Aula 04 Fundamentos de Radiobiologia

Prof. AGUINALDO SILVA

Mestrando em Eng. Biomédica - UnB Tecnólogo em Radiologia

aguinaldo.radiologia@gmail.com

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Caro aluno e colega de

profissão, disponibilizo este

material mas caso tenha

interesse em usá-lo favor

não alterar os slides e não

retirar os meus créditos.

Obrigado e bons estudos!!!

Direitos autorais

Lei 9.610/1998 art.5º

Aspectos históricos;

Radiobiologia;

Noções de biologia;

Mecanismos de ação da radiação; Estágios da ação;

Mecanismos Direto e Indireto;

Transferência Linear de Energia – LET;

Efeitos biológicos das radiações ionizantes; Características gerais dos efeitos;

Reações teciduais e efeitos estocásticos;

Síndrome Aguda da Radiação. 2

Logo após a descoberta dos raios X e da radioatividade, teve início o uso desenfreado das radiações. Os próprios médicos queriam ver a forma de seu crânio e por curiosidade tiraram suas radiografias e que mais tarde, viram seus cabelos caírem, uma vez que não havia controle do feixe de raios X.

O cientista Elihu Thomson foi um dos

primeiros a realizar experimentos em si próprio. Ele expôs seu dedo mínimo da mão esquerda aos raios X, de meia hora a uma hora por dia, durante vários dias em 1896. Como consequência, seu dedo apresentou queimadura severa com bolhas e muita dor.

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Elihu Thomson

(1853-1937)

O próprio Henri Becquerel detectou

queimadura na sua pele, atrás do bolso da camisa onde ele levava um pequeno frasco contendo rádio para demonstração nas suas conferências.

Aos poucos tornou-se evidente que

a exposição à radiação provocava efeitos imediatos e tardios nos tecidos humanos.

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Marie Curie (1867–1934)

Radiobiologia – ciência que estuda os efeitos

biológicos das radiações ionizantes e não ionizantes.

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O organismo humano é uma estrutura muito complexa e

cuja sua menor unidade e com funções próprias é a célula.

As células são compostas por vários tipo de moléculas:

aminoácidos, proteínas, água, etc...

Pode-se dividir as células do organismo humano em

dois grupos: células somáticas e células germinativas.

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Células somáticas – compõem

a maior parte do organismo, sendo

responsáveis pela formação da

estrutura corpórea (ossos e

músculos).

Células germinativas estão

presentes nas gônadas (ovários e

testículos) onde se dividem

produzimos os gametas (óvulos e

espermatozoides) necessários na

reprodução. 7

Os efeitos biológicos das radiações no organismo

humano são resultantes da interação dessas radiações

com os átomos e as moléculas do corpo.

Na maioria das vezes, devido à recuperação do

organismo, os efeitos não chegam a tornar-se visíveis ou

detectáveis.

Os efeitos biológicos das radiações ionizantes

podem ser classificados quanto ao seu mecanismo

(direto ou indireto) e quanto a sua natureza (reações

teciduais ou efeitos estocásticos).

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OS ESTÁGIOS DA AÇÃO

Os estágios ocorrem em qualquer átomo ou molécula

do corpo interagido pela radiação, desde as moléculas

mais importantes (DNA) até moléculas da água, que são

as mais abundantes no corpo humano.

A sequência de estágios dos efeitos biológicos são:

1. Estágio Físico

2. Estágio Físico-químico

3. Estágio Químico

4. Estágio Biológico 9

Estágio físico – dura cerca de 10-15 s, intervalo de

tempo onde ocorrem as ionizações e excitações dos átomos que constituem as moléculas; excitações causam pouco efeito enquanto as ionizações dos átomos causam desequilíbrio das moléculas (instabilidade) que passam para o segundo estágio.

Estágio físico-químico – dura cerca de 10-6 s, ocorrem

as quebras das ligações químicas das moléculas, em consequência da ionização de um dos seus átomos.

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Estágio químico – dura poucos segundos, quando os

fragmentos da molécula se ligam a outras moléculas, algumas importantes, como as da proteína ou enzima.

Estágio biológico – dura dias, semanas ou até anos,

quando surgem efeitos bioquímicos ou fisiológicos que produzem alterações morfológicas ou funcionais dos órgãos.

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MECANISMO DIRETO – quando a radiação age

diretamente nas moléculas importantes, como DNA, principal constituinte dos cromossomos do núcleo das células.

MECANISMO INDIRETO – quando a radiação age na

molécula da água, quebrando-a (radiólise) e produzindo componentes reativos, como os radicais livres, que são moléculas ou átomos neutros instáveis.

Os átomos ou moléculas que perderem elétron, por sua

vez, tornam-se radicais livres e iniciando uma reação em cadeia.

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MECANISMO DIRETO

Os danos nos DNAs resultam em anormalidades nos

cromossomos que são chamados de aberração

cromossômica. Esta deve-se à quebra nos

cromossomos, que se não for reparada, resulta em

fragmentos perdidos durante a divisão celular ou ligados

incorretamente a outros cromossomos.

As quebras nas duas fitas do DNA são apontadas como

as lesões mais importantes na produção de aberração

cromossômica.

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Reparo

Reparo

inadequado Célula viável

Morte celular

Célula viável,

mas mutante

ou com

deficiência

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MUTAÇÃO...

Transferência Linear de Energia, Linear Energy

Transfer (LET), compreende a perda média de energia, por colisão, de uma partícula carregada por unidade de comprimento.

Radiações consideradas de alto LET são aquelas que

possuem um alto poder de ionização e uma taxa de transferência de energia num meio material. Partículas alfa e íons pesados são classificadas como radiações com alto LET.

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Fonte: Powsner; Powsner. Essential nuclear medicine physics. Massachussets: Blackwill Publishing; 2ed. 2006

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Fonte: Powsner; Powsner. Essential nuclear medicine physics. Massachussets: Blackwill Publishing; 2ed. 2006

MECANISMO DIRETO

EFEITO DA RADIAÇÃO NA MOLÉCULA DE DNA

O material genético de uma célula é constituído por

longos filamentos de DNA e ainda de quatro diferentes

subunidades (nucleotídeos) que podem serem

identificados como Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) e

Citosina (C). Os pares de base sempre são A–T ; C-G.

O DNA apresenta-se como uma dupla fita de

nucleotídeos que assumem a forma de uma hélice.

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DNA – ANIMAÇÃO...

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Diferentes mensagens são codificadas a partir da

combinação de quatro letras: A, M, O e R. Exemplo do

DNA como molécula informacional.

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Ilustração de peroxidação da molécula de DNA danificada...

Fonte: OKUNO; YOSHIMURA. Física das Radiações. São Paulo: Oficina de textos, 2010

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Duas fitas de DNA quebradas pela radiação ionizante...

Fonte: OKUNO; YOSHIMURA. Física das Radiações. São Paulo: Oficina de textos, 2010

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Duas moléculas de DNA próximas, onde foram danificadas pela

radiação e que levou a ligação cruzada...

Fonte: OKUNO; YOSHIMURA. Física das Radiações. São Paulo: Oficina de textos, 2010

MECANISMO INDIRETO Um dos processos mais importantes de interação da

radiação no organismo humano é com as moléculas de água por apresentarem grande quantidade no corpo.

Quando a radiação interage com as moléculas de água

do organismo humano, essas moléculas se quebram (radiólise) formando uma série de produtos danosos ao organismo, como os radicais livres e a água oxigenada.

O destino mais provável desses radicais livres é

determinado principalmente pela LET (Transferência Linear de Energia).

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30 Fonte: TAUHATA, L.; et. al. Radioproteção e dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, IRD, 2003.

31 Fonte: TAUHATA, L.; et. al. Radioproteção e dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, IRD, 2003.

NATUREZA DOS EFEITOS BIOLÓGICOS

Quanto à natureza, os efeitos biológicos podem ser

classificados em reações teciduais (efeitos determinísticos) e efeitos estocásticos.

REAÇÕES TECIDUAIS (EFEITOS DETERMINISTÍCOS) Os danos nos tecidos ou órgãos que resultam de morte

celular são as reações teciduais. Esses efeitos já foram chamados de efeitos determinísticos (ICRP-60, 1990).

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REAÇÕES TECIDUAIS Eles são observados quando uma dose alta de

radiação causa a morte celular de um número muito grande de células de um dado tecido ou órgão, a ponto de ele perder sua função ou de seu funcionamento ficar prejudicado.

A gravidade (severidade) do efeito é função da dose,

“quanto > a dose, mais grave, forte ou severo é o efeito”.

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REAÇÕES TECIDUAIS REAÇÕES SOMÁTICAS IMEDIATAS – são aquelas

que apresentam um tempo de latência muito curto e são consequência exposição aguda à radiação (dose alta recebida em um curto espaço de tempo).

REAÇÕES SOMÁTICAS TARDIAS – são aquelas que

surgem com um tempo de latência muito longo; alguns efeitos levam até anos para manifestar-se. Exemplo: câncer.

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No caso de um indivíduo receber uma dose de radiação

localizada, os efeitos observados terão uma relação direta com esta região.

Exemplo: se uma irradiação localizada nas gônadas,

como consequência poderá acarretar em esterilidade no indivíduo, numa irradiação localizada na pele, acarretará em uma radiodermite (queimadura por radiação).

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SÍNDROME AGUDA DA RADIAÇÃO No caso do organismo inteiro receber uma dose alta de

radiação num curto espaço de tempo, os efeitos podem se manifestar em um período de horas ou dias, com o aparecimento de um conjunto de sinais e sintomas que levam a um quadro clínico denominado “Síndrome Aguda da Radiação”.

Como resultado destas exposições o organismo

humano desenvolve reações biológicas que podem se manifestar sob a forma de sintomas provocadas pela radiação.

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Fonte: TAUHATA et. al. Radioproteção e dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro: IRD, 5ª revisão 2003

SÍNDROME AGUDA DA RADIAÇÃO - SAR

EFEITOS ESTOCÁSTICOS

São alterações que surgem nas células normais, sendo

os principais: efeito cancerígeno e o efeito hereditário.

O primeiro ocorre nas células somáticas. O segundo, nas

células germinativas, que pode ser repassado aos

descendentes da pessoa irradiada.

Diferentemente das reações teciduais, geralmente

detectadas com doses altas e acima de um limiar, os

efeitos estocásticos podem serem causados por quaisquer

doses tanto altas quanto baixas. 40

EFEITOS ESTOCÁSTICOS

Os tecidos mais sensíveis à indução de câncer são:

Tireoide infantil;

Mama feminina;

Medula óssea.

E os menos sensíveis são:

Tecido muscular;

Células nervosas.

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EFEITOS ESTOCÁSTICOS EFEITOS HEREDITÁRIOS Qualquer alteração do material genético das células

(DNA) é denominada mutação. A radiação é um dos agentes que podem desencadear a mutação.

Os efeitos hereditários podem ocorrer quando as

gônadas (ovários e espermatozoides) são expostas à radiação ionizante. Assim, essas alterações podem serem transmitidas de pai para filhos por meio da reprodução. Exemplos de efeitos são o daltonismo e síndrome de Down.

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CARACTERÍSTICA GERAIS DOS EFEITOS BIOLÓGICOS ESPECIFICIDADE: os efeitos podem ser provocados por outras causas que não as radiações, ou seja, não é característico ou específico da radiação. Exemplo o câncer. TEMPO de LATÊNCIA: é o tempo que decorre entre o momento da irradiação e o aparecimento de um dano visível. O tempo de latência é inversamente proporcional a dose.

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CARACTERÍSTICA GERAIS DOS EFEITOS BIOLÓGICOS REVERSIBILIDADE: os efeitos biológicos das radiações podem serem reversíveis. A reversibilidade de um efeito dependerá do tipo da célula afetada e a possibilidade de restauração desta célula. TRANSMISSIBILIDADE: a maior parte das alterações causadas pelas radiações que afetam uma célula ou um organismo não são transmitidos a outras células ou outros organismos. Porém, danos causados ao material genético das células dos ovários e testículos, podem serem transmitidos hereditariamente por meio da reprodução.

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CARACTERÍSTICA GERAIS DOS EFEITOS BIOLÓGICOS DOSE LIMIAR: certos efeitos biológicos necessitam, para se manifestar, que a dose de radiação seja superior a um valor mínimo, chamada de dose limiar. RADIOSENSIBILIDADE: nem todas as células, tecidos, órgãos e os organismos respondem igualmente à mesma dose de radiação.

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CARACTERÍSTICA GERAIS DOS EFEITOS BIOLÓGICOS FATORES DE INFLUÊNCIA: Pessoas que recebem a mesma dose de radiação não apresentam os mesmos danos e nem sempre respondem em tempos semelhantes. Existem alguns fatores que modificam a resposta ou efeito biológico, como por exemplo, idade, sexo, estado físico.

O indivíduo é mais vulnerável a radiação quando criança ou idoso. As mulheres são mais sensíveis e devem ser mais protegidas contra a radiação, isto porque, possuem órgão reprodutores internos e os seios que são muito sensíveis à radiação.

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47 Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=_4uzkSxppIQ&feature=feedu

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Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=UfxlrD-Su7M&feature=related

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Efeito Órgão ou

Tecido

Tempo de

latência

Dose Absorvida

(Gy)

Esterilidade

temporária Testículos 3 a 9 semanas ~ 0,1

Esterilidade

permanente

Testículos 3 semanas ~ 6

Ovários < 1 semana ~ 3

Fase de

avermelhamento

da pele

Pele

1 – 4 semanas < 3 – 6

Queimadura de

pele 2 – 3 semanas

5 – 10

Perda de pelos

(alopecia) ~ 4

Catarata Olho Vários anos ~ 1,5

O fato de radiações penetrantes induzirem a danos

profundos no organismo humano, pode ser utilizado para a terapia do câncer. Assim, tumores profundos podem ser destruídos ou regredidos sob a ação de feixes de radiação gama adequadamente aplicados.

APLICAÇÕES DERMATOLÓGICAS Em alguns tratamentos pós-cirúrgicos, pode ser

utilizado um aplicador contendo um radioisótopo emissor beta do tipo 90Sr, cujas radiações causam dano superficial devido à baixa penetração da radiação.

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“Não confunda derrotas com fracasso nem vitórias com

sucesso. Na vida de um campeão sempre haverá algumas

derrotas, assim como na vida de um perdedor sempre

haverá vitórias. A diferença é que, enquanto os campeões

crescem nas derrotas, os perdedores se acomodam nas

vitórias.”

Roberto Shinyashiki

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FIM

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