1. RADIOBIOLOGIA
Disciplina: Biofísica
Prof.: Carlos Frederico Rodrigues

2. 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).

3. 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).

4. 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).

5. 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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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:

20. restauração
• restauração espontânea por instabilidade
do radioproduto;
• · restauração por excisão e substituição do
fragmento molecular lesado;
• · restauração por recombinação;
• · restauração pelo sistema SOS.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.