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Efectos biologicos de las radiaciones

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3ra Jornada sobre Proteccio

Efectos biologicos de las radiaciones

  1. 1. EFECTOS BIOLOGICOS DE LA RADIACION BERTHA GARCIA 1
  2. 2. Radiobiología: La radiobiología es la ciencia que estudia los fenómenos que se producen en los seres vivos tras la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes 2
  3. 3. Efecto de las radiacionesen seres vivos 3
  4. 4. IMPORTANCIA DE LA RADIOBIOLOGIA• Comprensión de los efectos biológicos causados por la radiación.• Una mejor comprensión de las respuestas celulares e histológicas.• Comprensión de los factores fisiológicos causados por la irradiación.• Observar y determinar las influencias de los modificadores sobre la irradiación. 4
  5. 5. Comentarios sobre la vascularizacion• Los vasos sanguíneos desempeñan un rol muy importante en la determinación de los efectos de las radiaciones tanto en los tumores como en los tejidos normales• La vascularización determina la oxigenación y por tanto la radiosensibilidad 5
  6. 6. GeneralidadesLa radiobiología es de gran importancia para laradioterapia. Permite la optimización del planradioterapéutico para cada paciente con respecto a: • La dosis total y cantidad de fracciones • Tiempo total del tratamiento radioterapéutico • Probabilidad de control del tumor (TCP) y probabilidad de complicación de tejido normal (NTCP) 6
  7. 7. TELETERAPIA BRAQUITERAPIA MUERTE CELULAR (tejido normal y tumoral) de la misma manera - La misma base radiobiológica. - La Física es diferente. - Enfocado a los efectos tasa–dosis para LDR y HDR y RT. 7
  8. 8. Recordatorio• Tumor palpable (1cm3) = 109células !!!• Gran masa (1kg) = 1012 células – necesita una eliminación celular mayor en tres órdenes de magnitud• Tumor microscópico, micrometástasis = aprox. 106 células - necesita menos dosis 8
  9. 9. … ordenes de magnitud• 1cm3 de tejido = 109 células• 1 mGy --> 1 en 1000 o impacto en106 células• 999 de 1000 lesiones son reparadas – quedando 103 células dañadas• 999 de 1000 células dañadas mueren (nada serio puesto que millones de células mueren diariamente en toda persona)• 1 célula puede vivir con daño (puede mutar) 9
  10. 10. Radiobiología: tejidos normales• No afectar los tejidos normales es esencial para un buen resultado de la radioterapia.• La radiobiología de los tejidos normales puede ser aún más compleja que la de los tumores: – Los diferentes órganos responden de forma diferente. • – La respuesta es en sí de un conglomerado de células y no de las células individualmente. – En general lo más importante es la reparación del daño. 10
  11. 11. Diferentes tipos de tejido• Órganos seriados (ej. • Órganos paralelos (ej. col. vertebral) pulmones) 11
  12. 12. Diferentes tipos de tejido• Órganos seriados (ej. • Órganos paralelos (ej. col. vertebral) pulmones) Los efectos de la radiación en el órgano son diferentes 12
  13. 13. Efectos de volumen• Mientras más tejido normal sea irradiado en órganos paralelos – Mayor será el dolor del paciente – Mayor probabilidad de fallo total de un órgano• Regla práctica – mientras mayor el volumen menor ha de ser la dosis• En órganos seriados incluso un pequeño volumen que sea irradiado por encima de un umbral puede provocar fallo total del órgano (ej. médula espinal) 13
  14. 14. Clasificación de los efectos de las radiaciones en los tejidos normalesReacciones tempranas o Reacciones tardíasagudas • Incluyen • Incluyen – Daño a la médula espinal, – Enrojecimiento de la piel, eritema – parálisis – Fibrosis – Náuseas – Fístulas – Vómitos – Cansancio • Se presentan a partir de 6 meses después • Por lo general ocurren de la irradiación durante el curso de la RT o en un intervalo de 3 meses 14
  15. 15. Clasificación de los efectos de las radiaciones en los tejidos normales• Reacciones tempranas • Reacciones tardías o agudas Los efectos tardíos pueden ser un resultado de reacciones tempranas severas: heridas por radiación con trascendencia 15
  16. 16. Existe una considerable experiencia clínica con laradioterapia, sin embargo, se desarrollan nuevastécnicas y la radioterapia no siempre se administrade la misma manera.Los modelos radiobiológicos puedenayudar a predecir los resultados clínicoscuando los parámetros del tratamientoson modificados (incluso si resultandemasiado rústicos para describir larealidad con exactitud) 16
  17. 17. Modelos radiobiológicos• Existen muchos modelos.• Se basan en la experiencia clínica, en experimentos a nivel celular o simplemente en la maravilla o simplicidad de las matemáticas.• Uno de los modelos más simples y más empleados es el llamado “cuadrático lineal” o modelo “alfa/beta” desarrollado y modificado por Thames, Withers, Dale, Fowler y muchos otros. 17
  18. 18. ¿En qué unidades físicas se da la relación a/b? 18
  19. 19. BED resulta útil para comparar el efecto de diferentes planes de fraccionamiento• Se necesita para conocer el cociente a/b de los tejidos involucrados.• a/b por lo general para tejidos normales es menor que para tumores 19
  20. 20. Regla práctica para los cocientes a/bCocientes a/b grandes Cocientes a/b pequeñosa/b = 10 a 20 a/b = 2Reacciones tempranas o Reacciones tardías en losagudas en los tejidos tejidos, ej. médula espinal Potencialidad de cáncerLa mayoría tumores de próstata 20
  21. 21. Precauciones• Esto es solo un modelo• Se necesita conocer los datos radiobiológicos de los pacientes• Suposiciones importantes: – Que entre dos fracciones hay reparación total – Que no hay proliferación de células tumorales – que el tiempo total de tratamiento no influye en nada 21
  22. 22. Las 4 Rs de la radioterapia R Withers (1975) • Reoxigenación • Redistribución • Reparación • Repoblación (o Regeneración) 22
  23. 23. Las 4 Rs de la radioterapia: Influyen en el tiempo entre fracciones, t, y en el tiempo total de tratamiento, TReoxigenación Necesidad T mínimoRedistribución Necesidad t mínimo Necesidad de un t mínimoReparación para tejidos normalesRepoblación Necesidad de reducir el T del(o Regeneración) tumor
  24. 24. Tiempo, dosis y fraccionamiento • Necesidad de optimizar el plan de fraccionamiento para las condiciones específicas • Parámetros: – Dosis total – Dosis por fracción – Tiempo entre fracciones – Tiempo total de tratamiento 24
  25. 25. Empleo del modelo cuadrático lineal en la radioterapia con haz externo• Determinar esquemas „equivalentes‟ de fraccionamiento• Determinar parámetros radiobiológicos• Determinar el efecto de los intervalos en el tratamiento – ej. ¿Es necesario aplicar dosis adicionales debido al intervalo largo de fin de semana? 25
  26. 26. Sin embargo, tener precaución• Todos los modelos son eso: modelos• Los parámetros radiobiológicos no son bien conocidos• Parámetros para una población de pacientes pueden no ser aplicables para un paciente en específico 26
  27. 27. PAREMOS AQUÍ UN MOMENTO… 27
  28. 28. !Lo que finalmente importa es el efectobiológico! • La dosis al tumor determina la probabilidad de cura (o la probabilidad de paliación) • La dosis a estructuras normales determina la probabilidad de efectos secundarios y complicaciones • La dosis al paciente, al personal, y a los visitantes determina el riesgo de detrimento por radiación a estos grupos Bajas dosis: Altas dosis:Efectos estocásticos Efectos Deterministas 28
  29. 29. Efectos deterministas • Debido a muerte celular. Severidad del efecto • Tienen un umbral de dosis – por lo general varios Gy. • Específicos para los diversos tejidos. dosis umbral • La severidad del daño depende de la dosis. 29
  30. 30. Efectos estocásticos• Debido a cambios celulares (ADN) y su proliferación hacia una enfermedad maligna. Probabilidad de efecto• Severidad (ejemplo; cáncer) independiente de la dosis.• No hay umbral de dosis – también aplicable a dosis muy pequeñas. dosis• Probabilidad de efectos aumenta con la dosis 30
  31. 31. A que nivel interactúa la radiación??
  32. 32. Efectos de las RadiacionesLa radiación ionizante célulainteractúa a nivel núcleocelular: • Ionización • Cambios químicos • Efectos biológicos Radiación incidente cromosomas 32
  33. 33. Procesos de los efectos de las radiacionesDuración Etapa Proceso Absorción de energía,Física 10-15 s ionización Interacción de iones conFísico- 10-6 s moléculas, formación dequímica radicales libres Interacción de radicalesQuímica segundos libres con moléculas, células y ADN decenas de minutos Muerte celular, cambio de laBiológica información genética en las a decenas de años células, mutaciones
  34. 34. En conclusión…… al respecto
  35. 35. Efectos de las radiaciones• Estocásticos - probabilidad de efecto relacionado con la dosis, disminuye al disminuir ésta• Deterministas - umbral para efecto – por debajo, no hay efecto; por encima, hay certeza, y la severidad aumentan con la dosis 35
  36. 36. Efectos biológicosA bajas dosis el daño a una célula es unefecto fortuito – haya o no habidotransferencia de energía. 36
  37. 37. Inducción del cáncer• El efecto estocástico más importante desde el punto de vista de la seguridad radiológica• Es un proceso de múltiples etapas.• Es un proceso complejo que involucra células, la comunicación entre ellas y el sistema inmunológico... 37
  38. 38. Riesgo de muerte promedio anual debido a accidentes industriales y a cáncer debido al trabajo con radiacionesMinería de carbón 1 in 7,000Extracción de petróleo y gas 1 in 8,000Construcción 1 in 16,000Trabajo con radiaciones (1.5 mSv/año) 1 in 17,000Metalurgia 1 in 34,000Todos los tipos de fabricación 1 in 90,000Producción química 1 in 100,000Todos los servicios 1 in 220,000 Tomado de L Collins 2000 38
  39. 39. Resumen de los efectos de las radiaciones• El blanco en la radioterapia es el volumen tumoral y su propagación confirmada y/o sospechada• Es necesario conocer tanto los efectos sobre el tumor como sobre los tejidos normales• Los tejidos normales deben ser considerados como todo un órgano• Se emplean modelos para reducir la complejidad y permitir la predicción de los efectos... 39
  40. 40. Resumen• La radiobiología es esencial para comprender los efectos de la radioterapia• También es importante para la protección radiológica del paciente puesto que permite minimizar los efectos de las radiaciones en los tejidos saludables• Existen modelos que permiten estimar los efectos de un determinado plan de radioterapia• La precaución es necesaria al aplicar un modelo a cada paciente como individuo, - no se debería ignorar el criterio clínico 40
  41. 41. GRACIAS…… BERTHA GARCIA
  42. 42. 45
  43. 43. Objetivo de la Radioterapia Entregar la dosis necesaria para tratar la lesión No dañar estructuras sanas durante el tratamiento 46
  44. 44. Observaciones sobre las características de las radiacionesNo solo en protección radiológica existe una eficaciadiferente de los diversos tipos de radiaciones – sinembargo: – El efecto preocupante es diferente – La Eficacia Biológica Relativa (valores de la RBE; Relative Biological Effectiveness) es diferente - ej. para los neutrones en terapia RBE es aprox. 3 – El efecto del fraccionamiento puede ser muy diferente 47
  45. 45. Adaptada de Marco Zaider (2000) 48
  46. 46. 2. De Gy a Sv: Magnitudes y unidades de las radiaciones Exposición Dosis Absorbida Dosis Equivalente Dosis Efectiva 49
  47. 47. Magnitudes de las radiacionesDosis absorbida D• La cantidad de energía transferida por unidad de masa en un material blanco• Aplicable a cualquier radiación• Se mide en gray (Gy) = 1 joule/kg• La antigua unidad rad = 0.01 Gy 50
  48. 48. Magnitudes de las radiacionesDosis Equivalente H• Tiene en consideración el efecto de las radiaciones sobre el tejido empleando un coeficiente de ponderación de las radiaciones WR• Se mide en sievert (Sv)• La antigua unidad rem = 0.01 Sv• H = D  wR 51
  49. 49. Coeficientes de ponderación por tipo de radiación (ICRP 60) Tipo de radiacion WR Beta 1 Alpha 20 Rayos X 1 Rayos gamma 1 Neutrones <10 keV 5 Neutrones (10 keV – 100 keV) 10 Neutrones (100 keV – 2 MeV) 20 Neutrones (2 meV – 20 MeV) 10 Neutrones >2 MeV 5
  50. 50. Magnitudes de las radiacionesDosis Efectiva E• Toma en cuenta las diversas sensibilidades de los diferentes tejidos ante las radiaciones empleando Factores de Ponderación para Tejido wT• Se mide en sievert (Sv)• Se emplea cuando se irradian varios órganos a dosis diferentes, o a veces cuando un órgano se irradia por separado• E = Sum all organs (wT H) = Sumall organs (wT wR D) 53

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