4. Vida y Radiación
La vida sobre la tierra se ha desarrollado
con la presencia permanente de un fondo
de radiación. No es algo nuevo inventado
por la inteligencia del hombre: la
radiación siempre ha existido sobre la
tierra.
5. Naturaleza de la luz:
teoría electromagnética
La luz está constituida por la propagación
de una oscilación armónica de un campo
eléctrico y uno magnético perpendiculares
entre sí. Se obtienen sinusoides. Esta
oscilación que se propaga en el vacío a una
velocidad de 300.000Km/seg (la velocidad
de la luz) y constituye la luz.
7. Ondas electromagnéticas
El protón con carga positiva atrae al
electrón con carga negativa. Se crea una
fuerza eléctrica o campo eléctrico
Cuando
un
electrón
suficientemente cerca de un
crea un campo eléctrico en
vacío que rodea al protón
pasa
lo
protón se
el espacio
8. Las ondas de radio, las microondas, los rayos infrarrojos,
los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son
originados por la misma perturbación en forma de ondas
que se repiten en una distancia llamada longitud de
onda. El número de ondas/sec es la frecuencia
10. Ionización
Ionización
Proceso por el cual se agregan ó sustraen
electrones de átomos ó moléculas, creando
iones.
La radiación ionizante es producida por átomos
inestables. Los átomos inestables difieren de los
estables porque ellos tienen un exceso de
energía ó de masa.
11. Radiación ionizante
Liberación localizada de grandes cantidades
de energía.
La energía disipada por cada ionización es
aproximadamente de 33 eV.
La energía asociada con la unión C=C es de
4,9 eV
12. Tipos de radiación ionizante
La absorción de energía por el material
biológico puede conducir a:
Excitación: el pasaje de un electrón de un nivel de
energía a uno mas alto sin eyección del electrón
(UV)
Ionización: si la energía es suficiente para eyectar
al electrón fuera del átomo. Esta radiación se
denomina radiación ionizante. Rayos x ó rayos γ .
14. Unidades mas usadas
Unidad
1 rad
materia
1 rad
1 rem
1 Sv
1 Gy
1 mSv
Unidad de Conversion
cantidad de energía
absorbida / gr de
0.01 Gy
0.01 Sv
100 rem
100 rad
0,1 rad
15. Unidades
ROENTGEN
Carga eléctrica producida en
1 cm3 de aire. Unidad de exposición
RAD
GRAY (Gy)
Absorción de 100 ergios de energía
por gramo de sustancia.
= a 100 rads
REM
Rads x RBE
SIEVERT (Sv)
= 1Gy
25. Relaciones dosis (rem)-respuesta
0-150—sin síntomas
150-400—enfermedad moderada a severa
400-800—enfermedad severa. Muerte por
encima de 500 rem
Arriba de 800—Fatal
***Dosis agudas a todo el cuerpo
26. Nuestra exposición anual
Actividad
Fumar
Material radiactivo usado en
el laboratorio
Dosis (mrem/año)
280
<10
Rayos x odontológico
10 m/rem per x-ray
Radiografía de tórax
8 m/rem per x-ray
Agua de bebida
Vuelos intercontinentales
Planta de quemado de
carbón
5
5 m/rem por viaje
0.165
27. Radiación cósmica
Partículas
cargadas
originadas en el sol y en las
estrellas interactúan con la
atmósfera de la tierra y el
campo
magnético
y
producen una lluvia de
radiación que bombardea
permanentemente la tierra
Protones 85%, part. alfa
11%, electrones 2%.
28. Radiación terrestre
Material radiactivo se
encuentra en la tierra, el
agua, y en la vegetación
Uranio y torio y sus
productos de decaimiento
han estado presentes desde
el comienzo de los tiempos.
El material radiactivo puede
ser ingerido con el alimento
ó inhalado
La cantidad de radiación
terrestre varía en diferentes
lugares de la tierra.
29. Radiación Interna
Las persona están expuesta a
radiación desde materiales
radiactivos presentes en su
cuerpo: radon, potasio 40,
uranio y torio.
Radón contribuye con el 55%
de la radiación interna.
30. Rayos X y materia
3 Formas de interacción
Efecto fotoeléctrico
Efecto Compton
Producción de pares
31. Efecto fotoeléctrico
Toda la energía del rayo X se
entrega a un electrón orbital
e-
X-ray
Resultado : electrón de alta energía
33. Efecto Compton
El rayo X entrega parte de
su energía a un electrón
orbital
e-
Result: electrón de alta energía + Rx
34.
35. Tipos de radiación ionizante
Tipos de radiación ionizante
α
neutrón
β
Rayos-X o γ
36. Cuatro tipos de radiación ionizante
Rayos x (fotones)
Rayos gamma (fotones)
Partículas alfa
Partículas beta
Neutrones
37. Cuatro tipos de radiación ionizante
Rayos X
Se producen siempre que un electrón es removido
de su órbita alrededor del nucleo. Se produce un
reordenamiento de los electrones del átomo con
liberación de los elementos característicos de los
rayos X. Formación de iones
38. Cuatro tipos de radiación ionizante
Rayos gamma
Rayos gamma ó fotones: Resulta cuando el
nucleo libera energía.
39. Radiación con partículas
Electrones
Protones
partículas cargadas negativamente.
partículas cargadas positivamente. Masa
2000 veces mayor que el electrón.
Partículas α nucleos de átomos de He. Poseen
carga neta positiva. Masa 4 veces mayor que
el protón. Se producen en grandes
aceleradores.
Neutrones
sin carga eléctrica, se generan en
reactores.
Iones pesados nucleos de elementos cargados
positivamente. Deben ser acelerados a
muy altas energías (MeV ó GeV)
40. Cuatro tipos de radiación ionizante
Partículas alfa
2 neutrones y 2 protones: tienen poca
penetración, tienen masa. Son peligrosas si se
inhalan. Se eyectan del núcleo atómico durante
el decaimiento de elementos radiactivos
41. Cuatro tipos de radiación ionizante
Partículas Beta
Electrones con poca masa y energía variable.
Los electrones se forman cuando un neutrón se
transforma en un protón y un electrón.
42. Cuatro tipos de radiación ionizante
Neutrones
Tienen la misma masa que los protones
pero no tienen carga. Masa algo mayor
que el protón.
47. Tipos de daño al DNA
Dimeros de pirimidina (UV)
Roturas de cadena sencilla o doble
Uniones covalentes entre cadenas
Modificación de las bases
Intercalación
Pérdida de bases
48. Tipos de radiación ionizante
La absorción de energía por el material
biológico puede conducir a:
Excitación: el pasaje de un electrón de un
nivel de energía a uno mas alto sin eyección
del electrón.
Ionización: si la energía es suficiente para
eyectar al electrón fuera del átomo. Esta
radiación se denomina radiación ionizante.
Rayos x ó rayos γ .
49. Radiación ultravioleta
Emana del sol inalterada hasta que entra en la
atmósfera. Aquí las mas dañinas son filtradas.
UVA: 315-400 nm
UVB: 280-315 nm
UVC: 100-280 nm (se absorbe por la atmósfera)
Fuentes artificiales son lámparas de descargas
gaseosas
50. Radiación ultravioleta
Es una radiación electromagnética no ionizante
porque la energía de cada fotón está por debajo de
la energía necesaria para ionizar.
Las proteínas y los ácidos nucleicos son las
estructuras de importancia biológica que contienen
cromóforos (grupos de átomos que absorben
selectivamente cierta longitud de onda). Los
ácidos nucleicos absorben el rango de energía de
200-300 nm
51. Efectos de radiación ultravioleta
Relación con el desarrollo de carcinoma
epidermoide, basocelular y melanoma en
individuoe de piel blanca.
Produce dímeros de pirimidina que conducen a
mutaciones del ADN.
Los individuos con defectos en las enzimas que
dirigen la reparación del AND son particularmente
susceptibles.
52. Tipos de daños al DNA
Mecanismo de mutación por UV
Citosinas adyacentes forman un
dímero. Durante la replicación
ambas cadenas, templados,
sintetizan nuevas cadenas.
El dímero de citosina incorpora
adenina (en lugar de guanina)en la
nueva cadena
Replicación subsecuente produce la
mutación CC a TT.
Aunque el dímero de citosina
puede ser corregido, la mutación
producida no se detecta por el
sistema de reparación.
53. Tipos de daños al DNA
Uniones entre cadenas
Producto de los enlaces covalentes entre las
dos cadenas opuestas del DNA
Producido por la exposición a mostazas de
nitrógeno/azufre, platino, mitomicina C,
and psoralenos + UV
54. Tipos de daños al DNA
Modificación de las bases
Agentes que provocan modificación de las
bases del DNA
55. Tipos de daños al DNA
Roturas de cadena sencilla o doble
• Producidos por una gran variedad de agentes.
Consisten en la escisión del enlace fosfodiester de una o ambas cadenas del DNA
Ruptura de una cadena
Ruptura de dos cadenas
57. Daño y reparación del DNA
Exógeno
Agentes
Endógeno
Arresto
del ciclo
celular
DNA
Damage
Reparación
del ADN
Replicación
ADN
Apoptosis
Alteración
genética
permanente
Enfermedad
58. El ADN es la molécula blanco de la
radiación ionizante
Gene Expression
Cell Killing
A gene may
respond to the
radiation by
changing its signal
to produce
protein. This may
be protective or
damaging.
Damaged DNA
may trigger
apoptosis, or
programmed cell
death. If only a
few cells are
affected, this
prevents
reproduction of
damaged DNA
and protects the
tissue.
Genomic
Instability
Sometimes DNA
damage produces
later changes which
may contribute to
cancer.
Gene Mutation
Sometimes a
specific gene is
changed so that it is
unable to make its
corresponding
protein properly
59. Daño al ADN
gamma-, beta-, rayos X (low LET) alpha-, neutrones (alto
LET)
Characteristics of dose-effect relationships
following radiation of high or low LET
high LET
Efecto de la dosis sobre las aberraciones cromosómicas
luego de la exposicióna a radiación de bajo y alto LET)
Dicentrics or translocations
low LET (acute)
low LET (chronic)
Dose (Gy)
60. Ciclo Celular
G = crecimiento y
preparación de los
cromosomas
S = síntesis de ADN
G2= preparación
para M = mitosis
G0= salida del ciclo
en G1, célula
inactiva o en gran
actividad.
neuronas, linfocitos
61. Radiosensibilidad durante el ciclo
celular
S tardío: mas radioresistente
M y G2: mas radiosensibles
Progresion del ciclo celular luego de Rx:
genes checkpoint detienen el ciclo celular en
G2 para reparación
62. Alteraciones por radiación
Mutaciones en los genes del ciclo celular afectan
el desarrollo del mismo: oncogenes
P53: controla el daño al ADN y evita la progresión
del ciclo en G1 y G2.
Dosis bajas: demora la progresión del ciclo (G1 yG2)
Dosis altas: daño no reparable
apoptosis
AT: ataxia telangiectasia. Detecta daño al ADN,
interrumpe el ciclo, mantiene largo del telómero.
63. Carcinogénesis por radiación
Dosis bajas de radiación pueden modular
numerosos genes de respuesta temprana
(reparación y adaptación)
modulación del P53 por numerosas kinasas
produciendo apoptosis ó arresto del ciclo celular
detención del ciclo celular por acción de
checkpoints: G1/S, G2/M (reparación del daño)
Activación de genes que responden
tempranamente P53, MAPK, NFkB, caspasas, etc.
64. Inestabilidad genómica
Bajas dosis de radiación producen efectos
no advertidos en las células que sobreviven a
la radiación
Los efectos se hacen evidentes varias
generaciones posteriores
Se expresa en la progenie
Todas las células hijas presentan una mayor
probabilidad de mutar.
66. Inducción de efecto bystander
Partículas alfa
Rayos x de baja energía
Blindaje parcial o irradiación localizada
Transferencia de medio de cultivo
Irradiación con microhaz
Dosis de 3-5 mSv
67. Inducción de efecto bystander
Inducción de:
Muerte celular
Inestabilidad genómica
Mutaciones
Transformación celular
Aberraciones cromosómicas
73. La influencia de la comunicación
intercelular en la formación de
micronucleos
Blindaje
400
Células no evaluadas
Micronucleos/1000 cell
800
Mitad inferior de los
pulmones irradiados con
10 Gy
Células expuestals
Khan et al 1998
74. Bystander, conclusiones
El microhaz facilita la evaluación de respuestas biológicas en
función del tipo de exposición y del blanco
El microhaz ha posibilitado caracterizar el efecto bystander
La distribución de energía no es proporcional al daño biológico.
La respuesta biológica está relacionada con tejidos, no con células
individuales.
Las respuestas Bystander plantean un nuevo paradigma en cuanto
a la acción de la radiación
75. Como interactúa la radiación
con las células?
Pasado
Teoría de los hit
Ionización
directa
Formación de
radicales libres
Presente
Efecto Bystander
Comunication
célula-célula
Comunicación
célula-matriz
76. Datos de radiocarcinogénesis en humanos
Tipo de cáncer
Poblaciones
Sobrevivientes.
Bomba A
Glandula
Leucemia Tiroides
+
+
Pulmón
+
Mama
Hueso
çPiel
+
Pintores de
relojes
Radiólogos
+
+
Mineros de
uranio
Expuestos a
accidents
nucleares
+
+
Turai/IAEA M-IX 2000-09-14
76
78. Carcinogenesis: experiencia reciente
en humanos
Sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki.
86.000 personas recibieron al menos 0.005
Sv. En este grupo el desarrollo de cáncer
excedió al de grupos control. Se produjeron
334 muertes en exceso por tumores sólidos y
87 muertes en exceso por leucemia.
79. Muertes por cáncer atribuíble a la
bomba-A
De 86572 sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki
7,827 personas murieron de cáncer en 1950-90:
Tumores
Leucemia
Total
Observados Esperado en Exceso (%E)
7578
7244
334
(4.4)
249
162
87
(35.0)
7827
7406
421
(5.4)
Ref: Pierce et al, Rad.Res. 146: 1-27, 1996
Turai/IAEA M-IX 2000-09-14
79
85. Dosis en tiroides de niños y adolescentes en
Bielorusia y Ucrania
60
50
40
Ukraine: 67475
subjects
Belarus: 15000
subjects
30
20
>10 Gy
5-10 Gy
2-5 Gy
1-2 Gy
0
0,3-1 Gy
10
0-0,3 Gy
%
[Shore 1995]
86. Antes del accidente
Tasa de cáncer de tiroides= 0.5/millon.
En el período 1991-1994
Tasa de cáncer de tiroides= 100/millon.
.
Esto representa 200 veces mas.
87. Factores que aumentaron la
incidencia de cáncer de tiroides en
niños
Deficiencia de iodo en la población
Bloqueo tardío de la profilaxis con iodo frío
Falta de detección activa de casos ocultos
88. Casos de cáncer de tiroides en las
regiones afectadas después de
Chernobyl 1986-1994
89. Exposición aguda a la radiación
Dosis(rads)
Efectos
0-20
No se detectan efectos
Cambios en la sangre
20-100
Disminución de los glóbulos blancos
100-200
Síndrome agudo de radiación
200-300
Vómitos, diarrea, debilidad, muerte
300-600
Vómitos, hemorragias, diarrea.
Muerte con 350 rad ó mas
+ de 600
Muerte en casi todos los casos
90. Dosis efectiva total (Rx)
Exámen
Radiografía de tórax
cerebro
columna
Urografía
Dental
Tomografía total
Dosis (mSv)
0,02
0,15
0,90
0,20-0,90
10-30
6-16
91. Radiación
por bombas Rayos x de origen médico
A
Tipo de
cáncer
Islas
Espondi
Fluorosc
Bomb
Tiroides
a A Marshall litis Anq Mastitis Torax
Leucemia
Tiroides
Mama
Pulmón
•••
•••
•••
•••
Hueso
Hígado
Piel
Linfoma
Esófago
Estómago
Vejiga
Colon
••
•••
•••
•••
••
••
••
••
••
••
•••
••
•••
••
••
In utero
•••
93. Haces de Protones
Generados por el acelerador Tandar.
Su distribución de energía en su trayectoria
determina la curva de Bragg.
Plateau y Pico de Bragg
Rango de recorrido definido
Permite una selectividad espacial para la
máxima deposición de dosis.
95. Proyecto: introducción de la
protonterapia en la Argentina
Los protones pueden localizarse en la zona tumoral con mas efectividad
que los rayos X ó gamma.
El daño a tejidos circundantes al tumor es menor.
La terapia con protones es óptima para el
tratamiento de tumores localizados en zonas
vecinas a órganos vitales. Ej. melanomas de la coroides y tumores de la
base del cráneo.
Su aplicación a patologías humanas se concretó en 1990 en Loma Linda
University Medical Center .
96. Equipo de trabajo para investigaciones
radiobiológicas con el acelerador Tandar
JA Schuff, L Policastro, H Durán, AJ Kreiner, A
Mazal, BL Molinari, A Burlón, ME Debray, JM
Kesque, H Somacal, P Stoliar, A Valda, OA
Bernaola, A Perez de la Hoz, G Saint-Martin, S
O’Connor, J Davidson, M Davidson, F Naab, MJ
Ozafrán, ME Vázquez, M Palmieri, M Ruffolo.
97. Irradiación con haces de protones y de
litio
Sobrevida (control%)
Fracción de sobrevida
PDV
1
0.1
0.01
1E-3
0
2
4
6
Dosis (Gy)
Dosis (Gy)
LET (KeV/uM)
Gamma
0,2
Zona Plateau
Protones
3,1 + 0,1
Pico Bragg
15,6 + 0,1
Zona Distal
Litio
26 + 2
100 + 7
8
10
99. Para cuantificar el daño producido por partículas
cargadas, que entregan una dosis de energía con una
definida distribución espacial en un material biológico,
se evaluaron parámetros radiosensibles de la piel de
ratas Wistar.
Se obtuvieron dosis progresivas de protones en una
misma zona de tejido, mediante la interposición de una
cuña de Lucite (equivalente tejido) sobre la zona a
irradiar.
De esta forma se irradió una zona del dorso de los
animales con dosis variables entre 0 y 100 Gy.
100. Haz de protones de 22,4 MeV generado en el
Acelerador TANDAR (CNEA-Argentina)
La dosis de entrada se entrega en la zona de
plateau de la curva de Bragg.
El flujo del haz se midió utilizando una cámara
de transmisión a la salida de la ventana de
extracción.
104. Evaluación del tejido irradiado
1.Zona de dosis 0 Gy. Las partículas no atraviesan el espesor de la
cuña. No hay daño tisular.
2. Zona alcanzada por la caída distal del pico de Bragg. El haz
alcanza zonas superficiales del tejido. Daño intermedio.
3. Zona alcanzada por el pico de Bragg. Daño máximo, alteración de
la epidermis, carencia de anexos.
4. Zona alcanzada por las distintas regiones del plateau. Se extiende
hasta el final de la cuña. Daño intermedio y variable.
5. Zona sin cuña donde el haz atraviesa completamente la piel. Daño
mínimo.
105. Tabla comparativa de
alteraciones temporales
Espesor de la Piel
Pico de Bragg
Porcetanje del
control
Plateau
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2
5
6
7
Días post irradiación
9
106. Tabla comparativa de
alteraciones temporales
Espesor del epitelio
Pico de Bragg
Irradiado/Control %
Plateau
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2
5
6
7
Dias post irradiacion
9
107. Tabla comparativa de
alteraciones temporales
Espesor de la Piel
Pico de Bragg
Porcetanje del
control
Plateau
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2
5
6
7
Días post irradiación
9
108. Tabla comparativa de
alteraciones temporales
Espesor del epitelio
Pico de Bragg
Irradiado/Control %
Plateau
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2
5
6
7
Dias post irradiacion
9
112. Conclusiones
Los
resultados obtenidos permiten analizar invivo la respuesta de un tejido complejo a la
radiación con partículas. La mayoría de los datos
experimentales se obtienen a partir de cultivos de
tejidos.
La utilización de una cuña de espesor variable
como degradador de energía, permitió que los
tejidos de los animales irradiados fueran
afectados a diferentes profundidades y dentro de
un amplio rango de dosis.
113. Conclusiones
•
•
Se determinaron diferentes zonas de
daño tisular en función del tiempo
postirradiación. El daño tisular es
compatible con la dosis recibida y con la
profundidad alcanzada luego que el haz
atravesara el prisma de lucite.
Las alteraciones de la piel relativas al
control, mantienen valores similares
para todos los casos estudiados.
Notes de l'éditeur
How this can be dangerous
How we can protect ourselves
- Types will be discussed later
Continuation
- In some cases will need both conversion table and unit analysis
- Lights on work examples
(1) 12 ft to _ m
(2) 25 mi/hr to _ ft/sec
(3) 22 Ci to _ Bq
(4) Ex. 7
(5) 35 GBq to _ Ci ( w/out table)
The cosmic radiation which strikes the earth induces radioactivity in the atmosphere in the same way that the TRIUMF accelerators induce radioactivity in their shielding. Most of this radioactivity is very short-lived. Some radionuclides however survive to eventually reach the surface of the earth. Among these are H (tritium), Be (beryllium-7) and C (carbon-14) which has the longest half-life (5730 years). The concentration of these radionuclides in the air is quite low and they are all radioactive species with low radio-toxicity. As a result the average dose equivalent from this source is small: only approximately 0.01 mSv per year.
0-150 Perhaps increased cancer with long latency\150-400 increased cancer risk---400-800 GI damage at higher rates
- Symbols
A gamma particle is a photon. It is produced as a step in a radioactive decay chain when a massive nucleus produced by fission relaxes from the excited state in which it first formed towards its lowest energy or ground-state configuration.
With the microbeam, it is possible to expose individual cells and using the modern cellular and molecular techniques to study the changes that occur in the cell that is "hit" by the radiation and in neighboring cells that were not directly traversed by the radiation. It is possible to demonstrate that the "hit" cell communicates with its neighboring cells and triggers cellular and molecular changes in these cells. Bystander effects have been demonstrated in vitro using a number of different cell culture systems and a wide range of biological endpoints. It is critical to determine if this response increases or decreases the risk for production of late occurring disease. This is an area of current research and vigorous discussion. For the bystander effect to be of significance in terms of risk assessment it is important to determine if these effects are produced in vivo using experimental animals.