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Aula 1 Introduo
Patrcia Nicolucci
Aula 1 - 28/02 01/03 14/03/11
Departamento de FsicaBacharelado em Fsica Mdica
Efeitos Biolgicos das Radiaes Ionizantes
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Clula e DNA
A clula o componente bsico para a formao dos tecidos vivos e cada componente celular desempenha uma funo especfica na clula.
A informao gentica e funcional de cada clula se encontra na molcula de DNA, presente no ncleo da mesma.
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Diferenciao celular
Os diferentes tecidos so formados no processo de diferenciao celular, em que diferentes genes so ativados na clula.
Quanto maior o grau de diferenciao de uma clula, menor sua capacidade
de multiplicao.
Exemplo: clulas nervosas.
Por outro lado, quanto mais indiferenciada,
maior a taxa de diviso celular.
Exemplo:clulas da medula.
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Ciclo celular
A diferenciao celular se d atravs da expresso ou represso diferencial de genes no ciclo celular, composto, basicamente, de quatro fases:
G1: expresso de genes e sntese de protenas e RNA Sntese: replicao do DNA G2: sntese de protenas Mitose: diviso da clula
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Neoplasias
Durante o processo de diviso celular, uma nova configurao celular pode ser criada. Nesse caso:
Ponto de restrio em G1 pode impedir a replicao da clula e pode levar apoptose
A clula de formao diferente da original, de origem patolgica, pode se multiplicar e dar origem a uma quantidade de tecido que no guarda semelhana funcional com o tecido original neoplasia
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Neoplasias
As neoplasias benignas e as neoplasias malignas tm, portanto, amesma origem.
Neoplasias malignas vs. Neoplasias benignas
Crescimento do nmero de clulas neoplsicas, que podem se
espalhar para outros rgos ou tecidos, desenvolvendo uma
metstase (a distncia)
Crescimento do nmero de clulas neoplsicas, sem o desenvolvimento
de metstases
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Mutao gnica
As mutaes podem resultar de uma alterao na seqncia dos nucleotdeos, ou de quebras e mudanas de posio dos fragmentos da molcula de DNA.
Agentes mutagnicos: radiao ionizante, gs mostarda, o cido nitroso, o formaldedo, a nicotina.
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Interao das radiaes ionizantes com os tecidos biolgicos
A radiao ionizante deve interagir com o material celular para (poder) produzir algum efeito de mutao.
Efeitos diretos: a radiao ionizante interage diretamente com a molcula de DNA (~ 20% dos casos)
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Interao das radiaes ionizantes com os tecidos biolgicos
Efeitos indiretos: a radiao ionizante interage com molculas de gua presentes no interior da clula (~ 80% dos casos)
Atravs da radilise da gua ha formao de compostos que podem produzir danos ao DNA.
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Estgio Fsico
Ocorre para tempos 10-14 segundos
Estgio de absoro e deposio de energia
Excitao e ionizao dos compostos
Estgio fsico-qumico: Ocorre para tempos de 10-14 a 10-12 segundos
Quebra de ligaes
Radilise da gua - formao de radicais livres
Comea o dano qumico - radicais livres comeam a reagir
Escala do tempo dos efeitos
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Estgio qumico: Ocorre para tempos de 10-12 a 10-7 segundos
Continua a reao dos radicais livres
Formao de produtos txicos
Comeam os danos ao RNA e DNA
Enzimas so ativadas e desativadas
Estgio biolgico: Ocorre para tempos de 10 segundos a 10 horas
Completa-se a maioria das reaes
Diminui a mitose das clulas irradiadas
So bloqueadas reaes bioqumicas
Rompimento de membrana celular.
Escala do tempo dos efeitos
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Escala do tempo dos efeitos
Estgios qumico e biolgico coincidem:
Ocorre para tempos de 10-3 a 10 segundos
Formao de radicais secundrios e perxidos orgnicos
Reaes bioqumicas so interrompidas
Comea o reparo do DNA
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Danos e reparo nas clulas
Devido ao ponto de restrio no final de G1, as clulas so mais radioresistentes na fronteira entre G1/S e mais radiosensveis em G2 e na fase de mitose.
Mecanismo de reparo celular!!!
Mediado pelo gene supressor de
tumor p53, que responsvel pelo
checkpoint em G1 (reparo e apoptose)
Danos letais: levam a um processo de morte celular (apoptose). Danos sub-letais: no levam morte da clula, mas podem produzir
algum tipo de disfuno.
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Parmetros qumicos que afetam a radiosensibilidade celular:
Presena de antioxidantes;
Teor hdrico;
Presena de oxignio (OER).
Parmetros biolgicos que afetam a radiosensibilidade celular: Estado fisiolgico ou metablico
Fase do ciclo celular
Diferenciao e taxa de proliferao (Lei de Bergoni e Tribondeau)
Radiosensibilidade celular =
Radiosensibilidade
aoespecializ de graumittica atividade
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Radiosensibilidade
Parmetros fsicos que afetam a radiosensibilidade celular:
Dose;
Taxa de dose;
Fracionamento;
Tipo e energia da radiao: LET RBE
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LET
Linear Energy Transfer (LET): energia depositada por unidade de caminho percorrido (keV/m) pelas partculas diretamente ionizantes na matria
dxd
LET =
x x x x x x x x
x x x x x x
alto LETbaixo LET x x
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RBE
Relative Biological Effectiveness (RBE): influncia da qualidade da radiao na produo do dano biolgico
dano biolgico tomado como parmetro de comparao
dose
fracionamento
LET
tecido
Aradiao
ref de radiao
DoseDose
RBE =
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Reparo
Reoxigenao
Redistribuio
Repopulao
Fracionamento vs. dose aguda
reparo do dano subletal
repopulao das clulas
reoxigenao de clulas tumorais
redistribuio de clulas nas fases radiosensveis do ciclo celular
Fracionamento
4 Rs da radiobiologia
Poupa tecidos sadios
Aumenta o dano no tumor
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Os efeitos biolgicos podem ser classificados segundo: Tempo de manifestao:
Efeitos Agudos:
caractersticos de exposies a doses elevadas
manifestam-se em, no mximo, dois meses (seres humanos) Exemplos: sndrome aguda de exposio radiao.
Efeitos Tardios:
caractersticos de exposies a pequenas doses
manifestam-se em anos ou dezenas de anos (seres humanos)
Exemplo: cncer.
Classificao dos efeitos biolgicos
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Sndrome da irradiao aguda
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Sndrome da irradiao aguda
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Tipo de clula atingida: Efeitos Somticos:
alteraes provocadas pela interao da radiao ionizante com qualquer clula do organismo, exceto as reprodutivas
manifestam-se no prprio indivduo irradiado
Exemplos: cncer, catarata.
Efeitos Genticos (hereditrios): Alteraes provocadas pela interao da radiao ionizante
com as clulas reprodutivas do organismo
Manifestam-se nos descendentes do indivduo irradiado
Exemplos: mutaes genticas.
Classificao dos efeitos biolgicos
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Limiar de dose e probabilidade de ocorrncia:
Efeitos Determinsticos (no-estocsticos): Apresentam um limiar de dose para sua ocorrncia
A gravidade do efeito aumenta com o aumento da dose.
Exemplos: eritema, catarata.
Efeitos Estocsticos:
No apresentam um limiar de dose para sua ocorrncia
A probabilidade de ocorrncia aumenta com o aumento da dose
Exemplo: cncer
Classificao dos efeitos biolgicos
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Limiares para danos determinsticos
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Limitao de dose individual CNEN 3.01
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Evoluo dos valores de limite de dose efetiva anual - ICRP
1924 2520 mSv1935 360 mSv1946 150 mSv1956 50 mSv1990 20 mSv
Mdulo 6- Proteo radiolgica
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Fatores de Proteo Radiolgica
Distncia Fator Geomtrico - Lei do inverso do quadrado da distncia. Atenuao no Ar
Muito importante para radiao alfa e beta No desprezvel para radiao gama e X de baixa energia.
Tempo Exposio instantnea
Quanto menor o tempo de exposio, menor a dose.
BlindagemEm geral: Chumbo para Gama e X Acrlico para Beta
Materiais hidrogenados para nutrons.
Mdulo 6- Proteo radiolgica
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Proteo Radiolgica
Objetivos: proteo dos indivduos e seus descendentes pessoal e coletivamente - e do meio ambiente contra os possveis danos provocados pelo uso da radiao ionizante.
Visa fornecer um padro apropriado de proteo para o homem sem limitar os benefcios criados pela aplicao das radiaes ionizantes.
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Princpios bsicos de radioproteo
JustificaoTodas as prticas devem ser justificadas, levando a benefcios para o indivduo exposto
ou para a sociedade e compensando possveis detrimentos relacionados.
Limitao de doseExposies normais devem ser restringidas de modo que os limites de dose individuais
no sejam ultrapassados.
OtimizaoAs exposies ligadas a uma prtica devem ser otimizadas de forma as doses, o
nmero de pessoas irradiadas e a probabilidade de ocorrncia de exposio sejam to baixas quanto razoavelmente exequveis, levando-se em conta fatores econmicos e sociais.
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Caractersticas gerais dos efeitos biolgicos das radiaes ionizantes
Especificidade: os efeitos biolgicos causados pela radiao ionizante no so especficos, ou seja, podem ser causados por outros agentes.
Reversibilidade: dependente da dose, taxa de dose, tipo celular(mecanismo de reparo), percentual de tecido irradiado. Para efeitos de radioproteo, NO considerada reversibilidade de efeitos.
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Transmissividade: efeitos a clulas somticas no so transmissveis. Os efeitos em clulas reprodutivas podem ser transmitidos para geraes futuras do indivduo irradiado.
Tempo de latncia: perodo entre a exposio radiao e o aparecimento de efeitos. Varia inversamente com a dose de radiao. Efeitos imediatos Efeitos tardios
Caractersticas gerais dos efeitos biolgicos das radiaes ionizantes
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reparo correto
DNA
DNAlesado
no reparo reparo errneo
DNArestaurado
DNAmutado
clulanormal
clulamutadavivel
mortecelularapoptose
clulasomtica
clulagerminativa
Efeitos biolgicos da radiaes ionizantes
E
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Aula 1 Introduo
Patrcia Nicolucci
Aula 1 - 28/02/11
Departamento de FsicaBacharelado em Fsica Mdica
Efeitos Biolgicos das Radiaes Ionizantes