RADIOBIOLOGIA

Thiago de Salazar e Fernandes, D. Sc.

(I) INTRODUÇÃO À RADIOBIOLOGIA

Radiações ionizantes

Espectro eletromagnético

Raios-X

CONTEXTO HISTÓRICO

USOS E ABUSOS

Dial painters - 1920

Shoe-fitting fluoroscope

Cremefacial

Acidente de Goiânia (1987)Acidente de Hanford (1962)

Bender e Cooch, 1966Ramalho e Nascimento, 1991

INCIDENTES RADIOLÓGICOS

Exposições atuais

IRRADIAÇÃO vs CONTAMINAÇÃO

Grandezas Físicas

Exposição: Quantidade de carga elétrica produzida por ionização no ar, por unidade de massa do ar.

Unidade: C/kg

Dose Absorvida : D = dE / dmUnidade: J / kg , que recebe o nome de gray (Gy)

LET

A resposta das células de um tecido ou órgãovai depender do tipo e da média de energia daradiação (dE) que é depositada na matéria porunidade de comprimento (dl), definida comoTransferência Linear de Energia (LET).

LET = dE / dlUnidade: keV / µm

TRANSFERÊNCIA LINEAR DE ENERGIA (LET)

(A)

(B) x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

(A) Alto LET = partícula alfa, íons pesados(B) Baixo LET = raios X, gama, beta

TIPOS DE RADIAÇÃO

Alfa – Radiação Corpuscular, baixo poder de penetraçãoBeta – Radiação Corpuscular, alcance 10 x maior que alfaGama – Radiação Eletromagnética, alto poder de penetração

Eficiência Biológica Relativa (RBE)

Se a dose teste (Dt), dada como um tipoescolhido de radiação, produz um efeitobiológico particular, e o mesmo efeitobiológico é produzido pela dose de referência(Dref), o RBE da radiação de escolha é dadapela relação

RBE = Dref / Dt

Conceito de Dose em Proteção Radiológica

Fator de Ponderação da Radiação (wR)Dose Equivalente: HT = Σ wR . DT,R

Fator de Ponderação do Tecido (wT)Dose Efetiva: E = Σ wT . HT

Unidade: sievert (Sv)

WR

FASES DOS EFEITOS BIOLÓGICOSEfeitos Físicos Efeitos Químicos Efeitos Biológicos Efeitos Orgânicos

Ionização

ÁCIDO DESOXIRIBONUCLÉICO

Alvo da Proteção Radiológica.

Estrutura de dupla-hélice de DNA carrega o código genético da célula.

A alteração da molécula de DNA pela radiação ionizante pode levar à:

Morte celularReparo do danoCâncer

MECANISMOS DE DANO GENÉTICO

Efeito Direto

Efeito Indireto

RI

DNA

Nucleossomo

Solenóide

Cromômero

Espirais

Cromossomos

EFEITO DIRETO

Dupla-hélice de DNAWatson e Crick (1953)

RI

SSB (Quebra da Fita Simples)

DSB (Quebra da Fita Dupla)

DNA

Quebra do DNA

DANO AO DNA

ACÚCAR

QUEBRA DE PONTES DE

HIDROGÊNIO

AÇÚCAR

PERDA DA BASE

QUEBRA DA FITA DUPLA

QUEBRA DA FITA SIMPLES

DÍMERO DEPIRIMIDINA

EFEITO INDIRETO

RI

H2O H2O+ + e-

H+ + OH.H2O

H2O-

H. + OH-

H2O2

EFEITO INDIRETO

Presença de O2

e- + O2 O2-

O2- + H2O2 OH- + HO2 (radical peroxila)

H + O2 HO2

HO2 + H H2O2

OH + H2O2 H2O+ + HO2

R + O2 RO2 (peróxido orgânico)

Potencializa o Efeito

Efeito Oxigênio

REPARO

INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO

LESÕES NO DNA vs DOSE

Tipo de lesão Lesões por Gy

Quebra fita dupla (dsb) 40Quebra simples fita (ssb) 500 – 1000Dano na base 1000 – 2000Dano no acúcar 800 – 1600ligações cruzadas (crosslinks) DNA – DNA 30ligações cruzadas DNA – proteínas 150Sítos álcali – lábeis 200 - 300

Deinococcus radiodurans

FATORES QUE INFLUENCIAM NO EFEITO BIOLÓGICO

Tipo de radiação (LET)DoseTaxa de doseFracionamento da doseExposição aguda ou crônica

Teor hídrico Presença de O2 (Efeito O2)

Estado proliferativo (Lei de Bergonie e Tribondeau)Fase do ciclo celularEstado fisiológico ou metabólicoConstituição genética da célula

FATORES FÍSICOS

FATORES QUÍMICOSagentes modificadores

FATORES BIOLÓGICOS

LEI DE BERGONIÉ E TRIBONDEAU

• Quanto mais diferenciada for a célula, maior é a sua resistência à radiação;

• Quanto mais jovem for o tecido ou órgão, mais radiosensível ele será;

• Quanto maior a atividade metabólica, maior a radiosensibilidade;

• Quanto maior a taxa de proliferação celular, maior a radiosensibilidade.

TECIDOS MAIS SENSÍVEIS

Entre os tecidos mais sensíveis no homem estão:

ováriostestículos

cristalino dos olhosmedula óssea

tecido sanguíneo (linfócitos)tecido gastrointestinal

NOS TESTÍCULOS

Ø 10 cGy - diminuição na contagem espermatogônica (12 meses)

Ø 250 cGy - esterilidade temporária (2 - 3 anos ou mais)

Ø 400-600 cGy ou 1500 cGy fracionada (10 dias)- esterilidade

permanente

EFEITOS DA IRRADIAÇÃO AGUDA

0 Gy 9 Gy

NOS OVÁRIOS

Ø 150 a 200 cGy - (dose única) - ambos ovários

esterilidade temporária

supressão da menstruação (12 a 36 meses)

Ø 300-800 cGy ou 1000/2000 cGy fracionada ( poucos dias) -

esterilidade permanente com alteração hormonal

EFEITOS DA IRRADIAÇÃO AGUDA NA PELE

l danos nos tecidos da epiderme, derme e subcutâneol local de maior danos: camada germinativa da epidermel local de resposta rápida: rede capilar da derme

epiderme derme subcutâneo

α

β

γ

Estudo de caso recente(trabalhador)

Exposição (paciente)

SÍNDROME DA RADIAÇÃO AGUDA

Estágio 1 Estágio 2 Estágio 3 Estágio 4

PeríodoProdrômico

Latência Manifestação da Doença-Síndrome Hematológica-Síndrome Gastrintestinal-Síndromed o SNC

Recuperação oumorte

Fase Dose

(Gy)

Tempo de

sobrevida (dias)

Sinais Clínicos e Sintomas

Prodrômica > 1 --------------- Náusea, vômito e diarréia

Latente 1 - 100 --------------- Nenhum

Hematológica 2 - 10 10 – 60 Náusea, vômito, diarréia, anemia,

leucopenia, hemorragia, febre, infecção

Gastrintestinal 10 - 50 4 – 10 O mesmo da hematológica, mais

desequilíbrio eletrolítico, letargia, fadiga

e choque

Sistema Nervoso

Central

> 50 0 – 3 O mesmo da gastrointestinal, mais ataxia,

edema, vasculite, meningite

CONTAGEM SANGÜÍNEA

CONTAGEM DE GRANULÓCITOS

Radioproteção

• O uso da Energia Nuclear é uma tecnologiasegura, se houver observância quanto àsnormas de Radioproteção

– Tempo

– Distância

– Blindagem

CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS

• Dose e forma de resposta

• Tempo de manifestação

• Nível de dano

DOSE E RESPOSTA

• Estocásticos • Determinísticos

DOSE E RESPOSTA

• Estocásticos– Resposta estatística

• (loteria)

• Determinísticos– Ocorrerá sempre,

proporcional a dose• (poupança)

HORMESIS vs LNT e LT

TEMPO DE MANIFESTAÇÃO

• Efeitos Imediatos

– Síndrome da Irradiação Aguda

• Efeitos Tardios (ou retardados)

– Câncer

NÍVEL DO DANO

• Somáticos

– No indivíduo irradiado

• Genéticos (hereditários)

– No descendente

(II) INTRODUÇÃO À BIODOSIMETRIA

RI Hermann Joseph Muller (1927)

DANOS GENÉTICOS DAS RADIAÇÕES

Barbara MacClintock (1931)RI

Tradescantia microspores

RI Sax (1938)

DANOS CITOGENÉTICOS

Albert Levan (1956)Hoe-Hin Tjio46 cromossomos

CITOGENÉTICA

CARIÓTIPO

Linfócito T (G0)

PHAMitose

Nowell et al. (1960)

Linfócitos T (CD4 e CD8)Linfócitos B

AGENTES MITÓGENOS

LINFÓCITO

Excessão à Regra!

Linfócitos T de medula óssea

Maturação

Timo

linfocinas

Linfócito T (ativados)

Complexo antígeno MHC

Expansão clonal

Linfócitos Tcitotóxico

Macrófago apresentador de antígenoCélula danificada

Linfócito T helper

Linf. T supressor

Linf. T memória

FASES DO CICLO CELULAR

M

G1

Ciclo Celular

G0S

G2

“checkpoints”

RI

Mais sensíveis!

DIVISÃO CELULARInterfase

Prófase Prometáfase

Metáfase Anáfase Telófase Citocinese

Aberrações Cromossômicas MicronúcleosColchicina

Citocalasina B

REARRANJOS INTRACROMOSSÔMICOSM

ET

ÁFA

SEIN

TE

RFA

SE

NORMAL DELEÇÃOTERMINAL

INVERSÃO PERICÊNTRICA

DELEÇÃO INTERSTICIAL

ANEL ACÊNTRICO

ANEL CÊNTRICO

Lloyd e Dolphin, 1977

REARRANJOS INTERCROMOSSÔMICOSM

ET

ÁFA

SEIN

TE

RFA

SE

NORMAL DICÊNTRICO + FRAGMENTO TRANSLOCAÇÃO

Lloyd e Dolphin, 1977

Formação de dicêntricos

Dicêntrico

Fragmento acêntrico

Formação de anéis

Anel

Fragmento acêntrico

Fragmento acênctrico

ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS INSTÁVEIS

Dicêntricos

Anel

ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS

Coloração Giemsa

???

ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTÁVEIS

FISH

TRANSLOCAÇÃO RECÍPROCA

INSERÇÃO

Inserção

MICRONÚCLEOS

FORMAÇÃO DE MICRONÚCLEOS NUMA CÉLULA EM DIVISÃO

Micronúcleo

MICRONÚCLEOS

Perda cromossômicaFragmento acêntrico

Centrômero

Negativo

Centrômero

Positivo

BIODOSIMETRIA

Y = A+αD + βD2

95

1,0 3,0 4,0 5,0

DOSE (Gy)

DICÊ

NTR

ICO

S/CÉ

LULA

S

0,5

1,0

1,5

alta LET baixa LET

Gamma rays, X-rays acute

exposure(Low LET)

Gamma raysX-rays chronic exposure

(Low LET)

α particlesFast neutrons

(High LET)

Dose

Dice

ntric

yie

ld

Y = c + αD + βD2Y = c + αD

Y = c + αD Effe

ct

BIODOSIMETRIA

DOSIMETRIA BIOLÓGICA

DNA

REPARO

Radiação Ionizante DANODANO NÃOREPARADO

Morte celularMutaçãoCâncer

TÉCNICAS (EM NÍVEL CELULAR)

Aberrações cromossômicasCitogenéticas Micronúcleos

Troca entre cromátides irmãs

Bioquímicas Cometa

Moleculares Hibridização in situ

Dosimetria biológica

Genética toxicológica

Biomonitoramento

Instabilidade genômica

IDENTIFICAÇÃO DE ALTERAÇÕES CELULARES OU MUTAÇÕES

BIODOSIMETRIAAcidente Nuclear: - Informação sobre o “dano

biológico”.

Efeitos Determinísticos (> 1 Gy aguda):

- Alerta os médicos quanto ao prognóstico.

- Auxilia os médicos no planejamento da terapia.

Efeitos Estocásticos(< 1Gy):

- Avaliar o provável risco de “câncer”.

BIOINDICADORES