Radiobiologia 2 e 3

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EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES
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ABSORÇÃO DE ENERGIA PELOS TECIDOS
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HISTÓRICO
 Em 8/11/1895, Wilhelm Conrad Roentgen, procurando detectar a radiação eletromagnética de alta freqüência prevista por Heinrich Hertz  repetiu em seu laboratório, na Universidade de Wurzburgo, Alemanha
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2 anos após os trabalhos pioneiros de Roentgen, a primeira e imediata aplicação dos raios-x era a visualização das estrutura ósseas.
Os raios-x permitiam a aplicação da fotografia para fins médicos e clínicos.
Técnica difundida  Falta de conhecimento  Uso em diversas áreas
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fluoroscópio empregado nas grandes sapatarias, especialmente a partir de 1920
o cliente podia experimentar seus sapatos vendo a imagem dos pés e o contorno do calçado na tela fluorescente.
O aparelho ficava geralmente no centro da loja e sua carcaça era feita de aço e madeira. 
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RISCOS DE SAÚDE
A enorme curiosidade levou muita gente a correr sérios riscos de saúde em suas tentativas de novas aplicações dos raios-x. 
1896  alerta para o público sobre o perigo desses raios para os olhos.
Muitos pesquisadores foram acometidos de úlceras, abscessos e graves queimaduras, que não cicatrizavam, levando a cirurgias desfigurantes, amputações ou mesmo à morte (câncer) ao trabalharem com raios-x sem a mínima proteção pessoal.
Vítimas  operadores de fluoroscópios de rua, que sofriam exposições repetidas. 
Vários perderam as mãos  desenvolveram dermatites e queimaduras de pele pela exposição repetida aos raios-x durante anos.
 Os usuários que faziam tratamento de branqueamento da pele e de remoção de cabelos indesejados eram outras vítimas comuns
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APLICAÇÕES MÉDICAS
Realizadas sem o conhecimento dos efeitos biológicos da radiação (os primeiros estudos sobre os efeitos desta na genética  1927  execução dos exames e de outras práticas sem qualquer tipo de proteção para o paciente (ou voluntário) e o operador do equipamento. 
Alguns médicos afirmavam  necessidade de testes científicos e não comerciais para que compreendessem o real papel dos raios-x na terapia dos cânceres e outras doenças
“o que se viu até agora em termos de aplicação dos raios desse tal de Sr. Roentgen é a eliminação temporária dos efeitos dos carcinomas, sujeitos a recidiva, metátase e difusão pelo sistema ”.
O impacto das manchetes relativas à cura de doenças eram das mais apreciadas pelas pessoas, sem que houvesse preocupação com a real seriedade das pesquisas e dos pesquisadores responsáveis.
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EVOLUÇÕES MÉDICAS 
Progressos na física médica na década de 30  relacionados a quantidade de doses de radiação e seus efeitos biológicos 
1944 – Strandqvist publicou resultados que relacionava o efeito da radiação sobre os tecidos e da dose com o tempo de administração.
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RESPOSTAS TECIDUAIS A RADIAÇÃO
Efeito imediato a irradiação
apresentam um tempo de latência muito curto e são consequência exposição aguda à radiação (dose alta recebida em um curto espaço de tempo).
Alguns minutos ou dias após exposição
Efeito tardio a irradiação
surgem com um tempo de latência muito longo; alguns efeitos levam até anos para manifestar-se. 
Não aparente em meses ou anos
Câncer
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INTRODUÇÃO
Célula: ≈0.025mm
1mm = 40 células em fila
Núcleo = 10 a 90% do volume celular
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DNA
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DNA
Dupla hélice: 100 vezes MENOR do que a célula
Maior lesão do DNA: quebra das cadeias de dupla hélice
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DNA
Single strand break: reparada por mecanismos intracelulares
Quebra de ambas as cadeias: provável morte celular
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MAIOR LESÃO CELULAR
As estruturas sensíveis à radiação  núcleo 
A célula contem numerosas macro moléculas  só algumas essenciais à sua sobrevivência  DNA
Se uma molécula chave é destruída  90% ser morte celular  alteração mutagênica
Lesão no DNA é a principal causa de morte celular induzida pela radiação 
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DANOS ESTRUTURAIS NO DNA
Alteração súbita e herdável na estrutura do material genético 
Mutações:
Somáticas: genes de células somáticas. Permanece restrita ao indivíduo que a porta
Germinativas: células que originam gametas,sem uma causa aparente. Podem ser devidas a erros na replicação do DNA ou a mutagênicos químicos e físicos 
DELEÇÃO  Anemia Falciforme
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AGENTES MUTAGÊNICOS FÍSICOS
Temperatura: 
O aumento da temperatura promove a quebras das ligações entre os átomos. 
Radiações: 
Incluem radiações ionizantes de alta energia raios X, raios gama, nêutrons, e partículas beta e alfa
Radiação não-ionizante de baixa energia  luz ultravioleta 
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DANOS INDUZIDOS POR RADIAÇÃO IONIZANTE
● Substituição de uma base por outra:
Transição  substituição de uma purina (A e G) por outra ou de uma pirimidina (T e C) por outra. 
Transversão  troca de uma purina por uma pirimidina. 
 
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DANOS INDUZIDOS POR RADIAÇÃO IONIZANTE
 Deleção ou adição de uma base em uma das fitas de DNA: 
Frameshift mutations  alteram a estrutura de leitura de todas as trincas de pares de bases no gene a partir do ponto em que surgem.
O trecho deixa de ser múltiplo de 3  mudando a leitura do segmento de DNA, o que resulta em aminoácidos alterados a partir daquele ponto.
 Formação de peróxidos
Transferência de energia suficiente para permitir a ionização e formação de radicais livres a partir de diversas moléculas. 
Uma parte significativa dos danos celulares associados às radiações ionizantes deve-se a formação de radical hidroxila (OH∙) e O2
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MECANISMO DE REPARO 
Por fotorreativação: 
Uma enzima fotorreativadora é ativada na presença de luz. Ela liga-se aos dímeros de pirimidina e utiliza a energia da luz para quebrar as ligações que formam o mesmo, restaurando a estrutura original da molécula. 
Por excisão: 
Processo multienzimático dividido em 4 etapas.
Inicialmente, uma enzima endonuclease reconhece a distorção corta um dos filamentos próximo ao mesmo  incisão. 
Em seguida, a DNA-polimerase I sintetiza um novo filamento, deslocando o filamento velho que contém o a distorção síntese de reparo. 
Um segundo corte além da distorção é feito pela exonuclease  removendo-o do DNA  excisão.
Finalmente, o filamento recém sintetizado é unido ao original  DNA-ligase. 
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REPARO POR EXCISÃO
1- endonuclease reconhece o erro
Marca o filamento
Incisão
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REPARO POR EXCISÃO
2- DNA Polimerase  sintese de um novo filamento, deslocando o filamento velho 
Síntese de reparo
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REPARO POR EXCISÃO
Exonuclease  corta além da distorção  remoção do DNA
Excisão
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REPARO POR EXCISÃO
DNA ligase  filamento novo unir ao original
T
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A IMPORTÂNCIA RADIOBIOLOGIA NO FRACIONAMENTO DA DOSE
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Lesões induzidas num organismo pela radiação  alterações químicas a nível atômico e molecular. 
As alterações biológicas resultantes da radiação  tempo (período de latência)  varia desde minutos, a semanas ou até mesmo anos
Dependendo do sistema biológico e da dose 
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CLASSIFICAÇÃO DAS ALTERAÇÕES
Direta e Indireta
Alteração direta  macro molécula biológica (DNA, RNA ou proteína) fica ionizada ou excitada por uma partícula ionizante .
Incapacidade de concentrar energia  Lesionada  Morte 
Alteração indireta  interações entre a radiação e o meio (ex.: citoplasma)  criação de espécies quimicamente reativas  interagir com a molécula alvo. 
70% a 85% da massa dos sistemas vivos  água
Lesões induzidas por radiação  ação indireta em moléculas de água. 
A absorção da radiação por uma molécula de água  Íons instáveis e dissociam-se para formar  radical livre  HIDROXILA
Os radicais livres difundem-se na célula  LESÃO  Principal de dano biológico causado por radiação de transferência linear de energia
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EFEITO RADIAÇÃO NA DUPLA HELICE DO TUMOR
DIRETO:
Quebra das pontes de H tumorais
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EFEITO DA RADIAÇÃO NA DUPLA HELICEDO TUMOR
INDIRETO:
Pacote de energia  Quebra da ligação H2O  H + OH  Hidroxila (OH) ligará nas pontes de H tumor.
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REPARO VS LESÃO
Existem mecanismos dentro das células  conduzir a célula de volta ao seu estado inicial.
 Se a lesão for muito grave ou os mecanismos reparadores estiverem comprometidos ou oprimidos pela radiação excessiva  a célula vai se transformar  MORRER
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FRACIONAMENTO DA DOSE
	“Para que o efeito biológico atinja maior número de células neoplásicas e a tolerância dos tecidos normais seja respeitada, a dose total de radiação a ser administrada é habitualmente fracionada em doses diárias iguais”.
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FRACIONAMENTO E LIMITAÇÃO DE DOSE
ESCALONAMENTO DE DOSE 
Aumento do controle da doença 
Aumento da probabilidade de cura 
DIMINUIÇÃO DOS EFEITOS COLATERAIS
Melhor qualidade de vida
Melhor adesão ao tratamento
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EXERCÍCIO 1
 - Diferencie e explique as Respostas teciduais a radiação.
Explique o que são mutaçoes e quais as diferenças entre somáticas e germinativas.
Quais são as alterações de DNA provocadas por radiação ionizante?
Explique o mecanismo de reparo do DNA por excisão.
Diferencie os efeitos direto e indireto do pacote de energia atuando sobre a célula.
Cite 2 fatores que influenciam para a escolha de fracionar a dose em um paciente
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RADIOBIOLOGIA CLÍNICA
Objetivo:
Controle tumoral com menor dano a tecidos normais
Combinar diferentes modalidades de tratamento = melhor índice terapêutico
Diferentes perfis genéticos = respostas diferentes ao tratamento
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QUESTÕES IMPORTANTES
Diferentes cancros  diferente evolução  resposta diferente ao mesmo tratamento
Tumores aparentemente idênticos tem evoluções diferentes em hospedeiros diferentes
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4R´S
Redistribuição no ciclo celular
Reoxigenação das células hipóxicas
Reparo ao dano subletal
Repopulação
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REDISTRIBUIÇÃO DO CICLO CELULAR
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CONCLUSÃO
RADIOBIOLOGICAMENTE:
MORTE CELULAR
Perda da capacidade proliferativa
ou
Perda da integridade reprodutiva
PERDA DA CAPACIDADE DE
 SE DIVIDIR CONTINUAMENTE
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RADIAÇÃO X MORTE CELULAR
Doses usuais de Rxt para morte celular:
 Morte Funcional Morte Reprodutiva
 
		± 100 Gy < 2 Gy
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RECORDANDO O CICLO CELULAR
INTÉRFASE - 90 % vida celular
• G 1 (gap1)
• S
• G 2
DIVISÃO CELULAR - Mitose 
• Prófase
• Metáfase
• Anáfase
• Telófase
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DIVISÃO CELULAR
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SENSIBILIDADE NAS DIFERENTES FASES NO CICLO CELULAR
Células mais sensíveis na mitose ou próximo a ela
G2 é uma fase usualmente sensível
Resistência celular é maior na parte final de S
G1 é uma fase de duração variada onde seu início é mais resistente que seu término
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SENSIBILIDADE NAS DIFERENTES FASES NO CICLO CELULAR
Fase M os cromossomos estão condensados
• Fase mais sensível
Fase S os cromossomos estão dispersos
• DNA duplicado, genoma replicado
• Mais fácil o reparo dos danos sub-letais
• Fase mais resistente
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REDISTRIBUIÇÃO DE DOSES NO CICLO CELULAR
Radioterapia apresenta efeito diferente de acordo com a fase do ciclo celular
Sincronização numa fase mais resistente
Entre uma fração e outra, as células caminham para fases mais sensíveis
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REDISTRIBUIÇÃO DE DOSES NO CICLO CELULAR
Ganho terapêutico, pois esse efeito de redistribuição ocorre para células com rápida proliferação.
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REOXIGENAÇÃO DAS CÉLULAS HIPÓXICAS
Vários agentes químicos e farmacológicos possuem a capacidade de modificar os efeitos biológicos da radiação.
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OXIGÊNIO
O aporte insuficiente de oxigênio aos tecidos orgânicos compromete as funções biológicas.
 A presença de hipóxia, definida como a redução da pressão parcial de oxigênio, influencia igualmente o comportamento dos tumores malignos e compromete a eficácia de tratamentos que dependam das condições fisiológicas locais para a sua ação.
CARACTERÍSTICAS do O2.
Mais simples
Efeito mais significativo
Implicações práticas óbvias
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A resposta tumoral à irradiação depende também do aporte de oxigênio às células malignas
Eletroafinidade  oxigênio liga aos elétrons gerados na ionização do DNA, causando danos a esta molécula
A presença de quantidades adequadas de oxigênio  Aumenta sensibilidade em 3 vezes (efeito oxigênio ou OER - Oxygen Enchancement Ratio)
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IMPORTÂNCIA DO OXIGÊNIO
1912, Swartz, Alemanha: Reação cutânea mais discreta produzida por aplicador de Rádio quando pressionado contra a pele.
1921, Holthusen: Áscaris resistentes à radiação na ausência O2.
1930, Mothram, Inglaterra: Curvas de sobrevida em “fatias” tumorais irradiadas na ausência ou presença de O2.
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MOMENTOS DA AÇÃO DO O2
Para o efeito do O2 ser observado, este deve estar presente durante ou microssegundos após a exposição à radiação (5ms).
Produzem alterações nas moléculas de DNA, que resultam na expressão final do dano biológico.
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AÇÃO DO O2 E SEUS EFEITOS
O2 reage com o radical livre – formando de um peróxido orgânico.
Alteração da composição química do material exposto
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EFEITOS DO OXIGÊNIO
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CONTROLE E TAMANHO TUMORAL X HEMOGLOBINA
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SOBREVIVÊNCIA X HEMOGLOBINA
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HIPÓXIA CRÔNICA E AGUDA
CRÔNICA:
Descrita em 1955: Thomlison e Gray
Resulta da difusão dificultada de O2 pela distância das células a partir do capilar.
Estudos em células do epitélio brônquico demonstram células em contato nutridas entre si a partir do estroma (conectivo não funcional
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SECÇÃO HISTOLÓGICA DE CARCINOMA BRÔNQUICO HUMANO
Variação com o raio do tumor.
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HIPÓXIA CRÔNICA
Difusão de O2 a partir do capilar
Distância que o O2 é capaz de percorrer 70 a 150 mm.
Células intermediárias: Concentração de O2 suficiente para mantê-las viáveis, mas não o suficiente para torná-las radiossensíveis.
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HIPÓXIA CRÔNICA
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HIPÓXIA AGUDA
Parada temporária da vascularização.
Ocorre na maioria das vezes em pontos do tumor.
Hipóxia intermitente.
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HIPÓXIA CRÔNICA E AGUDA
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REOXIGENAÇÃO
Tumor com população mista: RxT mata as células mais oxigenadas.
Reoxigenação é fundamental
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MECANISMOS DE REOXIGENAÇÃO
1. Lenta
2. Rápida
*	Relação com os diferentes tipos de hipóxia que as células se encontravam.
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REOXIGENAÇÃO LENTA
Ocorre em dias.
Tumor reduz o tamanho e células ficam mais próximas do vaso.
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REOXIGENAÇÃO RÁPIDA
Reoxigenação rápida: Completada em horas.
Recuperação das células que estavam agudamente em hipóxia.
Células que estavam próximas aos vasos fechados.
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RELEVÂNCIA DA REOXIGENAÇÃO EM RXT
Regimes multifracionados: Importantes para lidar com tumores com grandes quantidades de células hipóxicas.
Melhor definição do padrão do fracionamento para cada tumor, conhecimento do tempo de reoxigenação individual.
Hipóxia confere proteção significativa à radiação, e a alguns agentes quimioterápicos.
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REPARO AO DANO SUBLETAL
Ação ou efeito de danificar, inutilizar, causar estrago. Mal ou prejuízo causado a alguém. 
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CLASSIFICAÇÃO DOS DANOS
Dano letal Irreversível e irreparável
				 Morte celular
Dano sub-letal Pode ser reparado em horas se não for adicionado um novo dano sub-letal.
Dano potencialmente letal Pode ser modificado pelas condições do meio após a irradiação.
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DANO SUB-LETAL
Pode ser reparado em horas se não for adicionado um novo dano sub-letal.
É observado pelo aumento da sobrevida se uma determinada dose for dividida em 2 frações separadas por um intervalo de tempo.
É de fundamental importância para o reparo de tecidos sadios.
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MECANISMO DE REPARO DO DANO SUB-LETAL
A morte celular decorre de aberraçõesresultantes da interação entre duas quebras separadas no DNA.
No intervalo entre as frações, a célula pode reparar um dos danos do cromossomo, evitando a interação.
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REPOPULAÇÃO
A repopulação ocorre a partir do clone resistente.
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SERVIÇO SOCIAL
EXERCÍCIO 2
Quais são os Rs da Radioterapia. Explique brevemente.
Quais são as fases mais sensíveis e resistentes do ciclo celular para irradiação? Porque?
Quais são os danos causados na célula pela irradiação? Qual a diferença entre eles?
Como o Oxigênio influencia na destruição do DNA tumoral?
Explique as diferenças entre Hipóxia Aguda e Crônica e a Relação destas a Oxigenação Rápida e Lenta.
De que forma a reoxigenação lenta influencia na regressão do tumor?
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Na sintese tem a replicaçao e a informaççao ta passando mt rapido da celula mae pra filha e não a radiacao consegue fazer sensibilização na mesma velocidade em que a celula esta se reproduzindo
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