Radiobiologia

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Radiobiologia
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Radiobiologia
Estuda:
Os efeitos das radiações sobre os seres vivos e os seus mecanismos de ação
As lesões em componentes celulares e tissulares
Os mecanismos celulares de defesa contra os efeitos das radiações
Interações das radiações com as células:
Ocorrem aleatoriamente
Efeitos biológicos são inespecíficos
Efeitos radiobiológicos:
Imediatos ou agudos
Tardios ou crônicos  se expressam após um período de latência
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Efeitos radiobiológicos
Efeitos estocásticos, aleatórios ou probabilísticos:
Alvo  gene
Lesão elementar  mutação
Nem sempre são letais para as células
Não há limite de dose
Podem aparecer com doses muito baixas
Efeitos determinísticos:
Alvo  qualquer componente da célula
Lesão elementar  dano ou morte celular ou perda da capacidade reprodutiva
Gravidade das lesões  proporcional a dose recebida
Relação causa e efeito
Apresenta um limiar de dose para ocorrer
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Radiações ionizantes de importância biológica
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Efeitos biológicos
Radiação  absorção de energia pelos átomos (moléculas celulares)  lesão aos componentes celulares (radiolesão)
 Seqüência de eventos no desenvolvimento da radiolesão
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Teoria do alvo
Irradiação de partes seletivas da célula  efeitos biológicos mais ou menos graves  dano celular não letal ou letal (morte celular)
Gravidade dos danos moleculares:
Complexidade química e abundância da molécula alterada
Molécula abundante  fácil substituição por outra normal
Molécula simples  fácil reparação ou síntese
Moléculas complexas ou escassas  transtornos biológicos importantes
Centros vitais celulares  alterações (danos) por ação direta ou indireta  morte celular
Danos diretos  ação direta da radiação
Danos indiretos  formação de radicais reativos  danos moleculares
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Radicais livres
Radiólise da água:
H2O  H2O* + e-  H + OH* + e-
RH  RH* + e-  R* + H + e-
RH + OH  R* + H2O + e-
RH + H  R* + H2 + e-
Oxigênio molecular radicais livres
H + O2  HO2
2 HO2  H2O2 + O2
Radiosensibilizador:
 produção de radicais livres
Induz conversão em molécula tóxica
Oxigênio
Radioprotetor:
Cede elétron  não se converte em produto tóxico
Radical sulfidrilo (-SH)
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Eficiência biológica relativa (EBR)
Densidade de ionizações    lesões biológicas importantes
Transferência linear de energia (LET)    eficiência biológica relativa (EBR)  maior dano celular
Fótons de baixa energia (EBR = 1,15), nêutrons ou partículas alfa (EBR = 2 e 3)
Importância biológica das moléculas:
Complexidade molecular
Número de moléculas disponíveis
Papel biológico
Maior importância biológica  maior complexidade química + pequeno número
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Dano molecular
Ácidos nucléicos:
Muito sensíveis as radiações
DNA  5 vezes mais sensíveis que o RNA
DNA   complexidade química +  número
Lesões celulares mais importantes  danos sofridos pelo DNA
Proteínas:
Estrutura tridimensional complexa
Grupo amino  mais sensível que o grupo ácido
Ligações peptídicas (grupo amino + grupo ácido)  resistentes
Cadeias laterais  sensíveis
Danos em proteínas  alterações metabólicas
DNA preservado  produção de novas proteínas  função celular recuperada
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Dano molecular
Danos aos cromossomos:
Modificação da estrutura química da cadeia de DNA  alteração da informação genética (mutação)
Lesão cromossômica:
Impede a reprodução celular ou produz a morte celular (efeito letal)
Célula pode se reproduzir  origem de tumor maligno ou malformação congênita
Alterações estruturais:
Roturas (variadas) de cromossomos:
Perdas (ou deleções) de fragmentos
Deleções de cromátides
Fusões entre fragmentos
Trocas e permutas em cromossomos e/ou entre cromossomos
Inversões e translocações 
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Dano molecular
Mecanismos celulares de reparo de DNA:
Reparação correta  informação preservada
Reparação incorreta  informação alterada
Ausência de reparação das lesões  informação alterada
Mutação:
Alteração (quantidade ou qualidade) da informação genética
Célula reproduz  transmite a informação alterada
Mutação em célula somática  indução de câncer
Mutação em gameta  indução de malformações congênitas
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Dano molecular
Efeitos das radiação sobre moléculas biologicamente importantes
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Cinética celular
População celular:
Aumento real no número de células (embrião, tumores)
Redução real no número de células (agressão e morte celular)
Número de células constante (produção celular)
Índice mitótico:
Número total de células / número de mitoses
Tecido em fase proliferativa  população celular constante  número de mitoses constante
Tempo
N° de células
em mitose
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Efeito tecidual da radiação
Dose baixa  retardo na divisão celular
Dose moderada  falha reprodutiva
Dose alta  morte intermitótica 
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Radiossensibilidade celular
Sensibilidade celular à radiação (Bergonié e Triondeau):
Diretamente proporcional a capacidade reprodutiva (índice mitótico) e inversamente proporcional a diferenciação celular
 Radiossensibilidade relativa de células de mamíferos
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Radiossensibilidade celular
Ancel e Vitemberg:
Doses iguais sobre fígado e intestino  exame histológico: ausência aparente de lesões (fígado) e grandes alterações (intestino)
Estimulação da atividade proliferativa (fígado)  aparecem as alterações radioinduzidas
Radiolesões:
Condições biológicas antes, durante e após a irradiação
Tensão biológica celular após a irradiação
Radiorresposta celular:
Variável dependente da natureza e características das radiações + condições de cultivo celular
Relaciona-se ao tempo para a manifestação das alterações (latência)
Manifestação precoce dos efeitos da radiação (tecidos de proliferação rápida)  radiossensíveis
Manifestação tardia dos efeitos da radiação  radiorresistentes
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Radiossensibilidade tecidual
Resistência celular à radiação:
Não existem células resistentes à radiação
Não neutralizam os efeitos das radiações
Células mais resistentes   dose  induz destruição celular
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Fatores que influenciam a tolerância às radiações 
Fatores físicos:
Natureza da radiação				Taxa de dose
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Fatores que influenciam a tolerância às radiações 
Fatores químicos:
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Fatores que influenciam a tolerância às radiações 
Fatores biológicos:
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Radiossensibilidade tecidual
Sensibilidade tecidual  sensibilidades dos tipos celulares
Parênquima com células sensíveis  efeitos radioinduzidos diretos
Depleção celular (parênquima)  testículo, medula óssea, intestino
Parênquima com células pouco sensíveis  efeitos radioinduzidos sobre o tecido conjuntivo (dano vascular)
Dano parenquimatoso indireto  tecido muscular
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Irradiação de corpo inteiro
Irradiação localizada  resposta depende do órgão/tecido
Irradiação de corpo inteiro  síndrome aguda da irradiação:
Depleção celular  manifestações clínicas
Período de latência  depende da cinética celular
Irradiação corporal total:
Fase prodrômica:
Início durante ou logo após a exposição
Duração depende da dose
Fase de latência:
Ausência de sintomas
Alterações degenerativas celulares e respostas proliferativas
Fase da doença:
Presença de sintomas próprios
Morte ou recuperação das lesões
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Síndrome da irradiação aguda
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Efeitos sobre o embrião e o feto
Mortalidade, malformações congênitas e efeitos tardios
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Efeitos tardios
Alterações de tecidos que se apresentam a partir de 6 meses da irradiação
Efeitos somáticos:
Localizados  tratamentos locais sobre tecidos ou órgãos
Sistêmicos  ação aleatória das radiações sobre todo o organismo
Envelhecimento precoce
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Efeitos tardios
Anemia aplásica
Carcinogênese e leucemogênese:
Período de latência: leucemias (5 a 8 anos) e tumores sólidos (10 a 15 anos)
Incidência baixa: 2 leucemias e 2 tumores sólidos por ano por 105 indivíduos submetidos a irradiação (1 cGy por ano)
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Efeitos tardios
Incidência de leucemias na população de irradiados (Hiroshima) em relação à população geral