PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN RADIODIAGNÓSTICO Y EN RADIOLOGÍA INTERVENCIONISTA

1. Curso del OIEA con programa estándar sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN RADIODIAGNÓSTICO Y EN RADIOLOGÍA INTERVENCIONISTA L 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante

2. Introducción • Materia del tema: radiobiología • Mecanismos de los diferentes tipos de efectos biológicos que siguen a la exposición a la radiación ionizante • Tipos de modelos usados para deducir los coeficientes de riesgo para la estimación del detrimento

3. Temas • Clasificación de los efectos de la radiación en la salud • Factores que afectan a la radiosensibilidad • Curva de respuesta dosis-efecto • Respuesta orgánica total: síndrome de irradiación aguda • Efectos de la exposición prenatal y efectos tardíos de la radiación • Epidemiología

4. Perspectiva general • Familiarizarse con los mecanismos de los diferentes tipos de efectos biológicos que suceden a la exposición a la radiación ionizante. • Conocer los modelos usados para deducir los coeficientes de riesgo que permiten estimar el detrimento.

5. Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante Tema 1: Clasificación de los efectos de la radiación en la salud Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista

6. TIPO DE EFECTOS TRANSFORMACIÓN CELULAR MUERTE CELULAR AMBOS ESTOCÁSTICOS Somáticos y hereditarios Epidemiológicamente atribuibles en poblaciones grandes DETERMINISTAS Somáticos Clínicamente atribuibles en el individuo expuesto PRENATALES Somáticos y hereditarios Expresados en el feto, en el nacido vivo o en descendientes Efectos de la radiación en la salud

7. Efectos biológicos de la radiación ionizante • Deterministas • Ej., opacidades en el cristalino, daños en piel, infertilidad, depilación, etc • Estocásticos • Cáncer, efectos genéticos

8. Efectos deterministas • Deterministas (umbral/no estocásticos) • Existencia de un valor umbral de dosis (por debajo, el efecto no es observable) • La gravedad del efecto aumenta con la dosis • Implica a un gran número de células Daño por radiación de una fuente industrial

9. Gravedad del efecto dosis umbral Dosis umbrales para efectos deterministas • Cataratas en cristalino 2-10 Gy • Esterilidad permanente • hombres 3.5-6 Gy • mujeres 2.5-6 Gy • Esterilidad temporal • hombres 0.15 Gy • mujeres 0.6 Gy

10. Efectos estocásticos Estocásticos (sin umbral) • No reconocen umbral • La probabilidad del efecto aumenta con la dosis • Generalmente aparece en una sola célula • Ej., cáncer, efectos genéticos

11. No hay cambios Mutación en el ADN La radiación golpea el núcleo de la célula

12. ACCIÓN DIRECTA ACCIÓN INDIRECTA Esqueleto azúcar-fosfato Puentes de hidrógeno (pirimidínica: citosina, guanina, adenina y timina) Una vuelta de hélice = 3.4 nm

13. Alteración de una base Sitio abásico Rotura simple de cadena

14. Rotura doble de cadena Lesión compleja

15. Traducción siguiente diapositiva • Mutación del ADN • Mutación reparada: célula viable • Muerte celular: célula no viable • Supervivencia de célula mutada: ¿cáncer?

17. DAÑOS AL ADN CÉLULA TRANSFORMADA MUERTE CELULAR (APOPTOSIS) DAÑO REPARADO Consecuencias tras la exposición celular

18. DAÑO AL ADN CÉLULA TRANSFORMADA NECROSIS CELULAR o APOPTOSIS DAÑO REPARADO Consecuencias tras la exposición celular

19. Alteración de una base ¿Cómo se repara el ADN? Sitio abásico Rotura simple de cadena

20. Base alterada La enzima glicosilasa reconoce la lesión y libera la base dañada La AP endonucleasa produce una incisión y libera el azúcar que falta La ADN polimerasa rellena el hueco resultante pero permanece la incisión La ADN ligasa sella la incisión: reparación completada El ADN ha sido reparado sin pérdida de información genética

21. Reparación de daños en el ADN Los radiobiólogos suponen que el sistema de reparación no es 100% efectivo.

22. Respuesta Dosis condicionante Respuesta Dosis de desafío RESPUESTA ADAPTATIVA Dosis condicionante Respuesta Dosis de desafío

23. DAÑO AL ADN NECROSIS CELULAR O APOPTOSIS CÉLULA TRANSFORMADA DAÑO REPARADO Consecuencias tras la exposición celular

24. Linfocito humano normal: cromosomas uniformemente distribuidos

25. Célula apoptósica: los cromosomas y el núcleo están fragmentados y colapsados en cuerpos apoptósicos

26. Efectos de la muerte celular Probabilidad de muerte celular 100% Dosis aguda (en mSv) 5000

27. DAÑO AL ADN DAÑO REPARADO NECROSIS CELULAR O APOPTOSIS CÉLULA TRANSFORMADA Consecuencias tras la exposición celular

28. Lesiones cromosómicas Centrómero Traza de radiación ionizante Fragmento acéntrico a

29. Traslocaciones cromosómicas Traza de radiación ionizante

31. PROMOCIÓN DEL TUMOR PROGRESIÓN MALIGNA INICIO DE CÁNCER CÉLULA MATRIZ NECROSIS O APOPTOSIS MUTACIÓN TRANSFORMA-CIÓN MALIGNA METASTASIS DIVISIÓN

32. Capa de células diferenciadas TEJIDO NORMAL Célula en (proceso de) división en capa basal Lámina basal Capilar

33. INICIACIÓN CELULAR Un suceso en inicio crea una mutación en una de las células basales

34. DISPLASIA Sucedieron más mutaciones. La célula inicial ha logrado ventajas proliferativas. Células en rápida división comienzan a acumularse dentro del epitelio.

35. TUMOR BENIGNO Más cambios dentro de la línea de células prolíficas llevan al completo desarrollo del tumor.

36. TUMOR MALIGNO El tumor atraviesa la lámina basal. Las células poseen formas irregulares y la línea celular es inmortal. Poseen una movilidad acrecentada y capacidad invasiva.

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

38. Daño al ADN cromosómico de una célula blanco normal Fallo a la correcta reparación del ADN Aparición de una mutaciónespecífica de inicio de neoplasia Crecimiento promocionalde pre-neoplasma Conversión a fenotipodeclaradamente maligno Progresión maligna y difusión del tumor Esquema generalizado simple de la oncogénesis multietapa

39. -15 Depósito de energía 10 INTERACCIONES FÍSICAS Excitación/ionización -12 Trazas iniciales de partículas 10 Formación de radicales -9 10 INTERACCIONES FÍSICO-QUÍMICAS Difusión, reacciones químicas Daño inicial del ADN -6 10 ) g e s ( Cronograma de eventos que conducen a los efectos de las radiaciones -3 Roturas en ADN / daño base 1 ms 10 TIEMPO 0 1 segundo 10 Procesos de reparación Fijación del daño RESPUESTA BIOLÓGICA 3 10 Asesinato de células 1 hora Mutaciones/transformaciones/aberraciones 1 día 6 10 Proliferación de células “dañadas” Promoción/compleción 1 año Teratogénesis EFECTOS MÉDICOS 9 10 Cáncer 100 años Defectos hereditarios

40. Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante Tema 2: Factores que afectan a la radiosensibilidad Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista

41. Radiosensibilidad [RS] (1) • RS = Probabilidad de una célula, tejido u órgano de sufrir un efecto por unidad de dosis. • Bergonie and Tribondeau (1906): “Leyes de la RS”: RS será mayor si la célula: • Es altamente mitótica. • Es indiferenciada. • Posee un alto porvenir cariocinético.

42. Radiosensibilidad (2)

43. % survivor cells  LET  LET G0 M M M G2 G1 Factores que afectan a la radiosensibilidad • Físicos • LET (transferencia lineal de energía):  RS • Tasa de dosis:  RS • Químicos • Aumentan la RS: OXÍGENO, drogas citotóxicas. • Disminuyen la RS: AZUFRE (cis, cistamina…) • Biológicos • Fase del ciclo: •  RS: G2, M •  RS: S • Reparación del daño (el daño subletal podría ser reparado, p. ej., dosis fraccionada)

44. Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante Tema 3: Curva de respuesta efecto-dosis Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista

45. Efectos sistémicos • Los efectos podrían ser morfológicos y/o funcionales • Factores: • Qué órgano • Cuánta dosis • Efectos • Inmediatos (usualmente reversibles): < 6 meses ej.: inflamación, hemorragia. • Tardíos (usualmente irreversibles): > 6 meses ej.: atrofia, esclerosis, fibrosis. • Categorización de las dosis • < 1 Gy: BAJA DOSIS • 1-10 Gy: DOSIS MODERADAS • > 10 Gy: DOSIS ALTAS • Regeneración significa sustitución del tejido original, mientras que Reparación significa sustitución por tejido conectivo.

46. Vista histológica de la piel De “Atlas de Histologia...”. J. Boya Células del estrato basal, altamente mitóticas, algunas de ellas con melanina, responsable de la pigmentación. Efectos en la piel • De acuerdo con las leyes de la RS (Bergonie and Tribondeau), las células más RS son aquellas del estrato basal de la epidermis. • Los efectos son: • Eritema: 1 a 24 horas tras una irradiación de alrededor de 3-5 Gy • Alopecia (*): con 5 Gy es reversible; con 20 Gy es irreversible. • Pigmentación: Reversible, aparece 8 días después de la irradiación. • Descamación seca o húmeda: traduce Hipoplasia epidérmica (dosis  20 Gy). • Efectos tardíos: telangiectasia (**), fibrosis. (*): alopecia: pérdida o ausencia de cabello (**): ectasia: hinchazón de parte del cuerpo

47. Reacciones de la piel Daño en la piel por exposición fluoroscópica prolongada

48. Daños en la piel

49. Daños en la piel

50. Vista histológica del ojo De “Atlas de Histologia...”. J. Boya El cristalino es altamente RS, además, está rodeado de células cuboides altamente RS. Efectos en el ojo • El cristalino es altamente RS. • La coagulación de las proteinas aparece para dosis mayores de 2Gy. • Hay 2 efectos básicos