Biofísica - Biofísica das Radiações

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Profa. Aline Carvalho 
 Energia transmitida por ondas eletromagnéticas ou 
partículas subatômicas 
 CLASSIFICAÇÃO 
 Segundo a forma: 
▪ Eletromagnética ou Corpuscular: 
▪ ELETROMAGNÉTICA: oscilações elétricas e 
magnéticas formando ondas que se propagam na 
velocidade da luz (v) e que diferem tão somente no 
comprimento de onda (λ) e por sua frequência(f). 
▪ CORPUSCULAR: partículas subatômicas e portanto 
dotadas de massa, com elevada energia cinética, 
emitidas por núcleos de átomos instáveis 
 
 Segundo o efeito: 
 Ionizanteou não ionizante: 
 Ionizante: Ocorre o fenômeno “ionização”quando a 
radiação, ao interagir com um (ou mais) átomos, tem 
energia capaz de arrancar um ou mais elétrons das 
camadas eletrônicas ,subdividindo-o em duas partes 
eletricamente carregadas (formar par de ions). 
 Não ionizante: Quando a radiação ao atingir um átomo 
não tem a capacidade de ionizá-lo, ocorre a “excitação”, 
ou seja, cede parte ou toda sua energia promovendo 
alterações ou perturbações no movimento orbital do(s) 
elétron(s) do átomo, com o aumento da energia interna 
no(s) elétron (s) do átomo com o(s) qual(is) interagiu. 
 
 Eletromagnética 
(não- ionizante) 
 Radiofrequência 
 Microondas 
 Infravermelho 
 Luz visível 
 Ultravioleta 
 Laser 
 Eletromagnética 
(ionizante) 
 Raios X 
 Raios Gama 
 
 Corpuscular 
(ionizante) 
 Beta 
 Alfa 
 Nêutrons 
 
 Frequência 
 f = c/λ 
 f⇒frequência(Hz = ciclos por segundo) 
 c⇒Velocidade da luz (cte= 3.1010cm/seg) 
 λ⇒Comprimento de onda em cm 
 
 
 Max Planck (1901) desenvolveu a teoria dos 
“Quanta”e chamou de “fótons” a pacotes ou quanta 
de energia eletromagnética. 
 A energia desses fótons não é constante, mas 
depende da frequência da radiação. 
 De acordo com a teoria quântica, a energia de um 
quanta é dada pela fórmula: 
E = h. ν 
 Considerando ν=f = c/λ 
 Onde: 
 E ⇒Energia (erg)h 
 H = Constante de Planck (6,62.10-27ergx Seg) 
 Velocidade da luz (m/Seg) (Ctte= 3 x 1010 cm/Seg) 
 λ⇒Comprimento de onda (cm) 
 
 Pode ser descrita como uma série de ondas de 
energia composta por oscilações senoidais elétricas 
e magnéticas, que se propagam no espaço à 
velocidade da luz 
 Também definida como uma forma de energia que 
possui oscilações elétricas e magnéticas formando 
um movimento ondulatório que se transmite no 
espaço numa mesma velocidade, conhecida como 
velocidade da “Luz”. 
 
 1. Se propagam em linha reta no vácuo quando não 
interagem com a matéria 
 2. Conservam sua energia quando se propagam 
através do vácuo 
 3. Atenuam a intensidade com o quadrado da 
distancia 
 4. Podem ser transmitidas, refletidas, absorvidas e 
espalhadas quando interagem com a matéria 
 
 As radiações eletromagnéticas se atenuam 
proporcionalmente com o quadrado das 
distancias. 
 
 
 
 
 
 
 
 I = Intensidade da ondas eletromagnéticas 
 d= distancia 
 Efeitos Estocásticos: 
 são os efeitos sobre a saúde que 
resultam de uma exposição crônica 
frequente a baixos níveis de exposição. 
Ex: câncer, mutação genética. 
 
 Efeitos Determinísticos: 
 resultam de uma exposição aguda a 
altas doses, com morte celular. Ex: 
queimaduras, esterilidade, catarata. 
 Promove a “excitação”da matéria.Possui menor 
nocividade em comparação com as ionizantes, mas 
exposições sem controle podem levar à ocorrência de 
lesões ou doenças. 
 Com exceção da parte visível do espectro, todas as 
outras radiações são invisíveis e dificilmente 
detectáveis pelas pessoas através de seus outros 
sentidos. 
 Também classificam-se como radiações não ionizantes 
 
 São radiações de baixa frequência e grande 
comprimento de onde e classificam-se: 
 VLF (muito baixa frequência) = 3 a 30KHz 
 LF (baixa frequência) = 30 a 300KHz 
 MF (média frequência) = 0,3 a 3 MHz 
 HF (alta frequência) = 3 a 30 MHz 
 VHF (muito alta frequência) = 30 a 300MHz 
 Modulação de frequência: áudio, aplicações médicas, fornos 
elétricos, aquecimento, monitor de vídeo. 
 
 Efeitos térmicos 
 Cuidados com próteses metálicas e circuitos 
eletrônicos incorporados ao corpo humano 
 LIMITES DE TOLERÂNCIA 
 Portaria nº3.214/78 - NR 15 - Anexo 7 = (Nada 
consta) 
 CONTROLE DOS RISCOS 
 Enclausuramento 
 Dispositivos de bloqueio (fornos) 
 Sinalização adequada 
 Tipos: 
 UHF (ultra alta frequencia) = 300MHz a 3GHz 
 SHF (super alta frequencia) = 3 a 30 GHz 
 EHF (extra alta frequencia) 30 a 300 GHz 
 Aplicações: 
 Aquecimento doméstico e industrial (fornos), secagem, 
desidratação , esterilização 
 Radiodifusão FM, Televisão, Comunicação, celulares 
 Ressonância magnética 
 Os efeitos no organismo humano dependem da 
freqüência, da potência dos geradores e do tempo de 
exposição, classificando-se em térmicos e magnéticos 
 Térmicos: queimaduras (internas e externas) e 
cataratas 
 Magnéticos: Elevação da pressão arterial 
 Distúrbios cardiovasculares e endócrinos 
 Alterações no sistema nervoso central 
 *Cuidado especial com indivíduos portadores de 
marcapasso (dispositivos eletrônicos), pinos 
metálicos, próteses 
 Também chamada de calor radiante, é uma 
radiação com comprimento de onda(λ) 
compreendido entre 1mm a 760 ηm (0,76 μm), 
sendo subdividida em: 
 1,4μm>λ>1 mm =Infravermelho A 
 3,0 μm>λ>1,4 μm = Infravermelho B 
 0,76 μm>λ> 3,0 μ= Infravermelho C 
 
 Não tem poder energético suficiente por fóton para 
modificar a configuração eletrônica dos átomos da 
matéria incidente. 
 Seus efeitos são unicamente térmicos 
 A radiação infravermelha é emitida principalmente por: 
 Lâmpadas específicas de IV que não sejam as de 
iluminação geral; 
 Em operações de soldagem ou corte a “gás”; 
 Banhos de fusão e outras fontes cuja temperaturas 
superficiais sejam superiores a 985º C; 
 Fontes com grandes áreas de emissão ou 
temperaturas superficiais próximas a 985º C. 
 As fontes emissoras de radiação infravermelha 
devem ser enclausuradas, sempre que 
tecnicamente possível, de modo a evitar a 
incidência dessa radiação no pessoal direta ou 
indiretamente envolvido na operação. 
 
 Todas as pessoas diretamente ligadas às 
operações suscetíveis de exposição à radiação 
IV deverão ter sua pele protegida por 
vestimentas ou cremes-barreira opacas a essa 
radiação. 
 
 É uma radiação eletromagnética com 
comprimento de onda (λ) compreendido entre 
760 ηm (0,76 μm) e 400 ηm 
 
 Tem a propriedade de ser sensível ao olho 
humano e portanto responsável pela iluminação 
natural e artificial. 
 
 Esse tipo de radiação compreende as radiações de 
maior poder energético que as demais. 
 São capazes de produzir trocas de configuração 
eletrônica da matéria viva que ocasionarão a produção 
de reações fotoquímicas. 
 Nos sistemas biológicos expostos se transforma a 
energia incidente em energia rotacional e vibracional, 
com consequente aumento da energia cinética 
molecular e produção de calor. 
 Está compreendida entre os Raios-X e Luz Visível, 
ficando com uma faixa de extensão em 100nm a 
400nm. 
 Classificação : 
 UVA – radiação com comprimento de onda entre 400nm 
e 320nm, denominada luz negra; 
 UVB – radiação com comprimento de onda entre 320nm 
e 280nm, denominada eritemática; 
 UVC – radiação com comprimento de onda entre 280nm 
e 100nm, denominada germicida. 
 
 
 Lâmpadas de UV utilizadas para excitar líquidos 
fluorescentes em controles de qualidade; 
 Lâmpadas de luz negra utilizadas em teatros, 
exposições, diversões públicas, etc. Com a finalidade 
de produzir efeitos visuais; 
 Lâmpadas “solares” utilizadas em institutos de beleza 
para bronzeamento artificial; 
 Lâmpadas de UV utilizadas em cura de resinas 
 
 Formas de Proteção para Radiação UVA 
 O posicionamento das fontes deverá ser efetuado 
preferencialmente de forma a evitar a incidência 
diretada radiação sobre os olhos da pessoas. 
 
 Arco elétrico de qualquer natureza empregado em 
soldagem, corte, etc; 
 Arco de plasma ou tocha de plasma utilizada em 
atividades industriais, analíticas ou de pesquisas; metas 
em fusão quando a temperatura superficial do banho 
exceder 2000º C; 
 Lâmpadas germicidas utilizadas em hospitais, 
laboratórios microbiológicos, indústrias farmacêuticas, 
industrias alimentícias, laboratórios de pesquisa; 
 Lâmpadas a vapor de mercúrio de alta pressão e bulbo 
“clara” utilizadas em prensas de quadro basculante de 
indústria gráfica; 
 Lâmpadas utilizadas em fototerapia e bronzeamento 
artificial. 
 As fontes emissoras de radiação UVB e UVC 
deverão ser enclausuradas sempre que 
tecnicamente possível, para não haver vazamentos 
de radiação no meio ambiente. 
 Não sendo possível o enclausuramento, deverão 
ser instaladas barreiras opacas à radiação que 
evitem sua incidência sobre os olhos da pessoas 
que estão nas adjacências, assim como sobre as 
superfícies de alta refletância. 
 Para os eletricistas e soldadores, será obrigatório 
uso de Equipamento de proteção individual, como 
óculos, protetores faciais nas tonalidades 
adequadas. 
 APLICAÇÕES: 
 Trabalhos com exposição à radiação solar 
 Esterilização 
 Processos industriais 
 Controle de qualidade 
 Soldagem (elétrica/mig/tig) 
 Uso médico (fisioterapia) e Odontologia 
 
 EFEITOS NO ORGANISMO HUMANO 
 Térmicos (eritemas) 
 Carcinogênicos 
 Conjuntivite e Queratite 
 
 É a amplificação de radiação não ionizante, que 
tem como característica principal a multiplicação de 
um único comprimento de onda da radiação 
tomada, dentre as radiações já comentadas. 
 
 LASER= Light Amplification Stimulated Energy 
Radiant (amplificação de luz mediante emissão 
estimulada de radiação) 
 
 Os equipamentos de LASER são construídos para 
operarem numa determinada frequência podendo 
variar em INFRAVERMELHO, VISÍVEL e 
ULTRAVIOLETA. 
 
 Classe I: Não emitem níveis de radiação perigosos. Não 
necessitam de nenhum rótulo de advertência ou medida 
de controle. 
 Classe II: Dispositivos de potência baixa com escasso 
risco. Podem provocar lesão na retina quando se olham 
durante um período prolongado. É necessário colocar 
sinal de advertência 
 Classe IIIa: São equipamentos com uma potência 
moderada que não lesionam o olho nu da pessoa com 
uma resposta de aversão normal a luz brilhante, mas 
pode causar dano quando a energia é recolhida e 
transmitida ao olho. E necessário colocar um sinal de 
advertência 
 
 Classe IIIb: Inclui lasers capazes de provocar lesões 
quando se lhes olha diretamente. Deve-se colocar um 
rótulo de advertência. 
 Classe IV: São os de maior risco. Inclui os lasers que 
podem produzir lesões tanto pelo raio direto como pelo 
reflexo e também constituem risco de incêndio. É 
necessário colocar um sinal de advertência. 
 
 
 
 Indústria: 
 Microusinagem 
 Soldagem de peças / corte de aço 
 Alinhamento ótico 
 Fotocoagulação 
 Holografia 
 
 Medicina: 
 Microcirugias, eliminação de tumores, tratamentos de 
pele; 
 Odontologia 
 Fisioterapia 
 
 EFEITOS NO ORGANISMO HUMANO 
 Seus riscos variam em função da aplicação, usos, 
potência aplicada, faixa de frequência em que 
opera , porém todos afetam principalmente os 
olhos e a pele, ainda que com baixa potência 
 
 PRECAUÇÕES GERAIS (COMUNS PARA 
QUALQUER INSTALAÇÃO DE LASER) 
 1.Nenhuma pessoa deve olhar o feixe principal do 
Laser nem suas reflexões 
 2.Nunca focar o feixe de laser no corpo, salvo nos 
casos terapêuticos , cirúrgicos e de diagnósticos 
médicos 
 3.O trabalho com laser deve ser feito em áreas de 
boa iluminação geral, para manter as pupilas 
contraídas, e assim limitar a energia que poderia, 
inadequadamente,penetrar nos olhos 
 4.O feixe laser deve terminar num material 
 
 5. Os equipamentos de laser devem ser operados por 
pessoas ou profissionais devidamente treinados 
 6.Deve ser especificado o uso de protetores oculares de 
segurança não estilhaçáveis (proteção parcial), 
destinados a filtrar as frequências específicas. Esses 
EPI devem ser avaliados periodicamente, para 
assegurar a preservação da densidade ótica de 
segurança para laser. 
 7.Devem ser tomadas precauções especiais se forem 
usados tubos retificadores de alta voltagem (acima de 
15(15KV), porque com esse potencial há possibilidade 
de que sejam gerados raios x. 
 
 É o estudo das emissões radioativas e sua 
aplicabilidade em diversas áreas. 
 
 Ex: radioterapia, medicina nuclear radiologia 
diagnóstica. 
 
 Consiste na utilização de um feixe de Raio-x 
para produção de imagens com objetivo de 
análise de estruturas anatômicas através de 
imagens estáticas ou dinâmicas. Okuno, 1982. 
 
 Transmissão através de partes do corpo após 
absorção por diferentes tecidos. 
 Absorção diferença de densidade e número 
atômico médio. 
 Atenuação: redução de sua intensidade, devido 
absorção e espalhamento dos fótons pelo meio 
material. 
 
 Aplicação de materiais radioativos e técnicas de 
física nuclear na diagnose, no tratamento e na 
pesquisa de diversas patologias. 
 
Aplicabilidade Clínica = Relação direta com o paciente 
 
Aplicabilidade Biomédica = Pesquisas básicas sobre 
doenças e ações de drogas 
 
 Não são detectados por nenhum dos cinco sentidos 
humanos 
 São ondas eletromagnéticas, com características das 
emissões gama, com a diferença de não serem emissões 
nucleares e sim geradas a partir da desaceleração de 
elétrons 
 São produzidos pela transformação de energia cinética de 
elétrons originados do cátodo em aumento de temperatura 
no ânodo (99%) e fótons de raios X (1%) 
 
 
 RX são ondas eletromagnéticas 
 Sua origem é fora do núcleo (eletrosfera) 
 Sua produção não é de origem radioativa 
 É radiação ionizante 
 Interagindo com matéria, espalha radiação 
 Possui grande poder de penetração 
 Enegrece a chapa radiográfica. 
 
 EFEITO TERMOIÔNICO: Aquecimento de 
um metal no vácuo: elétrons se 
desprendem formando uma nuvem 
negativa 
 
 CONVECÇÃO DE ELÉTRONS: 
Passagem de elétrons de um orbital 
interno para outro mais externo- elétron 
ganha energia- 
 
 O que pode acontecer se for utilizado um 
equipamento de cinefluoroscopia não 
controlado nem calibrado ? 
 
 Radiodermite, Câncer, Leucemias, Lesão 
ocular, Esterilidade 
 
 Radiação de Frenagem 
 Aparelhos de Rx= elétrons fortemente 
desacelerados (bombardeio do feixe catódico 
contra o ânodo). 
 Converte energia cinética em calor. 
 Alta velocidade – encurvamento na trajetória – 
fóton de raio x 
 
Ondas Eletromagnéticas: 
▪ f ( frequência) 
▪ T ( período) 
▪ ƛ ( comprimento de onda) 
▪ C = ƛ x f / c= 300.000km/seg 
▪ f e ƛ inversamente proporcionais 
 Energia absorvida por elétron orbital que salta para 
fora (orbital fica ionizado) 
 Energia suficiente para afastar elétron do 
núcleo!!!!!! 
 Ocorre com emissões gama de 1MV 
 Preenchimento de orbitais inferiores - Rx 
característico 
 Preenchimento de orbitais superiores - emissão de 
luz 
 
 Excesso se distribui p/ outros elétrons 
 Formação de par iônico (elétron-átomo). 
 Fóton de baixa energia. 
 Conserva o momentum 
 Confirmação experimental da equação: E=m.c2 
 
 
 Aquecimento do filamento. 
 Material que constitui o ânodo. 
 Filtros acoplados. 
 
 Base plástica de poliéster transparente ou de 
triacetato (cristais fotossensíveis de haleto de 
prata) 
 Brometo de prata 90 a 99% 
 
 Fluxo de raios catódicos varia com o 
aquecimento do filamento (cátodo) 
 Temperatura do eletrodo é controlada 
variando-se a corrente do filamento (200 
mA) 
 Densidade radiológica (grau de 
escurecimento) 
▪ ex: raio -x odontológico 7 a 10 m A 
 Acondicionados em invólucros metálicosconectados à terra 
 Óleo mineral para aumentar o isolamento 
elétrico e resfriar a ampola 
 
chumbo 
Sulfato 
de bário 
osso 
músculo 
sangue 
fígado 
água 
lipidios 
gordura 
ar 
radiopaco radiotransparente 
 Primeiro exame de tomografia computadorizada 
realizada no mundo. Constatou-se que o 
paciente tinha um tumor cerebral. Teve duração 
de 8 horas. 
 
 
O novo tomógrafo 
helicoidal: uma 
imagem 
por segundo e 
visualização 
tridimensional do 
corpo 
 
TC espiral de tumor na hipófise 
com poucos milimetros. 
(realizada em 10s)