Efectos de la radiación sobre los seres vivos

EFECTOS DE LA RADIACIÓN
SOBRE EL ORGANISMO
Juan Manuel
Roldán Arjona
RADIACIÓN
¿QUÉ ES LA RADIACIÓN?
 La radiación consiste en la propagación
de energía en forma de ondas electromagnéticas o
partículas subatómicas a través del vacío o de un
medio material.
 A efectos de interacción con los tejidos vivos la
característica fundamental de la radiación es su
capacidad de ionizar.
 Ionización: salida de uno o más electrones de la corteza
del átomo.
 Radiación ionizante: aquella cuya energía es suficiente
para conseguir ionizar el medio.
CLASIFICACIÓN DE LA RADIACIÓN
 Radiación no ionizante.
 Su energía no es suficiente para provocar ionización.
 Radiación ultravioleta.
 Microondas.
 Radiación ionizante:
 Directamente ionizante.
 Partículas cargadas: Electrones, protones, partículas α, iones
pesados.
 Indirectamente ionizante.
 No produce por sí misma ionización.
 Libera partículas cargadas (ionización secundaria).
 Partículas neutras o fotones.
 Electromagnética: Rayos X y γ
 Neutrones.
CLASIFICACIÓN
Electrones
Radiación
Partículas
Partículas α
Primaria
Neutrones
Ionizante
Rayos X
Radiación EM
Rayos γ
Ultravioleta
No ionizante
Microondas
Secundaria
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Combinación de campos eléctricos y
magnéticos oscilantes que se propagan a
través del espacio transportando energía
de un lugar a otro.
Esta propagación de energía no necesita
ningún medio material. La radiación se
propaga también a través del vacío.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (REM)
DUALIDAD ONDA -CORPÚSCULO
 Este transporte de
energía tiene carácter
ondulatorio y se
caracteriza por varios
parámetros
relacionados entre sí:
 λ: longitud de onda (m).
 T: periodo (s).
 n : frecuencia (s -1 ,Hz).
 c = λ · n (en el vacío)

ESPECTRO CONTINUO DE LA REM
RADIACIÓN DE
MICROONDAS
RADIACIÓN DE MICROONDAS
Frecuencia entre 300 MHz y 300 GHz.
Radiación de muy baja energía (menor que la
energía térmica de las moléculas a T
ambiente).
 No es capaz de producir alteraciones directas
sobre los átomos y moléculas de los tejidos
Efectos térmicos: únicos reconocidos en la
legislación (y regulados).
Controversia sobre sus posibles efectos sobre
los procesos biológicos.
Efectos atérmicos: no demostrados.
Tema muy de actualidad por extensión en el
uso de tecnologías como la telefonía móvil
(850 a 1900 MHz) y redes WIFI (2.4 GHz).
RADIACIÓN DE MICROONDAS
REFERENCIAS
 Comisión Internacional de Protección contra las Radiaciones
No Ionizantes – ICNIRP, 2009
 "Http://www.icnirp.org/documents/StatementEMF.pdf"
 Organización Mundial de la Salud: Campos electromagnéticos
y salud pública: teléfonos móviles
 Nota descriptiva N°193
Mayo de 2010
 "http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs193/es/index.html"
 Organización Mundial de la Salud:
Los campos electromagnéticos y la
salud pública: Estaciones de base y tecnologías inalámbricas
 Nota descriptiva N°304
 "http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs304/es/index.html«
 National Cancer Institute:
Cell phones and cancer risk
 http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Risk/cellphones
RADIACIÓN
ULTRAVIOLETA
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
 No produce ionización
pero si excitación de
los electrones en la
corteza, o aumento de
la energía de vibración
y rotación de las
moléculas.
 Las sustancias
cromóforas presentan
picos característicos de
absorción en función de
la frecuencia.
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
Efectos biológicos:
 Ácidos nucleicos y proteínas ( sustancias cromóforas
para las λ del UV).
 Nivel molecular:
 Hidratación de las pirimidinas.
 Formación de dímeros.
 Nivel celular:
 Mutaciones.
 Muerte celular.
 Sobre todo en tejidos superficiales.
 Amplio poder como bactericida.
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
Clasificación según su longitud de onda
Nombre
Abreviatura Longitud de onda (nm) Energía por fotón (eV)
Ultravioleta cercano NUV
400 – 200
3,10 – 6,30
Onda larga
UVA
400 – 320
3,10 – 3,87
Onda media
UVB
320 – 280
3,87 – 4,43
Onda corta
UVC
283 - 200
4,43 – 6,20
Ultravioleta lejano
FUV, VUV
200 – 10
6,20 - 124
91,2 – 1
13,6 – 1240
Ultravioleta extremo EUV, XUV
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
 El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben entre el 97 y el
99% de la radiaciones UV de entre 150 y 300 nm, procedentes
del sol.
 La mayor parte de la radiación ultravioleta que llega a la
Tierra lo hace en las formas UV -C, UV-B y UV- A .
 UV-A.
 No es absorbida por el ozono.
 UV-B.
 Es absorbida casi totalmente por el ozono, aunque algunos rayos de este
tipo llegan a la superficie de la Tierra.
 Es un tipo de radiación dañina, especialmente para el ADN.
 Provoca melanoma y otros tipos de cáncer de piel.
 También puede estar relacionada, aunque esto no es tan seguro, con
daños en algunos materiales, cosechas y formas de vida marinas.
 UV-C.
 Este tipo de radiación es extremadamente peligroso, pero es absorbido
completamente por el ozono y el oxígeno.
EFECTOS PARA LA SALUD Y LOS SERES
VIVOS DE LAS RADIACIONES UV-B
 Daños genéticos.
 El 90% de los cánceres de piel se atribuyen a los rayos UV -B.
 Se supone que una disminución en la capa de ozono de un
1% podría incidir en aumentos de un 4 a un 6% de distintos
tipos de cáncer de piel.
 Daños en los ojos.
 La exposición a dosis altas de rayos UV puede dañar los ojos,
especialmente la córnea que absorbe muy fácil estas
radiaciones.
 A veces se producen cegueras temporales y la exposición
crónica se asocia con mayor facilidad de desarrollar
cataratas.
 Daños a la vida marina.
 Una de las mayores preocupaciones derivadas de la
formación del agujero de ozono de la Antártida ha sido ver la
influencia en el plancton marino del incremento de rayos UV
en los mares de la zona.
 Los organismos del plancton se concentran en la capa de
unos 2 metros próxima a la superficie oceánica y son
fundamentales en la cadena trófica.
 Algunos estudios han encontrado descensos en su
productividad de entre el 6 y el 12% en las 10 a 12 semanas
que coinciden con el agujero de ozono, lo que supone un
descenso medio del 2 o 4%, cantidad detectable, aunque no
catastrófica todavía.
RADIACIÓN IONIZANTE
RADIACIÓN IONIZANTE
INTERACCIÓN CON LA MATERIA
 Posee energía suficiente para producir ionizaciones
en el medio que atraviesa.
 La interacción con la materia tiene como
consecuencia la transmisión de toda o parte de la
energía que transporta la radiación.
 Los mecanismos de interacción con la materia
dependen del tipo de partícula:
 Partículas α.
 Electrones y positrones.
 Fotones (Rayos X y γ).
 Neutrones.
PARTÍCULAS ΑLFA
 Átomos de He doblemente ionizados (dos protones y dos
neutrones).
 Obtenidas a partir de:
 Reacciones nucleares.
 Desintegraciones radiactivas.
 Espontáneas.
 Provocadas con bombardeo de núcleos por otras partículas.
 Depositan su energía en una distancia muy corta:
 Fáciles de detener.
 Producen una gran densidad de ionización (gran daño).
ELECTRONES Y POSITRONES
 Obtención:
 Emisión radiactiva.
 Aceleradores de electrones.
 Electrones secundarios producidos por fotones X, γ.
 Si proceden del núcleo atómico se les denomina part. β.
 Penetración mucho mayor (100 veces) que la de las partículas
α de la misma energía.
 Más difíciles de detener.
 Producen menor densidad de ionización.
 Siguen trayectorias zigzagueantes.
 Producen rayos X al frenarse con los núcleos.
 Positrones: a bajas energías se aniquilan con un electrón,
produciendo dos fotones.
FOTONES (RAYOS X Y Γ)
 Ceden su energía a
electrones del medio que
son los que provocan las
ionizaciones.
 Atenuación de tipo
exponencial.
 Atraviesan grandes espesores
de material.
 Su probabilidad de
interacción depende de:
 Energía de los fotones.
 Número atómico y densidad
del medio.
NEUTRONES
 No tienen carga eléctrica. Partículas
indirectamente ionizantes.
 Interacción fundamental con núcleos atómicos.
 Elevada penetración en la materia.
 Penetración variable (sufren grandes desviaciones).
 Transferencia de energía máxima cuando choca
con partículas de igual masa a la suya.
 Materiales con alto contenido en H son muy eficaces en su
ralentización.
 Los protones liberados son los que provocan las
ionizaciones.
 Cuando alcanzan el estado de baja energía
(neutrones térmicos) son absorbidos por captura
nuclear (con emisión de radiación γ).
DISTANCIA DE PENETRACIÓN
MAGNITUDES Y UNIDADES

EFECTOS DE LA
RADIACIÓN IONIZANTE
SOBRE LOS SERES
VIVOS
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA
CÉLULA
 La unidad básica del organismo vivo es la célula.
 Los efectos biológicos de la radiación derivan del
año que ésta produce en la molécula de ADN,
localizada en el núcleo celular.
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA
CÉLULA
 La información del ADN es fundamental para
controlar las funciones celulares (proliferación,
diferenciación, etc.)
 La información contenida en el ADN se transmite a
las células hijas.
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA
CÉLULA
La radiación puede dañar el ADN de dos
formas:
 Directa: depositando su energía en esta molécula.
 Indirecta: a través de radicales libres.
Rayos X y γ: aproximadamente 65% efecto indirecto y 35% efecto
directo.
LESIONES RADIOINDUCIDAS EN EL ADN
 Las lesiones radioinducidas en el ADN son diversas:
roturas, cambios en las bases, uniones cruzadas, …
 En algunos casos, las lesiones en el ADN se
traducen en aberraciones cromosómicas.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESPUESTA
CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓN
Factores físicos:
 LET
 Tasa de dosis.
Factores químicos:
 Oxígeno.
 Radioprotectores.
Factores biológicos:
 Ciclo celular.
 Reparación.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
CARACTERÍSTICAS DE LOS EFECTOS
BIOLÓGICOS INDUCIDOS POR LA RADIACION
Efectos deterministas
Efectos estocásticos
Mecanismo
Lesión letal en muchas
células
Lesión sub-letal en una o
pocas células
Naturaleza
Somática
Somática o hereditaria
Gravedad
Depende de la dosis
Independiente de la dosis
Sí
No
Lineal - cuadrática
«Lineal»
Corto – medio plazo
Largo plazo
Dosis umbral
Relación dosis - efecto
Aparición
EFECTOS
DETERMINISTAS
EFECTOS DETERMINISTAS
A NIVEL TISULAR
RESPUESTA A CUERPO ENTERO
ADULTO
 Síndromes por irradiación aguda a cuerpo entero.
EFECTOS DE IRRADIACIONES
PRENATALES
 La radiosensibilidad disminuye con el tiempo
trascurrido desde la concepción.
 Se producen tres tipos de efectos:
 Letales
 Malformaciones congénitas.
 Efectos muy tardíos (cáncer y efectos hereditarios).
EFECTOS ESTOCÁSTICOS
EFECTOS ESTOCÁSTICOS
 Se producen tras exposición a dosis moderadasbajas.
 Consecuencia del daño sub-letal (mutación) en una o
pocas células.
 La probabilidad de que ocurran aumenta con la dosis
recibida.
 La gravedad del efecto es independiente de la dosis
recibida.
 No existe dosis umbral para que se produzcan.
 Pueden ser de naturaleza somática o hereditaria.
EFECTOS ESTOCÁSTICOS
 SOMATICOS: afectan a la salud de la
persona irradiada, principalmente:
 Distintos tipos de cáncer :
 Leucemia con más frecuencia, con periodos de 2 a
5 años hasta su manifestación.
 Pero también de colon, pulmón, estómago, …
 HEREDITARIOS: afectan a la salud de los
descendientes de la persona irradiada.
 Mutaciones que causan malformaciones de
distintos tipos.
 No se ha demostrado relación de causalidad
en humanos, pero sí en animales y plantas de
laboratorio.
ESTIMACION DE
RIESGOS DE LA R.I.
ESTIMACIÓN DE RIESGOS
 Datos epidemiológicos:
 Supervivientes de Hiroshima y Nagasaki.
 Personas expuestas en accidentes nucleares.
 Personas sometidas a exposiciones médicas.
 Población expuesta a la radiación natural.
 Trabajadores expuestos en la industria.
 Apoyados con datos experimentales de laboratorio
con animales y plantas.
 La mayor parte de los datos válidos corresponden a
irradiaciones con altas dosis, altas tasas de dosis y
baja LET.
 Información escasa sobre bajas dosis a baja tasa.
FACTORES
DE RIESGO
PARA LOS
TEJIDOS
Riesgo de
contraer
c á n c e r, a l o
largo de la
vida, por cada
100 000
personas
ex p ue s t a s a
una dosis única
d e 0 .1 G y.
( N a c i o n al
Re s e a r c h
C o u n c il 2 0 0 5 ) .
B E I R V I I Re p o r t
FACTORES
DE RIESGO
PARA LOS
TEJIDOS
Riesgo de
m o r t a l id a d p o r
c á n c e r, a l o
largo de la
vida, por cada
100 000
personas
ex p ue s t a s a
una dosis única
d e 0 .1 G y.
( N a c i o n al
Re s e a r c h
C o u n c il 2 0 0 5 ) .
B E I R V I I Re p o r t
PROPORCIÓN DE CÁNCERES ATRIBUIBLES A
DIFERENTES AGENTES
Agente
Porcentaje de todos los cánceres
Mejor estimación
Rango
Tabaco
31
29-33
Alcohol
5
3-7
Dieta
35
20-60
Hormonas naturales
15
10-20
Infecciones
10
5-15
Ocupación
3
2-6
Medicamentos, prácticas médicas
1
0.5-2
Radiación electromagnética
8 (?)
5-10
Radiación ionizante (85% radiación natural)
4.5
Radiación ultravioleta
2.5
Radiación de baja frecuencia
<1
Productos industriales
<1
Contaminación
2
< 1-4
Otros
?
?
Doll, R. (1996) Risk of cancer attributable to industry with special reference to the effects of ionising radiation, The Hazards Forum, No 1B January, 2-3.
EFECTOS NO CONVENCIONALES.
HORMESIS
 Respuesta adaptativa: Una dosis muy baja de radiación puede
reducir los efectos biológicos producidos por dosis más altas
recibidas con posterioridad
 Se produce por activación de
mecanismos de reparación tras
exposición a una dosis muy baja
(dosis condicionante).
 La respuesta adaptativa podría
ser el resultado de un mecanismo
general de respuesta celular
frente al daño.
 Por precaución, los organismos
internacionales dedicados a la
protección radiológica o a la
promoción de la energía nuclear
(ICRP, OIEA , NEA , UNSCEAR, etc.)
utilizan el Modelo lineal sin
umbral.
FUENTES DE
RADIACIÓN IONIZANTE
FUENTES DE RADIACIÓN IONIZANTE
World Nuclear Assocition.
Nuclear Radiation and Health Efects. June 2010
COMPARACIÓN DE DOSIS Y SUS EFECTOS
World Nuclear Assocition.
Nuclear Radiation and Health Efects. June 2010
2 mSv/año
1.5 to 2.0 mSv/año
2.4 mSv/año
Hasta 5 mSv/año
9 mSv/año
10 mSv/año
20 mSv/año
50 mSv/año
100 mSv/año
350 mSv/toda la vida
1,000 mSv acumulada
1,000 mSv dosis única
5,000 mSv dosis única
10,000 mSv dosis única
Radiación de fondo típica experimentada por la población (promedio de 1,5 mSv Australia, 3
mSv en América del Norte).
Promedio de dosis a los mineros de uranio australianos, descontando el fondo y las
exposiciones médicas.
Dosis media de empleados en EE.UU. de la industria nuclear.
Dosis adicional típica para las tripulaciones en las latitudes medias.
Exposición del personal de aerolínea con vuelos de Nueva York - Tokio, ruta polar.
Dosis máxima real de los mineros de uranio australianos.
Límite actual (promedio) para los empleados de la industria nuclear y los mineros de uranio.
Límite anterior para empleados de la industria nuclear. También es la tasa de dosis que
se deriva de los niveles de fondo naturales en varios lugares en Irán, India y Europa.
Nivel inferior para el que cualquier aumento en el cáncer es claramente evidente. Por
encima de este, la probabilidad de ocurrencia de cáncer (en lugar de la gravedad)
aumenta con la dosis.
Criterio para la reubicación de las personas después del accidente de Chernobyl.
Probablemente podría causar un cáncer mortal, muchos años después, en 5 de cada
100 personas expuestas a ella (es decir, si la incidencia normal de cáncer fatal fueron un
25%, esta dosis podría aumentarlo al 30%).
Provoca (temporalmente) enfermedades por radiación, tales como náuseas y disminución
del recuento de glóbulos blancos, pero no la muerte. Por encima de éste, la gravedad de la
enfermedad aumenta con la dosis.
Mataría a la mitad de las personas que la reciban, en menos de un mes.
Mortal en pocas semanas.
Dosis anuales medias y rangos de dosis individuales de radiación ionizante por fuente (mSv).
UNSCEAR 2008 Report.
Fuentes naturales de
radiación
Dosis media
anual
(mundial)
Rango típico de dosis individuales
Comentarios
Fuentes naturales de radiación
Inhalación
(gas radón)
1.26
0.2 – 10
La dosis es mucho mayor en algunas viviendas
Externa terrestre
0.48
0.3 – 1
Dosis mayores en algunos lugares
Ingestión
0.29
0.2 – 1
Radiación cósmica
0.39
0.3 – 1
La dosis aumenta con la altura
Total natural
2.4
1 - 13
Grupos considerables de población reciben entre 10 y 20 mSv
Fuentes artificiales de radiación
Diagnóstico médico
(no terapia)
0.6
Atmosférica por
pruebas nucleares
0.005
Exposición
ocupacional
0.005
~0 - varias decenas
Aún se dan dosis más altas en lugares
cercanos a las pruebas
0 – 20
Accidente de
Chernobiil
0.002
En 1986, la dosis promedio en más de
300000 trabajadores que intervinieron fue
cercana a 150 mSv; y más de 350000
personas recibieron dosis mayores de 10
mSv.
Ciclo del combustible
nuclear (exposición
del público)
0.002
Dosis de hasta 0.02 mSv para grupos
críticos a 1 km de algunas centrales
nucleares.
0.6
Desde esencialmente 0 hasta varias
decenas
Total artificial
Los promedios para diferentes niveles de asistencia sanitaria
varían entre 0.03 y 2.0 mSv: Promedios en algunos países son
mayores que los de la radiación natural; las dosis individuales
dependen de los exámenes concretos.
El promedio ha caído desde un pico de 0.11 mSv en 1963
La dosis promedio a todos los trabajadores es 0.7 mSv. La mayor
parte de la dosis promedio y las exposiciones más altas se
deben a radiación natural (concretamente al radón de las minas)
El promedio en el hemisferio norte ha decaído desde un máximo
de 0.04 mSv en 1986. Las dosis en tiroides fueron mucho
mayores.
Las dosis individuales dependen principalmente de exposiciones
médicos, exposición ocupacional y proximidad a lugares de
accidentes o pruebas nucleares.
SISTEMA DE
PROTECCIÓN
RADIOLÓGICA
BASES DE LA PROTECCIÓN RADIOLÓGICA
 En 1977, la ICRP hace pública su recomendación nº 26 en la que
se establece un sistema de protección radiológica basado en
tres principios básicos:
Justificación.
Optimización.
Limitación de dosis .
 Este sistema de protección radiológica fue refrendado y
reforzado en las nuevas recomendaciones de la ICRP:
 ICRP 60 1990.
 ICRP 103 2007.
 Las recomendaciones establecidas en la publicación nº 60 de la
ICPR fueron recogidas en la Directiva 96/29/ Euratom, de 13 de
mayo de 1996, y quedan reflejadas en el Reglamento de
Protección Sanitaria contra las Radiaciones Ionizantes de 6 de
julio de 2001 .
APLICACIÓN DE LAS R.I.
A LOS SERES HUMANOS
RADIOLOGÍA
 Aprovecha la distinta atenuación que sufren los rayos X en
función de la densidad y el nº atómico de los tejidos con los
que interacciona.
 Los fotones que no son
atenuados por el
paciente interaccionan
con el sistema de
imagen…





Película (obsoleta).
Intensificador de imagen.
Sistema CR
Sistema digital directo.
TAC
 … produciendo la
imagen radiológica.
MEDICINA NUCLEAR
 Inyección de radiofármacos (fármaco transportador +
un isótopo radiactivo).
 Detección de la radiación emitida por el paciente con
distintos sistemas de imagen.
 Reconstrucción de la imagen, proporcionando información
funcional (funcionamiento de los órganos) y molecular
(alteraciones moleculares).
 Gammacámara planar.
 SPECT :
 Tomografía Computarizada por Emisión de Fotones Individuales
 Realiza reconstrucciones tridimensionales del paciente.
 PET:
 Usa como radiofármaco un compuesto con 18 F (emisor de
positrones).
 Sólo tiene en cuenta para la imagen los fotones generados en el
mismo instante y dirección y en sentidos opuestos.
RADIOTERAPIA
 Aplicando radiación ionizante sobre las células tumorales se
consigue su destrucción o la reducción de su capacidad
proliferativa.
 Mediante el fraccionamiento se consigue limitar los efectos
adversos sobre los tejidos sanos (reparación) sin pérdida de
eficacia terapéutica.
 Hay cuatro factores que potencian la eficacia del
fraccionamiento:
 Reparación: actúa con más eficacia en las células de los tejidos
sanos que en las tumorales.
 Reoxigenación: hace más radiosensible al tejido tumoral hipóxico.
 Redistribución: las células tumorales, tras la irradiación tienden a
sincronizarse en las fases más resistentes del ciclo celular.
 Repoblación: mayor en los tejidos sanos, bien organizados que en los
tumorales mal oxigenados y nutridos.
MODALIDADES DE RADIOTERAPIA
 Radioterapia externa:
 Haces procedentes de fuentes radiactivas o aceleradores de
partículas que se hacen incidir desde el exterior sobre el paciente.
 Tecnologías y tipos de radiación muy variados.
 Braquiterapia:
 Introducción de fuentes radiactivas dentro del paciente en contacto
directo con el tumor.
 En cavidades naturales: endocavitaria, itraluminal.
 Mediante inserción de agujas dentro del tumor: intersticial.
 Aplicación superficial.
 Terapia metabólica y radioinmunoterapia:
 Ingestión o inyección de fármacos con gran afinidad a las células
tumorales, o anticuerpos marcados con isótopos radiactivos emisores
de partículas α o β.
RADIOTERAPIA
EFECTOS DE LA RADIACIÓN
SOBRE EL ORGANISMO
Juan Manuel
Roldán Arjona
PROPAGACIÓN ONDULATORIA DE LA REM
TASA DE DOSIS
MECANISMOS DE RAPARACIÓN
FASE DEL CICLO CELULAR
 Radiosensibles:
 G2
 M
 Radioresistente:
 S
GAMMAGRAFÍA
SPECT
PET