EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇOES IONIZANTES: FATOS E

EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇOES
11a aula
IONIZANTES
SUMÁRIO
I – Introdução
O que é radiação
Um pouco de história
II – O dano biológico e dose letal
III – O mecanismo de dano
IV – Efeitos da radiação Ionizante
V – Fatores que afetam a resposta celular
VI – Conclusão
I – Introdução
Um pouco de história
•1895 - Wilhelm Conrad Röntgen descobre o Raio - X
•1896 - Henri Becquerel observou o efeito da exposição de chapas fotográficas
a sais de urânio
•1896 - Dr. J. Daniels (U. Vanderbilt) reporta o primeiro dano biológico
•1897 - Dr Leopold Freud, pioneiro na utilização dos Raios-X para fins
terapêuticos, reportou o sucesso na remoção de um sinal de pele em um de
seus pacientes
•1898 - Marie Curie voltou sua atenção a esse novo fenômeno, e lançou o
termo radioatividade para descrever essa forma de energia.
•1899 - Dois físicos suecos reportaram a cura de um câncer de pele.
•1904 - Experimento de Rutherfor: natureza das radiações nucleares
•1919 – H.J. Mulher e J.J. Sradler reportam efeitos genéticos
Com o passar dos tempos, a radiação situa-se entre os agentes associados a
moléstias mais amplamente estudados !!!!!!
II – O dano biológico e dose letal
Lesão induzida pela radiação: dano molecular
Molécula (enzima)
inativada: dose > 10 Gy
Paradoxo
Morte: dose > 2 Gy
O organismo parece ser mais radio sensível de que as moléculas de
que é composto
O dano molecular é amplificado por processos metabólicos
acumulando o dano biológico
Enzima inativada
ou alterada
falha
Síntese de
proteína
falha
Função
específica
Período de latência
Resultado final:
colapso do
sistema
O tempo para aparição de um dano biológico depende fundamentalmente
de:
•Taxa de exposição
•Dose acumulada
•Os efeitos biológicos das radiações
ionizantes são uma sequência de eventos que
ocorrem em nível celular
•O dano biológico primeiro se manifesta na
célula
•Em organismos multicelulares, dependendo do
tipo de célula lesada os efeitos poderão ser
transmitidos para maiores níveis de
organização
Observa-se que mamíferos respondem de forma diferente a
uma irradiação de corpo inteiro:
•A criança e o velho são muito mais radio sensíveis que o jovem adulto
•A mulher em geral parece ter maior
tolerância a radiação que o homem
•A resposta a uma mesma dose de radiação
pode ter um período de latência diferente
entre dois indivíduos da mesma espécie
III – O mecanismo de dano
E
exitação
Mecanismo Indireto
1014 células
ionização
H2O ----H + OH
Mecanismo Direto
DNA
alvo
105 genes
DNA 10-6 mutações / gene / divisão celular
lesado
reparo correto
reparo errôneo
não reparo
DNA
mutado
DNA
restaurado
morte
celular
célula
mutada
viável
célula
normal
célula
somática
Catarata
Malformações
Síndromes da
radiação
efeitos determinísticos
célula
germinativa
Diminuição da longevidade
Envelhecimento precoce
Indução do câncer
efeitos estocásticos
apoptose
Doenças hereditárias
(transmissíveis)
Ação direta das radiações ionizantes em moléculas de DNA
•Rotura em uma das hélices
•Rotura da dupla hélices
•Quebra das pontes de hidrogênio
•Cross linking intermolecular
•Cross linking intramolecular
Evolução da Radiolesão
•Estágio Físico
Ocorre a interação radiação – matéria surgindo átomos e
moléculas excitadas e ionizadas: 10-17 seg
•Estágio Químico
Reações entre produtos radioformados com moléculas
vizinhas: fração de segundos até horas
•Estágio Biológico
Em consequência dos anteriores morte celular e
mutação: horas até anos
Estão me acompanhando?!
Então vejamos:
•A importância tanto da ionização e excitação quanto da formação de
radicais livres e peróxido de hidrogênio está no fato destes agentes
quebrarem o equilíbrio celular. Tal equilíbrio é gerido por uma “Mecânica
Enzimática” que sustenta as funções vitais da célula;
•A radiação produz então, efeitos biológicos a partir de dois
mecanismos básicos: Diretamente por dissociação de moléculas
atraves de sua excitação e ionização, ou indiretamente pela produção
de radicais livres e peróxido de hidrogênio na água dos fluidos
corpóreos.
IV – Efeitos da radiação Ionizante
Agudos
Sindrome Aguda da
Radiação: SAR
Somáticos
Não
estocásticos
Tardios
Efeitos
Efeitos - PR
•Congênitos ou teratogênicos
(microencefalia)
•Não malignos: Catarata
•Malignos: cancer
(tipo celular)
Estocásticos
Genéticos ou
hereditários
Do ponto de vista da característica dose resposta:
Estocásticos (probabilísticos)
Efeito
•Limiar de dose
Não Estocásticos
•Magnitude do dano aumenta com a dose
•Existe um relacionamento causal claro
RELAÇÕES DE UNIDADES
DL50/30 (seres humanos): 4 Gy = 400 rad = 4 Sv (para radiação eletromagnética)
1 mSv = 0,1 rem = 0,1 rad = 0,1 cGy (para radiação eletromagnética)
Antiga
Nova
Símbolo
Relação
Dose
rad
gray
Gy
1 rad = 1cGy
Dose
equivalente
rem
sievert
Sv
1 rem = 0,01 Sv
Radioativida
de
Ci
bequerel
Bq
1 Ci = 3,7 x 1010
Bq
DL50
dose letal para 50% dos integrantes
da população exposta de corpo inteiro
% Letalidade
100
75
Valores típicos de DL50(30)
para exposição total de
animais a radiação X ou gama
50
Organismo
DL50(30) (Gy)
Cão
Porco da Índia
Homem
Camundongo
Macaco
Rato
Coelho
Galinha
Peixe dourado
Sapo
Tartaruga
3,5
4
2,5 - 4,5
5,5
6
7,5
8
6
23
7
15
25
2,5
5,0
7,5
10,0
DL 50 (30)
Dose (Gy)
Típico gráfico para determinação da DL50(30) para
ratos expostos a irradiação de corpo inteiro por raios X
Efeitos agudos da Radiação
Depois de um limiar de dose: SAR
Corpo inteiro
- Sindrome do sistema Hematopoiético (SSH)
Dose 2Gy (200 rads): depressão da medula óssea
Morte de 1 a 2 meses após a irradiação – LD50/30 4-6 Gy
Sintomas comuns
- Sindrome do sistema Gastro-intestinal (SSG)
•Nausea e vômito
Dose 10Gy (1000 rads): descamação do epitélio intestinal
•Febre e fadiga
Morte em 1 ou 2 semans após a irradiação
•Alterações no
sangue
- Sindrome do sistema Nervoso Central (SSN)
Dose 20Gy (2000 rads): danos no tecido neural.
Morte em minutos ou horas após a irradiação
Efeitos tardios: podem ser observados devido a uma única exposição ou a
exposições contínuas ou crônicas de “baixa intensidade”
VI – Fatores que afetam a resposta celular
FATORES FÍSICOS
dose
taxa de dose
fracionamento da dose
exposição aguda ou crônica
tipo de radiação LET
RBE
FATORES QUÍMICOS
agentes modificadores
presença ou não de antioxidante
tensão de O2 (Efeito O2)
teor hídrico
FATORES BIOLÓGICOS
estado proliferativo (Lei de Bergonie e Tribondeau)
fase do ciclo celular
estado fisiológico ou metabólico
constituição genética da célula
VII – Conclusão
•Em geral a habilidade dos raios X ou radiação gama em produzir um
efeito imediato, decresce com a redução da dose, com a redução da
taxa de dose por exposição e com o aumento do intervalo entre
exposições.
•Baixas taxas de doses e longos intervalos de tempo entre
exposições, aparentemente permitem algum tipo de reparo ao dano
produzido.
•No entanto, grndes taxas de exposição produzem muitas lesões por
célula inibindo o reparo das mesmas.