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Radiações Parte 2: Efeitos Biológicos da Radiação

A radiação não se sente.

A radiação não se vê.<img class="alignri

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A radiação não provoca quaisquer sensações imediatas na sua presença.


A radiação provoca cancro.

A radiação provoca danos no DNA (mutações) que são transmitidos geneticamente.

A radiação provoca morte celular.

A radiação mata.

 

Na realidade todos estes efeitos podem acontecer. No entanto tudo depende essencialmente da quantidade (tempo de exposição) e qualidade (tipo de radiação: mais ou menos ionizante, mais ou menos penetrante, feixe mais ou menos intenso) de radiação a que se esteve exposto, à forma de exposição (fracionada, única, periódica).

 

A correlação entre a exposição à radiação ionizante e os efeitos biológicos induzidos no Homem (curvas de dose-reposta celular) é alvo de vários estudos e modelos propostos. As curvas de dose-reposta celular são traçadas com base no efeito biológico observado face à dose fornecida. Geralmente, à medida que a dose aumenta, também o efeito biológico aumenta. Existem basicamente três tipos de relações entre dose-resposta: linear, linear quadrática e sigmóide.

 

Formas de exposição à radiação

 

Os resultados da exposição à radiação podem ser muito distintos, dependendo do tipo de exposição a que se sujeitam os tecidos biológicos. De facto, uma exposição única pode acontecer num exame de diagnóstico, como um raio-X, ou então num acidente nuclear, como uma explosão num reactor nuclear ou como aconteceu com a bomba atômica. Ocorrem também exposições fraccionadas, como é o caso dos tratamentos de radioterapia, permitindo que as células cancerígenas estejam sujeitas mais vezes, durante a sua fase de divisão, à radiação. Este tipo de exposição permite ainda que entre exposições consecutivas exista algum tipo de regeneração celular. Caso a dose total dada durante as várias frações fosse dada de uma única vez, a probabilidade de morte seria muito grande. Podem ainda ocorrer exposições periódicas, como em certas rotinas de trabalho com agentes radioactivos em instalações nucleares. Neste caso, os trabalhadores possuem sempre um dosímetro, onde é efectuado o registo da radiação a que foram sujeitos e o qual é sujeito a uma leitura periódica. Quando a leitura ultrapassa os valores aceites como limites o trabalhador verá as suas acções nas instalações muito reduzidas sendo proibido de acções sujeitas a algum tipo de radiação.

No entanto, numa exposição podem estar mais sujeitas determinadas partes do corpo. É portanto necessário ter em consideração se a exposição foi

de todo o corpo, apenas em algumas zonas, como por exemplo as mãos no caso de um trabalhador que manipula radionuclídeos ou a zona especifica do corpo num tratamento de radioterapia.

 

Exposição a diferentes tipos de radiação ionizante: fotões, partículas carregadas e neutrões – factores de ponderação da radiação

 

Apesar do tipo e tempo de exposição influenciar os efeitos da radiação, também o tipo de radiação a que se expõe um dado tecido biológico influencia significativamente os resultados dessa exposição.

A maioria das práticas com radiações ionizantes envolve sobretudo fotões – raios-X e raios-gama, utilizados nos exames de diagnóstico (radiagrafias, TC) e terapia, (radioterapia, braquiterapia). As partículas carregadas, como os electrões, normalmente são produzidas em aceleradores lineares ou ciclotrões e são utilizadas em radioterapia. Já as partículas alfa resultam das emissões dos radionuclídeos utilizados, por vezes, em medicina nuclear. Nas instalações nucleares, para além dos fotões, também existe fluxos de neutrões, provenientes das reacções de fissões dos elementos nucleares.

No entanto o poder de penetração difere de radiação para radiação. Os fotões (raios-X, raios-gama) e neutrões constituem as radiações mais penetrantes e causam efeitos diferentes consoante a energia, tipo de irradiação e taxa de dose. Os feixes de electrões têm um poder de penetração regulável, que pode ir de alguns milímetros a vários centímetros no corpo humano, que depende essencialmente da sua energia, que é estabelecida no acelerador linear. A radiação beta tem pouco poder de penetração, apenas alguns milímetros no corpo humano, já as radiações alfa são as menos penetrantes.

 

Raios alfa Núcleo de He, produzidos por decaimento radioactivo, pouco poder de penetração (< 1mm na água) devido à sua grande massa e carga
Raios Beta Consiste em electrões com grande energia cinética, produzidos por decaimento radioactivo, pouco poder de penetração (depende da velocidade, entre 1mm a 1 cm na água).

 

Raios Gama Onda electromagnética, produzida por decaimento radioactivo, energia superior a 10 KeV, grande poder de penetração.
Raios X Onda electromagnética, produzidos nas transições energéticas de electrões acelerados, grande poder de penetração.
Neutrões Resultam da fissão nuclear, provocam reacções de ionização ao colidirem com átomos de H, grande poder de penetração
Electrões Produzidos, p.e., num acelerador linear, na fonte de electrões por emissão termoiónica, com poder de penetração variável, consoante a sua energia, que atinge vários centímetros no tecido biológico

 

 

Uma vez que os diferentes tipos de radiação têm diferentes poderes de penetração é estabelecido um factor de ponderação da radiação (WR) que tem em conta este comportamento. Este factor é utilizado no cálculo da dose efectiva (E). Na tabela seguinte estão apresentados os diferentes valores de , factor adimensional, que são estabelecidos pelo ICRP – International Commission on Radiological Protection. Estão comparados os valores apresentados no ICRP60 e no ICRP103, publicado em 2007, que veio substituir o anterior.

Tipo de radiação (Alcance de energia)


WR ICRP 60 WR ICRP 103
Fotões (todas as energias) 1,00 1,00
Electrões e Muões (todas as energias) 1,00 1,00
Neutrões de energia:

<10keV

5,00
10keV a 100keV 10,00
> 100keV a 2MeV 20,00 Função contínua (Gráf.1)
> 2MeV a 20MeV 10,00
> 20MeV 5,00
Protões e piões carregados(1) 5,00 2,00
Partículas alfa, Fragmentos de fissão e iões pesados 20,00 20,00

(1)- Considerado apenas pelo ICRP 130.

 

Gráf.1- WR em função à energia de Neutrões. (A) Função degrau e (B) função contínua definida pelo ICRP 60. (C) Função contínua definida pelo ICRP 103.

 

Acção directa e indirecta da Radiação

 

Quando as células são expostas a radiação ionizante, ocorrem em primeiro lugar efeitos físicos entre a radiação e os átomos ou moléculas das células e só depois se verificam os danos biológicos. Os efeitos biológicos da radiação resultam sobretudo de danos no DNA, o qual é o componente mais crítico da célula à radiação ionizante. Contudo, existem outros locais na célula, que uma vez danificados, podem conduzir a morte celular. Quando a radiação incidente é absorvida pelo material biológico, o dano na célula pode ocorre por dois processos: efeito directo e indirecto.

Na acção directa, a radiação interage directamente com o alvo crítico da célula, isto é, com DNA. Os átomos do alvo podem ser ionizados ou excitados pelas interacções de Coulomb, conduzindo a uma cadeia de eventos físicos e químicos, que eventualmente produzem danos biológicos. O efeito directo é o processo dominante em interacções de radiação de alto LET.

Na acção indirecta, a radiação interage com outras moléculas e átomos (sobretudo água, dado que 80% da célula é composta por este elemento) no interior da célula, produzindo radicais livres, os quais, por difusão, podem danificar o alvo crítico da célula (DNA). As interacções da radiação com a água no interior da célula produz, então os denominados radicais livres de curta vida, nomeadamente o H2O+ (ião água) e o OH• (radical hidroxil). Os radicais livres quebram as ligações químicas e produzem alterações químicas que conduzem a danos biológicos devido à sua elevada reactividade e à ausência de emparelhamento do electrão de valência. Cerca de dois terços do dano biológico provocado por radiações de baixo LET é devido ao efeito indirecto.

 

Etapas da produção do efeito biológico

 

Quando uma pessoa (tecido biológico) é exposta à radiação começa por ocorrer energia transferência de energia da radiação para o tecido biológico, surgindo electrões e iões livres, radicais produzidos na quebra de ligações químicas e provoca também excitação de átomos e moléculas, que posteriormente a dissipam a energia adicional em processos de desexcitação, emitindo fotões. Esta é a fase física que tem uma duração muito curta, na ordem de 10-13segundos.

Uma vez produzidos iões e radicais livres, a tendência do metabolismo celular é a sua neutralização gradual para manter o equilíbrio químico. Esta é a fase química que dura cerca de 10-10segundos e nela os radicais livres e iões podem atacar moléculas das células, inclusive nos cromossomas, bem como podem conjugar-se dando origem a substâncias nocivas para a célula.

Posteriormente aos efeitos químicos, começam a fazer-se sentir os efeitos biológicos. Esta fase pode durar de minutos a anos e nela as alterações químicas podem afectar uma célula de várias formas.

A irradiação da célula pode resultar em:

  • Ausência de efeito;
  • Atraso na divisão: a célula atrasa a entrada no processo de divisão (estádio G0);
  • Apoptose: a célula morre antes de se dividir ou após divisão por fragmentação em pequenos corpos, que são posteriormente absorvidos pelas células vizinhas;
  • Falha reprodutiva: a célula morre na tentativa de executar mitose pela primeira ou subsequentes vezes;
  • Instabilidade genómica: caracteriza-se por um atraso da falha reprodutiva como resultado da introdução de instabilidade genómica;
  • Mutação: a célula sobrevive, mas está mutada;
  • Transformação: a célula sobrevive, mas a mutação leva a alterações de fenótipo e possibilidade de indução de cancro;
  • Efeito bystander: uma célula irradiada envia sinais às células vizinhas não irradiadas, induzindo nestas danos genéticos;
  • Respostas adaptativas: a célula irradiada é estimulada para reagir e torna-se mais resistente à radiação subsequente.

É importante evidenciar que o efeito biológico é uma resposta natural do organismo a um agente modificador. O surgimento destes efeitos não significa uma doença, sendo que muitas vezes o organismo desencadeia sistemas de reparação, sem que uma pessoa perceba. Por exemplo, uma dada exposição pode provocar uma redução de vários elementos do sangue, mas após algumas semanas os níveis normais são repostos. Isto significa que houve uma exposição à radiação que causou efeitos biológicos (morte celular) e, posteriormente, mecanismos reparadores foram desencadeados mantendo o equilíbrio biológico.

No entanto, quando a quantidade e frequência dos efeitos biológicos começa a desequilibrar o organismo provoca vários sintomas, mau funcionamentos de órgãos, doenças. Esta é a fase orgânica em que efectivamente ocorre incapacidade do organismo recuperar ou reparar os danos induzidos.

 

Classificação dos danos celulares

 

Os danos celulares sentidos nas fases anteriormente apresentadas, podem classificar-se em três grandes grupos:

  • Danos letais: os quais são irreversíveis e irreparáveis, conduzindo à morte da célula;
  • Danos subletais: podem ser reparados em algumas horas excepto se outros danos subletais forem adicionados antes da recuperação celular, o que conduzirá ao aparecimento de um dano letal;
  • Danos potencialmente letais: podem ser manipulados pela reparação quando as células são retidas num estádio de não divisão

 

Classificação dos efeitos biológicos: efeitos viagra tablets estocásticos e determinísticos, somáticos e hereditários, imediatos e tardios.

 

Em função da dose e forma de respostas os efeitos biológicos podem ser classificados como:

  • Efeitos estocásticos: estes efeitos são verdadeiramente aleatórios, surgem em células singulares e assume-se que existe sempre a probabilidade de ocorrerem, mesmo para pequenas doses de radiação; a probabilidade de ocorrerem é proporcional à dose de radiação e não existe um limiar de dose abaixo do qual não se desencadeiam efeitos da radiação. O cancro radioinduzido é um exemplo de um efeito estocástico.
  • Efeitos determinísticos: são os efeitos cuja severidade aumenta com o aumento da dose, usualmente acima de um limiar (threshold) de dose. Abaixo deste limiar, os danos causados são insuficientes para prejudicar as células e tecidos. São exemplos de efeitos determinísticos eritemas e queimaduras na

    pele devido à exposição.

 

Em função do tempo que demora a fazer-se sentir uma resposta os efeitos biológicos podem ser classificados em efeitos imediatos, quando a resposta biológica se faz sentir poucas horas até algumas semanas depois da exposição; e em efeitos tardios quando a resposta surge anos ou décadas após a exposição.

 

Os efeitos também podem ser classificados em somáticos, quando a resposta biológica afecta a própria pessoa que foi exposta à radiação e em hereditários quando surgem na descendência da pessoa irradiada.

 

Radiossensibilidade dos tecidos: factores de ponderação

 

Nem todos os tecidos respondem de igual forma à exposição à radiação. Existem tecidos que são mais radiossensíveis que outros. É então definido um factor de ponderação do tecido- WT , factor adimensional, que é utilizado para o cálculo da dose absorvida num tecido. Estes valores são estabelecidos pelo ICRP – International Commission on Radiological Protection. Na tabela seguinte estão comparados os valores apresentados no ICRP60 e no ICRP103, publicado em 2007, que veio substituir o anterior.

 

Orgão/Tecido WT ICRP 60 WT ICRP 103
Medula Vermelha ( Bone-marrow (red)) 0,12 0,12
Cólon (cólon) 0,12 0,12
Pulmões 0,12 0,12
Estômago 0,12 0,12
Tórax (Breast) 0,05 0,12
Gónadas (Gonads) 0,20 0,08
Glândulas Supra-Renais (Adrenals) 0,05 0,12
Extrathoracic (ET) region 0,05 0,12
Vesícula (Gall bladder) 0,05 0,12
Coração (Heart) 0,05 0,12
Rins (Kidneys) 0,05 0,12
Gânglios Linfáticos (Lymphatic nodes) 0,05 0,12
Músculo (Muscle) 0,05 0,12
Mucosa Oral – Gl. Salivares (Mucose Oral) 0,05 0,12
Pâncreas (Pancreas) 0,05 0,12
Próstata (Prostate) 0,05 0,12
Intestino Delgado (Small Intestine) 0,05 0,12
Baço (Spleen) 0,05 0,12
Timo (Tyimus) 0,05 0,12
Útero (Uterus) 0,05 0,12
Bexiga (Bladder) 0,05 0,04
Esófago (Oesophagus) 0,05 0,04
Fígado (Liver) 0,05 0,04
Tiroide (Tyroid) 0,05 0,04
Superficie Ossea (Bone surface) 0,01 0,01
Cérebro (Brain) 0,01 0,01
Glândulas Salivares (Salivary glands) 0,01 0,01
Pele (Skin) 0,01 0,01

 

Imagens…

 

Para complementar, vou deixar aqui um conjunto de imagens que retratam estes mesmos efeitos biológicos. São casos reais que mostram os consequências da exposição à radiação. As imagens estão acompanhadas por um link da sua fonte, onde poderão ver o contexto de cada imagem: origem e problema associado a cada situação.

http://www.ratical.com/radiation/CNR/PP/chp2.html

 

http://www.pixelpress.org/chernobyl/screen3.html

 

http://www.pixelpress.org/chernobyl/screen4.html

 

http://www.pixelpress.org/chernobyl/screen5.html

 

http://www.hiroshima-remembered.com/photos/effects/image8.html

 

http://www.hiroshima-remembered.com/photos/effects/image7.html

 

http://www.ets-e-ovnis.com/2009/09/efeitos-biologicos-da-radiacao.html

 

http://www.hiroshima-remembered.com/photos/effects/image1.html

 

http://www.hiroshima-remembered.com/photos/effects/image2.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



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