efectos biologicos radiaciones ionizantes

INTERACCION DE LA

RADIACION CON EL MEDIO

BIOLOGICO

EFECTOS BIOLOGICOS DE LAS RADIACIONES

IONIZANTES

12/08/09

Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes derivan del daño que éstas producen en la estructura química de las células, fundamentalmente en la molécula de ADN.

ADN

Es el material genético de casi todos los organismos, controla la herencia.

Formado por 2 cadenas complementarias de nucleótidos, enrollados entre sí formando una doble hélice que se mantiene unida por enlaces de H+.

Nucleótido formado por: un azúcar (desoxirribosa), una base nitrogenada (A-T, C-G) y un grupo fosfato.

Gen: es una secuencia de ADN, que constituye la unidad fundamental, física y funcional de la herencia.

CELULA NUCLEO

CROMOSOMA

ADN

ADN

RADIACION

EFECTO INDIRECTO

RADICALES LIBRES

LESION DEL ADN

DEPOSITO DE

ENERGIA

EFECTO DIRECTO

RADIACION

ABERRACIONES CROMOSOMICAS

ABERRACIONES CROMOSOMICAS

RADIOSENSIBILIDAD

CELULA DIFERENCIADA

Especializada funcional y morfológicamente

CELULA INDEFERENCIADA

Tiene pocas características morfológicas y funcionales especializadas

Misión: división, para mantener el tamaño de su propia población y reemplazar las células que se van perdiendo

RADIOSENSIBILIDAD(Ley de Bergonie y Tribondeau)

Es la sensibilidad que tienen los diferentes tejidos y las células a las radiaciones ionizantes.

Los tejidos y órganos más sensibles a las radiaciones son los menos diferenciados y los que tienen alta actividad reproductiva.

Muy radiosensibles: linfocitos, linfoblastos, espermatogonias y mieloblastos.

Relativamente radiosensibles: mielocitos, epidermis, células de criptas intestinales.

De radiosensibilidad intermedia: endotelio, osteoblastos, espermatocitos.

Relativamente radiorresistentes: granulocitos, espermatozoides.

Muy radiorresistentes: fibrocitos, condrocitos, miocitos y neuronas.

CICLO CELULAR

CICLO CELULAR Constituido por:

Fase M (división celular; reparto del material genético nuclear)

Mitosis: división del núcleo. Pro-, meta-, ana- y telofase

Citocinesis: división del citoplasma Interfase: G1, S y G2

GAP 1: crecimiento celular y síntesis de proteínas y ARN

S – Síntesis: replicación del ADN GAP 2: inicia la división celular

PARAMETROS PARA COMPARAR LA

RADIOSENSIBILIDAD

Muerte Mitótica: pérdida de la capacidad de proliferación celular

Muerte en Interfase: muerte celular antes de entrar en mitosis

Retraso Mitótico: Indice Mitótico: # células en mitosis/número total de células de la población

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACION:

FísicosBiológicosQuímicos

FACTORES FISICOS:Calidad de la radiaciónTasa de dosis

FACTORES FISICOS

Calidad de la Radiación: depende de LET (transferencia lineal de energía), al aumentar hay más lesiones complejas en ADN y más difícil de reparar.

Tasa de Dosis: dosis más altas son más eficaces para producir lesiones. Las bajas permiten reparación de las lesiones.

FACTORES BIOLOGICOS

Ciclo Celular: G1 y M son más radiosensibles contrario a la fase S que es más radioresistente.

Mecanismo de Reparación: eficaz si célula se encuentra en reposo. Si se produce daño potencialmente letal, célula sobrevivirá si lo puede reparar.

CELULA EN

METAFASE

(MITOSIS)

Aunque se repare el daño producido por la radiación

ionizante, lo que tiene consecuencias para la célula y su

descendencia es el daño remanente no reparado o mal

reparado, siendo el resultado en estos casos un célula viable pero modificada genéticamente o la

muerte celular.

FACTORES QUIMICOS

Diferenciar entre:

Radiosensibilizadores Radioprotectores

RADIOSENSIBILIZADORES

↑ sensibililidad de las células a la radiación Productos químicos:

Pirimidinas halogenadas: Se incorporan en el ADN en lugar de la Timina 5- Br o Cl o I -deoxiuridina

Sensibilizadores de afinidad electrónica: Inducen producción de radicales libres O2 molecular, meti- y misonidazol

RADIOPROTECTORES

Sulfuros y Sulfidrilos Son sustancias que liberan

radicales libres, disminuyendo la acción directa de la radiación

CLASIFICACON DE LOS EFECTOS BIOLOGICOS RADIOINDUCIDOS

EFECTOS ESTOCASTICOS

EFECTOS DETERMINISTAS

Mecanismo Lesión Subletal(Una o pocas células)

Lesión Letal(Muchas células)

Naturaleza Somática o Hereditaria

Somática

Gravedad Independiente de la dosis

Dependiente de la dosis

Dosis Umbral No Si

Relación Dosis-Efecto

Lineal-Cuadrática;Lineal

Lineal

Aparición Tardía Inmediata o Tardía

CONSECUENCIAS DE LA INTERACCION DE LA RADIACION

IONIZANTE CON LOS COMPONENTES CELULARES

Lesión del ADN

Daño letal

Muerte celular

Efecto Determinist

a

Daño subletal

Mecanismos de

reparación

Daño letalCélula

transformada

Efecto Estocástico

Célula normal

Radiación ionizante Radicales libres

Acción indirecta

Acción directa

EFECTOS

DETERMINISTAS

EFECTOS DETERMINISTAS

Tiene que producirse la muerte de un número importante de células para que se produzca.

El número de células afectadas se relaciona con la dosis → la gravedad es proporcional a la dosis recibida

Los efectos aparecen tras la exposición a dosis altas de radiación

EFECTOS DETERMINISTAS

La aparición de efectos es inmediata tras un corto período postirradiación.

Magnitud dosimétrica →Dosis Absorbida (D)= Gray= es la dosis absorbida por unidad de masa. 1 Gy=1 J/kg

La muerte celular: es el mecanismo por el que se producen estos efectos.

MUERTE CELULAR

Célula diferenciada: Hay pérdida de la función para la que se

ha especializado.

Célula indiferenciada: Hay pérdida de la capacidad para

proliferar o muerte mitótica.

Ejemplo:

En Radioterapia de tumores:

Para su curación es necesaria la muerte de células, es decir, que haya pérdida de su capacidad de división, impidiendo así el crecimiento del tumor.

PRINCIPALES EFECTOS

DETERMINISTAS TRAS LA

EXPOSICION AGUDA A

RADIACION BAJA DE LET

SISTEMA HEMATOPOYETICO

Causa: leucopenia, plaquetopenia

Efecto: infecciones, hemorragias

Período de latencia: 2 semanas

Umbral aproximado (Gy): 0.5

Dosis que produce efectos severos: 2.0

SISTEMA INMUNE

Causa: linfopenia Efecto:

inmunodepresión Período de

latencia: algunas horas

Umbral aproximado (Gy): 0.1

Dosis que produce efectos severos: 1.0

SISTEMA GASTROINTESTINAL

Causa: lesión del epitelio intestinal

Efecto: DHT y DNT Período de

latencia: 1 semana Umbral

aproximado (Gy): 2.0

Dosis que produce efectos severos: 5.0

PIEL

Causa: daño en la capa basal

Efecto: descamación Período de

latencia: 3 semanas

Umbral aproximado (Gy): 3.0

Dosis que produce efectos severos: 10.0

TESTICULOS

Causa: aspermia Efecto: esterilidad Período de

latencia: 2 meses Umbral

aproximado (Gy): 0.2

Dosis que produce efectos severos: 3.0

OVARIOS

Causa: muerte interfásica del oocito

Efecto: esterilidad Período de

latencia: 1 mes Umbral

aproximado (Gy): 0.5

Dosis que produce efectos severos: 3.0

PULMON

Causa: fallas en la barrera alveolar

Efecto: neumonía Período de

latencia: 3 meses Umbral

aproximado (Gy): 8.0

Dosis que produce efectos severos: 10.0

CRISTALINO

Causa: fallas en la maduración

Efecto: cataratas Período de latencia:

1 año Umbral aproximado

(Gy): 0.2 Dosis que produce

efectos severos: 5.0

TIROIDES

Causa: hipotiroidismo Efecto: deficiencias

metabólicas Período de latencia:

1 año Umbral aproximado

(Gy): 5.0 Dosis que produce

efectos severos: 10.0

SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

Causa: desmielinización y daño vascular

Efecto: encefalopatía y mielopatías

Período de latencia: muy variable, según dosis

Umbral aproximado (Gy): 15.0

Dosis que produce efectos severos: 30.5

EFECTOS

DETERMINISTAS A

NIVEL DEL ORGANISMO

COMPLETO

Dosis Letal Porcentual: En función del tiempo Concepto utilizado ara poder comparar

los defectos letales producidos por diferentes niveles de dosis

DL 50/30 o 50/60 Es la dosis necesaria para producir la

muerte al 50% de la población expuesta al cabo de 30 a 60 días

DL 50/60 Está entre 3 y 5 Gy para el hombre

adulto

EFECTOS EN EL ADULTO DESPUES DE UNA IRRADIACION

GLOBAL AGUDA

SINDROME POSTIRRADIACION

3 Etapas

Prodrómica Latente

De Enfermeda

d Manifiesta

ETAPA PRODROMICA

Signos y síntomas aparecen en las primeras 24 h, como consecuencia de la reacción del SNA.

Náuseas, vómitos, cefalea, vértigo, alteraciones de los órganos de los sentidos, taquicardia, insomnio…

Duración de minutos a días.

ETAPA LATENTE

Ausencia de síntomas Dura de minutos a semanas Depende de la dosis recibida

ETAPA DE ENFERMEDAD MANIFIESTA

Síntomas concretos de los órganos y tejidos afectados por la radiación

SINDROMES POSTIRRADIACION

En función del órgano que contribuye mayoritariamente con la muerte del individuo.

1. Síndrome de la Médula Osea.2. Síndrome Gastrointestinal.3. Síndrome del SNC.

SINDROME DE LA MEDULA OSEA

A dosis entre 3 y 5 Gy Fase prodrómica:

A las pocas horas. Vómitos, náuseas y diarrea.

Fase latente: Entre días y semanas.

Enfermedad manifiesta: Inicia en la 3ª semana. Leucopenia y trombopenia muy

marcadas. Infecciones graves, hemorragias,

anemia Muerte en 1-2 meses con ↑ dosis.

SINDROME GASTROINTESTINAL

A dosis entre 5 y 15 Gy Fase prodrómica:

A las pocas horas. Náuseas, vómitos, diarreas intensas.

Fase latente: Del 2º al 5º día postirradiación.

Enfermedad manifiesta: Reaparecen náuseas, vómitos y diarreas con

fiebre. Puede morir en 10-20 días por malabsorción,

DHT y hemorragias intestinales. Se favorece la infección generalizada.

SINDROME DEL S.N.C. A dosis 15 Gy Fase prodrómica:

Rápida, puede durar minutos. Fase latente:

Dura pocas horas. Enfermedad manifiesta:

Muerte entre 1 y 5 días Causada por hipertensión endocraneana con

edema cerebral, hemorragias y meningitis aséptica.

EFECTOS POSTIRRADACION EN EMBRIONES Y FETOS

Muerte del organismo en desarrollo.

Anomalías congénitas:

Que se manifiestan en el nacimiento.

Que no se manifiestan en el nacimiento, sino a edades más avanzadas.

La mortalidad e inducción

de anomalías producidas

por la radiación en el

organismo en desarrollo,

dependen principalmente

del momento de gestación

en que tenga lugar la

exposición.

Períodos del desarrollo fetal en que se pueden producir efectos postirradiación:

Preimplantación Organogénesis Feto

PERIODOS DEL DESARROLLO FETAL

Preimplantación: Fertilización del óvulo y división celular. ↑ mortalidad.

Organogénesis: Implantación y diferenciación celular. Muerte improbable del embrión. Si hay anomalías estructurales o deformidades,

las hay en SNC y esqueleto generalmente.

EFECTOS

ESTOCASTIC

OS

EFECTOS ESTOCASTICOS Dosis bajas de irradiación, modifican

el ADN (la célula no muere). La gravedad de los efectos depende

de: Tipo de célula afectada. Mecanismo de acción.

No existe dosis umbral. Tipos:

Hereditarios. Somáticos.

EFECTOS ESTOCASTICOS SOMATICOS

Si la célula que ha sido modificada

tras la irradiación es una célula

somática, el efecto se manifestará

en el individuo que ha sido expuesto

a la radiación.

EFECTOS ESTOCASTICOS HEREDITARIOS

Si la célula que ha sido modificada

tras la irradiación en una célula

germinal, el efecto biológico se

manifestará en su descendencia, no

en el individuo expuesto.

DESARROLLO DEL CANCER

MODELO MULTIETAPA (Proceso carcinogénico)

El cáncer aparece como consecuencia de una serie de sucesos totalmente independientes,

pero frecuentemente ligados

4 etapas: iniciación, conversión, promoción y progresión

INICIACION

Hay inducción de mutaciones o cambios estables

Afecta los genes relacionadoscon el control del crecimiento y

la diferenciación celular

Evento iniciador

Transmisión a las células hijas durante la proliferación

Aumenta la proliferaciónImpide la diferenciación celular

Cáncer se inicia a partir de una única célula cepa, que sufre daño en su ADN

Orígen clonal

Células Paraneoplásica

s

Acumulación de mutaciones

génicas adicionales

↑ desarrollo maligno

Capaces de evadir los controles celulares

CONVERSION

Requiere exposición prolongada al agente promotor

Respuesta hiperproliferativ

a en células iniciadas

Formación de

población clonal

Capaz de evadir controles celulares

PROMOCION

PROGRESION

El clon de las células paraneoplásicas acumula

cambios celulares

Afectan:

La tasa de crecimiento

La respuesta a factores de proliferación

y diferenciació

n

La capacidad de

invasividad y metástasis

EFECTOS ESTOCASTICOS HEREDITARIOS

Mutaciones: no tienen consecuencia directa en el individuo expuesto, se expresará en generaciones posteriores.

NO se ha demostrado hasta el momento la inducción por irradiación de enfermedades genéticas (hereditarias) en poblaciones humanas expuestas.

CLASIFICACION DE LAS ENFERMEDADES GENETICAS

1. Mendelianas: mutación en un solo gen (AD, AR, ligada a X D o R)

2. Cromosómicas: por alteración de cromosomas.

3. Multifactoriales: por la interacción entre factores genéticos y ambientales.

MAGNITUDES PARA CUANTIFICAR LOS EFECTOS

ESTOCASTICOS

La Dosis Absorbida (D), es la energía absorbida por unidad de masa, se expresa en Gray (1 Gy= 1 J/Kg).

Lo más importante es la dosis absorbida media en todo el tejido u órgano, ponderada con respecto a la calidad de radiación.

La dosis ponderada se conoce como dosis equivalente (HT), cuya unidad es el Sievert (Sv= J/kg).

EFECTOS BIOLOGICOS NO CONVENCIONALES DE LA RADIACION IONIZANTE

Efectos de la radiación NO

dirigidos contra el ADN

Inestabilidad genética inducida

por radiación

Inducción de mutaciones por irradiación del

citoplasma

Efectos circunstantes

(“bystander”) en poblaciones irradiadas

Estos 3 fenómenos solo se han observado in vitro, pero no hay razón para pensar que no puedan también

ocurrir in vivo.

INESTABILIDAD GENETICA INDUCIDA POR RADIACION

La radiación por sí misma puede inducir un tipo de inestabilidad

transmisible en células que conlleva una aumentada probabilidad de que en las células supervivientes tengan

múltiples eventos genéticos, tras muchas generaciones de replicación.

INDUCCION DE MUTACIONES POR IRRADIACION DEL

CITOPLASMA

La radiación citoplasmática con flujos bajos de partículas puede inducir una frecuencia significativa de mutaciones en células de mamíferos.Sugiere que la irradiación directa del núcleo no es necesaria para que se produzcan efectos genéticos importantes.

EFECTOS CIRCUNSTANTES (“BYSTANDER”) POR

IRRADIACION DEL CITOPLASMA

Implica que las alteraciones genéticas pueden ocurrir en células que no reciben una exposición directa a la radiación.Las señales de daño son transmitidas a estas células desde células vecinas de la población que ha sufrido irradiación.

BIBLIOGRAFIA

Curso de Supervisores de Instalaciones Radiactivas (IR). Módulo Básico. Texto. TEMA 7: ASPECTOS GENERALES DE LA INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON EL MEDIO BIOLÓGICO © CSN-CIEMAT – 2006 http://www2.ciemat.es/sweb/csn/cursos/ir-sp/IR-SP-BA_TX.pdf

GRACIAS