Tema 2 PR Final - Protección Radiológica, PDF

INTERACCIÓN DE LAS RADIACIONES PARTES DE UNA CÉLULA IONIZANTES CON EL MEDIO BIOLÓGICO Membran plasmática. Pared celular. Núcleo. LA CÉLULA...

INTERACCIÓN DE LAS RADIACIONES PARTES DE UNA CÉLULA IONIZANTES CON EL MEDIO BIOLÓGICO Membran plasmática. Pared celular. Núcleo. LA CÉLULA Citoplasma. Orgánulos: La célula es la estructura simple, ordenada y Mitocondrias. biológica más pequeña reconocida. Todas las Lisosomas. células realizan funciones de nutrición, relación Ribosomas. y reproducción. Cloroplastos. Existen dos tipos de células: eucariotas Flagelos. (vegetales y animales) y procariotas. Retículo endoplasmático (liso y rugoso). Aparato de Golgi. MECANISMOS DE ACCIÓN DE LAS RADIACIONES IONIZANTES La radiación es la emisión de energía o de partículas que producen determinados cuerpos sin que se necesite un medio conductor. Según su naturaleza: CORPUSCULARES: como las partículas atómicas. ELECTROMAGNÉTICAS: como la radiación gamma. Según sus efectos sobre el medio: IONIZANTES: gran energía y baja longitud de onda. NO IONIZANTES: baja energía y alta longitud de onda. Cuando la radiación entra en contacto con algún elemento, transfiere parte de su energía a los átomos de este mediante repetidas colisiones aleatorias e instantáneas. Esta energía en un ser vivo puede provocar multitud de lesiones a nivel biológico. En el momento que se recibe la colisión, el organismo empieza a prepararse para intentar compensar el daño. Por esto el efecto de la radiación siempre tarda un poco en aparecer. Etapa física. Etapa química. Etapa biológica. ETAPAS DE LA INTERACCIÓN CON RADIACIÓN IONIZANTE Cuando un haz de rayos X o gamma penetra en un medio material, se observa una desaparición progresiva de los fotones que lo constituyen (atenuación). Desde el momento en que los fotones de la radiación ionizante impactan con ETAPA QUÍMICA un ser vivo, se Las células humanas se componen de una serie produce una serie de procesos que pueden de macromoléculas (ADN, proteínas, lípidos… definirse en 3 etapas principales: etc) flotando en un medio acuoso. Es por esto que al recibir una dosis de radiación, las interacciones pueden dividirse en dos tipos principales: - Acciones directas (sobre ACCIÓN INDIRECTA: macromoléculas). Se produce cuando la radiación ioniza - Acciones indirectas (se ioniza el agua las moléculas de agua del medio celular. del medio celular). Se producen radicales libres que pueden interaccionar ACCIÓN DIRECTA: con las Se produce cuando las ionizaciones se macromoléculas de provocan directamente sobre las la célula, provocando macromoléculas celulares. Estos efectos lesiones graves si se explican por la llamada “teoría del alteran el ADN. impacto”, según la cual, existen muchas moléculas sin importancia en la célula que pueden ser impactadas sin efectos ETAPA FÍSICA adversos, pero si la Cuando la radiación en su recorrido se radiación afecta a encuentra con un átomo, puede provocar una de las diversos fenómenos en él, como la excitación y moléculas clave la ionización: (como el ADN), se pueden producir EXCITACIÓN: un átomo recibe un aporte graves lesiones en energético y los electrones pasan de el organismo. una capa interna a una capa más externa. IONIZACIÓN: un átomo recibe un aporte energético que produce una separación completa del electrón de su átomo. La energía que incide supera la fuerza de enlace. La interacción de la radiación con la materia depende de su naturaleza y energía. Para radiación de carácter ondulatorio (fotones X o fotones gamma) se producen los siguientes polímero de desoxirribonucleótidos de efectos según sea la energía incidente: efecto adenina, guanina, citosina y timina. fotoeléctrico, efecto Compton, producción de pares, fuerzas de Coulomb, radiación de frenado, etc. ESTRUCTURA: ➔ Está formado por dos cadenas de polinucleótidos antiparalelas. Cada ETAPA BIOLÓGICA cadena tiene los enlaces La interacción de la radiación con tejidos 5`->3`orientados en sentidos contrarios. biológicos activa los mecanismos de reparación ➔ Las cadenas son complementarias. Si presentes en las células, por lo que la gran en una cadena hay timina, en la otra, al mayoría de daños en el ADN no tendrán efecto mismo nivel, hay adenina. Por lo tanto, sobre la viabilidad celular. la secuencia de cada cadena es diferente. Pese a esto, algunas alteraciones no serán ➔ Están enrolladas de forma dextrógira. reparadas, con lo que se producirá la muerte La estructura gira a la derecha a medida celular inmediatamente, o incluso después de que avanza. varias divisiones celulares tras la exposición a ➔ El enrollamiento es plectonímico. Para la radiación. Las consecuencias biológicas de la separar las cadenas hace falta girar irradiación celular se pueden manifestar (desenrollar) una respecto a la otra. mucho tiempo después. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN A NIVEL MOLECULAR Y CELULAR EL ADN El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la molécula que transporta información genética para el desarrollo y el funcionamiento de un organismo. El ADN está compuesto por dos cadenas de nucleótidos enrollados entre sí formando una doble hélice. Cada cadena es un  ADN ARN Rotura doble- Lesión letal: se produce como consecuencia de Tipo de molécula Ácido Ácido ribonucleico desoxirribonuclei la rotura de las dos hebras del co ADN en sitios muy próximos. Estructura Doble cadena Cadena simple Bases nitrogenadas Adenina, Adenina, uracilo, guanina, citosina citosina y guanina y guanina Bases Adenina-timina Adenina- uracilo complementarias Citosina-guanina Citosina-guanina Azúcar Desoxirribosa Ribosa Alteraciones de bases. Tipos ADN nuclear - ARN mensajero - ADN - ARN de transferencia Consiste en la pérdida de una o más mitocondrial - ARN mitocondrial - ARN no codificante bases, la modificación química de Funciones Almacenar y Interpretar el código alguna de ellas y la ligadura entre dos transferir la del ADN para conducir bases contiguas. Se producen entre 800 información la síntesis de genética proteínas y 1000 alteraciones de bases por Gy y la mayoría afectan a la timina. LESIONES DEL ADN PRODUCIDAS POR RADIACIONES IONIZANTES Destrucción de azúcares. Los azúcares son oxidados y luego hidrolizados con liberación de la base, Rotura de cadenas: pudiéndose acompañar de rupturas en Rotura simple-Lesión subletal: se el enlace fosfodiéster. Sus alteraciones produce frecuentemente entre son poco conocidas y se producen con el enlace de la base nitrogenada menos frecuencia. y la pentosa. Es la lesión más abundante tras la radiación. Formación de puentes y dímeros. Los dímeros se suelen formar en una misma cadena. La cadena se pliega y dos bases adyacentes pueden unirse covalentemente. La formación de estos  dímeros puede tener graves SISTEMAS DE REPARACIÓN DEL ADN consecuencias para la célula, dado que Las enzimas moleculares reparan las lesiones pueden interrumpir la replicación del causadas por la radiación para poder restaurar ADN. Los dímeros de timina son los más la viabilidad celular. A veces no se pueden frecuentes y estables. reparar ya que: - Hay muchas lesiones. - La restauración de la estructura de doble hélice no se llega a recuperar. Daño múltiple localizado. Se origina con la formación de racimos de ionizaciones de cierto tamaño en la proximidad de la molécula del ADN. Combina varias de las lesiones difíciles de reparar a la muerte celular radioinducida. LOS CROMOSOMAS Se denomina cromosomas a las estructuras altamente organizadas del interior de las células biológicas, compuestas por ADN y otras proteínas, y en donde reside la mayor parte de la información genética de un individuo. Los cromosomas están formados por cuatro extremos o brazos, equivalentes dos a dos, que reciben el nombre de cromátidas, y que se unen por un punto llamado centrómero. El contenido total del ADN de una célula se cromosoma y pérdida del denomina genoma. fragmento distal. ANILLOS: son deleciones de los extremos del cromosoma, con unión de los extremos rotos. DICÉNTRICOS: cromosoma con dos centrómeros, rotura de dos cromosomas y fusión de los fragmentos con centrómero. TRANSLOCACIONES: rotura de dos cromosomas diferentes e intercambio de fragmentos cromosómicos. EFECTOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES SOBRE LOS CROMOSOMAS Las alteraciones cromosómicas pueden ser: Anomalías en el número de cromosomas (poco frecuentes). Anomalías en la estructura de los cromosomas (más frecuentes); llamadas aberraciones cromosómicas. CICLO CELULAR Los tipos de aberraciones El ciclo celular o ciclo vital es el periodo de cromosómicas son: tiempo que va desde que una célula eucariota se forma, es decir, desde que nace, hasta que se divide y genera otras células nuevas. En un DELECIONES: pérdida de un ciclo celular se diferencian dos etapas: fragmento del cromosoma, puede resultar como consecuencia de la rotura del  INTERFASE. Es la etapa más larga, en la FASES DE LA MITOSIS que el núcleo presenta su envoltura nuclear completa y no se pueden distinguir los cromosomas. Comprende tres fases, denominadas G1, S y G2. DIVISIÓN o FASE M. Es la breve etapa final, en la que se pueden distinguir los cromosomas. Engloba dos procesos: cariocinesis o mitosis, que consiste en la división del núcleo, y la citocinesis, que corresponde a la división del citoplasma. PROFASE: El MPF (factor promotor de la maduración) es un complejo proteico que desencadena la transición de la interfase a la mitosis. Activa la condensación de los cromosomas y la ruptura de la envoltura nuclear. Además del MPF, otros complejos proteicos como las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (CDK) regulan el ciclo celular en Se produce una condensación de la diferentes puntos de control, asegurando que cromatina, y los cromosomas la división celular se realice correctamente. comienzan a hacerse visibles. Como ya se ha producido la replicación durante la fase S, cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas idénticas unidas por el centrómero. En las células que tienen centríolos, estos se duplican y comienzan a separarse hacia los polos de la célula. A medida que se separan los centriolos,  se forman entre ellos (por Los centrómeros se colocan polimerización de los microtúbulos del perpendiculares al eje formado por dos áster) los microtúbulos polares que centriolos, de manera que cada una de constituyen el huso acromático o huso las cromátidas que forman el mitótico. cromosoma metafásico queda La membrana nuclear y el nucléolo orientada hacia un polo. desaparecen, y los cromosomas se dispersan por el citoplasma. En los centrómeros de cada cromosoma ANAFASE: se forman los cinetocoros, a partir de los cuales se originan los microtúbulos cinetocóricos. METAFASE Las dos cromátidas de cada cromosoma inician, de forma simultánea, un movimiento de separación hacia polos opuestos arrastrados por los microtúbulos cinetocóricos, que se Los cromosomas alcanzan el grado acortan por despolimerización. máximo de condensación. Los microtúbulos polares se alargan por El huso acromático está formado y se polimerización y separan, cada vez más, extiende entre los dos polos de la los dos polos del huso acromático. célula. La anafase concluye cuando los Los microtúbulos cinetocóricos cromosomas llegan a los polos. empujan a los cromosomas de manera lenta y progresiva hasta situarlos en el plano medio del huso acromático, donde forman la placa ecuatorial o metafásica. TELOFASE: - Si se dirige a S, ahí también hay un pequeño punto de control de la replicación. - Punto de control G2: Es el punto en el que se comprueba que no hay daños en el ADN y que se puede repartir correctamente en la división. - Punto de control M (metafase): Punto en el que se asegura que las dos células hijas van a recibir la cantidad correcta de ADN. Los nucleolos reaparecen y los cromosomas comienzan a descondensarse, con lo que dejan de ser visibles. La membrana nuclear reaparece alrededor de cada grupo de cromosomas, limitándose así a dos zonas nucleares, una en cada polo de la célula. Las membranas se forman a partir del retículo endoplasmático. PUNTOS DE CONTROL DE LA INTERFASE - Punto de control G1 (o punto de restricción, R): Es el punto más decisivo ya que hace que la célula entre o no en división. Si se supera este punto, la célula va a S para duplicar el material que necesita para repartir después en la mitosis. Si no se va dividir entra en Reposo en G0 (neuronas). RELACIÓN CON EL CÁNCER alteraciones de las funciones celulares o incluso la muerte celular. Estas lesiones El cáncer es una enfermedad por la que también dependen de la radiosensibilidad. algunas células del cuerpo se multiplican sin control y se diseminan a otras partes del cuerpo. CLASIFICACIONES DE LAS LESIONES En condiciones normales, las células humanas CELULARES se forman y se multiplican (mediante un El elemento crítico para determinar los efectos proceso que se llama división celular) para de la radiación sobre la célula es la diana sobre formar células nuevas a medida que el cuerpo la que se produce la alteración. las necesita. Cuando las células envejecen o se dañan, mueren y las células nuevas las Es por esto que las lesiones celulares se reemplazan. A veces el proceso no sigue este pueden clasificar en dos grandes tipos: orden y las células anormales o células dañadas se forman y se multiplican cuando no - Muerte inmediata: aparece cuando la deberían. exposición es global con dosis elevadas (10-100 Gy), produciendo como El cáncer se desencadena cuando ciertas consecuencia la eliminación de todas células del cuerpo sufren daños en su ADN, ya las funciones celulares. sea por la herencia de mutaciones genéticas o por factores externos que impactan en los genes. Entre estos factores se encuentran - Muerte diferida: muerte celular sustancias dañinas como el humo del tabaco, la mitótica. Las células que tienen la exposición a radiación (rayos UV) y ciertos virus capacidad de dividirse pierden su y bacterias. proliferación celular tras recibir dosis bajas de irradiación. LESIONES A NIVEL CELULAR Las lesiones que se producen en la célula pueden ser lesiones subcelulares o aberraciones que no son más que alteraciones de alguna parte de la célula, alargamiento del ciclo celular o retraso de la mitosis, aceleración de los procesos de diferenciación celular,  FACTORES QUE PUEDEN MODIFICAR LA SUPERVIVENCIA CELULAR ★ Teoría de la diana: en la célula existen moléculas clave, las cuales son muy importantes en el mantenimiento de la 1. FACTORES FÍSICOS vida celular. Las lesiones que se produzcan en estas moléculas tendrán consecuencias más importantes que si el daño se produjera en otras menos TASA DE DOSIS: Expresa el importantes. Sin embargo, esto no diferencial de dosis absorbida quiere decir que las lesiones producidas en unidad de tiempo. (El daño en otras estructuras celulares no causado será mayor en el tejido pueden ser críticas para la viabilidad que recibió la dosis en menor celular. tiempo, puesto que la célula no dispone de tiempo de recuperación). RADIOSENSIBILIDAD TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA (LET): Es la energía La radiosensibilidad consiste en la transferida por unidad de susceptibilidad o sensibilidad de las diferentes longitud. (A mayor LET mayor estructuras biológicas tras recibir radiación. lesiones y menos capacidad de La radiorresistencia consiste en la resistencia recuperarse. A menos LET mayor que presenta un organismo ante la radiación, penetración). por lo que necesitará una dosis mayor para alcanzar un efecto determinado. El periodo de latencia es el tiempo que tarda en aparecer las lesiones inducidas en las moléculas.  2. FACTORES QUÍMICOS En resumen, la radiosensibilidad celular es directamente proporcional a su índice mitótico e inversamente proporcional a su RADIOSENSIBILIZADORES: Son diferenciación. sustancias que aumentan los efectos de la radiación, ya que aumentan el potencial de los CICLO CELULAR: La radiosensibilidad radicales libres. varía según la fase del ciclo celular en el que se encuentra la célula. (Fase M es más radiosensible). RADIOPROTECTORES: Son los compuestos que minimizan los efectos de la radiación. (Grupo sulfidrilo (SH2) y antioxidantes). 3. FACTORES BIOLÓGICOS Fue a principios del siglo XX cuando surgieron hallazgos importantes gracias a los científicos Bergonié y Tribondeau que postularon la ley de la radiosensibilidad. Sus estudios se basaron en comprobar el efecto de la radiación frente a células mitóticamente muy activas (germinales) y células mitóticamente poco activas. Postularon tres puntos: Una célula es más radiosensible cuanto NIVEL DE DIFERENCIACIÓN CELULAR: Si mayor es su actividad reproductiva. la célula está especializada es más Una célula es más radiosensible cuantas radiorresistente. Las células más divisiones deba cumplir en el proliferativas (no especializadas) se futuro. repueblan rápidamente. Una célula es más radiosensible cuanto menor diferenciadas sean.  ➔ Células diferenciadas o Células de criptas intestinales. especializadas: se considera Radiosensibilidad intermedia: célula diferenciada aquella que está especializada funcional o Endotelio. morfológicamente (células Osteoblastos. hepáticas, nerviosas, Condroblastos. epidérmicas, etc). Espermatocitos. ➔ Células no diferenciadas: se localizan en los tejidos Relativamente radiorresistentes: proliferativos Granulocitos. (hematopoyético…) y Osteocitos. responden al daño repoblando, Eritrocitos. es decir, sustituyendo las células Espermatozoides. muertas por otras células nuevas. Muy radiorresistentes: Fibrocitos. Condrocitos. EDAD BIOLÓGICA: Mayor Miocitos. radiosensibilidad en el primer trimestre Neuronas. de gestión. EFECTOS BIOLÓGICOS RADIOINDUCIDOS CLASIFICACIÓN RADIOSENSIBILIDAD (según la dosis) Muy radiosensibles: Nivel corporal y de órganos, los efectos Leucocitos. biológicos radioinducidos se clasifican en dos Eritroblastos. grandes grupos: Espermatogonias. Linfocitos. Linfoblastos. Relativamente radiosensibles: Mielocitos. Epidermis. - Efectos estocásticos (aleatorios). Son los efectos que se pueden producir por la exposición a dosis bajas de radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral (mínima) para producirse, aunque dosis mayores incrementan la probabilidad de que ocurra un efecto. Los efectos suelen RESPUESTA CELULAR, SISTEMÁTICA Y ser de aparición ORGÁNICA en diferido, y principalmente Una vez que la lesión ha llegado a la célula y derivan en han dado comienzo los mecanismos de cáncer. reparación, los efectos podrán o no aparecer. Respuesta titular: es aquella que se lleva a cabo para subsanar el daño - Efectos deterministas (no aleatorios). producido en los tejidos. Se producen a partir de una dosis umbral (mínima), y resultan en la pérdida de un número elevado de Respuesta orgánica: formados por células en el organismo. Los efectos son estructuras elementales denominadas más graves y repentinos al aumentar las subunidades funcionales. dosis de radiación. La dosis umbral - Órganos en serie, si se daña una depende del parte la disfunción afecta a tejido, tipo de todo. radiación, y - Órganos en paralelo, si se estado del produce una lesión en una individuo subunidad, no aparece fallo afectado. orgánico. Son autosuficientes. Respuesta sistemática: la respuesta del organismo ante la radiación.  los 10 Gy los síntomas pueden ser muy intensos. EFECTOS DE LA RADIACIÓN SOBRE EL 2. Fase de latencia: tras la fase inicial INDIVIDUO ADULTO prodrómica se produce un periodo de aparente bienestar. Su duración es de El síndrome de irradiación corporal es el horas a semanas, dependiendo de la conjunto de signos y síntomas que podemos dosis recibida. observar en un paciente que ha sufrido una 3. Fase de enfermedad manifiesta: alta dosis de radiación. aparecen los síntomas concretos en aquellos órganos o tejidos afectados por la radiación. Hay tres síndromes ETAPAS que cursan de forma diferente en Este síndrome presenta una evolución dividida cuanto a su clínica: el síndrome en tres etapas: hematológico (o de la médula ósea), el síndrome gastrointestinal y el síndrome del sistema nervioso central. TIPOS 1. Fase prodrómica: comprende los signos y síntomas que aparecen en las primeras 48 horas tras la irradiación. Se caracteriza por náuseas, vómitos, diarreas, cefaleas, vértigo, alteraciones de los órganos de los sentidos, taquicardia, irritabilidad, insomnio y leucopenia. Puede durar desde algunos Según el tejido afectado, podemos dividir los minutos hasta varios días. La gravedad síndromes en 3 tipos: es dosis dependiente: por encima de  SÍNDROME DE MÉDULA ÓSEA: Aparece EFECTOS DE LA RADIACIÓN IONIZANTE cuando la médula es DURANTE EL DESARROLLO EMBRIONARIO expuesta a dosis de (efectos biológicos) unos 10 Gy. Debido a la dificultad para obtener datos experimentales, existe poca información exacta sobre los efectos de la radiación en embriones y fetos, pero encontramos consenso en dividir el periodo en 3 fases: - Fase de preimplantación (0-10 días): SÍNDROME GASTROINTESTINAL: Dosis muy bajas pueden producir Aparece cuando los órganos muerte prenatal. del tracto digestivo se ven expuestos a dosis de entre 10 y 20 Gy. - Fase de organogénesis (10 días-6 semanas): Es muy probable que se SÍNDROME DEL SISTEMA NERVIOSO produzcan malformaciones, siendo más CENTRAL (SNC): Aparece probables y más graves en las primeras cuando el SNC se ve expuesto semanas. a dosis de entre 100 y 150 Gy. - Desarrollo fetal (6 semanas-9 meses): Se pueden producir algunas lesiones, como retrasos en el crecimiento, o problemas de desarrollo nervioso.