Imagenologia - Radiobiologia

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Biologia das 
Radiações
POR: Sleimann Cerbino
RADIOBIOLOGIA
 É o estudo dos efeitos das raiações
ionizantes em tecidos biológicos.
 Como vimos em física das radiações, os
raios X interagem com a matéria.
 Os efeitos produzidos pelos raios X em
humanos, bem como em qualquer ser
biológico, são resultantes de interações
em nível atômico.
RADIOBIOLOGIA
 OBJETIVO: descrever precisamente os
efeitos da radiação em seres humanos
visando à utilização da radiação de forma 
segura em diagnóstico e de forma mais
efetiva em radioterapia.
MEDO VS. BENEFÍCIO
RESPOSTA HUMANA À 
RADIAÇÃO
 Dependendo da interação, podem ocorrer
alterações na organização atômica
(ionização).
 A maioria das alterações podem ser
reversíveis, porém podem ocorrer
fenômenos que podem levar a morte
celular, chegando a morte do indivíduo, 
através de uma cadeia de eventos.
RESPOSTA HUMANA À 
RADIAÇÃO
 A irradiação da célula viva pode levar a 
danos em qualquer tipo de molécula ou
estrutura celular, inclusive proteínas e 
DNA.
 Neste caso, dependendo da célula
(somática ou geminativa) a mutação
gerada poderá ser hereditária.
ESTÁGIOS DA AÇÃO
Fenômeno físico
Células expostas à Radiação Fenômeno químico 
Fenômeno Biológico 
ESTÁGIOS DA AÇÃO
 ESTÁGIO FÍSICO
 Ocorre a ionização de um átomo em 
cerca de 10-15 s;
 ESTÁGIO FÍSICO-QUÍMICO
 Ocorre a quebra das ligações químicas 
das moléculas que sofreram ionização, 
com duração de uns 10-6 s;
ESTÁGIOS DA AÇÃO
 ESTÁGIO QUÍMICO
 Quando os fragmentos da molécula se 
ligam a outras moléculas, com duração 
de poucos segundos;
 ESTÁGIO BIOLÓGICO
 Pode durar dias, semanas ou até várias 
dezenas de anos quando surgem efeitos 
bioquímicos e fisiológicos com alterações 
morfológicas e funcionais dos órgãos.
EFEITOS BIOLÓGICOS EM 
GERAL (EFEITO CASCATA)
 Radiação
 Ionização dos átomos
 Afetar moléculas
 Afetar células
 Afetar tecidos
 Afetar órgãos
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Válido ressaltar que em cada estágio
da sequência, é possível haver o 
reparo do dano causado pela radiação
e conseguir restabelecer o 
funcionamento correto da molécula
ou célula prejudicada.
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Principais efeitos biológicos
- Produção de íons
- Lesão na molécula de DNA
- Comprometimento estrutural ou 
funcional de algumas proteinas
- Inatividade celular
- Morte celular
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Principais efeitos biológicos
- Produção de íons
- Lesão na molécula de DNA
- Comprometimento estrutural ou 
funcional de algumas proteinas
- Inatividade celular
- Morte celular
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Principais efeitos biológicos
- Produção de íons
- Lesão na molécula de DNA
- Comprometimento estrutural ou 
funcional de algumas proteinas
- Inatividade celular
- Morte celular
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Principais efeitos biológicos
- Produção de íons
- Lesão na molécula de DNA
- Comprometimento estrutural ou 
funcional de algumas proteinas
- Inatividade celular
- Morte celular
EFEITOS BIOLÓGICOS
 Principais efeitos biológicos
- Produção de íons
- Lesão na molécula de DNA
- Comprometimento estrutural ou 
funcional de algumas proteinas
- Inatividade celular
- Morte celular
COMPOSIÇÃO DO CORPO 
HUMANO
 O caráter e o grau de interação da 
radiação são determinados pela
composição atômica do corpo:
 60,0% hidrogênio
 25,7% oxigênio
 10,7% carbono
 2,4% nitrogênio
 0,2% cálcio
 0,1% fósforo
 0,8% elementos traço
MECANISMOS DA AÇÃO
 mecanismo direto, quando a radiação 
interage diretamente com as moléculas 
importantes como as de DNA, podendo 
causar desde mutação genética até morte 
celular;
 mecanismo indireto, quando a radiação 
quebra a molécula da água (radiohidrólise), 
formando assim radicais livres que podem 
atacar outras moléculas importantes.
COMPOSIÇÃO DO CORPO 
HUMANO
 Composição molecular:
 80,0% água
 15,0% proteínas
 2 % lipídeos
 1% carboidrato
 1% ácido nucléico
 1% outros
A FISIOLOGIA CELULAR
 Como sabemos, as células podem
apresentar varias funções, que nada 
mais se resume a cadeias de reações
químicas e dependendo da interação
durante um evento de reação, isto
poderá consequencias das mais
simples (disfunção energética) até as 
mais letais (necrose).
A SENSIBILIDADE 
CELULAR À RADIAÇÃO
 Está diretamente relacionada com o 
nível de reatividade e proliferação
celular.
 Neste sentido, as células-tronco são
mais sensíveis à radiação que
qualquer outro tipo celular.
A SENSIBILIDADE 
CELULAR À RADIAÇÃO
RELAÇÃO RADIOSSENBILIDADE VS. TIPO CELULAR
TIPO DE CÉLULA RADIOSSENSIBILIDADE
LINFÓCITOS ALTA
ESPERMATOGÔNIA
ERITROBLASTOS
CÉLULAS DA CRIPTA INTESTINAL
CÉLULAS ENDOTELIAIS INTERMEDIÁRIA
OSTEOBLASTOS
ESPERMATÍDEOS
FIBROBLASTOS
CÉLULAS MUSCULARES BAIXA
CÉLULAS NEURAIS
FATORES FÍSICOS QUE AFETAM A 
RADIOSSENSIBILIDADE
 TRANSFERÊNCIA LINEAR DE 
ENERGIA (TLE)
 Medida da rapidez na qual a energia é 
transferida da radiação ionizante para 
um tecido mole.
 É expressa keV/μm de tecido.
 A TLE de raios X diagn. é de ~ 3 keV-μm.
 TLE  SENSIBILIZAÇÃO
FATORES FÍSICOS QUE AFETAM A 
RADIOSSENSIBILIDADE
 EFETIVIDADE BIOLÓGICA RELATIVA
 Taxa de dose de radiação padrão pela
taxa de dose teste capazes de resultar
nos mesmos efeitos.
 Muito utilizada em Radioterapia que
utiliza raios X na faixa 200 a 250 kVp
 Em diagnóstico, se utiliza, no máximo, 
120kV
FATORES FÍSICOS QUE AFETAM A 
RADIOSSENSIBILIDADE
 PROLONGAMENTO E FRACIONAMENTO
 Se uma dose de radiação é depositada em
um longo período, ao invés de ser
depositada rapidamente, o efeito dessa
dose é diminuído.
 Ao fracionar a dose, sistemas de reparo e 
recuperação ajudam a diminuir os efeitos
da dose.
 Muito utilizado em radioterapia.
FATORES BIOLÓGICOS QUE AFETAM 
A RADIOSSENSIBILIDADE
 EFEITO DO OXIGÊNIO
 Ambientes celulares mais ricos em
oxigênio são mais sensiveis que
ambiente anóxico;
 Estudos tem indicado que tumores
avasculares são menos sensíveis que
tumores vascularizados.
FATORES BIOLÓGICOS QUE AFETAM 
A RADIOSSENSIBILIDADE
 IDADE
 Quanto mais jovem é o indivíduo, maior
sua taxa metabólica, sobretudo de 
divisão celular.
 Isso demonstra que quanto mais jovem
é o indivíduo, maior é a probabilidade de 
ocorrerem reações
FATORES BIOLÓGICOS QUE AFETAM 
A RADIOSSENSIBILIDADE
 RECUPERAÇÃO
 Dependendo do nivel de exposição e do 
dano causado a célula, caso este dano
não seja letal, via de regra, o 
funcionamento bioquímico da célula
poderá recompor a célula (recuperação).
FATORES BIOLÓGICOS QUE AFETAM 
A RADIOSSENSIBILIDADE
 AGENTES QUÍMICOS
 Algumas substâncias podem contribuir para 
a potencialização dos efeitos de dose, ou
ajudar a proteger a célula da irradiação.
 Necessitam estar presentes na célula no 
momento da irradiação.
 Radiossensibilizantes: pirimidinas
halogenadas, hidroxiuréia e vitamin k…
 Radioprotetores: cisteína e cistamina.
RELAÇÃO DOSE-RESPOSTA
 É a relação matemática entre vários 
níveis de dose da radiação e a resposta 
observada.
 Importante para determinar a efetividade de 
um tratamento oncológico com o menor 
prejuízo possível ao paciente.
 Também ajuda a fornecer informações sobre 
irradiações de baixas doses e o controle de 
efeitos em radiodiagnóstico.
Planejamento simulado de tratamento de câncer ano-retal.
IRRADIAÇÃO DE 
MACROMOLÉCULAS
 Cisão da cadeia principal.
 Ligação cruzada.
 Lesões pontuais.
 Efeitos da radiação no DNA.
A RADIÓLISE DA ÁGUA
 Ionização H2O+ HOH+ + e-
 Ionização adicional H2O+ e- HOH-
 Dissociação HOH+ H+ + OH*
HOH- OH- + H*
 Peróxido de hidrogênio
OH* + OH* H2O2
 Formação da hidroperoxila
H+ +O2 HO*
2 
A RADIÓLISE DA ÁGUA
 Formação de peróxido de hidrogênio
HO*
2 + HO*
2 H2O2 + O2
 Formação de radicais livres orgânicos
RH + RH* H* + R*
 Formação de radicais livres orgânicos
R* + O2 RO*
2 
EFEITOS IMEDIATOS DA 
RADIAÇÃO
 Em raio-x diagnóstico a morte nunca
foi registrada devido a baixa doseutilizada, porém, em acidentes
envolvendo energias nucleares a 
morte ocorreu em questão de 
minutos, horas, dias ou semanas.
 Em níveis altos as principais
ocorrências são: síndromes agudas da 
radiação.
SÍNDROME AGUDA DE 
RADIAÇÃO
Síndrome Órgãos Afetados Sensibilidade
Hematopoiética Órgãos formadores 
do sangue
Altamente 
sensível
Gastrointestinal
Gonadal
Sistema 
Gastrointestinal e 
reprodutivo
Muito sensível
Sistema Nervoso 
Central
Cérebro e Músculos Menos 
sensível
DANO LOCAL NO TECIDO
 Atrofia
 Eritema
 Descamação
 Ulceração
EFEITOS DA EXPOSIÇÃO EM 
ALTAS DOSES DE RADIAÇÃO
Dose 
(Rad)
Efeitos Observados
15-25 Mudança na contagem sanguínea do grupo
50 Mudança na contagem sanguínea de um indivíduo
100 Vômito (limiar)
150 Morte celular (limiar)
320-360 DL 50/30* com cuidado mínimo
480-540 DL 50/30* com cuidados médicos
1.100 DL 50/30* com cuidados médicos intensivos 
(transplante de medula) 
*DL 50/30 é a dose letal em que 50% dos expostos àquela 
dose morrerão dentro de 30 dias.
ABERRAÇÕES 
CITOGENÉTICAS
 Fotomicrografia de arranjos 
citogenéticas são uma forma de 
monitoramento biológico além da 
utilização de dosímetros de 
monitoramento pessoal.
 Linfócitos periféricos são os mais 
utilizados para análise das mitoses.
ABERRAÇÕES 
CITOGENÉTICAS
 As aberrações cromossômicas
induzidas pela radiação seguem uma
relação dose-resposta do tipo não
limiar.
 Porém, é difícil se observer tais
aberrações para doses menores que
100mGyt, além de ser difícil associa-
las a indução pela radiação e a 
doença latente.
EFEITOS DA EXPOSIÇÃO EM 
BAIXAS DOSES DE RADIAÇÃO
EFEITOS INDIVÍDUOS 
AFETADOS
CONSEQUÊNCIAS
Somático Próprio indivíduo 
exposto
% Carcinogênica
Genético Gerações posteriores 
(descendentes)
% Carcinogênica
In-útero Fase embrionária/ 
fetal
ADNPM