AULA 4 – EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES (PARTE 1)

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DISCIPLINA: PROTEÇÃO 
RADIOLÓGICA 
AULA 4 – EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES (PARTE 1) 
Profa. Danielle Filipov 
2013 
RADIAÇÃO INDIRETAMENTE 
IONIZANTE 
ESPALHAMENTO COERENTE 
 
PRODUÇÃO DE PARES 
 
 
EFEITO COMPTON 
 
 
EFEITO FOTOELÉTRICO 
RADIAÇÃO DIRETAMENTE IONIZANTE 
• INTERAÇÕES DAS PARTÍCULAS CARREGADAS 
PESADAS 
 
• INTERAÇÕES DAS PARTÍCULAS CARREGADAS 
LEVES 
 
• PODER DE FREAMENTO E TRANSFERÊNCIA 
LINEAR DE ENERGIA 
 
ORGANIZAÇÃO DA AULA 
• UM POUCO DE HISTÓRIA E INTRODUÇÃO 
 
• RADIOSSENSIBILIDADE 
 
• ESTÁGIOS DA AÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE 
 
• MECANISMOS DE AÇÃO DA RADIAÇÃO 
IONIZANTE 
 
 
 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Logo após a descoberta dos RX e da radioatividade, 
teve início o uso desenfreado das radiações, que 
havia se tornado “a solução para todos os males”. 
• Surgiram cremes de beleza, chocolates, cigarros, 
águas, cremes dentais e até supositórios contendo 
radionuclídeos. 
• Os próprios médicos que queriam ver a forma de seu 
crânio por curiosidade tiraram suas radiografias e, 
mais tarde, viram seus cabelos caírem, uma vez que 
não havia nenhum controle nem da intensidade, 
nem da energia do feixe de raios X. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• A pele da mão esquerda de Emil H. Grubbé, 
estudante de medicina e fabricante de tubos de 
raios catódicos, já apresentava dermatite aguda e 
dolorida quando procurou um médico em 27 de 
janeiro de 1896. 
• Esse médico ficou impressionado com o dano 
causado pela radiação e propôs a Grubbé fazer um 
tratamento de câncer de mama avançado na 
paciente Rose Lee, utilizando seus tubos de raios X. 
• Foi o primeiro tratamento radioterápico, segundo 
registros. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• O cientista Elihu Thomson foi um dos primeiros a fazer 
experimentos em si próprio. 
• Ele expôs, deliberadamente, seu dedo mínimo da mão esquerda 
aos raios X, de meia a uma hora por dia, durante vários dias, em 
1896. 
• Como consequência, o dedo mínimo apresentou queimadura 
severa com bolhas e muita dor. 
• O próprio Becquerel detectou queimadura na sua pele, atrás do 
bolso da camisa onde ele levava um pequeno frasco contendo 
rádio, que havia recebido de Mme. Curie. 
• Ele levava essa fonte para demonstração em suas conferências. 
• Alguns médicos chegaram a eliminar manchas ou pintas de 
nascença expondo-as aos raios X. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Aos poucos, tornou-se evidente que a exposição 
à radiação provocava efeitos deletérios imediatos 
e tardios nos tecidos humanos. 
 
• Os efeitos biológicos das radiações ionizantes 
podem ser classificados quanto ao seu 
mecanismo de ação (direto ou indireto) e quanto 
à sua natureza (se efeitos determinísticos – 
atuando em tecidos – ou se efeitos estocásticos). 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• RADIOSSENSIBILIDADE 
 
• Probabilidade de uma célula, tecido ou órgão de sofrer um 
efeito por unidade de dose. 
• 
• Bergonie e Tribondeau (1906): “Leis da Radiossensibilidade” 
• A radiossensibilidade será maior se a célula: 
 
– É altamente mitótica. Ex: células embrionárias 
– É indiferenciada. Ex: células da medula e células 
embrionárias 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Fatores que afetam a 
radiossensibilidade: 
– Físicos 
– LET:  Radiossensibilidade 
– Taxa de dose: relacionado ao 
tempo de exposição à radiação: 
 Radiossensibilidade 
 
– Biológicos 
– Período do ciclo de divisão 
celular: 
•  RS: G2, M 
•  RS: S 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• A divisão celular consiste em dois processos consecutivos: 
mitose e citocinese. 
 
• Na mitose originam-se dois núcleos geneticamente 
idênticos; enquanto que a citocinese separa o citoplasma, 
colocando os núcleos filhos em células separadas. 
• As células se dividem ativamente e passam por uma 
sequência definida de acontecimentos, que se designa 
ciclo celular. 
• O ciclo celular divide-se em interfase e mitose. 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
É um período de 
intensa atividade 
bioquímica, no qual 
a célula cresce em 
volume e o número 
de organitos 
aumenta. 
 
Esta é a fase de síntese (S) de DNA e, aparentemente, 
requer um sinal citoplasmático para que se inicie. Cada 
cromossomo é duplicado longitudinalmente 
Esta fase conduz 
diretamente à mitose. 
Aumento da massa celular. 
Dois núcleos geneticamente idênticos são 
formados e há uma separação do citoplasma 
• OS ESTÁGIOS DA AÇÃO 
• A interação da radiação com a matéria segue uma 
sequência de eventos que chamaremos de estágios. 
• Esses estágios ocorrem em qualquer átomo ou molécula do 
corpo atingido pela radiação, desde as moléculas, como as 
do DNA até moléculas da água (que são as mais 
abundantes). 
– Estágio Físico: dura cerca de 10-15 s, intervalo de tempo 
durante o qual ocorrem as ionizações e excitações dos 
átomos; as excitações causam poucos efeitos, ao passo 
que as ionizações causam desequilíbrio eletrostático nas 
moléculas. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
– Estágio Físico-Químico: dura cerca de 10-6 s. Após 
o estágio físico, ocorrem as quebras das ligações 
químicas da molécula, em consequência da 
ionização de um dos seus átomos. 
– Antes, os átomos de uma molécula permaneciam 
unidos por forças elétricas, mas esse equilíbrio 
pode ter sido rompido pela ionização de um único 
átomo. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTE 
– Estágio Químico: dura poucos segundos, quando 
os fragmentos da molécula se ligam a outras 
moléculas, algumas importantes, como as de 
proteína ou enzimas. 
 
– Estágio Biológico: dura dias, semanas ou anos, 
quando surgem os efeitos bioquímicos ou 
fisiológicos que produzem alterações morfológicas 
e/ou funcionais dos órgãos. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
 
• MECANISMOS DE AÇÃO DAS RADIAÇÕES 
– Mecanismo Direto: quando a radiação age 
diretamente nas moléculas importantes, como as de 
DNA, principal constituinte dos cromossomos do 
núcleo das células. 
– Mecanismo Indireto: quando a radiação age na 
molécula da água, quebrando-a – processo chamado 
de radiólise – e produzindo componentes reativos, 
como os radicais livres, que são moléculas ou átomos 
neutros com um elétron desemparelhado na sua 
última camada eletrônica. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
– Os radicais livres são produzidos por radiação 
ionizante e por outros agentes, como o cigarro, 
álcool, etc. 
– São muito instáveis e reagem rapidamente com 
outros átomos ou moléculas, capturando elétrons 
para ganhar estabilidade. 
– Os átomos ou moléculas que perderam elétrons, 
por sua vez, tornam-se radicais livres, iniciando 
uma reação em cadeia. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• MECANISMO DIRETO 
• Em 1927, o geneticista Hermann Joseph Müller descobriu, por meio 
de pesquisas, que os raios X produziam mutações genéticas. 
• Os danos no DNA resultam em anormalidades nos cromossomos que 
são chamadas de aberrações cromossômicas. Esta deve-se à quebra 
nos cromossomos, que se não for reparada, resulta em fragmentos 
perdidos durante a divisão celular. 
• As quebras nas duas fitas do DNA são apontadas como as lesões mais 
importante na produção de aberrações cromossômicas. 
• Elas podem ser visualizadas por microscópio óptico durante as 
divisões celulares, e a quantidade de aberrações pode ser medida em
função da dose recebida de radiação ionizante 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Quando ocorre algum acidente nuclear ou 
radiológicos e dele resulta exposição à radiação 
ionizante de seres humanos, a dosimetria pode ser 
feita estimando-se a frequência de aberrações 
cromossômicas, chamada de dosimetria biológica, a 
qual pode orientar o tratamento médico. 
• Técnica FISH: os cromossomos são “pintados” com 
moléculas fluorescentes e podem ser vistos em 
microscópios, e ajuda na identificação de 
aberrações. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Efeito da Radiação na Molécula de DNA 
• A molécula de DNA, portadora da informação genética, consta de duas 
hélices (fitas) antiparalelas, formadas por sequências de grupos de açúcar 
e fosfato. O açúcar chama-se desoxirribose. 
• As duas hélices são interconectadas por pares de grupos de bases 
nitrogenadas (como se fossem os degraus de uma escada) que são 
ligadas por pontes de hidrogênio. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• As bases nitrogenadas são as purinas (adenina A e 
guanina G) e as pirimidinas (timina T e citosina C). 
• As ligações das pontes de hidrogênio são sempre 
entre uma base purina e uma pirimidina. 
• A-T e G-C 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Há um forte consenso de que o alvo da radiação é o 
DNA, para efeitos radiobiológicos, e que as 
diferenças na qualidade da radiação influenciam a 
natureza dos danos. 
• Entretanto, é importante lembrar que os organismos 
vivos possuem mecanismos de reparo dos danos 
causados pela radiação. 
• Dentre os danos que ocorrem no DNA podemos 
citar: mudança de uma base, perda de uma base, 
quebra das pontes de H, quebra de uma fita, quebra 
de duas fitas, etc. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
Alteração de base 
Retirada de uma base 
Quebra de uma fita 
 
• Há indicações de que a ruptura das pontes de H que ligam as 
bases é reconstituída, em geral corretamente, em questão de 
dezenas de minutos, pelas enzimas que as células produzem. 
• Danos irreversíveis surgem se um número muito grande de 
danos ocorrerem simultaneamente, ou ainda, se a quebra de 
uma das fitas não for reparada adequadamente e uma das 
pontas da fita ficar em estado reativo (ocorre a peroxidação – 
o O2 liga-se a essa ponta e o reparo nunca acontecerá). 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Se duas fitas forem quebradas em locais separados por menos de 5 
nucleotídeos (nucleotídeo é uma molécula orgânica constituída por uma 
base, uma molécula de açúcar e uma molécula de fosfato), pode haver a 
separação das partes quebradas. 
• 50 eV rompem uma fita. 
• 200 eV rompem duas fitas. 
• 33% das quebras de fitas são produzidas pela ação direta no DNA e o 
restante pelo ataque das hidroxilas (radicais livres OH-), produzidas pela 
dissociação da água. 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Se uma das fitas de cada uma de duas moléculas de DNA 
próximas se romper, pode ocorrer a formação de uma 
ligação cruzada, devido à formação de locais reativos. 
• Acredita-se que o erro no reparo, principalmente, de 
quebra de duas fitas da molécula de DNA, seja a principal 
causa de morte celular e indução de efeitos mutagênicos e 
cancerígenos. 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
 
• Efeito da Radiação nos Cromossomos 
• Os cromossomos dos núcleos das células consistem, principalmente, de uma 
longa molécula de DNA e de proteínas associadas, chamadas de histonas. 
• A estrutura globular formada pelas histonas e o DNA constitui o nucleossomo. 
• Os cromossomos variam na forma e no comprimento e, no humanos, são em 46, 
dispostos em 23 pares. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Centrômero: região de constrição que divide o cromossomo em dois 
“braços”. Ele pode localizar-se em qualquer parte nos cromossomos. 
• Telômero: estrutura existente na extremidade dos cromossomos. A cada 
divisão celular, o telômero perde de 10 a 20 segmentos (idosos e recém-
nascidos), ficando desprotegido. Nesse ponto, os cromossomos podem não 
se replicar corretamente e a célula perde sua capacidade de divisão. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Ao incidir em um cromossomo, a radiação ionizante 
pode quebrar cada um dos braços. Os fragmentos 
podem unir-se de diferentes modos, constituindo os 
acêntricos (sem centrômetros) e os anéis, que são 
considerados mutações instáveis, e as inversões, que 
são mutações estáveis. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Se dois cromossomos estiverem próximos entre si, e a radiação causar 
quebra de um dos braços de cada um deles, a posterior recombinação 
dos fragmentos pode formar aberrações do tipo dicêntricos (mutação 
instável que pode durar anos, com 2 centrômeros), acêntrico e 
translocação (certas translocações estão envolvidas em neoplasias, 
uma vez que elas são mutações estáveis e, portanto, transmissíveis na 
geração celular). 
 
• Figura 10.9 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• MECANISMO INDIRETO 
• No mecanismo indireto de produção do dano biológico, a molécula 
de água atingida pela radiação ionizante é que sofre a radiólise. 
• Os estágios da ação na molécula da água são: 
– Ionização da molécula de água: 
H2O + radiação ionizante H2O
+ + e- 
– O íon positivo dissocia-se imediatamente: 
H2O
+ H+ + OH. 
– O e- associa-se a uma molécula de água: 
e- + H2O H2O
- 
– O produto H2O
- dissocia-se imediatamente: 
H2O
- H. + OH- 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• Os íons H+ e OH- não produzem nenhuma 
consequência, pois eles já existem em grande 
quantidade nos fluidos do corpo. 
• Entretanto, os radicais livres H. e OH. continuam como 
tais ou reagem com outras moléculas em solução. 
• O destino mais provável destes radicais livres é 
determinado pelo LET da radiação. 
• No caso de partículas de alto LET (alfa) os radicais OH. 
são formados muito próximos uns dos outros e, com 
isso, eles podem se recombinar para produzir o 
peróxido de hidrogênio (água oxigenada). 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
• O peróxido de hidrogênio é um poderoso agente 
oxidante, que pode atacar moléculas importantes, 
como as de DNA. 
• Este agente é razoavelmente estável e pode difundir-
se para longe do local de sua formação. 
• Como o corpo humano é composto por mais de 70% 
de água, a radiólise da água, mecanismo indireto da 
radiação, é importante, sendo responsável por cerca 
de 70% dos efeitos biológicos. 
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES 
IONIZANTES 
RESUMINDO 
• UM POUCO DE HISTÓRIA E INTRODUÇÃO 
 
• RADIOSSENSIBILIDADE 
 
• ESTÁGIOS DA AÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE 
 
• MECANISMOS DE AÇÃO DA RADIAÇÃO 
IONIZANTE 
 
 
 
 
ATIVIDADES DE FIXAÇÃO 
• 1) DIFERENCIE O MECANISMO DIRETO DO INDIRETO 
DA AÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE NAS MOLÉCULAS. 
 
• 2) EXPLIQUE O QUE É RADIOSSENSIBILIDADE DE CITE 
TECIDOS E ÓRGÃOS ALTAMENTE RADIOSSENSÍVEIS E 
COM RADIOSSENSIBILIDADE BAIXA. 
 
• 3) QUAIS OS ESTÁGIOS DA AÇÃO DA RADIAÇÃO NO 
MEIO? 
 
• 4) QUAIS AS AÇÕES DA RADIAÇÃO NOS 
CROMOSSOMOS E OS EFEITOS CAUSADOS?