IAEA International Atomic Energy Agency

Curso

Respuesta Médica

a

Emergencias Radiológicas

Efectos Biológicos de las Radiaciones Ionizantes

Introducción

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Espectro de las radiaciones

FRECUENCIA

(Hz)

ESCALA APROXIMADA

DE LA LONGITUD

DE ONDA

TIPO DE RADIACIÓN

LONGITUD DE ONDA

(m) RADIO

103

MICROONDAS

10-2

INFRAROJO

10-5

VISIBLE

0,5 X 10-6

ULTRA

VIOLETA 10-8

RX

10-10

Rγ

10-12

104 108 1012 1015 1016 1018 1020

IAEA

g -

+

Fenómeno de la ionización

IAEA

SÍMBOLO ALCANCE EN

EL AIRE

PENETRACIÓN

TISSULAR TOXICIDAD

algunos cm 50 X 10 –3 mm interna

hasta varios

m algunos mm

externa e

interna

g varios m varios cm externa e

interna

X varios m varios cm externa

n varios m varios cm externa

Características de las radiaciones

ionizantes

IAEA

Radiación y ADN

• Efecto indirecto • Baja TLE

• Ionización de la agua celular

• Producción de radicales libres y productos tóxicos (HO., H2O2 ...)

• Lesión del ADN

• Efecto directo

• Alta TLE

• Daño directo en la

molécula del ADN

IAEA

e-

p+

e-

p+

HO H2O

EFECTO INDIRECTO

EFECTO DIRECTO

FOTON

FOTON

1 nm

2 nm

Lesiones del ADN

ruptura simple SSB

ruptura doble DSB

ruptura de puentes

de hidrogeno

degradación de

bases y cross-

linkings

IAEA

Estadios de la radiolesión celular

• Físico

• 10-14 seg

• Absorción y deposición de energía

• Excitación y ionización

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Físico-químico – 10-14 - 10-12 seg

– Rotura de ligaciones

– Radiólisis del agua – formación de

radicales libres

– Comienza el daño químico por reacción

de los radicales libres

Estadios de la radiolesión celular

IAEA

Químico – 10-12 - 10-7 seg

– Continua la reacción de radicales libres

– Producción de productos tóxicos

– Comienza el daño al ARN y ADN

– Activación y desactivación enzimático

Estadios de la radiolesión celular

IAEA

Químico-biológico – 10-3 - 10 seg

– Producción de radicales secundarios y

peróxidos

– Interrupción de reacciones bioquímicas

– Comienzo del reparo del ADN

Estadios de la radiolesión celular

IAEA

Biológico – 10 seg - horas

– Finalización de la mayoría de las

reacciones

– Disminución de la mitosis

– Bloqueo de reacciones bioquímicas

– Rompimiento de la membrana celular

Estadios de la radiolesión celular

IAEA

Clínico

– horas (eritema precoz del SCR)

– años (cáncer radioinducido)

Estadios de la radiolesión celular

IAEA

Ley de Bergonié-Tribondeau

• En 1906 dos franceses, J. Bergonié y L.

Tribondeau, realizaron amplios

experimentos con testículos de roedores y

establecieron, en función de la actividad

mitótica y la diferenciación celular, las

leyes de radiosensibilidad

IAEA

Ley de Bergonié-Tribondeau

• Una célula es tanto más radiosensible,

cuanto mayor es su actividad reproductiva

• Una célula es tanto más radiosensible,

cuanto más largo sea su porvenir de

división, es decir, cuantas más divisiones

deba cumplir en el futuro

• Una célula es tanto más radiosensible,

cuanto menos diferenciadas estén

desarrolladas sus funciones

IAEA

Ley de Ancel y Vitemberg (1925)

• Las células durante la fase de mitosis son

más radiosensibles que durante la fase de

síntesis

• Radiosensibilidad hística:

• la radiosensibilidad de un tejido u órgano

depende de la radiosensibilidad de sus

componentes (parénquima, conjuntivo,

vascular …)

IAEA

Radiosensibilidad tisular

• Un órgano o tejido responde a la radiación por dos factores: • Radiosensibilidad de sus células

• Dinámica de su población celular

• Hay dos tipos de organización tisular: • Jerárquica: hay células madre en continua división

produciendo células funcionales maduras que no se reproducen

• Muy radiosensibles

• Ejemplos: S. hematopoyético, mucosa intestinal, epidermis

• Flexible: todas las células tienen función y se dividen

• Más radioresistentes

• Ejemplos: hígado, riñón

IAEA

Radiosensibilidad celular

Radiosensibilidad relativa Célula

Muy alta Células madre de la MO,

espermatogónias, células

de las criptas intestinales

Alta Células hematopoyéticas

precursoras

Media Células endoteliales,

fibroblastos

Relativamente baja Células hepáticas y

renales epiteliales, células

de las glándulas salivales

Muy baja Neuronas, hematíes,

células musculares

IAEA

Linfocitos

• Son células extremamente

radiosensibles (núcleo

grande)

• Sirven para:

• estimativa inicial de dosis

(curva de depleción de los

linfocitos en la sangre

periférica)

• uso para dosimetria

biológica

IAEA

Clasificación de los efectos biológicos

Latencia para

manifestación

Célula

afectada

Existencia de

umbral de

dosis

agudo somático

determinístico

(reacciones

tisulares)

tardío somático

genético estocástico

CRITERIO

IAEA

Determinístico

(reacciones tisulares)

Estocástico

SAR, SCR, catarata,

hipotiroidismo, esterilidad,

teratogénesis

Cáncer e genético

Umbral de dosis Sin umbral de dosis

Muerte celular Mutación celular

Severidad dosis-dependiente Severidad sin relación con

la dosis

Clasificación de los efectos biológicos

IAEA

Ejemplos de umbrales de dosis

Tejido

Órgano

Dosis

<2 días

(Gy)

Efecto determinístico

Tipo Latencia

Cuerpo total

(médula ósea) 0,8 a 1 SAR 2 - 3 semanas

Piel 3 a 5 SCR (eritema) 1 - 3 semanas

Tiroides 5 Hipotiroidismo 1 - varios años

Cristalinos 0,5 - 2 Catarata 6 meses -

varios años

Testículos 0,15 Esterilidad

temporaria 2 - 3 meses

Ovarios 3 - 10 Esterilidad

definitiva semanas

IAEA

Irradiación y médula ósea

Células

madres y

progenitoras

Precursoras

inmaduras

Células

maduras

Bloqueo de la

proliferación,

muerte celular

Depleción por

falta de

renovación

Aplasia

Medular

IAEA

Efectos oculares

Umbral - Gy Efecto

0,5 - 2 (agudo)

4 (fraccionados)

Catarata

estacionaria

Dosis mayores Catarata

progresiva

El cristalino es la

estructura más

radiosensible del ojo

IAEA

Catarata radioinducida

núcleo

Izquierdo Derecho

(Aspecto anterior del

ojo)

Polo anterior

Polo posterior

Opacidad

lenticular

subcapsular Migración de

células

pseudoepiteliales

ecuador cortical

γ γ

IAEA

Aparato reproductor femenino

El ovario es el órgano más radiosensible

del aparato reproductor femenino

Umbral - Gy Efecto

2 - 6 (agudo)

Esterilidad

temporal

3 - 10 Esterilidad

permanente

Rango muy amplio porque es

muy dependiente de la edad:

número de folículos

IAEA

Aparato reproductor masculino

El testículo es el órgano más radiosensible del aparato

reproductor masculino (y del organismo)

Umbral - Gy Efecto

0,15 (agudo)

Esterilidad

temporal

6 Esterilidad

permanente

Se expresa a los 50 días en

el espermograma

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Sistema respiratorio

El pulmón es el órgano más

radiosensible(*) del tórax.

DL50 por irradiación aguda: 8 -10

Gy

Neumonitis aguda intersticial: tos, fiebre, RX con

opacidades difusas. Puede evolucionar hacia la fibrosis

pulmonar meses después (insuficiencia respiratoria)

(*) neumonocitos tipo 2 y endotelios vasculares

IAEA

Sistema cardiovascular

Si bien el corazón no es muy

radiosensible, dosis agudas

>20 Gy o dosis fraccionadas

>60 Gy pueden inducir derrame

pericárdico y pericarditis

constrictiva.

El endotelio de los vasos sanguíneos es

radiosensible. La disfunción endotelial

juega un rol importante en la injuria tardía

radioinducida en órgaños (endarteritis

obliterante)

IAEA

Sistema digestivo

El intestino delgado es el órgano más

radiosensible del tubo digestivo:

efectos tempraños (erosiones,

úlceras, alteración de la absorción,

diarrea) y tardíos (fístulas,

obstrucciones)

El hígado es la más radiosensible de los órganos

anexos al tubo digestivo (Dosis de tolerancia: 30

Gy fraccionados)

Glándulas salivales: xerostomía, dolor,

tumefacción, aumento de amilasemia

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Sistema nervioso

El cerebro posee en una región muy radiosensible en el

hipotálamo (girus dentado), con stem cells activas que

inducen neurogénesis durante toda la vida.

Dosis “bajas” (1 a 2 Gy) alteran el trazado del EEG y pueden

inducir trastornos funcionales.

Altas dosis (> 55 Gy fraccionados): necrosis

Médula espinal: Dosis de tolerancia

40 Gy fraccionados, muy

dependiente del volumen irradiado

(mielitis transversa)

IAEA

Irradiación del embrión y feto

Aspectos sobre los efectos determinísticos

Período Dose (Gy)

Efecto

Pre-implantación

1 aborto

Organogénesis (15-55 dias)

0,1 malformación aborto

retraso temporal del desarrollo

Fetal / término 0,2 – 0,5 retraso mental retraso definitivo

del desarrollo

IAEA

Dosis uterinas en exámenes

radiológicos - mGy

Examen Dosis

RX del tórax 0,006

RX de abdomen 1,6

Pielograma IV 11,4

CT de abdomen 15

IAEA

Dosis uterinas en exámenes

radiológicos - mGy

¿Y los efectos

estocásticos?

Examen Dosis

RX del tórax 0,006

RX de abdomen 1,6

Pielograma IV 11,4

CT de abdomen 15