INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA Cuando la

Radiobiología
Estudia la secuencia de eventos después de
la absorción de energía de la radiación
ionizante, el esfuerzo del organismo para
compensar los efectos de la absorción de
energía y el daño que produce al organismo.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE
LA RADIACIÓN
• La composición del cuerpo humano tiene su
base última en los átomos y es a ese nivel
donde interacciona la radiación.
• La composición atómica del cuerpo humano
muestra que más del 85% del organismo esta
formado por hidrógeno (60%) y oxígeno
25%).
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA
RADIACIÓN
• La interacción de la radiación a nivel atómico
se traduce en cambios moleculares, que
pueden producir a su vez un defecto en el
crecimiento y metabolismo anormales de la
célula.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA
RADIACIÓN
• Cuando la radiación interacciona con una
célula se poducen ionizaciones y excitaciones ,
estas pueden ser directamente con el ADN
(acción directa) o con el agua de la célula
(acción indirecta).
INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA
CÉLULA
Cuando la radiación ionizante interacciona con una
célula se producen ionizaciones y excitaciones ya
sea en las macromoléculas biológicas (p. ej. el DNA)
o bien en el medio en el que están suspendidos los
orgánulos celulares (p.ej. el agua, H2O).
La acción de la radiación sobre la célula se puede
clasificar en directa o indirecta según el lugar en el
que se produzcan esas interacciones
INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA
CÉLULA
La acción directa ocurre cuando una partícula
ionizante interacciona y es absorbida por una
macromolécula biológica como el DNA, el RNA,
las proteínas, las enzimas o cualquier otra
macromolécula de la célula.
El daño se produce por la absorción directa de
energía y por la subsiguiente ionización de una
macromolécula biológica de la célula.
INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA
Comparada con la acción directa, la acción
indirecta implica la absorción de radiación
ionizante por el medio en que están suspendidas
las moléculas.
La
molécula
de
la
célula
que
media
fundamentalmente en la acción indirecta es el
agua (H2O).
El proceso que se lleva a cabo para producir
daño por radiación en un organismo biológico
es complejo y normalmente se considera en
cuatro etapas:
I)Etapa física.
Puede tardar del orden de 10-16 seg. Y en la
cual la absorción de la radiación por una
molécula ocasiona un deposito de energía y
causa ionización .
En el agua el proceso da como resultado la
producción de una pareja de iones ( H2O-, H2O+).
Esto se produce a través de la reacción siguiente:
H2O  H2O+ + eEl electrón libre (e-) es capturado por otra
molécula de agua, formando el segundo ion:
H2O – e-

H2O-
ii) El etapa físico –química.
tarda alrededor de 10-6 seg. En la cual los dos
iones producidos en las reacciones anteriores
son inestables y se disocian (se rompen)
rápidamente al interactúan con otras moléculas
de agua dando nuevos productos (otro ion y un
radical libre), por ejemplo, el ión positivo se
disocia:
H2O+

H+ - OH
H2O-

OH- - H
El resultado final de la interacción de la
radiación con el agua es la formación de un par
de iones (H+, OH-), y de radicales libres (H y OH).
Los dos primeros iones, los cuales están
presentes también en agua ordinaria, no toman
parte en subsecuentes reacciones.
Los otros dos productos, H y OH, que tienen
un electrón no apareado, son químicamente
muy activos.
Otros productos de la reacción es peróxido de
hidrógeno H2O2 (agua oxigenada) el cual es un
agente altamente oxidante:
OH + OH

H 2O 2
iii) La etapa química, tarda unos cuantos
segundos, tiempo en el cual los productos de
la reacción interactúan con importantes
moléculas orgánicas de la célula.
Los radicales libres y agentes oxidantes
pueden atacar las moléculas mas complejas
que forman los cromosomas .
Pueden por ejemplo atacar por si mismas a una
molécula o causar uniones en grandes cadenas
de moléculas y después romperse.
iv) Etapa biológica en la cual la escala de
tiempo puede variar de decenas de minutos a
decenas de años dependiendo de los
síntomas particulares.
Los
cambios
químicos
discutidos
anteriormente pueden afectar una célula
individual en un número de formas
diferentes por ejemplo pueden resultar en:
a) Muerte temprana de la célula.
b) Retardo o en la división de la célula, o
c) Una modificación permanente la cual
es heredada a las células hijas.
INTERACCIONES BIOLÓGICAS DE LA
RADIACIÓN
• La interacción de la radiación con la célula es
una función de probabilidad, aún en el caso
de haber interacción esta puede o no
producir daño.
• La interacción no es selectiva, es decir la
radiación no “elige” ninguna zona de la
célula.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA
RADIACIÓN
• Las células entonces pueden ser afectadas de
diferente formas:
• Muerte temprana.
• Retardo en la división celular.
• Modificaciones permanentes que son heredas
a las células hijas.
INTERACCIONES BIOLÓGICAS DE LA
RADIACIÓN
• Los efectos de la radiación no son únicos, no
se pueden distinguir de los daños producidos
por otros agentes.
• Los cambios biológicos se producen después
de cierto tiempo de latencia.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA
RADIACIÓN
• El proceso no es irreversible , en todas las
fases de la secuencia de daño es posible la
reparación y repoblación celular.
• Las moléculas dañadas pueden ser
normalizadas por enzimas reparadoras, las
células y los tejidos se pueden regenerar y
recuperar después del daño por radiación.
RADIOSENSIBILIDAD CELULAR
Los efectos biológicos de la
radiación depende de:
• Dosis
• Tasa de dosis
• Fraccionamiento
• Tipo de radiación
• Tipo de células
EFECTOS DE LA RADIACION
Dosis altas
Dosis bajas
Deterministicos
Estocasticos
CLASIFICACIÓN DE EFECTOS
EFECTOS ESTOCÁSTICOS
Son aquellos en donde la probabilidad de que
ocurra depende de la dosis, no tienen umbral y el
efecto no depende de la dosis.
EFECTOS DETERMINANTES
(NO ESTOCÁSTICOS)
Son aquellos en donde la gravedad del efecto
depende de la dosis, se presentan a dosis muy
altas y tienen umbral
CLASIFICACIÓN DE EFECTOS
EFECTOS SOMÁTICOS
Son los que se presentan en la persona expuesta a las
radiaciones
EFECTOS HEREDITARIOS
Son aquellos que se presentan en los descendientes de
las personas expuestas a las radiaciones
EFECTOS
ESTOCÁSTICOS
CÁNCER. Puede ser de varios tipos: piel, hueso, tiroides,
médula ósea y del tejido conectivo.
El tiempo de latencia es de por lo menos 10 años.
Sin embargo su exposición en útero se han observado
leucemias después de 2 a 4 años posterior a la exposición.
CAMBIOS DEGENERATIVOS. La radiación puede reducir
la capacidad regenerativa de los tejidos, por lo tanto impedir su
funcionamiento normal. Estos efectos se han demostrado en
hueso, piel, pulmón, riñón y tracto gastrointestinal.
EFECTOS
ESTOCÁSTICOS
ACORTAMIENTO DE LA VIDA. No demostrado en
forma concluyente en humanos.
CATARATAS. Se presenta después de varios años. Se
puede presentar a dosis entre 500 y 1000cGy.
La
norma establece un límite de 150mSv al año para el
cristalino.
EFECTOS TERATOGÉNICOS. En exposición a fetos
puede haber retardo metal y microcefalia
EFECTOS
ESTOCÁSTICOS
ESTERILIDAD. Esterilidad temporal
o
permanente en humanos se puede presentar en una
sola exposición a gónadas entre 200 y 800cGy
EFECTOS GENÉTICOS. Se han encontrado
mutaciones en animales y plantas, en seres
humanos no hay evidencias definitivas
Ejemplo de efectos
estocásticos
•
•
•
•
Leucemia
Distintos tipos de cáncer
Desordenes hereditarios
Alteraciones en el desarrollo de
embriones y fetos por irradiación prenatal
Leucemia
Cáncer de piel
RADIOSENSIBILIDAD
CELULAR
• Las células mitóticas no diferenciadas son
las más sensibles.
• Por ejemplo la esterilidad se produce
porque los espermatogenias inmaduros del
tipo A (células madres: mitóticas no
diferenciadas) son destruidos
por la
radiación, lo que da como resultado
disminución
en la producción de
espermatozoides maduros.
RIESGO DE CANCER INDUCIDO POR
RADIACIÓN
Casos 106/mSv
EFECTO
TEJIDO EN RIEGO
HOMBRE
MUJER
Leucemia
Médula ósea roja
3
3
Cáncer de mama
Mama
---
5
Cáncer de pulmón
Pulmón
2
2
Cáncer de tiroides
Tiroides
1
1
Sarcoma en hueso
Cédula de la sup. del hueso
0.5
0.5
Cáncer de hígado
Hígado
1
1
Otros tipos de
cancer
Restos de tejidos
3
3
Total
Cerpo entero
10.5
10.5
Efectos
tempranos
radiación.
de
la
Los efectos tempranos de la
radiación
son aquellos que
ocurren en el periodo de pocas
horas hasta
pocas
semanas
después de una exposición aguda
a la radiación
Efectos tempranos de la radiación.
Esta es una exposición alta recibida en pocas
horas. Los efectos son debidos a la reducción
de la población de la células en algunos
órganos del cuerpo debido al aniquilamiento
y al retardo en la división de las células.
Los efectos principales son atribuidos a daño
en la medula ósea, tejido gastrointestinal o
neuromuscular dependiendo de la dosis
recibida.
Los niveles de exposición tanto
para trabajadores como para el
público que resultan del trabajo
en aplicaciones industriales y
médicas de los rayos X están muy
por abajo de los niveles que
inducirían efectos tempranos.
Tal cantidad de dosis solamente
puede ser recibida en los eventos
como accidentes nucleares.
Sin
embargo,
las
dosis
bajas
recibidas en operaciones normales
pueden causar efectos dañinos a
largo plazo.
Efectos tardíos
Fue evidente en los primeros años del
siglo XX que los grupos de gente tales
como radiólogos y sus pacientes,
quienes estuvieron expuestos a dosis
relativamente altas de radiación,
mostraron una incidencia alta de
ciertos tipos de cáncer que los grupos
que no habían estado expuestos a
radiación.
Efectos tardíos
Recientemente, estudios detallados de
poblaciones expuestas a la radiación
de las bombas atómicas, expuestos a
radioterapia y de grupos expuestos
ocupacionalmente,
particularmente
minas de uranio, han confirmado la
capacidad de la radiación para inducir
cáncer.
El cáncer es una sobreproliferación de
células en un órgano del cuerpo, se
cree que el cáncer puede resultar del
daño en el sistema de control de una
célula en particular, provocando que se
divida más rápidamente que una célula
normal.
Este defecto se transmite a las células
hijas de tal manera que la población de
células
anormales
fortalece
el
detrimento de las células normales en
el órgano.
La estimación del incremento del
riesgo de cáncer es complicado por el
largo y variable periodo latente, que
va de 5 a 30 años o más, entre la
exposición y la aparición del cáncer.
Además. por el hecho de que el cáncer
inducido por radiación no es normalmente
distinguible
de
aquel
que
resulta
espontáneamente.
Sin embargo, en los niveles relativamente
altos
de
exposición
de
los
grupos
mencionados se pueden hacer algunas
estimaciones.
La extrapolación de estos riesgos estimados
debido a altas dosis a muy bajos niveles de
dosis
como
los
que
se
encuentran
normalmente en la medicina, introduce mayor
incertidumbre.
De lo anterior podemos decir que no puede
ser excluido el hecho de que hay un umbral
de dosis bajo del cual no hay riesgo de
cáncer inducido por radiación.
Sin embargo, esto es imposible de demostrar
y generalmente se acepta que la única
practica útil en protección radiológica es
suponer que cualquier dosis, no importa que
tan pequeña sea, acarrea cierto riesgo.
Esta suposición de una relación lineal forma
la base del sistema de limitación de dosis
recomendado por la ICRP.
Un efecto tardío de la radiación para el
POE que labora en Radiología es la
formación de cataratas en el cristalino.
En este caso parece que existe un umbral
de dosis debajo del cual las cataratas no
pueden producirse.
Este es del orden de 10 Sv, por lo que
limitando la dosis de tal forma que la
dosis total al cristalino en toda la vida
productiva del trabajador esté bajo de este
valor, la posibilidad de la formación de
cataratas debida a la radiación, se puede
evitar.
La norma establece un límite de 150mSv
al año para el cristalino.
Radiosensibilidad
Los efectos dependen del área corporal
expuesta y de la distribución de la dosis en el
interior del organismo.
La radiosensibilidad indica la mayor o menor
afectación celular de los diversos tejidos bajo
la acción de las radiaciones ionizantes.
Leyes de Bergonie
y Tribondeau
Una célula es más radiosensible:
 Cuanto
mayor
reproductiva
sea
su
actividad
 Cuantas más divisiones deba realizar para
adoptar una forma y funciones definitivas
Leyes de Bergonie
y Tribondeau
 Cuanto menos diferenciadas estén.
 Los linfocitos son un caso excepcional,
pues éstos son muy radiosensibles a pesar
de su gran especialización.
Clasificación de tejidos según
su respuesta
 Tejidos de respuesta tardía:
 Poca capacidad de división y alta capacidad de
reparación: riñón, pulmón, hígado
 Toxicidad tardía
Clasificación de tejidos
según su respuesta
Tejidos de respuesta aguda
 Rápida proliferación y poca capacidad de
reparación: médula ósea, epidermis y mucosa
intestinal
 Toxicidad aguda
 Tumores: División incontrolada
Dosis fetales por estudios de Radiodiagnóstico
Data from the UK, 1998
Examination
Abdomen
Chest
Mean (mGy)
Maximum (mGy)
1.4
4.2
<0.01
<0.01
Intravenous urogram; lumbar
spine
1.7
10
Pelvis
1.1
4
<0.01
<0.01
Skull;
thoracic spine
Dosis fetales aproximadas por procedimientos de
fluoroscopía y tomografía computada.
Data from the UK, 1998
Examination
Barium meal
(UGI)
Dose
Barium enema
Mean (mGy)
1.1
6.8
Maximum (mGy)
5.8
24
Head CT
<0.005
<0.005
Chest CT
0.06
1.0
Abdomen CT
8.0
Pelvis CT
25
49
80
http/www.fda.gov.cdrh/rsnaii.htlm
Riesgos por radiación al Feto.
 Los riesgos relacionados con la radiación a través
del embarazo, están relacionados con la dosis
absorbida y la etapa del embarazo
 Estos riesgos son mas significativos durante la
organogenesis y en el periodo temprano de
embarazo , un poco menor en el segundo
trimestre y mucho menos en el tercer trimestre.
Malformaciones Inducidas por Radiación
 Las Malformaciones tienen un umbral de 100-200
mGy o más alto y están asociadas tipicamente con
problemas en el sistema nervioso central
 Dosis al Feto de 100 mGy no se alcanzan aún con 3
estudios de pelvis con CT o 20 exámenes
convencionales de radiodiagnóstico.
 Estos niveles solo se pueden alcanzar con
procedimientos intervencionistas de pelvis guiados
con fluoroscopia y con radioterapia
Efectos en el sistema nervioso Central
 De la 8-25 semana post-concepcion el SNC es
particularmente sensible a la radiacion
 Dosis Fetales superiores a 100 mGy pueden resultar
en alguna reduccion del IQ (coeficiente
intelectual)
 Dosis Fetales alrededor de1000 mGy pueden
resultar en retraso mental severo y microcefalea,
particularmente de la 8-15 semana y en menor
grado de la 16-25 semana
¿PREGUNTAS?
José Gerardo Gutiérrez Castillo
[email protected]