Efectos biologicos de las radiaciones
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Este documento trata sobre los efectos biológicos de la radiación. En primer lugar, introduce la radiobiología como la ciencia que estudia los efectos de la absorción de energía procedente de radiaciones ionizantes en los seres vivos. Luego, describe los efectos de las radiaciones en los seres vivos y la importancia de comprender la radiobiología para optimizar los tratamientos de radioterapia y proteger a los pacientes. Finalmente, resume que la radiobiología es fundamental para entender los efectos de la radioterapia y minimizar los daños en los te
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Efectos biologicos de las radiaciones
- 1. EFECTOS BIOLOGICOS DE LA RADIACION BERTHA GARCIA 1
- 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. Efecto de las radiaciones en seres vivos 3
- 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. 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. Generalidades La radiobiología es de gran importancia para la radioterapia. Permite la optimización del plan radioterapéutico 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. 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. 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. … 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. 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. Diferentes tipos de tejido • Órganos seriados (ej. • Órganos paralelos (ej. col. vertebral) pulmones) 11
- 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. 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. Clasificación de los efectos de las radiaciones en los tejidos normales Reacciones tempranas o Reacciones tardías agudas • 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. 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. Existe una considerable experiencia clínica con la radioterapia, sin embargo, se desarrollan nuevas técnicas y la radioterapia no siempre se administra de la misma manera. Los modelos radiobiológicos pueden ayudar a predecir los resultados clínicos cuando los parámetros del tratamiento son modificados (incluso si resultan demasiado rústicos para describir la realidad con exactitud) 16
- 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. ¿En qué unidades físicas se da la relación a/b? 18
- 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. Regla práctica para los cocientes a/b Cocientes a/b grandes Cocientes a/b pequeños a/b = 10 a 20 a/b = 2 Reacciones tempranas o Reacciones tardías en los agudas en los tejidos tejidos, ej. médula espinal Potencialidad de cáncer La mayoría tumores de próstata 20
- 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. Las 4 Rs de la radioterapia R Withers (1975) • Reoxigenación • Redistribución • Reparación • Repoblación (o Regeneración) 22
- 23. Las 4 Rs de la radioterapia: Influyen en el tiempo entre fracciones, t, y en el tiempo total de tratamiento, T Reoxigenación Necesidad T mínimo Redistribución Necesidad t mínimo Necesidad de un t mínimo Reparación para tejidos normales Repoblación Necesidad de reducir el T del (o Regeneración) tumor
- 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. 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. 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. PAREMOS AQUÍ UN MOMENTO… 27
- 28. !Lo que finalmente importa es el efecto biológico! • 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. 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. 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. A que nivel interactúa la radiación??
- 32. Efectos de las Radiaciones La radiación ionizante célula interactúa a nivel núcleo celular: • Ionización • Cambios químicos • Efectos biológicos Radiación incidente cromosomas 32
- 33. Procesos de los efectos de las radiaciones Duración Etapa Proceso Absorción de energía, Física 10-15 s ionización Interacción de iones con Físico- 10-6 s moléculas, formación de química radicales libres Interacción de radicales Química segundos libres con moléculas, células y ADN decenas de minutos Muerte celular, cambio de la Biológica información genética en las a decenas de años células, mutaciones
- 34. En conclusión…… al respecto
- 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. Efectos biológicos A bajas dosis el daño a una célula es un efecto fortuito – haya o no habido transferencia de energía. 36
- 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. Riesgo de muerte promedio anual debido a accidentes industriales y a cáncer debido al trabajo con radiaciones Minería de carbón 1 in 7,000 Extracción de petróleo y gas 1 in 8,000 Construcción 1 in 16,000 Trabajo con radiaciones (1.5 mSv/año) 1 in 17,000 Metalurgia 1 in 34,000 Todos los tipos de fabricación 1 in 90,000 Producción química 1 in 100,000 Todos los servicios 1 in 220,000 Tomado de L Collins 2000 38
- 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. 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
- 45. 45
- 46. Objetivo de la Radioterapia Entregar la dosis necesaria para tratar la lesión No dañar estructuras sanas durante el tratamiento 46
- 47. Observaciones sobre las características de las radiaciones No solo en protección radiológica existe una eficacia diferente de los diversos tipos de radiaciones – sin embargo: – 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
- 48. Adaptada de Marco Zaider (2000) 48
- 49. 2. De Gy a Sv: Magnitudes y unidades de las radiaciones Exposición Dosis Absorbida Dosis Equivalente Dosis Efectiva 49
- 50. Magnitudes de las radiaciones Dosis 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
- 51. Magnitudes de las radiaciones Dosis 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
- 52. 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
- 53. Magnitudes de las radiaciones Dosis 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