Apostila Efeitos Biológicos

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www.maximcursos.com.br Efeitos Biológicos Curso EAD MA IM CURSOS Módulo 2MA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica 2 Efeitos Biológicos A função da membrana, além de proteger e estabelecer os limites físicos 2.1 Estrutura e Metabolismo Celular da célula está associada ao fato de que todos os nutrientes, secreções e rejeitos 2.1.1 Estrutura básica da célula precisam passar por esta barreira. Embora as células sejam muito A membrana tem aproximadamente diferentes na aparência, tanto externa 7,5 nm de espessura, é composta quanto interna, certas estruturas são primariamente de fosfolipídeos (20 a comuns às células animais e vegetais. 30%) e proteínas (50 a 70%). Ao Assim, elas são envolvidas por uma contrário das paredes das células de membrana citoplasmática e contêm, na muitos vegetais, que é feita em 98% de maioria dos casos, um núcleo facilmente celulose, a membrana celular precisa de identificável. No líquido que preenche a constante renovação química. Por meio célula, o citoplasma, são vistos organelas de uma substância denominada de envolvidas por membranas, retículo pectina, que é uma mistura de endoplasmático e complexo de Golgi. polissacarídeos, as células se acoplam As células vegetais têm, além da às vizinhas, por meio da membrana membrana celular, uma parede mais celular. rígida. Na figura abaixo são apresentados diagramas de células típicas de animais e vegetais. 2.1.2 Metabolismo celular Embora as membranas tenham uma permeabilidade seletiva, seria Citoplasma incorreto supor que grandes moléculas Membranas internas com ribossomos ligados a ela ou partículas penetrem na célula. Existe Membrana nuclear um mecanismo denominado de Organelas envolvidas pinocitose, que permite que partículas e por membrana moléculas inicialmente no meio exterior, Membrana citoplasmática Núcleo consigam habitar interior da célula. Na pinocitose, formam-se inicialmente, Célula Eucariótica (Animal) pequenos vácuolos e canais no citoplasma, induzidos por aminoácidos, proteínas, sais e enzimas, que envolvem a partícula, crescem e posteriormente se Membranas internas com fecham, já com a partícula no interior da ribossomos ligados a elas célula. É um mecanismo diferente do Núcleo transporte ativo, em que o movimento de Membrana nuclear Organelas envolvidas células é regido pelo gradiente de por membrana concentração, ou seja, os solventes Membrana citoplasmática Vacúolo passam de uma região de baixa Parede celular Citoplasma concentração de soluto para uma com alta concentração de soluto, pelo Célula Eucariótica (Vegetal) mecanismo denominado de osmose. 2.1.3 Reprodução celular Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica As células se reproduzem pelo Na metáfase os cromosssomos se processo de mitose, ou bipartição. Neste alinham num plano e se acoplam às processo podem ser identificadas 4 fibras do fuso mitótico. Os cromossomos fases: prófase, metáfase, anáfase e se separam e se movem para os pólos telófase. No início da prófase os da célula, durante a anáfase. Ao final da cromossomos não aparecem duplicados, telófase surgem duas células-filhas, embora o DNA seja duplicado antes do ambas contendo cópia de todo o material início da mitose. No meio da prófase, os genético da célula inicial. Estas fases cromossomos aparecem duplicados. podem ser ilustradas na figura abaixo. Nucléolo Cromossomo Membrana Nuclear Centrômetro Centríolo Início da Prófase Meio da Prófase Fim da Prófase Fibras de fuso mitótico Células-filhas Metáfase Anáfase Telófase 2.2 Interação da Radiação com se pôde afirmar a realidade de sua tecido biológico existência. Entretanto, para seu detalhamento, foi necessária a adoção de 2.2.1 Formas e tipos de irradiação modelos de exposição e hipóteses baseadas em extrapolações, uma vez A correlação entre a exposição à que dependia claramente, da quantidade, radiação ionizante e os efeitos biológicos forma e período de exposição, bem como induzidos no homem, foi estabelecida de expectativas de concretização dos inicialmente de modo dualizado, em que efeitos, em termos de sua observação no Módulo 2 - Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica tempo. Isto porque os dados certos efeitos ou minimizando a experimentais disponíveis eram ocorrência de alguns outros efeitos, relacionados a exposições com doses devido à influência e comportamento de elevadas, a acidentes radiológicos, às outros fatores nesta região de baixas observações nas vítimas de Hiroshima e doses. Nagasaki ou a experiências com cobaias. As conclusões dos estudos iniciais poderiam ter comparações e confirmações diretas em pacientes submetidos a tratamento de radioterapia ou em experiências em cobaias, onde propositadamente as doses são elevadas. Entretanto, para o Probabilidade de Ocorrência Dados Experimentais estabelecimento de recomendações de segurança para trabalho rotineiro com a radiação ionização em suas diversas (b) aplicações, aonde as doses são mantidas duas a quatro ordens de grandeza (a) menores que as anteriormente citadas, a (c) observação dos efeitos biológicos fica Dose Absorvida ofuscada pela ocorrência de muitos outros efeitos, provocados por outros Região de agentes físicos ou químicos, inclusive Baixas Doses ambientais. Um modelo conservativo em termos de radioproteção seria a correlação linear entre dose e efeito, Figura Modelo de extrapolação linear mesmo para baixos valores de dose. (curva a) para a correlação entre dose e Este modelo, utilizado até hoje, se baseia efeito biológico, onde não são numa extrapolação para doses muito contabilizados possíveis efeitos de baixas, do ajuste da curva obtida entre aumento da probabilidade de ocorrência dose e efeitos biológicos observados em na região de doses baixas (curva b) ou valores elevados. da existência de limiares ou de fatores de redução da incidência dos efeitos até Questiona-se, como é óbvio, da então desconhecidos (curva c). sua validade científica, pois poderia estar ignorando possíveis valores limiares para como por exemplo: uma tomografia; de 2.2.1.1 Exposição única, fracionada maneira fracionada, como no tratamento ou periódica radioterápico; ou periodicamente, como em certas rotinas de trabalho com A exposição do homem ou parte material radioativo em instalações se seus tecidos à radiação podem ter nucleares. Para uma mesma quantidade resultados bastante diferenciados, se de radiação, os efeitos biológicos ela ocorreu de uma única vez, de resultantes podem ser muito diferentes. maneira fracionada ou Assim, se ao invés de fracionada, a dose periodicamente. As exposições únicas aplicada num paciente em tratamento de podem ocorrer em exames radiológicos, câncer, fosse dada de uma única vez, a Módulo 2 Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica probabilidade de morte seria muito 2.2.1.4 Exposição de fótons, grande. A exposição contínua ou nêutrons ou a partículas carregadas periódica que homem sofre da radiação cósmica, produz efeitos de A grande maioria das práticas difícil identificação. mesmo não com radiação ionizante envolvem fótons aconteceria, se a dose acumulada em 50 provenientes de fontes de radiação anos fosse concentrada em uma vez. gama ou geradores de raios X como as de radiodiagnósticos, radioterapia, 2.2.1.2 Exposição de corpo inteiro, braquiterapia, radiografia industrial e parcial ou colimada medição de nível e densidade. Um trabalhador que opera com Nos reatores das instalações material ou gerador de radiação nucleares, além dos fótons, existem ionizante pode expor corpo todo ou fluxos de nêutrons gerados na fissão parte dele, durante sua rotina ou num dentro dos elementos combustíveis e acidente. Um operador de gamagrafia que atingem as áreas de manutenção e sofre irradiação de corpo inteiro na sua operação da máquina. Alguns medidores rotina de expor, irradiar a peça, recolher de nível, de densidade e instrumentos e transportar a fonte. Em alguns para prospecção de petróleo, utilizam acidentes, como a perda da fonte de fontes e geradores de nêutrons. irradiadores, pode expor mais as Os feixes de partículas extremidades (mãos e pés) do que carregadas têm, nos aceleradores outras partes do corpo. lineares de elétrons, nos cíclotrons e nos radionuclídeos emissores alfa, os 2.2.1.3 Exposição a feixes intensos, principais representantes. médios e fracos Os fótons e nêutrons constituem Na esterilização e conservação de as radiações mais penetrantes e frutas, especiarias, peixes e carnes, com causam danos biológicos diferentes radiação gama, as doses aplicadas conforme a taxa de dose, energia e tipo atingem a 10 kilograys (kGy). Em de irradiação. Os feixes de elétrons radioterapia, a 2 Gy por aplicação. São têm um poder de penetração regulável, feixes intensos e capazes de induzir uma conforme a energia estabelecida na pessoa à morte, se aplicados de uma máquina aceleradora. A radiação beta única vez e no corpo inteiro. Os feixes proveniente de radionuclídeos em utilizados em radiologia são de aplicadores oftalmológicos e intensidade média, comparativamente, dermatológicos tem alcance de fração de pois atingem a alguns miligrays, e não milímetro no tecido humano. As devem ser recebidos por uma pessoa radiações alfa são muito pouco com muita frequência, sob a pena de penetrantes, mas doses absorvidas sofrer algum dano biológico. devido à radionuclídeos de meia-vida curta, incorporados nos sistemas A radioatividade natural induz ao respiratório ou digestivo de uma pessoa, homem doses de radiação da ordem de podem causar danos 20 vezes maiores 1 mGy por ano. Poucos são os efeitos que doses iguais de radiação X, gama identificáveis e atribuídos à radiação, ou beta. exclusivamente. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica 2.2.2 Danos celulares morrer ao tentar se dividir, ou conseguir realizar reparos mediados por enzimas. processo de ionização ao alterar os átomos, pode alterar a Se reparo é eficiente e em estrutura das moléculas que os contêm. tempo curto, DNA pode voltar à sua Se a energia de excitação ultrapassar a composição original, sem consequências energia de ligação entre átomos, pode posteriores. Num reparo propenso a ocorrer quebra das ligações químicas e erros, pode dar origem a mutações na conseqüentes mudanças moleculares. sequência de bases ou rearranjos mais Da energia transferida pela radiação grosseiros, podendo levar à morte ao tecido, metade dela induz reprodutiva da célula ou a alterações no excitações, cujas consequências, são material genético das células menores que as de ionização. Se as sobreviventes, com consequências em moléculas alteradas compõem uma longo prazo. célula, esta pode sofrer as consequências de suas alterações, 2.2.3 Mutações direta ou indiretamente, com a produção de radicais livres, íons e elétrons. As mutações, nas células Os efeitos da radiação dependem somáticas (do corpo) ou germinativas da dose, da taxa de dose, do (das gônadas) podem ser classificadas fracionamento, do tipo de radiação, do em 3 grupos: tipo de célula ou tecido e do indicador (endpoint) considerado. a) mutações pontuais (alterações na sequencia de bases do DNA); Tais alterações nem sempre são nocivas ao organismo humano. Se a b) aberrações cromossomiais estruturais substância alterada possui um papel (quebra nos cromossomos); crítico para o funcionamento da célula, pode resultar na alteração ou na morte c) aberrações cromossomiais numéricas da célula. Em muitos órgãos e tecidos o (aumento ou diminuição no número processo de perda e reposição celular, de cromossomos). faz parte de sua operação normal. Quando a mudança tem caráter deletério, ela significa um dano. 2.2.4 Modificação celular Dos danos celulares, os mais As mudanças na molécula de DNA importantes são os relacionados à podem resultar num processo conhecido molécula do DNA. As lesões podem ser como transformação neoplástica. quebras simples e duplas da molécula, célula modificada, mantendo sua ligações cruzadas (entre DNA-DNA, capacidade reprodutiva, potencialmente entre DNA-proteínas), alterações nos pode dar origem a um câncer. açúcares ou em bases (substituições). aparecimento de células modificadas, pode induzir sistema imunológico a As aberrações cromossômicas eliminá-las ou bloqueá-las. Entretanto, as são resultado de danos no DNA, células sobreviventes, acabam por se principalmente devido às quebras adaptar, devido a modificações duplas, gerando os dicêntricos ou os estimuladas por substância promotora. anéis. As células danificadas podem A multiplicação deste tipo de célula dá Módulo 2 Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica origem a um tumor, num estágio de alto LET (alfa, nêutrons, íons denominado de progressão. Após pesados) resultam em menor percentual período de latência, se as células de sobrevivência que as de baixo LET persistirem na reprodução, superando as (elétrons, beta, fótons). dificuldades de divisão celular, os possíveis desvios de percurso devido a diferenciações e mecanismos de defesa do organismo, surge o tumor 10¹ cancerígeno. 2.2.5 Morte celular 10° Quando a dose de radiação é elevada (vários Gy), muitas células de Sobrevivência 10⁻¹ tecido atingidas podem não suportar as Alto LET transformações e morrem, após várias 10⁻² tentativas de se dividir. aumento da Baixo LET taxa de perda pode às vezes ser compensado com o aumento da taxa de 10⁻³ reposição. Neste caso, haverá um 0 4 8 14 16 período de transição, onde a função do Dose (Gy) tecido ou órgão foi parcialmente comprometida e posteriormente reposta. Figura Curvas de sobrevivência para A perda de células em quantidade células de mamíferos considerável pode causar prejuízos detectáveis no funcionamento do tecido 2.2.7 Detrimento ou órgão. A severidade do dano caracteriza denominado efeito O conceito de detrimento, utilizado determinístico, uma vez que limiar de em radioproteção envolve a combinação dose que as células do tecido suportam, da probabilidade de ocorrência, foi ultrapassado. As células mais severidade (gravidade) e tempo de radiosensíveis são as integrantes do manifestação de um determinado dano. ovário, dos testículos, da medula óssea e Ele é a estimativa do prejuízo total do cristalino. que eventualmente seria experimentado por um grupo ou pessoa expostos à 2.2.6 Curvas de sobrevivência radiação, inclusive seus descendentes. Utilizando radiações de alto e baixo 2.3 Etapas da Produção do efeito LET, com altas e baixas taxas de dose, biológico pela Radiação pode-se obter percentual de sobrevivência de células de um tecido ou 2.3.1 Efeitos Físicos órgão. Os pontos experimentais podem ser ajustados matematicamente e, as Quando uma pessoa é exposta à diversas expressões obtidas são radiação ionizante, nos locais atingidos denominadas de curvas de aparecem muitos elétrons e íons livres, sobrevivência. radicais produzidos na quebra das A figura mostra que, para mesmo ligações químicas e energia cinética valor de dose de radiação, as radiações adicional decorrentes da transferência de Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica energia da radiação ao material do Ela pode ser relacionada com as tecido, por colisão. Uma significativa demais grandezas mediante fatores de fração desta energia produz excitação de conversão que levam em conta a energia átomos e moléculas, que pode ser necessária para criar um par de íons e a dissipada, no processo de desexcitação, influência da diferença de composição sob a forma de fótons. química no processo de transferência e absorção de energia. Para radiações, do tipo raios X e gama, estes efeitos ocorrem de uma 2.3.2 Efeitos Químicos maneira mais distribuída devido ao seu grande poder de penetração. Para Como os átomos e moléculas radiações beta, os efeitos são mais atingidos pela radiação estão dentro de superficiais, podendo chegar a vários células, que possuem um metabolismo e milímetros, dependendo da energia da uma grande variedade de substâncias, a radiação. Já as radiações alfa, não tendência seria a neutralização gradual conseguem penetrar em um décimo de dos íons e radicais, no decorrer do milímetro na pele de uma pessoa. Seus tempo, ou seja a busca do equilíbrio efeitos provocados por exposições químico. Esta fase físico-química dura externas são pouco relevantes. cerca de 10⁻¹⁰ segundos, e nela, os radicais livres, íons e os agentes Porém, no caso de inalação ou oxidantes podem atacar moléculas ingestão de radionuclídeos alfa- importantes da célula, inclusive as emissores, elas podem danificar substâncias que compõem seriamente células de alguns órgãos ou cromossomo. tecidos, pelo fato de serem emitidas em Algumas substâncias, como a água estreito contato ou no seu interior. Esta (H₂O), ao serem ionizadas podem sofrer fase física tem uma duração da ordem de radiólise: 10⁻¹³ segundos. Esta energia adicional transferida Radiação H2O + e pela radiação para uma certa quantidade de massa de tecido atingido, permite Onde: definir algumas grandezas radiológicas como, Dose Absorvida e Kerma. é íon positivo e e o íon negativo. íon positivo forma A relação entre a parte da energia radical hidroxil ao se dissociar na forma: absorvida e a massa do tecido é denominada de Dose Absorvida, H+ + enquanto que a relação entre a quantidade de energia cinética adicional O íon negativo, que é elétron, e a massa de tecido define Kerma. Se ataca uma molécula neutra de água, o material irradiado for ar, e se a dissociando-a e formando o radical radiação for fótons X ou gama, a relação hidrogênio: entre a carga adicional, de mesmo sinal, e a massa permite definir a Exposição. H2O + e + Esta grandeza só é definida para ar e para fótons. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Os radicais hidrogênio e hidroxil químicas provocadas pela radiação podem ser formados também com a podem afetar uma célula de várias dissociação da água, numa excitação: maneiras, resultando em: morte prematura, impedimento ou retardo de H2O + divisão celular ou modificação permanente que é passada para as Além disso, os elétrons livres células de gerações posteriores. A podem polarizar as moléculas próximas reação de um indivíduo à exposição de de água, formando um elétron-hidratado radiação depende de diversos fatores de vida relativamente longa. Os como: radicais H e estes elétrons se difundem e reagem com as biomoléculas, quantidade total de radiação podendo danificá-las. No rastro das recebida; radiações de alto LET a densidade de radicais é grande e ocorrem muitas quantidade total de radiação recebida recombinações, tais como: anteriormente pelo organismo, sem recuperação; + H2O textura orgânica individual; H₂ dano físico recebido com a + dose de radiação simultaneamente (queimadura, por exemplo); rendimento de H₂ e da água oxigenada na água pura é intervalo de tempo durante o qual a pequeno, devido à reação de quantidade total de radiação foi recombinação de com Mas recebida. dentro da célula ou em presença de oxigênio, se combina para formar o radical peroxil, que se combina com outro É bom salientar que o efeito para formar o peróxido de hidrogênio biológico constitui a resposta natural de um organismo, ou parte dele, a um agente agressor ou modificador. O surgimento destes efeitos não significa + uma doença. + + Quando a quantidade de efeitos biológicos é pequena, organismo pode Os radicais e peróxido de recuperar, sem que a pessoa perceba. hidrogênio podem reduzir ou oxidar as Por exemplo, numa exposição à moléculas biológicas. radiação X ou gama, pode ocorrer uma redução de leucócitos, hemácias e 2.3.3 Efeitos Biológicos plaquetas e, após algumas semanas, tudo retornar aos níveis anteriores de Esta fase varia de dezenas de contagem destes elementos no sangue. minutos até dezenas de anos, dependendo dos sintomas. As alterações Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Isto significa que, houve a Assim, aparecimento de um irradiação, ocorreram efeitos biológicos tumor cancerígeno radioinduzido, sob a forma de morte celular e, significa já quase final de uma história posteriormente, os elementos figurados de danos, reparos e propagação, de do sangue foram repostos por efeitos vários anos após período de irradiação. biológicos reparadores, operados pelo A ocorrência de leucemia nos japoneses, tecido hematopoiético. vítimas das bombas de Hiroxima e Nagasaki, teve um máximo de ocorrência 2.3.4 Efeitos orgânicos - Doenças cinco anos após. As queimaduras originárias de manipulação de fontes de Quando a quantidade ou a em acidente com irradiadores de freqüência de efeitos biológicos gamagrafia, aparecem horas após. produzidos pela radiação começa a Porém os efeitos orgânicos mais desequilibrar o organismo humano ou o dramáticos, como a redução de tecido, funcionamento de um órgão, surgem ou possível perda dos dedos, podem sintomas clínicos denunciadores da levar até 6 meses para acontecer. incapacidade do organismo de superar ou reparar tais danos, que são doenças. As fases descritas anteriormente podem ser ilustradas na figura a seguir: Efeitos Físicos Efeitos Efeitos Biológicos Orgânicos Energia Danos + Catarata + Câncer Sintomas Mobilização e neutralização Restauração de danos Doenças Elétrons dos ions radicais livres Morte celular Radiodermites Radicais Restauração do equilíbrio Alteração do metabolismo Câncer Absorção de energia químico local Excitação Indução de novas Aberração cromossomial Catarata Quebra de ligações substâncias Armazenagem de Efeitos Fases do efeito biológico produzido pela radiação ionizante Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Para propósitos de radioproteção, a RBE é considerada como sendo 2.4 Radiossensibilidade dos Tecidos função da qualidade da radiação, expressa em termos da Transferência 2.4.1 Eficiência biológica relativa Linear de Energia (LET). Em muitos RBE sistemas a RBE aumenta com LET até cerca de 100 keV µm⁻¹ e depois diminui. A influência da qualidade de radiação nos sistemas biológicos pode A rigor, a RBE para uma ser quantificada utilizando a Eficiência determinada radiação não é somente Biológica Relativa, Relative Biological dependente do LET, mas também da Effectiveness (RBE). dose, da taxa de dose, do fracionamento da dose e até da idade da pessoa Para um dado tipo de radiação A e exposta. supondo constantes todas as variáveis físicas e biológicas, exceto tipo de Seu valor só é reprodutível para um determinado sistema biológico, tipo de radiação e conjunto de radiação, a RBE é definida pela relação circunstâncias experimentais. Seus adimensional: valores dependem então da natureza e condição do material biológico, do estado RBE(A) = Dose referência fisiológico, temperatura, concentração de Dose radiaçãoA oxigênio, condições de nutrição e estágio do ciclo celular. Onde: A magnitude do efeito e tipo de Dose referência é a dose da radiação de resposta com a dose também referência necessária para produzir um influenciam, pois as curvas de resposta específico nível de resposta; nem sempre são semelhantes e regulares: assim, depende do intervalo Dose radiaçãoA é a dose da radiação A de dose em que são comparadas. necessária para produzir igual resposta. Nesta definição, a radiação usada A tabela a seguir, fornece alguns como referência, nem sempre é bem valores médios do LET e RBE para a estabelecida. Em muitos experimentos, água (ICRP ICRU, 1963). utilizou-se a radiação X, filtrada, de 250 kVp. A relação parece clara, como LET médio na Água definição, mas a dificuldade está em RBE keV/ estabelecer o que significa um específico nível de resposta. Para 3,5 ou menos 1 superar possíveis indeterminações, 3,5 a 7,0 1 2 utiliza-se razão entre as inclinações 7,0 a 23 2a5 das partes que podem ser 23 a 53 5 a 10 consideradas lineares, das curvas de 53 a 175 10 a 20 Dose X Efeito, para as radiações em estudo e de referência. Esta razão, presumivelmente, poderá representar valor máximo de RBE, ou seja, a RBEM. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Como num material existem muitos elétrons, quando um elétron nele 2.4.2 Transferência linear de energia incide, haverá uma série de colisões sequenciais, com correspondentes conceito de transferência transferências de energia e mudanças de linear de energia, Linear Energy direção. Transfer (LET), provém da simplificação do Poder de Freamento de Colisão A energia inicial do elétron Linear (Linear Collision Stopping Power), incidente vai sendo gradativamente como sendo a perda média de energia, transferida para material, numa por colisão, de uma partícula carregada trajetória com a forma de linha quebrada. por unidade de comprimento. poder de freamento (Stopping Power) expressa Supondo, então, que uma certa efeito do meio material na partícula, quantidade média de energia dE foi enquanto que LET expressa efeito da transferida entre um ponto A de partícula no meio, normalmente tecido referência e um ponto de avaliação humano. final, após várias colisões, a relação entre a energia dE, média, e a distância Para entender significado do dx entre os pontos A e é denominada LET é preciso observar como as de LET. partículas carregadas interagem com meio material. Por exemplo, um elétron, Quando se fala em energia quer gerado após interação de um fóton localmente cedida pela partícula, está X ou gama com a matéria, uma radiação implícito que percurso da partícula beta ou uma partícula proveniente de um carregada é menor do que o seu alcance acelerador linear, interage basicamente (range) no meio material. com o campo elétrico de sua carga, Na definição do dE/dx a partir da influenciado pela sua massa. perda média de energia no espaço Numa visão simples de uma percorrido, existe ainda uma dificuldade colisão, parece se comportar como não explicitada: como acompanhar o choque de duas esferas rígidas num elétron incidente? Pois após a primeira mero evento mecânico. Entretanto, sob colisão, podem sair dois elétrons com ponto de vista físico, o elétron interage energias muito próximas, cada um com vários elétrons atômicos ao mesmo gerando uma sequencia semelhante de tempo e, na interação com o elétron mais colisões dentro do material. próximo, eles se afastam sem se "tocar", devido ao aumento da repulsão de seus Assim, não contabilizando as campos elétricos quando a distância perdas de energia pelas partículas entre eles é muito pequena. Neste evento, pode haver transferência ou secundárias de alta energia (raios δ) conversão de energia, resultando em LET recebe a denominação de excitação ou ionização do átomo, Transferência Linear de Energia emissão de radiação de freamento Irrestrito, denotado por uma vez que (bremsstrahlung) e mudança de direção não se fixou um valor de energia de corte da partícula. no processo de degradação. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Além disso, acompanhando estabelecidos pela ICRP podem constituir percurso de uma partícula carregada guias administrativas de importância num meio material e processo de prática, mas não de utilidade científica, transferência de sua energia, percebe-se pois muitas incertezas e aproximações que ela não possui um valor fixo de LET. foram embutidas. Por isso que a ICRP, O que é chamado de LET constitui um em seu lugar, estabeleceu um fator de valor médio obtido de um espectro largo peso obtido de uma revisão de uma de valores. Assim, a separação de grande variedade de tipos de exposição radiações de baixo e de alto LET é muito e informações biológicas. arbitrária, embora de utilidade prática. Consequentemente, com a introdução do WR foi necessária a definição da Dose Por outro lado, fator de Equivalente. qualidade Q da radiação como função do LET, com seus valores médios dE = Energia média cedida localmente num volume limitado Partícula Carregada incidente dE Energia E₀ dx = espaço percorrido pela partícula para ceder a energia dE LET = Energia média cedida = dE Espaço percorrido dx Figura Visualização do processo de transferência de energia (dE) por uma partícula carregada (elétron) em função da distância percorrida (dx) num meio material. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica mGy ou dezenas de mGy. Para estes valores de dose, não existem estudos epidemiológicos suficientes para estabelecer, com segurança, o formato da curva dose-resposta, ou a existência de um limiar. Como a maioria das informações sobre carcinogênese 2.4.3 Radiações de baixo LET radioinduzida foi obtida com doses acima de 0,1 Gy e com taxas de doses muito As radiações consideradas de altas, fazem-se extrapolações das curvas baixo LET são: raios X, raios γ, e ß- de dose-resposta, para a região de doses Como se sabe, LET só é definido para baixas. radiações constituídas por partículas carregadas. Dentre as fórmulas matemáticas para explicitar tais hipóteses, a mais A inclusão dos raios X e da utilizada é a: radiação γ se deve ao fato de que, após a primeira interação com a matéria, linear-quadrática (E = αD + aparecem elétrons por efeito fotoelétrico, por espalhamento Compton ou por A denominação linear- formação de pares. Por isso, tais quadrática é incorreta, radiações são também denominadas de pois, se for linear não pode ser indiretamente ionizantes. quadrática. Entretanto, ela é muito usada, devido ao fato de que, para doses baixas, Os elétrons Auger são também o efeito é proporcional à dose, ou seja, considerados radiações de baixo LET, responde linearmente. Para doses mas podem apresentar valores de RBE elevadas, efeito aumenta com o maiores que os demais elétrons. quadrado da dose. Entretanto, se radionuclídeo que os emite não penetrar na célula, os elétrons comportamento dos efeitos Auger são incapazes de produzir efeitos biológicos que resultam em tumores biológicos, devido ao seu pequeno cancerosos, é descrito, alcance. matematicamente, da seguinte forma: Para os que penetram na célula, a) para valores de dose muito baixos, mas não se incorporam ao DNA, RBE é por não se ter dados experimentais de 1,5 a 8. Para os que se incorporam no inequívocos, supõe-se que a DNA como RBE de seus elétrons probabilidade de incidência de câncer Auger fica na faixa de 20 a 40. seja proporcional à dose absorvida; b) na região de doses elevadas, com dados obtidos das vítimas de Hiroxima e 2.4.4 Indução de câncer pelas Nagasaki, acidentes radiológicos e radiações de baixo LET experiências em laboratório, a probabilidade de incidência de câncer Para fins de radioproteção, as varia, na maioria dos casos, com doses (e taxas de doses), normalmente quadrado da dose; e têm valores muito baixos, da ordem de Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica c) para doses muito elevadas, a As radiações de alto LET causam probabilidade de indução de câncer mais danos por unidade de dose que as decresce devido a alta frequência de de baixo LET. Para efeito de morte morte celular, que impede a evolução celular, RBE é de 2 a 3. Para efeitos para um câncer. determinísticos, geralmente não excede a 10. Assim, a relação entre a dose e a probabilidade de indução de câncer é Alto LET considerada linear, para radiações de baixo LET, quando os valores de dose estão abaixo dos limites recomendados pela ICRP. Efeito estocástico Baixo LET Única 2.4.5 Radiações de alto LET Fracionada As radiações consideradas de alto LET são aquelas que possuem um alto Dose absorvida poder de ionização e uma alta taxa de transferência de energia num meio material. Para mesmo valor da dose 2.5 Classificação dos efeitos biológicos absorvida, são as que induzem maiores danos biológicos. Partículas alfa, íons 2.5.1 Denominação dos efeitos pesados, fragmentos de fissão e biológicos nêutrons são classificadas como radiações de alto LET. As partículas Os efeitos radioinduzidos podem carregadas interagem com os átomos receber denominações em função do situados defronte à linha de incidência e valor da dose e forma de resposta, em também nas proximidades, devido a ação função do tempo de manifestação e do da sua carga elétrica e sua massa. São nível orgânico atingido. Assim, em função denominadas de radiações diretamente da dose e forma de resposta, são ionizantes. classificados em estocásticos e determinísticos; em termos do tempo de As radiações indiretamente manifestação, em imediatos e tardios; ionizantes só são percebidas pelo em função do nível de dano, em material, após a primeira ionização, somáticos e genéticos (hereditários). quando liberam elétron; caso contrário, atravessam o material sem interagir. 2.5.2 Efeitos estocásticos 2.4.6 Indução de câncer pelas radiações de alto LET São efeitos em que a Para as radiações de alto LET, probabilidade de ocorrência é proporcional à dose de radiação fracionamento da dose produz mesmo recebida, sem a existência de limiar. Isto efeito ou até aumenta. Este fenômeno é denominado de "efeito reverso da taxa significa, que doses pequenas, abaixo dos limites estabelecidos por normas e de dose", conforme mostra a figura a recomendações de radioproteção, podem seguir. induzir tais efeitos. Entre estes efeitos, Módulo 2 Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica destaca-se o câncer. A probabilidade de doses elevadas, acima do limiar, onde a ocorrência de um câncer radioinduzido severidade ou gravidade do dano depende do número de clones de células aumenta com a dose aplicada. A modificadas no tecido ou órgão, uma vez probabilidade de efeito determinístico, que depende da sobrevivência de pelo assim definido, é nula para valores de menos um deles para garantir a dose abaixo do limiar, e 100%, acima. progressão. período de aparecimento (detecção) do câncer após a exposição Além da severidade, os efeitos pode chegar a até 40 anos. No caso da determinísticos variam com a frequência leucemia de 2 anos. Na próxima figura é em que um dado efeito, definido como apresentada uma estimativa do tempo de condição patológica reconhecível, latência para aparecimento de câncer aumenta em função da dose, em uma após exposição. população de indivíduos com diferentes susceptibilidades (curvas a, b, e c), conforme ilustra a figura a seguir: 6 100% Demais tipos de câncer 50% Risco Anual 4 Frequência 0% a Leucemia b 2 Severidade 0 0 10 20 30 40 50 Dose Anos após a irradiação Os principais exemplos de efeitos determinísticos na pele, são eritema e descamação seca para dose entre 3 e 5 2.5.3 Efeitos determinísticos Gy, com sintomas aparecendo após 3 semanas; descamação úmida acima de São efeitos causados por 20 Gy, com bolhas após 4 semanas; irradiação, total ou localizada, de um necrose para dose acima 50 Gy, após 3 tecido, causando um grau de morte semanas. celular não compensado pela reposição ou reparo, com prejuízos detectáveis no Na tabela a seguir, são funcionamento do tecido ou órgão. Existe apresentados os limiares de dose para um limiar de dose, abaixo do qual a efeitos como esterilidade temporária ou perda de células é insuficiente para permanente, opacidade das lentes, prejudicar tecido ou órgão de um modo catarata, e depressão do tecido detectável. Isto significa que, os efeitos hematopoiético, para exposição única e determinísticos, são produzidos por fracionada. Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica 2.5.4 Efeitos somáticos resultado do dano produzido pela radiação em células dos órgãos Surgem do dano nas células do reprodutores, as gônadas. corpo e efeito aparece na própria pessoa irradiada. Têm caráter cumulativo e independente da taxa de absorção da Dependem da dose absorvida, da dose. taxa de absorção da energia da radiação, da região e da área do corpo irradiada. Na tabela a seguir, são apresentados, alguns limiares de dose 2.5.5 Efeitos genéticos ou para efeitos determinísticos nas gônadas, hereditários cristalinos e medula óssea. São efeitos que surgem no descendente da pessoa irradiada, como LIMIAR DE DOSE Dose Equivalente Total Dose Equivalente Total Taxa de Dose Anual recebida em uma recebida em uma recebida única exposição exposição fracionada anualmente em TECIDO e EFEITO ou prolongada exposições fracionadas ou prolongadas por muitos anos (Sv) (Sv) (Sv) Gônadas esterilidade temporária 0,15 ND 0,40 esterilidade 3,5 6,0 ND 2,00 Ovários esterilidade 2,5 - 6,0 6 > 0,2 Cristalino opacidade detectável 0,5 2,0 5 >0,1 catarata 5,0 >8 > 0,15 Medula Óssea depressão de 0,5 ND > 0,4 hematopoiese 2.5.6 Efeitos imediatos e tardios radiodermite. Os que aparecem depois de anos ou mesmo décadas, são Os primeiros efeitos biológicos chamados de efeitos retardados ou causados pela radiação, que ocorrem tardios, como por exemplo, câncer. num período de poucas horas até algumas semanas após exposição, Se as doses forem muito altas, são denominados de efeitos predominam os efeitos imediatos, e as imediatos, como por exemplo, a lesões serão severas ou até letais. Módulo 2 Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Para doses intermediárias, predominam disponíveis. Assim, um tecido atingido os efeitos imediatos com grau de por uma dose de radiação única e de severidade menor, e não baixo valor, tem muitas condições de necessariamente permanentes. Poderá recuperar sua integridade, mesmo que haver, entretanto, uma probabilidade nele haja um certo percentual de morte grande de lesões severas em longo de suas células. Em condições normais, prazo. Para doses baixas, não haverá ele repõe as células e retorna o seu ritmo efeitos imediatos, mas a possibilidade de de operação. Nestas condições, pode-se lesões em longo prazo. dizer que o dano foi reversível. Os efeitos retardados, Entretanto, para efeito de principalmente o câncer, complicam segurança, em proteção radiológica, bastante a implantação de critérios de considera-se que efeito biológico segurança no trabalho com radiações produzido por radiação ionizante é de ionizantes. Não é possível, por enquanto, caráter cumulativo, ou seja, despreza-se usar critérios clínicos porque, quando reparo do dano. aparecem os sintomas, grau de dano causado já pode ser severo, irreparável e 2.6.2 Transmissividade até letal. Em princípio, é possível ter um Outra questão importante é que o critério biológico e espera-se algum dia dano biológico produzido numa pessoa ser possível identificar uma mudança não se transmite. biológica no ser humano que corresponda a uma mudança abaixo do que pode eventualmente ser grau de lesão. Por enquanto, utilizam-se transmitido é um efeito de doses hipóteses estabelecidas sobre critérios elevadas, que lesando significativamente físicos, extrapolações matemáticas e as células reprodutivas, pode resultar comportamentos estatísticos. num descendente portador de defeito genético. Não há relação nenhuma entre 2.6 Reversibilidade, transmissividade a parte irradiada numa pessoa e o local e fatores de influência de aparecimento do defeito no organismo do filho. 2.6.1 Reversibilidade Uma pessoa danificada pela A célula possui muitos radiação, mesmo exibindo sintomas de mecanismos de reparo, uma vez que, síndrome de irradiação aguda, pode ser durante sua vida, sofre danos manuseada, medicada e transportada provenientes de substâncias químicas, como um doente qualquer, pois sua variação da concentração iônica no "doença" pega". cuidado que se processo de troca de nutrientes e dejetos deve ter no tratamento destas pessoas, é junto à membrana celular, danos físicos 0 dos médicos, enfermeiros, demais produzidos por variações térmicas e pessoas e instalações de não contaminá- radiações. las por vírus ou bactérias por eles portados, uma vez que, a resistência Mesmo danos mais considerados imunológica dos pacientes está muito profundos, produzidos no DNA, baixa. podem ser reparados ou compensados, dependendo do tempo e das condições Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica As pessoas que sofrem dose de radiação. Por outro lado, como o contaminação, interna ou externa, com processo de multiplicação celular é muito radionuclídeos é que precisam ser significativo nesta fase da vida do manuseadas com cuidado, pois tais indivíduo, as células são mais sensíveis à radionuclídeos podem estar presentes no radiação, morrendo em maior suor, na excreta e muco das vítimas. Por quantidade, mesmo que a reposição exemplo, as vítimas do acidente com ocorra com uma taxa maior. Além disso, ¹³⁷Cs, em 1987 em Goiânia, tiveram que os órgãos estão mais próximos, ficar isoladas e, durante tratamento facilitando o aumento da dose num especial, os técnicos tiveram que órgão, quando existe um outro, com usar luvas, máscaras e maior incidência de contaminação. sapatilhas para não se contaminarem radioativamente e não contaminarem No caso do idoso, processo de biologicamente os enfermos. reposição ou reparo celular é de pouca eficiência e a resistência imunológica é 2.6.3 Fatores de influência menor que a de um adulto normal. Pessoas que recebem a mesma As mulheres são mais sensíveis e dose de radiação não apresentam os devem ser mais protegidas contra a mesmos danos e nem sempre radiação que os homens. Isto porque respondem em tempos semelhantes. A possuem órgãos reprodutores internos e relação dose-resposta é resultado os seios são constituídos de tecidos estatístico obtido de vários experimentos, muito sensíveis à radiação. Além disso, in vivo, in vitro, e em acidentes com existe período de gestação, onde feto radiação. Existem alguns fatores que apresenta a fase mais vulnerável à modificam a resposta ou efeito radiação e a mãe tem seu organismo biológico, como por exemplo, a idade, o bastante modificado em forma, sexo e o estado físico. composição hormonal e química. estado físico do irradiado influencia indivíduo é mais vulnerável à bastante na resposta do indivíduo à radiação. Se uma pessoa é forte, radiação quando criança ou quando resistente, bem alimentada, sua resposta idoso. Na infância, os órgãos, aos possíveis danos da radiação será metabolismo, as proporções ainda não se atenuada quando comparada à uma estabeleceram definitivamente e, assim, pessoa fraca, subalimentada e com alguns efeitos biológicos podem ter deficiência imunológica. resposta com intensidade ou tempo diferentes de um adulto. A avaliação do estado físico é importante quando da tomada de decisão Por exemplo, com relação ao para tratamento de radioterapia de uma tempo de retenção de um radionuclídeo pessoa com câncer, pois, em alguns como ¹³⁷Cs, na forma de cloreto de casos, tratamento poderia resultar num césio, a meia-vida efetiva na criança é agravamento do quadro clínico. Um fato cerca de 55 dias, enquanto que, num notável é a composição dos efeitos adulto é de 110 dias. Isto significa, por danosos da radiação com outros fatores um lado que, 137 Cs teve "menos tempo" agressivos ao organismo, como por para irradiar os órgãos internos, que exemplo, fumo. Dentre os males resultaria numa expectativa de menor causados pelo fumo, destaca-se câncer Módulo 2 Efeitos BiológicosMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica nas vias respiratórias. Assim, a diferença normal tem a forma de um "X". As formas entre a frequência de incidência, por mais características de aberrações exemplo, de câncer no pulmão em produzidas são os denominados trabalhadores de minas de exploração de cromossomos dicêntricos e em forma de urânio, fumantes e não fumantes, pode anel. atingir quase um fator dez, para mesmo Os dicêntricos são formados pela valor de dose absorvida. emenda aleatória de dois cromossomos mutilados pela radiação, cada um 2.7 Síndrome de irradiação aguda contribuindo com um centro. Os anéis aparecem quando um mesmo 2.7.1 Exposições acidentais com cromossomo é cortado nas duas altas doses extremidades, e elas se ligam formando um anel. A frequência relativa de A exposição com feixes externos dicêntricos e anéis depende da dose, da de radiação e, em alguns casos, com energia e do tipo de radiação. contaminação interna por radionuclídeos, pode resultar em valores elevados de 2.7.2 Exposição externa localizada dose absorvida, envolvendo partes do corpo ou todo o corpo. Estas exposições As lesões mais severas ocorrem em situações de acidente, produzidas por exposições localizadas e envolvendo fontes radioativas de alta de altas doses são, resumidamente: atividade ou feixes de radiação intensos produzidos por geradores de radiação a) Lesões na pele ionizante, como aceleradores de partícula, reatores e máquinas de raios X. eritema precoce 3 25 Gy radiação, conhecidos como Síndrome de Irradiação Aguda ou, como denominam b) Lesões no olho algumas pessoas, Síndrome de Radiação Aguda. catarata Na análise microscópica do c) Lesões nas gônadas organismo humano, percebe-se que Homem muitas células tiveram, entre outros esterilidade temporária D > 0,3 Gy danos, seus cromossomos atingidos e, esterilidade definitiva algumas células exibem aberrações cromossomiais. Estas aberrações Mulher cromossomiais podem ser observadas esterilidade 5Gy 0,1 Gy material amostrado para análise, por exemplo, sangue. O cromossomo Módulo 2 Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica OBS: efeitos em função da dose e idade do feto. Os sistemas envolvidos são o 2.7.3 Síndrome da irradiação aguda circulatório, particularmente o tecido hematopoiético; gastrointestinal e O conjunto e a sucessão de sistema nervoso central. Para valores sintomas que aparecem em vítimas de de dose e os sintomas associados acidentes envolvendo doses elevadas de podem ser representados de modo radiação é denominado de Síndrome de simplificados, conforme mostra a tabela Irradiação Aguda. abaixo SÍNDROME DE IRRADIAÇÃO AGUDA FORMA DOSE ABSORVIDA SINTOMAS (Gray) Infra- clínica Ausência de sintomas, na maioria dos indivíduos Astenia, náuseas e vômitos de Reações leves 1a2 3 a 6 horas após a exposição. generalizadas Efeitos desaparecendo em 24 horas Depressão da função medular (linfopenia, anemia, leucopenia, Síndrome Hematopoiética leve 2a4 trombopenia). Máximo em 3 semanas após a exposição e voltando ao normal em 4 a 6 meses Depressão severa da Síndrome Hematopoiética grave 4 a 6 função medular Síndrome do sistema Diarréia, vômitos, hemorragias gastro-intestinal 6a7 Síndrome Pulmonar 6 a 10 Insuficiência respiratória aguda Síndrome do Sistema Coma e morte horas após Nervoso central > 10 a exposição. Módulo 2 - Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica A dose letal média fica entre 4 e Na próxima tabela são 4,5 Gy. Isto significa que, de 100 pessoas apresentados a chance de sobrevivência, irradiadas com esta dose, metade morre. tempo de manifestação e os sintomas. Sintomas de doença resultantes da exposição aguda a radiação ionizante, em função do tempo SOBREVIVÊNCIA TEMPO DE MANIFESTAÇÃO PROVÁVEL POSSÍVEL IMPROVÁVEL (semanas) > 8 Gy Náusea, vômito, 1 Fase latente, nenhum Náusea, vômito diarréia, garganta sintoma definido inflamada, úlcera, emagrecimento rápido, febre, morte. Depilação, perda de 2 apetite, indisposição, garganta dolorida, emagrecimento, diarréia, morte. 3 Depilação, perda de apetite, indisposição 4 Garganta dolorida, diarréia, emagrecimento moderado Módulo 2 - Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.brMA IM CURSOS Curso de Formação de Supervisor de Proteção Radiológica Sintomas e sinais no estágio prodrômico e síndrome de irradiação aguda em ordem aproximada de crescente gravidade Anorexia (perda de apetite) Náusea Vômito Debilidade e fadiga Prostração Diarréia Conjuntivite Eritema (vermelhidão cutânea) Choque (falência aguda da circulação periférica) Oliguria (redução da excreção urinária) Ataxia (perda da coordenação dos movimentos) Desorientação Coma (alteração grave de vigilidade - encefálo) Morte Módulo 2 - Efeitos Biológicos www.maximcursos.com.br