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Semana 4 de biofísica Efectos en individuos de las radiaciones ionizantes: ➔ Hemos hablado de los beneficios de utilizar las radiaciones ionizantes tanto para diagnóstico como para terapéutica, pero también han conocido los efectos que estas radiaciones...

Semana 4 de biofísica Efectos en individuos de las radiaciones ionizantes: ➔ Hemos hablado de los beneficios de utilizar las radiaciones ionizantes tanto para diagnóstico como para terapéutica, pero también han conocido los efectos que estas radiaciones pueden producir a nivel celular, particularmente el daño celular radioinducido. ➔ Este daño tiene cierta probabilidad de ser reparado y si esa reparación es adecuada, esa célula continuará una vida normal, pero si esa reparación es inadecuada, esto puede derivar en dos posibles caminos. ➔ Devenir la muerte celular dentro de lo que se conoce como los efectos determinísticos, o bien esta célula puede ser transformada, apareciendo lo que se conoce como efectos estocásticos. Estos efectos se dan a nivel de individuos. Efectos deterministas: ➔ Los efectos determinísticos son los que se pueden relacionar con certeza con la dosis recibida y su severidad aumenta en función de la dosis, están relacionados con la muerte celular. La probabilidad de que se produzcan tales efectos es nula a dosis pequeñas, pero por encima de un determinado nivel de dosis, al cual se le denomina umbral, aumenta su frecuencia en dependencia de la dosis. ➔ Lo que se entiende por dosis umbral es una dosis de radiación mínima necesaria para provocar el efecto por lo menos para el 5% de los individuos expuestos. Con mínimos aumentos de dosis por encima del umbral la estimación de la probabilidad del proceso determinístico llega al 100%. ➔ La distribución de la dosis considerando el volumen irradiado y la jerarquía vital de los tejidos involucrados dentro de ese volumen condiciona la severidad de los efectos determinísticos. ➔ Son ejemplos para este tipo de efectos las cataratas, la aplasia medular radioinducida, las alteraciones del tubo digestivo, las alteraciones cognitivas neurológicas, caída del cabello, radiodermatitis, quemaduras radiológicas, esterilidad, etc. Reacciones de la piel: ➔ Algunos ejemplos de este tipo de efectos a nivel de la piel los podemos ver en esta tabla, donde encontramos en la primera columna el tipo de afectación que puede manifestarse, el umbral de dosis a partir del cual podrá verse su manifestación, y la cantidad de tiempo en semanas en la cual aparecerá la manifestación de esa afección. ➔ Por ejemplo, podemos observar el eritema principal, el cual es un efecto determinístico que podrá aparecer a partir de un umbral de dosis aproximadamente 6 Sieverts, y el tiempo en semanas a partir de la exposición a la radiación en la cual puede manifestarse este efecto es de una semana y media. Así podemos tener diferentes tipos de efectos determinísticos asociados entonces a estas dosis umbrales de radiación. Efectos en el ojo: ➔ Respecto a los efectos en los ojos, es sabido que el cristalino es altamente radiosensible, y la coagulación de las proteínas aparece a dosis de 2 Grays. ➔ Existen dos efectos básicos sobre el ojo, uno de ellos es el efecto de la opacidad detectable. La opacidad detectable aparece para una exposición única y corta de aproximadamente 0.5 a 2 Sievert, y a partir de 5 Sievert ya se puede encontrar lo que es el daño visual, lo que es la catarata propiamente dicha. Respuesta orgánica total: síndrome de irradiación aguda ➔ Otro tipo de efecto determinístico es una respuesta orgánica total conocida como síndrome de irradiación aguda. Son determinísticos ya que el origen del daño puede ser determinado con certeza y el curso de los efectos letales puede ser previsto. ➔ Se entiende como síndrome agudo de radiación al conjunto de manifestaciones químicas y humorales producidas por una única irradiación del cuerpo entero y cuyas consecuencias dependen principalmente de la dosis. Por lo tanto, si este síndrome de irradiación aguda, también conocido como SAR, es una manifestación de tipo determinístico y para exposiciones agudas y únicas el umbral es de aproximadamente 1 Gray.  ➔ Las diferentes formas del SAR evolucionan en tres fases bien marcadas. 1. La fase prodrómica se desarrolla en las primeras horas siguientes a la irradiación presentando fatiga, la cual puede evolucionar a debilidad extrema o hasta la postración. Además, se presentan anorexia, náuseas, vómitos, diarrea y cefalea. Estas manifestaciones clínicas tienen una duración que es dependiente de la dosis recibida, desapareciendo espontáneamente. A mayor dosis recibida, la aparición de las manifestaciones crónicas se dará más precozmente con mayor intensidad y con mayor duración. 2. Posteriormente, aparece la fase de latencia, que es un periodo de duración variable, el cual es inversamente proporcional a la dosis. 3. Para continuar con lo que es la fase de manifestación clínica que puede presentarse de tres maneras en función de la dosis de irradiación. La última fase o fase de manifestación clínica se presenta de tres maneras en función a la dosis de irradiación: I. La primera forma es la forma hematopoyética, la cual se caracteriza por la leucopenia, trombocitopenia y reticulocitopenia. ➔ Todos estos debidos a la destrucción de las células madre y precursoras de la médula ósea, así como de la irradiación de células maduras en sangre, principalmente de los linfocitos. ➔ Si no son sustituidas las células maduras circulantes, se dan manifestaciones de descenso de la inmunidad, con susceptibilidad a las infecciones, hemorragias y anemia. ➔ Se considera que, para una exposición única, instantánea con una distribución uniforme de la dosis, el umbral es aproximadamente de 1 Gray. Para dosis que determinan alteraciones hematopoyéticas el periodo de latencia puede ser de 7 a 21 días. ➔ Con dosis mayores a 5 Grays, se puede observar pancitopenia entre las 3 y las 4 semanas después de la irradiación. II. La siguiente forma en la que puede darse la fase de manifestación clínica es la forma gastrointestinal que aparece con dosis superiores a 10 Gray. ➔ Aunque ya con dosis de 7 Gray es posible observar a las células madre del epitelio intestinal con lesiones y la mucosa denudada, también aparece el desequilibrio hidroelectrolítico. ➔ Para dosis de 7 a 10 Grays, la septicemia es más importante que la deshidratación como posible causa de muerte entre las dos y las tres semanas luego de la irradiación. ➔ Con dosis de 10 a 15 Gray, el denudamiento de la mucosa del intestino delgado exacerba el desequilibrio hidroelectrolítico. III. Por último, tenemos la forma neurovascular, que se presenta con dosis superiores a 20 Grays en todo el cuerpo, y se caracteriza por la precocidad y severidad de los signos y síntomas de la fase prodrómica. ➔ Seguidos sin un periodo de latencia por depresión transitoria, ataxia, convulsiones y coma. ➔ Los cambios patológicos a nivel del sistema nervioso central se deben a un aumento de la permeabilidad vascular y en la producción de edema y hemorragias. Efectos estocásticos: ➔ Estos efectos pueden aparecer independientemente de la dosis recibida, y la probabilidad de la ocurrencia de los mismos aumenta con la dosis recibida y con el tiempo de exposición. ➔ Este tipo de efectos no tienen una dosis umbral, pueden ocurrir o no, y cuando ocurren, la evolución del proceso es independiente de la dosis que lo produjo. ➔ Esto quiere decir que la severidad de una patología es independiente de la dosis inicial de radiación ionizante. ➔ Ejemplos para este tipo de efectos estocásticos son la mutagénesis y la carcinogénesis. También se encuentran algunos aspectos relacionados con la teratogénesis. Nivel de radiación ionizante natural: ➔ Existe un nivel de radiación ionizante natural con una dosis de aproximadamente 2.4 a 2.7 miliSieverts por año por persona, y es recomendable que el promedio de exposición natural no sea superado por las exposiciones del público y de los trabajadores que tienen una exposición ocupacional. Para esto se han establecido límites y restricciones de dosis, existiendo importantes excepciones para los límites de dosis cuando hablamos de pacientes. ➔ Los estudios y tratamientos con RI no tienen límites de dosis. Se han establecido “niveles de referencia” para imagenología y dosis de tolerancia para radioterapia. Ejemplos de variación de dosis en estudios con RI: ➔ Factores que influyen en la dosis efectiva: estar expuestos a diferentes metodologías de radiaciones ionizantes tanto para tratamiento como para diagnóstico lo que hace es aumentar esa dosis natural. Material y características de fabricación del equipo de la fuente de radiación. Amperaje, voltaje y otros parámetros del equipo que pueden variar durante el procedimiento técnico. Factores ambientales de temperatura y presión atmosférica. Características del paciente: edad, sexo, masa corporal, diámetro corporal a nivel del área estudiada, etc. En el esquema se observa la equivalencia. Conceptos sobre dosis efectiva en radiodiagnóstico. ➔ La dosis efectiva se emplea para describir la relevancia biológica de una exposición radiológica en diferentes tejidos/órganos. ➔ Los conceptos dados de dosis efectiva y de coeficientes de ponderación por tejido son de aplicación a los efectos estocásticos. ➔ La dosis efectiva es una cuantificación de riesgo (fundamentalmente carcinogénico). Principios generales de la protección radiológica: Es entonces discutible la utilidad de las radiaciones ionizantes en radiología y terapéutica, así como la esencialidad de protección radiológica. ➔ Justificación de la práctica. ➔ Optimización de la protección radiológica. ➔ Dosis de referencia/límites de dosis. Fijación para trabajadores y públicos de límites de dosis a no superar por causa alguna. ➔ La comisión internacional de protección radiológica (la CRV) recomienda procedimientos de protección para cada instalación de diagnóstico o terapia, y en cada país las organizaciones gubernamentales correspondientes fijan normas específicas para los equipos radiológicos instalados. Principios generales de la protección radiológica en relación a procedimientos médicos: ➔ Exposición ocupacional: ocurre como consecuencia del trabajo. ➔ Exposición del público: toda persona que concurre a la instalación sin ser paciente ni trabajador. Estos dos primeros puntos hablamos de: justificación, optimización y límites de dosis. Estos son los principios a tener en cuenta. ➔ Exposición médica: exposición deliberada con objetivo diagnóstico o terapéutico. Aquí se habla de justificación, optimización, imagen (niveles de referencia) y terapia (dosis de tolerancia). Principios a tener en cuenta. Justificación de la práctica: ➔ La práctica es útil cuando su resultado, positivo o negativo contribuye a modificar la conducta diagnóstico terapéutica o a confirmar el diagnóstico. Evitando toda exposición innecesaria. ➔ Se debe cumplir: beneficio directo inmediato por encima del riesgo. ➔ Los estudios epidemiológicos internacionales estiman que el riesgo de padecer cáncer por la realización de radiología simple es de 1 a 1 millón, y el riesgo adicional de padecer cáncer por la realización de una tomografía computada de abdomen es de 1 en 2 mil. ➔ Si se estima el riesgo en población general en países desarrollados y también en Uruguay de morir por cáncer es de un 25%. ➔ El incremento por estudios radiológicos es escasamente significativo, pero bajo los conceptos que se han visto es deber del médico evitar los estudios radiológicos que no aportarán datos clínicos decisivos que sean relevantes para el manejo del paciente. ➔ Es responsabilidad del médico prescriptor.  ➔ Hay una estimación que entre el 25 y 40% de los estudios radiológicos son cuestionables en términos de necesidad. ➔ El proceso de justificación debe implementarse para cada situación médica individual. Optimización de la protección radiológica: ➔ Se debe garantizar el propósito, diagnóstico o terapéutico, administrando la menor dosis de RI. ➔ Concepto ALARA: as low as reasonably achievable = utilizar una dosis tan baja como razonablemente sea posible. ➔ La base de esta frase está en el conocimiento proveniente de estudios sistemáticos realizados sobre la población japonesa expuesta a la acción de las bombas atómicas. Algunos estudios indican que individuos expuestos a los cuales se les diagnosticó cáncer 40 años después, recibieron dosis de radiación en el rango de estudios radiológicos diagnósticos simples o de rutina. ➔ Es así que la optimización está estrechamente relacionada con la calidad de los procedimientos, es decir, obtener una imagen necesaria con la menor exposición posible. ➔ La dosis calidad de la imagen debe ser la suficiente sin comprometer la eficacia diagnóstica o terapéutica. ➔ Responsabilidad de los especialistas: control y calibraciones periódicas de equipos. Uso de protocolos adecuados, en especial para niños. Límite de dosis: ➔ Es la dosis que no debe ser excedida por causa alguna. Se aplica al público y trabajadores. ➔ Trabajadores 20 mSv/año. Los trabajadores deben utilizar dosímetros en el área de trabajo. ➔ Público 1 mSv/año. Ejemplo en la sala de espera. El público está protegido por dosis periódicas en las áreas de circulación vecinas a los recintos donde hay procedimientos con fuente de radiación ionizante. ➔ Para pacientes: Imagenología: niveles de referencia.  Radioterapia: dosis de tolerancia. Métodos físicos de radioprotección: ➔ Interposición de material entre fuente y elemento a proteger → blindaje. ➔ Aumento de la distancia fuente-elemento a proteger. ➔ Disminución del tiempo de exposición del elemento a proteger. ➔ Blindaje: para REM el espesor del blindaje se calcula de acuerdo al factor de atenuación que presenta la radiación en el material utilizado, para reducir el valor de dosis de exposición al valor requerido por los estándares de radioprotección. Se expresa en capas hemirreductoras. Aquí se puede aplicar la Ley de Atenuación de las radiaciones electromagnéticas. Para un haz de pequeño diámetro y fotones paralelos que atraviesa un cierto medio delgado, que a una profundidad x la intensidad de los fotones una vez atravesado esa distancia de material, va a estar dada por una relación exponencial decreciente con respecto a la intensidad incidente. Es así que se tiene una disminución exponencial de la intensidad de los fotones, de ese haz de radiación, a medida que ese haz penetra e interactúa con el material que funciona como blindaje. El factor de proporcionalidad está elevado, un parámetro que se conoce como coeficiente de atenuación lineal, lo que está representado con la letra μ, que depende de la energía de los fotones y del número atómico del material a atravesar y expresa la probabilidad de interacción de los fotones. También está elevado a la distancia de penetración. Calcular lo que es la capa hemirreductora, o sea, el espesor de semi-reducción, es calcular el espesor de un material que disminuye la intensidad de un haz de fotones a la mitad, es decir, que habrá recorrido una distancia en este material que provoque que la intensidad "Ix" de los fotones  en la distancia sea exactamente igual a la mitad del valor de la intensidad inicial "I₀". De esta manera, se conoce el valor del coeficiente. El valor del coeficiente de atenuación lineal puede calcularse de manera bastante sencilla, cuál es esa distancia o cuál es el valor de esa capa hemirreductora, dado que si nosotros pasamos "I₀" hacia el otro lado, el signo igual y generamos el cociente entre las dos intensidades, este cociente no será otra cosa que un medio, y aplicando el logaritmo neperiano, entonces podemos realizar este lado del signo de igual, y por propiedades de los logaritmos podemos llegar a despejar la capa hemirreductora como el logaritmo neperiano de 2 dividido el coeficiente de atenuación lineal. También se puede calcular, por ejemplo, cuál es la profundidad de material que debe ser recorrido para disminuir esa intensidad a la décima parte, disminuirla 20 veces, etc. Ley de las distancias: ➔ Esta ley nos dice que la intensidad de un haz de radiación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente. ➔ Es bastante intuitivo ver que cuanto más lejos nos encontremos de la fuente de radiación, menor será la intensidad del haz de fotones que llega a nosotros, y por lo tanto, menor será la dosis total a la cual estemos expuestos. Dosis respecto del tiempo de exposición: ➔ La dosis absorbida es directamente proporcional al tiempo de exposición, y esto nos ha recordado un concepto que ya habíamos visto en teóricos anteriores, que es el concepto de tasa de dosis. Efectos de las radiaciones ionizantes en embrión y feto: ➔ En el caso de que se trate de una trabajadora embarazada, el embrión o el feto se consideran como miembros del público. ➔ Por lo tanto, los límites de dosis serán de 2 milisievert en superficie del abdomen o de 1 milisievert en el feto, desde la notificación del embarazo hasta el final de la gestación. ➔ En este caso, la gráfica indica la incidencia de anormalidades y muerte perinatal en ratones con una dosis administrada de 260 Grey en diferentes tiempos luego de la fertilización. Debajo de la escala para los ratones aparece una estimación de rucs en estadios equivalentes para el embrión humano. ➔ Una primera vista a esta gráfica nos muestra que la muerte prenatal se dará con mayor probabilidad cuando esa radiación se produzca en lo que es la etapa de preimplantación y cuando esa irradiación se produzca en la etapa de organogénesis lo que veremos con gran probabilidad es la aparición de diferentes tipos de anormalidades y el aumento de la probabilidad de muerte neonatal. ➔ Estos efectos de las radiaciones en el embrión o en el feto están bastante determinados por el tiempo de gestación en el cual se ha dado una irradiación. ➔ Sabemos que en la preimplantación, las radiaciones ionizantes producen un efecto de tipo "todo o nada" que puede expresarse como una falla en la implantación y muerte diferida del producto o en la supervivencia del mismo sin anomalías. Con respecto al periodo de organogénesis principal, aproximadamente de 3 a 8 semanas de esta edad gestacional, las anomalías responden a un cronograma muy preciso del desarrollo, por lo que las mismas expresan la perturbación en un momento dado del desarrollo embrionario. Lo que se va a encontrar con mayor probabilidad son efectos con anomalías esqueléticas, oculares, genitales y retardo en el crecimiento. ➔ Cuando hablamos del periodo fetal temprano, el sistema nervioso central constituye un blanco particularmente radiosen­sible, y datos epidemiológicos indican que el retraso mental es el efecto más importante, pero también se han descrito otras alteraciones tales como microcefalia, cataratas, ectopia de la sustancia gris, retardo en el crecimiento y en el desarrollo.  ➔ Puede verse que las dosis fetales por encima de los 100 milisievert pueden alterar o pueden resultar en una disminución del IQ (coeficiente intelectual), y las dosis fetales en el rango de 1000 milisievert pueden resultar en retraso mental severo y microcefalia. ➔ En el período fetal temprano, el umbral para los efectos determinísticos en embrión/feto se sitúa entre los 100-200 milisievert, y el riesgo de retardo mental severo es realmente significativo a partir de los 500 milisievert. ➔ Durante el último trimestre de la gestación, no se espera la ocurrencia de malformaciones o retraso mental radioinducido, y adquiere mayor relevancia el riesgo de inducción de cáncer. Igualmente hay que saber que a dosis muy altas puede generar un efecto letal. ➔ Lo anteriormente mencionado sobre el riesgo de cáncer, se trata de un efecto de tipo probabilístico que no presenta un umbral de dosis, lo que implica que toda exposición prenatal a radiaciones ionizantes aumenta la probabilidad de ocurrencia de cáncer infantil, particularmente las leucemias. Existe una carcinogénesis con incidencia de dos a tres veces mayor que en los adultos. Factores de protección: ➔ Tiempo de exposición ➔ Distancia ➔ Fraccionamiento, tasa de dosis ➔ Protectores físicos como lo que te ponen en el cuello cuando trabajas con radiaciones ionizantes ➔ Sensibilizantes (O2) ➔ Protectores (dadores de e-, SOD, glutatión oxidasa, catalasa, cisteínas, vitaminas, flavonoides, amifostina) ➔ Biológicos: Fase del ciclo, grado de diferenciación celular, capacidad de reparación, balance hormonal. ➔ Los antioxidantes son factores protectores, desensibilizantes, es necesario no usarlos cuando hay radioterapia. En el ciclo celular: S es la más radiorresistente M es la más radiosensible A nivel tisular, la radiosensibilidad depende de: ➔ Tipo de radiación ➔ Tasa de dosis del equipo ➔ Dosis administrada en cada fracción diaria ➔ Volumen irradiado ➔ Características genéticas de los tejidos incluidos en el volumen irradiado ➔ Cinética de crecimiento celular de cada tejido (porcentaje de mitosis) Tejido más radiosensible al menos radiosensible: 1) médula ósea (pancitopenia), 2) gónadas (esterilidad), 3) cristalino (pérdidas de transparencia, cataratas) 4) tejido óseo (osteoporosis),  5) músculo estriado (debilidad muscular crónica) 6) cerebelo (problemas de coordinación y equilibrio, el más radiorresistente del cuerpo) La fase de latencia es inversamente proporcional a la dosis, mientras mayor sea la dosis absorbida, menor tiempo tendrá la fase de latencia. Un bebé es más radiosensible que la madre. El primer trimestre es el más radiosensible, puede generar alteraciones que no son compatibles con la vida, aquí priman los efectos determinísticos. Cuanto más edad gestacional, aumentan los efectos estocásticos, más riesgo de carcinogénesis, se comporta como una persona que ya nació pero más radiosensibles. Los efectos determinísticos tardíos más importantes son: cataratas, fibrosis pulmonar, deficiencias hormonales, y daño vasculares. Los efectos estocásticos tardíos más importantes son: carcinogénesis radioinducida.