Efectos Biolgicos De Las Radiaciones IonizantesDr. Rodrigo Jaimovich Medicina Nuclear

Temario Introduccin Efectos Biolgicos Dao gentico Dao por sistemas

Sndrome de Irradiacin Agudo

Introduccin Radiacin: fenmeno fsico en el cual la energa viaja a travs del espacio Electromagntica: slo E Emisiones de partculas: masa y E

La propiedad de un tomo de ser radiactivo, est dada por el grado de estabilidad nuclear A mayor n msico, mayor inestabilidad (A 209 todos radiactivos) Exceso relativo de protones o neutrones: tendencia a mantener estabilidad liberando energa o partculas: radiactividad

Tipos de radiacionesElectromagntica: Partculas subatmicas

Radiacin Electromagntica Radiacin sin masa que se propaga a la velocidad de la luz en forma de ondas Su E es proporcional a su frecuencia Partcula cargada crea a su alrededor un campo elctrico de intensidad decreciente con la distancia y al estar en movimiento, crea adems un campo magntico Unidad: fotn (cantidad mnima de E que se puede emitir)

Introduccin Ionizacin: cambios que se producen en un material que interacta con una radiacin ionizante. Produccin de partculas y molculas cargadas elctricamente

Introduccin Radiaciones ionizantes: Ondas electromagnticas de muy alta frecuencia E suficiente para producir ionizacin y romper enlaces moleculares

Radiaciones no ionizantes: Ondas de menor frecuencia E no capaz de romper enlaces

Espectro ondas electromagnticasIonizantes

Origen radiaciones ionizantes

Radiacin

Ondas electromagnticas y partculas

Interaccin materia viva

Efectos biolgicos vs Dao

Efectos biolgicos de radiacin ionizante Se deben a la energa absorbida por las clulas y tejidos. Unidades correspondientes en el sistema internacional (S.I.) Exposicin: Rentgen (R) Dosis absorbida: Gray (Gy) Dosis equivalente: Sievert (Sv) Actividad: Becquerel (Bq)

Exposicin Medida de la ionizacin producida por una radiacin: Rentgen Exposicin recibida por 1Kg de aire en condiciones estndar de P y T si se produce un nmero de pares de iones equivalente a 2.58 x10- 4 Coulombs. El R deposita diferentes cantidades de E segn el material que la reciba

Dosis absorbida E depositada por unidad de masa Independiente del tipo de material Unidad: Gray (antiguo rad) 1 Gy = 1 Joule/Kg 1 rad = 0.01 J/Kg 1 Gy = 100 rad

Dosis equivalente La dosis absorbida produce efectos distintos segn el tipo de radiacin Se introdujo un factor de calidad Q para cada tipo de radiacin y que es = 1 para rayos X y Gamma Dosis equivalente: dosis absorbida x Q Unidad: Sievert (Sv) Antiguo: Rem (rad x Q) Lmite profesionales ocupacionalmente expuestos:

50 mSv/ao

Tasa (o razn) de dosis Para controlar los riesgos por radiacin es necesario conocer la rapidez a la cual se recibe la dosis Razn de dosis (D/t): se divide la dosis recibida (D) entre el intervalo de tiempo (t) correspondiente La dosis total recibida = a la razn de dosis x el tiempo de exposicin. D= (D/T) t Ej: si una fuente radiactiva produce a una cierta distancia una razn de dosis de 1 mSv/ hr y una persona permanece en esa posicin durante 8 h, D = 8 mSv

Resumen Unidades

Efectos biolgicos por radiaciones Efecto biolgico: la exposicin a ondas electromagnticas causa un cambio fisiolgico detectable en un sistema biolgico. Efecto adverso: el efecto biolgico no es compensado y deriva en algn tipo de detrimento de la salud.

Efectos biolgicos de las radiaciones A altas dosis de radiacin estn bien estudiados y documentados A bajas dosis menos conocidos Personal profesionalmente expuesto Poblacin general Cancergenos y genticos

Pueden ser Tempranos: 1as semanas Tardos: aos o dcadas despus

Efectos biolgicos de las radiaciones

Dosis letal media: Dosis a la cual 50% individuos irradiados mueren = 4 Sv (400 rem) (promedio al cuerpo total)

Efectos crnicos de la radiacin Induccin tumores y defectos genticos. Leucemia, Ca pulmn, Ca mama, Ca tiroides, Ca gstrico, Hepatocarcinoma, Tu seos, Ca vejiga y otros Perodo de latencia > 10 aos para Tu con excepcin de leucemia (Dosis acumulativas significativo incidencia Tu)

Alt genticas generalmente reparadas eficientemente

Efectos genticos parecen ser pequeos y se estima que doblar n mutaciones requiere exposicin aguda de 2 Gy o crnica de 4 Gy.

Tipos de Efectos Biolgicos

Genticos

Somticos

Estocsticos

Determinsticos

Efectos biolgicos por radiaciones Efectos no estocsticos o Determinsticos La severidad del efecto aumenta con la dosis, y tiene dosis umbral Para dosis pequeas no habr efectos clnicamente detectables. Luego se hacen evidentes, hasta llegar a situaciones de gravedad. Efectos estocsticos: No tienen una dosis umbral (ni existe dosis mnima) Probabilidad de ocurrencia con la dosis recibida y tiempo de exposicin

Probabilidad de efectos para la salud (casos de muerte por 1000 personas)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO QUE INDICA LOS EFECTOS DE LAS RADIACIONES SOBRE LA SALUD

20

10

1

10

100

Dosis equivalente media de radiacin (rem) por persona

200

MODELO DE LOS EFECTOS DE LAS RADIACIONES QUE PUEDEN VARIAR CON DOSIS DE BAJO NIVEL(riesgos de cncer)

Efectos

dc a b

Bajos niveles de dosis (0,0-0,1 Gy)

Exposicin a las radiaciones (dosis)

Efectos de radiaciones ionizantes A nivel molecular: Accin directa: directamente sobre las molculas Accin indirecta: formacin radicales libres

Blanco biolgico: Clulas en fase mittica DNA, cromosomas cidos nucleicos

Efectos de la radiacin en las clulas Membranas: alteraciones de permeabilidad: Interrupcin del ciclo celular, hasta la lisis. Citoplasma: ionizacin del agua y formacin de radicales libres qumicamente inestables. Ncleo: alteraciones genes y rotura de cromosomas. Mitosis defectuosa. En clula germinal el dao ser hereditario.Propiedades destructivas de la radiacin pueden ser beneficiosas. La radioterapia busca eliminar tejidos malignos en el cuerpo aplicndoles altas dosis de radiacin, con inevitable dao a rganos sanos cercanos

Mecanismos de daoDao directo: Ionizacin de molculas como enzimas o cidos nuclicos.

Dao indirecto: La radiacin induce ionizacin del agua y formacin de radicales libres, los que se combinan con O2 intracelular para formar nuevos radicales libres. El DNA es la estructura celular ms sensible al dao por radiaciones. Directo: 33% Indirecto: 67%

Accin directaPuede causar deleciones, sustituciones y/o rotura de las cadenas de DNA. Si el dao no es reparado correctamente: anormalidades en cromosomas, que pueden resultar en incapacidad de repararse por si mismo.

LEY DE BERGONIE Y TRIBONDEAU (1906)Las clulas son ms radiosensibles cuando

Son menos diferenciadas

Tienen mayor actividad proliferativa

1 Radiosensibilidad durante el ciclo celularLos cromosomas son particularmente radiosensibles durante la mitosis.

5

Sntesis protenas 7 Replicacin DNA. 6 8 y RNA.

RS intermedia

S precoz RS intermedia. S tarda < RS.

Preparacin 9 para divisin nuclear. RS aumenta.

En fase M, el mayor grado de RS

Dao letal: Formacin de anillos

Dao letal: Formacin de puentes durante anafase

Dao letal: Formacin cromosomas dicntricos:

Dao no letal: Traslocacin

Mecanismos de dao DNA

Rotura doble hebra DNA

2da rotura ocurre antes de ser reparada la 1era. Cromosoma aberrante.

Dao no letal: Delecin

RUPTURA DE CADENASUna dosis de 1 Gy de baja LET (Ej: fotones X o gamma)

1000 rupturas simples (SSB)30 a 40 rupturas dobles (DSB) por clula DAO INICIALUnas horas despus: queda slo un % mnimo de ese dao...

DAO RESIDUAL

Efectos a nivel ocularUMBRALES

1 Gy (agudo) o 4 Gy fraccionado: catarata estacionariaEl cristalino es la estructura ms radiosensible del ojo

Con dosis mayores: catarata progresiva que puede evolucionar hacia la ceguera

Organos de la reproduccinUMBRALESEsterilidad temporal 2-6 Gy (agudo)

Esterilidad permanente 3-10 Gy (agudo)

El ovario es el rgano ms radiosensible del aparato reproductor femenino

(Rango muy amplio porque es muy dependiente de la edad: nmero de folculos)

Organos de la reproduccinUMBRALES

Esterilidad temporal 0.15 Gy (agudo) Esterilidad permanente 6 Gy (agudo)

El testculo es el rgano (se expresa a los 50 das ms radiosensible del en el espermograma) aparato reproductor masculino (y del organismo)

Sistema respiratorioEl pulmn es el rgano ms radiosensible(*) del trax. DL50 por irradiacin aguda: 8-10 Gy Neumonitis aguda intersticial: tos, fiebre, Rx con opacidades difusas. Puede evolucionar hacia la fibrosis pulmonar meses despus (insuficiencia respiratoria)(*) neumonocitos tipo 2 y endotelios vasculares

Sistema cardiovascularSi bien el corazn no es muy radiosensible, dosis agudas >20 Gy o dosis fraccionadas >60 Gy pueden inducir derrame pericrdico y pericarditis constrictiva.El endotelio de los vasos sanguneos es radiosensible. La disfuncin endotelial juega un rol importante en la injuria tarda radioinducida en rganos (endarteritis obliterante)

Sistema digestivoEl intestino delgado es el rgano ms radiosensible del tubo digestivo: efectos tempranos (erosiones, lceras, alteracin de la absorcin, diarrea) y tardos (fstulas, obstrucciones)El hgado es la ms radiosensible de las glndulas anexas al tubo digestivo (Dosis de Tolerancia: 30 Gy fraccionados). Glndulas salivales: xerostoma, dolor, tumefaccin, aumento de amilasemia

Sistema urinarioEl rin es el rgano ms radiosensible del sistema urinario (Dosis de Tolerancia: 25-30 Gy fraccionados).

La estenosis ureteral puede ser una como complicacin de la radioterapia.

Sistema nerviosoEl cerebro posee en una regin muy radiosensible en elhipotlamo (girus dentado), con stem cells activas que inducen neurognesis durante toda la vida.

Dosis bajas (1 a 2 Gy) alteran el trazado del EEG y puedeninducir trastornos funcionales.

Altas dosis (> 55 Gy fraccionados): necrosis, alteraciones dela memoria y aprendizaje.

Mdula espinal: Dosis de tolerancia 40 Gy fraccionados, muy dependiente del volumen irradiado (mielitis transversa)

Hueso y cartlagoSon ms radiosensibles en los nios ( > 20 Gy fraccionados pueden inducir retardo del crecimiento) En adultos dosis fraccionadas de > 65 Gy pueden inducir osteonecrosis. An con dosis menores: susceptibilidad al trauma e infeccin y retardo en la consolidacin de fracturas.

Efectos en el feto Con bajas dosis de radiacin Gran cantidad de clulas en proliferacin Muy radiosensible Depende de la dosis y de la edad gestacional 1er trimestre: aborto 3er trimestre: retardo crecimiento, microcefalia, retardo mental, malformaciones esquelticas

PERIODO FETAL TEMPRANOEl retraso mental severo (RMS) es el efecto ms importante. Semanas 8 a 15 e.g. : 40 % por Gy. Umbral : 100-200 mGy Semanas 16 a 25 e.g. : 10 % por Gy Umbral: 500 mGy

DESPLAZAMIENTO DEL CI

Fraccin correspondiente al retraso mental radioinducido

x

Fraccin correspondiente a retraso mental en una poblacin no expuesta a R.I.

IQ=100

CI: se desplaza 21 a 33 ptos/Gy entre la semana 8 y 15 e.g. Ef. determinstico cuyo umbral se sita entre 0,12 y 0,20 Gy

Sndrome de radiacin agudo Siempre la misma secuencia de eventos Fase inicial Perodo latencia Enfermedad manifiesta Punto final

Sndrome de radiacin agudoLocales: eritema o necrosis de la piel, cada del cabello, necrosis de tejidos internos, esterilidad temporal o permanente, regeneracin anormal de tejidos (epitelio TGI, mdula sea roja) o alteraciones funcionales del sistema nervioso.

Sndrome de radiacin agudo Exposicin de cuerpo total > 1 Gy.(Dosis aprox 2,5 Gy provocar la muerte 50% de personas expuestas en 60 das)

Conjunto de sntomas debidos a la exposicin de cuerpo total o una gran porcin de l a la radiacin. Sntomas: nuseas, vmitos, anorexia, prdida de peso, fiebre y hemorragia intestinal. Segn su periodo de latencia, los efectos se han clasificado en agudos y diferidos.

Sndrome radiacin agudo Las clulas ms sensibles a la radiacin son: - hematopoyticas - germinales: oogonia, espermatogonia - clulas intestinales de la cripta - clulas epidrmicas - linfocitos Las clulas relativamente sensibles son: - endoteliales, espermatoctica y ovoctica.

Sndrome de radiacin agudo Sd. Prodrmico Sd. Hematopoytico Sd. Hematopoytico-gastrointestinal Sd. Gastrointestinal Sd. neurolgico

Sndrome prodrmico A dosis subletales (< 2 Gy) Recuperacin en 48 horas Efectos tempranos: Eritema, fiebre, vmitos, astenia, diarrea, calambres

Efectos tardos: Ictericia, cada cabello, dolor cuero cabelludo

Sndrome hematopoytico Dosis > 2 Gy Parte con prdromos Latencia: 3 semanas asintomtico Luego: anemia, petequias, prpura, infeccin y ulceraciones orales, hipertensin Recuperacin luego de la 8 semana

Sd. Hematopoytico-gastrointestinal Dosis entre 5 a 7 Gy Prdromo ms severo Latencia ms corta Importantes y graves sntomas gastrointestinales asociados a infeccin Potencialmente letal

Sndrome Gastrointestinal Dosis > 7 Gy Fase prodrmica severa Latencia muy corta Hemorragias, nuseas, vmitos, diarrea, disentera, anorexia, letargia, deshidratacin Muerte por infeccin y deshidratacin y sepsis antes de aparecer alteraciones de la MO

Sndrome Neurolgico Dosis > 10 Gy Prdromo severo e inmediato Prcticamente sin latencia Somnolencia, cefalea, convulsiones, coma, diarrea, alteraciones en regulacin trmica Muerte en pocos das.

RADIOLESIONES (1a. Fase)

RADIOLESIONES (2a. Fase)

ResumenLa radiacin de alto nivel energtico produce ionizacin. Accin directa e indirecta sobre el DNA produce Roturas simples y dobles de la hebra del DNA. Aberraciones cromosmicas letales. Traslocaciones y deleciones no letales.

Activacin oncogenes, prdida de genes supresores.Iniciacin, promocin y progresin. CANCER