EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇOES IONIZANTES 11a aula

SUMÁRIO

I – IntroduçãoO que é radiaçãoUm pouco de história

II – O dano biológico e dose letal III – O mecanismo de dano IV – Efeitos da radiação Ionizante V – Fatores que afetam a resposta celular VI – Conclusão

I – IntroduçãoUm pouco de história

•1895 - Wilhelm Conrad Röntgen descobre o Raio - X•1896 - Henri Becquerel observou o efeito da exposição de chapas fotográficas a sais de urânio•1896 - Dr. J. Daniels (U. Vanderbilt) reporta o primeiro dano biológico•1897 - Dr Leopold Freud, pioneiro na utilização dos Raios-X para fins terapêuticos, reportou o sucesso na remoção de um sinal de pele em um de seus pacientes•1898 - Marie Curie voltou sua atenção a esse novo fenômeno, e lançou o termo radioatividade para descrever essa forma de energia.•1899 - Dois físicos suecos reportaram a cura de um câncer de pele. •1904 - Experimento de Rutherfor: natureza das radiações nucleares•1919 – H.J. Mulher e J.J. Sradler reportam efeitos genéticos

Com o passar dos tempos, a radiação situa-se entre os agentes associados a moléstias mais amplamente estudados !!!!!!

II – O dano biológico e dose letal

Lesão induzida pela radiação: dano molecular

Paradoxo

Molécula (enzima) inativada: dose > 10 Gy

Morte: dose > 2 Gy

O organismo parece ser mais radio sensível de que as moléculas de que é composto

O dano molecular é amplificado por processos metabólicos acumulando o dano biológico

Enzima inativada ou alterada

falha Síntese de proteína

falha Função específica

Resultado final: colapso do sistemaPeríodo de

latência

O tempo para aparição de um dano biológico depende fundamentalmente de:

•Taxa de exposição •Dose acumulada

•Os efeitos biológicos das radiações ionizantes são uma sequência de eventos que ocorrem em nível celular •O dano biológico primeiro se manifesta na célula•Em organismos multicelulares, dependendo do tipo de célula lesada os efeitos poderão ser transmitidos para maiores níveis de organização

Observa-se que mamíferos respondem de forma diferente a uma irradiação de corpo inteiro:

•A criança e o velho são muito mais radio - sensíveis que o jovem adulto

•A mulher em geral parece ter maior tolerância a radiação que o homem

•A resposta a uma mesma dose de radiação pode ter um período de latência diferente entre dois indivíduos da mesma espécie

III – O mecanismo de dano

10-6 mutações / gene / divisão celularDNAlesado

não reparo reparo errôneoreparo correto

DNArestaurado

célulanormal

E

DNA

Mecanismo IndiretoH2O ----H + OH Mecanismo Direto

alvo 105 genes

exitação 1014 célulasionização

apoptose

DNAmutado

célulamutadaviávelmortecelular

célulasomáticacélulagerminativa

CatarataMalformaçõesSíndromes da radiação

Diminuição da longevidadeEnvelhecimento precoceIndução do câncer

Doenças hereditárias(transmissíveis)

efeitos determinísticos efeitos estocásticos

Ação direta das radiações ionizantes em moléculas de DNA

•Rotura em uma das hélices

•Rotura da dupla hélices

•Quebra das pontes de hidrogênio

•Cross linking intermolecular

•Cross linking intramolecular

Evolução da Radiolesão

•Estágio Físico

•Estágio Químico

•Estágio Biológico

Ocorre a interação radiação – matéria surgindo átomos e moléculas excitadas e ionizadas: 10-17 seg

Reações entre produtos radioformados com moléculas vizinhas: fração de segundos até horas

Em consequência dos anteriores morte celular e mutação: horas até anos

Estão me acompanhando?!

Então vejamos:

•A importância tanto da ionização e excitação quanto da formação de radicais livres e peróxido de hidrogênio está no fato destes agentes quebrarem o equilíbrio celular. Tal equilíbrio é gerido por uma “Mecânica Enzimática” que sustenta as funções vitais da célula;•A radiação produz então, efeitos biológicos a partir de dois mecanismos básicos: Diretamente por dissociação de moléculas atraves de sua excitação e ionização, ou indiretamente pela produção de radicais livres e peróxido de hidrogênio na água dos fluidos corpóreos.

IV – Efeitos da radiação Ionizante

Efeitos(tipo celular)

Somáticos

Genéticos ou hereditários

Agudos

Tardios

Sindrome Aguda da Radiação: SAR

•Congênitos ou teratogênicos (microencefalia) •Não malignos: Catarata•Malignos: cancer

Efeitos - PR

Não estocásticos

Estocásticos

Do ponto de vista da característica dose resposta:

Efeito

Estocásticos (probabilísticos)

Não Estocásticos

•Limiar de dose

•Magnitude do dano aumenta com a dose

•Existe um relacionamento causal claro

RELAÇÕES DE UNIDADES

DL50/30 (seres humanos): 4 Gy = 400 rad = 4 Sv (para radiação eletromagnética)

1 mSv = 0,1 rem = 0,1 rad = 0,1 cGy (para radiação eletromagnética)

Dose rad gray Gy 1 rad = 1cGy

Dose equivalente

rem sievert Sv 1 rem = 0,01 Sv

Radioatividade

Ci bequerel Bq 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

Antiga Nova Símbolo Relação

DL50 dose letal para 50% dos integrantes da população exposta de corpo inteiro

Organismo DL50(30) (Gy)Cão 3,5Porco da Índia 4Homem 2,5 - 4,5Camundongo 5,5Macaco 6Rato 7,5Coelho 8Galinha 6Peixe dourado 23Sapo 7Tartaruga 15

Valores típicos de DL50(30) para exposição total deanimais a radiação X ou gama

10,07,55,02,5

100

75

50

25

Dose (Gy)

% L

etal

idad

e

DL 50 (30)

Típico gráfico para determinação da DL50(30) para ratos expostos a irradiação de corpo inteiro por raios X

Efeitos agudos da Radiação Depois de um limiar de dose: SAR

- Sindrome do sistema Hematopoiético (SSH)Dose 2Gy (200 rads): depressão da medula ósseaMorte de 1 a 2 meses após a irradiação – LD50/30 4-6 Gy- Sindrome do sistema Gastro-intestinal (SSG)Dose 10Gy (1000 rads): descamação do epitélio intestinalMorte em 1 ou 2 semans após a irradiação- Sindrome do sistema Nervoso Central (SSN)Dose 20Gy (2000 rads): danos no tecido neural.Morte em minutos ou horas após a irradiação

Sintomas comuns•Nausea e vômito•Febre e fadiga•Alterações no sangue

Corpo inteiro

Efeitos tardios: podem ser observados devido a uma única exposição ou a exposições contínuas ou crônicas de “baixa intensidade”

dosetaxa de dosefracionamento da doseexposição aguda ou crônicatipo de radiação LET

RBE

FATORES FÍSICOS

presença ou não de antioxidantetensão de O2 (Efeito O2)teor hídrico

FATORES QUÍMICOSagentes modificadores

estado proliferativo (Lei de Bergonie e Tribondeau)fase do ciclo celularestado fisiológico ou metabólicoconstituição genética da célula

FATORES BIOLÓGICOS

VI – Fatores que afetam a resposta celular

VII – Conclusão

•Em geral a habilidade dos raios X ou radiação gama em produzir um efeito imediato, decresce com a redução da dose, com a redução da taxa de dose por exposição e com o aumento do intervalo entre exposições. •Baixas taxas de doses e longos intervalos de tempo entre exposições, aparentemente permitem algum tipo de reparo ao dano produzido. •No entanto, grndes taxas de exposição produzem muitas lesões por célula inibindo o reparo das mesmas.