Curso Alexander Hollaender

2013

Corría el año 1895 y las exploraciones médicas eran

realizadas mediante cirugías.

Una fractura no podía ser tratada de forma objetiva debido a la no visualización de la lesión.

La anatomía era estudiada en cadáveres y su estructura y fisiología no podría visualizarse en pleno dinamismo.

No se podía determinar la estructura del ADN.

Tampoco era posible determinar la teoría completa de la fisiología celular.

Hechos

Hechos

Y entonces: ¿Que pasaba antes?El oscurantismo de la Ciencia Médica y prueba –error

con fármacos.

Ocultismo.

Los Rx descubierto en 1895 por Wilhelm Röntgen.

La radiactividad es descubierta simultáneamente en 1897 por Henri Becquerel y Marie Curie.

Hechos

Las aplicaciones sufren la evolución del

entendimiento-años 50

Hechos

Las aplicaciones sufren la evolución del

entendimiento-años 2010

Hechos

Las aplicaciones sufren la evolución del

entendimiento-actual

Hechos

Pero no todo es positivo en los primeros años se

detectaron problemas de salud.

Hechos

Debido a accidentes y otras cosas!!!

Hechos

Radiaciones Ionizantes

¿Qué son las radiaciones Ionizantes?

Se llama RadiacionesIonizantes a aquellasemisiones de ondaselectromagnéticas opartículas cuyasenergías son capaces deproducir ionización enla materia con la cualinteractúa.

FOTON O Rx

ION + e-

Radiaciones Ionizantes

¿Todas las radiaciones ionizantes son iguales?

Las radiaciones ionizantesse caracterizan por supoder de ionización,penetración o atenuación, la deposición de energía,etc.

Radiaciones Ionizantes

¿Cuales son los tipos de Radiaciones Ionizantes?

Las podemos clasificar en dos grandes grupos: las partículas y las ondas electromagnéticas

Las partículas: cargas o no cargadas.

Las ondas electromagnética según su frecuencia: Rx o rayos gamma.

Radiaciones Ionizantes

Partículas Cargadas: Electrones

Protones

Iones con He++, llamada partícula alfa.

Partículas No cargadas: Neutrones Térmicos.

Neutrones Rápidos.

Neutrino.

¿Como interactúan con la materia?

Dependiendo del tipo de radiación, pero todas producen Ionización.

Se cuantifican mediante magnitudes como la TLE.

Los que poseen alta TLE como partículas alfa ionizan la materia de manera mas intensa, que los que poseen menor TLE.

Radiaciones Ionizantes

V0

m

Ec = mV02 /2 Ec = mV2

f /2

Vf

m

Ionización

+

-

Carga del átomo: cero

+ = -

Carga del átomo: positivo

+= -

Excitación: el átomo adquirió energía pero no

la suficiente para expulsar al electrón

Radiación de frenado

Desplazamiento del átomo

Choque elástico

Efecto Fotoeléctrico

Átomo blanco

Efecto Compton

Átomo Blanco

Producción de Pares

Átomo Blanco

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

ellos Radiólogos)

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 laradiación en la salud.

Efectos de la exposición a la radiación

Radiobiología

A principio de los años 50 , estudios dedifracción de Rx realizados por RisalindFranklyn y Maurice Wilkins mostraronque el acido desoxirribonucleico (ADN)es una macromolécula formada por doshélices.

En la década del 60 se describe elproceso de replicación del ADN comoun proceso en que se requieredesarrollar total o parcialmente lamolécula. Separar la hebras y que cadauna de ellas sirva como un molde.

Radiobiología

Errores en la replicación pueden traducirse comouna mutación (cambio de las secuencias de basenitrogenadas del ADN) y pude conducir aldesarrollo de las neoplasias.

El daño en el ADN se puede manifestar en esta etapade la célula, pero dicho daño también puede ocurriren la etapa de transcripción y respiración celular.

27

¿Porqué la exposición a radiaciones

afecta a la célula humana ?

Las

radiaciones

pueden

interaccionar

con las células

29

Cromosomas

30

El blanco crítico: ADN

Esqueleto de azúcar-fosfato

Puentes de hidrógeno

UNA VUELTA DE HÉLICE = 3,4 nm

Base

Interacción de la radiación ionizante con el ADN

Daño del ADNAlteración de la base

Simple o doble

quebradura de

ligamento

Quebradura simple

de ligamento

Sitio abásico

Lesión

compleja

35

¡La radiación

interacciona

en el núcleo

celular!

No hay cambios

Mutación del ADN

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

¿Cómo se repara el ADN?

Alteración de la base

Quebradura simple

del filamento

Sitio abásico

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 sin

perder la información genética

40

Deleciones Cromosómicas

Centrómero

Traza de radiaciónionizante

fragmentoacéntrico

41

Translocaciones Cromosómicas

Traza de radiaciónionizante

42

TEJIDONORMAL

Estrato de celulas diferenciadas

Célula dividiéndoseen el estrato basal Lamina

basal

Capilar

INICIACIÓN

Un evento iniciante crea una mutación en una de las células básales

DISPLASIA

Ocurren mas mutaciones. La célula iniciada ha ganado ventajas proliferantes Las células se comienzan a dividir rápidamente y se acumulan en el epitelio.

TUMOR BENIGNO

Mas cambios dentro de la línea de células proliferantes promueve el desarrollo pleno de un tumor.

TUMORMALIGNO

El tumor penetra a través de la lamina basal. Las células son irregulares y la línea celular es inmortal. Las células tienen una movilidad incrementada y son invasivas.

METÁSTASIS

Las células cancerosas atraviesan la pared de un vaso linfático o de un capilar sanguíneo. Ahora pueden migrar a través del cuerpo y sembrar nuevos tumores.

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 delcuerpo. Si asumimos que la masa de ADN es el 1%de la masa de la célula, el resultado será unaionización en la molécula de ADN en cada célula delcuerpo cada año.

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.

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

erv

ive

nc

ia d

e la

cé

lula

(s

em

i lo

ga

ritm

o)

Dosis

n = blancos

Dq

D0

(umbral)

(radiosensibilidad)

100%

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

so

bre

viv

ien

tes

Factores que afectan la radio-sensibilidad

.....

.....

.............

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

Adaptado de Marco Zaider (2000)

Patron de ionizaciónPatrón 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

Efectosdirectos

Efectosindirectos

Muerte celular

Daño primario

Célula modificada

Daño del órgano

Célulassomáticas

Célulasgerminales

Efectos hereditarios

Leucemia cáncer

Muerte delorganismo

Reparación

Efectos deterministas Efectos estocásticos

Efectos Biológicos

RADIOBIOLOGÍALey de Bergonie y Tribondeu

• Las células madres son masradiosensibles; cuanto masmadura es una célula, mejorresiste a la radiación.

• Las órganos y tejidos masjóvenes son los de mayorRADIOSENCIBILIDAD.

La radiosensibilidad depende del estado metabólico del

tejido irradiado.

RADIOBIOLOGÍALey de Bergonie y Tribondeu

• Cuando la tasa metabólica eselevada mayor es laradiosensibilidad.

• Al aumentar la tasa deproliferación celular y la tasade crecimiento de los tejidos,también lo hace laradiosensiblidad.

La radiosensibilidad depende del estado metabólico del

tejido irradiado.

Ley de Bergonie y Tribondeu

RADIOBIOLOGÍA

APLICACIÓN:

• Protección Radiológica.• Radiodiagnóstico:• El feto es el mas Radiosensible.

• Radioterapia:• Control tumoral.

Ley de Bergonie y Tribondeu

RADIOBIOLOGÍA

Protección Radiológica.

Condiciones relativas a los jóvenes

I.19. Ninguna persona menor de 16 años deberá estarsometida a exposición ocupacional.

I.20. No deberá permitirse a ninguna persona menor de18 años que trabaje en una zona controlada a no ser que lohaga bajo supervisión y exclusivamente con fines decapacitación.

Ley de Bergonie y Tribondeu

RADIOBIOLOGÍA

•Radiodiagnóstico:

RADIOBIOLOGÍA

Ley de Bergonie y

Tribondeu

Radioterapia:

RADIOBIOLOGÍALey de Bergonie y Tribondeu

Radioterapia:

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

Transferencia Lineal de Energía (TLE).

Eficacia Biológica Relativa (EBR).

Fraccionamiento – Protracción.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

Transferencia Lineal de Energía (TLE).

La capacidad de la radiación ionizantes paraproducir una respuesta biológica aumenta alhacerlo la TLE de la Radiación.

RADIOBIOLOGÍATransferencia Lineal de energía de varias

radiaciones.

Tipo de Radiación TLE ( KeV/micrómetro)

Rx de25 MeV 0,2

R gamma de Co-60 0,5

Electrones de 1 MeV 0,3

Rx de diagnostico 2

Protones de 10 MeV 4

Neutrones Rápidos 50

Partícula alfa de 5 MeV 100

Núcleos Pesados 1000

RADIOBIOLOGÍA

Eficacia Biológica Relativa (EBR).

Eficacia Biológica Relativa (EBR) es coeficienteque demuestra el efecto de la radiación adiferentes TLE.

omismoefectcD

DEBR

0

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN

LARADIOSENSIBILIDAD.

Protracción

Si se suministra una dosis de radiación duranteun periodo de tiempo largo en vez de hacerlorápidamente, su efecto será menor .

Dosis en forma continua a baja tasa de dosisprolongando el tiempo de aplicación, se diceentonces que es un fenómeno de protracción.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN

LARADIOSENSIBILIDAD.

Protracción

Ejemplo:

Dosis de 60 u suministrado durante 3 min. esletal para un ratón ,pero si son 60 u a 1 u/halcanza un valor de 60 u, el ratón sobrevive.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN

LARADIOSENSIBILIDAD.

Fraccionamiento

El fraccionamiento reduce los efectos letales ypermite la reparación y la recuperación de lostejido entre las dosis suministrada

Se aplica normalmente en oncología enRadioterapia, a los tumores.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES FÍSICOS QUE INFLUYEN EN

LARADIOSENSIBILIDAD.

Fraccionamiento – Protracción

Ejemplo:

Dosis de 600 u a una tasa de dosis de 60u/min.pero en doce fracciones iguales de 50u,separadas entre si por 24 h. ,el ratón sobrevive.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

Efecto del Oxigeno.

Edad.

Sexo.

Recuperación.

Agentes Químicos.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

• Efecto del Oxigeno.

Aeróbico: el tejido mas sensible a la radiación

Anoxia: el tejido es menos sensible a laradiación

omismoefect

A

D

DRPO

02

RADIOBIOLOGÍAFACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

• Efecto de la edad.

Debido a los cambios metabólicos y deproliferación celular can la edad laradiosencibilidad cambia.

RADIOBIOLOGÍAFACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

Efecto de la edad.

RADIOBIOLOGÍAFACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

• Efecto del Sexo.

Experimentalmente aunque noconcluyente, las mujeres pueden soportarde un 5 al 10 % mas de radiación que losvarones.

RADIOBIOLOGÍA

FACTORES BIOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LA

RADIOSENSIBILIDAD.

Recuperación.

• Las células humanas son capaces derecuperarse de los daños producidos porradiación

• El daño sobre la célula puede ser subletal o letal.

• La recuperación de un conjunto de células esdebida a la combinación de la reparación yrepoblación celular

Promedio anual de riesgo de muerte en el Reino Unido por accidentes industriales y por

cáncer debido al trabajo con radiación

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

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 seguras

2 mSv/año (100 mSv

a lo largo de la vida)

Máximo nivel de exposición

permitido (20 mSv/año o1000 mSv a lo largo de la vida)

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

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

Ejemplo: uso justificado de la CT Embarazada involucrada en accidente de automóvil

Cráneo

del feto

CostillasSangre

fuera del

útero

Dosis al feto de 20 mGy

INTERNATIONAL

COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION

Se le hizo una exploración TC de 3 minutos y fue

llevada al quirófano. Ella y su hijo sobrevivieron

Sangre libre

Desgarro renal de la aorta

(sin contraste dentro) Laceración esplénica

GRACIAS POR

LA ATENCIÓN