática
1-10
de leucocitos y plaquetas
• Transplante de médula
ósea
• Factores estimuladores
del crecimiento
10-50
Paliativo
Muy pobre
90100%
>50
Sintomático
Sin
esperanza
100%
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
41
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
Parte 1. Efectos biológicos
Módulo 1.3
Efectos estocásticos
IAEA
International Atomic Energy Agency
Efectos estocásticos de la radiación
ionizante
Casos de Leucemia por 100 000
Población expuesta
dentro de 2000m
Todo Japón
Población no
expuesta
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
43
Efectos estocasticos de la radiación
ionizante
Consecuencia en la
salud por el accidente
de Chernobyl: 1800
niños diagnosticados
con cáncer de tiroides
(1998)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
44
Efectos estocasticos de la radiación
ionizante
Cáncer de tiroides diagnosticado hasta 1998 entre
chicos de 0-17 años al momento del accidente de
Chernobyl.
300
250
Número de casos
200
Belarus
150
Russian Federation
100
Ukraine
Total
50
0
Año
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
45
Efectos genéticos
Frecuencia (%)
10
5
0
10
20
30
40
Dosis absorbida (Gy)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
46
Efectos genéticos
• La radiación ionizante es conocida por causar
mutaciones hereditarias en muchas plantas y
animales
PERO
• Estudios intensivos a 70.000 descendientes de
sobrevivientes de la bomba atómica, han fallado
en identificar un incremento de anomalías
congénitas, cáncer, desviaciones en los
cromosomas de los linfocitos circulantes o
cambios proteicos en la sangre por mutación.
Neel et al. Am. J. Hum. Genet. 1990, 46:1053-1072
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
47
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
Parte 1. Efectos Biológicos
Módulo 1.4
Efectos en embrión y feto
IAEA
International Atomic Energy Agency
Sensibilidad del “conceptus” temprano
• Hasta principios de 1980’s, el conceptus temprano
era considerado como muy sensible a la radiación,
sin embargo nadie sabía cuán sensible.
• Considerando que:
– La órgano génesis comienza 3-5 semanas después de
la concepción
– En el periodo previo a la órgano génesis la exposición a
radiación alta puede conducir a una falla en la
implantación. Una baja dosis puede no tener ningún
efecto observable.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
49
Incidencia de la muerte prenatal &
neonatal, y anomalías
Pre-implantación
Muerte prenatal
P
o
r
c
i
e
n
t
o
Organo-génesis
Feto
Anomalías
Muerte Neonatal
Ratones
Humanos
Días post-concepción
Figura que muestra la incidencia de anomalías y de muerte prenatal o
neonatal en ratones que recibieron dosis de 200R a diferentes días postfertilización. La escala inferior muestra la correspondencia de la edad
gestacional humana utilizando los estimados de Rugh.
Hall, Radiobiología para radiobiólogos pág.365
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
50
Pre-implantación
Corpus
Luteum
Cavidad
Uterina
Ovario
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
51
Estado previo a implantación (hasta
los 10 días)
• Solo efectos letales, todo o nada
• El embrión contiene solo pocas células que
no son especializadas
• Si muchas células están dañadas el embrión
es reabsorbido
• Si solo algunas células mueren, las células
pluripotentes remanentes reemplazan las
células perdidas con poca división celular
• Sobrevivientes de la bomba atómica - alta
incidencia de ambos - nacimientos normales
y abortos espontáneos
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
52
Fotomicrografía del estado de duplicación
celular de un cigoto humano (x500)
Cortesía de los Drs. Herting y Rock
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
53
Riesgo de radiación en el feto
• Hay riesgos relacionados con la radiación a través del
embarazo que están relacionados al estado del
embarazo y la dosis absorbida
• Los riesgos de radiación son más significativos durante
la génesis de los órganos y en el periodo fetal
temprano. De algún modo es menos riesgoso el 2do
trimestre y el 3ro trimestre
Más
riesgo
Menos
El
menor
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
54
Malformaciones inducidas por radiación
• Las malformaciones tienen un umbral de 100-200
mGy o mayor y son asociadas generalmente con
problemas en el sistema nervioso central
• Las dosis fetales de 100 mGy no son alcanzadas ni
con 3 escaneos pélvicos CT, ni con 20 diagnósticos
convencionales de rayos X
• Los niveles pueden ser alcanzados con
procedimientos de intervención fluroscópicamente
guiados en la pelvis y con radioterapia
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
55
Efectos en el sistema nervioso central
(SNC)
• Durante 8-25 semanas tras la concepción el SNC es
particularmente sensible a la radiación
• Dosis fetales en exceso de 100 mGy pueden resultar
en alguna reducción del Coeficiente Intelectual (CI)
• Dosis fetales en el rango de 1000 mGy pueden
resultar en retraso mental severo particularmente
durante las 8-15 semanas y en menor medida entre
las 16-25 semanas
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
56
Heterotópico de la materia gris (flechas) cerca de los
ventrículos en un individuo mentalmente retardado como
resultado de una alta dosis de exposición a la radiación
en el útero
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
57
Efecto en embrión y feto
Todas las edades gestacionales
(%)
I
n
c
i
d
e
n
c
i
a
8-15 semanas
>16 semanas
Categoría de dosis (Gy)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
58
Efectos en embrión y feto
Edad
Umbral de
efectos letales
(mGy)
Umbral de
malformaciones
(mGy)
1 día
100
Sin efecto
14 días
250
-
18 días
500
250
20 días
>500
250
50 días
>1000
500
50 días al
nacimiento
>1000
>500
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
59
Leucemia y cáncer
• Se ha demostrado que la radiación aumenta
el riesgo de Leucemia y muchos tipos de
cáncer en niños y adultos
• Durante la mayoría del embarazo, se asume
que el embrión/feto tiene el mismo riesgo de
efectos carcinogénicos que de niño
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
60
Leucemia y cáncer
• El riesgo relativo puede ser tan alto como
1.4 (40% de aumento sobre la incidencia
normal) debido a una dosis fetal de 10 mGy
• El riesgo individual, sin embargo, es
pequeño, siendo el riesgo de cáncer a las
edades de 0-15, alrededor de 1 muerte de
cáncer en exceso por cada 1,700 niños
expuestos “en útero” a 10 mGy
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
61
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
Parte 1. Efectos Biológicos
Módulo 1.5
Riesgos estimados
IAEA
International Atomic Energy Agency
Riesgos estimados
• Riesgo = probabilidad de efecto
• Diferentes efectos pueden ser observados –
se debe observar cuidadosamente que efecto
es considerado:
Ej. ¡¡¡¡¡La mortalidad por cáncer de
tiroides no es idéntica a la incidencia
de cáncer de tiroides!!!!!
• El riesgo estimado es habitualmente obtenido
de altas dosis y extrapolado a bajas dosis
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
63
Información epidemiologica de
Hiroshima-Nagasaki
Pacientes con
espondilitis anquilosante
cancer cervical
tuberculosis
mastitis
tinea capitis
agrandamiento de timo
tirotoxicosis
hemangiomas
y pueden venir más...
Chernobil
Techa river
Semipalatinsk
Nevada
……..
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
64
Población usada en los informes
UNSCEAR
Características
Sobrevivientes de
la bomba atómica
Seríes de
espondilitis
Seríes de
cáncer cervical
Nümero
86,500
14,000
83,000
Estad en la
irradiación
0 → 90
> 15
<30 → 70
Seguimiento
promedio
28.8 y
23.0 y
7.6 y
Dosis media
0.24 Gy
1.9 Gy
No homogéneo
Rango de dosis
0.01 – 6.0 Gy
0 – 8.06 Gy
Tipo de
irradiación
Instantánea /
cuerpo entero
Fraccionada /
cuerpo parcial
Crónico /
cuerpo parcial
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
65
¿Cómo usar la información
epidemiológica para estimar
los riesgos por radiación a
dosis bajas?
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
66
Curva dosis - respuesta
Frecuencia de leucemia (casos/1 millón)
Dosis equivalente (mSv)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
67
Mortalidad de los sobrevivientes de la
bomba atómica
Curva de respuesta a la dosis para Cáncer Sólido
• La respuesta a la dosis es lineal hasta alrededor de 3 Sv
con una pendiente de 0.37 ERR/Sv
• El riesgo en exceso para toda la vida por Sv, para la
población expuesta a los 30 años, es estimado en 0.10 y
0.14 para hombres y mujeres respectivamente.
• La “dosis más baja a la cual hay estadísticamente un riesgo
en exceso significativo” es de 50 mSv
Pierce DA et al, Rad Res 1996; 146:1-27
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
68
Ultimas noticias del grupo de
personas Hiroshima-Nagasaki
Años extra 1986-1990
Ahora hay 10.500 sobrevivientes con dosimetría- DS86 de una
población total de 86.572, que fueron irradiados. 44% ha muerto
para fines de 1990. La información es incompleta ya que las
muertes en los primeros cinco años no fueron incluidas.
7827 murieron de cáncer, habiendo 420 muertes por cáncer en
exceso.
1945-1950
1950-90 (1986-90)
Leucemia
?
87
(3)
Cáncer sólido
?
335
(88)
------------------------------------------------------------------420
Riesgo niños/ Riesgo adultos = 1.4 - 1.7
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
69
Riesgo por radiación
PROBABILIDAD DE CANCER FATAL
Modelo lineal-cuadrático
Efectos determinísticos
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Observaciones
DOSIS ABSORBIDA
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
70
Efectos (Riesgo de
Cáncer)
¿Qué sucede con la dosis baja al final
del gráfico?
a) Extrapolación lineal
b) Umbral de dosis
c) Menor riesgo por dosis
para dosis bajas
d) Mayor riesgo por dosis
para dosis bajas
Exposición a la
radiación (Dosis)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
71
P = A·D + B·D2
P es la probabilidad de inducción de cáncer
Curva “B”
Curva “A”
Pendiente δ
Curva “C”
El cociente A/B es llamado DDREF (Dosis y factor de
efectividad de la tasa dosis) y le ha sido asignado el
valor 2 por el ICRP para LET de radiación baja, bajas
dosis y bajas tasas de dosis.
Bajas dosis: <0.2 Gy(Sv)
Bajas tasas de dosis: < 0.1 Gy(Sv)/hora (ICRP)
0.1 Gy(Sv)/día (NCRP)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
72
Evidencia epidemiológica
Muertes por cáncer /año/1M hab
10000
Lineal sin umbral (LNT)
Hipótesis reducida por un
factor de 2 para dosis y tasa
de dosis baja, en general de
acuerdo con los datos
1000
100
Mortalidad natural
por cáncer
Muertes adicionales de
cáncer por causa de
radiación
10
1
0.1
1
10
100
1000
10000
Dosis (mGy)
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
73
Cancer
inicio
Estado
pre-cancerigeno
Elimination
repair
Eliminaciónand
y reparación
promoción
Periodo de latencia
crecimiento
detección
Periodo de sufrimiento
metástasis
Muerte,
Tiempo de vida perdido
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
74
Efectos carcinogénicos
Una evaluación de los sobrevivientes a la bomba
atómica mostró:
• El riesgo de leucemia tuvo su pico 10 años después de
la exposición
• El cáncer de tiroides fue el primer cáncer sólido
reportado
• La incidencia del cáncer de mama fue mayor en
mujeres jóvenes que en las mayores
• Otros tipos de cáncer, con un periodo latente superior
a los 30 años, incluyendo el de pulmón, estómago,
colon, vejiga, esófago
Shimizu et al JAMA 1990, 264:601-604
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
75
Variación de la incidencia de cáncer con el
tiempo a partir de la bomba atómica
Otros tipos
de cáncer
Leucemia
Años tras
la
exposición
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
76
Variación de la incidencia de cáncer con el
tiempo a partir de la bomba atómica
Detonación
Años después de la Bomba Atómica
10 Años
20 Años
30 Años
Leucemia
Cáncer de Tiroides
Cáncer de mama
Cáncer de Pulmón
Cáncer Gástrico
Ca de Colon
Mieloma Múltiple
Período de latencia
Incremento sospechado
IAEA
Incremento observado
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
77
Modelos de proyección temporal
Expresión de tiempos de vida, comparación de modelos
de riesgo relativo y absoluto
Incidencia
Incidencia
Riesgo absoluto
Riesgo relativo
Incidencia
tras la irradiación
Incidencia
espontánea
0
xo
xo+l
90
0
xo
xo+l
90
ICRP 60
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
78
Riesgos por la radiación
Efecto
Población
Periodo de Probabilidad
exposición
Efectos
hereditarios
Total de la
población
Tiempo de
vida
1% / Sv (todas
las generaciones)
Cáncer fatal
Total de la
población
Tiempo de
vida
5 %/Sv
Cáncer fatal
Población
que trabaja
Edad 18-65 4 %/Sv
Detrimento de
la salud
Total de la
población
Tiempo de
vida
Detrimento de
la salud
Población que Edad 18-65 5.6 %/Sv
trabaja
7.3 %/Sv
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
79
Riesgo (% / Sv) de inducción de cáncer
por edad a la exposición y por sexo
20
Masculino
15
Femenino
10
5
0
0
10
20
30 40 50 60 70
(edad a la exposición)
80
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
80
Riesgo de morir de cáncer inducido por
radiación, durante la vida = 5% por sievert
El UNSCEAR ha examinado en profundidad (en el
año 2000) el riesgo de cáncer por exposición a la
radiación.
Para una población de todas las edades y ambos
sexos, el riesgo de morir de cáncer inducido por
radiación a lo largo de la vida, luego de una dosis
aguda de 1000 mSv es de alrededor del 9% para
hombres y del 13% para mujeres o el 11% de media.
Aplicando una DDREF de 2, esta información
confirma el estimado por el ICRP hace 10 años.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
81
Efectos a bajas dosis
En el último estudio de la extensión de vida en la
población de Hiroshima-Nagasaki (1986-1990), el
reporte LSS 12, (Pierce et al., 1996) encuentra la
estimación nominal de riesgo (5% per Sv) para aplicar
a una dosis de alrededor de 50 mSv.
Para el cáncer infantil seguido de irradiación fetal, es
muy similar al riesgo estimado (6% per Sv)
correspondiente a una dosis de 10 mSv (Doll y
Wakeford, 1997).
Las estimaciones de riesgo y las incertidumbres
asociadas se aplican a dosis bajas.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
82
Incertezas en la estimación de riesgo
de cáncer fatal (5% per Sv)
0.027
Cuadro de Frecuencia
Probabilidad
100 000 pruebas mostradas
0.020
0.013
0.007
0.000
0.00
2.75
1.20
5.50
8.25
11.0
8.84
Coeficiente de riesgo durante el tiempo de vida (%/Sv)
Distribución de probabilidad del coeficiente de riesgo durante el
tiempo de vida. El intervalo de confianza del 90% es mostrado
por las flechas (5% debería ser entendido como 1% - 9%).
NCRP, 1997
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
83
Incertidumbres en las estimaciones de
riesgo de cáncer fatal
Factor de Reducción Dosis/ tasa de dosis, F(E)
Incertirumbres no Específicas, F(Q)
Transferencia a la población USA, F(T)
Proyección del tiempo de vida (expectativa), F(P)
Incertidumbre estadística, F(RHN)
Incertidumbre Dosimétrica Total, F(D)
Mala-clasificación de la muerte por cáncer, F(R)
Medida de la contribución a la varianza
Cuadro de sensibilidad de la influencia de los componentes de
incertidumbres (población de todas las edades)
de NCRP, 1997
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
84
Riesgos por radiación – Embrión y feto
Umbral de dosis
efectos deterministas
50-100 mSv
Retardo mental
40% / Sv
Cáncer y leucemia
Antes de los 10 años
A lo largo de la vida
2% / Sv
15% / Sv
Efectos hereditarios
1% / Sv
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
85
Tipos de efectos tras la irradiación en
el útero
Incidencia
normal en el
recién nacido
Tiempo tras la
concepción
Efecto
Primeras tres
semanas
No hay efectos deterministas o
estocásticos en el recién nacido
3 – 8 semanas
Potencial para malformación de
órganos a)
0.06
(1 en 17)
8 – 25 semanas
Potencial para retraso mental
severo b)
5 × 10-3
(1 en 200)
4ta semana al fin Cáncer en la niñez o en la vida
del embarazo
adulta c)
a)
b)
c)
1 × 10-3
(1 en 1000)
Efectos deterministas. Umbral ~ 0.1 Gy
30 IQ unidades medio: 8-15º semana; <30 IQ unidades medio: 16 – 25º semana
Riesgo en el útero ~ riesgo < 10 años de edad
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
86
Riesgos por radiación - embrión y feto
Dosis
(mGy)
1
10
50
100
Efectos letales Retardo mental Cancer y leucemia Cancer y leucemia
malformaciones
antes de los 10 años a lo largo de la vida
-4
-4
nula →1×10
4×10
5×10-5
1.5×10-4
nula →1×10-3
4×10-3
5×10-4
1.5×10-3
nula →5×10-3
2×10-2
2.5×10-3
7.5×10-3
nula →1×10-2
4×10-2
5×10-3
1.5×10-2
Otras razones
3×10-3 4×10-2
7×10-3
1×10-3
0.2
Información de Suecia 1992
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
87
Riesgo en una población embarazada no
expuesta a la radiación medicinal
Aborto espontáneo
> 15%
Incidencia de anomalías genéticas
4-10%
Retardo de crecimiento
intrauterino
Incidencia de malformaciones
mayores
4%
2-4%
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
88
Probabilidad de generar niños saludables
en función de la dosis de radiación
Dosis al conceptus
Probabilidad de no Probabilidad de no
(mGy) sobre el
malformación
cáncer (0-19 años)
fondo natural
0
97
99.7
1
97
99.7
5
97
99.7
10
97
99.6
50
97
99.4
100
97
99.1
>100
posible, ver texto
mayor
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
89
Dosis aproximada que recibe el feto (cuerpo
total - mGy) de estudios de medicina nuclear
para embarazo temprano y tardío
Actividad
(MBq)
Procedimiento
Temprano 9 meses
Tc-99m
Gammagrafía ósea
750
4.7
1.8
GG de pulmón V/P
240
0.9
0.9
GG hepática (coloide)
300
0.6
1.1
GG de tiroides
400
4.4
3.7
GG renal dinámica DTPA
750
9.0
3.5
Glóbulos rojos
930
6.0
2.5
I-123 Captación tiroidea
30
0.6
0.3
I-131 Captación tiroidea
0.55
0.04
0.15
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
90
Dosis y riesgos para diferentes
exámenes diagnósticos (intrauterino)
Dosis media fetal
(mGy)
Enfermedad
hereditaria
Cáncer fatal hasta
edad de 14
Abdomen
2.6
6.2 × 10-5
7.7 × 10-5
Enema bario
16
3.9 × 10-4
4.8 × 10-4
Ingesta bario
2.8
6.7 × 10-5
8.4 × 10-5
IV urografía
3.2
7.7 × 10-5
9.6 × 10-5
Espina lumbar
3.2
7.6 × 10-5
9.5 × 10-5
Pelvis
1.7
4.0 × 10-5
5.1 × 10-5
Abdomen
8.0
1.9 × 10-4
2.4 × 10-4
Espina lumbar
2.4
5.7 × 10-5
7.1 × 10-5
Pelvis
25
6.1 × 10-4
7.7 × 10-4
GG ósea Tc-99m
3.3
7.9 × 10-4
1.0 × 10-4
GG cerebral Tc-99m
4.3
1.0 × 10-5
1.3 × 10-4
Exposición
Radiografía
TAC
Medicina nuclear
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
91
Comentarios sobre feto / embrión
• El feto/embrión es más sensible a la radiación ionizante
que el humano adulto
• Aumenta la incidencia de aborto espontáneo pocos días
después de la concepción
• Aumenta la incidencia de:
– Retardo mental
– Micro-encefalitis (tamaño de cabeza pequeño) especialmente
de 8 a 15 semanas después de la concepción
– Malformaciones: esqueléticas, genitales, crecimiento detenido
• Aumenta el riesgo de cáncer (especialmente leucemia)
– Ambos, en niñez y ancianidad
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
92
Escala de exposiciones a radiación
Muerte por Cáncer /anual/1M hab
10000
1000
100
Mortalidadcancer
natural por
cáncer
natural
mortality
10
additional
cancer
Muertes adicionales
por cáncer
producto dedue
la radiacción
deaths
to radiation
1
0,1
1
10
100
1000
10000
Dosis (mGy)
Dosis correspondiente a:
Fondo
anual
TAC
Fracción
típica de
radioterapia
GG ósea
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
93
Ejemplo de cálculo de riesgo
• Supuestos:
– Riesgo de 0.05 por Sv
– 1.000 personas son expuestas a 5 mSv/ año por 20 años
– Expectativa adicional de muerte por cáncer es
0.05 [cáncer /Sv] × 0.005 [ Sv/año] × 20 [años] ×1,000 [personas]
= 5 muertes adicionales por cáncer debido a la radiación (5/1000)
• Población general: 23% (230/1000) de todas las muertes
son producto del cáncer (son difícilmente detectables los 5
casos adicionales causados por radiación)
• Los cálculos se vuelven más complejos para exposiciones
de órganos individuales frente a todo el cuerpo
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
94
Riesgos por radiación en examenes de
rayos X
Examen
Dosis en piel Dosis efectiva
(mGy)
(mGy)
Riesgo
(%)
Urografía
30
8
0.04
Espina lumbar
40
5
0.025
Abdomen
10
2.5
0.013
Tórax
2
0.25
0.0013
Extremidades
3
0.025
0.00013
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
95
Riesgos por radiación en medicina
nuclear
Dosis
efectiva
(mSv)
Riesgo
(%)
Examen
Radiofármaco
GG Miocárdica
201Tl-cloruro
23
0.12
GG Ósea
99mTc–MDP
3.6
0.018
GG Tiroides
99mTc-pertecnectato
1.1
0.006
GG Pulmonar
99mTc-MAA
0.9
0.005
Aclaramiento renal
51Cr-EDTA
0.01
0.00005
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
96
Promedio anual de riesgo de muerte en el
Reino Unido por accidentes industriales y
por cáncer debido al trabajo con radiación
Mina de carbón
1 en 7,000
Extracción de gas y petróleo
1 en 8,000
Construcción
1 en 16,000
Trabajo con radiación (1.5 mSv/y)
1 en 17,000
Manufactura del metal
1 en 34,000
Todas las manufacturas
1 en 90,000
Producción química
1 en 100,000
Todos los servicios
1 en 220,000
de L. Collins 2000
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
97
Comparación entre riesgos de trabajadores
radiológicos y otros trabajadores
Tasa promedio de muerte 1989
(10-6/año)
Comercio
40
Industrias seguras
Manufactura
60
2 mSv/año (100 mSv
Servicios
40
a lo largo de la vida)
Gobierno
90
Transporte
240
Construcción
320
Máximo nivel de exposición
permitido (20 mSv/año o
Agricultura
400
1000 mSv a lo largo de la vida)
Minas
430
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
98
Riesgos
Las siguientes actividades se asocian
a un riesgo de muerte de 1/1,000,000
• 10 días trabajando en un departamento de
•
•
•
•
•
•
•
•
medicina nuclear
Fumar 1.4 cigarrillos
Vivir 2 días en una ciudad contaminada
Viajar 6 minutos en canoa
1.5 minutos de montañismo
Viajar 480 km en auto
Viajar 1,600 km en avión
Vivir 2 meses junto a un fumador
Beber 30 latas de gaseosa dietética
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
99
Riesgos
Disminución de expectativa de vida:
Hombre soltero
Hombre fumador
Mujer soltera
30% sobrepeso
Cáncer
Trabajador de la construcción
Accidente automovilístico
Accidente hogareño
Trabajo administrativo
Análisis radiológico
3500 días
2250 días
1600 días
1300 días
980 días
300 días
207 días
95 días
30 días
6 días
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
100
¿¿Preguntas??
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
101
Discusión
Una mujer fue examinada mediante una
gammagrafía ósea. Luego del estudio se
percata que está en una etapa inicial de
embarazo. Se encuentra sumamente
preocupada y quiere realizar un aborto.
Discutir cómo actuar.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
102
Discusión
El fraccionamiento de dosis resulta en:
• ¿Aumento de la sensibilidad a radiación de
fotones?
• ¿Disminución de la sensibilidad a radiación de
fotones?
• ¿Disminución de la sensibilidad a radiación de
partículas pesadas cargadas?
• ¿Aumento de la sensibilidad a radiación de
partículas pesadas cargadas?
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
103
Discusión
Un paciente (radiobiólogo) quiere conocer
el riesgo radiactivo que sufrirá en un
análisis de flujo sanguíneo cerebral (1000
MBq Tc-99m).
¿Cómo responder?
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
104
Dónde obtener más información
• Otras secciones
– Parte 2. Física de las radiaciones
• Lecturas complementarias:
– OMS/OIEA. Manual de Protección radiológica en el
–
–
–
–
hospital y práctica general. Volumen 1. Requerimientos
básicos (borrador manuscrito)
Publicaciones de ICRP (41, 60, 84)
Reportes UNSCEAR
ALPEN E.L Biofísica de la Radiación. Academic Press,
1998
RUSSEL, J.G.B. Diagnóstico con radiación, embarazo
y término, Br. J. Radiol. 62 733 (1989) 92-3.
IAEA
Parte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante
105