RADIATION PROTECTION IN DIAGNOSTIC RADIOLOGYPROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN
L 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante
Curso del OIEA con programa estándar sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista
IAEA
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Materia del tema: radiobiología
*
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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
IAEA
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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.
IAEA
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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
Part No...., Module No....Lesson No
Module title
IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources
Part …: (Add part number and title)
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Lesson …: (Add session number and title)
…
. (Add a list of what the students are expected to learn or be able to do upon completion of the session)
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Duration: (Add presentation time or duration of the session – hrs)
Materials and equipment needed: (List materials and equipment needed to conduct the session, if appropriate)
References: (List the references for the session)
IAEA
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DETERMINISTAS
Somáticos
ESTOCÁSTICOS
PRENATALES
Somáticos y hereditarios
Expresados en el feto, en el nacido vivo o en descendientes
AMBOS
TIPO
DE
EFECTOS
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Deterministas
Ej., opacidades en el cristalino, daños en piel, infertilidad, depilación, etc
Estocásticos
*
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
IAEA
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Esterilidad permanente
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Generalmente aparece en una sola célula
Ej., cáncer, efectos genéticos
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Part No...., Module No....Lesson No
Module title
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ACCIÓN DIRECTA
ACCIÓN INDIRECTA
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IAEA
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DAÑO
REPARADO
MUERTE
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DAÑO REPARADO
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IAEA
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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
IAEA
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Reparación de daños en el ADN
Los radiobiólogos suponen que el sistema de reparación no es 100% efectivo.
IAEA
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DAÑO REPARADO
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Dosis aguda (en mSv)
Probabilidad de muerte celular
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DAÑO REPARADO
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Lámina basal
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las células basales
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Más cambios dentro
de la línea de células prolíficas llevan al completo desarrollo del tumor.
IAEA
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El tumor atraviesa la lámina basal.
Las células poseen formas irregulares y la línea celular es inmortal. Poseen una movilidad acrecentada y capacidad invasiva.
IAEA
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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.
IAEA
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Daño al ADN cromosómico
Fallo a la correcta reparación del ADN
Progresión maligna y difusión del tumor
Aparición de una mutación específica de inicio de neoplasia
Crecimiento promocional
de pre-neoplasma
10
-6
10
-12
10
-9
10
-15
10
-3
Procesos de reparación
Fijación del daño
Asesinato de células
)
Cronograma de eventos que conducen a los efectos de las radiaciones
Part No...., Module No....Lesson No
Module title
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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
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IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources
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References: (List the references for the session)
IAEA
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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.
IAEA
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Piel Órganos mesodérmicos (hígado, corazón, pulmones…)
Músculo Huesos Sistema nervioso
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Físicos
Tasa de dosis: RS
Biológicos
RS: S
Reparación del daño (el daño subletal podría ser reparado, p. ej., dosis fraccionada)
LET
LET
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
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Factores:
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
IAEA
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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
Células del estrato basal, altamente mitóticas, algunas de ellas con melanina, responsable de la pigmentación.
De “Atlas de Histologia...”. J. Boya
Vista histológica de la piel
IAEA
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Semanas aparición
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El cristalino es altamente RS.
La coagulación de las proteinas aparece para dosis mayores de 2Gy.
Hay 2 efectos básicos
Opacidades detectables
Vista histológica del ojo
El cristalino es altamente RS, además, está rodeado de células cuboides altamente RS.
IAEA
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Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante
Tema 4: Respuesta orgánica total: síndrome de irradiación aguda
Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista
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Latencia
Manifestación
Clínica en todo el cuerpo de una irradiación corporal parcial
Mecanismo: Desorden neurovegetativo
Bastante frecuente en radioterapia fraccionada
Síndrome de irradiación crónica
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Dosis letal 50 / 30
“Dosis que causaría la muerte al 50% de la población en 30 días”.
Su valor es alrededor de 2-3 Gy para humanos en irradiación de cuerpo entero.
IAEA International Atomic Energy Agency
Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante
Tema 5: Efectos de la exposición prenatal y efecto tardío
Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista
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IAEA
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A medida que aumenta el tiempo pos-concepción RS decrece
No es fácil establecer una relación causa-efecto porque hay muchos agentes teratogénicos, los efectos son inespecíficos y no únicos de la radiación.
Hay 3 tipos de efectos: letalidad, anomalías congénitas y efectos muy tardíos (cáncer y efectos hereditarios).
Tiempo
*
Efectos de la exposición prenatal (2)
Pueden inducirse efectos letales con dosis relativamente bajas (tales como 0,1 Gy) antes o inmediatamente después de la implantación del embrión en la pared uterina. También podrían inducirse tras dosis más altas durante todas las etapas del desarrollo intrauterino.
Tiempo
*
Retraso mental:
La CIPR establece que el retraso mental puede inducirse por la radiación (Cociente de inteligencia < 100).
Aparece durante el periodo más RS: 8-25 semanas de embarazo.
Los riesgos de la exposición prenatal relacionados con el retraso mental son:
Semanas 8-15
Semanas 15-25
Retraso mental grave con un factor de riesgo de 0.4/Sv
Retraso mental grave con un factor de riesgo de 0.1/Sv
IAEA
*
Clasificación:
SOMÁTICOS: afectan a la salud de la persona irradiada. Son fundamentalmente diferentes tipos de cáncer (la leucemia es el más común, con un periodo de latencia de 2-5 años, pero también cáncer de colon, de pulmón, de estómago…)
GENÉTICOS: afectan a la salud de la descendencia de la persona irradiada. Son mutaciones que causan malformación de cualquier tipo (tal como el mongolismo)
IAEA International Atomic Energy Agency
Parte 3: Efectos biológicos de la radiación ionizante
Tema 6: Epidemiología
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IAEA
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Seguimiento de cohortes de individuos expuestos y no expuestos
Seguimiento retrospectivo de pacientes enfermos en relación con una posible exposición (casos control)
IAEA
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Pacientes expuestos por razones médicas
Individuos expuestos a la radiación natural
Trabajadores en industrias que usan radiación
IAEA
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Epidemiología III
Los datos más valiosos proceden de exposiciones alta dosis/alta tasa de dosis a radiación de baja LET, incluyendo ciertos radionucleidos [yodo 131], y de exposición interna a emisores alfa de alta LET en pulmón, hueso e hígado.
IAEA
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Epidemiología IV
La información es escasa (no hay mucha, menos de la necesaria) sobre:
Consecuencias de dosis bajas liberadas a bajas tasas de dosis
Para detectar un aumento desde un 20% de incidencia de cáncer espontáneo hasta un 25% (correspondientes a una exposición a ~1 Sv) deben ser estudiadas > 1300 personas
Consecuencias de la irradiación externa con radiación de alta LET
(neutrones) y varios radionucleidos
Especialmente si se van a comparar diferentes poblaciones
IAEA
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Influencia modificadora de la incidencia umbral de cáncer
¿Crece el cáncer inducido por radiación a un nivel fijo o en proporción al existente modelo aditivo de riesgo de cáncer frente al modelo multiplicativo?
¿Es, por ejemplo, más grande el riesgo en:
Mujeres europeas que tienen un más alto nivel-base de tasa de tumor de mama que las mujeres japonesas?
Fumadores expuestos a radón en casas o minas que en no fumadores?
IAEA
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Número de personas en estudio y grupos de control
Dosis efectiva
REGIÓN DE DETECTABILIDAD
REGIÓN DE INDETECTABILIDAD
Límite teórico de detectabilidad debido a causas estadísticas (90% de intervalo de confianza)
IAEA
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Tasas de incidencia altas y bajas de cáncer espontáneo (por 100.000)
de UNSCEAR 2000
*
Pruebas atómicas:
Accidentes nucleares
población de Chernobyl (>185 kBq /m2 137Cs) 1 500 000
población de Chelyabinsk (total) 70 000
Procedimientos médicos:
fluoroscopia de tórax 64 000
tratamientos de hemangioma en niños 14 000
Alta LET angiografía con Thorotrast 4 200
tratamiento con Ra-224 2 800
Exposición prenatal (radiografía fetal, bombas atómicas) 6 000
Exposición ocupacional trabajadores indust nucl. (Japón, UK) 115 000
mineros de uranio 21 000
pintores de esferas con radio 2 500
radiólogos 10 000
Exposición natural (Estudios de China, EC and US) varios 100 000
IAEA
*
Poblaciones estudiadas respecto de cánceres específicos (I)
Leucemia: supervivientes de la bomba atómica, radioterapia de la espondilitis anquilosante y cáncer de cervix, radiólogos, gente de la planta de Majak, Chelyabinsk y del río Techa, radiodiagnóstico prenatal (estudio de Oxford)
Cáncer de pulmón: supervivientes de la bomba atómica, mineros de uranio y otros en Rusia, Canadá, USA, Alemania, Suecia
IAEA
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Poblaciones estudiadas respecto de cánceres específicos (II)
Cáncer de mama: supervivientes de la bomba atómica, pacientes de fluoroscopia TB, radioterapia por mastitis
Cáncer de tiroides: radioterapia por agrandamiento de timo, hemangioma de piel tinea capitis, resultados en las islas Marshall, niños cercanos al accidente de Chernobyl
Cáncer de hígado: angiografía con Thorotrast
Osteosarcoma: tratamiento con 224Ra (226Ra), pintores de esferas (de relojes) con 226Ra.
IAEA
*
Eje abscisas: número de muertes por cáncer
Número esperado de muertes por cáncer para población japonesa no expuesta
Muertes por cáncer observadas entre supervivientes de la bomba atómica
Fluctuaciones esperadas en torno a la media
IAEA
*
Exceso de muertes por tumores sólidos entre supervivientes de la bomba atómica
IAEA
*
Riesgos de mortalidad relativos a tiempos distintos tras la exposición
0.5
5
1950-
1954
1963-
1966
1959-
1962
1955-
1958
1971-
1974
1967-
1970
1975-
1978
1979-
1982
1
10
20
2
Riesgo relativo estimado a 1 Gy
Todos los cánceres excepto
*
,
,
,
,
&
&
&
&
&
&
1.5
IAEA
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Cánceres de mama observados/esperados
*
,
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,
,
,
,
,
,
*
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&
&
&
&
&
&
&
&
&
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"
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"
"
"
"
"
"
"
"
"
"
"
Niños de menos de 15 años de edad en diagnostico
IAEA
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Cáncer de tiroides en niños en la región de Chernobyl
Región Nº de casos
Bielorrusia (1977-1985) 7 (1986-1994) 390
Ucrania (1981-1985) 24 (1986-1995) 220
Rusia (solo Bryansk y región de Kaluga) (1986-1995) 62
Los datos representan incidencias (no mortalidad) y son resultados preliminares.
La mayoría de exceso de cánceres apareció desde 1993.
El cáncer de tiroides tiene una alta tasa de curación >90%, pero muchos de los cánceres encontrados eran del agresivo tipo papilar.
IAEA
*
Estudio
Todos los cánceres
Leucemia
Registro nacional UK Trabaj. con radiaciones 1,218,000 personas-año 34 mSv dosis media
0.47 (-0.12-1.20)
-1.0 (<0-0.83
<0 (<0-3.4)
0.33 (0.11-0.6)
6.2 (2.7-13.8)
*
Dosis y riesgos por exposición del útero en exploraciones radiográficas
Exposición
Radiografía
Abdomen
2.6
*
55
60
65
70
75
Edad, años
15
5
25
35
45
Siguiente exposición a 2 Gy a una edad de 45 años
Riesgos espontáneos: aumento con edad:
Los riesgos a la radiación se manifiestan tras un periodo
de retraso (5 -10 años)
Modelos de riesgo aditivo: implican riesgo constante
Independiente del natural (espontáneo)
aumento proporcional al natural
*
Tejido
Público
Trabajadores
*
Agente o Clase
Mejor estimación
4.5
Ultravioleta
2.5
*
Factor de riesgo para un tejido (1)
FACTOR DE RIESGO: Cociente entre el incremento de probabilidad de un efecto estocástico y la dosis recibida. Se mide en Sv-1 o en mSv-1.
% Efecto
Dosis
dosis
probabilidad
Factor
*
Factor de riesgo para un tejido (2)
EJEMPLO: Un factor de riesgo de 0.005 Sv-1 para médula ósea (mortalidad en tiempo de vida, en una población de todas las edades, por cáncer fatal específico tras la exposición a bajas dosis) significa que si 1000 personas recibieran 1 Sv en médula ósea, 5 morirían de un cáncer inducido por radiación.
% Efecto
Dose
dosis
probabilidad
Factor
*
Tejido u Órgano
*
Resumen
Los efectos de la radiación ionizante pueden ser deterministas y estocásticos, inmediatos o tardíos, somáticos o genéticos
Algunos tejidos son altamente radiosensibles
Cada tejido tiene su propio factor de riesgo
El riesgo debido a la exposición podría ser evaluado a través de tales factores
IAEA
*
Dónde conseguir más información (1)
1990 Recommendations of the ICRP. ICRP Publication 60. Pergamon Press 1991
Las recomendaciones 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica. ICRP publicación 103. Sociedad Española de Protección Radiológica.
Radiological protection of the worker in medicine and dentistry. ICRP Publication 57. Pergamon Press 1989
Sources and Effects of Ionizing Radiation. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes. New York, United Nations 2000.
IAEA
*
Avoidance of radiation injuries from medical interventional procedures. ICRP Publication 85. Ann ICRP 2000;30 (2). Pergamon
Manual of clinical oncology 6th edition. UICC. Springer-Verlag. 1994
Atlas de Histología y organografía microscópica. J. Boya. Panamericana. 1998