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UNIDADE III Biofísica Aplicada às Ciências Biomédicas Prof. Dr. Marcio Alves O plano cartesiano é fundamental para a construção de gráficos e consiste em dois eixos perpendiculares, sendo o horizontal chamado de eixo das abscissas (X) e o vertical, de eixo das ordenadas (Y), que se cruzam na origem (ponto O). Construção e interpretação de gráficos Fonte: MARTINELLI, M. Mapas, gráficos e redes: elabore você mesmo.1 ed. Eixo vertical - eixo das ordenadas Xi = abscissa do ponto P Yi = ordenada do ponto P Origem Eixo horizontal P = (xi, Yi) Y Yi Contemple a representação na tabela a seguir, em que as linhas representam os locais (regiões do Brasil) e a coluna, os casos prováveis de dengue em 2018. Construção e interpretação de gráficos Número de casos prováveis de dengue até a Semana Epidemiológica 48, por região do Brasil, em 2018 Fonte: adaptado de: livro-texto. Região Casos prováveis (n) Norte 15.516 Nordeste 65.627 Centro-Oeste 90.865 Sudeste 66.982 Sul 2.674 Brasil 241.664 O objetivo do gráfico de barras é mostrar visualmente a correspondência das regiões do Brasil e a incidência de casos prováveis de dengue por meio do tamanho das barras que fornecem uma compreensão mais rápida. Construção e interpretação de gráficos Número de casos prováveis de dengue por região do Brasil em 2018 Sul Sudeste Centro-Oeste Nordeste Norte 0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 Casos prováveis Fonte: adaptado de: livro-texto. O gráfico de colunas torna mais significativo em relação à tabela, facilitando a comparação entre os valores de expressão das diferentes amostras. Construção e interpretação de gráficos Valores da expressão de beta-actina (β-actina) em amostras tumorais de câncer de mama Amostras tumorais Valor médio da expressão de β-actina Tumor 4 10,77 Tumor 5 10,90 Tumor 16 13,95 Tumor 17 16,30 Tumor 22 10,03 Tumor 55 8,36 Tumor 57 11,49 Tumor 58 8,50 Tumor 59 9,02 Tumor 62 8,80 Fonte: adaptado de: livro-texto. Gráfico de colunas simples destacando os valores de beta-actina em diferentes amostras de tumores. Construção e interpretação de gráficos Expressão de beta-acima em diferentes amostras de tumores mamários 18,00 15,00 12,00 9,00 6,00 3,00 0,00 Tumor 04 Tumor 05 Tumor 15 Tumor 17 Tumor 27 Tumor 55 Tumor 57 Tumor 58 Tumor 59 Tumor 62 Fonte: adaptado de: livro-texto. Os gráficos de linha são muito utilizados para mostrar eventos cronológicos ou de evolução. Gráfico de linhas destacando os casos prováveis de dengue no País em 2017 (da 1ª à 52ª semana epidemiológica) e em 2018 (até a 48ª semana epidemiológica) Construção e interpretação de gráficos N º d e c re s c im e n to d e c a s o s p ro v á v e is d e d e n g u e 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Semana epidemiológica de início de sintomas 2017 2018Fonte: adaptado de: Brasil (2018). Um outro tipo de representação é o gráfico em setores (também identificado como gráfico em “pizza”), o qual, segundo Martinelli (2014), está baseado num sistema polar, isto é, deriva de uma base cilíndrica, com circunferências concêntricas e equidistantes. Construção e interpretação de gráficos Fonte: MARTINELLI, M. Mapas, gráficos e redes: elabore você mesmo. 1 ed. Distribuição proporcional dos dez tipos de câncer mais incidentes em homens, estimados para 2018, exceto pele não melanoma. Construção e interpretação de gráficos Localização primária Casos novos Porcentagem Próstata 68.220 31,70 Traqueia, brônquio e pulmão 18.740 8,70 Cólon e reto 17.380 8,10 Estômago 13.540 6,30 Cavidade oral 11.200 5,20 Esôfago 8.240 3,80 Bexiga 6.690 3,10 Laringe 6.390 3,00 Leucemias 5.940 2,80 Sistema Nervoso Central 5.810 2,70 Outras 52.940 24,60 Fonte: adaptado de: livro-texto. Representação do gráfico em setores, apresentando a proporção das principais seções que compõem a frequência dos dez tipos de câncer mais incidentes em homens (estimativa 2018). Construção e interpretação de gráficos Dez tipos de câncer mais incidentes em homens, estimados para 2018 Outros Sistema nervoso central Leucemias Laringe Bexiga Esôfago Cavidade oral Estômago Traqueia, brônquio e pulmão Cólon e reto Próstata Fonte: adaptado de: livro-texto. Nos gráficos de linha, os pontos realizam a correspondência entre os eixos X e Y, e a união deles por linhas contínuas ou tracejadas compõe o gráfico. Os gráficos de linha são muito utilizados para: a) Comparação entre os valores de expressão das diferentes amostras. b) Mostrar eventos cronológicos ou de evolução. c) Comparações entre as partes e das partes no que se refere ao todo. d) A observação das diferenças de valores. e) Todos os tipos de observações. Interatividade Nos gráficos de linha, os pontos realizam a correspondência entre os eixos X e Y, e a união deles por linhas contínuas ou tracejadas compõe o gráfico. Os gráficos de linha são muito utilizados para: a) Comparação entre os valores de expressão das diferentes amostras. b) Mostrar eventos cronológicos ou de evolução. c) Comparações entre as partes e das partes no que se refere ao todo. d) A observação das diferenças de valores. e) Todos os tipos de observações. Resposta Henri Becquerel descobriu o fenômeno da radioatividade por meio da observação de sais de urânio que emitiam radiações parecidas com as dos raios X, capazes de impressionar chapas fotográficas. Em 1898, o casal Pierre e Marie Curie nomeou esse fenômeno de radioatividade. Ernest Rutherford demonstrou que a radiação emitida era característica de cada elemento. Ele estudou que existiam, pelo menos, três tipos de emissões. Desse modo, concluiu que a radiação decorre da desintegração espontânea do núcleo de um átomo radioativo. Radioatividade A radiação decorre da desintegração espontânea do núcleo de um átomo radioativo, devido ao seu estado energético muito intenso, o qual tende a se estabilizar pela liberação de energia. Os radioisótopos são todos os isótopos de todos os elementos químicos capazes de emitir partículas e ondas eletromagnéticas. Os elementos químicos são formados por átomos, a unidade fundamental da matéria, e podem ser subdivididos em minúsculas partículas: os prótons, os nêutrons e os elétrons. Radioatividade Representação esquemática de um modelo de elemento químico X, sendo Z o seu número atômico e A o seu número de massa. Exemplos do número atômico e de massa do gás hélio e enxofre. Radioatividade Fonte: autoria própria Representação dos isótopos do oxigênio, mostrando que átomos com o mesmo número de prótons são quimicamente iguais. Radioatividade Fonte: autoria própria Usina Nuclear de Angra dos Reis. Em (a), Angra 2 em 2001, segunda usina nuclear brasileira; é capaz de atender ao consumo de uma cidade de 2 milhões de habitantes, como Belo Horizonte. Em (b), Angra 3 em construção. Radioatividade A B Fonte: https://www.lnls.cnpem.br/. Qual a função dos reatores nucleares? Assinale a alternativa que descreve a resposta correta. a) Promover a reação de fissão nuclear de maneira controlada, para uso nas diversas áreas de aplicação de radioisótopos. b) Com o desenvolvimento de reatores nucleares, muitos radioisótopos puderam ser rejeitados corretamente em locais fechados. c) Desenvolver bombas nucleares. d) Produzir aparelhos de tomografia computadorizada. e) São dispositivos capazes de indicar a presença de radiação. Interatividade Qual a função dos reatores nucleares? Assinale a alternativa que descreve a resposta correta. a) Promover a reação de fissão nuclear de maneira controlada, para uso nas diversas áreas de aplicação de radioisótopos. b) Com o desenvolvimento de reatores nucleares, muitosradioisótopos puderam ser rejeitados corretamente em locais fechados. c) Desenvolver bombas nucleares. d) Produzir aparelhos de tomografia computadorizada. e) São dispositivos capazes de indicar a presença de radiação. Resposta A partícula alfa (α) é composta por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, apresenta-se como o núcleo de um átomo de hélio, sendo considerado pesado. Radiações ionizantes e excitantes Fonte: autoria própria A partícula beta (β) foi relatada em 1913 pela Lei de Soddy-Fajans-Russel ou também chamada de 2ª Lei da Radioatividade, que dizia: um núcleo, ao realizar uma emissão beta (β), apresenta um aumento de uma unidade em seu número atômico, permanecendo com um número de massa constante. Na realidade, a partícula beta (β) é uma emissão corpuscular nuclear que pode apresentar carga positiva, denominada pósitron (ou β+), ou negativa, chamada de négatron (ou β-). Quando existe excesso de nêutrons no núcleo em relação aos prótons, ocorre a emissão de uma partícula negativa, um elétron, com carga –1, resultante da conversão de um nêutron em um próton. Radiações ionizantes e excitantes A radiação gama (γ) se origina do núcleo atômico, não apresentando carga nem massa. É uma onda eletromagnética, semelhante à luz visível, que apresenta fótons de energia variável, com elevada frequência (acima de 1020 Hz) e muita energia. Apresenta poder de ionização menor que as emissões corpusculares. É capaz de percorrer longas distâncias, pois se propaga à velocidade da luz no vácuo (300.000 km/s). Possui um grande poder de penetração. A radiação gama somente é detida por uma parede de chumbo, por isso os serviços de Medicina Nuclear devem ser reforçados com esse metal. Radiações ionizantes e excitantes Exemplo da penetrância das emissões alfa, beta e gama. Radiações ionizantes e excitantes Fonte: MOURÃO JUNIOR, C. A.; ABRAMOV, D. M. Biofísica essencial. Folha de papel Lâmina de alumínio Placa de chumbo α β γ Esquematicamente, podemos comparar e visualizar as informações sobre o poder de penetração e ionização das emissões alfa, beta e gama indicadas na figura a seguir. Radiações ionizantes e excitantes Fonte: livro-texto. A tabela a seguir discrimina melhor os tipos de radiações eletromagnéticas e suas características básicas: Radiações ionizantes e excitantes Fonte: livro-texto. Tipos de ondas eletromagnéticas Comprimento de onda (λ) Tipo de radiação Raios gama 10– 4 a 0,1 m Ionizante Raios X terapêuticos 10– 4 a 0,1 m Ionizante Raios X diagnósticos 0,1 a 1 m Ionizante Ultravioleta 20 a 3900 m Não ionizante Luz visível 3900 a 7500 Não ionizante Infravermelho 0,00008 a 0,01 cm Não ionizante Rádio, televisão, radar 1 a 3 x 105 cm Não ionizante Tipos de ondas eletromagnéticas e comprimentos de onda Quando existe excesso de nêutrons no núcleo em relação aos prótons, ocorre a emissão de uma partícula negativa, resultante da conversão de um nêutron em um próton. Indique a alternativa que descreve corretamente qual seria em questão: a) Radiação ɤ. b) Radiação α. c) Radiação X. d) Radiação β. e) Emissão fotoelétrica. Interatividade Quando existe excesso de nêutrons no núcleo em relação aos prótons, ocorre a emissão de uma partícula negativa, resultante da conversão de um nêutron em um próton. Indique a alternativa que descreve corretamente qual seria em questão: a) Radiação ɤ. b) Radiação α. c) Radiação X. d) Radiação β. e) Emissão fotoelétrica. Resposta A interação da radiação com o sistema biológico pode ser melhor caracterizada em três etapas: A primeira é o estágio físico: nesse estágio, ocorrem interações da radiação com a matéria, resultando ionizações e ativações; tem duração curta e os produtos nela surgidos costumam ser extremamente reativos, frequentemente radicais livres. A segunda é o estágio químico: caracterizado pela reação dos produtos formados na fase anterior, entre si ou com outras moléculas da vizinhança, o que conduz ao aparecimento de produtos secundários. Interação das emissões com a matéria e com os seres vivos A interação da radiação com o sistema biológico pode ser melhor caracterizada em três etapas: A terceira é o estágio biológico: nesse estágio, a homeostase, a atividade metabólica intracelular, é modificada ou inibida em consequência das alterações sofridas por algumas moléculas; esse estágio pode durar de alguns minutos ou horas até vários anos e é nele que ocorrem a inativação celular, a fixação de mutações radioinduzidas e a transformação neoplástica. Interação das emissões com a matéria e com os seres vivos A dose absorvida e a dose equivalente são grandezas dosimétricas, pois estão relacionadas à quantia de radiação a que um material foi submetido e quanto dela absorveu, respectivamente. Interação das emissões com a matéria e com os seres vivos Fonte: livro-texto. Grandezas Conceito Unidade (SI) Exposição Quantidade de íons formados pela radiação C/ kg (Coulombs/ kg ar seco) Dose absorvida Quantidade de radiação que a matéria irradiada recebeu Gy (Gray = 1 joule absorvido/kg) Dose equivalente Quantidade de radiação absorvida pelo tecido Sv (Sievert) Tipos de grandezas dosimétricas e suas unidades no Sistema Internacional (SI) Os efeitos determinísticos são aqueles para os quais existe um limite de dose absorvida necessário para sua ocorrência e cuja gravidade aumenta com o aumento da dose. Interação das emissões com a matéria e com os seres vivos Efeitos determinísticos para doses elevadas Fonte: CNEN (2011). Órgão ou tecido Dose em menos de 2 dias (Gy) Tipo de efeito Tempo de ocorrência Corpo inteiro 1 Morte 1-2 meses Pulmão 6 Morte 2 a 12 meses Pele 3 Eitema 1 a 3 semanas Tireoide 5 Hipotireoidismo Primeiro ano Cristalino 2 Catarata 6 meses Gônadas 3 Esterilidade permanente Semanas Feto 0,1 Teratogênese - Em (a), representação esquemática do spin nuclear. Ressonância Magnética (RM) Fonte: livro-texto. Átomo Spin nuclear A Em (b), movimento do spin nuclear sob a aplicação de um campo magnético externo. A seta azul mostra o sentido do movimento de rotação; e a seta preta retrata o vetor formado Ressonância Magnética (RM) B Spin nuclear com baixa energia, gera um campo magnético alinhado com o campo magnético externo Spin nuclear com alta energia, gera um campo magnético oposto ao campo magnético externo Campo magnético externo Fonte: autoria própria Existem três fatores básicos de radioproteção que devem ser usados para minimizar a dose de radiação: o tempo, a blindagem e a distância. 1. Tempo: para restringir a dose de radiação, o tempo de permanência em uma área com radiação deve ser o menor possível. O aumento do período na área acarreta aumento de dose, pois a dose recebida (D) é proporcional ao tempo (t) de exposição e à velocidade (v) da dose (D = t . v). Deve-se trabalhar o mais rápido possível na manipulação de fontes de radiação, com o planejamento e o treinamento adequados e usando apenas o número necessário de trabalhadores para a tarefa. Radioproteção 2. Distância: para limitar a dose de radiação, a distância de uma área com radiação deve ser a maior possível, pois a intensidade da radiação decresce com o quadrado da distância. A distância apresenta um forte efeito na redução da dose. Radioproteção Fonte: http://www.ird.gov.br/index.php/apresentacoes/send/18-radioprotecao-dos- trabalhadores/32-radioagnostico.> Acesso 03 de janeiro de 2019. Se a taxa de dose a 1m de fonte é de 100µSv/h, a taxa de dose a 2 m será de 25µSv/h. Distância 25µSv/h 100µSv/h 1 m 2 m 3. Para diminuir a grandeza das doses individuais, o número de trabalhadores e pessoas expostas e a probabilidade de exposições acidentais, equipamentos de proteção (EPCs e EPIs) são fundamentais. Radioproteção BlindagemO material de blindagem deve ser adequado para o tipo de radiação. Por exemplo: 1 cm de plástico blindará completamente toda a radiação beta Chumbo e concreto podem ser usador como blindagem para as radiações X e gama Plástico Chumbo Concreto Fonte: adaptado de: livro-texto. Sobre os fatores básicos de radioproteção que devem ser usados para minimizar a dose de radiação é correto afirmar: a) Dosímetros são dispositivos cuja função é mensurar o tempo de exposição de um indivíduo à radiação. b) No caso de blindagens de raios X e gama, usa-se, geralmente, o alumínio. c) Deve-se trabalhar o mais lentamente possível na manipulação de fontes de radiação. d) A distância apresenta um forte efeito na redução da dose. e) A intensidade da radiação decresce com redução da distância. Interatividade Sobre os fatores básicos de radioproteção que devem ser usados para minimizar a dose de radiação é correto afirmar: a) Dosímetros são dispositivos cuja função é mensurar o tempo de exposição de um indivíduo à radiação. b) No caso de blindagens de raios X e gama, usa-se, geralmente, o alumínio. c) Deve-se trabalhar o mais lentamente possível na manipulação de fontes de radiação. d) A distância apresenta um forte efeito na redução da dose. e) A intensidade da radiação decresce com redução da distância. Resposta ATÉ A PRÓXIMA!