Efectos biologicos radiaciones ionizantes

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.

RADIACION
EFECTO
INDIRECTO
RADICALES
LIBRES
LESION
DEL ADN
DEPOSITO
DE
ENERGIA
EFECTO
DIRECTO

RADIACION
Lesiones del ADN
Roturas de
Cadena
Recombinaciones Daño de Bases Deleciones
Entrecruzamientos
de ADN
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
 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

Exposición a la
Radiación
Daño Severo
Daño menos severo
o subletal
MUERTE
ALTERACION
GENETICA (ADN)

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
RESPUESTA CELULAR FRENTE A LA
RADIACION:
Físicos
Biológicos
Químicos
FACTORES FISICOS:
Calidad de la radiación
Tasa 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.

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
Determinista
Daño subletal
Mecanismos
de reparación
Daño letal
Célula
transformada
Efecto
Estocástico
Célula
normal
Radiación
ionizante
Radicales libres
Acción indirecta
Acción directa

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

 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
algunas horas
(Gy): 0.1

SISTEMA GASTROINTESTINAL
 Causa: lesión del
epitelio intestinal
 Efecto: DHT y DNT
1 semana
(Gy): 2.0

PIEL
 Causa: daño en la capa
basal
 Efecto: descamación
3 semanas
(Gy): 3.0

TESTICULOS
 Causa: aspermia
 Efecto: esterilidad
2 meses
(Gy): 0.2

OVARIOS
 Causa: muerte
interfásica del oocito
 Efecto: esterilidad
 1 mes
(Gy): 0.5

PULMON
 Causa: fallas en la
barrera alveolar
 Efecto: neumonía
 Período de latencia: 3
meses
(Gy): 8.0

CRISTALINO
 Causa: fallas en la
maduración
 Efecto: cataratas
 1 año
(Gy): 0.2

TIROIDES
 Causa: hipotiroidismo
 Efecto: deficiencias
metabólicas
 1 año
(Gy): 5.0

SISTEMA NERVIOSO
CENTRAL
 Causa: desmielinización y
daño vascular
 Efecto: encefalopatía y
mielopatías
muy variable, según dosis
 Umbral aproximado (Gy):
15.0
 Dosis que produce efectos
severos: 30.5

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
Enfermedad
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 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.

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.

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 relacionados
con 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
Paraneoplásicas
Acumulación de
mutaciones
génicas adicionales
↑ desarrollo
maligno
Capaces de evadir
los controles
celulares
CONVERSION

Requiere
exposición
prolongada
al agente
promotor
Respuesta
hiperproliferativa
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
diferenciación
La capacidad
de invasividad
y metástasis

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

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