Efeitos biológicos

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Efeitos biológicos
Prof. Carlos Henrique Simões de Sousa
Descrição
Estudo dos efeitos das radiações ionizantes sobre a matéria biológica e os processos relacionados
às mutações genéticas e à carcinogênese.
Propósito
Compreender os processos que envolvem as interações das radiações ionizantes com a matéria
biológica é importante para os profissionais que trabalham em áreas com campos de radiação
poderem aplicar com êxito os princípios de proteção radiológica.
Objetivos
Módulo 1
Efeitos das radiações ionizantes sobre a matéria biológica
Descrever os efeitos das radiações ionizantes sobre a matéria biológica.
Módulo 2
Efeitos das partículas no meio devido à transferência de
energia
Listar os efeitos das partículas no meio devido à transferência de energia.
Módulo 3
Processos relacionados às mutações genéticas
Reconhecer os processos relacionados às mutações genéticas.
O corpo humano é formado por moléculas de água, proteínas, lipídios, DNA, RNA, glicose,
entre outras. Essas moléculas são formadas por átomos de carbono, de hidrogênio, de
oxigênio e de nitrogênio. As radiações ionizantes são assim chamadas por terem energia
suficiente para arrancar elétrons de suas órbitas. Assim, quando um indivíduo é irradiado, os
átomos absorvem a energia da radiação disparando uma série de eventos biológicos, físicos
e químicos que podem afetar as células e disparar mutações que podem gerar lesões em
curto e longo prazo.
Neste conteúdo, você vai entender os processos físico-químicos da interação das radiações
com a água, os mecanismos de interação com o material biológico, a influência da
qualidade de radiação nessas interações e como a radiação transfere sua energia para o
material biológico, gerando aberrações cromossômicas e mutações genéticas. Aproveite a
viagem ao mundo atômico e molecular das interações das radiações com o material
biológico. Bons estudos!
Introdução
1 - Efeitos das radiações ionizantes sobre a matéria
biológica
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever os efeitos das radiações
ionizantes sobre a matéria biológica.
Estrutura da matéria
A matéria é constituída pelo arranjo de átomos de elementos químicos, e o resultado é a formação
de moléculas. Macromoléculas podem apresentar centenas ou mesmo milhares de átomos. Para
compor uma molécula, os átomos interagem de acordo com suas propriedades físicas e químicas.
Átomo
O átomo é constituído pelo núcleo onde estão os núcleons (prótons e nêutrons) e pela eletrosfera
onde se encontram os elétrons. O número de elétrons que constitui a eletrosfera é determinado
pelo número de prótons. Como você já deve saber, os prótons possuem carga elétrica positiva, e os
elétrons, cargas negativas. Para haver um equilíbrio elétrico do átomo, as cargas dos prótons
devem ser neutralizadas pelas cargas dos elétrons.
Os elétrons orbitam em torno do núcleo atômico e apresentam um movimento de rotação em torno
de si mesmo, denominado spin (do inglês, giro), que devido suas cargas negativas resultam na
geração de campos eletromagnéticos. A neutralização desses campos ocorre pelo
emparelhamento de elétrons cuja rotação seja oposta. As propriedades químicas dos átomos de
determinado elemento estão relacionadas ao número de elétrons não emparelhados presentes na
coroa eletrônica.
Saiba mais
O spin é uma propriedade intrínseca de partículas quânticas, assim como a massa ou a carga, que
não apresenta nenhuma analogia com a física clássica. Trata-se de uma grandeza vetorial, pois
apresenta módulo, direção e sentido. Na prática, é como se cada uma dessas pequenas partículas
fosse um pequeno ímã tridimensional, apresentando direções norte e sul de campo magnético de
acordo com o seu sentido de “rotação”.
Matéria biológica
Os organismos biológicos são constituídos por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O)
e nitrogênio (N), entre outros, que se combinam entre si, formando a base das moléculas
biológicas. As moléculas desempenham funções estruturais e/ou funcionais, como açúcares,
proteínas, lipídeos, enzimas e hormônios. A matéria viva é composta na sua maior parte por
moléculas de água.
Molécula de água.
Células e tecidos
Assim como o átomo é a menor parte de um elemento, a célula é a menor parte de um organismo
vivo, que ainda mantém capacidade morfológica e/ou fisiológica. São caracterizadas por
possuírem membranas lipoproteicas que delimitam a sua unidade, contêm sua dispersão para o
meio e regulam seu conteúdo vital.
O interior da célula é preenchido pelo citoplasma, formado principalmente por água e proteína. Em
seu interior, encontram-se as organelas responsáveis pelas atividades metabólicas. A célula
eucariótica é assim denominada porque possui uma membrana nuclear, onde se encontra
guardado o material genético. Veja na figura a seguir.
Anatomia de uma célula animal.
Nos organismos pluricelulares, as células desempenham funções específicas e organizam-se em
tecidos e órgãos, dando origem a sistemas que são regulados por um sistema hormonal associado
ou um sistema nervoso.
Saiba mais
As células podem variar em tamanho de 1 a 100 micrômetros. Assim, o estudo das células não
seria possível se o microscópio não tivesse sido inventado.
Metabolismo celular
As membranas possuem uma permeabilidade seletiva para regular o que penetra em seu interior. O
mecanismo que permite que partículas do meio exterior penetrem ao interior da célula pode ser
chamado de fixação metabólica e pode ocorrer de três formas:
Fagocitose
Quando uma partícula sólida é fixada pela célula.
Pinocitose
Quando uma partícula líquida é fixada pela célula.
Coloidopexia
Quando há a fixação de partículas coloidais no interior da célula.
A fixação metabólica inicia-se com a formação de pequenos vacúolos no citoplasma que envolve a
partícula fixada. Esses vacúolos são induzidos por aminoácidos, proteínas, sais e enzimas. Não é
um transporte ativo, como na osmose.
Reprodução celular
A divisão celular apresenta diversas funções importantes nos organismos, como originar um novo
indivíduo e renovar as células mortas. Tem início com a formação de uma célula por meio de sua
própria divisão (célula-mãe), formando duas outras “células-filhas”.
Assim, a divisão celular é responsável pela reprodução das células e faz parte do
ciclo da vida de uma célula.
Em células procariontes, o DNA é duplicado e o citoplasma se divide em duas partes, cada qual
com uma cópia do DNA. Nas células eucariontes, a divisão acontece pelos processos de mitose ou
meiose. Veja a seguir.
As fases da divisão mitótica. A intérfase é o intervalo entre duas divisões celulares.
Mitose
A mitose ou a bipartição é identificada por quatro fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase.
Embora o DNA seja duplicado antes de a mitose começar, os cromossomos só aparecem
duplicados na metade da prófase. Na metáfase, há o alinhamento dos cromossomos a um plano
e o acoplamento às fibras do fuso acromático, estruturas temporárias do citoesqueleto das
células eucariotas, constituídas por microtúbulos. Em seguida, são separadas e migram para os
polos da célula durante a fase anáfase. Já ao final da telófase, a célula divide-se em duas, cada
qual contendo cópia do material genético original da célula-mãe.
Fases da divisão meiótica.
Meiose
A meiose é o mecanismo mais comum de reprodução dos organismos unicelulares eucariontes.
Ocorre em células sexuais, onde a célula-mãe diploide (2n) sofre duas divisões e forma, ao final,
quatro células-filhas haploides (n), cada uma com a metade dos cromossomos da célula-mãe.
A meiose sempre origina células haploides e é responsável pela produção dos gametas em
animais e dos esporos nas plantas.
Interação das radiações com a matéria
A interação das radiações ionizantes com a matéria acontece em nível atômico. Fisicamente, as
radiações podem interagir com os materiais, provocando excitação atômica ou molecular,
ionização ou ativação do núcleo. Veja a seguir.
Excitação atômica ou molecular
É a interaçãode elétrons deslocados de seus orbitais que ao retornarem ao equilíbrio emitem a
energia excedente sob a forma de luz ou raios X característicos.
Ionização
É a interação de elétrons removidos pela radiação de seus orbitais, resultando em elétrons livres de
alta energia, íons positivos ou radicais livres quando ocorrem quebra de ligações químicas.
Ativação do núcleo
É a interação de radiações com energias superiores às energias de ligação dos núcleons,
provocando reações nucleares e resultando em um núcleo residual e na emissão de radiação.
A radiação de frenamento ou bremsstrahlung é o resultado da desaceleração de partículas
carregadas, como alfa, beta e elétrons, interagindo com o material e convertendo parte de sua
energia de movimento em radiação eletromagnética (raios X de frenamento). A probabilidade desse
tipo de interação é maior onde elétrons interagem com átomos de número atômico elevado.
O poder de penetração dos raios X e raios gama é maior do que o de partículas carregadas, e a
probabilidade de interação é dependente do valor da energia. Essa característica é diretamente
proporcional à probabilidade de interação (seção de choque) para cada tipo de evento. Assim, as
radiações ionizantes de maior interesse são as radiações X e gama, devido ao seu caráter
ondulatório, à ausência de carga e massa de repouso e ao seu poder de penetração nos materiais,
que é muito grande, podendo penetrar grandes espessuras até a primeira interação.
Os principais modos de interação, excluindo as reações nucleares são o efeito fotoelétrico, o
espalhamento Compton e a produção de pares. Veja nas imagens a seguir.
No efeito fotoelétrico, a radiação cede toda sua energia para o elétron.
No efeito Compton, a radiação cede parte de sua energia para o elétron.
Fótons com energia ≥ 1,02 MeV dão origem a um par elétron-pósitron.
Saiba mais
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez por Alexander Edmond Becquerel em 1839,
mas descrito pela primeira vez por Albert Einstein, para explicar a transferência de energia da luz
para um elétron. Observou-se que a intensidade da luz induzia mudanças na energia cinética dos
elétrons que seriam emitidos do metal.
Radiações ionizantes
As radiações ionizantes podem ser classificadas em radiações diretamente ionizantes ou radiações
indiretamente ionizantes, veja um pouco mais sobre elas a seguir.
As radiações carregadas, como elétrons, partículas α e fragmentos de fissão, transferem
suas energias para a matéria, principalmente, por meio de seu campo elétrico e para muitos
átomos ao mesmo tempo, sendo denominadas radiações diretamente ionizantes.
As radiações que não possuem carga, como nêutrons, gama e raios X interagem
individualmente, transferindo suas energias para elétrons que irão provocar novas
ionizações e são denominadas radiações indiretamente ionizantes.
A interação é uma característica das radiações indiretamente ionizantes, pois existem
alterações aleatórias das energias envolvidas nos processos ou das suas direções; por isso,
só é possível falar na probabilidade de ocorrência dessas interações.
Efeitos biológicos das radiações ionizantes
Os efeitos biológicos das radiações estão relacionados à capacidade das radiações ionizarem
átomos da matéria com a qual interagem, seja direta ou indiretamente. A interação de uma
radiação com uma molécula primordial, seja proteína, água ou DNA, pode acarretar consequências
à célula, pois estas dependem do funcionamento correto de muitas moléculas.
Na irradiação de um ser vivo, parte da energia incidente é absorvida pelos
átomos, dando início aos efeitos físicos das radiações, os quais se traduzem
em ionização ou em excitação desses átomos. O tempo de duração desse
efeito é muito curto na ordem de 10-15 de segundo.
A consequência de um efeito físico, a passagem da radiação é a ocorrência de um efeito físico-
Radiações diretamente ionizantes 
Radiações indiretamente ionizantes 
químico, a partir do qual são produzidos pares de íons responsáveis por produzir radicais livres e
quebras de ligações químicas. O efeito físico-químico produz o efeito bioquímico, onde os radicais
livres e íons passam a se ligar a outras moléculas, como proteínas, enzimas, DNA, RNA, entre
outras.
Radiólise da água
Todos os efeitos relacionados anteriormente podem e vão gerar efeitos biológicos que podem
acarretar alterações morfológicas e/ou funcionais nas células. Os mecanismos de interação da
radiação com a célula podem ser de dois tipos, veja:
Direto
Em que a radiação interage diretamente com alguma molécula.
Indireto
Em que a radiação interage com uma molécula da água formando radicais livres que afetarão
moléculas importantes.
Como as células são constituídas por 80% de água, o efeito indireto é predominante, veja a seguir.
A modificação estrutural na molécula da água promovida pela radiação é denominada radiólise.
Trata-se de um importante processo que ocorre na interação das radiações ionizantes com os
tecidos do corpo humano.

Principais espécies formadas na radiólise da água.
Comentário
O asterístico nas notações químicas, por exemplo H2O*, informa que a molécula está ativada ou
excitada, ou seja, possui energia excedente que pode gerar sua quebra e gerar radicais livres.
A interação das radiações com a água resulta em H2O+ e e-, onde o íon positivo é H2O+ e o íon
negativo e-. O íon positivo pode se dissociar formando o radical hidroxil $$${\mathrm
H}_{2\;}+\mathrm{OH}^.$$$. O íon negativo (elétron) associa-se a uma molécula neutra de água,
dissociando-a e formando o radical hidrogênio, como $$$\mathrm H^.+\mathrm{OH}^-$$$. O íon
hidrogênio é muito reativo e se recombina rapidamente em soluções aquosas formando o íon
hidrônio (H3O+). Os elétrons livres podem polarizar moléculas de água, formando elétrons-
hidratados, de vida relativamente longa.
Na presença de oxigênio, o H2O2 (peróxido de hidrogênio) aumenta devido à formação de radical
$$${\mathrm{HO}}_2^.$$$ (hidroperóxido), com poder de difusão muito grande, podendo alcançar
grandes distâncias, ao contrário dos radicais livres, que se recombinam rapidamente,
permanecendo praticamente no local onde foram produzidos.
Algumas enzimas, como a catalase e a peroxidase são capazes de
neutralizar os radicais peróxidos, a superóxido dismutase e os radicais
superóxidos formados pela radiação. Algumas vitaminas como a “C” e a “E”
também possuem o poder de neutralizar radicais livres.
A neutralização dos íons e dos radicais livres pelas células é importante para frear o efeito químico,
que, nessas circunstâncias, não evoluirá para um efeito biológico. A eficiência dessa defesa celular
depende da dose de radiação recebida pelo indivíduo. Uma dose de radiação alta acarretará muitos
radicais livres, sobrecarregando os mecanismos de defesa celular, fazendo com que a célula não
i t li t d f õ O lt d d é ó i t l d
consiga neutralizar todas as novas formações. O resultado desse processo é, após um intervalo de
tempo, o surgimento de lesões celulares ou orgânicas.
Estágios do desenvolvimento de uma radiolesão
Neste vídeo, o especialista irá explicar as fases de desenvolvimento: físico, químico e biológico,
seguindo os caminhos do efeito direto e indireto e ainda no processo de morte celular ou câncer.
Vem que eu te explico !
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
Reprodução celular
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
Radiólise da água


Todos
Módulo 1 - Video
Estágios do desenvolvimento de uma radiolesão
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
 Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 
Questão 1
Quando a radiação ionizante interage com a matéria, transfere energia para os átomos que formam
as moléculas, ou seja, para os elétrons ou nucleons. Fisicamente, como as radiações ionizantes
podem criar radicais livres?
A Produzindo quebras das ligações químicas.
B Produzindo elementosquímicos artificiais.
C Produzindo ligações entre átomos.
D Produzindo radiação de frenamento.
E Produzindo radiações X e gama.
Parabéns! A alternativa A está correta.
A interação das radiações pode provocar ionização, removendo elétrons de seus orbitais, o que
resulta em elétrons livres de alta energia, íons positivos ou radicais livres quando ocorre quebra
de ligações químicas.
Questão 2
Após a irradiação de um ser vivo, qual a sequência de eventos correta?
A Biológico → físico-químico → bioquímico → químico
B Biológico → bioquímico → físico-químico → físico
C Biológico → bioquímico → biofísico → químico
D Físico → biofísico → bioquímico → químico
E Físico → físico-químico → bioquímico → biológico
Parabéns! A alternativa E está correta.
Na irradiação do material biológico, a energia é absorvida pelos átomos, dando início às fases
pós-interação. Como consequência, há um efeito físico-químico, com a produção de pares de
2 - Os efeitos das partículas no meio devido à
transferência de energia
Ao �nal deste módulo, você será capaz de listar os efeitos das partículas no meio
devido à transferência de energia.
Efeitos biológicos das radiações
íons, produção de radicais livres e quebras de ligações químicas. O efeito físico-químico produz o
efeito bioquímico, no qual os radicais livres e íons passam a se ligar a outras moléculas. Todos os
efeitos relacionados anteriormente podem e vão gerar efeitos biológicos que podem provocar
alterações celulares.

As radiações ionizantes de maior interesse são as radiações X e gama, devido ao seu caráter
ondulatório, à ausência de carga e massa de repouso e ao poder de penetração. Este último
depende da energia do fóton e da probabilidade (ou seção de choque) de interação que pode ser
absorvida ou espalhada.
Natureza dos efeitos biológicos
Os efeitos biológicos da radiação podem ser classificados como reações teciduais ou efeitos
determinísticos e efeitos estocásticos. Veja a seguir.
Esses efeitos são resultantes de doses altas e ocorrem acima de um limiar de dose, cujo
valor depende do tipo de radiação e do tecido irradiado. Essas doses altas podem causar a
morte das células.
Dependendo da quantidade de células mortas durante a exposição, o tecido pode ter sua
função prejudicada. Logo, nesse caso, a dose é diretamente proporcional ao efeito, ou seja,
quanto mais alta a dose, mais grave será o efeito.
Esses efeitos são modificações celulares que decorrem de exposições crônicas. As
principais consequências são o câncer e o efeito hereditário. Esse tipo de efeito independe
da dose recebida pelo indivíduo e pode ser induzido até por radiações de origem natural.
Seus efeitos são tardios e insidiosos, e a gravidade depende da probabilidade de ocorrência.
Células sexuais atingidas podem repassar informações erradas a suas dependentes na
duplicação, iniciando um possível câncer nos filhos do indivíduo.
Efeitos biológicos radioinduzidos
Os efeitos biológicos induzidos na matéria biológica tiveram início com as observações de
experiências com cobaias e dos efeitos das radiações causados em pessoas expostas a feixes de
raios X, radionuclídeos e vítimas das bombas de Hiroshima e Nagasaki.
Efeitos determinísticos 
Efeitos estocásticos 
Essas observações só foram possíveis devido às altas doses aplicadas nos
organismos vivos estudados e, neste caso, poderiam ser correlacionados a
procedimentos radioterápicos. No entanto, para doses altas de radiação, as
avaliações foram prejudicadas pela ocorrência de muitos outros efeitos,
como os provocados por agentes físicos, químicos ou ambientais.
Assim, foi desenvolvido um modelo conservativo que correlaciona linearmente a dose ao efeito,
baseando-se em uma extrapolação para as doses muito baixas. Na figura, pode ser observada a
extrapolação linear para a correlação dose-efeito biológico, o aumento da probabilidade da
ocorrência de efeitos em doses baixas e a existência de limiares ou de fatores de redução da
incidência dos efeitos.
Modelo de extrapolação linear para a correlação entre dose-efeito biológico.
A inespecificidade dos efeitos biológicos da radiação, que não são exclusivos das radiações,
dificulta o diagnóstico, pois os mesmos efeitos podem ser produzidos por agentes físicos ou
químicos. Todavia, se houver uma anamnese e o surgimento de um ou mais efeitos, o diagnóstico
ficará mais evidente. Veja alguns exemplos a seguir.
Queda de cabelo
Um indivíduo que se submete a uma radioterapia pode ter queda de cabelo, que é um efeito
também causado por outros agentes.
Queimaduras na pele
A radiação pode produzir queimaduras na pele, no entanto, não é só a radiação que queima.
Região de Baixas Doses
Catarata
A radiação pode causar catarata, porém outros agentes podem causar a opacidade da lente natural
do olho.
Tipos de exposição
As consequências geradas pela exposição do organismo biológico ou parte de uma lesão são
dependentes da forma de exposição. As exposições podem ser por dose única, fracionadas ou
periódicas. Veja a seguir.
Dose única
Podem resultar de exames radiológicos.
Fracionadas
Geralmente, por tratamentos radioterápicos.
Periódicas
Resultam de certas rotinas de trabalho em instalações nucleares.
A forma como a mesma quantidade de radiação é entregue ao indivíduo pode gerar resultados
diferentes. Veja alguns exemplos, a seguir.
Protocolos mal desenvolvidos
Protocolos de tomografia computadorizada mal desenvolvidos, onde as doses entregues são
maiores que as preconizadas, podem levar a efeitos tardios, como alterações no DNA.
Paciente sob tratamentos radioterápicos
As doses administradas em pacientes submetidos a tratamentos radioterápicos devem ser
fracionadas, pois a probabilidade de danos letais ao indivíduo é muito grande.
Radiação cósmica
Os pilotos de avião são, cronicamente, expostos à radiação cósmica, que produzem efeitos de
difícil identificação.
Formas de exposição
A exposição de um indivíduo pode ocorrer de três formas: exposição de corpo inteiro, parcial ou
colimada. Essas exposições podem ser correlacionadas a profissões e eventos. Veja alguns
exemplos a seguir.
Pro�ssionais que operam geradores de radiação
Os profissionais que operam geradores de radiação ionizante podem receber exposições de corpo
inteiro devido à rotina de trabalho. Porém, em caso de acidentes, esse operador pode ter apenas
partes do corpo expostas.
Pro�ssionais da medicina nuclear
A manipulação de radionuclídeos por técnicos que trabalham em serviços de medicina nuclear leva
a exposições de corpo inteiro, devido ao contato com o paciente e à exposições maiores e parciais
quando do fracionamento dos radiofármacos que serão administrados nos pacientes.
Pro�ssionais da radioterapia
A radioterapia aplicada em um paciente é colimada para que o feixe atinja somente a lesão. No
entanto, se entrar na sala durante a irradiação de um tumor, o funcionário irá receber uma irradiação
de corpo inteiro.
Efeitos orgânicos das radiações
A quantidade ou a frequência de efeitos biológicos produzidos pela radiação pode desequilibrar o
funcionamento do organismo humano pela incapacidade das células em reparar os danos
causados pelas interações. O intervalo de tempo decorrido entre a exposição e o surgimento dos
efeitos é chamado de tempo de latência e é diretamente proporcional à dose recebida.
Exemplo
Queimaduras - as queimaduras originárias de manipulação de fontes de 192Ir, em acidente com
irradiadores de gamagrafia, aparecem horas após.
Redução de tecido - os efeitos orgânicos, como a redução de tecido, ou possível perda dos dedos,
podem levar até seis meses para acontecer.
Leucemia - as vítimas sobreviventes das bombas de Hiroshima e Nagasaki desenvolveram
leucemia, com pico de casos cinco anos após as explosões.
O processo de ionização pode quebrar as ligações químicas e, consequentemente, criar mudanças
nas moléculas. Se as moléculas de uma célula forem alteradas, pode haver ocorrências diretas ou
indiretas, devido à produçãode radicais livres, íons e elétrons. As alterações podem não ser nocivas
ao organismo humano, porém se a molécula alterada possuir uma função importante no
funcionamento da célula, pode haver modificação na função dos seus descendentes ou até mesmo
a morte celular.
É comum e normal o processo de morte e reposição celular, mas se a mudança
tem caráter deletério, isso signi�ca dano.
Embora as radiações induzam danos e até a morte de organismos humanos, seu uso calculado e
otimizado pode ser usado para o benefício de organismos humanos. Tumores profundos que não
podem ser removidos cirurgicamente podem ser tratados com radioterapia, além disso pesquisas
diagnósticas e tratamentos metabólicos podem usar radionuclídeos. Assim, o uso da radiação
possui também um lado positivo e benéfico.
E�ciência Biológica Relativa (RBE)
A eficiência biológica relativa (RBE) é definida como a proporção das doses exigidas por duas
radiações para causar o mesmo nível de efeito. Assim, o RBE depende da dose e do desfecho
biológico.
A qualidade da radiação é uma importante variável para a determinação da
sensibilidade dos sistemas biológicos e pode ser utilizada para
quantificação da Eficiência Biológica Relativa (RBE).
Dessa forma, para um dado tipo de radiação “A” e, supondo constantes todas as variáveis físicas e
biológicas, exceto o tipo de radiação, a RBE é definida pela relação adimensional:
$$$RBE=\frac{DOSE_{Ref}}{DOSE_{Radiação\;A}}$$$
Onde:
$$$DOSE_{Ref}$$$ é a dose da radiação de referência necessária para produzir um específico
nível de resposta.
$$$DOSE_{Radiação\;A}$$$ é a dose da radiação “A” necessária para produzir igual resposta.
Cabe ressaltar, que a radiação de referência nem sempre é bem estabelecida, sendo muitas vezes
utilizada em experimentos a radiação X filtrada de 250 kVp de energia. Assim, a relação
apresentada na equação parece ser definitiva, porém o problema está em definir o significado de
“um nível específico de resposta”. Para superar possíveis indeterminações, utiliza-se a razão entre
as inclinações das partes que podem ser consideradas lineares, das curvas de dose x efeito, para
as radiações em estudo A e de referência. Essa razão, presumivelmente, poderá representar o valor
máximo de RBE, ou seja, a $$${\text{RBE}}_{\mathrm{Máximo}}$$$.
A RBE para uma determinada radiação depende da Transferência Linear de Energia (LET), da dose,
da taxa de dose, do fracionamento da dose e até da idade do indivíduo, sendo reprodutível apenas
para determinado sistema biológico, tipo de radiação e conjunto de circunstâncias experimentais,
pois as características e a fisiologia do material biológico, as condições ambientais e o
metabolismo celular são individuais, além dos efeitos e das respostas para cada aplicação.
Comentário
Para propósitos de proteção radiológica, a RBE é considerada uma função da qualidade da
radiação, expressa em termos da Transferência Linear de Energia (LET).
Transferência linear de energia (LET)
No processo de deposição de energia via radiação ionizante, a grandeza medida é a dose
absorvida, que recebe a unidade Joule/quilograma (J/kg), também denominada pelo nome especial
“Gray” (Gy). Para a radioproteção, a quantidade de energia depositada é importante, porém tecidos
e órgãos com fatores de peso diferentes e os vários tipos de radiação também são, pois suas
características apresentam diferentes formas de deposição de energia, uma vez que a
radiossensibilidade depende da maturidade celular.
A transferência linear de energia (LET) expressa o efeito da partícula no
meio, que normalmente é o tecido humano. No caso de partículas
carregadas, como o elétron, há a interação deste com a eletrosfera de vários
átomos, simultaneamente, e, devido aos campos elétricos das duas
partículas, acontece a repulsão de ambas sem que se toquem.
Como a matéria é formada por muitos átomos e elétrons, uma grande quantidade de colisões
ocorrerá, havendo transferência de certa quantidade de energia média (dE) entre um ponto A de
referência e um ponto B final (dx), criando uma relação entre dE e dx.
 
 $$$LET=\frac{energia\;média\;cedida\;para
 
Na definição do dE/dx, a partir da perda média de energia no espaço percorrido, existe ainda uma
dificuldade não explicitada, que é como acompanhar o elétron incidente, pois depois da primeira
colisão podem surgir dois elétrons com energias muito próximas, cada um gerando uma sequência
semelhante de colisões dentro do material. Depois de cada interação, o valor da partícula é
diferente e não fixo, tornando a relação imprecisa, o que faz o LET ser constituído por um valor
médio obtido de um espectro largo de valores, veja na figura a seguir.
É importante ressaltar que o termo “linear” se refere a uma estimativa
matemática e não à trajetória da partícula. A separação de radiações de
baixo e alto LET é muito arbitrária, embora de utilidade prática.
Visualização do processo de transferência de energia em função da distância.
Radiações de baixo LET
Depois da primeira interação da radiação com a matéria, surgem elétrons por efeito fotoelétrico, por
espalhamento Compton ou por formação de pares, por isso os raios X e γ são também
denominados de indiretamente ionizantes e assim como β+ e β- são classificadas como radiações
de baixo LET.
Essas radiações só são percebidas depois da primeira ionização, se houver, pois
liberam elétrons. Caso contrário, atravessam o material sem interagir com ele.
Indução de câncer pelas radiações de baixo LET
As doses e as taxas de doses na proteção radiológica, usualmente, apresentam valores baixos, na
ordem de 10-3 Gy, dificultando o estabelecimento da forma da curva dose-resposta ou a
determinação de um limiar de dose, pois a maioria dos dados sobre carcinogênese radioinduzida
foi obtida a partir de doses acima de 0,1 Gy, apresentando altas taxas de doses.
A fórmula matemática mais utilizada para determinar a curva é a “linear-quadrática”, pois para
doses baixas o efeito responde linearmente e para doses altas o efeito aumenta com o quadrado
da dose.
E=αD+βD2
Assim, para valores de dose muito baixos, a probabilidade de incidência de câncer seja
proporcional à dose absorvida, uma vez que não há evidências inequívocas. Para doses elevadas, a
partir de estudos com as vítimas de acidentes radiológicos e nucleares, a maior probabilidade de
incidência de câncer aumenta com o quadrado da dose e para doses muito elevadas, diminui,
devido aos efeitos determinísticos causados pela alta taxa de morte celular.
Radiações de alto LET
As radiações diretamente ionizantes, como radiação alfa, íons pesados, fragmentos de fissão e
nêutrons, possuem um alto poder de ionização e cedem muita energia para o meio e por isso são
classificadas como radiações de alto LET.
Essas radiações, devido às suas cargas e massa, induzem os maiores
efeitos biológicos, uma vez que interagem diretamente com os átomos que
formam a primeira camada penetrada da matéria. Desta forma, a
probabilidade de indução de câncer em função da dose recebida é linear, ou
seja, quanto maior a dose, maior o dano.
A indução de câncer pelas radiações de alto LET é proporcionalmente mais danosa por unidade de
dose do que as de baixo LET, não importando o fracionamento da dose, pois o efeito será o mesmo
ou até mesmo maior.
Conceitos de LET e RBE e processos de mutações
celulares
Neste vídeo, o especialista irá descrever os conceitos de LET e RBE e os processos relacionados às
mutações celulares.
Vem que eu te explico !
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 2 - Vem que eu te explico!

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Efeitos biológicos radioinduzidos
Módulo 2 - Vem que eu te explico!
Os efeitos orgânicos das radiações
Todos
Módulo 1 - Video
Estágios do desenvolvimento de uma radiolesão
Módulo 2 - Video
C i d LET RBE d õ l l
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos? Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 
Questão 1
A RBE para uma determinada radiação depende:
A Das mutações, das aberrações e das mortes celulares.
B Das interações com o ar antes de interagir com o tecido biológico.
C
Do LET, da dose, da taxa de dose, do fracionamento da dose e até da idade do
indivíduo.
D Da radiação de frenamento.
E Do alto LET, da baixa taxa de dose, do gênero do indivíduo.
Parabéns! A alternativa C está correta.
A RBE para uma determinada radiação depende de vários fatores, incluindo o tipo de radiação e,
consequentemente, seu LET, a dose que o organismo recebeu, a taxa de dose da fonte e o seu
fracionamento, e de outros fatores que não dependem da fonte propriamente dita, como a idade
do indivíduo. A RBE é reprodutível apenas para um sistema biológico específico e o conjunto de
circunstâncias experimentais. Precisamos reforçar que a fisiologia e o metabolismo celular são
individuais, bem como as condições ambientais são variantes.
Questão 2
Qual o conceito de Transferência Linear de Energia (LET)?
A É a expressão do efeito da partícula no tecido humano.
B É a expressão da sensibilidade do tecido humano às radiações.
C É a expressão das características da partícula incidente na matéria biológica.
3 - Processos relacionados às mutações genéticas
D É a expressão linear da trajetória da partícula.
E É a expressão da massa da partícula.
Parabéns! A alternativa A está correta.
A transferência Linear de Energia (LET) expressa o comportamento da radiação no meio com o
qual interage, ou seja, sua interação no tecido humano. É importante ressaltar que o termo “linear”
se refere a uma estimativa matemática e não à trajetória da partícula.

Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos relacionados às
mutações genéticas.
Aberrações cromossômicas e os processos
relacionados às mutações
A estrutura do ácido desoxirribonucleico (DNA)
As informações genéticas dos seres vivos estão gravadas na molécula de ácido nucléico, chamada
de DNA — Ácido desoxirribonucleico. Em 1953, Watson e Crick descreveram um modelo para a
molécula de DNA que é utilizado até hoje. É formada por nucleotídeos e tem forma de uma escada
em caracol, em que as bases nitrogenadas formam os degraus, e as cadeias de açúcar e fosfato
formam os corrimãos.
Os nucleotídeos são compostos por um carboidrato de cinco carbonos (pentose), uma base
nitrogenada e um ou mais grupos fosfatos, que fornecem às moléculas sua característica ácida,
devido à carga negativa. As bases nitrogenadas podem ser compostas por um ou dois anéis, com
átomos de nitrogênio e estão classificadas em dois grupos:
Pirimidinas
As pirimidinas possuem apenas um anel de seis átomos, sendo ele composto de carbono e
nitrogênio.
A uracila, a timina e a citosina são pirimidinas encontradas no DNA.
Purinas
As purinas possuem dois anéis, sendo de seis átomos fusionados a um anel com cinco átomos.
A guanina e a adenina são purinas encontradas no DNA.
Duas fitas separadas constituídas por vários nucleotídeos se unem devido às ligações entre as
bases pirimidinas e purinas, formando a dupla hélice do DNA. A união só ocorre entre bases
complementares, ou seja, a adenina se pareia com a timina e a guanina com a citosina. Como as
bases se complementam para a formação da dupla hélice, uma fita sempre faz a complementação
da outra. Veja o exemplo a seguir.
Cromossomos
A molécula de DNA quando pronta é longa, linear e complexa, e, quando associada a proteínas,
denomina-se cromossomo. As proteínas auxiliam na formação compacta dos cromossomos e no
controle das atividades dos genes contidos no DNA.
O conjunto de cromossomos em uma célula é chamado de cariótipo. As células normais dos seres
humanos podem apresentar 23 cromossomos nas células germinativas ou 46 nas células
somáticas. Os cariótipos podem ser descritos como 46, XX ou 46, XY, em que o primeiro é o
número de cromossomos é após a vírgula há a indicação sexual do indivíduo.
Saiba mais
As mulheres e os homens possuem em suas células reprodutivas o mesmo número de
cromossomos, porém o cariótipo masculino possui um par de cromossomos XY e o cariótipo da
mulher um par de cromossomos XX. Esses cromossomos são os responsáveis pelo sexo do
embrião.
Morfologia dos cromossomos
Os cromossomos apresentam em sua morfologia uma região de estrangulamento denominada
centrômero, que, dependendo de sua posição, pode classificar os cromossomos como
metacêntrico, submetacêntrico, acrocêntrico ou telocêntrico. Nas extremidades dos cromossomos,
existem fileiras repetitivas de DNA denominadas telômeros, que têm função de proteção contra
danos durante a replicação.
Esquema do posicionamento dos centrômeros e telômeros nos cromossomos.
Vamos entender agora as diferenças nas classificações dos centrômeros:
Metacêntrico
O centrômero está localizado no meio do cromossomo, ou seja, dividindo o cromossomo em duas
partes aproximadamente iguais, dando ao cromossomo um formato de “X”.
Submetacêntrico
O centrômero fica um pouco afastado do meio e os braços possuem tamanho desigual, ou seja, um
braço menor que o outro.
Acrocêntrico
O centrômero fica próximo a uma das extremidades, mas não totalmente nela e um braço fica bem
maior que o outro.
Telocêntrico
O centrômero fica na região terminal do cromossomo, em sua extremidade, dando aspecto de pinça
ao cromossomo, ou seja, sua aparência é de apenas um braço.
Estrutura dos cromossomos
Veja, a seguir, a estrutura de um cromossomo, que inclui o nucleossomo, a fibra cromossômica, o
centrômero e os braços cromossômicos.
Representação da estrutura cromossomial.
Nucleossomo
A estrutura básica dos cromossomos apresenta uma molécula de DNA com porções enroladas
em grãos formados por oito moléculas de uma proteína denominada histona. Cada grão de
histona com DNA enrolado recebe o nome de nucleossomo.
Fibra cromossômica
Quando próximos uns dos outros, os nucleossomos formam uma espécie de mola, chamada de
fibra cromossômica. Essa fibra associa-se a proteínas estruturais que garantem a sustentação,
formando o cromonema, levando à formação do cromossomo.
Centrômero
O centrômero é o local onde os microtúbulos se fixam no momento da divisão celular.
Braços comossômicos
A divisão celular divide os cromossomos em duas partes, denominadas braços cromossômicos.
Na divisão celular, ocorre a duplicação dos cromossomos, onde uma parte permanece conectada
à outra, pela proteína coesina. A duplicata é chamada de cromátides-irmãs e continua conectada
ao cromossomo até a anáfase.
Cariótipo
Como vimos, o cariótipo da espécie humana possui 46 cromossomos, sendo caracterizado pelos
cromossomos sexuais XX ou XY, para diferenciar o sexo feminino do masculino, respectivamente.
Qualquer modificação do número ou estrutura dos cromossomos é chamada mutação genética ou
aberração cromossômica. Essas modificações podem ser classificadas como mutações
numéricas, em que o número de cromossomos foi alterado; ou mutações estruturais, em que a
forma ou o tamanho dos cromossomos foi alterado.
Algumas alterações genéticas ocorrem por desordem no número de
cromossomos e outras são causadas por falhas estruturais nas sequências
do DNA. Essas alterações são chamadas de anomalias cromossômicas.
Exemplo
Síndrome de Klinefelter – cariótipo 47, na formação XXY.
Síndrome de Turner – cariótipo 45, na formação apenas X.
Síndrome do triplo X ou superfêmea – cariótipo 47, na formação XXX.
Síndrome do duplo Y ou supermacho – cariótipo 47, na formação XYY.
Síndrome de Down ou trissomia do par 21 – um cromossomo extra no par 21.
Mutações genéticas
As mutações numéricas podem ser aneuploidias ou euploidias. Veja!
Aneuploidias
Há o aumento ou a diminuição de um ou mais cromossomos.
Euploidias
Há o aumento ou a perda de lotes cromossômicos completos.
A exposição do ser humano a substâncias como drogas, agentes químicos, agentes biológicos,
fatores genéticos e radiação ionizante pode desencadear aberrações cromossômicas.Dessa forma, já podemos supor que a carcinogênese ou a oncogênese pode
ter uma origem endógena, quando o dano genético é gerado pela
incapacidade do organismo em reparar os erros do processo de mutação; ou
exógena, quando o fator desencadeante é proveniente de uma exposição a
substâncias ou efeitos físicos externos ao organismo.
Vamos lembrar que as células dos animais são formadas por membrana celular, citoplasma e
núcleo, onde estão os cromossomos, que são compostos por genes. Os genes são os responsáveis
pelas instruções de organização, forma e atividade celular. Neles, estão as informações genéticas
impressas na molécula de DNA ou ácido desoxirribonucleico. Veja na figura a seguir.
Molécula do ácido desoxirribonucleico (DNA).
Carcinogênese
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No processo de carcinogênese, pode-se levar muito tempo para que uma célula doente se
multiplique e dê origem a uma lesão. A carcinogênese é determinada pela frequência e pelo tempo
de exposição aos agentes desencadeantes, considerando as individualidades dos organismos
biológicos. Esse processo é composto por três estágios, os quais veremos a seguir.
No estágio de iniciação, os agentes cancerígenos atacam os genes podendo provocar
modificações estruturais. Neste estágio, as células já possuem alterações genéticas, ainda
que iniciais e imperceptíveis. Nesta fase, ainda é difícil a detecção de tumores, no entanto,
as células estão prontas, ou seja, encontram-se "iniciadas" para a ação de um segundo
grupo de agentes que atuará no próximo estágio.
Após a iniciação, as células, agora no estágio de promoção, sofrem novos ataques de
agentes cancerígenos, denominados de oncopromotores. A ação longa e contínua com os
agentes oncopromotores faz com que as células passem por uma transformação lenta e
gradual, transformando-as em células malignas. A interrupção da ação dos agentes
oncopromotores pode interromper o processo de desenvolvimento de cânceres, como parar
de ingerir certos alimentos e diminuir a exposição excessiva e prolongada a hormônios.
Estágio de iniciação 
Estágio de promoção 
O estágio de progressão é caracterizado principalmente por sua irreversibilidade. Neste
estágio há uma multiplicação descontrolada das células malignas com a instalação de
cânceres e o surgimento dos primeiros sintomas clínicos da doença. Os dois primeiros
estágios são promovidos por agentes cancerígenos também denominados de
oncoaceleradores ou carcinógenos. A luta diária contra o tabagismo se justifica devido ao
fumo ser um agente carcinógeno completo, atuando ativamente nos três processos.
Carcinogênese radioinduzida
Como já falado anteriormente, as radiações eletromagnéticas X e γ possuem baixo LET e percorrem
uma distância maior no meio, enquanto as partículas α e β, prótons, nêutrons e os íons possuem
alto LET e percorrem uma distância menor se comparadas as de baixo LET de mesma energia.
Se, na transferência de energia para o meio houver absorção pelo material biológico, pode haver
interação com átomos do DNA celular, ionizando-os ou excitando-os, iniciando eventos em cadeia
que podem resultar em mudanças biológicas.
Os efeitos podem ser indiretos, como quebra de ligações químicas e
Estágio de progressão 
formação de radicais livres, que procurarão a estabilidade se anexando a
outras moléculas. Esse processo leva a molécula à sua forma original ou
pode se religar e criar outras moléculas com funcionalidade diferente da
essencial.
A maior probabilidade de interação da radiação com o organismo biológico é com as moléculas de
água intracelular, pois 80% da célula é composta de água. Essas interações criam espécies reativas
de oxigênio (ROS) que possuem elétrons não pareados na camada mais externa do átomo, que, em
condições fisiológicas normais, estão em equilíbrio e são eliminadas pelo sistema oxidante do
próprio organismo, evitando o estresse oxidativo.
O DNA, normalmente, sofre danos, sejam de origens química, física ou biológica. Por esse motivo, o
organismo desenvolveu estratégias de reparação. Os ROS, quando reagem com o DNA, podem
provocar danos oxidativos que podem levar à formação de quebras simples ou duplas das fitas de
DNA. Veja a imagem a seguir.
Quebras simples e duplas da fita induzidas pela radiação ionizante.
Processos de reparos errados podem originar mutações que resultem morte ou aberrações
cromossômicas como os DNA ou anéis dicêntricos, que são estruturas cromossomiais em que o
cromossomo adquire dois centrômeros. Isso corre quando braços de dois cromossomos são
quebrados, mas seus centrômeros permanecem intactos. As pontas quebradas podem se unir
gerando um novo cromossomo, com dois centrômeros. Essas aberrações podem gerar
consequências em longo prazo ao organismo biológico. Veja a imagem a seguir.
Quebra estrutural do cromossomo
As mutações ocorridas em células somáticas ou germinativas podem ser pontuais ou numéricas.
Veja a seguir.
Pontuais
Quando alteram a sequência de bases do DNA, as estruturas cromossomiais, havendo quebra nos
cromossomos.
Numéricas
Quando há o aumento ou a diminuição no número de cromossomos.
As mutações das moléculas de DNA mantêm sua capacidade reprodutiva, podendo gerar lesões
neoplásicas. O sistema imunológico do organismo biológico ao detectar essas células diferentes
pode eliminá-las ou bloqueá-las, porém elas podem se adaptar e se reproduzir gerando tumores
cancerígenos. Veja a seguir.
Quadro: Aberrações cromossomiais que podem ser induzidas pela radiação ionizante.
Aberrações cromossômicas
Neste vídeo, o especialista irá explicar os tipos de alterações nos cromossomos.
Vem que eu te explico !
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Os cromossomos
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Morfologia dos cromossomos
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Mutações genéticas


Todos
Módulo 1 - Video
Estágios do desenvolvimento de uma radiolesão
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
 Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 
Questão 1
As pirimidinas são bases nitrogenadas que possuem apenas um anel de seis átomos, sendo ele
composto de:
A Carbono e nitrogênio
B Oxigênio e hidrogênio
C Argônio e oxigênio
D Zinco e oxigênio
E Cálcio e zinco
Parabéns! A alternativa A está correta.
As pirimidinas são pentoses compostas por um carboidrato de cinco carbonos e uma base
nitrogenada que pode ser composta por um ou dois anéis com átomos de nitrogênio. Os outros
elementos indicados nas opções não fazem parte da estrutura de uma pirimidina.
Questão 2
Qual é a representação correta do cariótipo de um ser humano do sexo masculino?
A 23, XX
B 46, XXY
C 46, XX
D 46, XY
E 23, XY
Parabéns! A alternativa D está correta.
O cariótipo humano é representado pela quantidade de cromossomos, uma vírgula seguida da
indicação XX ou XY que define o sexo. Então para um ser humano do sexo masculino, a notação é
46, XY.

Considerações �nais
Como vimos, o conteúdo expõe os conceitos que envolvem as interações das radiações ionizantes
com a matéria biológica, descrevendo os processos que resultam na relação com a sensibilidade
do material e o caminho percorrido dentro dela. Vimos que a energia cedida pela radiação para o
meio pode alterar as moléculas de água intracelular e criar compostos nocivos para o organismo
vivo.
Os pontos apresentados são de grande importância para a aplicação correta dos princípios de
proteção radiológica, uma vez que a exposição dos seres humanos à irradiação pode, como vimos,
desencadear mutações genéticas que produzirão aberrações cromossômicas, gerando lesões
orgânicas agudas ou crônicas levando a um mau funcionamento orgânico ou até mesmo à morte
do indivíduo.
Podcast
Neste podcast, o especialista irá falar sobre a mutação celular e o que ela pode representar para o
organismo de maneira geral, falando sobre a defesa celular.
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Referências
ATTIX, F. H. Introduction to radiologicalphysics and radiation dosimetry. 1. ed. Weinheim, 1986.
BRASIL MINISTÉRIO DA SAÚDE ABC do câncer 6 ed Rio de Janeiro 2020
BRASIL. MINISTÉRIO DA SAÚDE. ABC do câncer. 6. ed. Rio de Janeiro, 2020.
ENGERS, V. K.; BEHLING, C. S.; FRIZZO, M. N.; CELULAR, D. E. E. A influência do estresse oxidativo
no processo de envelhecimento celular. Revista Contexto e Saúde, v. 11, n. 20, p. 93–102, 2013.
INSTITUTO NACIONAL DO CÂNCER. INCA. Tipos de câncer. Brasília, DF: Inca, 2010.
NOUAILHETAS, Y.; BONACOSSA, C. E. de A.; PESTANA, S. Apostila Educativa - radiações ionizantes
e a vida. Comissão Nacional de Energia Nuclear, v. 1, p. 42, 2008.
TAUAHATA, R. D. P.; SALATI, L.; PRINZIO, I.; ZIO, A. R. D. Radioproteção e dosimetria: fundamentos.
IRD/CNEN, 2014.
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Para saber mais sobre os assuntos abordados neste conteúdo:
Leia o artigo Biological effects of low frequency electromagnetic fields, de Violaine Vizcaino e
saiba mais sobre os efeitos biológicos causados por campos eletromagnéticos de baixa
frequência. Disponível no site da Rayos.medicina.
Leia a tese Estudos microdosimétricos usando um sistema de irradiação de nêutrons rápidos
filtrados de reator de pesquisa para aplicação em radiobiologia, de Pedro Ferreira Rodrigues
(2007). Disponível no site de teses da USP.
Leia a tese Otimização de esquemas terapêuticos do carcinoma da próstata envolvendo
braquiterapia de baixa taxa de dose e radioterapia externa – abordagens física e radiobiológica, de
Susana Maria Alegre de Oliveira (2015). Disponível na página do RUN, Repositório Universidade
Nova.
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