Curso de protección radiológica para dirigir instalaciones de rayos

BABES ERRADIOLOGIKORAKO
TREBAKUNTZA-HITZALDIA (II atala)
SESIÓN DE FORMACIÓN EN
PROTECCIÓN RADIOLÓGICA (parte II)
Pablo Mínguez Gabiña
Erradiofisika eta Babes Erradiologikorako Unitatea
FUNDAMENTOS DE RADIOBIOLOGÍA
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
-Inicios de la radiobiología
•1895 Röentgen descubre los rayos X.
•1896 Bequerel descubre la radioactividad.
•1897 el matrimonio Curie descubre el radio.
•~1900 Marie Curie acuña el término radioactividad.
Desde los primeros años los nuevos materiales
radioactivos fueron utilizados en tratamientos contra
el cáncer.
Durante los primeros años aparece una radioeuforia.
Radioactividad –la chispa electrofisiológica de la vida
Posteriormente la radioeuforia disminuye.
-Aparecen casos de osteoradionecrosis mandibular en trabajadoras
(chicas del Radio) que pintaban las esferas de los relojes con Ra226, al chupar los pinceles que utilizaban.
-La muerte del atleta Eben M. Byers por consumo de grandes
cantidades de Radithor debido a una lesión de hombro causa
alarma social.
Después de la segunda guerra mundial y las bombas de
Hiroshima y Nagasaki, comienza la radiofobia, pero…
¿Son bajas dosis de radiación perjudiciales?
Hórmesis de la radiation (también llamada homeostasis
de la radiación) es la hipótesis de que bajas dosis de
radiación ionizante (justo por encima de los niveles
naturales de radiación) son beneficiosos y estimulan la
activación de los mecanismos de reparación que protegen
contra enfermedades, los cuales no están activados en
ausencia de radiación ionizante.
Escala temporal de los efectos de la radiación ionizante:
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN
CON LA CÉLULA
Los efectos biológicos de la radiación derivan del daño que ésta
produce en la molécula del ADN, localizada en el núcleo celular.
La radiación puede dañar el ADN de forma:
-directa, depositando su energía en esta molécula.
-indirecta, a través de radicales libres formados al interaccionar la
radiación con moléculas de agua de la célula.
De los daños causados por los rayos X y la radiación gamma, el
35% son daños directos y el 65% son daños indirectos.
LESIONES RADIOINDUCIDAS EN EL ADN
Las principales lesiones causadas al ADN por la radiación
ionizante son:
-Roturas de la cadena del ADN.
Simples. Rotura de una sola cadena. 1000 roturas por cada
Gy en cada célula.
Dobles. Rotura de las dos cadenas dela doble hélice del
ADN. 50 roturas Gy por cada en cada célula.
-Alteración de bases. Consiste en la pérdida de una o más bases, la
modificación química de alguna de ellas y la ligadura entre dos
bases contiguas, formando dímeros. 1000 roturas por cada Gy en
cada célula.
-Daño múltiple localizado. Combina una o más roturas dobles de
cadena, con un número variable de roturas simples de cadena,
lesiones de bases y azúcar.
MECANISMOS DE REPARACIÓN
Los principales mecanismos de reparación de las lesiones causadas
al ADN por la radiación ionizante son:
-Reparación por escisión de base (BER), para alteración de bases,
roturas de cadena simples, y ciertos tipos de daño múltiple
localizado no asociado a roturas de cadena dobles.
-Unión de extremos no homólogos (NHEJ), para roturas de cadena
dobles.
-Recombinación homóloga (HR), para ciertos tipos de daño
múltiple localizado asociado a roturas de cadena dobles.
PRIMEROS ESTUDIOS RADIOBIOLÓGICOS
Importancia de la dosis. La primera variación en tejido sano debida
a los efectos de la radiación fue publicada en 1936 y describía la
telangiectasia. Se observó que a partir de una cierta dosis los efectos
empezaban a aparecer.
Importancia del tiempo (Efecto tasa de dosis). El efecto de la
radiación es muy diferente si se recibe en un intervalo de tiempo
corto o en un intervalo de tiempo muy largo. Salvo raras excepciones
(efecto inverso de tasa de dosis) el efecto será más perjudicial según
disminuye el intervalo de tiempo.
Importancia del volumen. A medida que aumenta el volumen
irradiado aumenta la toxicidad causada por la radiación.
FACTORES QUE INFLUYEN LA RESPUESTA
CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓN
La respuesta celular a la radiación está influida por:
-factores físicos (tasa de dosis, LET,…)
-factores químicos (oxígeno, grupo SH)
-factores biológicos (ciclo celular, reparación, proliferación)
Factores físicos
-Tasa de dosis.
Fracción de
supervivencia
Según aumenta la tasa de dosis
la fracción de supervivencia
celular disminuye.
Dosis
-LET (transferencia lineal de energía).
Fracción de
supervivencia
Dosis
Las radiaciones con una mayor
LET causan un daño mayor.
Factores químicos
-Efecto del oxígeno. El oxígeno al combinarse con los radicales
libres produce un aumento de la vida media de estos y aumenta el
efecto de la radiación. Es decir, el oxígeno es un potente
radiosensibilizante. Existen medicamentos que intentan aumentar el
nivel de oxígeno en tumores en los tratamientos de radioterapia.
-Las moléculas que contienen el grupo SH (sulfhidrilo) pueden dar
un átomo de hidrógeno que contribuye a reparar los efectos de la
radiación.
Fracción de
supervivencia
Factores biológicos.
-Ciclo celular. Las fases del ciclo celular son: G0, G1, Síntesis, G2 y
Mitosis. La célula es más radiosensible cuando está en las fases G2 y
Mitosis.
-Reparación. Después de una irradiación entran en funcionamiento los
mecanismos de reparación celular que intentar reparar el daño causado
por la radiación.
Dosis
-Proliferación. Después de una irradiación aparecen mecanismos de
proliferación celular en periodos de tiempo diferentes para distintos
tejidos.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
Radiación ionizante (acción directa o indirecta).
Daño al ADN
Daño subletal
Daño letal
Mecanismos de reparación
Muerte celular
Efecto determinista
Daño
letal
Célula
transformada
Efecto estocástico
Célula
normal
CARACTERÍSTICAS DE LOS
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
Efectos deterministas
Efectos estocásticos
Mecanismo
Lesión letal de
muchas células
Lesión subletal de
una o pocas células
Naturaleza
Somática
Somática o hereditaria
Gravedad
Dependiente de
la dosis
Independiente de
la dosis
Si
No
Lineal
Lineal-cuadrática
Dosis umbral
Relación
dosis-efecto
Aparición
Corto-medio plazo
Largo plazo
EFECTOS DETERMINISTAS : NIVEL TISULAR
Los efectos deterministas a nivel de tejido vienen determinados por:
-Sensibilidad inherente de las células individuales.
-Cinética de la población como conjunto, i.e. organización del tejido.
La organización de los tejidos del organismo puede ser:
Jerárquica
(Sistema hematopoyético)
Flexible
(Endotelio)
Radiosensibilidad
Células
cepa
Células en
proliferación y
maduración
Diferenciación
Células
funcionales
maduras
Células diferenciadas
con potencial proliferativo
Proliferación
Diferenciación
EFECTOS DETERMINISTAS : NIVEL TISULAR
Tejido
Efecto
Periodo de
Dosis
latencia
umbral (Gray)
Dosis efectos
severos (Gray)
Causa
Sistema
Infecciones
2 semanas
hematopoyético
Hemorragias
Sistema
Inmunosupresión
Algunas
Inmunológico
Infección sistémica
horas
Sistema
Deshidratación
1 semana
gastrointestinal
Desnutrición
Piel
Escamación
3 semanas
0.5
2.0
0.1
1.0
2.0
5.0
Lesión del epitelio
intestinal
3.0
10.0
Testículos
Esterilidad
2 meses
0.2
3.0
Ovarios
Esterilidad
< 1 mes
0.5
3.0
Pulmón
Neumonia
3 meses
8.0
10.0
Cristalino
Cataratas
> 1 año
0.2
5.0
Tiroides
Deficiencias
metabólicas
Encefalopatías
Mielopatías
< 1 año
5.0
10.0
Daño en la
capa basal
Aspermia
celular
Muerte interfásica del oocito
Fallos en la
barrera alveolar
Fallos en la
maduración
Hipotiroidismo
15.0
30.0
Sistema
nervioso central
según dosis
Leucopenia
Plaquetopenia
Linfopenia
Demielinización
y daño vascular
EFECTOS DETERMINISTAS
EN INDIVIDUO ADULTO
En los individuos adultos, tras irradiación aguda se produce lo que
se conoce como el síndrome de la irradiación, que dependiendo de la
dosis se denomina :
Síndrome
Dosis (Gray)
Prodrómica
Etapa
Latencia Enfermedad
manifiesta
Infecciones
hemorragias
anemia
Muerte (d)
Médula ósea
3-5
Pocas
horas
Pocas
semanas
Gastrointestinal
5-15
Pocas
horas
2-5 días Deshidratación
desnutrición
infecciones
10-20
SNC
> 15
Minutos
Pocas
horas
1-5
Convulsiones
ataxia, coma
30-60
EFECTOS DETERMINISTAS
EN INDIVIDUO EN DESARROLLO
Los efectos en el feto se observan tras exposiciones a dosis
relativamente bajas de radiación ionizante.
La elevada sensibilidad del feto a los efectos de la radiación es
debida a que es un sistema altamente proliferativo, con muchas
células indiferenciadas.
Los efectos de la radiación en el embrión son:
-Muerte embrionaria, fetal o neonatal.
-Malformaciones congénitas.
Los efectos dependen del momento de gestación en el que tiene lugar
la irradiación.
EFECTOS DETERMINISTAS
EN INDIVIDUO EN DESARROLLO
Periodo de gestación
Riesgo principal
Dosis (miliGray)
Inicio del embarazo
Aborto espontáneo
1000
Malformaciones en el feto
500
Semana 2
Semana 8
Retraso mental
Semana 15
Semana 26
Fin del embarazo
Riesgo similar al adulto
400
EFECTOS ESTOCÁSTICOS
Se producen tras exposición a dosis moderadas-bajas.
Consecuencia de daño subletal (mutación) en una o pocas células.
La probabilidad de que ocurran, pero no la gravedad, aumenta con
la dosis recibida.
No existe dosis umbral para estos efectos.
Pueden ser de naturaleza somática o hereditaria.
El principal efecto estocástico somático inducido por radiación
ionizante es el cáncer.
LÍMITES DE DOSIS
DOSIS EFECTIVA
DOSIS EQUIVALENTE
(CUERPO)
CRISTALINO PIEL
EXTREMIDADES
100 mSv en 5 años
TRABAJADORES sin superar 50 mSv
en un año (20 mSv
EXPUESTOS
por año en
promedio)
PÚBLICO
1 mSv por año
(excepcionalmente
puede superarse
con menos de 5
mSv en 5 años)
150
mSv
500
mSv
500
mSv
15
mSv
50
mSv
50
mSv
GARANTIA DE CALIDAD
CONTROL DE CALIDAD
LEGISLACIÓN Y NORMATIVA APLICABLE AL
USO DE LAS RADIACIONES IONIZANTES
En toda práctica con radiaciones ionizantes y de acuerdo a la
legislación vigente es necesario que exista un programa de
garantía de calidad, donde entre otras cosas se detallen los
procedimientos de trabajo y también es necesario que se realicen
los controles de calidad pertinentes al equipamiento.
De entre la legislación aplicable a las practicas con radiaciones
ionizantes se pueden destacar los siguientes documentos:
•RD 1836/1999 sobre instalaciones nucleares y radiactivas.
•RD 1891/1991 sobre instalación y utilización de aparatos de
rayos X con fines de radiodiagnóstico médico.
•RD 1841/1997 sobre criterios de calidad en medicina nuclear.
•RD 1566/1998 sobre criterios de calidad en radioterapia.
•RD 1841/1997 sobre criterios de calidad en radiodiagnóstico.
•RD 783/2001 sobre protección sanitaria contra radiaciones
ionizantes.
http://csn.ciemat.es/MDCSN/