EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇOES IONIZANTES 11a aula SUMÁRIO I – Introdução O que é radiação Um 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 – Introdução Um 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 Molécula (enzima) inativada: dose > 10 Gy Paradoxo 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 sistema Período 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

E III – O mecanismo de dano H2O ----H + OH célula normal DNA Mecanismo Indireto H2O ----H + OH Mecanismo Direto alvo 105 genes exitação 1014 células ionização III – O mecanismo de dano 10-6 mutações / gene / divisão celular DNA lesado não reparo reparo correto DNA restaurado célula normal reparo errôneo apoptose DNA mutado célula mutada viável morte celular célula somática germinativa Catarata Malformações Síndromes da radiação Diminuição da longevidade Envelhecimento precoce Indução 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 Ocorre a interação radiação – matéria surgindo átomos e moléculas excitadas e ionizadas: 10-17 seg Estágio Químico Reações entre produtos radioformados com moléculas vizinhas: fração de segundos até horas Estágio Biológico 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 Sindrome Aguda da Radiação: SAR Não estocásticos Agudos Tardios Efeitos - PR Somáticos Genéticos ou hereditários Congênitos ou teratogênicos (microencefalia) Não malignos: Catarata Malignos: cancer Efeitos (tipo celular) Estocásticos

Do ponto de vista da característica dose resposta: Estocásticos (probabilísticos) Não Estocásticos Efeito Limiar de dose Magnitude do dano aumenta com a dose Existe um relacionamento causal claro

Antiga Nova Símbolo Relação 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) Antiga Nova Símbolo Relação 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

DL 50 (30) DL50 dose letal para 50% dos integrantes da população exposta de corpo inteiro 100 Valores típicos de DL50(30) para exposição total de animais a radiação X ou gama 75 % Letalidade 50 Organismo DL50(30) (Gy) Cão 3,5 Porco da Índia 4 Homem 2,5 - 4,5 Camundongo 5,5 Macaco 6 Rato 7,5 Coelho 8 Galinha 6 Peixe dourado 23 Sapo 7 Tartaruga 15 25 2,5 5,0 7,5 10,0 DL 50 (30) Dose (Gy) 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 Corpo inteiro Efeitos agudos da Radiação Depois de um limiar de dose: SAR Sintomas comuns Nausea e vômito Febre e fadiga Alterações no sangue - Sindrome do sistema Hematopoiético (SSH) Dose 2Gy (200 rads): depressão da medula óssea Morte 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 intestinal Morte 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 Efeitos tardios: podem ser observados devido a uma única exposição ou a exposições contínuas ou crônicas de “baixa intensidade”

VI – Fatores que afetam a resposta celular dose taxa de dose fracionamento da dose exposição aguda ou crônica tipo de radiação LET RBE FATORES FÍSICOS presença ou não de antioxidante tensão de O2 (Efeito O2) teor hídrico FATORES QUÍMICOS agentes modificadores estado proliferativo (Lei de Bergonie e Tribondeau) fase do ciclo celular estado fisiológico ou metabólico constituição genética da célula FATORES BIOLÓGICOS

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.