carrera: ingenierÍa biomÉdica

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MATERIA: MEDICINA NUCLEAR. CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA. F.C.E.F.y N - U.N.C. Año: 2008. Lic. G. R. Vélez – Lic. A. Martínez – Lic. M.L. Haye. Ciclo celular. Efectos Biológicos de la Radiación. FASE G1. FASE G2. FASE S. - PowerPoint PPT Presentation

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  • CARRERA: INGENIERA BIOMDICAF.C.E.F.y N - U.N.C.MATERIA: MEDICINA NUCLEAR Ao: 2008Lic. G. R. Vlez Lic. A. Martnez Lic. M.L. Haye.

  • Efectos Biolgicos de la Radiacin

  • El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo mediante el cual las clulas crecen y se dividen dando lugar, en la mayora de los casos, a dos clulas hijas. Las clulas que se encuentran en el ciclo celular se denominan proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman clulas quiescentes.La clula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciadosEl estado de divisin, llamado fase MEl estado de no divisin o interfaseEs el perodo comprendido entre divisiones celulares. Es la fase ms larga del ciclo celular, ocupando casi el 95% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:Interfase

  • (Del ingls Growth 1): Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con sntesis de protenas y de ARN. Es el perodo que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la sntesis de ADN. Tiene una duracin de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la clula dobla su tamao y masa debido a la continua sntesis de todos sus componentes.(Del ingls Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicacin o sntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromtidas idnticas. Con la duplicacin del ADN, el ncleo contiene el doble de protenas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duracin de unos 6-8 horas. (Del ingls Growth 2): Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que contina la sntesis de protenas y ARN. Al final de este perodo se observan cambios en la estructura celular, que indican el principio de la divisin celular. Tiene una duracin entre 3 y 4 horas. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la mitosis.

  • Es la divisin celular en la que una clula progenitora (clulas eucariotas, clulas somticas -clulas comunes del cuerpo-) se divide en dos clulas hijas idnticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que es la separacin fsica del citoplasma en dos clulas hijas durante la divisin celular y que se inicia ya en la telofase mittica. Si el ciclo completo durara 24 h, la fase M durara alrededor de media hora (30 minutos).Fase M (mitosis y citocinesis) La interaccin de las RI con los sistemas biolgicos responde a los mismos principios que se aplican para la interaccin de las RI con la materia, pero las clulas cuentan con mecanismos que les permiten reparar el dao producido por las RI.

  • EFECTOS DIRECTOS Y EFECTOS INDIRECTOSEl ADN contenido en el ncleo celular es el blanco principal del dao por radiacin pero no el nico, tambin lo son la membrana plasmtica, sistemas de endomembranas y la mitocondria.Roturas simples o dobles de la molcula de ADNAlteracin de BasesProduccin de Radicales LibresPredomina para radiacin de alta LETPredomina para radiacin de baja LET

  • DAO INICIAL Y DAO RESIDUALCon una Dosis de 1Gy (baja LET), se producen:1000 rupturas simples (SSB)30 a 40 rupturas dobles (DSB)por clulaDAO INICIALMecanismos de ReparacinLuego de unas horas, queda un porcentaje mnimo de ese daoDAO RESIDUAL

  • El final de G1 es una fase radiosensible, luego las clulas devienen ms radiorresistentes a medida que progresan en la fase S.La radiosensibilidad celular es mxima en la fase G2/M. G0 es usualmente considerada de baja radiosensibilidad. RADIOSENSIBILIDAD Y CICLO CELULARAlgunos comentarios sobre radiosensibilidad...LEY DE BERGONIE Y TRIBONDEAU (1906)Las clulas son ms radiosensibles cuandoSon menos diferenciadas Tienen mayor actividad proliferativa

  • En radiobiologa, mientras mayor sea la TLE, mayor ser la ionizacin y por lo tanto mayor ser el efecto o dao biolgico que se puede producir.La Transferencia Lineal de Energa, TLE (en ingls Lineal Energy Transfer, LET) es la cantidad de energa que se deposita en la materia cuando interacciona con las radiaciones ionizantes.Los diferentes tipos de radiacin (rayos x, partculas alfa, rayos beta, neutrones, rayos gamma, etc.) tienen diferente TLE. Las radiaciones con baja TLE provocan ligera ionizacin a lo largo de su recorrido, como los rayos X, mientras que las radiaciones con alta TLE provocan ionizacin densa en su recorrido, como los protones. Concepto de Transferencia Lineal de Energa

  • Se obtienen curvas exponenciales de Supervivencia Celular en funcin de la Dosis. Algunas de ellas presentan un hombro, dependiendo de la calidad de la RI.hombro

  • Las curvas para radiacin de baja LET tienen un hombro inicial seguido de una parte rectilnea o casi rectilnea en escala semi-logartmica. Se caracterizan por tener una D0 en la parte exponencial de la curva, un nmero de extrapolacin (n) y una dosis cuasi-umbral (Dq) que es el valor de la interseccin de la parte rectilnea de la curva sobre el eje de las dosis.Las curvas pueden ser caracterizadas bsicamente por la pendiente, y por la dosis letal media (D0) necesaria para reducir la supervivencia en un 37%.Para radiaciones de alta LET la curva dosis-respuesta es exponencial, la que resulta una recta en escala semi-logartmica.

  • La pendiente de la porcin terminal de la curva se cuantifica mediante D0 (dosis correspondiente a una sobrevida del 37%: indicadora de radiosensibilidad)Modelo de anlisis de curvas de sobrevida celularLos datos experimentales se grafican como fraccin de clulas que sobreviven (escala logartmica) en funcin de la dosis (escala lineal)Se cuantifica el hombro extrapolando al eje la porcin exponencial de la curva (n: N de extrapolacin)Una lnea horizontal trazada desde el 100% de sobrevida define la Dq (dosis quasi-umbral).

  • Los modelos empleados para describir las curvas de supervivencia celular tienen en cuenta ciertos aspectos:Existen dos componentes fundamentales del dao celularDao LetalProduce la muerte directa de la clulaDao SubletalPuede ser reparado, o bien producir la muerte de clula por acumulacin tras una dosis de radiacin adicional.El efecto final de una dosis de radiacin, depende del tipo de radiacin y de la tasa con que sta se administre.El modo en que responde una poblacin celular a la radiacin depende de la forma en que sus constituyentes se distribuyen en el ciclo reproductivo en el momento en que se administra la dosis.

  • En el modelo lineal-cuadrtico la sobrevida es igual a:Luego, si: D = D2 , entonces D = / La componente representa la pendiente inicial y la componente representa la pendiente terminal de la curva. El cociente / representa la dosis a la cual la contribucin de ambas es equivalente.S es la fraccin de supervivencia, D es la dosis, y son constantes caractersticas de la poblacin celular estudiada.

  • El cociente / permite caracterizar a los tejidos desde el punto de vista radiobiolgico.Las condiciones en que puede aplicarse la forma ms simple de este modelo son tres:La dosis se administra en un tiempo mucho menor que el tiempo medio de reparacin del dao subletal.Durante la irradiacin la repoblacin celular es despreciable.Si la dosis se administra en fracciones, el intervalo de tiempo entre dos irradiaciones consecutivas es suficientemente largo como para que la reparacin de todo el dao subletal sea completa.

  • Consideremos que el Efecto Biolgico, E, en tejidos irradiados, est nicamente determinado por la fraccin celular superviviente, S.Si usamos el modelo Lineal Cuadrtico:n es el nmero de fracciones y d es la dosis por fraccinDefinimos la Dosis Biolgica Efectiva o Equivalente, DBE, (en ingls BED, Biological Effective Dose) como:

  • Obtenemos:o bienEsta expresin depende slo del cociente / caracterstico para un tipo de tejido y una reaccin particular, de la dosis d y del nmero de fracciones n.

  • Comentarios...DBE tiene unidades de dosis (Gy).DBE es la dosis que tendramos que administrar al tejido o tumor para conseguir el isoefecto deseado en fracciones infinitamente pequeas (n infinitamente grande) suponiendo que la clula slo tiene posibilidad de morirse siguiendo la va de muerte celular .La DBE es aditiva, el efecto global de varias irradiaciones consecutivas puede calcularse como la suma de la DBE correspondiente a cada una de ellas.Este concepto, se puede aplicar a cualquier modelo de supervivencia celular.

  • Veamos...Cundo dos tratamientos de radioterapia con distinto fraccionamiento (nmero de fracciones y dosis por fraccin (n1, d1) y (n2, d2)) son equivalentes para cierto efecto?Esto sucede cuando los valores de la DBE que proporcionan dichos esquemas son iguales

  • Los valores de / suelen ser grandes para los tumores, salvo excepciones (melanoma, liposarcoma) y para las reacciones precoces de los tejidos sanos. Un valor aproximado adecuado est entre 10 y 15 Gy.Para las reacciones tardas en tejido sano, el valor de / es pequeo, unos 2 Gy.El efecto de la dosis por fraccin y de la reparacin entre fracciones consecutivas es especialmente importante para la respuesta tarda de los tejidos sanos, pero influye mucho menos en la respuesta del tumor y las reacciones precoces de los tejidos sanos.

  • Representacin de curvas de supervivencia del modelo Lineal Cuadrtico tpicas para tejidos de respuesta rpida y tumores (lnea continua), y para tejidos de respuesta lenta (lnea discontinua). Los valores de los parmetros utilizados para confeccionarlas se muestran en la figura.

  • Ejemplo de aplicacin del Modelo Lineal CuadrticoComparar un tratamiento convencional, 30 fracciones de 2 Gy, 1 fraccin por da, 5 das por semana; con otro tratamiento a 3Gy/da, 1 sesin por da , 5 das por semana.Asumimos los siguientes valores para / / = 3 Gy para tejido de respuesta tarda./ = 10 Gy para tejido de respuesta aguda.Para efectos

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