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Curso Alexander Hollaender 2013 Hechos Corría el año 1895 y las exploraciones médicas eran realizadas mediante cirugías. Una fractura no podía ser tratada de forma objetiva debido a la no visualización de la lesión. La anatomía era estudiada en cadáveres y su estructura y fisiología no podría visualizarse en pleno dinamismo. No se podía determinar la estructura del ADN. Tampoco era posible determinar la teoría completa de la fisiología celular. Hechos Y entonces: ¿Que pasaba antes? El oscurantismo de la Ciencia Médica y prueba –error con fármacos. Ocultismo. Hechos Los Rx descubierto en 1895 por Wilhelm Röntgen. La radiactividad es descubierta simultáneamente en 1897 por Henri Becquerel y Marie Curie. Hechos Las aplicaciones sufren entendimiento-años 50 la evolución del Hechos Las aplicaciones sufren entendimiento-años 2010 la evolución del Hechos aplicaciones sufren la Las entendimiento-actual evolución del Hechos Pero no todo es positivo en los primeros años se detectaron problemas de salud. Hechos Debido a accidentes y otras cosas!!! Radiaciones Ionizantes ¿Qué son las radiaciones Ionizantes? ION + FOTON O Rx Se llama Radiaciones Ionizantes a aquellas emisiones de ondas eelectromagnéticas o partículas cuyas energías son capaces de producir ionización en la materia con la cual interactúa. Radiaciones Ionizantes ¿Todas las radiaciones Las radiaciones ionizantes ionizantes son iguales? se caracterizan por su poder de ionización, penetración o atenuación , la deposición de energía, etc. Radiaciones Ionizantes ¿Cuales son los tipos de Radiaciones Ionizantes? Las podemos clasificar en dos grandes grupos: las partículas y las ondas electromagnéticas Las partículas: cargas o no cargadas. Las ondas electromagnética según su frecuencia: Rx o rayos gamma. Radiaciones Ionizantes Partículas Cargadas: Partículas No cargadas: Electrones Protones Iones con He++, llamada partícula alfa. Neutrones Térmicos. Neutrones Rápidos. Neutrino. Radiaciones Ionizantes ¿Como interactúan con la materia? Dependiendo del tipo de radiación, pero todas producen Ionización. Se cuantifican mediante magnitudes como la TLE. Los que poseen alta TLE como partículas alfa ionizan la materia de manera mas intensa, que los que poseen menor TLE. V0 m Ec = mV02 /2 Vf m Ec = mV2f /2 Ionización + Carga del átomo: cero Carga del átomo: positivo +=- += - Excitación: el átomo adquirió energía pero no la suficiente para expulsar al electrón Radiación de frenado Choque elástico Desplazamiento del átomo Efecto Fotoeléctrico Átomo blanco Efecto Compton Átomo Blanco Producción de Pares Átomo Blanco 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 ellos Radiólogos) 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. Radiobiología A principio de los años 50 , estudios de difracción de Rx realizados por Risalind Franklyn y Maurice Wilkins mostraron que el acido desoxirribonucleico (ADN) es una macromolécula formada por dos hélices. En la década del 60 se describe el proceso de replicación del ADN como un proceso en que se requiere desarrollar total o parcialmente la molécula. Separar la hebras y que cada una de ellas sirva como un molde. Radiobiología Errores en la replicación pueden traducirse como una mutación (cambio de las secuencias de base nitrogenadas del ADN) y pude conducir al desarrollo de las neoplasias. El daño en el ADN se puede manifestar en esta etapa de la célula, pero dicho daño también puede ocurrir en la etapa de transcripción y respiración celular. ¿Porqué la exposición a radiaciones afecta a la célula humana ? 27 Las radiaciones pueden interaccionar con las células Cromosomas 29 30 El blanco crítico: ADN Esqueleto de azúcar-fosfato Base UNA VUELTA DE HÉLICE = 3,4 nm Puentes de hidrógeno Interacción de la radiación ionizante con el ADN Daño del ADN Alteración de la base Sitio abásico Simple o doble quebradura de ligamento Quebradura simple de ligamento Lesión compleja No hay cambios Mutación del ADN ¡La radiación interacciona en el núcleo celular! 35 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? ¿Cómo se repara el ADN? Alteración de la base Sitio abásico Quebradura simple del filamento 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 Deleciones Cromosómicas Centrómero Traza de radiación ionizante fragmento acéntrico 40 Translocaciones Cromosómicas Traza de radiación ionizante 41 42 Estrato de celulas diferenciadas TEJIDO NORMAL Célula dividiéndose en el estrato basal Lamina basal Capilar INICIACIÓN Un evento iniciante crea una mutación en una de las células básales DISPLASIA Ocurren mas mutaciones. La célula iniciada ha ganado ventajas proliferantes Las células se comienzan a dividir rápidamente y se acumulan en el epitelio. TUMOR BENIGNO Mas cambios dentro de la línea de células proliferantes promueve el desarrollo pleno de un tumor. TUMOR MALIGNO El tumor penetra a través de la lamina basal. Las células son irregulares y la línea celular es inmortal. Las células tienen una movilidad incrementada y son invasivas. METÁSTASIS Las células cancerosas atraviesan la pared de un vaso linfático o de un capilar sanguíneo. Ahora pueden migrar a través del cuerpo y sembrar nuevos tumores. 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. 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. % 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) Dosis Físicos LET (Transferencia lineal de energía): RS Tasa de dosis: RS Temperatura RS % células sobrevivientes Factores que afectan la radio-sensibilidad LET LET Químicos Aumento de la RS: OXÍGENO, drogas citotóxicas. Disminución de la RS: SULFURO (cys, cysteamine…) Biológicos Estado del ciclo: G0 M G2 G1 RS: G2, M RS: S Reparación del daño (el daño subletal puede ser reparado p. ej. dosis fraccionadas) S Supervivencia de la celula calidad de la radiación Fracción de sobrevida bajo LET Låg LET .. ..... .... ... ......... bajo LET alto LET Hög altoLET 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. 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) Efectos Biológicos Efectos directos Efectos indirectos Reparación Daño primario Muerte celular Daño del órgano Muerte del organismo Efectos deterministas Célula modificada Células somáticas Células germinales Leucemia cáncer Efectos hereditarios Efectos estocásticos RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu La radiosensibilidad depende del estado metabólico del tejido irradiado. • Las células madres son mas radiosensibles; cuanto mas madura es una célula, mejor resiste a la radiación. • Las órganos y tejidos mas jóvenes son los de mayor RADIOSENCIBILIDAD. RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu La radiosensibilidad depende del estado metabólico del tejido irradiado. • Cuando la tasa metabólica es elevada mayor es la radiosensibilidad. • Al aumentar la tasa de proliferación celular y la tasa de crecimiento de los tejidos, también lo hace la radiosensiblidad. RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu APLICACIÓN: • Protección Radiológica. • Radiodiagnóstico: • El feto es el mas Radiosensible. • Radioterapia: • Control tumoral. RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu Protección Radiológica. Condiciones relativas a los jóvenes I.19. Ninguna persona menor de 16 años deberá estar sometida a exposición ocupacional. I.20. No deberá permitirse a ninguna persona menor de 18 años que trabaje en una zona controlada a no ser que lo haga bajo supervisión y exclusivamente con fines de capacitación. RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu •Radiodiagnóstico: RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu Radioterapia: RADIOBIOLOGÍA Ley de Bergonie y Tribondeu Radioterapia: RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Transferencia Lineal de Energía (TLE). Eficacia Biológica Relativa (EBR). Fraccionamiento – Protracción. RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Transferencia Lineal de Energía (TLE). La capacidad de la radiación ionizantes para producir una respuesta biológica aumenta al hacerlo la TLE de la Radiación. RADIOBIOLOGÍA Transferencia Lineal de energía de varias radiaciones. Tipo de Radiación TLE ( KeV/micrómetro) Rx de25 MeV 0,2 R gamma de Co-60 Electrones de 1 MeV Rx de diagnostico 0,5 0,3 2 Protones de 10 MeV Neutrones Rápidos Partícula alfa de 5 MeV 4 50 100 Núcleos Pesados 1000 RADIOBIOLOGÍA Eficacia Biológica Relativa (EBR). Eficacia Biológica Relativa (EBR) es coeficiente que demuestra el efecto de la radiación a diferentes TLE. D0 EBR Dc mismoefect o RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LARADIOSENSIBILIDAD. Protracción Si se suministra una dosis de radiación durante un periodo de tiempo largo en vez de hacerlo rápidamente, su efecto será menor . Dosis en forma continua a baja tasa de dosis prolongando el tiempo de aplicación, se dice entonces que es un fenómeno de protracción. RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LARADIOSENSIBILIDAD. Protracción Ejemplo: Dosis de 60 u suministrado durante 3 min. es letal para un ratón ,pero si son 60 u a 1 u/h alcanza un valor de 60 u, el ratón sobrevive. RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LARADIOSENSIBILIDAD. Fraccionamiento El fraccionamiento reduce los efectos letales y permite la reparación y la recuperación de los tejido entre las dosis suministrada Se aplica normalmente en Radioterapia, a los tumores. oncología en RADIOBIOLOGÍA FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LARADIOSENSIBILIDAD. Fraccionamiento – Protracción Ejemplo: Dosis de 600 u a una tasa de dosis de 60u/min. pero en doce fracciones iguales de 50u, separadas entre si por 24 h. ,el ratón sobrevive. RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Efecto del Oxigeno. Edad. Sexo. Recuperación. Agentes Químicos. RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Efecto del Oxigeno. Aeróbico: el tejido mas sensible a la radiación Anoxia: el tejido es menos sensible a la radiación • DA RPO D02 mismoefect o RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. • Efecto de la edad. Debido a los cambios metabólicos y de proliferación celular can la edad la radiosencibilidad cambia. RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Efecto de la edad. RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Efecto del Sexo. Experimentalmente aunque no concluyente, las mujeres pueden soportar de un 5 al 10 % mas de radiación que los varones. • RADIOBIOLOGÍA FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA RADIOSENSIBILIDAD. Recuperación. Las células humanas son capaces de recuperarse de los daños producidos por radiación • El daño sobre la célula puede ser subletal o letal. • • La recuperación de un conjunto de células es debida a la combinación de la reparación y repoblación celular 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 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 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 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 Ejemplo: uso justificado de la CT Embarazada involucrada en accidente de automóvil Cráneo del feto Costillas Sangre fuera del útero Dosis al feto de 20 mGy Se le hizo una exploración TC de 3 minutos y fue llevada al quirófano. Ella y su hijo sobrevivieron Sangre libre Desgarro renal de la aorta (sin contraste dentro) INTERNATIONAL COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION Laceración esplénica GRACIAS POR LA ATENCIÓN
