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Efectos Biológicos de las Radiaciones Ionizantes
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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