200906041004420-Efeito da radiacao ionizante em celulas- I (1)

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EFEITO DA RADIAÇÃO IONIZANTE EM CÉLULAS
PARTE I
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Efeitos da radiação ionizante em células
1895 _descoberta dos raios X e da radioatividade natural
		 W. K. Roentgen	 Henry Becquerel
		aparecimento da radiodermite
1902 _primeiro caso de câncer radioinduzido (câncer de pele)
1911 _mais de 100 casos de câncer de pele
1927 _H. J. Muller e Drosophila (radiogenética)
 		a radiação ionizante pode afetar o patrimônio genético
II Guerra Mundial _avaliação mais detalhada
Radiobiologia _ênfase maior nas últimas décadas
 
Melhor conhecimento da radiação	_numerosos benefícios
						_proteção contra os efeitos nocivos
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RADIAÇÃO
RADIAÇÃO IONIZANTE
UNSCEAR: “não existe uma dose “segura” de exposição de radiação sob o ponto de vista genético, sendo que qualquer exposição à radiação pode envolver um certo risco de indução de efeitos hereditários e somáticos”
Radiações de baixas doses
						importância radiobiológica
(<200 mSv, < 0,1mSv/min)
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COMO A RADIAÇÃO IONIZANTE CAUSA SEUS EFEITOS?
E
absorção de E da radiação
transferência de E da radiação
organismos vivos
moléculas biológicas
EFEITO 
BIOLÓGICO
E
não há deposição de energia
nenhum efeito
E
deposição de energia
célula danificada
E
dano letal
morte celular
E
dano subletal
danifica a célula sem causar morte
reparo
célula normal
célula alterada
interação da radiação
com as células vivas
manifestações biológicas
eventos pouco conhecidos
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Mecanismo Indireto
exitação
reparo correto
Mecanismo Direto
E
1014 células
H2O ----H + OH 
DNA
alvo
105 genes
DNA
lesado
10-6 mutações / gene / divisão celular
não reparo
reparo errôneo
DNA
restaurado
DNA
mutado
célula
normal
célula
mutada
viável
morte
celular
apoptose
ionização
célula
somática
célula
germinativa
Catarata
Malformações
Síndromes da radiação
Diminuição da longevidade
Envelhecimento precoce
Indução do câncer
Doenças hereditárias
(transmissíveis)
efeitos determinísticos
efeitos estocásticos
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EFEITOS DETERMINÍSTICOS (há limiar)
De acordo com o UNSCEAR (1993), o limiar é cerca de:
- INDUÇÃO DE ESTERILIDADE (para indivíduos sadios):
No homem
temporária
permanente
0,15 Gy (exposições agudas)
0,4 Gy/ano (exposições crônicas)
3,5 - 6 Gy (exposições agudas)
2 Gy/ano (exposições crônicas)
- INDUÇÃO DE CATARATA 
2 - 10 Gy (radiação de baixa LET)
1 - 2 Gy (radiação de alta LET)
0,15 Gy/ano (radiação de baixa LET)
exposições agudas
Na mulher
permanente
2,5 - 6 Gy (exposições agudas)
0,2 Gy/ano (exposições crônicas)
exposição crônica
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Depressão na formação do sangue
eritema e descamação
necrose nos tecidos
50 Gy após 3 semanas de exposição
0,5 Gy (exposição aguda de toda a medula)
3 - 5 Gy com aparecimento de sintomas cerca
 de 3 semana após exposição
0,4 Gy/ano
- EXPOSIÇÕES NA PELE
- DECRÉSCIMO NO NÚMERO DE CÉLULAS SANGUÍNEAS
período sensível
(0,12 a 0,2 Gy)
8–15 semanas após a concepção (período de organogênese)
uma dose de 1 Sv
- RETARDO MENTAL (exposição intra – uterina)
retardo mental severo em cerca de 40% dos indivíduos 
						expostos
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Hematopoiético: 2 – 10 Gy ( morte dentro de 10 – 30 dias)
Gastrointestinal: 10 –100 Gy (morte dentro de 3 – 5 dias)
Sistema nervoso central: 100 – 1000 Gy (morte dentro de 1 – 2 dias)
- SÍNDROME AGUDA DA RADIAÇÃO (IRRADIAÇÃO DE CORPO INTEIRO)
- MORTE CELULAR INDIVIDUAL efeito estocástico
- MORTE DE UM GRANDE NÚMERO D ECÉLULAS efeito determinístico 						(disfunção do órgão ou tecido) 
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EFEITOS DIRETOS E INDIRETOS DAS RADIAÇÕES
E interage com moléculas 
	 vizinhas
E 
interage diretamente no DNA
Água
Ácidos nucleicos
Proteínas
Lipídeos
Carboidratos 
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Radiólise da água
H2O		H2O+ + e-
e- + H2O 	H2O-
H2O+ + H2O 	H+ + H2O + OH
H2O- + H2O	OH- + H2O + H
H+ + OH- 	H2O
H2O		H + OH
OH + OH	H2O2
H + H		H2
H + H2O	OH + H2 
H + OH	H2O
RH + OH	R + H2O
reações secundárias
Presença de O2
e- + O2		O2-
O2- + H2O2	OH- + HO2 (radical peroxila)
H + O2		HO2 
HO2 + H	H2O2
OH + H2O2	H2O+ + HO2 
R + O2 		RO2 (peróxido orgânico)
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LESÃO NO NÚCLEO E NO CITOPLASMA
Radicais livres
Espécies ativas de O2
Núcleo (DNA)
Fe ++ + H2O2 Fe+++ + OH + OH-
O2- + Fe+++ O2 + Fe++ 
O2- + H2O2 OH + OH- + O2 
Fe
Reação de Fenton
dano oxidativo no DNA
envelhecimento
morte
celular
câncer
transformação
maligna
mutação
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LESÃO NO NÚCLEO E NO CITOPLASMA
Radicais livres
Espécies ativas de O2
Citoplasma (membranas)
membranas
carboidratos
proteínas
lípides
formação de peróxidos lipídicos
alterações das propriedades das membranas
alteração no potencial
inativação de substâncias 
receptoras ligadas à membrana
mudança de permeabilidade
decréscimo
 de fluidez
escoamento de Ca++
 e outros íons
aumento da suscetibilidade da
 membrana ao ataque enzimático
perda da integridade
LISE CELULAR
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VÁRIOS TIPOS DE LESÕES INDUZIDAS NO DNA POR RADIAÇÃO IONIZANTE
ACÚCAR
QUEBRA DE 
PONTES DE
 HIDROGÊNIO
AÇÚCAR
PERDA 
DA BASE
QUEBRA DA 
 FITA DUPLA
QUEBRA DA 
FITA SIMPLES
DÍMERO D E
PIRIMIDINA
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RADIOSSENSIBILIDADE CELULAR
Radiação ionizante 	 qualquer tipo de célula do organismo
Células 		 radiossenbilidade diferente
Fatores que influenciam o efeito da radiação
dose
taxa de dose
fracionamento da dose
exposição aguda ou crônica
tipo de radiação LET
		 RBE
presença ou não de antioxidante
tensão de O2 (Efeito O2)
teor hídrico
estado proliferativo (Lei de Bergonie e Tribondeau)
fase do ciclo celular
estado fisiológico ou metabólico
constituição genética da célula
FATORES FÍSICOS
FATORES QUÍMICOS
agentes modificadores
FATORES BIOLÓGICOS
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FATORES FÍSICOS
DOSE > dose > dano biológico
TAXA DE DOSE
Taxa de dose = dose aplicada por unidade
			 de tempo
Taxa de dose alta > taxa de dose baixa
< tempo de exposição > tempo de exposição
			reparo 
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DL50	dose letal para 50% dos integrantes 
da população exposta de corpo inteiro
Organismo	DL50(30) (Gy)
Cão		3,5
Porco da Índia	4
Homem		2,5 - 4,5
Camundongo	5,5
Macaco		6
Rato		7,5
Coelho		8
Galinha		6
Peixe dourado	23
Sapo		7
Tartaruga	15
Valores típicos de DL50(30) 
para exposição total de
animais a radiação X ou gama
10,0
7,5
5,0
2,5
100
75
50
25
Dose (Gy)
% Letalidade
DL 50 (30)
Típico gráfico para determinação da DL50(30) para ratos expostos a irradiação de corpo inteiro por raios X
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FRACIONAMENTO DA DOSE
Uma única exposição > forma fracionada dose total seja a mesma
			reparo
dose única = doses fracionadas inexistência de reparo
Fracionamento da dose em radioterapia
Poupa os tecidos sadios	- reparo do dano subletal
					- repopulação das células
					- reoxigenação de células tumorais
 Aumenta o dano no tumor 	- redistribuição de células nas fases 					 radiosensíveis do ciclo celular
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TIPO DE RADIAÇÃO - LET e RBE
			 quantitativamente independe tipo de radiação
Efeito Biológico	 quantitativamente depende tipo de radiação
				mesma quantidade de E
			mesmo número de pares de íons formados
Doses equivalentes de diferentes tipos de radiação não produzem efeitos biológicos quantitativamente similares
			1Gy de nêutrons > 1 Gy de raios X
		diferença no padrão de deposição de E da radiação
		Efeitos biológicos		deposição de E da radiação
Deposição de E e a sua distribuição na matéria tipo de radiação
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RADIAÇÕES DE ALTA LET > RADIAÇÕES DE BAIXA LET
(partícula a, nêutrons)		(raios X, raios gama)LET = quantidade de E média depositada na matéria 	 (keV/mm)
			unidade de distância percorrida
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RBE = dose de raios X (250 kV) (mesmo efeito biológico)
 dose de outro tipo de radiação
Curva de sobrevida de células 
de mamíferos em cultura,
 irradiadas com neutron e com R-X
R-X - fração de sobrevida de 0,01 = 10 Gy	 
n - fração de sobrevida de 0,01 = 6,6 Gy
RBE = 1,5
RBE = 3
Explicação: R-X: há shoulder
 neutron : curva exponencial
RBE vai depender da dose
R-X - fração de sobrevida de 0,6 = 3 Gy
n - fração de sobrevida de 0,6 = 1 Gy
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LET  100 keV/mm (LET ótima)
RBE atinge o valor máximo
reflete o tamanho do “alvo”
que é similar para todas as
células de mamíferos
 densidade de ionização
distância média entre os
eventos ionizantes coincide
com o  da dupla hélice
de DNA (2 nm)
Radiações de LET ótimo:
n de algumas centenas de keV
-p de baixa E
-partículas a
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FATORES QUÍMICOS
EFEITO O2
Na presença do O2 sistemas biológicos tornam - mais sensíveis à radiação 							(hipóxia ou anóxia)
						radiação X ou g	2 e 3
Taxa de aumento do O2 (OER) 	nêutron		1 e 2
						a		1 (não ocorre a 							 radiossensibilidade pelo O2)
Habilidade do O2 em potencializar a eficácia
 de uma dada dose de radiação			EFEITO DO O2
O2 modifica quantitativamente o dano da radiação, mas não altera qualitativamente
O2 necessita estar presente no momento da irradiação
Concentração muito pequena de O2 suficiente para induzir um efeito 									radiobiológico
Tecidos normais (20 - 40 mm Hg) bastante oxigenados
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Mecanismos
						- age diretamente na molécula - alvo O2 	nível de lesões químicas iniciais 			impede o reparo
						- age em nível de radicais livres 							responsáveis pelo efeito O2
O2 + R		RO2 (peróxidos orgânicos)
O2 potencializa a lesão inicial induzida pela radiação
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FATORES CELULARES
ESTADO PROLIFERATIVO
Mais radiossensíveis		células que mais rapidamente se dividem
1906		Bergonie e Tribondeau
RADIOSSENSIB. CELULAR = 	atividade mitótica
			 grau de especialização
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FASE DO CICLO CELULAR
células em mitose ou em G2	 mais sensíveis
células na fronteira G1 / S		mais resistentes
			variação no nível de compostos contendo grupamentos SH
Hipóteses	atividade de enzimas de reparo
			configuração ou grau de condensação do DNA
CONSTITUIÇÃO GENÉTICA DA CÉLULA (capacidade de reparo)
diferentes níveis de indução de dano no DNA + eficiência de reparo
 radiossensibilidade intrínseca celular
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CLASSIFICAÇÃO DE CÉLULAS DE MAMÍFEROS QUANTO À RADIOSSENSIBILIDADE
GRUPO 1: linfócitos
 eritoblastos
 espermatogonias
GRUPO 2: células granulosas
 mielócitos
 células intestinais
 célualas germinativas da camada epidérmica da pele
GRUPO 3: células glandulares gástricas
 células endoteliais de vasos sanguíneos
GRUPO 4: osteoblastos
 osteoclastos
 condroblastos
 espermatócitos e espermátides
GRUPO 5: granulócitos
 osteócitos
 espermatozóides
GRUPO 6: fibroblastos
 células endoteliais de grandes vasos sanguíneos
 eritrócitos
GRUPO 7: fibrócitos
 condrócitos
 fagócitos
GRUPO 8: células musculares
 células nervosas 
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RADIOSSENSIBILIDADE DE LINFÓCITOS
normalmente não se dividem
células especializadas e diferenciadas
células altamente radiossensíveis
relação volume nuclear / citoplasma grande
escassos em citoplasma
Características