Protecção_Radiológica_Fisica_Aplicada

8/3/2019 Proteco_Radiolgica_Fisica_Aplicada

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Radioterapia

Fsica Aplicada

Proteco Radiolgica

Docente: Discentes:

Dr. Marta Sousa Ana Rita Coelho n 10100181

Catarina Silva n 10100185

Cludia Borges n 10100187

Joana Ferreira n 10100190

Janeiro de 2011
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ndice

1. Introduo .................................................................................................................................. 42. Radiobiologia .............................................................................................................................. 5

3. Radiaes Ionizantes .................................................................................................................. 5

4. Limiar de dose ............................................................................................................................ 6

5. Efeitos determinsticos ............................................................................................................... 6

6. Efeitos estocsticos .................................................................................................................... 7

7. Dose efectiva .............................................................................................................................. 8

8. Efeitos Biolgicos ....................................................................................................................... 9

9. Factores que influenciam a radiao ....................................................................................... 12

9.1. LET .................................................................................................................................... 12

9.2. RBE ................................................................................................................................... 13

10. Interaco das radiaes ionizantes com a matria ............................................................ 14

10.1. Abrandamento de uma partcula carregada e transferncia da energia para o meio. 15

10.2. Radiaes gama e x ...................................................................................................... 15

10.2.1. Efeito Compton ........................................................................................................ 16

10.2.2. Efeito fotoelctrico ................................................................................................... 16

10.2.3. Produo de pares inicos ....................................................................................... 17

11. Leses moleculares produzidas pela radiao ionizante ..................................................... 18

11.1. Transferncia s molculas de energia radiante.......................................................... 19

11.2. Leses primrias e secundrias .................................................................................... 20

11.3. Radilise da gua .......................................................................................................... 20

11.4. Radicais livres ............................................................................................................... 21

11.5. Efeitos sobre o ADN ..................................................................................................... 22

11.6. Reparao do ADN ....................................................................................................... 23

11.6.1. Exciso de uma base e resntese .............................................................................. 24

11.6.2. Exciso de um nucletido e resntese ...................................................................... 24

11.6.3. Recombinao homloga ......................................................................................... 25

11.6.4. Recombinao no homloga .................................................................................. 26

11.6.5. Reparao SOS ......................................................................................................... 26

11.6.6. Reparao ................................................................................................................. 27

11.6.7. Leses residuais do ADN .......................................................................................... 28


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11.7. Alteraes cromossmicas ........................................................................................... 29

11.7.1. Deleco ................................................................................................................... 29

11.7.2. Duplicao ................................................................................................................ 30

11.7.3. Cromossomas em anel ............................................................................................. 30

11.7.4. Isocromossomas ....................................................................................................... 31

11.7.5. Cromossomas dicntricos ........................................................................................ 31

11.7.6. Translocao ............................................................................................................. 32

11.7.7. Inverso .................................................................................................................... 32

12. Concluso ............................................................................................................................. 33

13. Netgrafia ............................................................................................................................... 34


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1. IntroduoA radiobiologia a cincia que une a fsica biologia, para o entendimento da aco das radiaes

nos tecidos sos. Noes bsicas de gentica, ciclo celular, DNA, efeitos das radiaes sobre as

clulas e suas implicaes nos tecidos dos organismos vivos so uma mais valia para perceber de

que forma a irradiao dos tecidos leva destruio celular controlada.

As radiaes ionizantes so aquelas que ao atravessarem a matria, interagem com os tomos,

ionizando-os. Este fenmeno reveste-se de uma enorme importncia, na medida em que, existe

formao de ies livres e por conseguinte, provocam modificaes fsicas e qumicas na matria

que os rodeia. Estas modificaes podem afectar as propriedades dos materiais e em particular,resultar em efeitos nocivos sobre a matria viva. So consideradas radiaes ionizantes todas as

partculas carregadas, assim como, fotes com energia superior a cerca de 100 eV, (1 eV = 1,602 x

10-19 joule).

Deste modo, a Radioterapia utiliza, controladamente, radiaes ionizantes para fins teraputicos,

principalmente de neoplasias malignas, uma vez que as radiaes induzem modificaes mais ou

menos importantes nas molculas nativas. O objectivo da Radioterapia a cura total da leso ou

o seu tratamento paliativo, por diminuio da sintomatologia decorrente da constante evoluo

tumoral, causando o mnimo de danos possvel aos tecidos saudveis adjacentes.

As radiaes geram nos tecidos uma cascata de eventos, que se inicia no primeiro milsimo de

segundo da interaco. A ionizao inicial (fase fsica) seguida de leso imediata de

macromolculas vitais a nvel celular, ou indirectamente pela ciso de molculas de gua, de que

resultam radicais livres de oxignio, altamente reactivos a nvel molecular (fase fsico-qumica).

Aps alguns minutos a leso bioqumica sobre as molculas de DNA e RNA potencialmente letal.

No entanto, o dano independente da fonte de radiao (natural ou artificial), esta radiao ao

interagir com o meio biolgico transfere energia, a qual no depositada uniformemente, mas

sim ao longo dos percursos das partculas e em movimento provocando consequncias biolgicas.

Os efeitos das radiaes podem surgir logo aps a exposio ou passado muito tempo, contudo

de reforar que as radiaes apenas aumentam a frequncia das alteraes j existentes, nunca

provocando uma nova alterao.


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2. RadiobiologiaA Radiobiologia a disciplina da Biologia que estuda a interaco fsica da radiao com a matria

viva e as suas consequncias.

Num contexto biolgico, Radiaes Ionizantes (onde se incluem os Raios X), tm como

propriedade intrnseca a capacidade para arrancar os electres dos tomos de carbono,

hidrognio, oxignio e azoto.

A quantidade de energia cedida por uma determinada radiao ionizante ao atravessar um

material depende da natureza qumica desse material e da sua massa especfica.

Salienta-se que a absoro de radiaes ionizantes pela matria um fenmeno atmico e nomolecular.

3. Radiaes IonizantesAs radiaes ionizantes existem no Planeta Terra desde a sua origem, sendo portanto um

fenmeno natural. No incio, as taxas de exposio a estas radiaes eram certamente

incompatveis com a vida. Com o passar do tempo, os tomos radioactivos, instveis, foram

evoluindo para configuraes cada vez mais estveis, atravs da liberao do excesso de energia

armazenada nos seus ncleos. Pelas suas propriedades esta energia capaz de interagir com a

matria, arrancando electres de seus tomos (ionizao) e modificando as molculas.

No final do sculo XIX, com a utilizao das radiaes ionizantes em benefcio do homem, logo

seus efeitos na sade humana tornaram-se evidentes. Ao longo da histria, estes efeitos foram

identificados e descritos, principalmente, a partir de situaes nas quais o homem encontrava-se

exposto de forma aguda (acidentes e uso mdico).As radiaes ionizantes caracterizam-se, essencialmente, pela emisso de partculas que podem

ser de vrios tipos, nomeadamente, de raios , raios e raios X. Estas radiaes so divididas em

radiaes pouco ionizantes (usadas em diagnstico : X e gama), e em radiaes altamente

ionizantes ( neutres e alfa).

As radiaes ionizantes podem danificar o gentipo de clulas vivas, no entanto o dano

independente da fonte de radiao (natural ou artificial).


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4. Limiar de doseO limiar de dose um limite mnimo de radiao que, por norma, no prejudica os organismos

vivos. Existe danos somticos reversveis, no entanto os danos genticos so cumulativos e

irreversveis.

A tendncia admitir que no h limite mnimo de exposio e procurar reduzir, de todas formas

possveis, a exposio s radiaes ionizantes.

5. Efeitos determinsticosOs efeitos determinsticos observam-se passado pouco tempo (entre alguns dias e um ms) aps

a exposio e por essa razo so tambm designados por

efeitos somticos precoces.

Estes esto relacionados com o mau funcionamento ou perda

de funo de tecidos ou rgos, essencialmente devido morte

de um nmero significativo de clulas, assim como a doses

elevadas de radiao. Para estes efeitos existem limiares de

dose, ou seja, a funo de muitos rgos e tecidos no

afectada por pequenas redues no nmero de clulas

saudveis existentes. S no caso de uma reduo

suficientemente grande sero clinicamente observados efeitos patolgicos.

A gravidade destes depender essencialmente da dose recebida e da regio irradiada, isto porque

os vrios rgos e sistemas do organismo, so sensveis radiao em graus diferentes.

Alguns exemplos de efeitos determinsticos ou somticos produzidos por exposio aguda so:

No sistema hematopoitico: leucopenia, anemia, trombocitopenia No sistema vascular: obstruo de vasos, fragilidade vascular No aparelho digestivo: alteraes nas secrees, leses das mucosas

Ilustrao 1 - Efeitos determinsticos(danos) em funo da dose de

radiao


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6. Efeitos estocsticosOs efeitos estocsticos resultam de modificaes provocadas pelas radiaes em clulas que

mantm a sua capacidade de diviso. Estas clulas modificadas podem, em alguns casos, iniciar

uma transformao maligna da clula e conduzir ao desenvolvimento maligno e, finalmente, a um

cancro clinicamente declarado.

Estespodem surgir muito tempo aps a exposio e incluem um aumento de probabilidade de

ocorrncia de neoplasias e de mutaes genticas. Para se produzirem estes efeitos parece no

existir limiar de dose, admitindo-se que possam ser induzidos por doses muito baixas de radiao,

em funo do tempo de exposio.

Relacionar estes efeitos com a exposio a uma fonte

de radiao, relativamente difcil. A maioria das vezes

no se sabe se estes advm de uma anterior exposio

a radiaes ou se provm do processo natural de

envelhecimento humano.

Para os efeitos estocsticos no considerado um

limiar e admite-se que a probabilidade da sua

ocorrncia proporcional dose. Por isso, a

probabilidade de induo deve ser reduzida pela manuteno da dose to baixa quanto possvel.

Quantidade de dose Observaes

250 mSv Sem efeito aparente

500 mSv Ligeiras alteraes sanguneas

1 Sv Astenia, nuseas, alteraes sanguneas

3 SvNuseas e vmitos nos primeiros dias;

Anorexia, astenia e diarreia; recuperao, em cerca de 3 meses

4 Sv 50% de mortes no 1 ms

6 Sv Morte praticamente certa

6 a 20 Sv Perturbaes gastro-intestinais, morte certa

20 Sv Fulminante destruio do Sistema Nervoso Central

Ilustrao 2 - Relao linear dose-efeito nabanda dos pequenos dbitos de dose


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7. Dose efectivaA dose efectiva a mdia aritmtica ponderada das doses equivalentes nos diversos rgos. Os

factores de ponderao dos tecidos foram determinados de tal modo que a dose efectiva

representa o mesmo detrimento de uma exposio uniforme de corpo inteiro.

A unidade de dose efectiva o joule por quilograma (J/kg), tambm denominada por Sievert (Sv).

Assim, o clculo da dose efectiva resulta da soma das doses equivalentes resultantes nos tecidos

ou rgos (HT), multiplicada pelos factores de ponderao tecidular WT (tissue weighting factors)

do ICRP. definida pela frmula:

E =S HT x WT (Sv)

Tabela 1- Doses efectivas de determinados rgos

Exames diagnsticos Dose efectiva (mSv)

Raios X

Trax 0.02

Crnio 0.07

Coluna cervical 0.3

Coluna dorsal 1.4Coluna lombar 1.8

Abdmen 0.53

Plvis/Bacia 0.83

Extremidades 0.06

Esfagogastroduodenal 3.6

Clister opaco 6.4

Mamografia 0.13

Tomografia Computorizada

Cabea 2.0Abdmen 10.0

Trax 20-40

Angio -TC trax 20-40

PET - CT 25


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8. Efeitos BiolgicosO efeito biolgico da radiao est relacionado com a propriedade de provocar ionizao da

matria com a qual interage, isto , com sua capacidade de arrancar electres da matria, criando

ies.

A propriedade de provocar ionizao em determinado material diferente entre os trs tipos

de radiao, com a seguinte ordem decrescente: . Alm disto, a natureza do tecido

vivo que absorve a radiao tambm influncia o efeito biolgico observado. Por exemplo,

quando expostos a mesma dose de radiao a tecido sseo e no sseo, o tecido sseo absorve

aproximadamente o dobro de energia absorvida por tecidos no sseos. Assim, podemos dizerque diferentes materiais absorvem quantidades diferentes da mesma radiao. Apenas por

curiosidade:

1g de gua absorve aproximadamente 90 x 10-7 J de energia de uma radiao; 1g de tecido no sseo absorve aproximadamente 97 x 10-7 J de energia da mesma

radiao;

1g de tecido sseo absorve uma quantidade muito maior do que as anteriores de energiada mesma radiao.

Radiaes de diferentes naturezas (raios X, raios , partculas e ), e com a mesma

intensidade, tm capacidades diferentes de lesar o mesmo tipo de matria viva.

Para levar em conta as diferentes capacidades de interaes biolgicas das diferentes

radiaes, foi criado o termo dose equivalente.

A unidade SI de dose equivalente o Sievert (Sv). A dose equivalente (H), dada pela relao:

H = D.Q.N

Onde: H a dose de radiao em Sv; D a dose de radiao em Gy; Q um factor de absoro efectiva da radiao em questo; N o coeficiente de absoro de radiao de determinado rgo ou tecido biolgico.

A unidade mais antiga (sistema convencional) de dose equivalente o rem radiat ion equivalente

for men. Esta equivalente dose de radiao cujo efeito semelhante ao de 1 rntgen no ser

humano.


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Quando a matria viva absorve um Gy de Raios X, a dose equivalente de 1 Sv, que corresponde

aproximadamente a 100 rem. Sieverts ou rem so acumulativos, mas gray ou rad no o so. Por

exemplo, uma dose de 100 rad de radiao gama no trax e uma de 5 rad de exposio de um

feixe de neutres na cabea da mesma pessoa, no significa que o corpo todo recebeu uma dose

de 15 rad.

Desde que os rad absorvidos forem convertidos em rem ou Sv, as quantidades encontradas

podem ser somadas para fornecer a dose total do corpo em rems (ou Sv).

Como exemplo de uma dose equivalente mxima, temos 0,3 rem/semana para um trabalhador de

uma central nuclear. Em comparao, numa radiografia ao trax a dose equivalente de 0,007

rem.A expresso dose acumulada sugere-nos a ideia de que a radiao se acumula no organismo

que a ela fica exposto num dado perodo de tempo. Esta ideia totalmente falsa, pois um

organismo exposto aco das radiaes no sofre um efeito de acumulao de radiaes,

acumula sim, doses de radiao somadas ao longo do tempo.

Como exemplo, podemos referir um indivduo que por razes profissionais recebe 0,3 r por

semana, no acumula no seu organismo ao fim de dez semanas uma dose de radiao 1mSv, o

que pode ser afirmado que durante aquele perodo de tempo recebeu 1mSv que corresponde

designao de dose acumulada. Assim sendo, o que na prtica se acumula no a dose de

radiao, mas sim os seus efeitos.

Desde h muito tempo que se sabe que a radiao uma fonte indutora de mutaes,

como resultado de algumas alteraes directamente induzidas no DNA. Em ocasies mais

notrias, os cromossomas evidenciam um aspecto normal observado ao microscpio.

A importncia destas mutaes, qualquer que seja o seu tipo, pode levar a mudanas na

funo e, estas mudanas/alteraes podem ser transmitidas s clulas filhas. Assim, as

consequncias do efeito das radiaes dependem do alvo.

As radiaes ionizantes podem

causar dois tipos de efeitos:

Efeito somticoSe as alteraes ocorrerem em clulas

somticas, as consequncias dessas

alteraes afectam apenas o prprio

indivduo;

Ilustrao 3 - Molculas Biolgicas


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Efeito genticoSe estas alteraes ocorrerem em clulas germinais (clulas da linha germinativa), as leses

causadas pela radiao, no tem consequncias no prprio indivduo, mas sim na sua

descendncia. Isto apenas no acontece, se a dose da radiao for suficientemente elevada para

provocar a esterilidade.

As alteraes biolgicas da radiao so uma consequncia dos fenmenos fsicos e qumicos.

Estas alteraes, podem causar a alterao de funes especficas das clulas, levando assim a

uma diminuio da sua actividade celular nos tecidos. Esta alterao constitui uma das primeiras

reaces do organismo aco da radiao ionizante e, surge normalmente para doses

relativamente baixas, mas acima do limiar da dose.

Alm destas alteraes funcionais, os efeitos biolgicos caracterizam-se tambm por

modificaes morfolgicas. Entende-se por modificaes morfolgicas as alteraes em certas

funes essenciais ou a morte imediata da clula, isto , leses na estrutura celular. Desta forma,

as funes metablicas de determinada clula podem ser alteradas ao ponto desta perder a sua

capacidade de realizar snteses obrigatrias para a sua descendncia.

Actualmente sabe-se que nem todas as clulas possuem a mesma sensibilidade radiao,

existem uma grande variedade de factores que podem afectar esta sensibilidade celular.

As clulas que possuem uma maior actividade so as mais sensveis radiao, visto que a diviso

celular requer que o DNA seja correctamente reproduzido para assim a nova c lula poder

sobreviver. Em espcies multicelulares, as molculas de DNA constituem o corao dos

cromossomas visto que estes so os constituintes essenciais do ncleo celular.

Podemos ento concluir que todas as molculas biolgicas podem ser alteradas, em resposta

radiao, mas as consequncias decorrentes variam segundo a importncia dessas mesmas

molculas. As molculas de DNA so as mais afectadas pela radiao, visto que cada uma delaspossui um papel especfico no ser vivo.


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9. Factores que influenciam a radiaoA resposta das clulas radiao pode ser afectada por vrios factores. Esta resposta depende

muito da radiossensibilidade que as clulas apresentam. Assim, temos:

Clulas que apresentam uma resposta potenciada, logo so mais radiossensveis; Clulas que apresentam uma resposta diminuda clulas mais radioressistentes.

Assim, podemos dizer que a sensibilidade inerente s clulas no ter sido alterada. Isto , a

clula basicamente a mesma, com as mesmas caractersticas (ou seja, em diviso ou no,

diferenciada ou no diferenciada). Ento, o que ter mudado um factor externo, como por

exemplo o LET da radiao ou o meio em que ela est a crescer, exercendo assim, uma influnciasobre a resposta da clula (do organismo) radiao.

Os factores que afectam a resposta celular radiao agrupam-se em factores fsicos, factores

qumicos e factores biolgicos.

Tabela 2 - Factores que afectam a resposta da clula radiao

FACTORES FSICOS FACTORES QUMICOS FACTORES BIOLGICOS

Dose Radiosensibilizadores Estado proliferativo

Taxa da dose Radioprotectores Fase do ciclo celular

Fraccionamento da dose Antioxidantes Estado fisiolgico ou metablico

Exposio aguda ou crnica Constituio gentica da clula

Tipo de radiao (LET, RBE)

9.1. LETA transferncia linear de energia (LET) a grandeza utilizada para caracterizar a interaco das

radiaes ionizantes com a matria. definida como "a quantidade de energia dissipada por

unidade de comprimento da trajectria" e pode ser expressa em KeV/m (kiloelectro Volt/

nanmetro).

As radiaes ionizantes de natureza electromagntica so os raios X (originado nas camadaselectrnicas) e os raios (originados no ncleo atmico). As radiaes ionizantes de natureza


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corpuscular mais utilizadas so os electres, as partculas alfa (, neutres e protes. As colises

das radiaes com as clulas originam ies e radicais livres reactivos que rompem ligaes,

causando alteraes em molculas vizinhas.

A distribuio das ionizaes ao longo do trajecto depende da energia, da massa e da carga da

radiao. Cada tipo de radiao perde energia de maneira diferente. Os raios X e gama (que so

electricamente neutros) caracterizam-se por um baixo gradiente de transferncia linear de

energia, ou seja, geram poucos ies ao longo do seu trajecto e penetram profundamente nos

tecidos. J as partculas dotadas de carga caracterizam-se por uma transferncia linear mais

elevada e uma menor penetrao. Essa densidade de liberao de energia est relacionada

capacidade de provocar leses.As radiaes com alta transferncia linear (ies pesados, protes e partculas alfa e neutres)

produzem, em geral, mais danos do que as radiaes de baixa transferncia linear de energia

(raios X, raios gama e electres).

Ilustrao 4 - A-LET baixo = ionizaes dispersas; B-LET alto = ionizaes densas

Salienta-se o facto de as radiaes com LET diferente produzirem graus diferentes dos mesmos

efeitos, assim como doses iguais de radiaes com LET diferente no produzem o mesmo efeito.

9.2. RBECada tipo de radiao possui a sua prpria capacidade de produzir efeitos nos sistemas biolgicos.

Cada radiao tem o seu padro caracterstico de depositar energia no material biolgico ao

longo do seu trajecto.

Os Raios X, Raios , possuem uma menor capacidade de ionizao do que protes, neutres e

partculas . A diferena desta capacidade de ionizao ao longo dos trajectos, traduz-se em RBE.

A

B


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A RBE para uma dada radiao de teste calculada a partir da dose de radiao de referncia

(Raios X), necessria para produzir os mesmos efeitos biolgicos que a radiao de teste. Assim:

RBE =

Tabela 3 - RBE de algumas radiaes ionizantes

10. Interaco das radiaes ionizantes com a matriaA interaco das radiaes ionizantes com a matria um processo que se realiza a nvel atmico.

Ao atravessarem um material, estas radiaes transferem energia para as partculas que forem

encontradas em sua trajectria. As consequncias mais importantes destas intervenes so a

ionizao e a excitao dos tomos e das molculas presentes.

Uma ionizao consiste na extraco de um electro de uma orbital atmica mais perifrica (com

menos energia de ligao ao ncleo atmico), resultando um electro e um io positivo. Para que

tal acontea necessrio fornecer-lhe uma energia pelo menos igual energia de ligao do

electro ao ncleo atmico.

Numa excitao, a energia comunicada ao electro demasiado fraca para quebrar a ligao do

electro ao ncleo, o electro passa de um nvel energtico baixo para um nvel mais elevado, que

corresponde a uma rbita mais perifrica. O tomo torna-se instvel, denominando-se excitado.

RRaaddiiaaoo RRBBEE

RRaaiiooss XX 11 RRaaiiooss ggaammaa 11 RRaaiiooss bbeettaa 11 NNeeuuttrreess lleennttooss 55 PPrrootteess 1100 NNeeuuttrreess rrppiiddooss 1100 RRaaiiooss aallffaa 2200


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10.1. Abrandamento de uma partcula carregada e transferncia daenergia para o meio

Quando uma partcula carregada de energia cintica elevada atravessa um meio,

progressivamente abrandada por uma srie de interaces sucessivas com os ncleos ou com os

electres constituintes desse meio, estabilizando-se no fim do percurso.

Em cada uma destas interaces, uma parte da energia radiante cedida ao meio, podendo

transmitir-se total ou parcialmente ao tomo encontrado. Essa energia pode ser comunicada total

ou parcialmente ao tomo com o qual interage, podendo lev-lo a um estado de energia superior.

10.2.Radiaes gama e xAs radiaes e X podem ionizar os tomos de uma forma directa. No entanto, a maioria das

ionizaes ocorrem de forma indirecta atravs de electres ejectados das suas orbitais e

animados de uma grande energia cintica. A absoro destas radiaes electromagnticas d-se a

partir de trs fenmenos diferentes: efeito Compton, efeito fotoelctrico e produo de pares

inicos

Ilustrao 5 Trs processos de interaco da radiao e X com a matria


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10.2.1.Efeito Compton

O efeito Compton um processo de interaco que envolve um choque elstico entre um foto eum electro livre ou pouco ligado ao tomo (camadas exteriores). O foto inicial d origem a um

novo foto, de menor energia. A energia restante transferida para o electro Compton (ou de

recuo) e muda de direco de propagao. Considerando que a energia e a quantidade de

movimento tm de ser conservadas durante a coliso, conclui-se que a energia cintica do

electro de recuo (Ec) dada pela diferena entre a energia do foto antes da coliso (foto

incidente), h, e depois da coliso (foto dispersado ou difundido) h .

Ilustrao 6 - Efeito ComptonNa interaco de Compton, os raios-X transferem para os tomos-alvo parte da sua energia, a fim

de promover o deslocamento de electres que esto situados nas orbitais mais perifricas da

nuvem electrnica. Neste tipo da interaco, o foto continua a propagar-se depois de interagir

com o meio, seguindo, no entanto, uma direco diferente daquela que possua antes da

interaco.

10.2.2.Efeito fotoelctricoO Efeito Fotoelctrico ocorre quando a radiao X transfere toda a sua energia para um nico

electro orbital, ejectando-o do tomo (ionizao). O electro ejectado passa a ser denominado

fotoelectro e poder perder a energia recebida do foto, produzindo ionizao noutros tomos.

A direco de sada do fotoelectro em relao direco de incidncia, varia com a energia

deste.


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Os fotoelectres em movimento vo, por sua vez, interagir com a matria. Em consequncia do

rearranjo dos electres orbitais no tomo so emitidos raios X (podendo ser UV nos elementos

mais leves), caractersticos dos tomos ionizados. A probabilidade de haver efeito fotoelctrico

tanto maior quanto maior for a ligao do electro ao tomo, ou seja, mais provvel ocorrer

efeito fotoelctrico numa camada electrnica mais prxima do ncleo.

10.2.3.Produo de pares inicosA produo de pares inicos um processo de interaco electromagntica do foto com o

campo elctrico do ncleo do tomo. Dessa interaco, o foto deixa de existir, formando-se um

par de partculas electro/positro. Designa-se materializao de energia a este processo, uma

vez que se produzem partculas materiais a partir de radiao electromagntica. Pela lei da

conservao da massa-energia, a produo de pares apenas ocorrer se o foto tiver uma energia

superior a 1,022 MeV que o dobro da energia equivalente massa de um electro em repouso.

A energia cintica do par electro/positro ser tanto maior quanto maior for o excesso de

energia do foto em relao a 1,02MeV. Alm disso, este processo somente ocorre na presena

de matria, dado que necessria uma troca de quantidade de movimento com um ncleo

pesado para que se conserve a energia e a quantidade de movimento.


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Ilustrao 7 Produo de pares inicos

As ionizaes induzidas num meio que atravessado por radiaes electromagnticas ocorrem

atravs da emisso de electres secundrios. As radiaes electromagnticas so pouco

ionizantes, uma vez que como atravessam bem a matria depositam nela pouca energia (baixa

LET).

11. Leses moleculares produzidas pela radiao ionizanteAs radiaes ionizantes produzem leses moleculares de forma pouco especfica e com grande

eficcia. Estas radiaes libertam energia em forma de pacotes sub microscpicos que ionizam ou

excitam as molculas ou os tomos.

Dado que esta energia se transfere s molculas do meio vivo ou inerte, as radiaes ionizantescolocam em perigo a estabilidade das estruturas moleculares. As radiaes ionizantes induzem

Os Raios-X podem serAbsorvidos

Transmitidos

Dispersos

A probabilidade dainteraco depende

Da energia do fotoincidente

Da densidade do meio

Da espessura do meio

Do n atmico do meio

Modos de interacoMais relevantes: Efeitofotoelctrico e EfeitoCompton

Menos relevantes:Produo de pares eDisperso clssica


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um excesso de energia no interior de uma molcula, fazendo com que alcance um nvel de

energia superior energia de ligao de uma das suas ligaes qumicas, podendo resultar uma

leso dessa molcula.

Se uma partcula ionizante possuir uma energia individual suficiente para expulsar um electro de

uma molcula, essa molcula ionizada. Pode ocorrer que um electro possa ser conduzido a um

nvel de energia superior sem ser expulso, ento diz-se que a molcula est excitada.

Por cada 100 ionizaes so produzidas em mdia cerca de 300 excitaes e um n ainda mais

elevado de transferncias trmicas.

Na matria viva uma dose de 1 Gy provoca em cada ncleo celular irradiado vrios milhares de

leses no ADN.

11.1.Transferncia s molculas de energia radianteA transferncia de energia sob a forma trmica no suficiente para produzir leses moleculares.

Uma dose de 1 Gy corresponde a 0,24 calorias. Admitindo que toda a energia se encontra sob a

forma de energia trmica, a elevao da temperatura insignificante (cerca de 0,24 milsimas de

grau centgrado), no podendo portanto ser responsvel pelas leses observadas.As transferncias de energia por ionizao e excitao produzem leses moleculares.

Quando se produz uma ionizao, uma parte de energia perdida pela partcula ionizante

transferida molcula que se converte num io positivo, sendo outra parte da energia

transportada pelo electro que libertado com uma determinada energia cintica.

M M+ + e-

Quando se produz uma excitao, o electro permanece ligado molcula, mas passa a um nvel

de energia mais elevado. Diz ento que a molcula est excitada.

M M+

As molculas que adquiriram um excesso de energia por ionizao ou excitao tornam-se muito

instveis, transferindo rapidamente esse excesso de energia:

Atravs da emisso de um foto como consequncia de uma transaco electrnica, regressando

ao seu estado inicial (fenmeno de fluorescncia). Neste caso no se produz alteraes na

molcula.


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Transferindo energia a uma ligao prxima podendo provocar a rotura dessa ligao. Estas

roturas de ligaes covalentes podem ocorrer em ligaes afectadas directamente pela energia

radiante, ou a ligaes mais distantes por migrao da energia no seio da molcula ionizada, ou

inclusivamente a uma molcula vizinha. Deste modo produz-se uma leso molecular.

11.2.Leses primrias e secundriasAs leses primrias do ADN podem ser induzidas por transferncia directa da energia radiante a

uma molcula (ionizao e excitao do ADN), designando-se por efeito directo. Essas leses

podem ser secundrias atravs da induo de reaces fsico-qumicas complexas na envolvncia

da 46 molcula de ADN, como consequncia da ionizao ou excitao da molcula de gua mais

prxima, designando-se por efeito indirecto.

Quanto maior for taxa de dose, maiores sero os danos nas molculas de ADN.

A taxa de dose corresponde variao de dose no tempo e exprime-se em Grays por hora (Gy/h).

11.3. Radilise da guaEstdio fsico inicial:

Dura somente uma fraco de segundo (10-16 s), em que a energia depositada na clula e causa

ionizao. Na gua o processo pode ser descrito como:

H2 O + radiao H2 O+ + e-

Estdio fsico-qumico:

Dura cerca de 10-16 segundos, em que os ies interagem com outras molculas de gua

resultando em novos produtos. O io positivo dissocia-se:

H2O+ H+ + OH

Enquanto que o io negativo, que o electro, ataca uma molcula neutra de gua, dissociando-

a:

H2O + e- H2O

-

H2O- H+ + OH-

Os produtos destas reaces so H+, OH-, H, OH e H2O2 (gua oxigenada).


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11.4.Radicais livresOs radicais livres podem ser definidos como tomos ou molculas e resultam do metabolismo

aerbio ou da radilise da gua (isto , decomposio da gua por efeito das radiaes ionizantes.

Tm em comum a maneira como os electres que constituem uma boa parte da sua estrutura

esto dispostos. Em circunstncias normais os electres esto dispostos aos pares, o que lhes

confere estabilidade. Um radical livre contm sempre um ou mais electres soltos (singlete) na

sua estrutura. Para tentar igualar o nmero de electres que contm e deste modo adquirir

estabilidade tem duas opes:

Tirar um electro de uma molcula ou tomo vizinho; Ceder um electro a uma molcula ou tomo vizinho.

Em qualquer caso, um novo radical livre tentar sempre equilibrar o n de electres presentes na

sua estrutura, o que dar lugar a uma cadeia de reaces.

Os radicais livres so altamente instveis e as reaces a que do incio danificam as molculas e

os tomos sua volta.

Ilustrao 8 - Alguns agentes responsveis pela formao de radicais livres.

A formao de radicais livres no organismo pode ser potenciada por diversos factores, tais como:

Poluio ambiental; Raios X, Gama e ultravioleta; Consumo de tabaco; Consumo de lcool; Resduos de pesticidas;


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Substncias presentes em alimentos e bebidas (aditivos qumicos, hormonas, entreoutros);

Stress; Consumo excessivo de gorduras saturadas (fritos, fastfood, etc.).

11.5.Efeitos sobre o ADNO cido desoxirribonucleico ADN est contido nos cromossomas e tem as suas molculas

formadas pela unio de quatro tipos de nucletidos, todos formados por um grupo fosfato, umamolcula de desoxirribose e uma base nitrogenada: adenina, guanina, citosina e timina. a

sequncia destes componentes que contm a informao a ser descodificada pela clula.

Esta estrutura permite que, a partir de qualquer uma das duas cadeias

que constituem o ADN, a molcula possa ser reconstituda, em parte ou

na sua integra. Esta caracterstica do ADN fundamental para a

multiplicao celular, quando o ADN deve ser duplicado. As duas cadeias

da molcula separam-se originando dois moldes cada um dos quais, por

complementao com os nucletidos adequados, produzir uma nova

molcula, idntica original. Estas sero transmitidas para as clulas

filhas, por mitose ou por meiose.

Os efeitos das radiaes ionizantes no ADN dependem de factores como: tipo de radiao, pH do

meio, temperatura, teor de oxignio, presena de receptores de radicais livres, caractersticas do

prprio ADN e a possibilidade de reparao dos produtos induzidos pela radiao. Entre os efeitos

esto:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:ADN_animation.gifhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:ADN_animation.gif


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Alteraes estruturais das bases nitrogenadas e das desoxirriboses Eliminao de bases Rompimento de pontes de hidrognio entre duas hlices Rotura de uma ou duas cadeias Ligaes cruzadas entre molculas de ADN e protenas

Ilustrao 9 Efeitos sobre o DNA

11.6.Reparao do ADNNa clula de um mamfero, uma irradiao de 1Gy provoca imediatamente cerca de 1500 roturas,

mas se a observarmos ao fim de algumas horas verificamos que o n diminuiu para algumas

dezenas.

Podemos concluir que a clula possui capacidade de reparao do ADN.

Existem numerosos mecanismos de reparao. Alguns garantem uma reparao perfeita, outros

realizam reparaes defeituosas, que podem levar ao aparecimento de mutaes genticas.


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11.6.1.Exciso de uma base e resntese

Quando a leso afecta uma s base, a enzima glicosilase detecta e elimina a base deteriorada.

Uma endonuclease corta o filamento danificado, uma fosfodiesterase elimina o fosfato da

desoxirribose correspondente e uma ADN-polimerase permite a reconstituio do filamento

lesionado.

11.6.2.Exciso de um nucletido e resnteseQuando a leso mais complexa, uma parte do filamento eliminada por duas incises

efectuadas em torno da leso, toda a cadeia depois reconstituda tomando como modelo o

filamento complementar.

Intervm nesta reparao mais de 13 enzimas diferentes.


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11.6.3.Recombinao homlogaA rotura das duas fitas da dupla hlice rapou segundo recombinao homloga.

A reconstituio efectua-se atravs de um intercmbio entre uma das fitas da hlice no

lesionada e uma fita da cadeia afectada. Este mecanismo permite reconstituir a dupla hlice.

A reparao exacta.


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Ilustrao 10 - Recombinao homloga

11.6.4.Recombinao no homlogaPermite realizar uma reparao rpida das roturas da dupla hlice, sem a complexidade da

reparao homloga.

Efectua-se a partir duma alterao da cadeia e/ou da perda de uma parte desta. Neste caso a

reparao torna-se incorrecta porque no exacta.

11.6.5.Reparao SOS induzida pelas radiaes como consequncia duma acumulao de fragmentos de ADN

lesionados.

Este sistema s actua quando todos os outros falham. Permite a sobrevivncia da clula (da o seu

nome) mas custa de uma reparao incorrecta.


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11.6.6.ReparaoNo ser humano existem determinadas doenas congnitas ligadas a anomalias de reparao do

ADN.

As manifestaes clnicas destas doenas so muito diferentes entre si, tendo os indivduos em

comum uma predisposio para o cancro.

As roturas de uma s fita so reparadas em poucos segundos, no entanto a maioria das outras

leses requerem algumas horas.

As enzimas presentes em cada clula devem:

Reparar de um modo quase perfeito e no mais curto espao de tempo, os mltiploserros de incorporao dos nucletidos que ocorrem durante a replicao do ADN.

Reparar a qualquer momento a leses de ADN resultantes da agitao trmica, ouprovocadas pelos radicais livres e pelas molculas txicas que se sintetizam durante o

metabolismo normal.


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11.6.7.Leses residuais do ADN

Durante a replicao celular os erros so inevitveis. Antes de se dividirem as clulas devem

sintetizar novas molculas de ADN rigorosamente idnticas s da clula me. Apesar da notvel

eficcia das enzimas de reparao, algumas leses primrias do ADN podem dar lugar a leses

residuais estveis, transmissveis ou no ao genoma da descendncia da estirpe celular.

As leses residuais podem ter a seguinte classificao:

Leses incompatveis com a sobrevivncia que desencadeiam apoptose ou mortecelular programada.

Leses que apesar de compatveis com a sobrevivncia e com a diviso celular,produzem mutaes (quando se produzem em clulas somticas podem originar cancro e quando

ocorrem em clulas germinativas, podem ser transmitidas s geraes futuras).

A morte celular por apoptose, o cancro e as anomalias hereditrias, so as consequncias mais

graves produzidas pelas radiaes.

Ilustrao 11 - Leses residuais no ADN


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11.7.Alteraes cromossmicasAs leses moleculares radioinduzidas sobre um gene da dupla hlice de ADN, no so

directamente observveis.

As alteraes cromossmicas so o reflexo das leses na cadeia de ADN e denominam-se

aberraes cromossmicas

Durante a interfase quando os cromossomas esto mais distendidos e metabolicamente activos,

encontram-se mais vulnerveis a variaes do ambiente que provocam roturas na sua estrutura.

As alteraes estruturais dos cromossomas resultam da fractura cromossmica seguida da

reconstituio numa combinao anormal.A interfase o perodo do ciclo celular em que a clula aumenta o seu volume e duplica os seus

cromossomas. erradamente considerado como o "descanso" da clula. Divide-se em trs fases:

G1, S e G2. Aps a interfase a clula entra em diviso celular. Nesse perodo, todas as outras

actividades celulares esto ocorrendo. Nas clulas jovens, que se dividem com maior frequncia, a

interfase mais curta. Nas clulas adultas, diferenciadas e com menor capacidade de diviso, a

interfase mais longa. No incio da interfase a clula possui 46 cromossomas.

nesta fase que a influncia da LET e a taxa de dose podem ser determinantes, no que respeita s

alteraes cromossmicas. Quanto maior, mais alta ser a possibilidade de ocorrerem mutaes

dos cromossomas.

11.7.1.DelecoSupresso de parte de um cromossoma (deleco). Pode ocorrer em qualquer cromossoma,

serem terminais ou intersticiais e variar em tamanho.

As suas consequncias dependem do tamanho da pea em falta e do tipo de genes.

Ilustrao 12 Deleco de uma seco de um cromossoma


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11.7.2.Duplicao

Duplicao resulta da duplicao de uma seco de um cromossoma. Pose ser designada por

trissomia parcial. Quando ocorre, o indivduo fica com trs cpias daquela seco em vez de duas.

menos grave que a deleco.

Ilustrao 13 - Duplicao de uma seco de um cromossoma

11.7.3.Cromossomas em anel

As deleces terminais nos dois braos de um cromossoma podem dar origem a um cromossoma

em anel, se as extremidades livres fracturadas se soldarem. Estas alteraes continuam na

replicao seguinte.

Ilustrao 14 - Formao de um cromossoma em anel


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11.7.4.Isocromossomas

Os isocromossomas so cromossomas que apresentam deficincia total de um dos braos e

duplicao completa do outro.

Ilustrao 15 - Formao de um isocromossoma

11.7.5.Cromossomas dicntricos

Os cromossomas dicntricos so cromossomas que apresentam dois centrmeros.

Ilustrao 16 - Cromossomas dicntricos


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11.7.6.TranslocaoOcorre quando um segmento de um cromossoma se fractura, ligando-se a uma zona de fractura

de outro cromossoma no homlogo.

Ilustrao 17 - Recombinao no homloga

11.7.7.Inverso

Consiste na ocorrncia de duas fracturas num cromossoma unifilamentoso durante a interfase e aligao em posio invertida do fragmento ao restante do cromossoma. A inverso dita

paracntrica se as quebras ocorrerem num mesmo brao cromossmico, e denominada

pericntrica se o fragmento cromossmico invertido incluir o centrmero.

Ilustrao 18 - Inverso de uma seco de um cromossoma


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12. ConclusoTodas as molculas biolgicas podem ser alteradas pelas radiaes ionizantes, mas as

consequncias decorrentes variam segundo a importncia dessas molculas. As clulas podem ou

no ser danificadas. O factor limitante a quantidade de molculas reserva. As radiaes

ionizantes podem interagir com a matria atravs do abrandamento de uma partcula carregada e

transferncia da energia para o meio ou atravs da radiao e X , com o efeito de compton,

efeito fotoelctrico e produo de pares inicos.

Existem diversos factores que afectam a resposta da clula radiao. Esses factores incluem:

factores fsicos (dose, taxa de dose, fraccionamento da dose, exposio aguda ou crnica, tipo deradiao: LET (transferncia linear de energia) e RBE (eficcia biolgica relativa), factores qumicos

(radiossensibilizadores, radioprotectores) e factores biolgicos (fase do ciclo celular, estado

fisiolgico ou metablico, constituio gentica da clula).

As radiaes ionizantes podem provocar vrias leses ao nvel molecular. Estas leses devem-se

transferncia de energia s molculas, sendo que estas leses podem atingir o ADN das clulas.

Estas transferncias podem ocorrer devido excitao ou ionizao. Estes dois processos levam

formao de, por exemplo, radicais livres, que tm posteriormente um grande efeito e influncia

sobre o ADN. O ADN tem a capacidade de se reparar dependendo, no entanto, do tipo de

radiao que esteve na origem das leses, e do seu LET.


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