Aula 1 Introduo

Patrcia Nicolucci

Aula 1 - 28/02 01/03 14/03/11

Departamento de FsicaBacharelado em Fsica Mdica

Efeitos Biolgicos das Radiaes Ionizantes

Clula e DNA

A clula o componente bsico para a formao dos tecidos vivos e cada componente celular desempenha uma funo especfica na clula.

A informao gentica e funcional de cada clula se encontra na molcula de DNA, presente no ncleo da mesma.

Diferenciao celular

Os diferentes tecidos so formados no processo de diferenciao celular, em que diferentes genes so ativados na clula.

Quanto maior o grau de diferenciao de uma clula, menor sua capacidade

de multiplicao.

Exemplo: clulas nervosas.

Por outro lado, quanto mais indiferenciada,

maior a taxa de diviso celular.

Exemplo:clulas da medula.

Ciclo celular

A diferenciao celular se d atravs da expresso ou represso diferencial de genes no ciclo celular, composto, basicamente, de quatro fases:

G1: expresso de genes e sntese de protenas e RNA Sntese: replicao do DNA G2: sntese de protenas Mitose: diviso da clula

Neoplasias

Durante o processo de diviso celular, uma nova configurao celular pode ser criada. Nesse caso:

Ponto de restrio em G1 pode impedir a replicao da clula e pode levar apoptose

A clula de formao diferente da original, de origem patolgica, pode se multiplicar e dar origem a uma quantidade de tecido que no guarda semelhana funcional com o tecido original neoplasia

Neoplasias

As neoplasias benignas e as neoplasias malignas tm, portanto, amesma origem.

Neoplasias malignas vs. Neoplasias benignas

Crescimento do nmero de clulas neoplsicas, que podem se

espalhar para outros rgos ou tecidos, desenvolvendo uma

metstase (a distncia)

Crescimento do nmero de clulas neoplsicas, sem o desenvolvimento

de metstases

Mutao gnica

As mutaes podem resultar de uma alterao na seqncia dos nucleotdeos, ou de quebras e mudanas de posio dos fragmentos da molcula de DNA.

Agentes mutagnicos: radiao ionizante, gs mostarda, o cido nitroso, o formaldedo, a nicotina.

Interao das radiaes ionizantes com os tecidos biolgicos

A radiao ionizante deve interagir com o material celular para (poder) produzir algum efeito de mutao.

Efeitos diretos: a radiao ionizante interage diretamente com a molcula de DNA (~ 20% dos casos)

Interao das radiaes ionizantes com os tecidos biolgicos

Efeitos indiretos: a radiao ionizante interage com molculas de gua presentes no interior da clula (~ 80% dos casos)

Atravs da radilise da gua ha formao de compostos que podem produzir danos ao DNA.

Estgio Fsico

Ocorre para tempos 10-14 segundos

Estgio de absoro e deposio de energia

Excitao e ionizao dos compostos

Estgio fsico-qumico: Ocorre para tempos de 10-14 a 10-12 segundos

Quebra de ligaes

Radilise da gua - formao de radicais livres

Comea o dano qumico - radicais livres comeam a reagir

Escala do tempo dos efeitos

Estgio qumico: Ocorre para tempos de 10-12 a 10-7 segundos

Continua a reao dos radicais livres

Formao de produtos txicos

Comeam os danos ao RNA e DNA

Enzimas so ativadas e desativadas

Estgio biolgico: Ocorre para tempos de 10 segundos a 10 horas

Completa-se a maioria das reaes

Diminui a mitose das clulas irradiadas

So bloqueadas reaes bioqumicas

Rompimento de membrana celular.

Escala do tempo dos efeitos

Escala do tempo dos efeitos

Estgios qumico e biolgico coincidem:

Ocorre para tempos de 10-3 a 10 segundos

Formao de radicais secundrios e perxidos orgnicos

Reaes bioqumicas so interrompidas

Comea o reparo do DNA

Danos e reparo nas clulas

Devido ao ponto de restrio no final de G1, as clulas so mais radioresistentes na fronteira entre G1/S e mais radiosensveis em G2 e na fase de mitose.

Mecanismo de reparo celular!!!

Mediado pelo gene supressor de

tumor p53, que responsvel pelo

checkpoint em G1 (reparo e apoptose)

Danos letais: levam a um processo de morte celular (apoptose). Danos sub-letais: no levam morte da clula, mas podem produzir

algum tipo de disfuno.

Parmetros qumicos que afetam a radiosensibilidade celular:

Presena de antioxidantes;

Teor hdrico;

Presena de oxignio (OER).

Parmetros biolgicos que afetam a radiosensibilidade celular: Estado fisiolgico ou metablico

Fase do ciclo celular

Diferenciao e taxa de proliferao (Lei de Bergoni e Tribondeau)

Radiosensibilidade celular =

Radiosensibilidade

aoespecializ de graumittica atividade

Radiosensibilidade

Parmetros fsicos que afetam a radiosensibilidade celular:

Dose;

Taxa de dose;

Fracionamento;

Tipo e energia da radiao: LET RBE

LET

Linear Energy Transfer (LET): energia depositada por unidade de caminho percorrido (keV/m) pelas partculas diretamente ionizantes na matria

dxd

LET =

x x x x x x x x

x x x x x x

alto LETbaixo LET x x

RBE

Relative Biological Effectiveness (RBE): influncia da qualidade da radiao na produo do dano biolgico

dano biolgico tomado como parmetro de comparao

dose

fracionamento

LET

tecido

Aradiao

ref de radiao

DoseDose

RBE =

Reparo

Reoxigenao

Redistribuio

Repopulao

Fracionamento vs. dose aguda

reparo do dano subletal

repopulao das clulas

reoxigenao de clulas tumorais

redistribuio de clulas nas fases radiosensveis do ciclo celular

Fracionamento

4 Rs da radiobiologia

Poupa tecidos sadios

Aumenta o dano no tumor

Os efeitos biolgicos podem ser classificados segundo: Tempo de manifestao:

Efeitos Agudos:

caractersticos de exposies a doses elevadas

manifestam-se em, no mximo, dois meses (seres humanos) Exemplos: sndrome aguda de exposio radiao.

Efeitos Tardios:

caractersticos de exposies a pequenas doses

manifestam-se em anos ou dezenas de anos (seres humanos)

Exemplo: cncer.

Classificao dos efeitos biolgicos

Sndrome da irradiao aguda

Sndrome da irradiao aguda

Tipo de clula atingida: Efeitos Somticos:

alteraes provocadas pela interao da radiao ionizante com qualquer clula do organismo, exceto as reprodutivas

manifestam-se no prprio indivduo irradiado

Exemplos: cncer, catarata.

Efeitos Genticos (hereditrios): Alteraes provocadas pela interao da radiao ionizante

com as clulas reprodutivas do organismo

Manifestam-se nos descendentes do indivduo irradiado

Exemplos: mutaes genticas.

Classificao dos efeitos biolgicos

Limiar de dose e probabilidade de ocorrncia:

Efeitos Determinsticos (no-estocsticos): Apresentam um limiar de dose para sua ocorrncia

A gravidade do efeito aumenta com o aumento da dose.

Exemplos: eritema, catarata.

Efeitos Estocsticos:

No apresentam um limiar de dose para sua ocorrncia

A probabilidade de ocorrncia aumenta com o aumento da dose

Exemplo: cncer

Classificao dos efeitos biolgicos

Limiares para danos determinsticos

Limitao de dose individual CNEN 3.01

Evoluo dos valores de limite de dose efetiva anual - ICRP

1924 2520 mSv1935 360 mSv1946 150 mSv1956 50 mSv1990 20 mSv

Mdulo 6- Proteo radiolgica

Fatores de Proteo Radiolgica

Distncia Fator Geomtrico - Lei do inverso do quadrado da distncia. Atenuao no Ar

Muito importante para radiao alfa e beta No desprezvel para radiao gama e X de baixa energia.

Tempo Exposio instantnea

Quanto menor o tempo de exposio, menor a dose.

BlindagemEm geral: Chumbo para Gama e X Acrlico para Beta

Materiais hidrogenados para nutrons.

Mdulo 6- Proteo radiolgica

Proteo Radiolgica

Objetivos: proteo dos indivduos e seus descendentes pessoal e coletivamente - e do meio ambiente contra os possveis danos provocados pelo uso da radiao ionizante.

Visa fornecer um padro apropriado de proteo para o homem sem limitar os benefcios criados pela aplicao das radiaes ionizantes.

Princpios bsicos de radioproteo

JustificaoTodas as prticas devem ser justificadas, levando a benefcios para o indivduo exposto

ou para a sociedade e compensando possveis detrimentos relacionados.

Limitao de doseExposies normais devem ser restringidas de modo que os limites de dose individuais

no sejam ultrapassados.

OtimizaoAs exposies ligadas a uma prtica devem ser otimizadas de forma as doses, o

nmero de pessoas irradiadas e a probabilidade de ocorrncia de exposio sejam to baixas quanto razoavelmente exequveis, levando-se em conta fatores econmicos e sociais.

Caractersticas gerais dos efeitos biolgicos das radiaes ionizantes

Especificidade: os efeitos biolgicos causados pela radiao ionizante no so especficos, ou seja, podem ser causados por outros agentes.

Reversibilidade: dependente da dose, taxa de dose, tipo celular(mecanismo de reparo), percentual de tecido irradiado. Para efeitos de radioproteo, NO considerada reversibilidade de efeitos.

Transmissividade: efeitos a clulas somticas no so transmissveis. Os efeitos em clulas reprodutivas podem ser transmitidos para geraes futuras do indivduo irradiado.

Tempo de latncia: perodo entre a exposio radiao e o aparecimento de efeitos. Varia inversamente com a dose de radiao. Efeitos imediatos Efeitos tardios

Caractersticas gerais dos efeitos biolgicos das radiaes ionizantes

reparo correto

DNA

DNAlesado

no reparo reparo errneo

DNArestaurado

DNAmutado

clulanormal

clulamutadavivel

mortecelularapoptose

clulasomtica

clulagerminativa

Efeitos biolgicos da radiaes ionizantes

E

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Efeitos Biolgicos das Radiaes Ionizantes