Clique para editar o estilo do subtítulo mestre FÍSICA DAS RADIAÇÕES, RADIOPROTEÇÃO E EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO Rio de Janeiro, 06 de maio de 2016.

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1 Clique para editar o estilo do subtítulo mestre FÍSICA DAS RADIAÇÕES, RADIOPROTEÇÃO E EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO Rio de Janeiro, 06 de maio de 2016. Thaiana de Paula Vieira Cordeiro

2 O que é Medicina Nuclear? Modalidade da Medicina direcionada ao estudo, através do uso da radiação, de anomalias metabólicas e funcionais; Ela também pode envolver procedimentos terapêuticos, mas tem no diagnóstico de patologias funcionais sua principal ação.

3 O que é Radiação? Propagação de energia através de partículas ou Ondas Eletromagnéticas.

4 Radiação Não ionizante: Não possui energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo. Ionizante: Possui energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo. MEDICINA NUCLEAR: raios gama e partículas carregadas

5 Estrutura da Matéria Matéria => Moléculas => Átomos => Partículas Subatômicas

6 Estrutura Da Matéria

7 Nucleons: Núcleo: As cargas positivas se repelem, porém a força nuclear forte mantém o núcleo unido. FNF é cerca de 100 vezes maior que a força de repulsão dos prótons. Para retirar um nucleon do núcleo é necessário romper a força de ligação nuclear.

8 Estabilidade Do Núcleo Núcleos estáveis tem uma razão ótima entre o nº de prótons e nêutrons. Linha de Estabilidade

9 Classificação dos Elementos

10 Núcleos Instáveis Ocorrerá um reajuste para tentar atingir a estabilidade, ejetando uma parte do seu núcleo o emitindo energia em forma de fótons (raios gama). Processo conhecido como Decaimento Radioativo. O tipo de decaimento irá depender de qual das regras de estabilidade nuclear foi violada. Massa Nuclear excessiva Razão p/n instável Nº apropriado de Nucleons, porém excesso de energia.

11 Decaimento Radioativo Massa Nuclear Excessiva: Em algumas circunstâncias, o núcleo do átomo instável pode se dividir em fragmentos menores, e geralmente libera de 2 a 3 nêutrons. FISSÃO NUCLEAR

12 Decaimento Radioativo Razão p/n instável: i) Excesso de Nêutrons Nêutron se transforma em próton, liberando β − (négatron) e um antineutrino.

13 Decaimento Radioativo Razão p/n instável: ii) Excesso de Prótons Próton se transforma em nêutron, liberando β + (pósitron) e um neutrino. Emissão de pósitron Captura Eletrônica

14 Decaimento Radioativo Razão p/n instável: ii) Excesso de Prótons Emissão de pósitron Captura Eletrônica Próton se transforma em nêutron, através da captura de um elétron da camada mais interior.

15 Decaimento Radioativo Nº apropriado de Nucleons, porém excesso de energia: Núcleo se encontra em um estado excitado, portanto é necessário que ocorra uma transição isomérica Emissão Gama Conversão Interna

16 Decaimento Radioativo Nº apropriado de Nucleons, porém excesso de energia: Emissão Gama

17 Decaimento Radioativo Nº apropriado de Nucleons, porém excesso de energia: Conversão Interna Quando a emissão de um elétron de um átomo causa a emissão de um segundo elétron, este segundo elétron é chamado elétron Auger.

18 Esquema de Decaimento

19 Interação dos Fótons Com a Matéria Efeito Compton Efeito Fotoelétrico Produção de Pares

20 Interação dos Fótons Com a Matéria Efeito Compton

21 Interação dos Fótons Com a Matéria Efeito Fotoelétrico

22 Interação dos Fótons Com a Matéria Efeito Fotoelétrico Raio X Característico

23 Interação dos Fótons Com a Matéria Produção de Pares

24 Interação dos Fótons Com a Matéria Probabilidade de Interação

25 Atenuação dos Fótons na Matéria

26 Poder de Penetração da Radiação Descreve o potencial de penetração em um meio material.

27 Poder de Penetração da Radiação Medicina Nuclear: Diagnóstico X Terapia Na medicina nuclear diagnóstica raios gama (tecnécio-99m, índio-111, tálio-201, iodo-123 e gálio- 67) ou radioisótopos emissores de pósitrons (flúor-18, carbono-11, nitrogênio-13 e oxigênio-15) são utilizados. Na terapia, principalmente raios beta emissores de radioisótopos (iodo-131, rênio-186/188, ítrio-90, estrôncio-89 e samário-153) são utilizados.

28 Radioatividade A radioatividade é definida como a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética.

29 Lei do Decaimento Radioativo Função que descreve quantos núcleos radioativos existem em uma amostra a partir do conhecimento do número inicial de núcleos radioativos e da taxa de decaimento.

30 Lei do Decaimento Radioativo A taxa de mudanças dos átomos instáveis em um determinado instante é denominada ATIVIDADE. Constante de Decaimento

31 Lei do Decaimento Radioativo Meia Vida: A(t) = A(0)/2 Vida Média: média aritmética do tempo de vida de todos os átomos de uma determinada massa deste isótopo. Como consequência, a vida média é o tempo médio que um isótopo instável leva para decair.

32 História da Radiação Ionizante

33 Descoberta dos Raios- x

34 Descoberta da Radioatividade

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36 Divulgação Do Uso da Radiação

37 Descoberta de “tratamentos”

38 HISTÓRIA

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40 USO INDISCRIMINADO DA RADIAÇÃO

41 Primeiros Usos Da Radiação

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47 Efeitos Obsevados

48 MEDO DA RADIAÇÃO!

49 Efeitos Observados

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52 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES  A radiação perde energia para o meio provocando ionizações  Os átomos ionizados podem gerar: Alterações moleculares Danos em órgãos ou tecidos Manifestação de efeitos biológicos

53 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES  Possibilidades da radiação incidindo em uma célula:  Passar sem interagir  Atingir uma molécula:  Não produzir dano  Produzir dano. MECANISMOS DE AÇÃO

54 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES Possibilidades da radiação incidindo em uma célula: - Atingir uma molécula: - Produzir dano:  Reversível  Irreversível Pode ou não levar à indução de efeito biológico  morte celular  reprodução - perpetuação do dano. MECANISMOS DE AÇÃO

55 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES MECANISMOS DE AÇÃO  A cada possibilidade está associada uma probabilidade diferente de zero  O fenômeno da indução de efeitos biológicos pela interação da radiação com organismos vivos é de natureza PROBABILÍSTICA.

56 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES PROPRIEDADES DOS EFEITOS SEQUÊNCIA DE EVENTOS  Estágio físico:  Ocorre para tempos  10 - 13 segundos - Estágio de absorção e deposição de energia - Excitação e ionização dos compostos.

57 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES PROPRIEDADES DOS EFEITOS SEQUÊNCIA DE EVENTOS  Estágio físico-químico: - Ocorre para tempos de 10 -13 a 10 -12 segundos - Quebra de ligações - Radiólise da água - formação de radicais livres - Começa o dano químico - radicais livres começam a reagir.

58 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES PROPRIEDADES DOS EFEITOS SEQUÊNCIA DE EVENTOS  Estágio químico: - Ocorre para tempos de 10 -12 a 10 -7 segundos - Continua a reação dos radicais livres - Formação de produtos tóxicos - Começam os danos ao RNA e DNA - Enzimas são inativadas e ativadas.

59 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES PROPRIEDADES DOS EFEITOS SEQUÊNCIA DE EVENTOS  Estágios químico e biológico coincidem: - Ocorre para tempos de 10 -3 a 10 segundos - Formação de radicais secundários e peróxidos orgânicos - Muitas reações bioquímicas são interrompidas - Começa o reparo do DNA

60 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES PROPRIEDADES DOS EFEITOS SEQUÊNCIA DE EVENTOS  Estágio biológico: - Ocorre para tempos de minutos a anos - Completa-se a maioria das reações - Diminui a mitose das células irradiadas - São bloqueadas as reações bioquímicas - Rompimento de membrana celular.

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62 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS  Classificam-se conforme sua variação quanto: - ao tempo de manifestação - ao tipo de célula atingida - à quantidade de energia depositada

63 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO TEMPO DE MANIFESTAÇÃO:  Efeitos Imediatos: - característicos de exposições a doses elevadas (Lesões severas ou letais); - manifestam-se em, no máximo, dois meses (seres humanos) - Exemplos: eritema, síndrome aguda.

64 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO TEMPO DE MANIFESTAÇÃO:  Efeitos Tardios: - característicos de exposições a pequenas doses - manifestam-se em anos ou dezenas de anos (seres humanos) - Exemplo: câncer.

65 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO TIPO DE CÉLULA ATINGIDA:  Efeitos Somáticos: - alterações provocadas pela interação da radiação ionizante com qualquer célula do organismo, exceto as reprodutivas - manifestam-se no próprio indivíduo irradiado - Exemplos: câncer, catarata.

66 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO TIPO DE CÉLULA ATINGIDA:  Efeitos Genéticos (hereditários): - Alterações provocadas pela interação da radiação ionizante com as células reprodutivas do organismo. - Manifestam-se nos descendentes do indivíduo irradiado - Exemplos: mutações genéticas.

67 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO À QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA:  Efeitos Estocásticos: - Ocorrem com doses pequenas de radiação - Não apresentam um limiar de dose para sua ocorrência - A probabilidade de ocorrência aumenta com o aumento da dose

68 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO À QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA:  Efeitos Determinísticos (não-estocásticos): - Ocorrem com doses elevadas de radiação - Apresentam um limiar de dose para sua ocorrência - A gravidade do efeito aumenta com o aumento da dose. - Exemplos: eritema, catarata.

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76 RELAÇÃO ENTRE OS EFEITOS BIOLÓGICOS E O SURGIMENTO DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA A observação dos efeitos biológicos que começaram a surgir começaram a impor medidas de proteção ! Os efeitos observados derivados dos grandes eventos nucleares (Chernobyl, Hiroshima, etc) serviram de base para compor as normas de Proteção Radiológica que hoje existem, assim como os limites de dose !

77 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA Proteção dos indivíduos, de seus descendentes, da humanidade como um todo e do meio ambiente contra os possíveis danos provocados pelo uso da radiação ionizante.

78 FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA  Estabelecimento de princípios básicos: - Princípio da justificação - Princípio da otimização - Princípio da limitação de doses - Prevenção de Acidentes. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

79 JUSTIFICAÇÃO Qualquer técnica que faça uso da radiação ionizante tem que ser justificada em relação a outras técnicas de modo a produzir um benefício líquido positivo. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

80 JUSTIFICAÇÃO - EXEMPLOS  Emprego de material radioativo luminescente em mostradores de relógio  Uso de tomógrafo computadorizado (emissão de raios X) ou de equipamento de ressonância magnética para obter a mesma informação diagnóstica. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

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82 OTIMIZAÇÃO As exposições à radiação ionizante devem ser mantidas “tão baixas quanto razoavelmente exeqüível” (Princípio ALARA - As Low As Reasonably Achievable), levando-se em consideração fatores econômicos e sociais. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

83 OTIMIZAÇÃO - EXEMPLOS  Utilizar armário embaixo da bancada de manipulação para o armazenamento de rejeitos radioativos - desnecessário?  Acréscimo indefinido de placas de chumbo em parede de sala onde se faz uso de equipamento emissor de raios X. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

84 LIMITAÇÃO DAS DOSES Os limites de dose, tanto para trabalhadores com radiação quanto para indivíduos do público, devem ser respeitados. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

85 LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA Os limites de dose foram estabelecidos para evitar a ocorrência de efeitos determinísticos (abaixo dos limiares) e minimizar as probabilidades de ocorrência de efeitos estocásticos a níveis considerados seguros. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

86 LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA  Indústria que não faz uso da radiação ionizante: - Índices seguros: 1 morte para cada 10000 trabalhadores por ano.  Uso da radiação ionizante: - Dose cuja probabilidade de levar à morte respeite os mesmos índices - Fator adicional de segurança. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

87 PERDA DE EXPECTATIVA DE VIDA POR DIVERSAS CAUSAS (1979) (Estudo com população norte americana) PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO Redução (em dias)Causa 3500Ser solteiro 2250Fumante, sexo masculino 2100Doença cardíaca 1600Ser solteira 1300Obeso, 30 % acima do normal 1100Trabalhar em mina de carvão 980Câncer

88 PERDA DE EXPECTATIVA DE VIDA POR DIVERSAS CAUSAS (1979) (Estudo com população norte americana) PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO Redução (em dias)Causa 800Fumante, sexo feminino 520Hemorragia cerebral 207Acidentes com veículos 130Alcoolismo 95Diabetes 74Acidentes no trabalho 40Trabalhador com radiação

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90 Evolução dos Limites Anuais de Dose Equivalente PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RADIOPROTEÇÃO

91 FATORES DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA FATORES QUE SEMPRE TENHO À DISPOSIÇÃO:  Tempo - Exposição é instantânea  O mito do “rapidinho” - caso do acidente em instalação de esterilização - Quanto menor o tempo de exposição, menor a dose.

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94 FATORES QUE SEMPRE TENHO À DISPOSIÇÃO:  Blindagem - Adequada ao tipo de radiação:  Chumbo para Gama  Acrílico ou Lucite para Beta  Materiais hidrogenados para nêutrons. - A eficiência da blindagem depende da energia da radiação incidente. FATORES DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

95 Blindagem

96 FATORES QUE SEMPRE TENHO À DISPOSIÇÃO:  Distância - Fator Geométrico - Lei do inverso do quadrado da distância. - Atenuação no Ar  Muito importante para radiação alfa e beta  Não desprezível para radiação gama de baixa energia. FATORES DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

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101 www.cnen.gov.br

102 LIMITES DE DOSE

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107 Referências Bibliográficas 1. Eisber&Resnick. Fisica Quantica Ed. Campus (20a tiragem, 1979) 2. J. Sorenson, M. E. Phelps. Physics in Nuclear Medicine (2nd Ed.). W.B. Saunders Co. 3. ATTIX, F.H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. John Wiley & Sons, New York, 1986. 4. GANDHI, O.P. Biological effects and medical applications of eletromagnetic energy. Prentice Hall, New York, 1991. 5. JOHNS, H.N.; CUNNIGHAN, J.R. The physics of radiology. Charles C. Thomaz Pu-blisher, Illinois, USA, 1983. 6. EVANS, R. D. The atomic nucleus. Krieger, Malabar, FL, 1982. http://radiologia.blog.br/