Efectos biológicos de la radiación ionizante y radioprotección

Técnicas de Diagnósticos por imágenes

Clase de Apertura

Efectos Biológicos de la Radiación Ionizante y Radioprotección

Imagen Médica:

• Radiología
• Medicina Nuclear
• Imagen mamaria
• Contrastes
• Radiología intervencionista
• Medicina nuclear

Radicación electromagnética

• Radiografía
• TC
• Ecografía
• RM
• Imagen mamaría
• Radiología intervencionista
• Medicina nuclear

Radiografía TC Ecografía RM Imagen mamaría Radiología intervencionista Medicina nuclear

Efectos Biológicos de la Radiación Ionizante

Radiación Electromagnética

• Modalidad de propagación de energía combinación de una doble onda formada por dos campos, eléctrico y magnético, que se propagan a la velocidad de la luz, sin soporte de un medio material.
• Las ondas electromagnéticas son generadas por fuentes de campo electromagnético. Están constituídas por minúsculos paquetes de energía, fotones o cuantos de radiación
• Tipos de Radiación EM: Fuentes Torre eléctrica Antena Teléfono móvil Horno microondas Luz solar Radiación ionizante 103 Km m Longitud de onda Radar Luz visible F Radio A.M. TV Infrarrojo U.V Rayos x Rayos Y 10 103 0 Hz 100 104 106 108 10 10 10 12 1014 10 15 10 18 10 20 10 22 Radiación no ionizante Radiación ionizante Energía (Kev) Energía + + Longitud de onda Onda: la diferencia entre dos picos iguales Longitud de onda vs. Frecuencia (van a la inversa) Cuanto más corta la onda hay más frecuencia. Frecuencia más baja - más longitud de onda y más energía

Espectro Electromagnético y Aplicaciones Biomédicas

• Ondas de Radio: pulsos de RF producidos en antenas de RM y en agujas de los sistemas de Ablación por RF, electrocauterio.
• Microondas: agujas de los sistemas de Ablación por Microondas.
• Rayos X: aparatos de Diagnóstico por Imagen (RX, TC, mamo).
• Rayos Gamma: Medicina Nuclear, aparatos de tratamiento, Radioterapia

Radiaciones Ionizantes

Radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados Ligados al átomo.

• Partículas alfa (2 protones + 2 neutrones), beta (electrones o positrones)
• Radiaciones EM: RX y RY. Los RY proceden del núcleo de los átomos de los elementos radiactivos. Los RX proceden de interacciones con los electrones orbitales de los átomos. (RMN electromagnético pero no ionizante) Particula alfa Particula beta Rayos gamma Los núcleos de los átomos radiactivos se desintegran pudiendo emitir partículas alfa, beta o radiaciones gamma

Técnicas

• Radiografía
• TC
• Ecografía
• RM

Radiación ionizante Ondas de Radio Microondas Radar Frecuencia Duplicamos la distancia cuando nos alejamos (metros que nos alejamos)2

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Tipos de Radiaciones Ionizantes

Partículas

• Neutrones

Rayos

• Gamma (Y): proceden del núcleo de los átomos de los elementos radiactivos.
• X: proceden de interacciones con los electrones orbitales de los átomos Alfa: 2 protones + 2 neutrones Beta: electrones o positrones

Radiactividad

Para un uso adecuado de la radiación ionizante y una correcta radioprotección es preciso determinar la calidad (energía del fotón) y la cantidad (cantidad de energía emitida y absorbida por el cuerpo) de la radiación.

Radiactividad Natural

Propia de los cuerpos al y como aparecen en la naturaleza: U-232, K-40, C-14.

Radiactividad Artificial

Núcleos que han alcanzado la inestabilidad por el bombardeo con partículas Desequilíbrio entre sus componentes (PROTONES y NEUTRONES) Exceso de energía

Magnitudes Radiológicas Empleadas para Medir la Radiación Ionizante

Aire

Exposición

Medida: Roentgen o Coulombio/kg . 1C/kg = 3,88 × 103 R

Kerma (No Import)

Medida: Gray 01/kg (Gy) Kerma-aire = Dosis-aire.

Tejido

Dosis Absorbida (D)

Energía media impartida por la radiación por unidad de masa del volumen considerado. Efecto potencial que producen en el medio (sea biológico o no). Medida: Gray o Julio/kg (Gy); rad (r) 1 Gy = 100 r

Dosis Equivalente (H)

El efecto biológico de la radiación depende de del tipo de radiación (los RX no producen el mismo efecto que las partículas alfa o beta). Medida: Sievert o rem 1 SV = 100 rem

Dosis Efectiva (E)

Suma ponderada de las dosis equivalentes recibidas en cada órgano o tejido. Nos da información sobre el riesgo global en el organismo humano. Medida Siervert (SV) WT es un factor de ponderación establecido para cada órgano o tejido (dado que tienen distinta sensibilidad a la radiación) y representa la porción de riesgo que se debe al órgano T dentro del riesgo total, cuando el cuerpo se irradia uniformemente. HT es la dosis que ha recibido dicho órgano o tejido E = >WT . HT T

Intensidad de Radiación: Ley del Inverso del Cuadrado de Distancia

Las radiaciones EM divergen de la fuente de emisión. La intensidad de la radiación (1) es el flujo de energía en watios por cm2 (W/cm2). I decrece al aumentar la distancia a la fuente: les inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (Al duplicar la distancia a la fuente, I disminuye una cuarta parte) 12= 11 (01/02/2 Importante en Radioprotección 2

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Efectos Biológicos

Derivan del daño sobre la molécula de ADN

Tipos de Efectos Biológicos

Efecto Directo

Sobre el ADN del núcleo

Efecto Indirecto

Fundamentalmente sobre el agua del citoplasma. La radiólisis del agua condiciona la aparición de radicales libres ++, OH- y de peróxido de hidrógeno (H202) capaces de dañar el ADN nuclear.

Interacción de la Radiación con la Materia

Los efectos biológicos derivan del daño sobre la molécula de DNA. Radiación ionizante Acción indirecta Acción directa Daño al DNA Rotura de puentes de hidrógeno Rotura de la doble helice Dímero de bases pirimidínicas Pérdida de bases 1 & C-8 - P- 8 Rotura de la hebra sencilla S- C -P-S

Factores que Modifican la Respuesta Celular a la Radiación

Factores FÍSICOS Factores QUÍMICOS Factores BIOLÓGICOS LET y tasa de dosis Presencia de moléculas radiosensibilizantes o radioprotectoras Fase del ciclo celular

Factores Físicos que Afectan la Respuesta Celular Frente a la Radiación

LET Transferencia Lineal de Energía

cantidad de energía media que una radiación imparte al medio por unidad de longitud Las células son más sensibles para irradiaciones de alta tasa y gran LET

Radiaciones de LET Alto

• Protones, partículas a y B
• Actúan con especial severidad sobre el ADN del núcleo, efecto directo.

Radiaciones de LET Bajo

Rayos X ,

• Actúan sobre todo por efecto indirecto.
• Aproximadamente 35% daño directo y 65% indirecto
• Rayos Y

Calidad de la Radiación

LET: cantidad de E cedida al medio = ionización inducida en el tejido. Se mide en Kev/um. A igual dosis, las radiaciones con alto LET provocan mayor muerte reproductiva.

• Protones, partículas a y B. Elevado LET (10-200Kev/um). Bajo poder de penetración pero alto daño biológico, lesiones severas en ADN difíciles de reparar.

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Lesiones Radioinducidas en el DNA

Las lesiones que la radiación ionizante puede inducir en el DNA son muy diversas: roturas, cambios en las bases, uniones cruzadas etc. En algunos casos, las lesiones en el DNA se traducen en aberraciones cromosómicas, cuyo recuento puede ser utilizado para estimar la dosis absorbida (dosimetría biológica). Radicales libres La radiación ionizante deposita energía en el medio (transferencia lineal de energía, LET: E perdida por un haz de e- / espesor del absorbente) que produce dos tipos de efectos biológicos:

• Efecto directo, sobre el ADN del núcleo.
• Efecto indirecto, fundamentalmente sobre el agua del citoplasma. La radiólisis del agua condiciona la aparición de radicales libres ++, OH- y de peróxido de hidrógeno (H202) capaces de dañar el ADN nuclear Unión cruzada DNA-DNA Cambio de bases Unión cruzada DNA-proteína

Técnicas de Diagnósticos por imágenes Clase de Apertura

• Rayos X y Gamma. Bajo LET (0.2-3Kev/um). Alta penetración pero daño biológico menor, producen pocos impactos (ionizaciones).

Tasa de Dosis

Dosis en relación al tiempo. Las tasas altas inducen más lesiones, al dificultar o impedir la actuación de los mecanismos reparadores

Radiosensibilidad

Susceptibilidad a la radiación ionizante. Es una característica inherente de las diferentes estirpes celulares, cuyo comportamiento frente a las radiaciones ionizantes es distinto. Ley de Bergonie y Tribondeau:

• Mayor radiosensibilidad en células inmaduras, con alto índice mitótico y con elevada velocidad de crecimiento. Células indiferenciadas cuya misión principal es la división. células sexuales, tejido hematopoyético, linfocitos, cristalino, células neoplásicas.
• Menor radiosensibilidad en células maduras, diferenciadas, especializadas funcional o morfológicamente. Células musculares y del SN central y periférico

Factores Químicos que Afectan la Respuesta Celular Frente a la Radiación

Radiosensibilizadores

• Pirimidinas halogenadas_(sustitutivos de la timina, debilitan el ADN) y sensibilizadores de afinidad electrónica que aumentan la producción de radicales libres (especialmente el oxígeno molecular). El medio celular neoplásico mal vascularizado suele encontrarse en hipoxemia, y por tanto resulta radioresistente.
• Sustancias que incrementan la acción de la radiación Ejemplo: el oxígeno

Radioprotectores

• Sulfidrilos o sulfuros que contienen tioles, secuestran los radicales libres y disminuyen la acción indirecta de la radiación
• Sustancias que disminuyen la acción de la radiación Ejemplo: cisteína, cisteamina

Factores Biológicos que Afectan la Respuesta Celular Frente a la Radiación

Ciclo Celular

La radiosensibilidad celular depende de la fase del ciclo. Las fases M (mitosis) y G1, son más radiosensibles; la fase S (síntesis de ADN) es La menos radiosensible.

Mecanismos de Reparación

capacidad de reparación tras la irradiación. Tras un daño potencialmente letal, la posibilidad de reparación es mayor si la célula se encuentra en reposo proliferativo. Tras un daño subletal, se puede producir una reparación celular completa o parcial. La reparación incompleta puede devenir en muerte celular o en una modificación genética

Radiosensibilidad Celular

Susceptibilidad a la radiación ionizante.

• Es una característica inherente de las diferentes estirpes celulares, cuyo comportamiento frente a las radiaciones ionizantes es distinto.
• Mayor radiosensibilidad
• En células inmaduras, con alto índice mítótico y con elevada
• velocidad de crecimiento.
• Células indiferenciadas cuya misión principal es la división.
• Células sexuales, tejido hematopoyéticos, linfocitos, cristalino, células neoplásicas.
• Menor radiosensibilidad
• En células maduras, diferenciadas, especializadas funcional o morfológicamente.
• Células musculares y del SN central y periférico

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