Aula radiações

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Radioatividade e 
radiobiologia
Professor: VICTOR DIOGENES AMARAL DA SILVA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
SUBSTÂNCIAS RADIOATIVAS
◼ Terminologia que tem sido aplicada para 
substâncias que emitem radiações 
ionizantes.
Transmissão de energia de um
sistema para outro por meio de
ondas eletromagnéticas.
Não-ionizante: não produzem íon 
na matéria (luz e calor radiante).
Ionizante: fóton ou partículas 
produzem íon na matéria (radiação 
alfa, raio X).
CONCEITO DE RADIAÇÃO
Maior energia = maior frequência = menor comprimento de onda
Espectro de radiações ionizantes e excitantes
EMISSÕES NUCLEARES E ORBITAIS
Modelo atômico de Bohr
Niels Bohr, 
1885 - 1962 Modelo atômico de Rutherford
Modelo atômico de Bohr
• Massa atômica no núcleo
• Elétrons girando em torno dele
• Cada orbital não pode possuir mais que 2n2
elétrons
• O salto de um elétrons para orbital de energia
menor é acompanhado da emissão de fóton
• O número de prótons é o número atômico
• A = n + z
Nuclídeos estáveis: 
- N° de neutrons ~ = N° de prótons (A ~ = 2Z) quando Z é 
pequeno; 
- N° de neutrons > Nº de prótons (A >> 2Z) quando Z é 
grande;
Nuclídeos estáveis e instáveis
EMISSÕES NUCLEARES
Nuclídeos instáveis (radionuclídeos, átomos radioativos): 
Susceptíveis de sofrer decaimento radioativo, que emite 
energia e resulta em um núcleo mais estável 
Nuclídeos estáveis e instáveis
Wilhelm Rontgen
DESCOBERTA DOS RAIOS X
• Descobertos por Wilhelm Röntgen - 1895
• Envolveu o tubo que testava com uma
capa de papelão preto e por algum tempo
ficou observando enquanto aplicava as
descargas elétricas. Percebeu que um
cartão de platinocianureto de bário brilhava
durante as descargas.
• Não são defletidos por campos elétricos e 
magnéticos.
• Ocorre em radionuclídeos com baixa
razão nêutrons/prótons.
• Praticamente todos elétrons
absorvidos são tomados do orbital K
• Apenas 10% são tomados do orbital L
e 1% do orbital M
• A única emissão nuclear é o neutrino
(v), algumas vezes acompanhado de
radiação gama.
Produção de Raio X –
Decaimento por captura de elétrons
Captura K
◼Produção de Raio x de Frenagem
Ampola de elevado vácuo,
onde elétrons são acelerados
por aquecimento acima de
certa velocidade e chocam-se
contra obstáculos.
✓ Quanto maior a corrente elétrica, mais aquecido o cátodo,
maior é a quantidade de elétrons e maior a quantidade de
Rx gerado.
PROPRIEDADES DOS RAIOS X
• São radiações ionizantes
• Apresentam diferentes comprimentos de onda
• Maior energia = maior frequência = menor comprimento
de onda
PROPRIEDADES DOS RAIOS X
De acordo com a energia intrínseca, os Raios x são
classificados em duros (muito energéticos), médios ou
moles (pouco energéticos)
✓ Os duros penetram mais
profundamente que os moles,
podendo atravessar o osso.
FATORES NO USO DE RAIO X
Escolha de kilovoltagem (kV) – Quantidade 
dos Raios x. Fator intensivo
Tórax: 
- Espessura de 12 - 20 cm, usa-se 50 - 62 kV
- Espessura de 20 - 35 cm, usa-se 60 - 90 kV
Uso odontológico: 
- Devido ao tecido ósseo, usa-se 50 - 90 kV
FATORES NO USO DE RAIO X
Escolha do produto mA x segundo (mA.s). 
Quantidade de Rx. Fator Extensivo.
O produto miliampères x segundo fornece a dose 
equivalente de exposição.
Pode-se reduzir a intensidade aumentando o tempo de exposição
Heneine
FATORES NO USO DE RAIO X
Distância da fonte.
• A intensidade varia com o inverso do produto da 
distância.
• Para definir a intensidade deve-se multiplicar esta 
por um fator de correção a cada cm de distância 
alterado.
FATORES NO USO DE RAIO X
Fatores geométricos no uso de Rx
Heneine
A posição errônea da fonte pode
gerar distorções no tamanho e na
posição relativa dos elementos da
imagem.
Interações dos Raios x com a matéria
• Espalhamento coerente: formação de radiação secundária
com menor energia. Não há transferência de energia nem ionização.
• Efeito fotoelétrico: o fóton de raio X arranca elétrons,
geralmente da camada K, que é suprido por da camada L...emite-se
outro raio X, ou calor ou luz visível. Produz íon positivo.
✓ Uso de diagramas absorventes
impedem que os raios impuros
atinjam o filme.
◼ Grade de Bucky
Os Raios x dirigem-se da ampola do filme, atravessam o 
corpo do paciente e passam à chapa, através da grade 
de Bucky.
A grade de Bucky restringe Raios x inclinados.
O uso de Raio X para diagnóstico se baseia 
na absorção diferencial nos tecidos
Densidade do objeto: quanto mais denso for o tecido,
maior a quantidade de radiação que ele absorve.
✓A densidade é influenciada pelos elementos químicos que
o constitui o tecido (número atômico).
✓Ex: tecidos moles são constituídos por elementos
químicos de pequeno número atômico (H, C, N e O).
✓Osso, possui cálcio com número atômico maior.
Espessura do objeto: quanto mais espesso o tecido, maior
a quantidade de raio X absorvido por ele.
A chapa radiográfica
◼ Radiopaco: corpo que absorve muito os Raios X
◼ Radiotransparente: corpo que não absorve muito Raio X
◼ Decodificação: uso de écrans para transformar os raios
X em fótons de luz.
◼ Os filmes radiográficos: base de plástico e camada de
cristais de Haleto de prata e proteção com camada de
gelatina.
Formação de imagem radiográfica
◼ A quantidade de prata que se precipita em cada ponto
do filme radiográfico é diferente.
◼ A incidência de Luz desorganiza os cristais da área, que
na revelação será apresentado como prata metálica
(preta).
◼ Na ausência de Luz, a revelação química dissolve os
cristais e nenhuma prata é precipitada, ficando a área
clara.
◼ Muitos tons de cinza são possíveis.
Revelação de chapa radiográfica
◼ A revelação é feita com substâncias redutoras como a
hidroquinona, que interagem com os íons de prata e
produzem prata metálica (preta).
◼ Toda a prata não reduzida é removida (formação de
complexo) pela solução fixadora, feita de tiossulfato de
sódio ou amônio.
Rx do tórax. Fonte: internet
PROPRIEDADE DAS EMISSÕES 
NUCLEARES
Conceitos de Rutheford
DECAIMENTO NUCLEAR: o aumento de estabilidade nuclear 
alcançada pela emissão de radiação.
DESINTEGRAÇÃO: transformações intranucleares capazes de 
promover o decaimento.
DECAIMENTO ALFA
A maioria dos elementos que possuem decaimento alfa possuem
número atômico maior que 82.
A
Z - 2Z
X
0 A -4 -2
Y + ˠ + Q
A emissão de gama ocorre, se após emissão de alfa o átomo
permanecer em estado excitado.
Q: energia equivalente a perda de massa ocorrida na transformação.
Equação geral:
Partícula Alfa 
 Massa 4 e carga elétrica + 2
 Altamente ionizante
 Rastro espesso de íons positivos e negativos
 Mínima penetração - poucos cm de ar (5 cm) 
– tecido mole (100 mm)
 Perigo - alimentos contaminados
PROPRIEDADE DAS EMISSÕES 
RADIOATIVAS
PROPAGAÇÃO DAS PARTÍCULAS ALFA NO AR
E INTERAÇÃO COM A MATÉRIA
• Percorrem trajetórias quase retilíneas.
• Perdem energia cinética ao interagirem com atómos do ar 
(colisão mecânica e interação de campo elétrico).
• Promovem excitação (transferência de energia para mover 
elétrons à orbitais mais energético).
• Promovem ionização (arrancam elétrons desses átomos, 
produzindo pares iônicos.
Atração de elétrons 
DECAIMENTO BETA
• β- : emissão de négatrons
• β+ : emissão de pósitrons
• EC: Captura de elétrons
DECAIMENTO POR EMISSÃO DE 
NÉGATRONS
Z + 1Z
X
0 A 
Y + β- + ˠ
A 
V + + Q
O elemento filho tem número atômico
que é uma unidade maior que o
elemento pai.
Uma parte da energia é transformada
em antineutrino V, que não possui carga
nem massa.
Caso, após a emissão de négatron o átomo
esteja excitado, há emissão de gama.
Equação geral:
DECAIMENTO POR EMISSÃO DE 
PÓSITRONS
Z - 1Z
X
0 A 
Y + β+ + ˠ
A 
V + + Q
Equação geral:
O número atômico do elemento filho
reduz uma unidade, devido à
conversão nuclear:
QV +p
+ 0
n + β+ +
Transformação de próton em nêutron
Neutrino (V ) : é a diferença entre a carga máxima possível para o pósitron e a 
cargareal que ele possui. 
Partícula Beta – (négatron)
 Elétron - carga negativa
 Ionizam menos que alfa
 Atravessam vários cm de ar (10 a 100 cm) e tecido 
biológico (1 a 2 cm)
Partícula Beta + (pósitron)
 Massa igual ao elétron – carga positiva
 Seus emissores não existem naturalmente
 Emissores produzidos nos reatores nucleares ou 
aceleradores de partículas.
 Geralmente emissores com número atômico maior que 85
PROPRIEDADE DAS EMISSÕES 
RADIOATIVAS
PROPAGAÇÃO DE NÉGATRON NO AR
E INTERAÇÃO COM A MATÉRIA
• Trajetória sinuosa
• Interação com núcleo
•Interação com núcleos: elástica (conserva energia cinética e muda
trajetória) ou inelástica (reduz energia cinética).
• Efeito Bremsstrahlung: desaceleração é responsável pela emissão de
fótons (radiação de frenagem).
• Depois de perder Ec, os négatrons se transformam em elétrons
vagueantes ou são atraídos por cátions do meio.
• Interação com elétrons
• Interagem com elétrons, promovendo a formação de pares iônicos ou
a excitação de átomos no meio.
• Négatrons perdem energia cinética se encaixam órbitas livres
• Choque beta+ + beta- = dois fótons com energia de 0,51 MeV, 
cada um.
Aniquilação: transformação em energia eletromagnética
Ao longo do trajeto produz 
excitação e ionização.
Mas logo interage com um 
elétron e sofre aniquilação.
PROPAGAÇÃO NO AR
E DESTINO DO PÓSITRON 
Radiação Gama
Altamente penetrantes - paredes de 
chumbo
A menos ionizantes das radiações
Dificuldade de proteção
Não possui carga elétrica
PROPRIEDADE DAS EMISSÕES 
RADIOATIVAS
Tipo de 
radiação
Formas de interação com o meio
α Excitação
Ionização 
primária
Ionização 
secundária
β- Excitação Ionização Bremsstrahlung
β+ Aniquilação 
ˠ 
Efeito 
fotoelétrico
Efeito 
Compton
Fotodesintegração
RX
Efeito 
fotoelétrico
Efeito 
Compton
Fotodesintegração
RESUMO DA INTERAÇÃO DAS RADIAÇÕES COM A 
MATÉRIA
◼ Matéria - emissões - matéria
◼ Depende do tipo de energia e propriedades 
do material que recebe a radiação
◼ Matéria que absorve energia fica ionizada -
desvio reações - danos biológicos
INTERAÇÕES DAS EMISSÕES COM A 
MATÉRIA
Princípio
Utilizam-se radiofármacos que apresentam na sua
constituição radionuclídeos emissores de radiação γ ou
emissores de pósitrons (β+), já que o decaimento destes
radionuclídeos dá origem a radiação eletromagnética
penetrante, que consegue atravessar os tecidos e pode
ser detectada externamente.
Técnicas de diagnóstico de medicina nuclear
Tomografia
Existem dois métodos tomográficos para aquisição de
imagens em medicina Nuclear:
• O SPECT (Tomografia Computadorizada de Emissão de
Fóton Único), que utiliza radionuclídeos emissores γ
(99mTc, 123I, 67Ga, 201Tl).
• O PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons), que usa
radionuclídeos emissores de pósitrons ( 11C, 13N, 15O, 18F).
Princípio
Técnicas de diagnóstico de medicina nuclear
Tomografia
Tomografia Computadorizada de Emissão de Fóton 
Único (SPECT ) – Formação de Imagem
As imagens de SPECT são obtidas utilizando-se câmaras-gama,
associadas a computadores que fazem a aquisição e o
tratamento de dados.
A câmara-gama é constituída essencialmente por:
• Colimador de chumbo: seleciona a radiação. Limita a radiação
que chega ao detector.
• Detector: é constituído por um ou mais cristais de iodeto de
sódio. Da interação da radiação γ com estes detectores resulta
um sinal luminoso.
Tomografia Computadorizada de Emissão de Fóton 
Único (SPECT ) – Formação de Imagem
Esta técnica produz uma imagem tomográfica, que mostra
a distribuição da radiação no corpo do paciente, à medida
que o detector vai rodando até 180º ou 360º à sua volta.
É possível a obtenção de imagens nos diversos planos anatômicos
• Esta técnica utiliza radionuclídeos emissores de pósitrons
(partículas β+): 11C, 13N, 15O, 18F, 124I, 64Cu ou 68Ga.
Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET )
Formação de Imagem
•Sistemas de Detecção de imagem
- Sistema dedicado (mais eficiente/caro)
- Baseado em câmara de cintilação
18F: Fluordeoxiglicose; análogo da glicose, consumido por células
• A imagem cintilográfica obtida permite conhecer a
distribuição do radiofármaco no organismo e quantificar a
sua fixação em vários órgãos ou tecidos, permitindo o
diagnóstico clínico.
Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET )
Formação de Imagem
Imagem do cérebro mostrando onde existe
uma concentração mais alta do DOPA.
A imagem superior mostra o cérebro
normal, a imagem intermediária mostra a
imagem de um paciente com Parkinson. A
terceira mostra o cérebro no mesmo
paciente após receber um implante de
tecido secretante de DOPA .
E A RADIOTERAPIA?
Mecanismo de efeito 
biológico das radiações
Passagem e absorção das radiações
Formação de íons e radicais livres
Reação dos radicais
Mecanismo de efeito biológico 
das radiações
AÇÃO DIRETA
• Radiação choca-se diretamente sobre moléculas 
biológicas.
• DNA, proteínas, lipídeos...
• Quebra de ligações e inativação da molécula.
• 20% do efeito total.
Mecanismo de efeito biológico 
das radiações
AÇÃO INDIRETA
• Radiação é absorvida pela água.
• Formação de radicais livres.
• Os radicais agem sobre as moléculas 
lesando-as.
• 80% do efeito total.
NÍVEL ESTRUTURA EFEITOS OBSERVADOS
Molecular DNA
Perda de NH2, oxidação da ribose, quebra 
da cadeia nucleotídica.
Organela Mitocôndria
Perda da estrutura fina. Inativação dos 
processos metabólicos.
Célula Várias Inicia
ção e inibição de mitose. Alterações 
na estrutura. Morte celular.
Tecidos Leucócitos
Reprodução neoplásica. Destruição 
completa.
Sistema Cardiovascular
Perturbações circulatórias. Taquicardia.
Corpo total Várias
Alopecia, anorexia, distúrbios 
gastrointestinais. Emagrecimento rápido -
morte.
Efeitos biológicos das 
radiações
Efeitos biológicos das 
radiações
FATOR DE SENSIBILIDADE TISULAR
1. Maior quantidade de água.
2.Maior concentração de DNA.
3.Taxa elevada de reprodução.
4.Baixo grau de diferenciação celular.
Uso terapêutico das radiações
RADIOTERAPIA
TELETERAPIA (aprox. 1 m do paciente)
- Rx superficial, semiprofundo ou ortovoltagem: (10 -100 
kVp; 100 – 250 kVp); até 3 cm penetração.
- Raios γ : Cobalto 60; Césio 137
Fonte: http://radiologia.blog.br/eventos/tag/radioterapia?limit=10&start=10
Fonte: http://hospitalchama.com.br/radioterapia/
RADIOTERAPIA
BRAQUITERAPIA (próx. do paciente)
Tipos: 
- Superfícial: fonte de radiação γ ou β colocada em cima do 
tumor
- Intracavitária
- Intralumial
- Intersticial
Essa braquiterapia é a inserção de fontes radioativas 
diretamente dentro dos tecidos tumorais. Esta técnica é 
muito utilizada nos tumores da próstata (figura), com o 
uso de sementes radioativas de Iodo-125, Paladio-103. 
Também pode ser utilizada em associação com a 
radioterapia externa nos tumores não operáveis.
Medida de atividade - desintegrações por unidade de 
tempo.
Para biologia - submúltiplos do Ci
Medidas de radioatividade
Curie Ci = 3,7 x 1010 dps = 2,2 x 1012 dpm = 1 g de 226Ra
Nova unidade oficializada no SI - Becquerel (1 Bq = 1dps)
Medidas de radioatividade
Atividade relacionada com a massa do emissor 
Atividade Específica
Medidas de radioatividade
MEIA VIDA DE UM RADIONUCLÍDEO 
(t 1/2)
• É o tempo necessário para que sofram decaimento 
metade dos átomos de uma amostra, constituída 
inicialmente por um único radionuclídeo.
Exemplo
MEIA VIDA DE UM ELEMENTO 
RADIOATIVO
No ano 2000 chegou na usina Angra 1, 100Kg de material 
radioativo com meia-vida de 100 anos. Qual será a massa 
final deste material radioativo, no ano 2300?
Exercício
Ano 2000 2100 2200 2300
Kg 100 50 25 12,5
Urânnio-238 apresenta meia-vida de aproximadamente 
5.000.000.000 anos
Energia das Radiações - Elétron Volt (eV)
1 eV = 1,6 x 10-19 J
◼ Energia é a propriedade que dá aos corpos a capacidade de 
produzir trabalho (unidade J (joule) ou erg).
◼ Joule: energia para deslocar uma massa qualquer em um espaçode 1 metro.
◼ 1volt: energia cinética final do elétron após percorrer 2 pontos
Medidas de radioatividade
Medidas de radioatividade
• Bastam 2 - 5eV para dissociar 
ligações moleculares.
• Bastam 10 - 12eV para 
ionizar átomos, moléculas e 
formar radicais livres.
• 100eV são capazes de quebrar 
60 pontes de hidrogênio.
Medidas de radioatividade
Dose Absorvida
Unidade Representa
Dose absorvida
Gray 1 joule de energia/Kg do absorvedor
Rad 100 ergs/g do absorvedor
Energia
Joule
força necessária para deslocar uma 
massa em um espaço de 1 cm
Erg
força necessária para deslocar uma 
massa em um espaço de 1 m
Medidas de radioatividade
Dose equivalente
A grandeza que relaciona o dano biológico com as doses de radiação.
H = (D) (QF) (DF) D: dose absorvida
QF: fator de qualidade da radiação
DF: fator de distribuição da radiação
Unidades
Sistema SI, Sv = (Gy) (QF) (DF)
Sistema CGS, rem = (rad) (QF) (DF)
RESUMO DAS PRINCIPAIS UNIDADES RADIOMÉTRICAS
MANIFESTAÇÕES CLÍNICAS EM INDIVÍDUOS IRRADIADOS
DOSES PERMISSÍVEIS
Radioatividade
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GARCIA, E.A.C. Biofísica, Editora Sarvier, São Paulo – SP, Ed. 1, 2002.
HENEINE, IBRAHIM F., Biofísica Básica, Editora Atheneu, 1995.
JESUS, G.F., Proteção Radiológica. Salvador-Ba, COPENE, 1990.
LEÃO, MOACIR DE A. C., Princípios de Biofísica, Rio de Janeiro - RJ, Ed. Guanabara 
Koogan, 2a. Edição, 1982.
MINISTÉRIO DA SAÚDE. Manual de Radioterapia. Rio de Janeiro - RJ, 1970.
MURADÁS, A.S. et alli. Biofísica Fundamental. Porto Alegre - RS, KRM Editora, 1995.
OKUNO, EMICO et alii, Física para Ciências Biológicas e Biomédicas, São Paulo - SP, Ed. 
Harbra, 1992. 
SPITZ, H.B. et alli, Princípios de Radiologia do Tórax. São Paulo-SP, Editora Atheneu, 1965.