PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN MEDICINA NUCLEAR
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OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
PROTECCIÓN RADIOLÓGICA ENMEDICINA NUCLEAR
Parte 1.
Efectos Biológicos de laRadiación Ionizante
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 2
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.
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 3
Contenido
• Conceptos básicos, efectos celulares
• Efectos deterministas • Efectos estocásticos• Efectos en embrión y feto• Riesgos estimados
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Módulo 1.1
Conceptos básicos
Parte 1. Efectos Biológicos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 5
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
1911Primer informe de leucemia y cáncer de pulmón por exposición ocupacional
191194 casos de tumor informados en Alemania (50 de radiólogos)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 6
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.
Efectos de la exposición a la radiación
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 7
La exposición radiológica La exposición radiológica
afecta el centro de la vida: afecta el centro de la vida:
La célula.La célula.
Cromosomas
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 8
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 9
El blanco crítico: ADN
Esqueleto de azúcar-fosfato
Puentes de
hidrógeno
UNA VUELTA DE HÉLICE = 3,4 nm
Base
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 10
Interacción de la radiación ionizante con el ADN
ACCIÓN DIRECTAACCIÓN DIRECTA
Fotón
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 11
Daño del ADN
Alteración de la base
Simple o doble quebradura de
ligamento
Quebradura simple de ligamento
Sitio abásico
Lesión compleja
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 12
¡La radiación impacta el núcleo de la célula!
Sin cambio
Mutación del ADN
Exposición de la célula
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 13
Resultados tras la exposición de la célula
Mutación del ADN La célula sobrevive pero
mutada
¿Cáncer?
Célula muerta
Reparación de la mutación
Célula inviable
Célula viableAlteración de
la base
Quebradura simple de ligamento
Sitio abásico
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 14
¿Cómo se repara el ADN?Alteración de la base
Quebradura simple del filamento
Sitio abásico
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 15
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 sinperder la información genética
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 16
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.
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 17
… 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)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 18
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 19
Radiosensibilidad
Baja RS Músculo, hueso, sistema nervioso
Mediana RSPiel, organos del mesodermo (hígado, corazón, pulmones)
Alta RS
Médula ósea, bazo, timo, nodos linfáticos, gónadas, lente cristalino, linfocitos (excepción de las leyes de la RS)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 20
Efectos biológicos a nivel celular
Posibles mecanismos de muerte celular:
• Muerte física
• Muerte funcional– Muerte durante la
interfase
– Demora en la mitosis
– Falla reproductiva
Los efectos celulares de la radiación ionizante son estudiados por curvas de supervivencia celular.
% s
up
ervi
ven
cia
de
la c
élu
la (
sem
i lo
gar
itm
o)
Dosis
n = blancos
Dq
D0
(umbral)
(radiosensibilidad)
100%
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 21
• Físicos– LET (Transferencia lineal de energía):
RS– Tasa de dosis: RS– Temperatura RS
• Químicos– Aumento de la RS: OXÍGENO, drogas
citotóxicas.– Disminución de la RS: SULFURO
(cys, cysteamine…)
• Biológicos– Estado del ciclo:
RS: G2, M RS: S
– Reparación del daño (el daño sub-letal puede ser reparado p. ej. dosis fraccionadas)
G1
S
G2
M
G0
LET
LET% c
élu
las
s
ob
rev
ivie
nte
s
Factores que afectan la radio-sensibilidad
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 22
..... ..............
....
Låg LET
Hög LET
bajo LET
alto LETalto LET
bajo LET
Dosis absorbida
Fracción de sobrevida
LET (transferencia lineal de energía) es la cantidad de energía (MeV) que una partícula perderá al atravesar una cierta distancia (m) de un material.
Supervivencia de la celula - calidad de la radiación
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 23
Adaptado de Marco Zaider (2000)
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 24
Efectos directos
Efectosindirectos
Muerte celular
Daño primario
Célula modificada
Daño del órgano
Célulassomáticas
Células germinales
Efectos hereditarios
Leucemia cáncer
Muerte del organismo
Reparación
Efectos deterministas
Efectos estocásticos
Efectos biologicos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 25
Tiempos de eventos que guían a los efectos de la radiación
10-6
10-12
10-9
10-15
10-3
1 segundo
1 hora
1 día
1 año
100 años
1 ms
100
109
106
103
Deposición de energía
Excitación/ionización
Seguimiento inicial de la partícula
Formación de radicales.
INTERACCIONES FÍSICAS
INTERACCIONES FÍSICO QUÍMICAS
RESPUESTA BIOLÓGICA
EFECTOS MÉDICOS
Difusión, reacciones químicas
Daño inicial del ADN
Quiebre del ADN / daño de la base
Proceso de reparación Fijación del daño
Muerte celular
Promoción/ proceso completo
TeratogénesisCáncerEfectos hereditarios
Proliferación de células dañadas Mutaciones/transformaciones/aberraciones
TI
TIE
MP
O (
seg)
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Parte 1. Efectos biológicos
Módulo 1.2
Efectos deterministas
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 27
Efectos de la muerte celular
Dosis (mSv)
Probabilidad de muerte
D
100%
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 28
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FRECUENCIA
DOSIS ABSORBIDA
SEVERIDAD
Umbral de diagnóstico
Umbral de dosis
Individuos más Radio sensitivos
Individuos más Radio resistentes
Efectos deterministas
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 29
• Catarata de cristalinos 2-10 Gy
• Esterilidad permanente– Hombres 3.5-6 Gy
– Mujeres 2.5-6 Gy
• Esterilidad temporal– Hombres 0.15 Gy– Mujeres 0.6 Gy dosis
Severidad delos efectos
Umbral de dosis para efectos deterministas
Umbral de dosis para efectos deterministas
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 30
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 31
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 32
Efectos en la piel
• 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– Eritema: 1-24 horas después de la irradiación
de aproximadamente 3-5 Gy– Alopecia:
5 Gy es reversible20 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
Vista histológica de la piel
DERMIS
EPIDERMIS
Las células de la capa basal, altamente mitóticas, algunas de ellas con melanina, responsable de la pigmentación.
De “Atlas de Histologia...”. J. Boya
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 33
Efectos en la piel
Daño de la piel por exposiciónfluoroscópicaprolongada
HeridaUmbral 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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 34
Efectos en la piel
Manipulando jeringas sin blindaje y frascos que contengan material radiactivo el umbral de dosis para uneritema 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 correspondea 36 s por día de trabajo en el año.
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 35
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!
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 36
Efectos en los ojos
• Los cristalinos son altamente RS
• La coagulación de las proteínas ocurre con dosis mayores a 2 Gy
• Hay dos efectos básicos:
Obtenido del “Atlas de Histologia...”. J. Boya
Vista histológica del ojo:
El cristalino es altamente RS, más aún, está rodeado de células cuboides altamente RS.
Efecto
Sv de exposición
breve simple
Sv/anual por muchos
años
Opacidad detectable 0.5-2.0 > 0.1
Deteriorovisual (catarata)
5.0 > 0.15
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 37
Daño ocular
1= Opacidad posterior sub-capsular2= Opacidad paranuclear
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 38
Respuesta del cuerpo entero: adulto
Síndrome de irradiación aguda
Tie
mpo
de
supe
rviv
enci
a
Dosis
Pasos:1. Prodrómico2. Latencia3. Manifestación
Dosis letal 50/30SMO
(hematopoyético)
SGI(gastro
intestinal)SSNC
(sistema nervioso central)
1-10 Gy
10-50 Gy
> 50 Gy
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 39
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 40
Exposición de cuerpo entero
Dosis absorbida
(Gy)
Síndrome del tejido involucrado
Síntomas
1-10Síndrome de la médula ósea
Leucopenia, trombopenia, hemorragia, infecciones
10-50 GastrointestinalDiarrea, fiebre, desequilibrio electrolítico
>50Síndrome del sistema nervioso central
Retorcijones, temblor, ataxia, letargo, visión deteriorada, coma
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 41
Exposición de cuerpo entero
Dosis absorbida(Gy)
Terapia Prognosis Letalidad
1-10
• Transfusión sintomática de leucocitos y plaquetas
• Transplante de médula ósea
• Factores estimuladores del crecimiento
De excelente a incierto 0-90%
10-50 Paliativo Muy pobre90-
100%
>50 SintomáticoSin esperanza 100%
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Parte 1. Efectos biológicos
Módulo 1.3
Efectos estocásticos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 43
Efectos estocásticos de la radiación ionizante
Casos de Leucemia por 100 000
Población expuesta dentro de 2000m
Todo Japón Población no expuesta
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 44
Efectos estocasticos de la radiación ionizante
Consecuencia en la salud por el accidente de Chernobyl: 1800 niños diagnosticados con cáncer de tiroides (1998)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 45
Efectos estocasticos de la radiación ionizante
0
50
100
150
200
250
300
Nú
mer
o d
e ca
sos
Año
Cáncer de tiroides diagnosticado hasta 1998 entre chicos de 0-17 años al momento del accidente de
Chernobyl.
Belarus
Russian Federation
Ukraine
Total
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 46
Frecuencia (%)
10 20 30 40
Dosis absorbida (Gy)
10
5
0
Efectos genéticos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 47
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
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Parte 1. Efectos Biológicos
Módulo 1.4
Efectos en embrión y feto
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 49
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.
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 50
Incidencia de la muerte prenatal & neonatal, y anomalías
Hall, Radiobiología para radiobiólogos pág.365
Figura que muestra la incidencia de anomalías y de muerte prenatal o neonatal en ratones que recibieron dosis de 200R a diferentes días post-fertilización. La escala inferior muestra la correspondencia de la edad gestacional humana utilizando los estimados de Rugh.
Ratones
Humanos
Pre-implantación Organo-génesis Feto
AnomalíasMuerte prenatal
Muerte Neonatal
Días post-concepción
Porciento
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 51
Pre-implantación
Ovario
Corpus Luteum
Cavidad Uterina
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 52
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 53
Cortesía de los Drs. Herting y Rock
Fotomicrografía del estado de duplicación celular de un cigoto humano (x500)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 54
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
Menos El menor
Más riesgo
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 55
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 56
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 57
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 58
Efecto en embrión y feto
(%)
Categoría de dosis (Gy)
Incidencia
Todas las edades gestacionales
8-15 semanas
>16 semanas
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 59
EdadUmbral 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
Efectos en embrión y feto
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 60
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 61
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
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Parte 1. Efectos Biológicos
Módulo 1.5
Riesgos estimados
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 63
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 64
Hiroshima-NagasakiPacientes con
espondilitis anquilosante cancer cervicaltuberculosismastitistinea capitisagrandamiento de timotirotoxicosishemangiomas
y pueden venir más... ChernobilTecha riverSemipalatinskNevada……..
Información epidemiologica de
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 65
Población usada en los informes UNSCEAR
CaracterísticasSobrevivientes 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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 66
¿Cómo usar la información epidemiológica para estimar los riesgos por radiación a dosis bajas?
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 67
Curva dosis - respuesta
Frecuencia de leucemia (casos/1 millón)
Dosis equivalente (mSv)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 68
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 69
Años extra 1986-1990Ahora 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
Ultimas noticias del grupo de personas Hiroshima-Nagasaki
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 70
Riesgo por radiación
Modelo lineal-cuadrático
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOSIS ABSORBIDA
PR
OB
AB
ILID
AD
DE
CA
NC
ER
FA
TA
L
Observaciones
Efectos determinísticos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 71
¿Qué sucede con la dosis baja al final del gráfico?
a) Extrapolación linealb) Umbral de dosisc) Menor riesgo por dosis
para dosis bajasd) Mayor riesgo por dosis
para dosis bajas
Exposición a la radiación (Dosis)
Efectos c
onocidos
Efe
ctos
(R
iesg
o de
C
ánce
r)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 72
Bajas dosis: <0.2 Gy(Sv)Bajas tasas de dosis: < 0.1 Gy(Sv)/hora (ICRP)
0.1 Gy(Sv)/día (NCRP)
P = A·D + B·D2
P es la probabilidad de inducción de cáncer
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.
Curva “A”Pendiente δ
Curva “B”
Curva “C”Pendiente α
Pendiente α
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 73
Evidencia epidemiológica
1
10
100
1000
10000
0.1 1 10 100 1000 10000
Dosis (mGy)
Mu
erte
s p
or
cán
cer
/añ
o/1
M h
ab
Mortalidad natural por cáncer
Muertes adicionales de cáncer por causa de radiación
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 74
Cancer
inicioEstado
pre-cancerigeno
promoción
crecimiento
detección
metástasis
Elimination and repair
Periodo de latencia
Periodo de sufrimiento
Muerte,Tiempo de vida perdido
Eliminación y reparación
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 75
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 76
Variación de la incidencia de cáncer con el tiempo a partir de la bomba atómica
Otros tipos
de cáncer
Años tras la
exposición
Leucemia
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 77
Variación de la incidencia de cáncer con el tiempo a partir de la bomba atómica
Años después de la Bomba Atómica Detonación 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
Incremento observado
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 78
ICRP 60
Modelos de proyección temporal
Expresión de tiempos de vida, comparación de modelos de riesgo relativo y absoluto
Riesgo absoluto Riesgo relativo
Incidencia Incidencia
0 xo xo+l 90 0 xo xo+l 90
Incidencia tras la irradiación
Incidencia espontánea
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 79
Riesgos por la radiación
Efecto Población Periodo de exposición Probabilidad
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 Poblaciónque trabaja Edad 18-65 4 %/Sv
Detrimento de la salud
Total de la población
Tiempo de vida 7.3 %/Sv
Detrimento de la salud
Población que trabaja Edad 18-65 5.6 %/Sv
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 (edad a la exposición)
20
15
10
5
0
Masculino
Femenino
Riesgo (% / Sv) de inducción de cáncerpor edad a la exposición y por sexo
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 81
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.
Riesgo de morir de cáncer inducido por radiación, durante la vida = 5% por sievert
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 82
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.
Efectos a bajas dosis
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 83
NCRP, 1997
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%).
Incertezas en la estimación de riesgo de cáncer fatal (5% per Sv)
Coeficiente de riesgo durante el tiempo de vida (%/Sv)
0.00
1.20
2.75 5.50 8.258.84
11.0
0.000
0.007
0.013
0.020
0.027
Cuadro de Frecuencia 100 000 pruebas mostradasProbabilidad
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 84
Cuadro de sensibilidad de la influencia de los componentes de incertidumbres (población de todas las edades)
Incertidumbres en las estimaciones de riesgo de cáncer fatal
Medida de la contribución a la varianza
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)
de NCRP, 1997
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 85
Riesgos por radiación – Embrión y feto
Umbral de dosis
efectos deterministas50-100 mSv
Retardo mental 40% / Sv
Cáncer y leucemia
Antes de los 10 años
A lo largo de la vida
2% / Sv15% / Sv
Efectos hereditarios 1% / Sv
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 86
a) Efectos deterministas. Umbral ~ 0.1 Gyb) 30 IQ unidades medio: 8-15º semana; <30 IQ unidades medio: 16 – 25º semanac) Riesgo en el útero ~ riesgo < 10 años de edad
Tipos de efectos tras la irradiación en el útero
Tiempo tras la concepción
EfectoIncidencia normal en el recién nacido
Primeras tres semanas
No hay efectos deterministas o estocásticos en el recién nacido
-
3 – 8 semanasPotencial para malformación de órganos a)
0.06(1 en 17)
8 – 25 semanasPotencial para retraso mental severo b)
5 × 10-3
(1 en 200)
4ta semana al fin del embarazo
Cáncer en la niñez o en la vida adulta c)
1 × 10-3
(1 en 1000)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 87
Riesgos por radiación - embrión y feto
Dosis (mGy)
Efectos letales malformaciones
Retardo mental Cancer y leucemia antes de los 10 años
Cancer y leucemia a lo largo de la vida
1 nula →1×10-4 4×10-4 5×10-5 1.5×10-4 10 nula →1×10-3 4×10-3 5×10-4 1.5×10-3 50 nula →5×10-3 2×10-2 2.5×10-3 7.5×10-3
100 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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 88
Riesgo en una población embarazada no expuesta a la radiación medicinal
Aborto espontáneo > 15%
Incidencia de anomalías genéticas 4-10%
Retardo de crecimiento intrauterino
4%
Incidencia de malformaciones mayores
2-4%
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 89
Probabilidad de generar niños saludables en función de la dosis de radiación
Dosis al conceptus (mGy) sobre el fondo natural
Probabilidad de no malformación
Probabilidad de no cáncer (0-19 años)
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 90
Dosis aproximada que recibe el feto (cuerpo total - mGy) de estudios de medicina nuclear para embarazo temprano y tardío
ProcedimientoActividad
(MBq)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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 91
Dosis y riesgos para diferentes exámenes diagnósticos (intrauterino)
Exposición Dosis media fetal
(mGy)Enfermedad hereditaria
Cáncer fatal hasta edad de 14
Radiografía
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
TAC
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
Medicina nuclear
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 92
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 93
Escala de exposiciones a radiación
1
10
100
1000
10000
0,1 1 10 100 1000 10000
Dosis (mGy)
Mu
ert
e p
or
Cá
nc
er
/an
ua
l/1
M h
ab
natural cancer mortality
additional cancerdeaths due to radiation
Mortalidad natural por cáncer
Muertes adicionales por cáncer producto de la radiacción
Fondo anual TAC
GG ósea
Fracción típica de radioterapiaDosis correspondiente a:
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 94
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 95
Riesgos por radiación en examenes de rayos X
Examen Dosis en piel(mGy)
Dosis efectiva(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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 96
Riesgos por radiación en medicina nuclear
Examen RadiofármacoDosis
efectiva(mSv)
Riesgo(%)
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 97
Promedio anual de riesgo de muerte en el Reino Unido por accidentes industriales y por cáncer debido al trabajo con radiación
de L. Collins 2000
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 98
Comparación entre riesgos de trabajadores radiológicos y otros trabajadores
Tasa promedio de muerte 1989
(10-6/año)
Comercio 40
Manufactura 60
Servicios 40
Gobierno 90
Transporte 240
Construcción 320
Agricultura 400
Minas 430
Industrias seguras2 mSv/año (100 mSva lo largo de la vida)
Máximo nivel de exposiciónpermitido (20 mSv/año o1000 mSv a lo largo de la vida)
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 99
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
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 100
Disminución de expectativa de vida:
Hombre soltero 3500 díasHombre fumador 2250 díasMujer soltera 1600 días30% sobrepeso 1300 díasCáncer 980 díasTrabajador de la construcción 300 díasAccidente automovilístico 207 díasAccidente hogareño 95 díasTrabajo administrativo 30 díasAnálisis radiológico 6 días
Riesgos
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 101
¿¿Preguntas??
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 102
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.
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 103
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?
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 104
Discusión
Un paciente (radiobiólogo) quiere conocer el riesgo radiactivo que sufrirá en un análisis de flujo sanguíneo cerebral (1000 MBq Tc-99m).
¿Cómo responder?
IAEAParte 1. Efectos biológicos de la radiación ionizante 105
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.