RADIOBIOLOGIA 02

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RADIOBIOLOGIA 02 
PROF. ROSILANE MARQUES 
1. Introdução 
 
• A Radiobiologia tem como objeto de estudo os 
 efeitos biológicos causados pelas radiações. 
 
• A Radiobiologia é subdividida em radiobiologia das 
 radiações ionizantes e radiobiologia das radiações 
 não-ionizantes. 
 
• A radiação é a transmissão de energia de um 
 sistema para outro por meio de ondas 
 eletromagnéticas (calor, luz visível, raios 
 ultravioleta, raios X e outros) ou então por meio de 
 partículas (radiação alfa e beta). 
 
1. Introdução 
 
• De acordo com o efeito que a radiação produz na 
 matéria com a qual interage, ela pode ser classificada 
 como: ionizantes, como a radiação alfa e os raios X e 
 não ionizantes, como a luz e o calor. 
 
• As radiações ionizantes são aquelas cujos fótons ou 
 partículas produzem íons na matéria com a qual 
 interagem. 
 
• As radiações não-ionizantes apesar de não produzirem 
 íons com a matéria com a qual interagem, são capazes 
 de produzir excitação dessa matéria (levam seus átomos 
 e ou moléculas para um estado mais elevado de 
 energia). 
 
2. Interação da radiação com a matéria 
 
• A radiação ao interagir com a matéria 
 transfere energia para os átomos do meio 
 no qual ela está se propagando. 
 
• Esta transferência de energia de uma 
 partícula ou de um fóton para os átomos 
 do material absorvente ocorre, 
 basicamente, através de dois 
 mecanismos: ionização (no caso das 
radiações ionizantes) e a excitação(no 
caso das radiações não-ionizantes). 
 
2. Interação da radiação com a matéria 
 
• Os fótons podem interagir com os elétrons 
 e o núcleo dos átomos. As interações 
 fotonicas com os elétrons ocorrem através 
dos efeitos fotoelétrico e Compton. 
 
• No efeito fotoelétrico toda energia do fóton 
 incidente é transferida para matéria 
absorvente. 
 
• Necessariamente, este fenômeno leva a 
 ionização da matéria 
 
2. Interação da radiação com a matéria 
 
• No efeito Compton nem toda energia do 
 fóton incidente é transferida para o 
 elétron. Neste caso, a energia do fóton 
incidente é igual a soma da energia de 
 ligação com a energia secundária do 
 elétron mais a energia do fóton espalhado 
(residual). 
 
• Não ocorre ionização em todos os casos. 
 Radiação não ionizante. 
 
3. A Radiobiologia. 
 
• Quando um sistema biológico é exposto as 
 radiações, surgem lesões detectáveis nos 
 diferentes níveis de organização. 
 
• Tais efeitos podem ser estudados em termos de 
 fragmentos de moléculas, moléculas inteiras, 
 organelas celulares, células, tecidos, órgãos e 
 organismos. 
 
• É evidente que cada nível de estudo fornece 
 informações importantes que podem ser de grande 
 valia para compreensão de fenômenos que se 
 passam em outros níveis de complexidade 
biológica. 
 
3. A Radiobiologia. 
 
• Os processos que conduzem ao 
 aparecimento da radiolesão são, 
 esquematicamente, agrupados em três 
fases ou estágios: 
 
• Estágio físico; 
 
• Estágio físco-químico; 
 
• Estágio biológico. 
 
3. A Radiobiologia. 
 
• No estágio físico a energia veiculada pela 
 radiação (ou parte dela) é transferida para 
 matéria viva, conduzindo a excitações 
moleculares e ionizações. Os produtos 
dessa fase são bastante instáveis e 
dotados de grande reatividade. 
 
• O estágio físico-químico é caracterizado 
 pela reação dos produtos (surgidos no 
 estágio anterior) entre si ou com 
 moléculas vizinhas, conduzindo à 
 formação de produtos secundários. 
 
3. A Radiobiologia 
 
• No estágio biológico, as reações químicas, 
 resultantes da fase anterior, podem afetar 
 processos biológicos, alterando certas funções e 
 bloqueando outras. Este estágio é extremamente 
dependente das condições metabólicas. 
 
• As durações desses estágios são bastante 
 variáveis, porém só com o objetivo de caracterizar 
as ordens de grandezas serão dados alguns 
valores. O estágio físico é muito rápido e da ordem 
de décimo de picosegundo, o estágio físico- 
químico, ainda rápido é da ordem de microsegundo 
e o estágio biológico tem duração que varia de 
segundos a anos. 
 
3. A Radiobiologia 
 
• Para produzir os seus efeitos, as radiações podem agir direta 
 ou indiretamente sobre a molécula alvo. 
 
• Os efeitos indiretos resultam da formação de radicais 
 livres, geralmente originados por modificações das 
moléculas de água que constituem os meios intra e 
extracelular. 
 
• Os efeitos diretos são produzidos quando a energia da 
 radiação é absorvida diretamente por moléculas que são 
importantes nos diversos metabolismos das células. Entre 
tais moléculas estão as enzimas e o DNA. 
 
• Os efeitos biológicos provocados pelas radiações ionizantes 
 podem ser somáticos, quando se manifestam no próprio 
 indivíduo irradiado, ou então podem ser genéticos, quando 
se manifestam nos seus descendentes. É interessante 
observar que um efeito não exclui o outro. 
 
4. Radiólise da água e seus radioprodutos. 
 
• A radiação ionizante, agindo sobre as moléculas 
 de água, provoca alterações na sua composição 
 ou nos seus níveis de energias. 
 
• A modificação estrutural da molécula da água 
 chama-se radiólise da água. 
 
• A interação da radiação ionizante com a água pode 
 levar suas moléculas para um estado excitado ou 
 então propiciar a formação de radicais do tipo 
 peróxido , os quais, por serem instáveis e muito 
 reativos e não possuírem carga elétrica. 
 
4. Radiólise da água e seus radioprodutos. 
 
• Em virtude de sua grande reatividade eles 
 podem interferir com o metabolismo das 
 proteínas, dos lipídios e dos carboidratos. 
Além disso, a liberação de prótons 
hidrogênio reduz o pH do meio, alterando 
a cinética das reações bioquímicas e, em 
grau mais avançado, levando à 
desnaturação das proteínas e a morte 
celular. 
 
Como os radioprodutos agem nas células? 
 
• Os radicais livres devido a sua reatividade sofrem 
 combinação no mesmo local em que são 
 formados. 
 
• No entanto, o peróxido de hidrogênio (H2O2) pode 
 difundir-se e alcançar grandes distâncias. 
 
• As moléculas de peróxido de hidrogênio são 
 potentes oxidantes e reagem fortemente com os 
grupamentos sulfidrilas que existem em muitas 
proteínas / enzimas. 
 
Como os radioprodutos agem nas células? 
 
• As alterações produzidas pelas radiações 
 sobre o DNA, o RNA ou sobre moléculas 
 que controlam a síntese protéica 
 produzem efeitos mais graves do que 
aqueles que ocorrem em enzimas já 
formadas ou em moléculas que atuam 
como fatores intermediários nos diversos 
metabolismos. 
 
• Essas radiolesões podem ocorrer tanto 
 pelo efeito direto como indireto das 
 radiações. 
 
5. Efeitos genéticos das radiações 
 
• Os efeitos das radiações no DNA serão denominados efeitos 
 genéticos das radiações. A interação de uma radiação 
 ionizante com o DNA pode produzir: 
 
• 1. Danos em bases nitrogenadas do DNA: 
 
• Formação de sítios apúricos ou apirimídicos, esta perda da 
 base púrica ou pirimídica pode ocorrer por interação da 
 radiação com a ribose ou qualquer outra parte da base 
 nitrogenada. Esses efeitos são mais freqüentes em pH alcalino; 
 
• A presença de uma alta pressão parcial de oxigênio exacerba 
 esse efeito e a degradação dos peróxidos formados pode levar 
à produção de pirimidina-glicol ou de fragmentos de uréia que 
 passam a se incorporar ao DNA. 
 
5. Efeitos genéticos das radiações 
 
• 2. Ruptura nas ligações das cadeias polinucleotídicas 
 
• a lesão do DNA provocada pela radiação ionizante se 
 apresenta muitas vezes como uma ruptura de uma (radiação 
 com baixo poder de transferência linear de energia - LET) ou de 
ambas (radiação com alto LET) as hélices dessa molécula. 
 
• Além de promover rupturas, a radiação ionizante pode 
 promover a formação de ligações anormais (“cross linking”) 
 entre partes de uma mesma molécula (DNA ou proteínas) ou 
mesmo entre moléculas diferentes .• As radiações podem também produzir o rompimento das pontes 
 de hidrogênio situadas entre duas moléculas diferentes ou 
 numa mesma molécula, alterando dessa forma sua 
 configuração espacial. 
 
6. Sistemas biológicos de defesa contra 
 os efeitos deletérios das radiações. 
 
• Os radicais peróxidos são destruídos pela catalase e 
 pelas peroxidases , enquanto os superóxidos são 
 combatidos pela superóxido dismutase. 
 
• Os antioxidantes naturais, como as vitaminas C e E, 
 neutralizam a ação dos radicais livres. 
 
• existem ainda os sistemas de reparação que atuam no 
 DNA lesado pela radiação. 
 
• Os danos no DNA que não podem ser corrigidos pelos 
 mecanismos de defesa da célula levam ao aparecimento 
 de mutações e estas são, muitas vezes letais. 
 
6. Sistemas biológicos de defesa contra 
 os efeitos deletérios das radiações. 
 
• Quando há lesão do DNA também podem 
 ser alterados os mecanismos que 
 controlam a divisão celular, facilitando a 
formação de tumores geralmente 
cancerosos. A radiolesão provocada numa 
célula germinal pode transmitir um gene 
mutante ao descendente, comprometendo 
a formação e a expressão funcional de 
tecidos e órgãos do novo indivíduo. 
 
• O processo de restauração das 
 radiolesões pode ser subdivididos em: 
 
restauração 
 
• restauração espontânea por instabilidade 
 do radioproduto; 
 
• · restauração por excisão e substituição do 
 fragmento molecular lesado; 
 
• 
 
· restauração por recombinação; 
 
• 
 
· restauração pelo sistema SOS. 
 
restauração 
 
• Na restauração espontânea, como os radioprodutos são 
 instáveis, passado um certo tempo a estrutura lesada 
 recupera seu estado inicial devolvendo ao meio a 
 quantidade de energia que tinha absorvido da radiação 
incidente. Isto ocorre, por exemplo, com a água em 
estado excitado 
 
• Um exemplo da restauração por excisão e substituição 
 do fragmento lesado, ocorre quando o DNA ao ser 
 irradiado forma-se de dímeros de timina (T-T), que são, 
 posteriormente, excisados e substituídos pela seqüência 
 original. Isto ocorre devido a presença de uma DNA 
 endonuclease que reconhece e exclui a região lesada. 
 
Restauração 
 
• Na restauração por recombinação, as lesões do 
 DNA, não reparadas pelo mecanismo de excisão, 
 não são replicadas nas hélices filhas, deixando, 
 assim, lacunas nessas hélices. Essas lacunas são 
posteriormente preenchidas com a ajuda de um 
mecanismo enzimático sofisticado e forma-se um 
finalmente, um DNA idêntico ao original não 
 lesado. 
 
• Além dos mecanismos citados a radiolesão pode 
 ser reparada com a ajuda de um complexo sistema 
 enzimático que envolve a expressão de dois gens 
 o Rec A e o Lex A .Este mecanismo é conhecido 
 como sistema SOS. 
 
7. Efeitos somáticos das radiações. 
 
• Neste tópico será discutido o efeito da 
 radiação sobre tecidos órgãos e 
 organismos complexos. Esses efeitos 
 podem ser classificados em : imediatos 
ou tardios. 
 
• São denominados imediatos quando 
 ocorrem nos primeiros dois meses após a 
irradiação e tardios quando se manifestam 
após dois meses da irradiação. 
 
IMEDIATOS 
 
• Um efeito imediato da radiação é a síndrome aguda da 
 radiação. Isso acontece quando a dose absorvida é muito 
 grande, da ordem de centenas ou milhares de rads. 
 
• O paciente pode apresentar manifestações gastrintestinais 
 como náuseas, vômitos, hemorragia digestiva, anorexia, 
diarréia , etc. 
 
• Geralmente, o quadro é acompanhado de febre, apatia, astenia 
 e sudorese abundante e cefaléia. 
 
• Quando a dose absorvida é da ordem de dezenas de milhares 
 de rads, o que equivale a centenas de grays, a morte pode 
 ocorrer em poucos minutos em virtude da inativação de muitos 
 tipos de moléculas vitais. 
 
IMEDIATOS 
 
• A síndrome aguda da radiação é um quadro, cuja 
 gravidade varia de acordo com a dose absorvida, a 
 quantidade de tecido irradiado, a presença de 
 radiossensibilizadores e com as características 
biológicas que são próprias do ser irradiado. 
 
• Indivíduos que receberam doses da ordem de 10000 
 rads (100Gy) morreram em algumas horas ou no 
 máximo em 2 dias.Esses pacientes, logo após a 
 irradiação, passam a apresentar desorientação espacial 
e temporal, perdem a coordenação motora e têm 
convulsões. O quadro evolui sempre para pior, e o coma 
geralmente antecipa a morte. 
 
• Uma raio-x normal tpossui em torno de 5 rads. 
 
IMEDIATOS 
 
• Os efeitos das radiações podem ocorrer em toda 
 população irradiada, e são nesse caso, conhecidos 
como não-estocásticos 
 
• se manifestar numa parte da população e são 
 conhecidos como estocásticos. 
 
• Para mostrar o efeito deletério das radiações, costuma- 
 se usar um parâmetro conhecido como dose letal. Essa 
 dose corresponde à quantidade de radiação capaz 
 de matar, em 30 dias, 50% da população dos animais 
 irradiados e representa-se em símbolo por LD50(30) . 
 O homem necessita de uma LD50(30) entre 225 a 270 
 rad, um carneiro 155 rad e uma tartaruga 1500 rad. 
 
TARDIOS 
 
• Entre os efeitos tardios das radiações devem ser 
 ressaltadas a carcinogênese, o envelhecimento 
 precoce, as cataratas, a depressão do sistema 
 imunológico e as malformações. 
 
• Os seres vivos estão, permanentemente, 
 submetidos à radiação que provêm de fontes 
 naturais (terrestres e do espaço) e são 
 denominadas de radiação de fundo (background) e 
cujos efeitos deletérios, em longo prazo, ainda não 
se conhece e estudos adequados ainda se faz 
necessário.