EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOBRE EL ORGANISMO. Juan Manuel Roldán Arjona

Transcripción

1 EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOBRE EL ORGANISMO Juan Manuel Roldán Arjona

2 RADIACIÓN

3 QUÉ ES LA RADIACIÓN? La radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. A efectos de interacción con los tejidos vivos la característica fundamental de la radiación es su capacidad de ionizar. Ionización: salida de uno o más electrones de la corteza del átomo. Radiación ionizante: aquella cuya energía es suficiente para conseguir ionizar el medio.

4 CLASIFICACIÓN DE LA RADIACIÓN Radiación no ionizante. Su energía no es suficiente para provocar ionización. Radiación ultravioleta. Microondas. Radiación ionizante: Directamente ionizante. Partículas cargadas: Electrones, protones, partículas α, iones pesados. Indirectamente ionizante. No produce por sí misma ionización. Libera partículas cargadas (ionización secundaria). Partículas neutras o fotones. Electromagnética: Rayos X y γ Neutrones.

5 Radiación CLASIFICACIÓN Ionizante Partículas Radiación EM Electrones Partículas α Neutrones Rayos X Rayos γ Primaria Secundaria No ionizante Ultravioleta Microondas

6 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Esta propagación de energía no necesita ningún medio material. La radiación se propaga también a través del vacío.

7 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (REM) DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO Este transporte de energía tiene carácter ondulatorio y se caracteriza por varios parámetros relacionados entre sí: λ: longitud de onda (m). T: periodo (s). n : frecuencia (s -1,Hz). c = λ n (en el vacío)

8 ESPECTRO CONTINUO DE LA REM

9 RADIACIÓN DE MICROONDAS

10 RADIACIÓN DE MICROONDAS Frecuencia entre 300 MHz y 300 GHz. Radiación de muy baja energía (menor que la energía térmica de las moléculas a T ambiente). No es capaz de producir alteraciones directas sobre los átomos y moléculas de los tejidos Efectos térmicos: únicos reconocidos en la legislación (y regulados). Controversia sobre sus posibles efectos sobre los procesos biológicos. Efectos atérmicos: no demostrados. Tema muy de actualidad por extensión en el uso de tecnologías como la telefonía móvil (850 a 1900 MHz) y redes WIFI (2.4 GHz).

11 RADIACIÓN DE MICROONDAS REFERENCIAS Comisión Internacional de Protección contra las Radiaciones No Ionizantes ICNIRP, 2009 " Organización Mundial de la Salud: Campos electromagnéticos y salud pública: teléfonos móviles Nota descriptiva N 193 Mayo de 2010 " Organización Mundial de la Salud: Los campos electromagnéticos y la salud pública: Estaciones de base y tecnologías inalámbricas Nota descriptiva N 304 " Cancer Institute: Cell phones and cancer risk

12 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

13 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA No produce ionización pero si excitación de los electrones en la corteza, o aumento de la energía de vibración y rotación de las moléculas. Las sustancias cromóforas presentan picos característicos de absorción en función de la frecuencia.

14 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Efectos biológicos: Ácidos nucleicos y proteínas ( sustancias cromóforas para las λ del UV). Nivel molecular: Hidratación de las pirimidinas. Formación de dímeros. Nivel celular: Mutaciones. Muerte celular. Sobre todo en tejidos superficiales. Amplio poder como bactericida.

15 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Clasificación según su longitud de onda Nombre Abreviatura Longitud de onda (nm) Energía por fotón (ev) Ultravioleta cercano NUV ,10 6,30 Onda larga UVA ,10 3,87 Onda media UVB ,87 4,43 Onda corta UVC ,43 6,20 Ultravioleta lejano FUV, VUV , Ultravioleta extremo EUV, XUV 91,2 1 13,6 1240

16 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben entre el 97 y el 99% de la radiaciones UV de entre 150 y 300 nm, procedentes del sol. La mayor parte de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra lo hace en las formas UV-C, UV-B y UV-A. UV-A. No es absorbida por el ozono. UV-B. Es absorbida casi totalmente por el ozono, aunque algunos rayos de este tipo llegan a la superficie de la Tierra. Es un tipo de radiación dañina, especialmente para el ADN. Provoca melanoma y otros tipos de cáncer de piel. También puede estar relacionada, aunque esto no es tan seguro, con daños en algunos materiales, cosechas y formas de vida marinas. UV-C. Este tipo de radiación es extremadamente peligroso, pero es absorbido completamente por el ozono y el oxígeno.

17 EFECTOS PARA LA SALUD Y LOS SERES VIVOS DE LAS RADIACIONES UV-B Daños genéticos. El 90% de los cánceres de piel se atribuyen a los rayos UV -B. Se supone que una disminución en la capa de ozono de un 1% podría incidir en aumentos de un 4 a un 6% de distintos tipos de cáncer de piel. Daños en los ojos. La exposición a dosis altas de rayos UV puede dañar los ojos, especialmente la córnea que absorbe muy fácil estas radiaciones. A veces se producen cegueras temporales y la exposición crónica se asocia con mayor facilidad de desarrollar cataratas. Daños a la vida marina. Una de las mayores preocupaciones derivadas de la formación del agujero de ozono de la Antártida ha sido ver la influencia en el plancton marino del incremento de rayos UV en los mares de la zona. Los organismos del plancton se concentran en la capa de unos 2 metros próxima a la superficie oceánica y son fundamentales en la cadena trófica. Algunos estudios han encontrado descensos en su productividad de entre el 6 y el 12% en las 10 a 12 semanas que coinciden con el agujero de ozono, lo que supone un descenso medio del 2 o 4%, cantidad detectable, aunque no catastrófica todavía.

18 RADIACIÓN IONIZANTE

19 RADIACIÓN IONIZANTE INTERACCIÓN CON LA MATERIA Posee energía suficiente para producir ionizaciones en el medio que atraviesa. La interacción con la materia tiene como consecuencia la transmisión de toda o parte de la energía que transporta la radiación. Los mecanismos de interacción con la materia dependen del tipo de partícula: Partículas α. Electrones y positrones. Fotones (Rayos X y γ). Neutrones.

20 PARTÍCULAS ΑLFA Átomos de He doblemente ionizados (dos protones y dos neutrones). Obtenidas a partir de: Reacciones nucleares. Desintegraciones radiactivas. Espontáneas. Provocadas con bombardeo de núcleos por otras partículas. Depositan su energía en una distancia muy corta: Fáciles de detener. Producen una gran densidad de ionización (gran daño).

21 ELECTRONES Y POSITRONES Obtención: Emisión radiactiva. Aceleradores de electrones. Electrones secundarios producidos por fotones X, γ. Si proceden del núcleo atómico se les denomina part. β. Penetración mucho mayor (100 veces) que la de las partículas α de la misma energía. Más difíciles de detener. Producen menor densidad de ionización. Siguen trayectorias zigzagueantes. Producen rayos X al frenarse con los núcleos. Positrones: a bajas energías se aniquilan con un electrón, produciendo dos fotones.

22 FOTONES (RAYOS X Y Γ) Ceden su energía a electrones del medio que son los que provocan las ionizaciones. Atenuación de tipo exponencial. Atraviesan grandes espesores de material. Su probabilidad de interacción depende de: Energía de los fotones. Número atómico y densidad del medio.

23 NEUTRONES No tienen carga eléctrica. Partículas indirectamente ionizantes. Interacción fundamental con núcleos atómicos. Elevada penetración en la materia. Penetración variable (sufren grandes desviaciones). Transferencia de energía máxima cuando choca con partículas de igual masa a la suya. Materiales con alto contenido en H son muy eficaces en su ralentización. Los protones liberados son los que provocan las ionizaciones. Cuando alcanzan el estado de baja energía (neutrones térmicos) son absorbidos por captura nuclear (con emisión de radiación γ).

24 DISTANCIA DE PENETRACIÓN

25 MAGNITUDES Y UNIDADES

26 EFECTOS DE LA RADIACIÓN IONIZANTE SOBRE LOS SERES VIVOS

27 INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA La unidad básica del organismo vivo es la célula. Los efectos biológicos de la radiación derivan del año que ésta produce en la molécula de ADN, localizada en el núcleo celular.

28 INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA La información del ADN es fundamental para controlar las funciones celulares (proliferación, diferenciación, etc.) La información contenida en el ADN se transmite a las células hijas.

29 INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA CÉLULA La radiación puede dañar el ADN de dos formas: Directa: depositando su energía en esta molécula. Indirecta: a través de radicales libres. Rayos X y γ: aproximadamente 65% efecto indirecto y 35% efecto directo.

30 LESIONES RADIOINDUCIDAS EN EL ADN Las lesiones radioinducidas en el ADN son diversas: roturas, cambios en las bases, uniones cruzadas, En algunos casos, las lesiones en el ADN se traducen en aberraciones cromosómicas.

31 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESPUESTA CELULAR FRENTE A LA RADIACIÓN Factores físicos: LET Tasa de dosis. Factores químicos: Oxígeno. Radioprotectores. Factores biológicos: Ciclo celular. Reparación.

32 EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN

33 CARACTERÍSTICAS DE LOS EFECTOS BIOLÓGICOS INDUCIDOS POR LA RADIACION Mecanismo Efectos deterministas Lesión letal en muchas células Efectos estocásticos Lesión sub-letal en una o pocas células Naturaleza Somática Somática o hereditaria Gravedad Depende de la dosis Independiente de la dosis Dosis umbral Sí No Relación dosis - efecto Lineal - cuadrática «Lineal» Aparición Corto medio plazo Largo plazo

34 EFECTOS DETERMINISTAS

35 EFECTOS DETERMINISTAS A NIVEL TISULAR

36 RESPUESTA A CUERPO ENTERO ADULTO Síndromes por irradiación aguda a cuerpo entero.

37 EFECTOS DE IRRADIACIONES PRENATALES La radiosensibilidad disminuye con el tiempo trascurrido desde la concepción. Se producen tres tipos de efectos: Letales Malformaciones congénitas. Efectos muy tardíos (cáncer y efectos hereditarios).

38 EFECTOS ESTOCÁSTICOS

39 EFECTOS ESTOCÁSTICOS Se producen tras exposición a dosis moderadasbajas. Consecuencia del daño sub-letal (mutación) en una o pocas células. La probabilidad de que ocurran aumenta con la dosis recibida. La gravedad del efecto es independiente de la dosis recibida. No existe dosis umbral para que se produzcan. Pueden ser de naturaleza somática o hereditaria.

40 EFECTOS ESTOCÁSTICOS SOMATICOS: afectan a la salud de la persona irradiada, principalmente: Distintos tipos de cáncer : Leucemia con más frecuencia, con periodos de 2 a 5 años hasta su manifestación. Pero también de colon, pulmón, estómago, HEREDITARIOS: afectan a la salud de los descendientes de la persona irradiada. Mutaciones que causan malformaciones de distintos tipos. No se ha demostrado relación de causalidad en humanos, pero sí en animales y plantas de laboratorio.

41 ESTIMACION DE RIESGOS DE LA R.I.

42 ESTIMACIÓN DE RIESGOS Datos epidemiológicos: Supervivientes de Hiroshima y Nagasaki. Personas expuestas en accidentes nucleares. Personas sometidas a exposiciones médicas. Población expuesta a la radiación natural. Trabajadores expuestos en la industria. Apoyados con datos experimentales de laboratorio con animales y plantas. La mayor parte de los datos válidos corresponden a irradiaciones con altas dosis, altas tasas de dosis y baja LET. Información escasa sobre bajas dosis a baja tasa.

43 FACTORES DE RIESGO PARA LOS TEJIDOS Riesgo de contraer cáncer, a lo largo de la vida, por cada personas expuestas a una dosis única de 0.1 Gy. (Nacional Research Council 2005). BEIR VII Repor t

44 FACTORES DE RIESGO PARA LOS TEJIDOS Riesgo de mor talidad por cáncer, a lo largo de la vida, por cada personas expuestas a una dosis única de 0.1 Gy. (Nacional Research Council 2005). BEIR VII Repor t

45 PROPORCIÓN DE CÁNCERES ATRIBUIBLES A DIFERENTES AGENTES Agente Porcentaje de todos los cánceres Mejor estimación Rango Tabaco Alcohol Dieta Hormonas naturales Infecciones Ocupación Medicamentos, prácticas médicas Radiación electromagnética 8 (?) 5-10 Radiación ionizante (85% radiación natural) 4.5 Radiación ultravioleta 2.5 Radiación de baja frecuencia < 1 Productos industriales < 1 Contaminación 2 < 1-4 Otros?? Doll, R. (1996) Risk of cancer attributable to industry with special reference to the effects of ionising radiation, The Hazards Forum, No 1B January, 2-3.

46 EFECTOS NO CONVENCIONALES. HORMESIS Respuesta adaptativa: Una dosis muy baja de radiación puede reducir los efectos biológicos producidos por dosis más altas recibidas con posterioridad Se produce por activación de mecanismos de reparación tras exposición a una dosis muy baja (dosis condicionante). La respuesta adaptativa podría ser el resultado de un mecanismo general de respuesta celular frente al daño. Por precaución, los organismos internacionales dedicados a la protección radiológica o a la promoción de la energía nuclear (ICRP, OIEA, NEA, UNSCEAR, etc.) utilizan el Modelo lineal sin umbral.

47 FUENTES DE RADIACIÓN IONIZANTE

48 FUENTES DE RADIACIÓN IONIZANTE World Nuclear Assocition. Nuclear Radiation and Health Efects. June 2010

49 COMPARACIÓN DE DOSIS Y SUS EFECTOS World Nuclear Assocition. Nuclear Radiation and Health Efects. June msv/año Radiación de fondo típica experimentada por la población (promedio de 1,5 msv Australia, 3 msv en América del Norte). 1.5 to 2.0 msv/año Promedio de dosis a los mineros de uranio australianos, descontando el fondo y las exposiciones médicas. 2.4 msv/año Dosis media de empleados en EE.UU. de la industria nuclear. Hasta 5 msv/año Dosis adicional típica para las tripulaciones en las latitudes medias. 9 msv/año Exposición del personal de aerolínea con vuelos de Nueva York - Tokio, ruta polar. 10 msv/año Dosis máxima real de los mineros de uranio australianos. 20 msv/año Límite actual (promedio) para los empleados de la industria nuclear y los mineros de uranio. 50 msv/año Límite anterior para empleados de la industria nuclear. También es la tasa de dosis que se deriva de los niveles de fondo naturales en varios lugares en Irán, India y Europa. Nivel inferior para el que cualquier aumento en el cáncer es claramente evidente. Por 100 msv/año encima de este, la probabilidad de ocurrencia de cáncer (en lugar de la gravedad) aumenta con la dosis. 350 msv/toda la vida Criterio para la reubicación de las personas después del accidente de Chernobyl. Probablemente podría causar un cáncer mortal, muchos años después, en 5 de cada 1,000 msv acumulada 100 personas expuestas a ella (es decir, si la incidencia normal de cáncer fatal fueron un 25%, esta dosis podría aumentarlo al 30%). Provoca (temporalmente) enfermedades por radiación, tales como náuseas y disminución 1,000 msv dosis única del recuento de glóbulos blancos, pero no la muerte. Por encima de éste, la gravedad de la enfermedad aumenta con la dosis. 5,000 msv dosis única Mataría a la mitad de las personas que la reciban, en menos de un mes. 10,000 msv dosis única Mortal en pocas semanas.

50 Fuentes naturales de radiación Inhalación (gas radón) Dosis media anual (mundial) Rango típico de dosis individuales Fuentes naturales de radiación Comentarios La dosis es mucho mayor en algunas viviendas Externa terrestre Dosis mayores en algunos lugares Ingestión Radiación cósmica La dosis aumenta con la altura Total natural Grupos considerables de población reciben entre 10 y 20 msv Diagnóstico médico (no terapia) Atmosférica por pruebas nucleares Exposición ocupacional Dosis anuales medias y rangos de dosis individuales de radiación ionizante por fuente (msv). UNSCEAR 2008 Report. 0.6 ~0 - varias decenas Fuentes artificiales de radiación Aún se dan dosis más altas en lugares cercanos a las pruebas Los promedios para diferentes niveles de asistencia sanitaria varían entre 0.03 y 2.0 msv: Promedios en algunos países son mayores que los de la radiación natural; las dosis individuales dependen de los exámenes concretos. El promedio ha caído desde un pico de 0.11 msv en 1963 La dosis promedio a todos los trabajadores es 0.7 msv. La mayor parte de la dosis promedio y las exposiciones más altas se deben a radiación natural (concretamente al radón de las minas) Accidente de Chernobiil En 1986, la dosis promedio en más de trabajadores que intervinieron fue cercana a 150 msv; y más de personas recibieron dosis mayores de 10 msv. El promedio en el hemisferio norte ha decaído desde un máximo de 0.04 msv en Las dosis en tiroides fueron mucho mayores. Ciclo del combustible nuclear (exposición del público) Total artificial 0.6 Dosis de hasta 0.02 msv para grupos críticos a 1 km de algunas centrales nucleares. Desde esencialmente 0 hasta varias decenas Las dosis individuales dependen principalmente de exposiciones médicos, exposición ocupacional y proximidad a lugares de accidentes o pruebas nucleares.

51 SISTEMA DE PROTECCIÓN RADIOLÓGICA

52 BASES DE LA PROTECCIÓN RADIOLÓGICA En 1977, la ICRP hace pública su recomendación nº 26 en la que se establece un sistema de protección radiológica basado en tres principios básicos: Justificación. Optimización. Limitación de dosis. Este sistema de protección radiológica fue refrendado y reforzado en las nuevas recomendaciones de la ICRP: ICRP ICRP Las recomendaciones establecidas en la publicación nº 60 de la ICPR fueron recogidas en la Directiva 96/29/Euratom, de 13 de mayo de 1996, y quedan reflejadas en el Reglamento de Protección Sanitaria contra las Radiaciones Ionizantes de 6 de julio de 2001.

53 APLICACIÓN DE LAS R.I. A LOS SERES HUMANOS

54 RADIOLOGÍA Aprovecha la distinta atenuación que sufren los rayos X en función de la densidad y el nº atómico de los tejidos con los que interacciona. Los fotones que no son atenuados por el paciente interaccionan con el sistema de imagen Película (obsoleta). Intensificador de imagen. Sistema CR Sistema digital directo. TAC produciendo la imagen radiológica.

55 MEDICINA NUCLEAR Inyección de radiofármacos (fármaco transportador + un isótopo radiactivo). Detección de la radiación emitida por el paciente con distintos sistemas de imagen. Reconstrucción de la imagen, proporcionando información funcional (funcionamiento de los órganos) y molecular (alteraciones moleculares). Gammacámara planar. SPECT : Tomografía Computarizada por Emisión de Fotones Individuales Realiza reconstrucciones tridimensionales del paciente. PET: Usa como radiofármaco un compuesto con 18 F (emisor de positrones). Sólo tiene en cuenta para la imagen los fotones generados en el mismo instante y dirección y en sentidos opuestos.

56 RADIOTERAPIA Aplicando radiación ionizante sobre las células tumorales se consigue su destrucción o la reducción de su capacidad proliferativa. Mediante el fraccionamiento se consigue limitar los efectos adversos sobre los tejidos sanos (reparación) sin pérdida de eficacia terapéutica. Hay cuatro factores que potencian la eficacia del fraccionamiento: Reparación: actúa con más eficacia en las células de los tejidos sanos que en las tumorales. Reoxigenación: hace más radiosensible al tejido tumoral hipóxico. Redistribución: las células tumorales, tras la irradiación tienden a sincronizarse en las fases más resistentes del ciclo celular. Repoblación: mayor en los tejidos sanos, bien organizados que en los tumorales mal oxigenados y nutridos.

57 MODALIDADES DE RADIOTERAPIA Radioterapia externa: Haces procedentes de fuentes radiactivas o aceleradores de partículas que se hacen incidir desde el exterior sobre el paciente. Tecnologías y tipos de radiación muy variados. Braquiterapia: Introducción de fuentes radiactivas dentro del paciente en contacto directo con el tumor. En cavidades naturales: endocavitaria, itraluminal. Mediante inserción de agujas dentro del tumor: intersticial. Aplicación superficial. Terapia metabólica y radioinmunoterapia: Ingestión o inyección de fármacos con gran afinidad a las células tumorales, o anticuerpos marcados con isótopos radiactivos emisores de partículas α o β.

58 RADIOTERAPIA

59 EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOBRE EL ORGANISMO Juan Manuel Roldán Arjona

60 PROPAGACIÓN ONDULATORIA DE LA REM

61 TASA DE DOSIS

62 MECANISMOS DE RAPARACIÓN

63 FASE DEL CICLO CELULAR Radiosensibles: G2 M Radioresistente: S

64 GAMMAGRAFÍA

65 SPECT

66 PET

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