Resumo 1 Aula 2 Produção e interação da radiação com a matéria

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Medicina Nuclear e Imagenologia
Aula 2 – Produção e interação da radiação com a matéria
CONTEXTUALIZANDO
Fontes de Radiação
Os materiais radiativos, isto é, aqueles que emitem radiação, podem ser utilizados de diversas maneiras. Uma delas é aproveitar a emissão de radiação deste material, portanto a maior utilização destes materiais é de fonte emissora de radiação.
Podemos entender por fonte neste caso, o local de onde partem as radiações, sendo que nem sempre as quantidades de material radioativo serão pequenas então as fontes nem sempre poderão se encaradas como sendo pontuais.
Além disto, na maioria das vezes, na medicina nuclear, o material radioativo estará espalhado pelo organismo do paciente. Podemos considerar que os materiais radioativos, naturais ou artificiais, se apresentam em dois formatos de fontes de radiação: as fontes seladas e as não seladas.
Fontes Seladas
Uma fonte selada é um material radioativo contido dentro de uma embalagem (encapsulamento) feita de material não radioativo. Este invólucro, ou embalagem, tem por objetivo evitar que seja possível entrar em contato diretamente com o material radioativo.
Apesar de atenuar a radiação, a embalagem não tem como propósito impedir que a radiação seja emitida. Existem muitos formatos e materiais de invólucros para as fontes seladas. Este tipo de fonte é muito utilizada em radioterapia em uma modalidade de tratamento chamada de braquiterapia. Na medicina nuclear seu uso está restrito à calibração dos instrumentos de medida de radiação e de imagens.
Fontes Não Seladas
As fontes não seladas são todo material radioativo que não estiver contido em um invólucro que limite seu contato com o meio exterior. Desta forma é possível tocar o material radioativo e administrá-lo aos seres humanos por via oral ou intravenosa. A maioria dos materiais radioativos se encontra na forma de óxidos ou sais. É difícil encontrar uma aplicação para as fontes não seladas que não a própria medicina nuclear.
Neste caso, estes materiais estão diluídos em uma solução, o que facilitará sua administração aos pacientes. É o caso, por exemplo, do 99mTc, radionuclídeo mais utilizado em medicina nuclear. Ele é utilizado na forma de pertecnetato de sódio. Quando administrado intravenosamente esta fonte não selada se espalha pelo organismo emitindo radiação onde quer que se encontre, diferente então de uma fonte selada que terá sua emissão de radiação bem localizada.
FONTES DE RADIAÇÃO
AMPOLA DE RAIO-X
 
A radiação é produzida pelo equipamento (Raio-X), interagindo com os tecidos do paciente e formando a imagem. A parte principal do Raio-X é a AMPOLA. Pois, ela é responsável pela produção da radiação ionizante que vai interagir com o paciente. Na Ampola têm-se um CÁTODO e um ÂNODO. No Cátodo existe um filamento, onde por esse filamento ocorre a passagem de uma corrente elétrica. Esta corrente elétrica através do Efeito Termiônico vai desprender alguns elétrons com uma determinada velocidade e esses elétrons vão interagir com o ânodo (alvo). No ânodo vai ocorrer outros processos para que a radiação x seja produzida. Para que haja o controle do processo de radiação, existem dois elementos importantes: o KV Quilovoltagem (KV) e o mAs (miliamperagem x segundo).
Miliamperagem (mA) – determina a intensidade do feixe de radiação. Variação da mA não possui nenhum efeito na energia do feixe de radiação (quantidade);
Tempo (s) – tempo de irradiação;
Miliampere-segundo (mAs) – determina a quantidade total de raios X produzidos em um determinado tempo.
Quilovolt (KV) – controla basicamente a qualidade ou a capacidade de penetração do feixe de Raio X e desta forma, a escala de contraste de uma radiografia. OBS: Determina a velocidade com que os elétrons vão interagir com alvo, estando intimamente relacionado com a penetração do feixe de Raio-X produzido.
Cálculo para encontrar o KV
 Efeito Termiônico
Chamamos de efeito termiônico a emissão de elétrons de uma superfície metálica quando esta é aquecida a temperaturas suficientemente alta (da ordem de 2000 K).
FORMAS DE PRODUÇÃO DE RAIO-X
 Radiação Característica
Macroscopicamente, os elétrons desprendidos do filamento no Cátodo vão colidir com o Ânodo (ou alvo). Esses elétrons acelerados vão colidir com os elétrons das camadas mais próximas do núcleo (K, L, M) ocorrendo a ejeção de elétrons. Logo, os elétrons que foram retirados de suas camadas (mais internas) deixaram um espaço vazio, chamado de vacância. Esse desprendimento ocorre porque a energia cinética dos elétrons que são originados do cátodo é superior a energia de ligação dos elétrons de um átomo com o seu núcleo (presente no ânodo), gerando uma radiação cuja energia é suficiente para arrancar elétrons de seus orbitais. Devido o espaço vazio provocado pela ejeção do elétron, um elétron da camada mais externa da eletrosfera é transferido para a camada mais interna, a fim de preencher a vacância. Essa alternância de camada, da mais externa para mais interna provoca uma perda de energia que é então produzida em forma de raio x. Em síntese, ocorre a produção de um fóton que é característico para cada elemento.
Esquematize este processo
Radiação de Frenagem (Bremsstrahlung)
São radiações constituídas por partículas carregadas como α, β e elétrons acelerados, que ao interagir com a matéria, podem converter uma parte de sua energia cinética em radiação eletromagnética. Esta é o resultado da interação entre os campos elétricos da partícula incidente, do núcleo e dos elétrons atômicos.
De uma maneira mais simples, o elétron incidente ao passar próximo ao núcleo do elemento constituinte do Ânodo vai ser por ele atraído sendo desacelerado e mudando a sua trajetória. O elétron incidente que antes estava com uma energia cinética elevada tende a diminuir essa quantidade de energia ao passar próximo ao núcleo. A minimização de energia é emitida em forma de raio x. A radiação de frenagem produz fótons mais heterogêneos, diferente da radiação característica que produz fótons mais homogêneos. Na radiação de frenagem ocorre desvio diferente, produzindo fótons diferentes. Para a qualidade da imagem é importante ter um feixe mais homogêneo, pois, teremos uma mesma energia em densidades diferentes e é essa diferença de densidade que imprime mais qualidade na imagem.
Na Cintilografia Óssea a radiação empregada é a radiação gama. O Raio-X emite ondas com comprimentos de aproximadamente 10-10 m. Enquanto que o Raio Gama emite ondas com comprimentos de aproximadamente 10-12 m. Logo, o raio gama possui um menor comprimento de onda e uma maior frequência, quando comprado com o Raio-X. Como a frequência do raio gama é maior a onda produzida consegue transportar mais energia.
 Produção do Raio Gama
O raio gama é produzido por decaimento. O decaimento mais simples é a emissão de raios gama, que representam uma transição nuclear de um estado excitado para um estado de mais baixa energia. Contudo, existem outros modos de decaimento como a emissão de partículas alfa, beta, prótons e nêutrons. Quando um núcleo radioativo emite espontaneamente uma partícula, transforma-se em um nuclídeo diferente. Em relação a interação com a matéria, alfa e beta interagem fortemente com a matéria, em um curto alcance, enquanto que a radiação gama é muito penetrante.
O raio x tem origem na eletrosfera do átomo, enquanto que as partículas alfa, beta e o raio gama tem origem no núcleo do elemento. O raio x é um exemplo de radiação artificial selada.
Na natureza o núcleo geralmente está estável, essa estabilidade deve-se ao fato de que existe um equilíbrio entre o número de prótons e nêutrons. Quando ocorre o desiquilíbrio, temos um núcleo com excesso de energia ou radioativo. Quando o número de prótons está desiquilibrado, o núcleo tem mais energia e esse excesso de energia vai ser emitido na forma de partículas alfa e beta, bem como radiação fóton gama, conforme a imagem abaixo.
 Radiação Natural
Desdeo início da formação da Terra, a radioatividade está presente em todos õs compartimentos do ecossistema. Essa radiação é proveniente de radionuclídeos, os quais ocorrem naturalmente na crosta terrestre, como aqueles presentes na série do 232Th, 235U e 238U. Existem, ainda, alguns elementos radioativos naturais, que não estão inclusos nessas séries radioativas, tais como: 40K, 50V, 87Rb, 115In, 138La, 144Nd, 147Sm, 176Lu, 187Re, dentre esses elementos, o que é mais encontrado é o potássio natural. Além da existência dos radionuclídeos naturais, há também os artificiais como, por exemplo, o 90Sr, 137Cs, 127I, entre outros, que foram introduzidos no planeta por meio do "fallout" radioativo, formado a partir de ações antrópicas, dentre as quais estão vários testes atmosféricos de bombas nucleares realizados entre as décadas de 40 a 70, acidentes com reatores nucleares e outros fatores
DECAIMENTO RADIOATIVO NATURAL
O decaimento radioativo natural ocorre quando o núcleo do átomo de algum elemento químico é instável e, então, ele como que “se parte”, liberando radiações eletromagnéticas e desintegrando-se.
Um núcleo é instável quando ele possui mais de 84 prótons (todos os elementos com número atômico (Z) igual ou superior a 84, isto é, do polônio em diante).  Isso acontece porque os prótons possuem carga positiva e repelem-se mutuamente, assim, eventualmente o núcleo desestabiliza-se e desintegra-se, tendo em vista que as forças que mantêm o núcleo unido são insuficientes para combater as forças de repulsão entre essa grande quantidade de prótons. 
Além disso, essa desintegração também pode ocorrer em elementos com número atômico menor que 84, se eles possuírem uma quantidade muito diferente entre os prótons e os nêutrons no núcleo. Visto que os nêutrons não têm carga elétrica, essas partículas são as responsáveis por minimizar as forças de repulsão entre os prótons e manter o núcleo estável. Porém, se houver bem mais prótons que nêutrons, ou bem mais nêutrons que prótons, o núcleo perderá a sua estabilidade e também se desintegrará. Estes são os chamados núcleos enriquecidos.
Esse fenômeno é denominado de decaimento radioativo natural porque ocorre espontaneamente quando o núcleo instável libera partículas alfa (α), beta (β) e/ou gama (γ) (essas três são as radiações naturais liberadas pelos núcleos instáveis, sendo que a radiação gama não é partícula, mas geralmente acompanha a emissão alfa e a emissão beta), transformando-se em outro elemento químico.
Por exemplo, o Urânio-238 é um isótopo radioativo que sofre decaimento por liberar uma partícula alfa (que é constituída de dois prótons e dois nêutrons) e, com isso, origina um núcleo de Tório-234:
Podemos dizer também que ocorreu uma transmutação natural.
No entanto, o tório também sofre decaimento radioativo natural, porque seu número atômico é igual a 90. Ele libera uma partícula beta (um nêutron transforma-se em um próton no núcleo e em um elétron que é liberado) e transforma-se em outro elemento, o Protactínio (Pa-234) de número atômico 91. Esse decaimento continua com esse elemento em uma série sucessiva, até que se transforme finalmente em um elemento químico de núcleo estável.
Nesse caso que estamos considerando, o decaimento radioativo termina com o chumbo 206 (Pb-206), cujo número atômico é 82, como se pode ver abaixo:
ATIVIDADE RADIOATIVA
Atividade é o número de desintegrações nucleares que correm por unidade de tempo em uma quantidade de substância radioativa. Curie (Ci) é a unidade que expressa 3,7 x 1010 desintegrações por segundo. Atualmente essa unidade é pouco utilizada, em detrimento da adotada pelo Sistema Internacional de Unidades, o bequerel (Bq), que corresponde a uma desintegração/segundo (1Bq = 2,7 x 10-11 Ci). A EPA – Environmental Protection Agency, dos EUA, recomenda como atividade limite para o radônio, em ambientes internos, o valor de 4 picocuries (4 x 10-12 Ci) por litro de ar, equivalentes a 0,15 Bq, ou seja, 0,15 desintegrações por segundo (uma desintegração completa a cada 6,7 segundos, aproximadamente).
TEMPO DE MEIA VIDA
O tempo de meia-vida, T1/2, define o tempo necessário para que N ou R decaiam de metade do seu valor inicial. Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica. Para se acompanhar a duração (ou a vida) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação. Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da atividade inicial? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento.
Em síntese, meia-vida, portanto, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial.
Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida à metade da anterior, até atingir um valor insignificante, que não permite mais distinguir suas radiações das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratórios de análise e pesquisa, após 10 (dez) meiasvidas, atinge-se esse nível. Entretanto, não se pode confiar totalmente nessa receita e sim numa medida com um detector apropriado, pois, nas fontes usadas na indústria e na medicina, mesmo após 10 meias-vidas, a atividade da fonte ainda é geralmente muito alta.
DECAIMENTO RADIOATIVO
Um radionuclídeo é uma substância com propriedades físicas adequadas ao procedimento desejado, ele emite partícula emissora de radiação alfa e beta, para terapêutica; ou partícula emissora de radiação gama, para diagnóstico.
O decaimento radioativo é um processo por meio do qual o elemento vai perder energia em excesso e depende do tipo de radiação emitida. Para se estabilizar ele precisa perder energia, essa perda de energia é caracterizada pelo decaimento.
O decaimento de um núcleo (‘pai’) no estado metaestável (ou isomérico) em um outro núcleo (‘filho’) pela emissão de um fóton γ é chamado de transição isomérica. Os núcleos ‘filhos’ de um ‘pai’ radioativo podem ser metaestáveis. Não há diferenças entre o decaimento por emissão γ de um estado excitado ou um metaestável, apenas o tempo de vida médio maior para o metaestável. Devido à sua meia-vida relativamente longa (da ordem de horas/dias), os radionuclídeos metaestáveis são de grande importância na medicina nuclear, pois eles são fontes de fótons γ relativamente ‘puros’. A medicina nuclear se utiliza, geralmente, de elementos que emitem como única, ou principal, partícula os fótons γ.
O radionuclídeo atualmente mais largamente utilizado em medicina nuclear é o Introdução a Física Médica. O radionuclídeo atualmente mais largamente utilizado em medicina nuclear é o tecnécio-99m (99mTc). O 99mTc é metaestável. Este radioisótopo é 'filho' do molibdênio (99Mo). O 99mTc é um emissor γ puro e emite fótons γ de energia de 140 keV com meia vida física de 6 horas.
Os decaimentos são diferentes de acordo com o tipo de radiação a ser emitida:
Radiação corpuscular: decaimento alfa ou beta;
Radiação gama: transição isomérica.
Geralmente o decaimento alfa ocorre com elementos de massa elevada. O excesso de energia gera uma emissão de partículas alfa, semelhantes a um núcleo de Hélio (2 prótons e 2 nêutrons), conforme a imagem abaixo.
A partícula alfa tem menor penetração (energia) do que as outras partículas originadas no núcleo. Não tem nível de propagação muito alto e não atravessa uma folha de papel. No caso do decaimento de Beta, podemos ter Beta mais ou Beta menos, o que muda é a partícula emitida. No Beta Mais o que vai ser emitido será o pósitron, no Beta Menos o elétron.
O Carbono 10 tem 6 prótons e 4 Nêutrons em seu núcleo, logo sofrendo o decaimento beta, ele vai ficar com 5 prótons e 5 nêutrons onde um próton se transforma em um nêutron e posteriormente em pósiton, portanto sofrendo um decaimento Beta mais.
No Beta menos o elemento tem excesso de nêutrons, esse excesso vai se transformar em próton que aumenta em uma unidade.O pósitron é anti-matéria do elétron, ele tem a mesma massa do elétron, mas com carga elétrica oposta, positiva. Na medicina nuclear se usa elementos que vão emitir elétrons para terapia, tratamentos. E elementos que são emissores de pósitron, como por exemplo, o Carbono10, por exemplo, ou o FDG (Fluorodeoxyglucose) que são utilizados nos exames de PET/CT.
COMO UM PÓSITRON FORMA A IMAGEM?
Um pósitron é anti-matéria do elétron, dessa forma, a massa de um pósitron (anti-matéria) + elétron (matéria) vão gerar energia, portanto, a massa dos dois será convertida em energia. Para formar a imagem no exame PET/CT o pósitron emitido da medicação vai interagir (aniquilar) com os elétrons do paciente gerando dois fótons de 511 KeV (energia bem elevada) gerando a imagem. A mediação utilizada no exame PET/CT é o fluorodeoxyglucose (FDG). Exemplo de Beta mais.
A aplicação para Beta menos e o decaimento alfa são utilizados para os tratamentos.
TRANSIÇÃO ISOMÉRICA
Um núcleo em um estado excitado (com excesso de energia) pode alcançar seu estado fundamental ou desexcitado pela emissão de um raio gama. Um exemplo deste tipo de decaimento é o do tecnécio-99m que é o radioisótopo mais comum usado para finalidades diagnósticas hoje na medicina. 
Em síntese, o núcleo pode cair de um outro processo que não envolve a emissão de partículas, nessa fotodecaimento, ocorre a emissão de apenas ondas eletromagnéticos (raio gama). Nesse processo ocorre a emissão de apenas energia. Não vai ter alteração nem na massa e nem no número de prótons.
Um elemento radioativo vai emitir apenas a energia que está em acesso, não vai emitir partículas, não tendo alteração no número de massa nem no número de prótons, emitindo só a energia que está em excesso.
CAPTURA ELETRÔNICA
Nesta terceira forma de decaimento beta um elétron de um orbital mais interno é atraído por um núcleo instável onde se combina com um próton para dar origem a um nêutron. Este processo será conhecido como captura-K desde que o elétron atraído seja o elétron da camada K.
O elemento tem em excesso prótons. Mas, não tem energia suficiente para emitir uma partícula, um pósitron. Logo, um próton vai se associar com o elétron da camada mais próxima do núcleo para formar um nêutron e adquirir estabilidade, sem alterar o número da massa e de prótons. Isso ocorre porque a diferença de massa de um próton para um nêutron é de aproximadamente um elétron.
Antes de formar a imagem ou até mesmo chegar ao detector, essa reação vai interagir com o paciente, atravessando os tecidos dos pacientes e depois reagir com os biodetectores. Tanto para formar imagem, como para provocar efeitos.
EFEITO FOTOELÉTRICO
Abordagem Teórica: Segundo a Física Clássica, o efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons de uma superfície metálica, devido à incidência de radiação eletromagnética sobre esta. Os elétrons arrancados do metal pela radiação incidente são chamados de fotoelétrons.
Dentre os fenômenos observados experimentalmente durante o efeito fotoelétrico, é possível destacar as seguintes características:
• a energia dos elétrons emitidos pela superfície depende da frequência da radiação incidente, e não da sua intensidade;
• o aumento da intensidade da radiação incidente provoca apenas um aumento do número de elétrons emitidos;
• os elétrons são emitidos instantaneamente pela superfície metálica
Abordagem Prática: Um fóton vai interagir com o elétron da matéria, a fim de provocar a ejeção destes elétrons. Cada elétron vai ser ejetado como resultado desta interação que, por sua vez, é conceituada como elástica, uma vez que quase 100% da energia será absorvida. A frequência da radiação (da luz) não vai alterar a velocidade dos elétrons ejetados, mas o número de elétrons ejetados. Esse efeito só poderá ser observado a partir de determinadas frequências.
Em síntese, aplicando para a imagem radiográfica, o efeito fotoelétrico consiste em uma interação do fóton com as camadas mais internas do átomo. Onde o fóton transfere toda sua energia para o elétron, havendo a sua ionização. Logo, como o fóton vai transferir toda a energia, o mesmo desaparece em seguida, após a sua colisão.
Em termos gerais, é importante percebemos que, para regiões anatômicas com grandes diferenças de densidades, devemos favorecer a ocorrência do espalhamento Compton, enquanto que – naquelas com densidades muito próximas – o efeito fotoelétrico (menor energia) deve ser buscado. Abordagem Teórica: Segundo a Física Clássica, o efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons de uma superfície metálica, devido à incidência de radiação eletromagnética sobre esta. Os elétrons arrancados do metal pela radiação incidente são chamados de fotoelétrons.
Dentre os fenômenos observados experimentalmente durante o efeito fotoelétrico, é possível destacar as seguintes características:
• a energia dos elétrons emitidos pela superfície depende da frequência da radiação incidente, e não da sua intensidade;
• o aumento da intensidade da radiação incidente provoca apenas um aumento do número de elétrons emitidos;
• os elétrons são emitidos instantaneamente pela superfície metálica;
• o efeito fotoelétrico só pode ser observado a partir de determinadas frequências.
Abordagem Prática: Um fóton vai interagir com o elétron da matéria, a fim de provocar a ejeção destes elétrons. Cada elétron vai ser ejetado como resultado desta interação que, por sua vez, é conceituada como elástica, uma vez que quase 100% da energia será absorvida. A frequência da radiação (da luz) não vai alterar a velocidade dos elétrons ejetados, mas o número de elétrons ejetados. Esse efeito só poderá ser observado a partir de determinadas frequências.
Em síntese, aplicando para a imagem radiográfica, o efeito fotoelétrico consiste em uma interação do fóton com as camadas mais internas do átomo. Onde o fóton transfere toda sua energia para o elétron, havendo a sua ionização. Logo, como o fóton vai transferir toda a energia, o mesmo desaparece em seguida, após a sua colisão.
Em termos gerais, é importante percebemos que, para regiões anatômicas com grandes diferenças de densidades, devemos favorecer a ocorrência do espalhamento Compton, enquanto que – naquelas com densidades muito próximas – o efeito fotoelétrico (menor energia) deve ser buscado.
EFEITO COMPTON
A energia da radiação vai ser parcialmente desviada e parcialmente absorvida. Neste efeito, ocorre uma transferência parcial de energia com a matéria e uma interação inelástica dos fótons com elétrons dos orbitais mais externos. Enquanto que no efeito fotoelétrico a interação é elástica e ocorre uma transferência e absorção total de energia. No efeito Compton a transferência é parcial, ocorrendo a ejeção de elétron e a emissão de fóton com maior comprimento de onda.
O efeito fotoelétrico ocorre nas camadas mais internas da eletrosfera (K, L e/ou M), no efeito Compton a transferência de energia ocorre nos orbitais mais externos (N, O, P, por exemplo). No efeito Compton um elétron é ejetado, produzindo um fóton com mais comprimento de onda, esse mesmo fóton perde energia no processo, por esta razão ele é emitido com um comprimento de onda maior. O Efeito Compton proporciona um espalhamento da radiação, o que implica mais contraste nos tecidos, sendo possível um melhor direcionamento dos tecidos na imagem.
PRODUÇÃO DE PARES
Uma outra forma de produção e interação da radiação com a matéria é o efeito de produção de pares, neste processo, novamente será usado um fóton, contudo o mesmo não irá colidir com o elétron. Mas, passará próximo ao núcleo, com uma energia suficientemente alta, com pelo menos 1,02 MeV.
Quando um fóton passa próximo ao núcleo, ele vai interagir com o campo magnético do núcleo e a energia será transformada em matéria, produzindo um elétron e um pósitron. Neste processo, ocorre 100% de produção de matéria e anti-matéria.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES
Os átomos do nosso corpo estão unidos, formando moléculas, algumas muitopequenas como a molécula da água, e outras muito grandes como a molécula de DNA. Esses átomos estão unidos por forças elétricas. Quando uma partícula ionizante arranca um elétron de um dos átomos de uma molécula do nosso corpo, pode causar sua desestabilização que resulta em quebra da molécula. As várias características da forma de atuação da radiação no corpo humano são descritas a seguir:
. Estágios da ação
A sequência dos estágios é a seguinte:
• estágio físico em que ocorre a ionização de um átomo em cerca de 10-15 s;
• estágio físico-químico, quando ocorrem as quebras das ligações químicas das moléculas que sofreram ionização, com duração de uns 10-6 s;
• estágio químico, quando os fragmentos da molécula se ligam a outras moléculas, com duração de poucos segundos;
• estágio biológico que pode durar dias, semanas ou até várias dezenas de anos quando surgem efeitos bioquímicos e fisiológicos com alterações morfológicas e funcionais dos órgãos.
 Mecanismos de ação
Eles podem ser de dois tipos:
• mecanismo DIRETO, quando a radiação interage diretamente com as moléculas importantes como as de DNA, podendo causar desde mutação genética (alteração na estrutura ou na sequência nucleotídica) até morte celular;
• mecanismo INDIRETO, quando a radiação quebra a molécula da água, formando assim radicais livres que podem atacar outras moléculas importantes. Esse mecanismo é importante, uma vez que nosso corpo é composto por mais de 70% de água.
NATUREZA DOS EFEITOS BIOLÓGICOS
Quanto à natureza, os efeitos podem ser classificados em reações teciduais e efeitos estocásticos:
• Reações teciduais: resultam de dose alta e somente surgem acima de certa dose, chamada dose limiar cujo valor depende do tipo de radiação e do tecido irradiado. Um dos principais efeitos é a morte celular: se poucas células morrerem, o efeito pode nem ser sentido, mas se um número muito grande de células de um órgão morrer, seu funcionamento pode ser prejudicado. Nessas reações, quanto maior a dose, mais grave é o efeito. Um exemplo é a queimadura que pode ser desde um leve avermelhamento até a formação de bolhas enormes. Até recentemente acreditava-se que as reações teciduais eram efeitos que surgiam pouco tempo após a exposição. Os estudos epidemiológicos dos sobreviventes das bombas atômicas lançadas pelos americanos no Japão começaram a mostrar evidências de que há efeitos bastante tardios que resultam de danos nos tecidos e são doenças vasculares cardíacas e cerebrais além da opacificação do cristalino, a catarata. Esses efeitos estão sendo recentemente comprovados com a coleta de dados de pessoas submetidas a radioterapia e no caso da catarata em médicos intervencionistas.
• Efeitos estocásticos: são alterações que surgem em células normais, sendo os principais o câncer e o efeito hereditário. As recomendações de proteção radiológica consideram que esse tipo de efeito pode ser induzido por qualquer dose, inclusive dose devido a radiação natural; são sempre tardios e a gravidade do efeito não depende da dose, mas a probabilidade de sua ocorrência aumenta com a dose. Os efeitos hereditários ocorrem nas células sexuais e podem ser repassadas aos descendentes. OBS: este efeito pode gerar mutações que são transmitidas para descendentes.
Trata-se daqueles para os quais existem um limiar de dose necessária para ocorrência e cuja gravidade aumenta com a dose. Por exemplo: a morte de um número elevado de células podem levar ao colapso do tecido, deixando este de exercer suas funções no organismo. Costuma parecer rapidamente. Ex: Catarata, ou queimadura por radiofrequência.
FORMAS DE RADIOPROTEÇÃO
Segundo Dimenstein (2001) a proteção radiológica dos trabalhadores ocupacionalmente expostos a radiação ionizante (raio X diagnóstico, medicina nuclear, radioterapia e odontológica) é essencial para minimizar o surgimento dos efeitos deletérios das radiações. As formas de reduzir a possível exposições dos trabalhadores são distância, blindagem e tempo. OBS: Tempo, blindagem e distância.
 Principio ALARA ou Principio de Otimização
ALARA (As Low As Reasonably Achievable) é um acrônimo para a expressão “tão baixo quanto razoavelmente exequível”. Este é um princípio de segurança de radiação, com o objetivo de minimizar as doses a pacientes e trabalhadores e os lançamentos de resíduos de materiais radioativos empregando todos os métodos razoáveis.
 Bases para ALARA
A filosofia atual de segurança da radiação é baseada no pressuposto conservador de que a dose de radiação e seus efeitos biológicos sobre os tecidos vivos são modelados por uma relação conhecida como “hipótese linear”. A afirmação é que cada dose de radiação de qualquer magnitude pode produzir algum nível de efeito prejudicial que pode se manifestar como um risco aumentado de mutações genéticas e câncer. O principio ALARA é usado como base para orientar todas as etapas do uso médico de radiação, os projetos de instalações dos equipamentos de irradiação e os procedimentos de proteção.
 Implementação do programa ALARA
Um programa ALARA eficaz só é possível quando um compromisso com a segurança é feito por todos os envolvidos. As diretrizes e regulamentos não exigem apenas aderência aos limites de dose legal para o cumprimento regulamentar, mas também a investigação das doses que servem como pontos de alerta para o início de uma revisão do trabalho prático de um trabalhador de radiação.
 Redução de Exposições de Radiação Externa
Os três princípios fundamentais para auxiliar na manutenção de doses ALARA são:
Tempo – minimizando o tempo de exposição direta, reduz-se a dose de radiação;
Distância – dobrando a distância entre o corpo e a fonte de radiação, a exposição à radiação será dividida por um fator quatro;
Blindagem – materiais de absorção utilizando plexiglas para as partículas beta e chumbo para raios X e raios gama são uma forma eficaz de reduzir a exposição à radiação.
 Efeitos da Radiação, segundo a International Comission on Radiological Protection (ICRP 2266)
Os efeitos estocásticos dependem da dose e não têm limiar, levam à transformação celular, com alteração aleatória no DNA de células que continuam a reproduzir-se, a exemplo dos efeitos hereditários. Já os efeitos determinísticos têm limiar de dose; a severidade do dano aumenta com a dose, a exemplo da esterilidade (na faixa de 2,5 – 6 Gy).
DOSE EFETIVA
A dose efetiva (E) é a relação entre a probabilidade de efeitos estocásticos e o equivalente de dose. Depende também do tecido irradiado. É necessário definir a nova grandeza, derivada do equivalente de dose, para indicar a combinação de doses diferentes para diversos tecidos, de tal modo que fique bem relacionada com os efeitos estocásticos devido a todos os órgãos. Já em 1977, a ICRP introduziu o conceito de “equivalente de dose efetiva” como uma dose média ponderada por fatores de peso derivados do risco de morte para trabalhadores causados por câncer nos órgãos irradiados. A dose efetiva é estimada pela seguinte equação:
wT - é o fator de ponderação do tecido T;
HT – é o equivalente de dose a ele atribuído;
∑ wT = 1 (de acordo com o ICRP 103, 2008[2]).
O limite de dose efetiva do trabalhador é 20 mSv/ano; já o limite para o público é de 1mSv/ano (em casos especiais, pode ser usado um limite maior sem ultrapassar 1mSv/ano). Em circunstâncias especiais, a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) poderá autorizar um valor de Dose Efetiva de até 5 mSv em um ano, desde que a Dose Efetiva média em um período de 5 anos consecutivos, não exceda a 1mSv por ano.