Efeitos biológicos das radiações nos seres vivos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
FÍSICA DAS RADIAÇÕES 
CURSO DE FARMÁCIA 
 
Nome: Paula Vitória Russo de Oliveira RA: 100887 Plano de Estudo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO NOS TECIDOS BIOLÓGICOS E 
SEUS EFEITOS PARA O SER HUMANO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maringá, 10 de Abril de 2021 
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1. INTRODUÇÃO 
 
 A célula é a unidade estrutural, morfológica e funcional dos seres vivos, ela é 
formada por um conjunto de estruturas com funções especificas que atuam em 
conjunto para o funcionamento adequado do organismo, desde a respiração celular 
até mecanismos mais complexos. Elas podem ser prejudicadas por diversos fatores, 
físicos, químicos e biológicos. 
A radiação ionização pode afetar o funcionamento destas células, causando 
destruição (por meio do calor), ou até mesmo fragmentação (por meio da ionização). 
Esta ionização e fragmentação celular causam problemas a níveis genéticos, como a 
mutação, que pode ocorrer desde a gestação de fetos, que nascem prematuros ou, 
quando dentro do período de nove meses, nascem com graves problemas de má 
formação. 
As partículas radioativas (alfa, beta e gama) possuem um alto poder de energia 
cinética, ou seja, se movimentam com uma alta velocidade. Quando estas partículas 
atingem as células, provocam a ionização celular propriamente dita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. TECIDO BIOLÓGICO E METABOLISMO CELULAR 
 
As células possuem várias estruturas com diferentes funções fisiológicas, como 
membrana, citoplasma e núcleo. A membrana plasmática participa ativamente do 
metabolismo celular, selecionando substâncias que podem entrar e sair da célula, o 
citoplasma é o local onde estão inseridas as organelas, confere sustentação e 
movimentos celulares, síntese e armazenamento e transporte de macromoléculas 
(ribossomos, reticulo endoplasmático, complexo Golgi, lisossomos, peroxissomos, 
vacúolos) e metabolismo energético das células, por meio do citosol, cloroplastos e 
mitocôndria. 
A divisão celular nos eucariontes ocorre de duas formas, a meiose e a mitose, 
a mitose dá origem a células com o mesmo número de cromossomos tipo 2n (dois 
conjuntos cromossômicos), já a meiose da origem a 4 células com metade do número 
de cromossomos, o meio de produção se dá por meio da produção de gametas óvulo 
e espermatozoides (tipo N). 
O ciclo celular consiste em vários eventos bioquímicos responsáveis pela 
geração de duas células filhas, a partir de uma célula-mãe, importantes para o 
desenvolvimento embrionário; o crescimento do organismo; a regeneração ou a 
renovação tecidual; a reprodução assexuada, e a formação de gametas. Os eventos 
que sustentam este ciclo consistem em diversas etapas: crescimento celular, 
replicação do material genético (DNA), distribuição deste material genética (que 
formam os cromossomos) e a divisão celular (citocinese). Esses eventos são divididos 
em duas etapas distintas: interfase e mitose. Cada qual é caracterizada por diferentes 
eventos bioquímicos e fisiológicos, a interfase é dividida em três subfases: G1, S e 
G2. A mitose é dividida em prófase, pró-metáfase, metáfase, anáfase e telófase. G0 
é quando a celular não está em nenhum processo de divisão. 
O tamanho e a forma da célula estão relacionados à sua função e são 
determinados por fatores extrínsecos e intrínsecos, como, por exemplo, pressões 
externas, organização do citoesqueleto, quantidade de citoplasma e de organelas e 
acúmulo de produtos de reserva ou secreção (HADLER, W. A.; SILVEIR), todas estas 
características dão origem a um tecido biológico, ou seja, o tecido biológico é 
totalmente influenciado pela forma e característica da célula que o compõe. 
 
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As células embrionárias possuem um ciclo celular extremamente curto, isto 
pode explicar porque a radiação ionizante pode ser tão prejudicial a estas células, 
justamente pela sua rápida multiplicação e importância que elas possuem na 
formação básicas e fisiológicas do feto. 
 
 
3. INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM O TECIDO BIOLÓGICO 
 
A radiação ionizante tem energia suficiente para liberar elétrons de um átomo 
deixando, assim, o átomo carregado; já a radiação não ionizante como, por exemplo, 
ondas de rádio, luz visível, ou radiação ultravioleta, não possui energia suficiente para 
arrancar os elétrons. Ou seja, é a radiação ionizante que trará maiores consequências 
para as células e para o organismo. Existem átomos instáveis e estáveis, os átomos 
que possuem núcleo instável liberam energia em forma de radiação, denominados de 
radionuclídeos. Esta radiação pode interagir com outros átomos e ioniza-los (que é o 
que acontece com a células humanas). 
A radiação ionizante possui energia mais que suficiente para desemparelhar os 
elétrons de sua própria órbita, esta energia que transferida resulta na criação de 
átomos fortemente carregados, denominados de íons. A emissão de dois prótons e 
de dois nêutrons refere-se ao decaimento alfa, e a emissão de elétrons ao decaimento 
beta. Desta forma, um núcleo instável é tão energizado que a emissão de partículas 
não é suficiente para estabilizá-lo. Este, então, libera uma explosão de energia na 
forma de ondas eletromagnéticas como fótons, denominadas raios gama. 
A exposição a esta radiação pode resultar em diferentes consequências para o 
tecido biológico, isto irá depender da frequência da exposição, o tipo de radiação e a 
da proximidade com a mesma. Se a exposição ocorrer de maneira fracionada, ou 
apenas uma vez, como um tratamento radioterápico ou em certas rotinas de trabalho 
com material radioativo em instalações nucleares, por exemplo, as consequências 
ainda podem ser muito distintas, pois a exposição contínua ou periódica que o homem 
sofre da radiação cósmica, produz efeitos de difícil identificação, as consequências 
seriam bem maiores se o mesmo indivíduo fosse exposto com uma quantidade muito 
grande radiação apenas uma vez, o que poderia causar até morte. 
Outro fator diferencia e caracteriza os danos causados por radiação é o local 
onde a pessoa fica exposta a mesma, por exemplo, no tratamento de canceres, o 
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indivíduo recebe uma carga de radiação ionizante apenas no local onde o câncer está 
localizado, e consequentemente, a modificação na divisão celular irá ocorrer 
preferencialmente neste tecido alvo, com precisão e exatidão. 
O tipo de radiação também influencia totalmente no dano causado no 
organismo, a exposição a fótons por exemplo, provenientes de fontes de radiação 
gama ou geradores de raios X, causam danos biológicos diferentes conforme a taxa 
de dose, mas são altamente penetrantes, diferentemente das radiações do tipo alfa, 
que são fracamente penetrantes. 
Mas como ocorre este dano celular? Se a energia ionizante for muito alta e 
ultrapassar a energia de ligação dos átomos, pode gerar quebra das ligações químicas 
que compõe este átomo, o que consequentemente, irá causar mudanças moleculares 
no mesmo. Uma vez que esta mudança molecular ocorre, o funcionamento normal e 
natural da célula já está comprometido, estas alterações fazem com que célula 
produza radicais livres, íons e elétrons, prejudicando o tecido. Se a substancia que foi 
atingida possui um papel muito importante para o organismo, pode resultar até na 
morte celular. 
Os piores danos celulares são aqueles que alteram a estrutura do DNA, a 
exposição a este tipo de radiação podem quebrar as ligações simples e duplas da 
molécula, e também ligações cruzadas (entre DNA-DNA e DNA-proteínas), podem 
causar alterações nos açúcares ou em bases, deste substituições ou deleções. 
Naturalmente as células possuem mecanismos de reparos que são ativados 
quando ocorre alguma alteração na sequencia do seu material genético, porém, 
quando o erro não é corrigido, ou o reparo for ineficaz, pode dar origem a mutações, 
uma vez que mudança de apenas um códon (umasequência de três bases 
nitrogenadas) pode resultar em uma mutação, ou até morte reprodutiva da célula. 
A expressão dessas bases nitrogenadas e as sequências de códons dão 
origem a aminoácidos que em conjunto formam as proteínas, ou seja, qualquer 
alteração no DNA pode resultar na falta da produção de alguma proteína especifica 
(ou até mesmo essencial), ou na produção de alguma proteína irregular. As mudanças 
na molécula de DNA também podem resultar em uma transformação neoplásica. A 
célula modificada, mantendo sua capacidade reprodutiva, potencialmente, pode dar 
origem a um câncer. Estas células cancerígenas podem se multiplicar e atingir outros 
tecidos (metástase). 
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Em relação a morte celular, a célula precisa ser exposta a um nível elevado de 
radiação (vários Gy) para que este evento ocorra. Nem todas as células vivas 
possuem a mesma sensibilidade à radiação, algumas são mais radio sensíveis, 
células do ovário, dos testículos, da medula óssea e do cristalino são exemplos, pois 
são células que possuem maior atividade, ou seja, maior multiplicação. 
 
4. ETAPAS DA PRODUÇÃO DO EFEITO BIOLÓGICO PELA RADIAÇÃO 
 
4.1 Efeitos Físicos 
A produção de radicais e íons livres, que foram gerados a partir das quebras 
de ligação produz excitação de átomos e moléculas, gera uma energia que pode ser 
dissipada, no processo de de-excitação sob a forma de fótons. É possível analisar e 
definir algumas grandezas a partir dessa energia de radiação adicional transferida 
para um tecido, como, dose Absorvida e Kerma, que são medidos em gray (Gy). A 
relação entre a energia absorvida e a massa do volume de material atingido é a base 
da definição da grandeza Dose absorvida, já Kerma (kinectic energy released per unit 
of mass) é definido pela soma de todas as energias cinéticas iniciais de todas as 
partículas carregadas liberadas por partículas neutras ou fótons. 
 
4.2 Efeitos químicos 
 Uma vez que a célula é exposta a radiação ionizante, pode desencadear vários 
mecanismos químicos. Os radicais livres, íons e agentes oxidantes podem alterar 
moléculas e substâncias químicas importantes para o funcionamento da célula, 
inclusive substancias que estão presentes no cromossomo. Um exemplo é a interação 
da água com os raios ionizantes, que pode causar radiólise (dissociação de moléculas 
por radiação, clivagem de uma ligação química resultante da exposição a um fluxo de 
alta energia). Os elétrons livres também podem polarizar algumas moléculas que 
estão próximas da água, formando um elétron-hidratado. 
 
4.3 Efeitos biológicos 
Como já foi descrito, os efeitos biológicos causando por este tipo de exposição 
irá depender de diversos fatores, como a Quantidade total de radiação recebida e a 
Intervalo de tempo durante o qual a quantidade total de radiação foi recebida. Por 
mais que a forma que célula reage a este tipo de agressão seja natural e adaptativo, 
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não implica necessariamente que o funcionamento da célula não será comprometido, 
os efeitos biológicos são visíveis, podendo causar desde morte prematura, 
impedimento ou retardo da divisão celular, até modificações permanentes e 
irreversíveis. 
 
4.4 Efeitos orgânicos 
O efeito orgânico implica no surgimento de doenças, sintomas clínicos e 
mutações causados por este desequilíbrio químico, físico e biológico. Ou seja, o efeito 
orgânico refere-se a expressão deste conjunto de efeitos já citados. Quando ocorre o 
aparecimento de um tumor, por exemplo, significa que os reparos adaptativos 
celulares não foram suficientes para conter a propagação do câncer. O surgimento de 
leucemia nos japoneses, vítimas Hiroshima e Nagasaki é um exemplo bem 
característico. Há também efeitos orgânicos mais dramáticos, como a redução de 
tecido, perda de membro, queimaduras e aparecimento de bolhas, porém, estes 
podem levar até 6 meses para acontecer. 
 
 
5. CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS 
 
Existem cinco tipos de efeitos biológicos, efeitos estocásticos, determinísticos, 
somáticos, genéticos ou hereditários e efeitos imediatos e tardios. Eles recebem estas 
denominações de acordo com a função do valor da dose e forma de resposta, em 
função do tempo e do material biológico atingido. 
Os efeitos estocásticos são efeitos em que a probabilidade de ocorrência é 
proporcional à dose de radiação recebida. Doses pequenas que podem induzir tais 
efeitos, ou seja, sem a existência de limiar. Já os efeitos determinísticos são 
caracterizados pela irradiação total ou localizada do tecido, causando um grau de 
morte celular não compensada pela reposição ou reparo, ou seja, que causam efeitos 
prejudiciais ao tecido e órgão. 
Neste caso, existe um limiar de dose, logo, este efeito é produzido a partir da 
exposição a doses elevadas de radiação, além deste efeito variar com a dose, ele 
varia de acordo com a frequência exposta também. A principal diferença entre esses 
dois efeitos é que os efeitos estocásticos causam a transformação celular enquanto 
que os determinísticos causam a morte celular. 
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Quanto ao nível de dano, os efeitos podem ser somáticos, que acontecem na 
própria pessoa irradiada, que foi exposta a radiação, ou hereditários, os quais se 
manifestam nos filhos como resultado de danos causados nas células dos órgãos 
reprodutores da pessoa que foi atingida. 
Por fim, temos os efeitos em termos do tempo de manifestação, imediato ou 
tardio. Como o próprio nome já fiz, os efeitos imediatos são aqueles que em as 
manifestações aparecem poucas horas até algumas semanas após a exposição à 
radiação ionizante, como por exemplo a radiodermite (alterações da pele provocadas 
pela radioterapia), já os efeitos tardios são aqueles que aparecem depois de anos ou 
mesmo décadas após a exposição, como por exemplo, o câncer. 
 
6. SINDROME DE IRRADIAÇÃO AGUDA 
 
6.1 Exposições acidentais com altas doses 
Como já observamos, o dano causado pela radiação ionizante depende muito 
da exposição e da dose, podendo resultar em valores elevados da dose absorvida, 
podendo ser de algum tecido especifico ou do corpo todo. 
No caso de exposição acidentais em altas doses, que acontece em lugares 
onde há uma alta atividade de fontes radioativas ou feixes de radiação intensa, o 
individuo que é exposto a esta radiação desenvolve a uma serie de reações biológicas 
que podem se manifestar sob a forma de sintomas indicativos de alterações mais 
profundas provocadas pela radiação, que é denominada de Síndrome da radiação 
aguda. Um possível dano provocado por este tipo de radiação é a formação de 
aberrações cromossômicas. 
 
6.2 Exposição externa localizada 
Tabela 1. Relação dose-efeito ocasionado por exposições localizadas. 
 
 
 
 
 
 
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 Manifestações Clinicas Dose Absorvida (Gy) 
Lesões na pele eritema precoce, epiderme 
seca, epiderme exudativa, 
queda de pelos e cabelos, 
radiodermite, necrose 
3 < D < 10 Gy 
10 < D < 15 Gy 
15 < D < 25 Gy 
Lesões no olho catarata D > 2 Gy 
 D> 5 Gy 
Lesões nas gônadas Homem 
esterilidade temporária, 
esterilidade definitiva 
Mulher 
alterações provisórias na 
fecundidade 
esterilidade 
D > 0,15 Gy 
3,5 < D > 6 Gy 
D > 2,5 Gy 
3 < D < 6 Gy 
Lesão no Feto efeitos em função da dose e 
idade do feto 
 
 
6.3 Exposição de corpo inteiro de um adulto 
Quando o indivíduo é exposto a radiação no corpo todo existe o risco de 
morbidez, que irá depender da dose absorvida, do tempo de desenvolvimento e do 
órgão/tecido que foi atingido. 
 
Tabela 2. Limiares estimados de doses absorvidas agudas gama para 1% de 
morbidez e mortalidade após exposição de corpo inteiro de uma pessoa. (ICRP 103, 
2007). 
 
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6.4 Síndrome de Irradiação Aguda 
Segundo Bitelli(1) a Síndrome Aguda das Radiações é “o conjunto de sintomas 
e sinais clínicos consequente a uma irradiação de corpo total, desenvolvida em um 
curto período (segundos a minutos)”. As manifestaçõestambém vão depender da 
dose absorvida, da taxa de exposição (crônica ou aguda) e da forma de exposição 
(corpo inteiro ou localizada). Quanto menor for o intervalo de tempo entre a exposição 
e o início do quadro clínico mais graves serão os sintomas. 
 
Tabela 3. Síndrome de Irradiação Aguda. 
Forma (Gy) Manifestações clinicas 
Infra-clínica < 1 Ausência de sintomas, na maioria dos indivíduos 
Reações leves generalizadas 1 a 2 Astenia, náuseas e vômitos de 3 a 6 horas após a 
exposição. Efeitos desaparecendo em 24 horas. 
Síndrome Hematopoiética 
Leve 
2 a 4 Depressão da função medular (linfopenia, 
leucopenia, trombopenia, anemia). Máximo em 3 
semanas após a exposição e voltando ao normal em 
4 a 6 meses. 
Síndrome Hematopoiética 
Grave 
4 a 6 Depressão severa da função medular 
Síndrome do Sistema 
Gastrointestinal 
6 a 7 Diarreia, vômitos, hemorragias 
Síndrome Pulmonar 7 a 10 Insuficiência respiratória aguda 
Síndrome do Sistema 
Nervoso Central 
>10 Coma e morte. Horas após a exposição. 
 
A dose letal média fica entre 4 e 4,5 Gy. Isto significa que, de 100 pessoas 
irradiadas com esta dose, metade morre. 
Sintomas e sinais no estágio prodrômico e síndrome de irradiação aguda em 
ordem aproximada de crescente gravidade são: 
Anorexia (perda de apetite), náusea vômito Debilidade e fadiga, prostração 
diarreia, conjuntivite, eritema (vermelhidão cutânea), choque (falência aguda da 
circulação periférica), oliguria (redução da excreção urinária), ataxia (perda da 
coordenação dos movimentos), desorientação, coma (alteração grave da vigilidade - 
encéfalo) e morte. 
 
 
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7. CONCLUSÃO 
 
Visto que apenas uma pequena alteração na molécula de DNA pode ser 
totalmente danosa para célula, a exposição à radiação ionizante se qualifica como um 
potencial agressor as mesmas, podendo gerar diversos tipos de manifestações 
clinicas e estruturais. Porém, nem sempre o desenvolvimento de canceres e doenças 
ocorrerá, uma vez que a célula possui vários mecanismos de reparo (por meio de 
enzimas) com a função de minimizar essas manifestações. 
 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. THOMAS BITELLI., Dosimetria e Higiene das Radiações. São Paulo: Grêmio 
Politécnico, 1982 
2. HADLER, W. A.; SILVEIRA, S. R. Histofisiologia dos epitélios: correlação entre a 
morfologia e a função dos epitélios. Campinas: Ed. da UNICAMP, 1993. pp. 10, 13, 
15. 
3. UNSCEAR, Genetic and Somatics Effects of Ionizing Radiation, Report of the 
United Nations Scientific Committees on the Effects of Atomic Radiations, 1986. 
4. Radioproteção e Dosimetria : Fundamentos (L.Tauhata, I.P.A . Salati, R. di Prinzio, 
A .R. di Prinzio) IRD/CNEN 
5. The Basics of Film Processing in Medical Imaging (A . G. Haus, S. M. Jaskulski)