Aula 5 Efeitos biológicos da radiação

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
Efeitos biológicos da radiação
Os efeitos da radiação ionizante sobre o corpo humano variam de acordo com o tipo e energia da radiação, a duração da exposição, e se a radiação é de uma fonte externa ou interna. 
Quando proveniente de uma fonte externa, raios X e radiação gama são mais prejudiciais do que as partículas e porque penetram a roupa e a pele. 
Quando proveniente de uma fonte interna, no entanto, partículas alfa e beta são particularmente perigosas porque toda a energia é fornecida até os tecidos próximos. Emissores alfa são especialmente perigosos internamente e quase nunca são usados ​​em aplicações médicas.
*
*
*
*
Essas partículas interagem intensamente com os átomos dos materiais que encontram, dando a sua energia num intervalo muito curto. No ar, as distâncias percorridas são limitadas a não mais de alguns centímetros. Como mostrado na ilustração a seguir, as partículas alfa são facilmente bloqueadas e podem ser interrompidas por uma única folha de papel.
Por causa de sua massa relativamente grande, partículas alfa movem-se lentamente (até apenas um décimo da velocidade da luz) e pode ser interrompido por algumas folhas de papel ou pela camada superior da pele. 
*
*
*
*
*
*
Como as partículas alfa não conseguem penetrar nas camadas internas da pele, não apresentam um risco de exposição externa ao corpo.
 No entanto, devido ao grande número de ionizações que produzem em uma distância muito curta, emissores alfa pode apresentar um risco grave quando estão em estreita proximidade com células e tecidos como o pulmão. Precauções especiais devem ser tomadas para garantir que os emissores alfa não sejam inalados, ingeridos ou injetados.
*
*
*
Partículas beta, porque eles são muito mais leves, se movem em até nove décimos da velocidade da luz e têm cerca de 100 vezes o poder de penetração de partículas alfa. Um bloco de madeira ou um vestuário de proteção pesado podem parar a radiação, que de outra forma, penetra e queima a pele. 
*
*
*
Algumas partículas beta energéticas, como as do P-32, viajam até vários metros no ar ou dezenas de milímetros na pele, enquanto que as partículas beta de baixa energia, como os da H-3, não são capazes de penetrar as camada internas da pele. Finas camadas de metal ou plástico bloqueiam as partículas beta.
Todos os emissores beta, dependendo da quantidade presente, podem representar perigo se inalado, ingerido ou absorvido pelo corpo. Além disso, os emissores beta energéticos são capazes de apresentar um risco de radiação externa, especialmente para a pele.
*
*
*
Raios gama e raios X se movem na velocidade da luz e têm cerca de 1000 vezes o poder de penetração de partículas alfa. Um bloco de chumbo vários centímetros de espessura é necessário para parar radiação X e gama, que poderiam penetrar e danificar os órgãos internos do corpo.
*
*
*
Exemplos de emissores gama são o cobalto-60, zinco-65, o césio-137 e rádio-226.
Como todas as formas de radiação eletromagnética, os raios gama não têm massa nem carga e interage com a matéria de forma menos intensiva do que as partículas ionizantes. Porque a radiação gama perde energia lentamente, os raios gama são capazes de percorrer distâncias significativas. Dependendo de sua energia inicial, os raios gama podem viajar dezenas ou centenas de metros no ar.
*
*
*
Radiação gama é tipicamente blindado com materiais muito densos (quanto mais denso o material, maior a chance de que um raio gama interagir com átomos no material), como o chumbo ou outros metais densos.
 Radiação gama em particular pode apresentar um risco de exposição externa ao corpo.
*
*
A dose de radiação média recebido anualmente pela maioria das pessoas é apenas cerca de 120 mrem. 
Cerca de 70% desta radiação vem de fontes naturais (rochas e raios cósmicos) e os restantes 30% vem de procedimentos médicos, como raios X. 
O montante, devido às emissões provenientes de usinas de energia nuclear e precipitação de testes atmosféricos de armas nucleares na década de 1950, é praticamente indetectável.
*
*
*
A radiação ionizante de radionuclídeos mata as células, danificando o DNA e inibindo assim a reprodução celular. A energia da radiação (na forma de fótons, elétrons, partículas pesadas, etc) necessária para danificar o DNA deve ser maior do que poucos elétron-volts (eV), correspondente à energia de ligação dos elétrons exteriores.
*
*
*
Raios cósmicos são partículas extremamente penetrantes, dotadas de alta energia, que se deslocam a velocidades próximas à da luz no espaço sideral.
Essas partículas, ao chegarem à Terra, colidem com os núcleos dos átomos da atmosfera, a cerca de 10 mil metros acima da superfície do planeta, e dão origem a outras partículas, formando uma “chuva” de partículas com menos energia, os chamados raios cósmicos secundários.
O número de partículas que chegam ao nível do mar, em média, é de uma partícula por segundo em cada centímetro quadrado.
Os raios cósmicos secundários são inofensivos à vida na Terra, mas os raios cósmicos primários são perigosos para os astronautas no espaço.
*
*
*
Os primários são formados em sua maior parte de prótons, tendo também certa proporção muito pequena de núcleos mais pesados. São esses que tem origem cósmica e, viajando próximos da velocidade da luz, penetram nas altas camadas da atmosfera e chocam-se com os átomos de hidrogênio e oxigênio do ar.
É provável que grande parte dos raios cósmicos se origine de fonte extra-solar dentro da galáxia. Entretanto, o fato de alguns raios cósmicos possuírem energias extremamente elevada fornece evidência de que pelo menos alguns possam ter origem extragaláctica.
*
*
*
Emissões radioativas ionizam átomos e moléculas, levando à formação de radicais livres (partículas com elétrons desemparelhados). Como 70% da massa de muitos tecidos é composta por moléculas de água, essas moléculas absorvem a radiação ionizante, levando às reações abaixo.
Essas substâncias reativas interagem com importantes moléculas do corpo, levando imediatamente à formação de novos radicais e demais problemas como câncer.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Danos da radiação nuclear são devidos à ionização do tecido vivo. 
Radiação nuclear é chamado de radiação ionizante, porque produz íons a partir de moléculas neutras.
Radiação alfa tem uma baixo poder de penetração, mas é o mais prejudicial para o tecido vivo, porque ele deposita toda a sua energia ao longo de um caminho curto.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Usos Médicos da radioatividade
As origens de medicina nuclear ocorreu em 1901, quando o médico francês Henri Danlos usou rádio pela primeira vez no tratamento de uma lesão tuberculosa cutânea. Desde aquele tempo, o uso da radioatividade se tornou uma parte crucial dos cuidados médicos modernos, tanto de diagnóstico como na terapêutica. Técnicas nucleares atuais podem ser agrupadas em três classes:
em procedimentos in vivo; 
procedimentos terapêuticos; 
procedimentos de imagem.
*
*
*
Para aplicação de diagnóstico em medicina, quatro aspectos são da maior importância:
 A exposição à radiação dos pacientes,
 A mensurabilidade do radionuclídeo externamente,
 A disponibilidade do radionuclídeo adequado, 
 A pureza dos radionuclídeos.
*
*
*
A exposição à radiação dos pacientes depende da: 
atividade do radionuclídeo, 
o tipo de radiação emitida, 
a meia-vida do radionuclídeo e seu tempo de residência no corpo. 
Com relação à exposição à radiação, emissores alfa não são adequados para a aplicação de diagnóstico por causa das doses de alta energia transmitida localmente para órgãos ou tecidos.
No entanto, a exposição à radiação é baixa, se apenas raios gama são emitidos.
*
*
*
O limite inferior do tempo de meias-vidas de radionuclídeos para aplicações de diagnóstico é da ordem de minutos. Ela é determinada pelo tempo necessário para a síntese adequado de compostos e para o transporte até ao local de aplicação do corpo. Por outro lado, meia-vida > 1 dia são menos favoráveis​​, por causa da longa exposição à radiação do pacientes e o risco de contaminação ambiental.
*
*
*
Procedimentos in vivo: 
Estudos in vivo - que ocorrem no interior do corpo - são realizados para avaliar o funcionamento de um determinado órgão ou sistema do corpo. Um agente radio-farmacêutico é administrado, e seu caminho no corpo -se é absorvido, excretado, diluído ou concentrado - é determinado pela análise de amostras de sangue ou urina.
Um exemplo dentre muitos procedimentos in vivo utilizando agentes radioativos é a determinação do volume sanguíneo total através da injeção de uma quantidade conhecida de glóbulos vermelhos marcados com cromo-51 radioativo. Depois de um intervalo apropriado para permitir que as células marcadas sejam distribuídas uniformemente por todo o corpo, uma amostra de sangue é tomada, a quantidade de diluição do 51-Cr é medida, e do volume de sangue é calculada. 
*
*
*
Quando uma solução concentrada é diluída, a quantidade de soluto (51-Cr) permanece a mesma e ocorre apenas a alteração de volume. Isto é:
*
*
*
Procedimentos terapêuticos: 
Os procedimentos terapêuticos - aqueles em que a radiação é usada para matar o tecido doente - pode envolver tanto de fontes externas ou internas de radiação. 
Radioterapia externa para o tratamento de câncer muitas vezes é realizado com uma fonte de cobalto-60. A fonte altamente radioativa é protegida por um recipiente de chumbo grosso e tem uma pequena abertura dirigida para o local do tumor. 
Ao focar o feixe de radiação sobre o tumor e girando o corpo do paciente, o tumor recebe a exposição total enquanto que a exposição de partes em torno do corpo é minimizado. No entanto, ocorre exposição suficiente para que a maioria dos pacientes sofram alguns efeitos da radiação (vômito, diarréia, queimaduras na pele e perda de cabelo).
*
*
A radioterapia interna é uma técnica muito mais seletiva do que a terapia externa. No tratamento de doenças da tireóide, por exemplo, o iodo-131, um emissor beta poderoso conhecido para localizar no tecido alvo, é administrada internamente. Porque as partículas beta penetram mais longe do que vários milímetros, o 131-I localizado produz uma alta dose de radiação que destrói somente o tecido circundante doente.
*
*
*
Imunoterapia
Nos últimos dez anos, a técnica conhecida como rádio-imunoterapia está sob investigação. Nesta técnica, um radionuclídeo é quimicamente ligado a um anticorpo que é então injetada na corrente sanguínea. Os anticorpos vão ao tumor e os radionuclídeos ligados, por exemplo, 131I, emitem partículas carregadas para matar as células tumorais. 
O desenvolvimento de substâncias terapêuticas para a radioterapia está a ser ativamente perseguido por muitas empresas e organizações de pesquisa. Técnicas estão sendo desenvolvidas que combinam os radioisótopos 90Y, 131I, 153Sm e 213Bi com anticorpos monoclonais e pequenas moléculas, tais como peptídeos. 
*
*
*
Alfa imunoterapia:
No início de 1980, uma nova forma de tratamento para terapia de câncer com base na utilização de "balas" de isótopos radioativos em células doentes começaram a atrair o interesse cada vez maior. Previamente, o tratamento envolvia principalmente o uso de emissores beta com relativamente baixa energia. 
Mais recentemente, isótopos emissores de partículas alfa têm sido reconhecidas como mais eficazes e seletivos contra câncer no sangue, tumores generalizados, e as células residuais remanescentes após intervenção cirúrgica. Produção de emissores alfa adequado, seu acoplamento estável para operação adequada e uso seguro de tais ferramentas em hospitais tornaram-se os principais objetivos.
*
*
*
*
*
*
Uma série de alfa-emissores de isótopos foram considerados, mas a maioria deu origem a vários inconvenientes que impedem a implementação em larga escala. A opção preferida atualmente é o uso de bismuto-213 (213Bi), que é um beta emissor com tempo de meia-vida de 45 minutos. Este nuclídeo decai, no entanto, para 213Po, com um tempo de vida muito curto (meia-vida 4.2μs), que decai por emissão alfa. 
*
*
*
Procedimentos de imagem: 
Procedimentos de imagem fornecem informações de diagnóstico sobre a saúde dos órgãos do corpo através da análise do padrão de distribuição de radioisótopos introduzidos no corpo. Um agente radiofarmacêutico que é conhecido por concentrar em um determinado tecido ou órgão é injetado no corpo, e seu padrão de distribuição é monitorado por detectores de radiação externa. 
Dependendo da doença e do órgão, um órgão doente pode concentrar-se mais do radiofármaco que um órgão normal e, assim, aparecer como uma mancha radioativa "quente" contra um fundo "frio". 
*
*
*
*
Alternativamente, o órgão doente pode concentrar-se menos do radiofármaco de um órgão normal e, assim, mostrar-se como um ponto frio sobre um fundo quente. O radioisótopo mais utilizado hoje é tecnécio-99m, cuja meia-vida curta de 6,01 horas minimiza a exposição do paciente aos efeitos nocivos. 
Varredura de osso utilizando Tc-99m é uma ferramenta importante no diagnóstico de câncer e outras condições patológicas. 
*
*
*
Pulmão
Ossos
Tieróide
Rim
Cérebro
Fígado, pâncreas
Abdomen
Sangue
Coração
*
*
Outro tipo de exame de imagem faz uso de uma técnica chamada de magnetic resonance imaging (MRI). MRI não utiliza radioisótopos e não tem efeitos colaterais conhecidos. Em vez disso, ressonância magnética utiliza ondas de rádio para estimular certos núcleos na presença de um poderoso campo magnético. 
Estimulados os núcleos (normalmente os núcleos do hidrogênio nas moléculas de H2O), em seguida, emitem um sinal que pode ser medido, interpretado e correlacionados com o meio ambiente no corpo. A figura a seguir mostra uma varredura do cérebro realizado por ressonância magnética e indica a posição de um tumor.
*
*
*
*
*
*
Positron Emission Tomography (PET) 
Há cerca de 250 câmeras de PET em uso hoje, principalmente para o diagnóstico de câncer. O rádio-farmacêutico mais utilizados é o 18F composto fluoro-desoxi-glicose, que é semelhante à glicose no comportamento, embora o desenvolvimento de alternativas com base em 64Cu, 86Y e 124I está em andamento.
*
*
*
Alguns isótopos radioativos usados ​​na medicina
*
baço
medula
rim
fígado
*
*
*
*
*
*
*
*
*