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Física aplicada à medicina

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n o fim de 1895, o físico alemão Wi-lhelm Roentgen descobriu os raios-X.

Ele percebeu que uma emulsão fotográfica protegida da luz foi sensibilizada enquanto fazia experimentos com um tubo de Crookes, equipamento amplamente utilizado para pes-quisas acerca dos raios catódicos na época. Roentgen estudava um tipo raio que era des-conhecido e, sendo físico, nomeou-o de “X”.

O poder do feixe dos raios-X de atravessar materiais intrigou-o e para divulgar sua desco-berta realizou a primeira imagem radiológica da mão de sua esposa Anna Bertha Roentgen. Essa imagem, de maneira não proposital, aca-bou demonstrando o maior uso potencial dos raios-X: o diagnóstico médico por imagem.

O uso dos raios-X para imagens diagnósticas revolucionou a pratica médica. No início do século XX, práticas cirúrgicas significavam grandes riscos de morte, já que a penicilina

somente seria descoberta por Alexander Fle-ming em 1928 e disponibilizada ao público no fim da década de 1940. Os raios-X, então, apa-receram como uma ferramenta deslumbrante que permitia “estudar o corpo sem abri-lo”.

A falta de conhecimento era gritante: o elé-tron só seria descoberto por Thomson anos de-pois, o núcleo atômico descoberto em 1911 por Rutherford, o nêutron em 1932 por Chadwick e o modelo atômico atual muitos anos depois.

A euforia fez com que se tentasse tratar quase todos os tipos de doença da época com doses de radiação: crianças ganhavam brin-quedos que continham material radioativo e não havia nenhum tipo de controle para o uso dos raios-X.

O conhecimento escasso aliado ao uso in-discriminado das técnicas radiológicas, ainda muito precárias, motivou, quase tão logo a descoberta foi apresentada, relatos da comuni-

Estudo coM RAtos FEito no cÂMpus botucAtu indicA Riscos nA EXposição A RAdiAção ionizAntE duRAntE dEsEnvolviMEnto intRAutERino, MEsMo EM dosEs AbAiXo dE pAtAMAREs considERAdos sEGuRos

Olhares de Raio-X

FIgURA 1Exame diagnóstico com uso de raios X em mulher grávida.

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RodRiGo sAnchEz GiARolA

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dade científica sobre efeitos danosos causados pelo uso inapropriado dos raios-X.

A constatação de que efeitos danosos po-deriam ser causados pelo uso da radiação io-nizante deu início a uma área da ciência cha-mada de radiobiologia. Seres humanos que, infelizmente, foram expostos a radiações io-nizantes em acidentes nucleares foram objeto de estudo. O maior estudo epidemiológico na área da radiobiologia foi com os sobreviventes dos bombardeios às cidades japonesas de Hi-roshima e Nagasaki: dados importantes foram e são obtidos através desse estudo.

Órgãos internacionais e nacionais apresen-tam guias e conjuntos normativos para esta-belecer o uso seguro e eficiente das radiações ionizantes, sendo frequentemente atualizados através de estudos na área. O limite de dose

FIgURA 2

2 Imagem radiológica de uma fêmea prenha

considerado seguro evoluiu e apresenta cada vez mais valores menores, o que foi possível também graças aos avanços tecnológicos na produção, gerenciamento e utilização da radia-ção ionizante em aplicações, principalmente, na área médica.

RAdiAção ionizAntE E GEstAçãoUma situação particularmente crítica é a expo-sição à radiação ionizante durante a gestação. Não é aconselhável o uso de raios-X para diag-nóstico durante a gestação, salvo em restritas condições maternas e fetais nas quais há risco de saúde para mãe ou para o feto.

É recomendado que mulheres com suspeita de gravidez, ou gestantes, que necessitem de exames de diagnóstico por imagem utilizem métodos alternativos que não façam uso das

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causada por exames radiológicos de abdômen das mães. Esta primeira publicação inspirou as pesquisas dos efeitos biológicos da exposição a baixas doses de radiação ionizante durante o desenvolvimento intrauterino e também da ocorrência de efeitos adversos à saúde no cres-cimento e desenvolvimento infantil. Além dos diversos estudos de populações expostas, há também estudos empregando animais.

Estudo nA unEspA irradiação de ratas prenhas para estudos de radiobiologia é usual e, sistematicamente, o intervalo de radiodiagnóstico (< 50 mGy*) não está relacionado ao risco aumentado de anomalias congênitas. O valor que seria con-siderado limite para efeitos como retardo de crescimento e teratogênese (formação e desen-volvimento no útero de anomalias que levam a malformações) é, até então, de 200 mGy. O relatório número 174 do National Council on Radiation Protection (NCRP) estabelece como limite de dose 50 mGy durante a gestação. É importante frisar que, mesmo para um valor numérico limitante, é difícil a avaliação de danos para baixas doses já que os efeitos são de caráter probabilístico.

Foi realizado no câmpus Botucatu da Unesp um trabalho que envolveu o Departamento de Física e Biofísica, o Departamento de Fisio-logia e o Centro de Assistência Toxicológica (Ceatox – Unidade Auxiliar) do Instituto de Biociências de Botucatu (IBB), além do Setor de Radiologia Veterinária do Departamento de Reprodução Animal e Radiologia Veteri-nária da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia (FMVZ).

Esse trabalho buscou investigar se a expo-sição intrauterina para um baixo valor de dose de radiação ionizante, abaixo do considerado seguro, pode induzir efeitos negativos na prole de ratos Wistar. Para tanto, foram examinadas variações no peso dos animais e avaliadas al-terações comportamentais da prole.

A prole foi dividida em três grupos, cada grupo contendo 15 ratas fêmeas e subsequen-temente quatro filhotes machos por fêmea. Os

radiações ionizantes, como por exemplo a ultras-sonografia e a ressonância nuclear magnética.

Radiografia ou tomografia para fins diag-nósticos em mulheres grávidas demanda pleno acordo entre os profissionais envolvidos, a pró-pria paciente e medidas efetivas de proteção radiológica. Não é incomum que gestantes desconheçam ou escondam sua gestação da equipe médica e técnica por diversos motivos, situação que pode levar à exposição indeseja-da. Também existem as gestantes pacientes de trauma, maior causa não obstetrícia de morte materna, que podem estar impossibilitadas de informar sua gestação e a desconhecem em alguns casos.

Desde a implementação, em 1978, do conceito de “Advanced Trauma Life Support” (ATLS), pacientes de trauma são submetidos a um atendimento padronizado em que médicos ra-diologistas procedem a protocolos de exames em pacientes que sofreram traumatismo, in-cluindo imagem radiológica da região pélvica. A imagem de abertura desta matéria, Figura 1, apresenta uma imagem radiológica de uma paciente que desconhecia sua gestação.

A lei da radiobiologia descreve que a sen-sibilidade das células à radiação ionizante é proporcional à sua atividade reprodutora e in-versamente proporcional ao seu grau de espe-cialização. Portanto, a gravidez é uma fase de alto risco para exposição aos raios-X. Níveis de exposição considerados seguros no radio-diagnóstico são definidos para trabalhadores, chamados de indivíduos ocupacionalmente expostos, e público em geral; diferindo os va-lores. Há também os pacientes que não têm restrição de dose, desde que a justificativa do procedimento produza benefício maior do que os possíveis danos causados pela aplicação da radiação ionizante.

A médica epidemiologista Alice Stewart es-tudou, em 1958, o aumento de morte devido ao câncer infantil em jovens de classe alta. Essa disparidade, já que frequentemente doenças infantis são mais comuns em classes baixas, foi investigada e o fator comum foi a exposi-ção durante o desenvolvimento intrauterino

*o gray (Gy) é uma unidade de dose para radiações ionizantes em materiais não humanos, sendo 1 Gy = 1 J/kg. A unidade sievert (sv), também usada para radiações ionizantes, é utilizada quando se estima dose para ser humano, multiplicando-se o valor em Gy por dois fatores adimensionais (um para o tipo de radiação e outro para o tipo de tecido), assim 1 sv = 1 J/kg.

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três grupos: dois irradiados (no 8º e 15º dias da gestação, correspondentes respectivamente ao início e fim da fase da organogênese, que é a parte do processo de desenvolvimento em brionário em que se originam os órgãos internos) e um controle.

A exposição foi definida em 15 mGy, porque é um valor, na faixa de diagnóstico, que pode ser alcançado em um único exame radiológico

no embrião ou no feto. A Figura 2 demonstra uma imagem obtida com a irradiação de uma rata wistar prenhe.

Como esperado, não foram observados efei-tos nas ratas mães; não houve alteração no número de animais nascidos nem na duração da gestação e no peso. O acompanhamento de peso dos filhotes mostrou que somente a partir dos 70 dias de idade houve menor ga-nho de peso dos animais irradiados em relação

FIgURA 3 FIgURA 4

ao grupo controle. Os animais irradiados no 8º dia de gestação, início da organogênese, apresentaram o menor ganho de peso.

Métodos dE AvAliAçãoA avaliação comportamental de animais se dá por diversos métodos. Foram utilizados inicialmente nesse estudo dois métodos de avaliação do desenvolvimento do Sistema Nervoso Central para recém-nascidos. O pri-meiro, Teste de Abertura dos Olhos, permite a avaliação de anormalidades no desenvolvi-mento neurológico dos animais irradiados em relação ao grupo controle. É possível comparar o número de dias que cada animal leva para abrir os olhos, já que os recém-nascidos per-manecem com os olhos fechados até alguns dias iniciais de vida. A Figura 3 ilustra a reali-zação do teste com um animal macho jovem. O segundo método de avaliação, Teste de Geotaxia Negativa, permite a avaliação do desenvolvimento sensório-motor durante os primeiros dias da vida pós-natal em roedo-res. Com o uso do dispositivo em forma de rampa com 45° de inclinação, cronometra-se quanto tempo o rato, que foi posicionado com a cabeça apontada para a parte de baixo da

FoRAM utilizAdos iniciAlMEntE nEssE Estudo dois Métodos dE AvAliAção do dEsEnvolviMEnto do sistEMA nERvoso cEntRAl pARA REcéM-nAscidos

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FIgURA 5

3 Rato Wistar jovem para avaliação de abertura de olhos

4 Sequência de imagens do teste de Geotaxia Negativa

5 Dispositivo de teste de Arena de Campo Aberto

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rampa, leva para virar na rampa – ilustrado na Figura 4.

No Teste de Abertura de Olhos, os animais irradiados no 8º dia da gestação gastaram 19% de tempo a mais que o grupo controle, os ani-mais irradiados no 15º dia não apresentaram diferença. No Teste de Geotaxia Negativa, os animais do 8º dia levaram 54% e os do 15º dia 31% a mais de tempo para virar que os animais do grupo controle.

A avaliação comportamental, que avalia a ansiedade, foi realizada nos ratos em duas idades, jovens e adultos. O termo “ansiedade” em estudos com roedores expressa o conflito entre a tigmotaxia, necessidade de permane-cer em contato com superfícies verticais, e o comportamento de exploração. O indivíduo ansioso não é sempre ansioso, porém é ansio-so mais frequentemente que os outros, apre-

sentando comportamento desproporcional a estímulos. Consequentemente, a melhor ma-neira de se avaliar transtornos de ansiedade é medindo a frequência e a intensidade em que esse indivíduo exibe estados ansiosos, e o uso de testes sequenciais é ideal.

A avaliação comportamental foi realizada por três métodos subsequentes: Teste de Arena de Campo Aberto, Labirinto de Cruz Eleva-do e Hole Board. Todos os testes com todos os animais foram gravados por uma câmera. Assim, todos os vídeos foram avaliados por três avaliadores que desconheciam o grupo ao qual o animal avaliado pertencia.

O Teste de Arena de Campo Aberto permite a análise, através do uso de um dispositivo de teste em forma de arena circular, dos níveis de atividade motora geral, exploração e ansiedade. A Figura 5 apresenta o dispositivo de teste.

O Teste de Labirinto de Cruz Elevado, que

utiliza uma plataforma elevada do chão com dois braços fechados contrapostos e dois aber-tos, ligados por um centro, permite a avaliação da exploração, atividade locomotora, e da per-da de coordenação motora, nos raros casos de queda do animal durante o teste. O dispositivo de teste é apresentado na Figura 6.

O Teste de Hole Board utiliza um disposi-tivo com piso quadrado repleto de furos, por meio do qual avalia-se a coordenação motora e exploração dos animais. O dispositivo de tes-te é apresentado na Figura 7 e, na Figura 8, é apresentada uma enfiada de pata de um rato.

Vale ressaltar que nenhum animal se machucou em decorrência dos testes nesse experimento.

REsultAdosA avaliação dos três testes foi consistente e os resultados se suportam em mostrar que os animais jovens irradiados eram mais ansiosos

A AvAliAção Foi consistEntE E os REsultAdos MostRARAM quE os AniMAis JovEns iRRAdiAdos ERAM MAis Ansiosos. tAMbéM houvE pERdA dE cooRdEnAção MotoRA

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única de 15 mGy durante o desenvolvimento intrauterino de ratos Wistar, há uma diminui-ção na função do Sistema Nervoso Central. Houve comprometimento do desenvolvimento sensório-motor e atraso na responsividade do sistema nervoso em recém-nascidos irradia-dos. Animais irradiados jovens apresentaram elevação na ansiedade e perda de coordena-ção motora. Em adultos, a perda de coorde-nação motora foi mais notável e houve falta de ansiedade.

Os efeitos no desenvolvimento e compor-tamento dos animais que sofreram exposição intrauterina aos raios-X variaram dependendo da idade gestacional em que ocorreu a irradia-ção, sendo o começo da organogênese mais sensível que o final.

Os resultados obtidos são consistentes em demonstrar que há efeitos deletérios relaciona-dos à ansiedade de animais expostos durante

e exploradores que os animais controle. Foi mostrado também que houve perda de coor-denação motora.

Quando adultos, os ratos irradiados apre-sentaram um comportamento menos ansioso que os animais do grupo controle. A falta de ansiedade é tão preocupante quanto a ansieda-de aumentada, pois a demora desses animais para responder a estímulos pode ser danosa.

O dado mais impactante é o número de quedas dos braços abertos do Teste de Labi-rinto de Cruz Elevado, em que nenhum ani-mal jovem caiu; dos adultos, um animal do grupo controle e um do grupo irradiado no 15º caíram, enquanto oito animais do grupo irradiado no 8º dia caíram; a perda de coor-denação motora também foi apresentada para os grupos irradiados no teste de Hole Board.

Nesse trabalho, fortes evidências experi-mentais mostram que, mesmo para a dose

FIgURA 6

6 Dispositivo de teste de Labirinto de Cruz Elevado

13ABRIL 2019 | UnespCIênCIA

Rodrigo Sanchez Giarola, doutor pelo programa de Biologia Geral e Aplicada do Instituto de Biociências do câmpus Botucatu da Unesp (IBB-Unesp). É formado em Física Médica também pelo IBB-Unesp. O presente artigo foi baseado em sua tese de doutorado, orientada pelo professor Ney Lemke, do IBB-Unesp

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o desenvolvimento intrauterino. Os dados obtidos pela combinação de testes

se sustentam e apresentam uma forte evidên-cia de que a exposição intrauterina desenca-deia efeitos deletérios mesmo para um valor de dose considerado seguro.

Não havia sido reportado nenhum efeito para exposições intrauterinas com valores de dose abaixo de 50 mGy. Nesse trabalho, uma exposição de 15 mGy de radiação ionizante X induziu menor ganho de peso dos animais quando adultos, houve prejuízo no sistema nervoso central desde a fase infantil, as alte-rações comportamentais persistiram na fase adulta e houve perda de coordenação motora dos animais expostos.

É importante o estudo dos efeitos causa-dos por baixas doses de radiação ionizante, os efeitos deletérios produzidos e a verificação do potencial nocivo para seres humanos em desenvolvimento intrauterino – as baixas do-ses estudadas nesse trabalho têm magnitude equivalente as que ocorrem em radiografias.

A falta de informação em relação aos efeitos biológicos para baixas doses pode levar a uma percepção errônea do risco. Portanto, deve-se aperfeiçoar e implementar de maneira efeti-va a proteção radiológica mesmo para baixos valores de dose.

As informações obtidas em pesquisas de baixas doses podem ajudar os profissionais da área da saúde a avaliar os riscos da exposição aos raios-X diagnósticos durante uma gestação dada uma situação clínica devido a condições maternas e fetais. As informações instruem quanto à correta tomada de decisão para a escolha do melhor procedimento diagnóstico em uma dada situação clínica, garantindo a segurança da paciente e do feto.

É mandatório que novos estudos sejam realizados para baixos valores de doses, prin-cipalmente para a compreensão dos mecanis-mos que desencadeiam os efeitos descritos. E é imprescindível lembrar que o constante desenvolvimento tecnológico permite cada vez mais que menores valores de dose levem a ob-tenção de melhores imagens diagnósticas. FIgURA 8

FIgURA 7

6 Dispositivo de teste de Hole Board

7 Enfiada de pata de um rato no dispositivo de teste de Hole Board

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