3ra Jornada sobre Proteccio

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
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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.
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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
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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)
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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.
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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
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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)
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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.
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11. Diferentes tipos de tejido
• Órganos seriados (ej. • Órganos paralelos (ej.
col. vertebral) pulmones)
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12. Diferentes tipos de tejido
• Órganos seriados (ej. • Órganos paralelos (ej.
col. vertebral) pulmones)
Los efectos de la radiación en el órgano son diferentes
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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)
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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
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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
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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)
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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.
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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
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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
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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
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22. Las 4 Rs de la radioterapia
R Withers (1975)
• Reoxigenación
• Redistribución
• Reparación
• Repoblación (o
Regeneración)
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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
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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?
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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36. Efectos biológicos
A bajas dosis el daño a una célula es un
efecto fortuito – haya o no habido
transferencia de energía.
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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...
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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
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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...
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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. GRACIAS……
BERTHA GARCIA

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
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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
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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
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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
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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)
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