Efeitos Biológicos das Radiações Ionizantes
Sergio Luiz Pavanatti
Engenheiro Químico - UNICAMP Msc. Engenharia Mecância - UNICAMP
Tipos de Radiação
Eletromagnética: raios X, radiação gama
Corpusculares:
1.
Alfa (2 prótons e 2 neutrons)
2.
Beta (elétrons oriundos do núcleo com carga + ou -)
3.
Elétrons
Radiação de interesse biológico
RADIAÇÕES IONIZANTES – ELETROMAGNÉTICAS
Interação da Radiação Eletromagnética
Excitação
Formação de íon ou molécula
l - fóton
SISTEMAS
ÓRGÃOS
CORPO HUMANO
TECIDOS
CÉLULAS
MOLÉCULAS ÁTOMOS
Exposição
• A exposição às radiações pode acontecer de dois modos:
• Exposição Externa ou Exposição Interna
Fontes Externas
fonte
Fontes Externas
As fontes radioativas podem entrar no corpo por quatro caminhos
inalação
feridas Absorção
ingestão
As interações das radiações ionizantes com o corpo humano ocorrem com os seus Átomos constituintes.
No processo de ionização dos átomos pode-se alterar a estrutura das moléculas que
os contêm.
Se as moléculas alteradas compõem uma célula, esta
pode sofrer as
conseqüências de suas alterações, direta ou
indiretamente.
EFEITOS
BIOLÓGICOS
Dos danos celulares, os mais importantes
Radiação e Célula
O comprimento de onda ( l ) da radiação determina com quais estruturas celulares
ocorrerá a interação
10-10 m 10-5 m
Radiação e Corpo Humano
• Fenômeno Físico: ionização e excitação dos átomos ( 10
-13a 10
-12segundos)
• Fenômeno Químico: rupturas de ligações nas moléculas com formação de radicais livres e produtos moleculares ( 10
-9s)
• Fenômenos Bioquímicos e Biológicos:
alterações morfológicas (dano em uma
dada estrutura) ou funcionais (diminuição
da atividade)
Interação das radiações com o tecido
Sistemas Biológicos (radiação)
Ejetar elétrons do C, H, O e N
Ação Indireta
Radiolise OH- + H+
H2O+ + e-
Modificações no DNA
Ação Direta H20
Ação direta
Absorção de energia suficiente para remover
elétron e resultar em quebra de ligações
BASES DO DNA
A
T
G C
Reparo do DNA
DNA
Ação de agentes físicos ou químicos
DNA lesado
DNA restaurado
(preservação da informação)
Perda de atividade
biológica DNA mutado
reparação correta reparação incorreta
(ausência ou insucesso da reparação)
Características Gerais dos efeitos Biológicos das Radiações ionizantes
1. ESPECIFICIDADE Função da célula 2. TEMPO DE LATÊNCIA
Tempo decorrido para observar algum efeito biológico 3. REVERSIBILIDADE
Capacidade do organismo em reparar o dano
4. TRANSMISSIBILIDADE Possibilidade de se transmitir o
dano ao seus descendentes 5. RADIOSSENSIBILIDADE
Sensibilidade à radiação
Lei de Bergonie e Tribondeau
“A radiosensibilidade das células é diretamente
proporcional a sua capacidade de
reprodução e
inversamente
proporcional
ao seu grau de
especialização”
• Células que se dividem rapidamente são mais radiosensíveis que as de reprodução lenta;
• A radiosensibilidade depende da eficiência dos mecanismos de reparação celular no DNA e da ação de outros agentes químicos – Oxigenação do Tecido
Radiosensibilidade celular
Renovação de Células
Células Padrão de renovação
Nervosas sem substituição por toda
a vida
Intestino poucos dias
Osso cerca de 10 anos Hemácias contínuo (remoção e
destruição total em 120 dias)
Pele (epiderme) contínuo (renovação em
cerca de dois meses)
Radiosensibilidade celular
• Alta Radiosensibilidade:
• Linfócitos, medula óssea, Espermatogônias, Folículos germinativos (ovários), células das criptas intestinais;
• Alta Radioresistência: células nervosas
(sistema nervoso central e periférico), células
do revestimento alveolar dos pulmões
Classificação dos Efeitos Biológicos das radiações ionizantes: tipos de células
Efeitos somáticos : células somáticas
- Manifestam-se no indivíduo irradiado. Não são transmissíveis aos descendentes;
- Podem ser imediatos ou tardios
Efeitos hereditários : células germinativas
- Alterações dos gametas;
- Podem ser transmitidos aos descendentes do
indivíduo irradiado
Efeitos Somáticos Tardios
Teoria sobre o efeito carcinogênico da
radiação
Mutação em células somáticas
• Câncer produzido por RI não é distinto do câncer por outros agentes
cancerígenos.
• Os efeitos decorrentes de uma exposição prolongada à radiação ionizante
apresentam um Tempo de Latência muito longo (pode chegar até 40 anos).
Efeitos Somáticos Tardios Carcinogenese
Efeitos observados
Câncer cutâneo... Radiologistas (raio-X) Câncer pulmonar ...Mineiros (radônio)
Câncer ósseo...Pintores de relógios (Ra)
Leucemia...Hiroshima e Nagazaki
Classificação dos efeitos biológicos da radiação em relação à Dose
1. PROBALÍSTICOS
São aqueles cuja probabilidade de ocorrer aumenta com a dose, sem porém a existência de um limiar de DOSE.
Exemplos: efeitos hereditários, aparecimento de câncer
2. DETERMINÍSTICOS
São aqueles cuja severidade depende da DOSE e que apresentam um limiar de dose.
Exemplos: mortalidade animal, distúrbios imunológicos.
Efeitos Probabilísticos
DNA mutado
Célula mutada
(viável) Morte celular
(apoptose)
Célula somática Célula germinativa
Diminuição da longevidade
Envelhecimento precoce Indução do câncer
Doenças hereditárias transmissíveis
Efeito determinístico
MORTE DE UM GRANDE NÚMERO DE CÉLULAS
↓
Efeito determinístico (disfunção do órgão ou tecido)
↓
Se irradiação de corpo inteiro (altas doses – única vez) (Síndrome Aguda da Radiação)
↓
Hematopoiético: 2 – 10 Gy ( morte dentro de 10 – 30 dias) Gastrointestinal: 10 –100 Gy (morte dentro de 3 – 5 dias)
Sistema nervoso central: 100 – 1000 Gy (morte dentro de 1 – 2 dias)
INTERVALO
DE DOSE 1 à 2 GY 2 à 6 GY 6 à 10 GY
Vômito 1 GY - 5% 3 GY - 100% 100 %
Intervalo
de tempo 3 horas 2 horas 1 hora
Sintomatologia leucopenia moderada
leucopenia aguda, hemorragias, infecções e epilações
Mortalidade 0 0 à 80% 80 à 100%
Tempo --- 2 meses 2 meses
Causa mortis --- hemorragia e/ou infeção
Síndrome do Sistema
Hematopoético
.INTERVALO DE
DOSE 10 À 15 GY
órgão crítico trato gastrointestinal sintomatologia diarréia, febre, alteração no
balanço eletrolitico
letalidade 90 à 100%
causas mortis infeção intestinal
Síndrome do Sistema
Gastrointestinal
INTERVALO DE DOSE > 15 GY
APARECIMENTO DE VÔMITO EM 100% DOS CASOS NUM INTERVALO DE 30 MINUTOS APÓS A EXPOSIÇÃO
ÓRGÃO CRÍTICO SISTEMA NERVOSO CENTRAL SINTOMATOLOGIA CAIMBRAS, TREMORES, ATAXIA,
LETARGIA
LETALIDADE 90 à 100 %
TEMPO 2 DIAS
CAUSA MORTIS COLAPSO CIRCULATÓRIO
IRREVERSÍVEL, EDEMA CEREBRAL
Síndrome do Sistema
Nervoso Central
Efeitos determinísticos I
- INDUÇÃO DE ESTERILIDADE (para indivíduos sadios):
Homem
temporária
permanente
0,15 Gy (exposições agudas) 0,4 Gy/ano (exposições crônicas) 3,5 - 6 Gy (exposições agudas) 2 Gy/ano (exposições crônicas)
Mulher
permanente
2,5 - 6 Gy (exposições agudas) 0,2 Gy/ano (exposições crônicas)
- INDUÇÃO DE CATARATA 2 - 10 Gy ou 1 – 2 Gy
(depende do tipo de radiação) exposições agudas
eritema e descamação
necrose nos tecidos 50 Gy após 3 semanas de exposição
3 - 5 Gy com aparecimento de sintomas cerca de 3 semana após exposição
- EXPOSIÇÕES NA PELE
Efeitos determinísticos
Efeitos determinísticos
Depressão na
formação do sangue
0,5 Gy (exposição aguda de toda a medula)
0,4 Gy/ano
- DECRÉSCIMO NO NÚMERO DE CÉLULAS SANGUÍNEAS
período sensível (0,12 a 0,2 Gy)
8–15 semanas após a concepção (período de organogênese)
uma dose de 1 Sv
- RETARDO MENTAL (exposição intra – uterina)
retardo mental severo em cerca de 40% dos indivíduos expostos
Unidades de Radiação
• A radiação recebida por um indivíduo é medida em sieverts. Símbolo: Sv
• A radiação medida no ambiente é medida em Roentgens. Símbolo: R
• A radiação medida em um detector é
medida em grays. Símbolo: Gy
Valores de referência
• Dose anual devido a radiação cósmica para indivíduo do público: 1 mSv
( 1 milisievert = 0,001 Sv)
• Dose anual para IOE = 20 mSv
• Dose anual para o cristalino= 150 mSv
• Limite de dose para atuação em emergências:
no máximo 100 mSv *
• * doses acima de 50 mSv: só voluntários atuam
A usina termelétrica utiliza a energia térmica gerada pela combustão de óleo combustível, carvão ou gás.
A usina nuclear utiliza a energia liberada pela reação de fissão nuclear do urânio-235.
A grande vantagem de uma usina nuclear é a enorme quantidade de energia que pode ser gerada, para pouco material usado (o urânio).
