Radiobiologia e Dosimetria Aula 1

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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.
Radiações diretamente ionizantes 
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-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:
Radiações indiretamente ionizantes 
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 . O íon negativo (elétron) associa-se a uma molécula neutra de
água, dissociando-a e formando o radical hidrogênio, como . 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 (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.

H2 + OH
.
H. + OH
−
HO
.
2
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 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.

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
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.
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?
Parabéns! A alternativa E está correta.
Na irradiação do material biológico, a energia é absorvida pelos átomos, dandoinício às fases pós-interação. Como
consequência, há um efeito físico-químico, com a produção de pares de íons, produção de radicais livres e quebras
B Produzindo elementos químicos artificiais.
C Produzindo ligações entre átomos.
D Produzindo radiação de frenamento.
E Produzindo radiações X e gama.
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
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.
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
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.
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.
Efeitos determinísticos 
Efeitos estocásticos 
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.
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.
Região de Baixas Doses
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 produção de 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:
Onde:
 é a dose da radiação de referência necessária para produzir um específico nível de resposta.
 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 .
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.
RBE =
DOSERef
DOSERadiação A
DOSERef
DOSERadiação A
RBEMáximo
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.
 
 
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.
LET =
energia média cedida para o meio
distância entre os pontos A e B =
dE
dx
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.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A RBE para uma determinada radiação depende:
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
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.
Qual o conceito de Transferência Linear de Energia (LET)?
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.
3 - Processos relacionados às mutações genéticas
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos relacionados às mutações genéticas.
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.
D É a expressão linear da trajetória da partícula.
E É a expressão da massa da partícula.
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.
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Molécula do ácido desoxirribonucleico (DNA).
Carcinogênese
No processo de carcinogênese, pode-se levar muito tempo para que uma célula doente se multiplique e dê origem a uma
lesão. A carcinogêneseé 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 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
Estágio de progressão 
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.

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
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
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?
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.
E Cálcio e zinco
A 23, XX
B 46, XXY
C 46, XX
D 46, XY
E 23, 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
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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 debaixa 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.