Efeitos da Radiação nas Células e Tecidos

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Efeitos celulares da radiação
Maria Filomena Botelho
Radiossensibilidade
? Radiossensibilidade das células
Quando aparecem lesões por radiação a nível do corpo inteiro, significa 
que houve lesões de sistemas orgânicos, consequência de lesão por 
radiação de células de um sistema específico
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Radiossensibilidade - células
Muito altaMuito alta
Células pluripotenciais hematopoiéticas
(linfócitos e eritroblastos)
Espermatogónia
Células das criptas intestinais
Células pluripotenciais hematopoiéticas
(linfócitos e eritroblastos)
Espermatogónia
Células das criptas intestinais
Vida curta
Indiferenciadas
Dividem-se regularmente
Acordo com a Lei de Bergonie e Tribondeau
Radiossensibilidade - células
AltaAlta
Persursores das células da 
séries hematopoiéticas
Persursores das células da 
séries hematopoiéticas
Dividem-se um número limitado de vezes
Algum grau de diferenciação
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Radiossensibilidade - células
MédiaMédia
Células endoteliais
Osteoblastos
Espermátides
Fibroblastos
Células endoteliais
Osteoblastos
Espermátides
Fibroblastos
Dividem-se irregularmente
Esperança de vida muito variável
BaixaBaixa
Células epiteliais do fígado, 
rim, glândulas salivares, ...
Condroblastos
Células epiteliais do fígado, 
rim, glândulas salivares, ...
Condroblastos
Vida longa
Não se dividem muitas vezes
Grau variável de diferenciação
Radiossensibilidade - células
4
Radiossensibilidade - células
Muito baixaMuito baixa
Neurónios
Eritrócitos
Células musculares
...
Neurónios
Eritrócitos
Células musculares
...
Não se dividem
Muito diferenciadas
Radiossensibilidade - células
? A fase do ciclo celular 
considerada como a mais 
radiorresistente é 
? A zona média da fase S
? A zona tardia da fase S
? Depende da posição do ciclo celular em que a célula se 
encontra
? As fases do ciclo celular mais radiossensíveis são
? Mitose
? Passagem do final de G1 para o início de S
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Radiossensibilidade - células
? O núcleo é muito mais radiossensível que o citoplasma
? O DNA é a parte mais radiossensível da célula
? A radiossensibilidade do RNA é intermédia (entre o DNA e a proteína)
? Lesões provocadas por radiação 
sobre um cromossoma podem 
ser analisadas durante a 
metafase do ciclo celular
Radiossensibilidade - tecidos
Muito altaMuito alta
Linfóide
Hematopoiético
Epitélio espermático
Epitélio intestinal
AltaAlta Epitélio estratificado orofaríngeoEpitélio epidérmico
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Radiossensibilidade - tecidos
MédiaMédia
Tecido conjuntivo intersticial
Vasos finos
Cartilagem e osso em crescimento
BaixaBaixa
Cartilagem e osso maduro
Epitélios hepático, renal, pancreático, 
tiróide a supra-renais
Muito BaixaMuito Baixa MúsculoTecido nervoso
Efeitos biológicos
Células
Aberrações cromossómicas
Mutações
Morte celular
Inibição da divisão celular
Transformação maligna
Morte celular
Inibição da divisão celular
Transformação maligna
 → →⏐⏐
 → →⏐⏐
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Efeitos biológicos
Tecidos
Hipoplasia
Transformação maligna
Alteração da função tissular
Morte
Indução de cancro
Alteração da função tissular
Morte
Indução de cancro
 → →⏐⏐
 → →⏐⏐
Efeitos biológicos
Corpo inteiro
Alteração dos sistemas
• Hematopoiético
• Gastrointestinal
• Nervoso central
Transformação maligna
CancroCancro
 → →⏐⏐
 → →⏐⏐
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Efeitos da radiação
ADNADN
? Alterações das ligações entre as bases
• Substituição de bases
• Adição de novas bases
• Retirar de bases existentes
? Substituição cruzada
? Single strand break
? Double strand break
Inibição temporária ou permanente da síntese de ADNInibição temporária ou permanente da síntese de ADN
Síntese de ADN incorrectoSíntese de ADN incorrecto
Inibição ou prevenção da mitoseInibição ou prevenção da mitose
Síntese de proteínas incorrectasSíntese de proteínas incorrectas
Efeitos da radiação
EnzimasEnzimas
Alterações da estrutura terciária das 
moléculas
Inibição da actividade enzimáticaInibição da actividade enzimática
Disrupção das ligações químicas
Alterações do metabolismo celularAlterações do metabolismo celular
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Efeitos da radiação
Lipidos estruturais
(membranas celulares)
Lipidos estruturais
(membranas celulares)
Aumento da permeabilidade ao K+, Na+, ...Aumento da permeabilidade ao K+, Na+, ...
Disrupção das ligações moleculares
Alterações da composição intracelularAlterações da composição intracelular
Alterações do meio extracelularAlterações do meio extracelular
Riscos das baixas doses de 
radiação
CarcinogéneseCarcinogénese
10-4 /cGy
Risco de morte 
devido a cancro
10
Riscos das baixas doses de 
radiação
MutagéneseMutagénese
10-4 /cGy
Risco de mutações graves 
dominantes, ligadas ou 
não ao cromossoma X
Outras alterações genéticas
Riscos das baixas doses de 
radiação
Efeitos in uteroEfeitos in utero
10-3 /cGy
Risco primário de 
neoplasia post-natal
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Exposição a radiação
Riscos de cancro associado
? Associações fortes
? Leucemia, tiróide, mama, pulmão
? Associações fracas
? Estômago, esófago, bexiga, linfoma, 
glândulas salivares, etc
Risco de radiação
106 pessoas/cGy
? Leucemias
? 10 – 60 casos
? Cancro da tiróide 
(radiação externa)
? 20 – 150 casos
? Cancro da mama
? 30 – 200 casos
? Cancro do pulmão
? 20 – 100 casos
? Cancro do osso
? 3 casos
? Outros cancros
? 10 – 15 casos
? Mortes devidas a 
todos os cancros
? ≈ 100 casos
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Factores físicos e biológicos 
que influenciam a irradiação
?Quando uma célula é irradiada pode ocorrer
? não ocorrer nada
? diminuição da velocidade da mitose
? morte interfásica
? morte celular
Não ocorrer nada
Interacção da radiação
possibilidade ― probabilidadeNão interagir Interagir
Provocar 
lesão celular
Não provocar 
lesão celular
Dentro de uma célula, a interacção da radiação ocorre ao acaso
Impossível distinguir entre acções da radiação e outras causas
Existência de período de latência
As alterações biológica aparecem após 
um período de tempo dose-dependente, 
que pode variar de minutos até anos
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Diminuição da velocidade da mitose
Baixas doses 
de radiação
atrasam a 
mitose celular
Conhecido como:
atraso na divisão celular
Não se sabe exactamente o que está por 
detrás deste abrandamento
Teoricamete, quando há uma alteração da 
membrana celular, as concentrações de 
electrólitos ficam desiquilibradoas
Morte interfásica
? Morte da célula antes de entrar em mitose
? Depende da maneira como a célula é irradiada
? Células altamente mitóticas sofrem morte interfásica com 
doses mais baixas do que as células que menos mitóticas
A consequência para todas as células, é a 
Impossibilidade da reprodução celular
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Factores que afectam a resposta 
celular
? Transferência linear de energia - LET
? Eficiência biológica relativa - RBE
? Relação do enriquecimento em oxigénio - OER
Transferência linear de energia - LET
Quanto maior o LET da radiação, maior é a possibilidade de haver
interacção biológica
? Energia transferida por unidade de comprimento de percurso
? Expressa como keV/µm
? À medida que a intensidade da ionização aumenta, aumenta a 
probabilidade de deposição da energia directamente na molécula 
biológica, ou seja, de ocorrer lesão celular
? Quanto maior a intensidade da ionização maior a lesão biológica
Os raios-X de diagnóstico, que têm uma LET de aproximadamente 3 keV/µm, 
são considerados de baixo LET quando comparados com outras radiações
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Transferência linear de energia - LET
1000,0Núcleos pesados
100,0Partículas alfa de 5 MeV
20,0Neutrões de 2,5 MeV
4,0Fotões de 10 MeV
3,0Raios-X diagnósticos
0,3Electrões de 1 MeV
0,25Cobalto-60
LET (keV/µm)Tipo de radiaçãoComparada com a radiação 
electromagnética, as 
radiações particuladas
têm maior poder ionizante 
(carga e massa)
Mais probabilidade de interagir com os tecidos
Perdem a sua energia rapidamente 
Produzem numerosas ionizações numa curta 
distância
Valores de LET para vários 
tipos de radiação
? Gama do Cobalto-60
? 0,25 keV/µ
? Beta de 0,6 KeV
? 5,5 keV/µ
? Neutrões de fissão
? 45,0 keV/µ
? Alfa
? ~110,0 keV/µ
ba
ix
a
al
ta
al
ta
Ef
ic
iê
n
ci
a 
bi
ol
óg
ic
a
Ef
ic
iê
n
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a 
bi
ol
óg
ic
a
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Eficiência biológica relativa - RBE
? Descreve quantitativamente o efeito relativo da LET 
? É uma comparação da dose de radiação em estudo com uma dose 
de raios-X de 250 keV que produz a mesma resposta biológica
? Factores que influenciam a RBE:
? Tipo de radiação
? Célula e tipo de tecido
? Condição fisiológica 
? Efeito biológico em estudo
? Taxa de dose de radiação
Quando a
LET aumenta
RBE aumenta 
radiações de baixo LET têm baixa RBE
radiações de alto LET têm grande RBE
Os raios-X diagnóstico têm RBE de ~ 1
efeito mesmo o produzir para estudo em radiação da rads em dose
efeito um produzir para keV 250 de X-raios de rads em dose
RBE =
A RBE mede a eficiência biológica da radiação com diferentes LETs
A constante é a resposta biológica, não da dose de radiação
EXEMPLO
Para causar a morte a ratos, são necessários 300 rads de raios-X de 250 keV.
Se estes ratos forem irradiados com núcleos pesados, somente são necessários 
100 rads. 
Calcule a RBE para os núcleos pesados.
RBE = = 3
rad 100
rad 300
Resolução:
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RBE vs. LET
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,1 1 10 100 1000
LET (keV/µm de tecido
RB
E
R
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 a
lfa
LET aumenta
RBE aumenta
radiações de baixo LET têm baixa RBE
radiações de alto LET têm grande RBE
Os raios-X diagnóstico têm RBE de aproximadamente 1
Eficiência biológica relativa - RBE
2,451521010
2,36953053
2,440016020
2,733512530
2,828010040
3,02408050
3,32006060
3,61604570
3,81153080
4,3651590
RBERaios-X (cGy)Neutrões (cGy)% sobrevivência
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Relação do enriquecimento em 
oxigénio - OER
? Descreve numericamente o efeito oxigénio
? A resposta dos tecidos biológicos à radiação é maior quando são 
irradiados em situação aeróbica do que em condições de anóxia 
ou de hipóxia - Efeito oxigénio
? Teoricamente o oxigénio é necessário para a formação de radicais
livres durante a ionização da água, os quais induzem a formação 
de peróxido de hidrogénio → Sem O2 a lesão celular é pequena
? O OER é a dose de radiação que produz uma dada resposta 
biológica sob condições anóxicas dividida pela dose de radiação 
que produz a mesma resposta biológica sob condições aeróbicas 
aeróbicas condições em efeito mesmo o produz que dose
anóxicas condições sob efeito dado um produz que dose
OER =
aeróbicas condições em efeito mesmo o produz que dose
anóxicas condições sob efeito dado um produz que dose
OER =
EXEMPLO
Ratos com tumores foram irradiados em condições hipóxicas. 
A dose do controlo no tumor é de 5 000 rads. 
Irradiando o tumor em condições aeróbicas necessita de uma dose controlo 
de 1 000 rads. 
Qual é a OER para este sistema.
OER = = 5
rad 1000
rad 5000
Resolução:
A OER é dependente da LET. 
A OER é maior para radiação de baixo LET, e é menos eficaz com radiação alto LET. 
Para células de mamíferos, a OER é entre 2 e 3. 
A OER para radiações de alto LET é entre 1,2 e 1,7.
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Sobrevivência celular vs. dose
0,001
0,01
0,1
1
10
0 2 4 6 8 10
Dose (Gy)
Fr
ac
çã
o 
da
s 
cé
lu
la
s 
so
br
ev
iv
en
te
s
LET aumenta
OER menos eficaz
Devido às diferenças físicas entre radiação e alto e de 
baixo LET → a quantidade de lesão provocada por 
radiação de alto LET será objecto de reparação
O O2 intensifica a resposta à radiação
(como se a radiação tivesse baixo LET)
Hipóxica
Baixo LET
OER = 3,0
(raios-X)
O2
0,001
0,01
0,1
1
10
0 2 4 6 8 10
Dose (Gy)
Fr
ac
çã
o 
da
s 
cé
lu
la
s 
so
br
ev
iv
en
te
s
Hipóxica
Alto LET
OER = 1,7
(neutrões)
O2
Relação do enriquecimento em oxigénio - OER
2,2314506503
2,3719008001
2,40240010000,3
1,9095050010
1,5662540020
1,4242530035
1,3032525045
1,0020020060
OERDose sob hipóxia (cGy)
Dose no ar 
(cGy)% sobrevivência
20
Factores que influenciam a Radiossensibilidade
? Idade - Somos mais radiossensíveis antes do nascimento
? Somos mais radiossensíveis na infância
? A radiossensibilidade vai diminuindo com a maturidade
? Género
? Fêmeas mais radiorresistentes
? Fêmeas toleram aproximadamente mais 5% - 10% de radiação 
que os machos - Dados experimentais
? Os homens são mais radiossensíveis que as mulheres
? Humanos de idade avançada, tornam-se mais 
radiossensíveis
? Consistente com a lei de Bergonie e Tribondeau
In Infância adulto idoso
alto
baixo
Se
ns
ib
ili
da
de
 
à 
ra
di
aç
ão