efeitos biolÓgicos da radiaÇÃo ionizante

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EFEITOS BIOLÓGICOS DA

RADIAÇÃO IONIZANTE Prof. André L. C. Conceição

DAFIS

Curitiba, 08 de maio de 2015

• RADIOSSENSIBILIDADE

• Probabilidade de uma célula, tecido ou órgão de sofrer um efeito por unidade

de dose de radiação.

• A radiossensibilidade será maior se a célula:

• É altamente mitótica. Ex: células embrionárias.

• É indiferenciada. Ex: células da medula e células embrionárias.

• Radiossensibilidade em crianças maior que em adultos; maior no embrião

que no feto.

EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES

ALTA RADIOSSENSIBILIDADE RADIOSSENSIBILIDADE

MÉDIA

RADIOSSENSIBILIDADE

BAIXA

MEDULA ÓSSEA PELE MÚSCULO

BAÇO FÍGADO OSSOS

TIMO CORAÇÃO SISTEMA NERVOSO

LINFONODOS PULMÕES

GÔNADAS

CRISTALINO EFEITOS BIOLÓGICOS

• Fatores que afetam a

radiossensibilidade:

• Físicos

• LET: quanto maior,

Radiossensibilidade;

• Tempo de exposição à radiação:

quanto maior,

Radiossensibilidade.

• Biológicos

• Período do ciclo de divisão

celular:

• RS: G2, M

• RS: S

EFEITOS BIOLÓGICOS DAS

RADIAÇÕES IONIZANTES

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Fases da Mitose Celular

• OS ESTÁGIOS DA AÇÃO DAS RADIAÇÕES IONIZANTES

• A interação da radiação com a matéria segue uma sequência de eventos

que chamaremos de estágios.

• Esses estágios ocorrem em qualquer átomo ou molécula do corpo

atingido pela radiação, desde as moléculas, como as do DNA até

moléculas da água (que são as mais abundantes).

• Estágio Físico: ocorrem as ionizações e excitações dos átomos; as

excitações causam poucos efeitos, ao passo que as ionizações

causam desequilíbrio eletrostático nas moléculas.

• Estágio Físico-Químico: Após o estágio físico, ocorrem as quebras das

ligações químicas da molécula, em consequência da ionização de um

dos seus átomos.

• Antes, os átomos de uma molécula permaneciam unidos por forças

elétricas, mas esse equilíbrio pode ter sido rompido pela ionização de

um único átomo.


EFEITOS BIOLÓGICOS

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• Estágio Químico: dura poucos segundos;

quando os fragmentos da molécula se ligam a

outras moléculas, algumas importantes, como

as de proteína ou enzimas.

• Estágio Biológico: dura dias, semanas ou anos;

quando surgem os efeitos bioquímicos ou

fisiológicos que produzem alterações

morfológicas e/ou funcionais dos órgãos.


• MECANISMOS DE AÇÃO DAS RADIAÇÕES

• Mecanismo Direto: quando a radiação age diretamente

nas moléculas importantes, como as de DNA, principal

constituinte dos cromossomos do núcleo das células.

• Mecanismo Indireto: quando a radiação age na molécula

da água, quebrando-a – processo chamado de radiólise

– e produzindo componentes reativos, como os radicais

livres, que são moléculas ou átomos neutros com um

elétron desemparelhado na sua última camada

eletrônica.


• No mecanismo indireto de produção do dano biológico, a molécula de água

atingida pela radiação ionizante é que sofre a radiólise.

• Os estágios da ação na molécula da água são:

• Ionização da molécula de água:

H2O + radiação ionizante → H2O+ + e-

• O íon positivo dissocia-se imediatamente:

H2O+ → H+ + OH.

• O e- associa-se a uma molécula de água:

e- + H2O → H2O-

• O produto H2O- dissocia-se imediatamente:

H2O- → H. + OH-

• Os íons H+ e OH- não produzem nenhuma consequência, pois eles já existem

em grande quantidade nos fluidos do corpo.

• Entretanto, os radicais livres H. e OH. continuam como tais ou reagem com

outras moléculas em solução.

• O destino mais provável destes radicais livres é determinado pelo LET da

radiação.

• No caso de partículas de alto LET (alfa) os radicais OH são formados muito

próximos uns dos outros e, com isso, eles podem se recombinar para produzir

o peróxido de hidrogênio (água oxigenada).

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• O peróxido de hidrogênio é um poderoso agente

oxidante, que pode atacar moléculas importantes,

como as de DNA.

• Como o corpo humano é composto por mais de 70%

de água, a radiólise da água, mecanismo indireto da

radiação, é importante, sendo responsável por cerca

de 70% dos efeitos biológicos.



EFEITOS BIOLÓGICOS

DNA

• Ácido desoxidorribonucleico;

• Dupla hélice: duas fitas mantidas ligadas por pontes de hidrogênio;

• A estrutura de cada fita consiste de açúcar e grupos fosfato;

• Ligadas a esta fita têm-se 4 bases nitrogenadas:

• Timina + Adenina

• Guanina + Citosina

CROMOSSOMO • Os cromossomos consistem,

principalmente, de uma longa molécula de DNA e de proteínas associadas, chamadas de histonas.

• A estrutura globular formada pelas histonas e o DNA constitui o nucleossomo (unidade do cromossomo).

• Centrômero: região de constrição que divide o cromossomo em dois “braços”. Ele pode localizar-se em qualquer parte nos cromossomos.

• Telômero: estrutura existente na extremidade dos cromossomos.

Açúcar

Fosfato

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• EFEITO DA RADIAÇÃO NA MOLÉCULA DE DNA

• Há um forte consenso de que o alvo da radiação é o DNA, para

efeitos radiobiológicos, e que as diferenças na qualidade da

radiação influenciam a natureza dos danos.

• Entretanto, é importante lembrar que os organismos vivos

possuem mecanismos de reparo dos danos causados pela

radiação.

• Dentre os danos que ocorrem no DNA podemos citar: mudança

de uma base, perda de uma base, quebra das pontes de H,

quebra de uma fita, quebra de duas fitas, etc.


Enzima AP-endonuclease faz a

incisão de uma nova base

Enzima glicosilase reconhece a

base alterada e a retira

• Quebras Das Pontes De Hidrogênio:

• Há indicações de que a ruptura das pontes de H, que ligam as bases, é

reconstituída, em geral corretamente, em questão de dezenas de minutos,

pelas enzimas que as células produzem.

• Quebra Simples Da Mesma Molécula De DNA:

• Danos irreversíveis surgem se um número muito grande de danos

ocorrerem simultaneamente, ou ainda, se a quebra de uma das fitas (que

pode ser causada com uma radiação de 50 eV de energia) não for

reparada adequadamente e uma das pontas da fita ficar em estado reativo

(ocorre a peroxidação – o O2 liga-se a essa ponta e o reparo nunca

acontecerá).


EFEITOS BIOLÓGICOS

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• Quebra Dupla Da Mesma Molécula

De DNA:

• Se duas fitas forem quebradas

(podendo ocorrer com energias

maiores ou iguais a 200 eV), mas,

as quebras estão longe uma da

outra, o reparo acontece, e estas

quebras são reparadas

separadamente.

• Se as quebras nas duas fitas são

opostas ou separadas por poucas

bases, isto pode levar a uma quebra

dupla de cadeia, ou seja, o pedaço

de cromatina se divide em dois.

• Acredita-se que o erro no reparo,

principalmente, de quebra de duas

fitas da molécula de DNA, seja a

principal causa de morte celular e

indução de efeitos mutagênicos e

cancerígenos.

EFEITOS BIOLÓGICOS

• Quebra Simples De Duas Moléculas Próximas:

• Se uma das fitas de cada uma de duas moléculas de DNA

próximas se romper, pode ocorrer a formação de uma ligação

cruzada (o reparo não ocorre), devido à formação de locais

reativos.


• Se dois cromossomos estiverem próximos

entre si, e a radiação causar quebra de um

dos braços de cada um deles, a posterior

recombinação dos fragmentos pode formar

aberrações do tipo translocação.

• Algumas estão envolvidas em neoplasias,

uma vez que elas são mutações estáveis e,

portanto, transmissíveis na geração celular.

• Pode ocorrer, também, a deleção.

• Ambos são oncogênicos.

• 1 Quebra Em Cada Braço De 2 Cromossomos

Próximos:

EFEITO DA RADIAÇÃO NOS CROMOSSOMOS

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Quebra de 1 braço de cada

cromossomo antes da replicação

Nova replicação

Formação de cromossomo

acêntrico e um dicêntrico

• 1 Quebra Em Cada Braço De 2 Cromossomos Próximos:

EFEITOS BIOLÓGICOS

Esta aberração envolve uma troca entre

dois cromossomos separados. Se uma

quebra é produzida em cada

cromossomo no início da intérfase, e eles

estiverem próximos, eles podem se

reunir. Esta troca é replicada durante a

síntese de DNA, gerando um

cromossomo com 2 cetrômeros (letal) e

um acêntrico.

2 quebras no mesmo braço do cromossomo antes da

replicação

• 2 Quebras Em 1 Braço De Um Mesmo Cromossomo:

Deleção de um anel (oncogênico)

Quebra de 2 braços do mesmo cromossomo antes

da replicação

Nova replicação

Anel (letal) + acêntrico

• 2 Quebras Em 2 Braços De Um Mesmo Cromossomo:

EFEITOS BIOLÓGICOS

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• REAÇÕES TECIDUAIS

• Essas reações (segundo o ICRP, em 2007) ocorrem quando uma

alta dose de radiação causa a morte celular de um número muito

grande de células de um dado órgão ou tecido, a ponto de ele

perder sua função ou de seu funcionamento ficar prejudicado.

• Altas doses acontecem somente em acidentes ou em casos de

tecidos sadios serem irradiados em radioterapia, por serem

adjacentes a tecidos tumorais.

• ICRP-1977: efeitos não estocásticos

• ICRP-1991: efeitos determinísticos.

• NATUREZA DOS EFEITOS BIOLÓGICOS

• Quanto à natureza dos efeitos biológicos, há as reações teciduais

(efeitos determinísticos) e os efeitos estocásticos.

• Neste tipo de efeito:

• A gravidade do efeito é função da exposição, ou seja, quanto maior

a exposição à radiação ionizante, mais grave, forte ou severo é o

efeito; no caso de queimadura, passa de queimadura leve para

queimadura com bolhas.

• Há um limiar de dose (relacionada à exposição) para o surgimento

de uma reação tecidual, isto é, abaixo de uma determinada

exposição à radiação, o número de células danificadas é pequeno,

de modo que o organismo não se ressente e é difícil até mesmo de

saber se foi exposto à radiação ionizante.

• Assim, essas reações ocorrem quando as exposições à radiação

ionizante são muito mais altas que os limites recomendados pelo

sistema de radioproteção.


• O principal efeito das reações teciduais é a morte celular.

• A morte celular pode ser causada por: (1) falência reprodutiva,

(2) necrose e (3) apoptose.

• A falência reprodutiva é a incapacidade das células se

reproduzirem, em razão dos danos irreparáveis produzidos

pelas radiações ionizantes.

• De início, ela se manifesta em células que se dividem

rapidamente, como as da medula óssea e da mucosa do trato

gastrointestinal (maior radiossensibilidade).

• Nas células que se dividem lentamente (fígado), a morte pode

ocorrer meses ou anos após a irradiação.


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• A necrose ocorre quando a célula sofre danos graves, em razão de agentes

externos:

• Na necrose, o núcleo das células permanece sem alterações significativas.

• A célula incha e acaba por romper a membrana celular, pois a lesão não

permite que a célula controle seu fluido e mantenha o balanço dos íons.

• Esse rompimento causa uma inflamação.

• A apoptose (também chamada de morte celular programada) é um

mecanismo completamente diferente da necrose.

• Ela ocorre espontaneamente; seu termo, em grego, significa “ato de cair”,

como as folhas das árvores que caem no outono para preservar a energia

para novas folhas renascerem na primavera.

• Assim, tem-se um significado de que a morte é benéfica e programada,

porque é importante para o organismo sobreviver e continuar funcionando

bem.

• Na apoptose, a célula encolhe, o núcleo é danificado e, geralmente, não

ocorre inflamação.

• Alguns cientistas afirmam que a necrose ocorre, com maior frequência, com

altas doses de radiação, e a apoptose com baixas doses.



• Podemos, ainda, classificar as reações teciduais como imediatas

ou tardias.

• Reações Teciduais Imediatas

• Elas surgem pouco tempo depois da exposição do indivíduo à

radiação ionizante (algumas horas ou semanas), se o limite de

exposição à RI, permitido, for ultrapassado.

• Podemos citar:

• eritemas da pele (queimaduras),

• mucosites (inflamação da mucosa de revestimento do trato

gastrointestinal – principalmente a boca),

• escamações da epiderme.


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EFEITOS BIOLÓGICOS

• Reações Teciduais Tardias

• Surgem vários meses ou anos (até

10 anos) após a exposição à

radiação ionizante, que ocorrem

devido à lenta taxa de reposição

de células.

• Em alguns tecidos, diferentes tipos

de danos surgem com diferentes

tempos de latência.

• Ex.: Danos na medula espinhal:

• Danificação da mielina (camada

externa) após alguns meses;

• Necrose da matéria branca,

entre 6 e 18 meses;

• Vasculopatia (danos nos vasos),

de 1 a 4 anos.


EFEITOS BIOLÓGICOS

Opacidade no cristalino radioinduzida em um especialista

em Radiologia Intervencionista submetido a altos níveis de

radiação espalhada. O número 1 indica opacidade

subcapsular posterior; o número 2, opacidades

puntiformes perinucleares

Lesão na pele em homem de 40 anos

submetido a múltiplas coronariografias.

Aproximadamente 18 a 21 meses

depois do procedimento, evidencia-se

necrose dos tecidos.

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• Uma pessoa, ao receber uma dose

alta e aguda no corpo todo, isto é, em

uma única exposição, acaba

apresentando a síndrome aguda da

radiação (SAR).

• Fases da SAR:

• Doses entre 1 – 10 Gy:

• Morte por dano à medula óssea;

• Aumento da incidência de mortes e

a diminuição do tempo de sobrevida

com o aumento da dose;

• Doses de 10-100 Gy:

• Morte por dano no sistema

gastrointestinal;

• Doses > 100 Gy:

• Morte por falência múltipla dos

órgãos (incluindo o sistema nervoso

central);

• O tempo de sobrevivência diminui

com o aumento da dose.

• Efeito da Radiação em Embriões (Reações Teciduais Tardias)

• Não é fácil estabelecer uma relação causa-efeito (de morte

embrionária ou de efeitos no embrião devido à radiação ionizante),

pois há outros agentes que podem provocar efeitos no embrião, sem

estarem relacionados com a radiação.

• Há 2 principais efeitos: letalidade e anomalias congênitas.


EFEITOS BIOLÓGICOS

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• EFEITOS ESTOCÁSTICOS

• Os efeitos estocásticos são alterações que surgem nas células normais,

sendo os principais o efeito cancerígeno e o hereditário.

• O cancerígeno ocorre nas células somáticas, ou seja, o câncer incide

nas células da pessoa que recebeu a radiação.

• O hereditário ocorre nas células germinativas e pode ser repassado

aos descendentes da pessoa irradiada.

• Características deste efeito:

• Não há limiar de dose de radiação para a indução de dano no DNA que

resulte em câncer; ou seja, até mesmo a radiação ambiental pode

induzir a um câncer;

• Não há relação de gravidade entre dose e câncer, diferentemente das

reações teciduais;

• Quanto maior a dose, maior a probabilidade de ocorrência de efeitos

estocásticos.


• Diferente das reações teciduais, detectadas com doses altas e acima de

um limiar, os efeitos estocásticos podem ser causados por quaisquer

doses: base do modelo linear sem limiar, que relaciona a incidência de

efeitos estocásticos com a dose.

• Modelo Linear sem Limiar

• Esse modelo foi proposto pela UNSCEAR em 1958 e, segundo ele, os

efeitos de baixas doses de radiação podem ser extrapolados com base no

conhecimento dos efeitos de doses altas, usando-se a seguinte relação

entre efeito (E) e dose (D): E = a D, onde “a” é um parâmetro do termo

linear.

• Ou seja, nesse modelo está implícito que, qualquer exposição, por

menor que seja, incluindo doses devido à radiação natural, pode

causar efeitos estocásticos.

• A argumentação para o uso desse modelo é que o câncer é monoclonal

(origina-se a partir de uma célula), e que a baixa dose de radiação é uma

pequena perturbação sobre outros agentes cancerígenos.

• Ou seja, é a gota d´água em um copo já cheio.


• Efeitos Estocásticos Cancerígenos

• Os efeitos estocásticos cancerígenos são sempre tardios.

• O período entre a exposição à radiação e a detecção do câncer, chamado

de tempo de latência, pode ser de vários anos.

• Ex.: o tempo de latência médio para leucemia é de 8 anos.

• As principais fontes de informação vêm de estudos epidemiológicos dos

sobreviventes de Hiroshima e Nagasaki, pacientes submetidos à

radioterapia, trabalhadores ocupacionalmente expostos e população que

morava ao redor de Chernobyl.

• Além disso, no caso de pessoas expostas às bombas atômicas, o

aumento da incidência de câncer está relacionado não só com a dose,

mas com a idade na época >> Risco maior quanto menor a idade.

• Efeitos Estocásticos Hereditários

• O efeito hereditário resulta em mutação nas células germinativas que,

quando usadas na concepção, carregam os danos hereditariamente.

• Entretanto, segundo estudos com pessoas expostas às bombas

atômicas, não há evidências que mostram que a exposição dos pais à

radiação causa um aumento de doenças hereditárias nos filhos.

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