biofísica radiológica

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1 Radiações e suas Fontes Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador Radiação: Energia em transito Qualquer entidade capaz de transferir (emitir e propagar) energia de um sistema a outro independente do meio material por intermédio de: Partículas dotadas de energia cinética: Corpuscular Fenômenos ondulatórios: Eletromagnética São produzidas por processos de ajustes nucleares ou eletrônicos ou por interações com os átomos Átomos instáveis Radioatividade Radiação Corpuscular Partícula: possui massa, carga elétrica e velocidade (dependente do valor de sua energia); pode ser carregada ou neutra, leve ou pesada, lenta ou rápida Partícula (2p/2n) Partícula - (1/1840 n) Partícula + (1/1840 p) Energia cinética Radiação Eletromagnética Onda Eletromagnética: constituída por campos elétricos e magnéticos variando no espaço e tempo Caracterização: amplitude (tamanho) e frequência (alternativamente pelo ) da oscilação Não possui massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s, para qualquer valor de sua energia 1901: Max Karl Ludwig Plank e 1905: Albert Einstein Teoria dos quanta: radiação eletromagnética (energia) é emitida e se propaga em forma de pequenos pulsos de energia fótons (partícula) Radiação Eletromagnética Fóton: partícula elementar móvel, sem carga e sem massa de repouso q se propagam com a velocidade da luz 1924: Louis-Victor de Broglie Teoria da dualidade onda-partícula: a toda partícula está associada uma onda e a toda onda está associada uma partícula Radiação interage com corpos depositando neles sua energia LUZ / FÓTON

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Page 1: Biofísica Radiológica

1

Radiações e suas Fontes

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

Radiação: Energia em transito

Qualquer entidade capaz de transferir (emitir e propagar)

energia de um sistema a outro independente do meio

material por intermédio de:

• Partículas dotadas de energia cinética: Corpuscular

• Fenômenos ondulatórios: Eletromagnética

São produzidas por processos de ajustes nucleares ou

eletrônicos ou por interações com os átomos

Átomos instáveis

Radioatividade Radiação Corpuscular

Partícula: possui massa, carga elétrica e velocidade

(dependente do valor de sua energia); pode ser carregada

ou neutra, leve ou pesada, lenta ou rápida

• Partícula (2p/2n)

• Partícula - (1/1840 n)

• Partícula + (1/1840 p)

Energia cinética

Radiação Eletromagnética

Onda Eletromagnética: constituída por campos elétricos e magnéticos

variando no espaço e tempo

Caracterização: amplitude (tamanho) e frequência (alternativamente pelo

) da oscilação

Não possui massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s,

para qualquer valor de sua energia

1901: Max Karl Ludwig Plank e 1905: Albert Einstein

• Teoria dos quanta: radiação eletromagnética (energia) é emitida e se

propaga em forma de pequenos pulsos de energia – fótons (partícula)

Radiação Eletromagnética

Fóton: partícula elementar móvel, sem carga e sem massa

de repouso q se propagam com a velocidade da luz

1924: Louis-Victor de Broglie

• Teoria da dualidade onda-partícula: a toda partícula está associada

uma onda e a toda onda está associada uma partícula

Radiação interage com corpos depositando neles sua

energia

LUZ / FÓTON

Page 2: Biofísica Radiológica

2

Fontes de Radiação

Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos

uma radiação

• Radiação Ambiental

• Extraterrestres / Cosmogênio - Sol

• Raios cósmicos primários

• Raios cósmicos secundários

Raios Cósmicos Primários

Partículas cósmicas que

interagem com a camada externa

da atmosfera

Prótons de energia elevada

(maioria)

As partículas são aceleradas

atingindo energias altíssimas e

são espalhadas em todas as

direções do espaço

Raios Cósmicos Secundários

Partículas cósmicas que

atravessam a camada externa da

atmosfera

Colidem com moléculas do ar e,

da interação com os seus átomos,

formam-se chuveiros de novas

partículas e anti-partículas

Fontes de Radiação

Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos

uma radiação

• Terrestres

• Natural

• Radioisótopos

• Artificial / Antropogênio

• Lâmpadas: luz visível e ultravioleta

• Raios X

• Radionuclídeos: pilhas, reatores e aceleradores nucleares

Radionuclídeos ou

Radioisótopos ou

Radioelementos

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

Page 3: Biofísica Radiológica

3

Definição

• Elementos químicos radioativos

Fontes

• Naturais

• Artificiais

• Aceleradores de partículas

• Reatores nucleares

• Fissão e fusão nucleares

Radionuclídeos Histórico

1867: Saint-Victor – sais de Urânio

1895: Rontgen – raios X

1896: Becquerel – Urânio

1898: Pierre Curie e Marie Curie – Rádio e Polônio

1899: Rutherford – Partículas e (Urânio)

1900: Curie e Villard – Radiação

diferentes desvios que as

radiações sofriam – Rutherford

Estrutura Atômica

Átomo

• Núcleo: Prótons + Nêutrons

• Camada Eletrônica: Elétrons

http://papeisavulsos.blog.terra.com.br/files/2008/04/post-0242.jpg

Isótopo

Mesmo número atômico (prótons) - Z

http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER04.gif

Isótopos

http://paxprofundis.org/livros/agua/isotopos.gif

12553I ;

12753I ;

13153I

http://sites.google.com/site/geologiaebiologia/_/rsrc/1223391575452/biologia-e-geologia-10%C2%BA/a-medida-do-tempo-e-a-idade-da-terra/vcddd.jpg

Isóbaro

Mesmo número de massa (A)

http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER05.gif

Page 4: Biofísica Radiológica

4

Isômero

Mesmo número atômico (Z) e mesmo número

de massa (A)

http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER06.gif

Nomenclatura Nuclear

A

ZXA-Z

AX- Radionuclídeo em estado ionizado

AX* Radionuclídeo com núcleo em estado excitado

AX0 ou AX ou X-A Radionuclídeo em estado

fundamental

Fenômeno radioativo nuclear e eletrônico

Termodinâmica: estado mínimo de energia

• 127I: não-radioativo

• 125I: “excesso” de prótons

• 131I: “excesso” de nêutrons

Radionuclídeos Radioatividade

Espectro eletromagnético

http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/ondas5.gif

Matéria – radiação corpuscular

• Partículas , + e -

Energia: radiação eletromagnética

• Radiação

• e frequência

Emissões Radioativas

Emissões primárias

• Emissão

• Emissão +e -

• Radiação

Emissões secundárias

• Captura de Elétron

• Transição Isomérica

• Captura Isomérica

Plutônio - 240

Urânio - 236

Emissão • Emitem 2 prótons e 2 nêutrons

transmutação

Emissões Primárias

Page 5: Biofísica Radiológica

5

Quando um radionuclídeo emite uma partícula , seu número de

massa (A) diminui 4 unidades e o seu nº atômico diminui 2 unidades

Plutônio - 240

Urânio - 236

Emissão

Emissões Primárias

http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betame.gif

Emissões Primárias

Emissão - - Négatron

transmutação

Radio-228

Actínio-228

Emissões Primárias

Emissão - - Négatron

http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betape.gif

Emissões Primárias

Emissão + - Pósitron

transmutação

Protactínio-230

Tório-230

Emissões Primárias

Emissão + - Pósitron

Emissões Primárias

Page 6: Biofísica Radiológica

6

Emissões Primárias

Emissão

Plutônio-240

http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Gammae.gif

Emissões Primárias

Emissão

Emissão eletromagnética de altíssima frequência do núcleo

porém mantem sua configuração e perde energia

Emissões Secundárias

Captura de elétron da camada K

• Núcleo deficiente em energia negativa captura um e- da camada mais próxima do núcleo e libera um neutrino

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Electron_capture_NT.PNG

Radiação

Raio X de energia L-K

Emissões Secundárias

Transição Isomérica

• Rearranjo de partículas intramoleculares, sem emissão previa de partículas pelo núcleo

Emissões Secundárias

Captura isomérica: Radiação e Raio X orbital

A: Radiação transfere sua energia para e- orbital B: e- orbital ejetado C: Preenchimento do espaço orbital com emissão de radiação ou raio X orbital

Raios X

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

Page 7: Biofísica Radiológica

7

Definição

• Raios X – nomenclatura: incógnita X

• Penetrante e invisível

• Radiação eletromagnética caracterizada por energia,

frequência e comprimento de onda

• Ondas eletromagnéticas com : 0,05 Å – 100Å

• Raios X moles: 100Å - 1Å

• Raios X duros: 1Å – 0,1Å

• Raios X terapêuticos e radiação : 0,1Å – 0,05Å

• Sofrem interferência, refração, reflexão, difração e polarização

Histórico

08/11/1895: Wilhelm Conrad Roentgen (cientista alemão)

descobriu acidentalmente os raios X

Wilhelm Conrad Rontgen

(1845-1923)

Histórico

• Primeira radiografia de um ser humano: imagem da mão de

Bertha – esposa de Roentgen

22/12/1895

15 mim de exposição

Raios X no Brasil

1896: “Dos raios X no ponto de vista médico-cirúrgico” na

Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro

1897: Chegada do primeiro aparelho de raios X

José Carlos Ferreira Pires (médico): pioneiro do uso dos

raios X

• Radiografia de tórax ~ 30 min e de crânio ~45 min.

Sistema de Produção de Raios X

Sistema submetido à altíssimo vácuo

Diferença de potencial ~ 30 a 100 mil volts entre 2 eletrodos

• Cátodo: filamento metálico

• Ânodo: placa metálica

Sistema de Produção de Raios X

Aplicada a diferença de potencial - cátodo emite

elétrons que são acelerados e vão em direção ao ânodo

em altas velocidades

e-, ao atingir a placa, perdem velocidade (energia

cinética) e liberam energia em forma de calor (maior

parte) ou radiação por deslocamento de e- orbitais

gerando vacâncias eletrônicas

• Raios X de freamento

• Raios X característicos

Page 8: Biofísica Radiológica

8

Sistema de Produção de Raios X Radiação de Freamento

Radiação de freamento, ou Bremsstrahlung apresenta

distribuição de energia relativa aos fótons gerados com

espetro contínuo de energia

Produzida quando um e- passa próximo ao núcleo de

um átomo e é atraído por este desviado de sua trajetória

original

e- perde uma parte de sua energia cinética original

(desacelera), emitindo parte dela como fótons de

radiação de alta ou baixa energia e diferentes

Raios X Característicos

Raios X característicos ou de fluorescência apresentam

espetro em linhas ou raias com energias bem definidas

Produzida quando um e- interage com um átomo

quebrando sua neutralidade (ionizando-o) por retirar

deste e- pertencentes à sua camada K

Fontes de Raios X

Fontes Convencionais

Fontes de Luz Sincrotron

Fontes Convencionais

Tubos de Raios X: conversor de Ec em raios X e calor

Fótons são produzidos por feixe de e- (cátodo) acelerados

para um alvo angular (ânodo)

Difratômetro de Raios X

Marchi-Salvador, D.P., 2005

Page 9: Biofísica Radiológica

9

Fontes de Luz Sincrotron

• Sincrotron é uma designação ampla para todos os tipos

de luz originados por partículas relativísticas em trajetórias

curvas.

• Compreende uma faixa de luz que vai do ultravioleta até

os raios X

• Radiação produzida um milhão de vezes mais brilhante do

que a produzida por fontes convencionais e 11 vezes mais

brilhante que a produzida pelos raios X normais

• Radiação Sincrotron: produzida por e- de alta energia

acelerados por um acelerador de partículas e inseridos

dentro de um anel metálico com 93 m de circunferência

em meio a um ambiente de ultra alto vácuo

• Radiação emitida quando os e- são obrigados a fazerem curvas em

uma órbita elíptica (quando são desacelerados)

• Aceleração centrípeta faz com que um cone estreito de radiação

seja emitido paralelo a velocidade instantânea da partícula

Fontes de Luz Sincrotron

Fonte de Luz Síncrotron (Anel) - LNLS, Campinas, SP

Marchi-Salvador, D.P., 2009

Componentes do Sistema

Acelerador linear que produz feixes de elétrons;

Amplificador circular (“booster”) onde os elétrons ganham

energia atingindo velocidades próximas a da luz;

Anel de armazenamento de cavidade toroidal em que os elétrons

são obrigados a adotarem trajetórias circulares ou elípticas;

Estações experimentais (linhas de luz) contendo um

monocromador que define a característica da luz que será usada

em experimentos científicos.

Cristalografia de

Macromoléculas

Linha MX1

LNLS, Campinas, SP

Marchi-Salvador, D.P., 2005

Marchi-Salvador, D.P., 2009

Detector

MAR-CCD

MX1 - LNLS

Marchi-Salvador, D.P., 2005

Marchi-Salvador, D.P., 2005

Page 10: Biofísica Radiológica

10

Aplicação das

Radiações na Saúde e

Biologia

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

Radionuclídeos - Aplicações

Auxiliam na compreensão de processos vitais

• Mecanismos bioquímicos e farmacológicos

• Dinâmica de substâncias no interior dos organismos

• Mapeamento de estruturas orgânicas

Medicina Nuclear

• Diagnósticos clínicos

• Tratamento de neoplasias

Uso dos Radionuclídeos em Saúde

Diagnóstico

• Radiofármacos - Traçadores

Terapia – Medicina Nuclear (Radio-oncologia)

• Radioterápicos – Braquiterapia e Teleterapia

• Aplicações temporárias ou permanentes

Diagnóstico - Radiofármacos

Tomografia computadorizada por emissão de

fóton único (SPECT)

Principais emissores de radiação

• 99mTc (Tecnécio-99m)

• 201Tl (Tálio-201)

• 67Gl (Gálio-67)

• 113Xe (Xenônio-113)

• 131I (Iodo-131)

http://images.quebarato.com.br/photos/big/C/A/54DECA_2.jpg

Diagnóstico - Radiofármacos

99mTc (Tecnécio-99m)

• Cintilografia óssea

http://www.cdmcdm.com.br/site/casos/004imgs/001.jpg

Cintilografia Encefálica

http://www.nucleomed.com.br/images/cintilografia_de_perfusao_c.jpg

Diagnóstico - Radiofármacos

Page 11: Biofísica Radiológica

11

201Tl (Tálio-201)

• Perfusão miocárdica – doenças coronárias

http://nuclearmedcriciuma.com.br/Fig%209_2.gif

Diagnóstico - Radiofármacos

67Gl (Gálio-67)

• Avaliação de Linfomas

http://www.scielo.br/img/fbpe/rbhh/v23n2/13298f3.gif

Diagnóstico - Radiofármacos

131I (Iodo-131)

• Captação da tireóide – hipertiroidismo

Diagnóstico - Radiofármacos

http://www.centrodediagnosticos.com.br/elicoidal/tireoide.jpg

113Xe (Xenônio-113)

• Perfusão pulmonar – câncer de pulmão

Diagnóstico - Radiofármacos

http://www.nucleomed.com.br/images/cintilografia_de_perfusao_c.jpg

Tomografia por emissão de Pósitrons (PET)

Principais emissores de partículas +

• 11C (Carbono-11)

• 13N (Nitrogênio-13)

• 15O (oxigênio-15)

• 18F (Flúor-18)

• 68Ga (Gálio-68)

• 82Rb (Rubídio-82)

Diagnóstico - Radiofármacos

Braquiterapia: radiação interna e local

• Inserção de radionuclídeos de baixa intensidade

dentro ou sobre do corpo

• Radiação - dentro de recipientes

• 137Cs (Césio-137)

• 60Co (Cobalto-60)

• 226Ra (Rádio-226)

• Partículas - inserção direta

• 90Y (Ítrio-90)

• 166Ho (Hólmio-166)

• 90Sr (Estrôncio-90)

Medicina Nuclear

Page 12: Biofísica Radiológica

12

Teleterapia: radiação por feixe externo

• Radiação

• 137Cs (Césio-137)

• 60Co (Cobalto-60)

• 226Ra (Rádio-226)

• 99mTc (Tecnécio-99m)

• Raios X

• Aceleradores lineares com energia maior que a radiação

• Utilizados na terapia de tumores de órgãos mais profundos

como o pulmão, a bexiga, o útero

Medicina Nuclear Uso dos Radionuclídeos em Biologia

Marcador / traçador radioativo

Comportam-se de maneira similar aos não

radioativos

Marcadores Radioativos

http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/radioi1.jpg

Técnicas e Aplicações

Auto-radiografia e Autofluoragrafia

• Transporte de íons (radionuclídeos)

• Metabolismos – moléculas + íons (radiocompostos)

• Duplicação semi-conservativa do DNA

• Bomba de Sódio e Potássio

Datação radioisotópica

Estudos ecológicos

Auto-radiografia

• Marcar o material a ser estudado

• Impressionar emulsão fotográfica

• Revelar

Auto-radiografia

• Transporte em vegetais

• 35S

• Aplicação na raiz

• Absorção e transporte para a parte aérea

http://www.scielo.br/img/revistas/pab/v38n6/18220f1.jpg

Page 13: Biofísica Radiológica

13

Auto-radiografia

• Divisão de Cromossomos

• 3H + timina

http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/radioi10.jpg

Autofluoragrafia

• Divisão de Cromossomos

• 32P

http://www.fleury.com.br/Medicos/SaudeEmDia/Artigos/PublishingImages/fishwill.jpg

Duplicação semi-conservativa do DNA

• 15N

http://www.biomol.org/wp-content/assets/images/replicsemicons_fotosluz.jpg

Bomba de Sódio e Potássio

• 1941: Dean

• Na2+ e K+ radioativos

http://bp3.blogger.com/_0M2zFltLmog/SBiSHEU5y7I/

AAAAAAAAABE/f53iLAYuUrk/s320/bombaNaK.jpg

Datação Radioisotópica

• 14C

http://gpf2007.zip.net/images/carbon.gif

http://www.mundoeducacao.com.br/upload/conteudo_

legenda/5e5b814562722603e1c102f33bcba8f2.jpg

http://www.alunosonline.com.br/img/carbono

2014%20-%20aol.jpg

Estudos Ecológicos

• 14C

• Migração de indivíduos

• Controle da poluição

• 99mTc

• Controle populacional

• Esterilidade de insetos machos

Page 14: Biofísica Radiológica

14

Aplicações de Radionuclídeos na Agricultura

• Tratamento dos efluentes domésticos e industriais

• Indução de cor em gemas brasileiras

• Radio-esterilização de produtos médicos, farmacêuticos e biológicos

• Modificação de materiais poliméricos

• Detecção de defeitos de em peças / materiais

Bronzeamento artificial

Aplicações das Radiações na Indústria

• Radiografia - principal aplicação

• Exame diagnóstico: objetos de estudo são

atravessados por raios X os quais sensibilizam um

filme de acordo com a densidade do objeto

• densidade do objeto – imagem clara devido a

dificuldade de sensibilização do filme

• Radiografia discrimina tecidos com 4 densidades

diferentes: óssea, partes moles, gordura e aérea

Utilização de Raios X na Saúde

Aparelho de raio X móvel Aparelho de raio X fixo

Exame de Raio X Convencional

Aparelho de raio X digital

Qualidade e precisão da imagem

gerada

Menor exposição a radiação ionizante

Reduz eventuais repetições na

aquisição de imagens

Diagnóstico de fraturas e

localização de corpos

estranhos no organismo

Exame de Raio X odontológico: cáries, mal formações e

dentes inclusos (sob a gengiva)

Utilização de Raios X na Saúde

Page 15: Biofísica Radiológica

15

Utilização de Raios X na Saúde

Medicina Veterinária

Tomografia Computadorizada (TC)

• Método de diagnóstico que permite obter a reprodução de

uma secção do corpo humano em quaisquer uns dos três

planos do espaço

Utilização de Raios X na Saúde

• TC tradicional: feixe de raios X

em forma de leque

• TC com feixe de raios X em

forma cônica

Densitometria Óssea

• Método de diagnóstico que permite aferir a densidade dos

ossos detectando a extensão na qual os ossos absorvem

fótons

Utilização de Raios X na Saúde

Interação da Radiação

com a Matéria

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

Interação da Radiação com a Matéria

• Ao interagir com a matéria, as radiações transferem

parte ou toda sua energia para os átomos ou moléculas

por onde passam

• Principais consequências:

• Excitação atômica

• Ionização

http://www.contren.org.br/imagens/tiposrad.gif

http://www.deq.state.id.us/inl_oversight/radiation/images/alpha_beta.jpg

Interação da Radiação com a Matéria

Page 16: Biofísica Radiológica

16

Interação da Radiação com a Matéria Excitação Atômica

• Processo em que os e- de um átomo têm a configuração

eletrônica alterada para acomodar uma energia adicional

dada por uma transferência de energia

Excitação Atômica

• Mecanismo

• Radiações interagem transferindo parte ou toda a sua energia para os e-

do material alvo

• Energia transferida não é suficiente para ejetar os e- do átomo

• e- com maior energia passa de uma camada eletrônica mais próxima do

núcleo para outra mais distante

• e- se de-excita liberando a energia recebida – fração de microsegundos

• Fenômenos: Fluorescência e fosforescência

Ionização

A energia da radiação incidente sobre um material é

suficiente para arrancar e- ou partícula dos seus átomos

• captura ou compartilhamento de e- ou partículas de átomos adjacentes

• e- ejetado colidirá com átomos do meio até ser realocado em algum átomo

Ionização Direta

• Partículas carregadas (, +,-)

• e- livres bombardeiam macromoléculas, rompem ligações

químicas e promovem alterações estruturais e funcionais

Ionização Indireta

• Partículas não carregadas

• Nuclear: raios e Não-nuclear: raios X

• e- livres reagem com

moléculas de água

produzindo radicais livres de

oxigênio os quais reagirão

com as macromoléculas

Page 17: Biofísica Radiológica

17

Partícula

Carregadas positivamente, compostas por 2 nêutrons e 2

prótons

Propagam-se no ar – trajetórias quase retilíneas

Quanto mais energética maior o caminho percorrido

Interagem com o meio perdendo Ec por colisão mecânica,

ressonância e interação de campo elétrico

Partícula

Promovem excitação e ionização do meio onde passam

• Excitação: transferem parte de sua energia para mover e- dos

átomos para orbitais mais energéticos

• Ionização: arrancam e- dos átomos produzindo pares iônicos

Durante a interação com a matéria ocorre a transferência

de energia para a matéria = velocidade da partícula

• Neutralização: atrai de 2 e- do meio e transforma-se em um átomo

de He

Partícula

Alcance é muito pequeno

Muito ionizantes e pouco penetrantes - facilmente blindadas

• Folha de alumínio barra completamente

• Não atravessam a pele humana

São produzidas por decaimentos de elementos pesados

(urânio, tório, plutônio e rádio)

Partículas

Ao penetrar na matéria perde sua Ec ao cedê-la para os e- dos

átomos da matéria onde os promove de nível (excitação) ou os

arranca (ionização) ou ainda ao se aproximarem do núcleo dos

átomos ocorre a frenagem (Radiação de Bremsstrahlung ou

de freamento) da partícula e a energia dissipada surge em

forma de fóton

Podem ser:

• -: négatron

• +:pósitron

Radiação de Bremsstrahlung ou de Freamento

Fenômeno adverso das radiações em termos de radioproteção

Cargas elétricas quando são aceleradas (ou desaceleradas) emitem

radiação eletromagnética (fótons)

Quando uma partícula (e-), com carga 1 ou 1,6021x10-19 coulomb, é

freada no meio material, está ocorrendo uma desaceleração de sua

velocidade e consequentemente está emitindo radiação eletromagnética

Em escala macroscópica, num meio contendo inúmeros átomos a

produção de radiação eletromagnética é aumentada pois na imediação

de cada átomo que desvia a partícula ocorre a emissão de radiação

eletromagnética

Partícula -

São e- emitidos por núcleos instáveis que possuem um

excesso de nêutrons

O núcleo atômico se livra de um nêutron convertendo-o em

um próton

Page 18: Biofísica Radiológica

18

Partícula -

Interagem com a matéria (núcleo ou e-) em virtude de sua

massa e carga elétrica

• Quando a partícula - é atraída para o interior do núcleo do átomo da

matéria ela sede toda a sua Ec;

• Quando passa próximo ao núcleo ela sofre desvio de trajetória devido a

atração eletrostática e perde Ec (desaceleração) emitindo fótons

• Quando a partícula - interage com o do átomo da matéria promove a

formação de pares iônico ou a excitação

Trajetória da partícula - no ar é sinuosa devido a sua

pequena massa

Partícula +

É sempre acompanhada por radiação de aniquilação

Os pósitrons sofrem interação com e- negativos (muito

abundantes) produzindo 2 fótons gama diametralmente

opostos

Radiação Eletromagnética

Raios e Raios X

Interação com a matéria por:

• Efeito fotoelétrico

• Efeito Compton

• Produção de Pares

Efeito Fotoelétrico

Fóton transfere toda a sua energia para um e- localizado

em uma das camadas atômicas (preferencialmente K)

e- ejetado do átomo com uma Ec igual à diferença entre a

energia do fóton incidente e a sua energia de ligação

e- ejetado cede sua energia ao meio produzindo a

ionização e excitação dos seus átomos

Efeito Fotoelétrico

Toda a energia do fóton incidente é cedida ao meio

Efeito predominante em baixas energias e elementos de

elevado nº atômico

Efeito Compton

Interação da radiação eletromagnética com um e- orbital

• parte da energia eletromagnética incidente é transferida como Ec para

o e- e o restante é cedida para o fóton espalhado

Fóton incidente é espalhado por um e- das últimas

camadas (fracamente ligado ao átomo)

Fóton espalhado tem energia menor e uma direção

diferente daquela do fóton incidente

Page 19: Biofísica Radiológica

19

Efeito Compton Formação de Pares

Ocorre somente quando fótons de energia passam

próximos a núcleos de elevados números atômicos e

interagem com seu campo elétrico

Radiação eletromagnética interage com o núcleo e

desaparece - origina um par elétron-pósitron com Ec em

diferente proporção

Formação de Pares

Ângulo entre as partículas produzidas é inversamente

proporcional à energia do fóton incidente

• energia ângulo

Pósitron após transmitir, por colisões, a sua Ec aos

átomos do meio, volta a se combinar com um e-, dando

origem a dois fótons

Efeito predominante para energias elevadas e elementos

de grande número atômico

Formação de Pares

Par elétron-pósitron perde sua Ec por ionização e

excitação

Qual a exposição natural que sofremos diariamente?

Page 20: Biofísica Radiológica

20

Expectativa de perda de vida por diversos motivos

CAUSA DIAS Ser homem solteiro 3500

Homem fumante 2250

Doenças do coração 2100

Ser mulher solteira 1600

Ter sobrepeso em 30% 1300

Ter câncer 980

Ter sobrepeso em 20% 900

Mulher fumante 800

Ser pobre 700

Hemorragia cerebral 520

Viver em estado desfavorável 500

Comer 100 cal/dia A MAIS 210

Acidentes com veículos mot. 207

Pneumonia – gripes 141

Alcoolismo 130

Acidentes domésticos 95

Suicídios 95

Diabete 95

Homicídios 90

Uso impróprio de drogas 90

Acidentes de trabalho 74

CAUSA DIAS Afogamento 41

Trab. ocupacional com mat. rad. 40

Quedas 30

Acidentes com pedestres 37

Trab. seguro – acidentes 30

Fogo – queimaduras 27

Geração de energia 24

Uso ilícito de drogas 18

Envenenamento (sol. – líq) 17

Sufocamento 13

Acid. com armas de fogo 11

Radiação natural 8

Raios X médicos 6

Envenenamento (gás) 7

Café 6

Anticoncepcionais 5

Acidentes c/ bicicletas, motos 5

Combinação de todas catástrofes 3,5

Bebidas dietéticas 2

Acidentes com reatores 2

Radiação da ind. nuclear 9

Desintegração Radioativa

Meia vida: intervalo de tempo para a concentração de

uma dado elemento radioativo diminua 50% -

exponencialmente

Curie (Ci) e Becquerel (Bq) unidades para medir atividade

radioativa

• 1 Beq = 1emissão/segundo e 3,7 Ci = 1010 Bq.

Roetgen (R) quantidade de ionização produzidas no ar por

Raios X ou radiação

rad e Gray (Gy) expressa a dose absorvida

• 1 Gy = 1 Joule/kg e 1 Gy = 100 rad

Rem e Sievert expressa o dano biológico causado pela

radiação

• 1 Sv = 100 rem

Unidades Radioativas

Doses - definição

Dose absorvida ou efetiva (D): quantidade de energia da

radiação (E) que a matéria (m) irradiada absorveu

• D = E / m

Dose equivalente (H): quantidade de radiação absorvida

por um determinado órgão ou tecido, considerando o

efeito biológico produzido (n) e a severidade deste (q)

• H = D x n x q

(anos)

Dose e Efeito da Radioatividade

Page 21: Biofísica Radiológica

21

Efeitos Biológicos da Radiação

Alguns médicos que haviam radiografado seus próprios

crânios notaram uma queda acentuada de cabelo

1896: observou-se q a exposição a um campo de

radiação causava avermelhamento da pele, inchaço dos

tecidos devido ao acúmulo de fluídos e perda de pêlos

1896: descrição sobre o aparecimento de queimaduras na

pele devido à exposiçao aos raios X - polêmica

Thomson concluiu que a exposição a raios X, além de

certo limite, podia causar sérios problemas

Até 1911, havia o registro de 94 casos de tumor gerado

por radiação, 50 deles em radiologistas

Até 1922: ~ 100 radiologistas morreram devido a câncer

radioinduzido

Incidência de leucemia maior entre médicos radiologistas

do que em outras especialidades médicas

Efeitos Biológicos da Radiação

• Qualquer resposta natural do organismo a um agente

agressor

• Para pequenas irradiações

• redução de leucócitos ou hemácias

• Para grandes

• câncer é o estágio final de um dano biológico ao longo de anos

O que é um Efeito Biológico?

• Determinístico ou estocástico (dose)

• Imediato ou tardio (tempo)

• Efeitos somáticos ou efeitos hereditários (nível do dano)

Classificação dos Efeitos Biológicos

ESTOCÁSTICOS

Causam alteração celular; dose probabilidade e

não a severidade – não apresentam limiar de dose

Efeitos hereditários, aparecimento de câncer

DETERMINÍSTICOS

Causam morte celular; dose probabilidade e

severidade – apresentam um limiar de dose

Mortalidade animal, distúrbios imunológicos

Classificação dos Efeitos Biológicos

IMEDIATOS

Observados em poucas horas ou até 60 dias

TARDIOS

Manifestam-se após 60 dias

SOMÁTICOS

Afetam células somáticas

HEREDITÁRIOS

Afetam gametas

Classificação dos Efeitos Biológicos

Page 22: Biofísica Radiológica

22

• Com doses superiores a 1000 rad (10 Gy):

• Quebra de pontes H--H

• Quebra de cadeias

• Cross-linking

• Quebra do esqueleto de açúcar

• Dano nas bases

• Deixa de funcionar como modelo

• Quebra simples mais frequente

Efeitos da Radiação no DNA

O-

P

O

O

O CH2 O

H

H

O

H

H

H

Base nitrogenada

Carbono 5

O-

P

O

O CH2 O

H

H

OH

H

H

H

Base nitrogenadaCarbono 3

Acidentes Nucleares

73.884 Mortes

74.909 Feridos

11.574 Casas queimadas

5.509 Casa metade destruídas

50.000 Casas parcialmente

destruídas

2 Mortos em 1 dia

29 Mortos em 2-120

200 Sobreviventes

400.000 Não afetados porém

expostos

BOMBA DE NAGAZAKI ACIDENTE DE CHERNOBIL

45.000 Mortos em 1 dia 22.000

19.000 Mortos em 2-120 dias 17.000

72.000 Sobreviventes 25.000

119.000 Não afetados 110.000

255.000 População 174.000

BOMBA DE NAGAZAKI BOMBA DE HIROSHIMA

Acidentes com Fontes Radioativas

1987 – Brasil (Goiânia): Cápsula contendo 137Cs

encontrada numa clínica de radioterapia abandonada

Queimaduras provocadas pela radiação

Acidentes com Fontes Radioativas

Argentina: Soldador boliviano encontrou fonte de 137Cs e

guardou no bolso do avental durante cerca de 18 h

120 depois

Acidentes com Fontes Radioativas

02/2001 – Polônia (Bialystok): cinco pacientes

submetidos à super-exposição durante radioterapia

devido a uma queda de energia e posterior restauração

do sistema

04/06/2002

Acidentes com Fontes Radioativas

2000 – Tailândia: Cabeçote usado em radioterapia

contendo 60Co foi parcialmente desmontado

necrose e descamação descamação

23 dias após o acidente

Page 23: Biofísica Radiológica

23

Radioproteção

Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador

• Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN): conjunto

de medidas que visam proteger o homem, seus

descendentes e seu meio ambiente contra possíveis

efeitos indevidos causados por radiação ionizante

proveniente de fontes produzidas pelo homem e de fontes

naturais modificadas tecnologicamente

• Medidas fundamentadas em:

• Justificativa

• Otimização

• Limitação de doses

• Prevenção de acidentes

Proteção Radiológica

• Benefício real para a saúde do indivíduo e/ou para a

sociedade em relação a probabilidade e grau de

ocorrência de um efeito biológico

Justificativa

Otimização

• Nível de radiação o mais baixo possível

• Número de pessoas expostas deve ser minimizados

Prevenção de Acidentes

• Direcionamento total de todos os envolvidos para prevenir

acidentes

Limitação de Doses

• Doses não superiores aos limites estabelecidos pelas

normas de radioproteção de cada país tanto para

trabalhadores ocupacionais quanto para o público em geral

• Métodos adotados devem visar a redução à exposição

as radiações

• Tempo, blindagem e distância

• Hábitos de trabalho

• Sinalização

• Monitoração

Controle de Exposição Tempo, blindagem e distância

• Tempo

• Distância

• Blindagem

Page 24: Biofísica Radiológica

24

• Utilizar sempre as técnicas adequadas

• Utilizar seu dosímetro pessoal

• Posicionar-se adequadamente durante a realização de

exames

• Utilizar EPIs

Hábitos de Trabalho Proteção dos Trabalhadores

Proteção dos Pacientes Sinalização

Monitoração Individual Monitoração de Área

Page 25: Biofísica Radiológica

25

Bibliografia Recomendada

• Okuno, E.; Yoshimura, E.M. Física das Radiações. 1ª Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. 296p.

• Okuno, E.; Caldas, I.L.; Chow, C. Física para Ciências Biológicas e Biomédicas. 1ª Ed. São Paulo: Harbra, 1982. 490p.

• Garcia, E.A.C. Biofísica. 1ª Ed. São Paulo: Sarvier, 1998. 387p.

• Heneine, I.F. Biofísica Básica. 6ª Ed. Rio de Janeiro: Atheneu, 1996. 400p.

• Leão, M.A.C. Princípios de Biofísica. 2ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1983. 510p.