Radiações 1 aula

1
Radiações e suas Fontes
Prof. Raphael Nóbrega
Radiação: Energia em transito
 Qualquer entidade capaz de transferir (emitir e propagar)
energia de um sistema a outro independente do meio
material por intermédio de:
• Partículas dotadas de energia cinética: Corpuscular
• Fenômenos ondulatórios: Eletromagnética
 São produzidas por processos de ajustes nucleares ou
eletrônicos ou por interações com os átomos

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 Átomos instáveis
Radioatividade
Radiação Corpuscular
 Partícula: possui massa, carga elétrica e velocidade
(dependente do valor de sua energia); pode ser carregada
ou neutra, leve ou pesada, lenta ou rápida
• Partícula  (2p/2n)
• Partícula - (1/1840 n)
• Partícula + (1/1840 p)
Energia cinética

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Radiação Eletromagnética
 Fóton: partícula elementar móvel, sem carga e sem massa
de repouso q se propagam com a velocidade da luz
 1924: Louis-Victor de Broglie
• Teoria da dualidade onda-partícula: a toda partícula está associada
uma onda e a toda onda está associada uma partícula
 Radiação interage com corpos depositando neles sua
energia
LUZ / FÓTON

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Fontes de Radiação
 Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos
uma radiação
• Radiação Ambiental
• Extraterrestres / Cosmogênio - Sol
• Raios cósmicos primários
• Raios cósmicos secundários
Raios Cósmicos Primários
 Partículas cósmicas que
interagem com a camada externa
da atmosfera
 Prótons de energia elevada
(maioria)
 As partículas são aceleradas
atingindo energias altíssimas e
são espalhadas em todas as
direções do espaço

5
Raios Cósmicos Secundários
 Partículas cósmicas que
atravessam a camada externa da
atmosfera
 Colidem com moléculas do ar e,
da interação com os seus átomos,
formam-se chuveiros de novas
partículas e anti-partículas
Fontes de Radiação
 Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos
uma radiação
• Terrestres
• Natural
• Radioisótopos
• Artificial / Antropogênio
• Lâmpadas: luz visível e ultravioleta
• Raios X
• Radionuclídeos: pilhas, reatores e aceleradores nucleares

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Radionuclídeos ou
Radioisótopos ou
Radioelementos
 Definição
• Elementos químicos radioativos
 Fontes
• Naturais
• Artificiais
• Aceleradores de partículas
• Reatores nucleares
• Fissão e fusão nucleares
Radionuclídeos

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Histórico
 1867: Saint-Victor – sais de Urânio
 1895: Rontgen – raios X
 1896: Becquerel – Urânio
 1898: Pierre Curie e Marie Curie – Rádio e Polônio
 1899: Rutherford – Partículas  e  (Urânio)
 1900: Curie e Villard – Radiação 
diferentes desvios que as
radiações sofriam – Rutherford
Modelos Atômicos
 1896 – Thompson: “pudim de passas”
• Esfera + com partículas – encrustadas
 1909 – Rutherford: “sistema solar”
• Núcleo denso q atrai eletronicamente e- dispostos em eletrosfera
com orbita circular
 1913 – Bohr: movimento dos e- elíptico
• Baseado no postulado de L. de Broglie (dualidade onda/partícula)

8
Estrutura Atômica
 Átomo
• Núcleo: Prótons + Nêutrons
• Camada Eletrônica: Elétrons
http://papeisavulsos.blog.terra.com.br/files/2008/04/post-0242.jpg
Isótopo
 Mesmo número atômico (prótons) - Z
http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER04.gif

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Isótopos
http://paxprofundis.org/livros/agua/isotopos.gif
125
53I ; 127
53I ; 131
53I
http://sites.google.com/site/geologiaebiologia/_/rsrc/1223391575452/biologia-e-geologia-10%C2%BA/a-medida-do-tempo-e-a-idade-da-terra/vcddd.jpg
Isóbaro
 Mesmo número de massa (A)

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Isômero
 Mesmo número atômico (Z) e mesmo número
de massa (A)
Nomenclatura Nuclear
 A
ZXA-Z
 AX- Radionuclídeo em estado ionizado
 AX* Radionuclídeo com núcleo em estado excitado
 AX0 ou AX ou X-A Radionuclídeo em estado
fundamental

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 Fenômeno radioativo nuclear e eletrônico
 Termodinâmica: estado mínimo de energia
• 127I: não-radioativo
• 125I: “excesso” de prótons
• 131I: “excesso” de nêutrons
Radionuclídeos
Radioatividade
Espectro eletromagnético
http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/ondas5.gif
 Matéria – radiação corpuscular
• Partículas , + e -
 Energia: radiação eletromagnética
• Radiação 
•   e  frequência

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Radioatividade
Radioatividade
UNIDADES DE ENERGIA
Utilizado o eletron-volt (eV), definido como a energia que um eletron
adquire ao atravessar uma diferenca de potencial de 1 volt.
1 eV = 1,6 x 10-19 J
FONTES DE ELETRONS
Aceleradores
Feixes de eletrons podem ser produzidos artificialmente por aceleradores
de eletrons. Os eletrons são produzidos por um filamento aquecido pela
passagem de uma corrente eletrica e acelerados por uma diferença de
potencial.

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Radioatividade
FONTES DE ELETRONS
• Decaimento beta
Através do decaimento de núcleos atômicos excitados.
Elétrons chamados de radiação beta (β) e são idênticos aos elétrons da camada eletrônica,
diferindo destes apenas quanto a sua origem.
A radiação (β) é acompanhada de uma outra partícula, o neutrino (n).
Ex: Estrôncio-90 (90Sr), tecnécio-99 (99Tc) e cálcio-45 (45Ca).
O decaimento beta e usualmente representado segundo o esquema:
O elemento X decai no elemento Y + 1 partícula beta (elétron) e 1 neutrino.
X → γ +β + ν
Emissões Radioativas
 Emissões primárias
• Emissão 
• Emissão +e -
• Radiação 
 Emissões secundárias
• Captura de Elétron
• Transição Isomérica
• Captura Isomérica

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Plutônio - 240
Urânio - 236
 Emissão 
• Emitem 2 prótons e 2 nêutrons
transmutação
Emissões Primárias
Quando um radionuclídeo emite uma partícula , seu número de
massa (A) diminui 4 unidades e o seu nº atômico diminui 2 unidades
Plutônio - 240
Urânio - 236
 Emissão 

15
http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betame.gif
 Emissão - - Négatron
transmutação
 Radio-228
 Actínio-228
 Emissão - - Négatron

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http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betape.gif
 Emissão + - Pósitron
transmutação
 Protactínio-230
 Tório-230
 Emissão + - Pósitron

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 Emissão 
 Plutônio-240
http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Gammae.gif

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 Emissão 
 Emissão eletromagnética de altíssima frequência do núcleo
porém mantem sua configuração e perde energia
Emissões Secundárias
 Captura de elétron da camada K
• Núcleo deficiente em energia negativa  captura um e- da
camada mais próxima do núcleo e libera um neutrino
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Electron_capture_NT.PNG
Radiação 
Raio X de energia L-K

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Decaimento radioativo
RE pode ser produzida:
• em decaimentos radioativos e
• reações nucleares
RE e emitida para retirar o excesso de energia dos núcleos. Por ser
de origem nuclear (raios-X são de origem atômica) chama-se .
Ex: Cobalto-60 (60Co), Cesio-137 (137Cs) e o Sódio-22 (22Na)
LEI DO DECAIMENTO RADIOATIVO
•Descreve quantos núcleos radioativos em uma amostra a partir do
conhecimento do número inicial de núcleos radioativos e da taxa de
decaimento.
dN = - λ N dt
•Obtida pela hipótese de que o numero (dN) de núcleos que decaem
num intervalo de tempo (dt) é proporcional ao nº de núcleos radioativos
existentes e o próprio intervalo dt:
• λ = a constante de decaimento do material.
Integrando-se temos a lei do decaimento
radioativo:
N(t) = N0 e-λt
• N(t) = nº de átomos radioativos no instante t;
• N0 = nº de átomos radioativos no instante t = 0;
• λ = constante de decaimento do material.

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MEIA VIDA (T1/2) E VIDA MEDIA (TM)
•Tempo para que metade dos átomos instáveis de uma amostra decaiam. E esta
relacionada a constante de decaimento radioativo através de:
T1/2 = ln2 / λ
Raios X

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Definição
• Raios X – nomenclatura: incógnita X
• Penetrante e invisível
• Radiação eletromagnética caracterizada por energia,
frequência e comprimento de onda
• Ondas eletromagnéticas com : 0,05 Å – 100Å
• Raios X moles: 100Å - 1Å
• Raios X duros: 1Å – 0,1Å
• Raios X terapêuticos e radiação : 0,1Å – 0,05Å
• Sofrem interferência, refração, reflexão, difração e polarização
Histórico
 08/11/1895: Wilhelm Conrad Roentgen (cientista alemão)
descobriu acidentalmente os raios X
Wilhelm Conrad Rontgen
(1845-1923)

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Histórico
• Primeira radiografia de um ser humano: imagem da mão de
Bertha – esposa de Roentgen
22/12/1895
15 mim de exposição
Raios X no Brasil
 1896: “Dos raios X no ponto de vista médico-cirúrgico” na
Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro
 1897: Chegada do primeiro aparelho de raios X
 José Carlos Ferreira Pires (médico): pioneiro do uso dos
raios X
• Radiografia de tórax ~ 30 min e de crânio ~45 min.

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Sistema de Produção de Raios X
 Sistema submetido à altíssimo vácuo
 Diferença de potencial ~ 30 a 100 mil volts entre 2 eletrodos
• Cátodo: filamento metálico
• Ânodo: placa metálica
Sistema de Produção de Raios X
 Aplicada a diferença de potencial - cátodo emite
elétrons que são acelerados e vão em direção ao ânodo
em altas velocidades
 e-, ao atingir a placa, perdem velocidade (energia
cinética) e liberam energia em forma de calor (maior
parte) ou radiação por deslocamento de e- orbitais
gerando vacâncias eletrônicas
• Raios X de freamento
• Raios X característicos

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Radiação de Freamento
 Radiação de freamento, ou Bremsstrahlung apresenta
distribuição de energia relativa aos fótons gerados com
espetro contínuo de energia
 Produzida quando um e- passa próximo ao núcleo de
um átomo e é atraído por este desviado de sua trajetória
original
 e- perde uma parte de sua energia cinética original
(desacelera), emitindo parte dela como fótons de
radiação de alta ou baixa energia e diferentes 
Raios X Característicos
 Raios X característicos ou de fluorescência apresentam
espetro em linhas ou raias com energias bem definidas
 Produzida quando um e- interage com um átomo
quebrando sua neutralidade (ionizando-o) por retirar
deste e- pertencentes à sua camada K

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Fontes de Raios X
 Fontes Convencionais
 Fontes de Luz Sincrotron
Fontes Convencionais
 Tubos de Raios X: conversor de Ec em raios X e calor
 Fótons são produzidos por feixe de e- (cátodo) acelerados
para um alvo angular (ânodo)

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Difratômetro de Raios X
Marchi-Salvador, D.P., 2005
Fontes de Luz Sincrotron
• Sincrotron é uma designação ampla para todos os tipos
de luz originados por partículas relativísticas em trajetórias
curvas.
• Compreende uma faixa de luz que vai do ultravioleta até
os raios X
• Radiação produzida um milhão de vezes mais brilhante do
que a produzida por fontes convencionais e 11 vezes mais
brilhante que a produzida pelos raios X normais

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• Radiação Sincrotron: produzida por e- de alta energia
acelerados por um acelerador de partículas e inseridos
dentro de um anel metálico com 93 m de circunferência
em meio a um ambiente de ultra alto vácuo
• Radiação emitida quando os e- são obrigados a fazerem curvas em
uma órbita elíptica (quando são desacelerados)
• Aceleração centrípeta faz com que um cone estreito de radiação
seja emitido paralelo a velocidade instantânea da partícula
Fontes de Luz Sincrotron
Fonte de Luz Síncrotron (Anel) - LNLS, Campinas, SP

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Componentes do Sistema
 Acelerador linear que produz feixes de elétrons;
 Amplificador circular (“booster”) onde os elétrons ganham
energia atingindo velocidades próximas a da luz;
 Anel de armazenamento de cavidade toroidal em que os elétrons
são obrigados a adotarem trajetórias circulares ou elípticas;
 Estações experimentais (linhas de luz) contendo um
monocromador que define a característica da luz que será usada
em experimentos científicos.
Cristalografia de
Macromoléculas
Linha MX1
LNLS, Campinas, SP

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Detector
MAR-CCD
MX1 - LNLS
Radiobiologia
• A interação da radiação nas células é uma probabilidade (pode ou não interagir,
e se interagir pode ou não provocar danos);
• A deposição inicial de energia e muito rápida (1017 seg.);
• A interação radiação-célula não é seletiva (a energia é depositada ao acaso na
célula);
• As alterações biológicas devidas às RI ocorrem após período de latência
(minutos a anos (em função de dose, cinética celular, etc.).

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P/ radiação com alta transferência linear de energia- LET)
INTERACOES BÁSICAS DA RADIAÇÃO
Radiobiologia
•As interações podem ocorrer por ionizações e excitações. Algumas estruturas
afetadas e respondem diretamente (alvos):
Ação indireta: H2O → DNA
fóton X → elétron rápido → alterações químicas → efeitos
fóton X → elétron rápido → íon → rad. livre → alterações químicas → efeitos

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Radiobiologia
Efeitos da Radiação no DNA
• Lesão de bases: Alteração na sequência do código genético (mutação);
• Quebras simples ou dupla de cadeia:
• Crosslinks
Radiobiologia
RESPOSTA CELULAR A RADIACAO
•Atraso na divisão celular.
•Falência reprodutiva (morte em mitose).
•Morte em interfase.

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• Sensíveis quando em G2 ou M;
Radiobiologia
• Menos sensíveis em G1;
• Mais resistentes quando em S;
• Em G2 ou M há menos tempo para reparação;
•Atraso da divisão é importante na reparação de danos.
• A fase S e a mais ativa („construção‟ de DNA), estão todos os
mecanismos capazes de fabricar ou reparar o DNA lesado.
•É também em S que as células dispõem de mais tempo
para o reparo.
Radiobiologia
• Nem todas as células (tecido/tumor), irradiado, estão em divisão;
•Índice mitótico (% células que estão em divisão ativa)  perturbação em seu
equilíbrio;
•Na irradiação, células em mitose progridem, as demais são retidas em G2;
Se dose não for demasiado alta, as células progridem tardiamente para
mitose, acumulando-se com as não atingidas (overshoot).
A morte em interfase:
Em células com ÷ (nervo, musculo);
E nas com rápida ÷ (medula, tumorais).
Fragmentação celular;
Organelas permanecem intactas e são
fagocitadas.

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Radioterapia
Radioterapia
TECIDO NORMAL
RT externa:
• Dose total é administrada em frações diárias (várias semanas). Havendo boa
taxa de cura;
•Efeitos secundários pouco significativos (administração de frações separadas -
mínimo 6 horas)
• Recuperação dos tecidos saudáveis sem comprometer o controle tumoral.
Quatro ocorrências permitidas pelo fracionamento (4 R’s )
1. Recuperação do dano sub-letal, para o qual as células normais são mais eficazes;
2. Repopulação por células normais dos espaços deixados;
3. Recrutamento de clones celulares tumorais para fases mais sensíveis do ciclo
celular;
4. Reoxigenacao das zonas tumorais (volume do tumor e reduzido)

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p53
Domínios Funcionais:
 Amino-terminal: Ativação transcricional
 Central: Região que liga-se ao DNA
Carboxila-terminal: Região flexível, região de tretramerização
CICLO CELULAR
 Os pontos de checagem
devem assim necessitar de,
pelo menos, três
componentes:
• um mecanismo sensor
que vigia e detecta as
anomalias quando estas
surgem;
• um sistema de
sinalização/retransmissã
o de sinais que transmite
a informação detectada;
• e um efetor que pára a
maquinaria celular.

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Resposta celular ao dano
DANO NO DNA e ATIVAÇÃO DA p53
Regulação pós-traducional;
 p53 (atua como fator de transcrição)

liga-se a bases específicas do DNA
(região promotora)

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p21 e a Parada do Ciclo
Reparo e Retorno ao Ciclo
Transcrição de GADD45: Proteína regulatória
Mantendo a estabilidade
genômica
Após o Reparo  p53
Retomando o ciclo

38
Inativação da p53
Mutação Perda Seqüestr
o
Ligação a
outras
proteínas
como
proteínas
virais
Aumento da proliferação, instabilidade genômica
e perda de importantes mecanismos de controle do
ciclo celular
Radiologia Médica
Radiodiagnóstico Medicina Nuclear
Raio X convencional
Raio X odontológico
Mamografia
Tomografia
Computadorizada
Cintilografia
PET
Radioterapia R-X e R γ
Exames Especiais
Ressonância Nuclear Magnética
Ultrassonografia

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 Rx Convencional
 Rx Odontológico
 Mamografia
 Tomografia Computadorizada
Radiodiagnóstico
Radiodiagnóstico
 Fóton de raio-X  atravessa o objeto 
sensibilização  filme (sais de prata) / Receptor
eletrônico:
 A imagem depende: interação dos fótons com o
objeto, da espessura do objeto e da capacidade
deste de absorver os raios.
 Materiais densos absorvem mais os raios-X e os
menos densos não absorvem.

40
Rx Convencional
Mamografia
 Radiografia simples para estudo do tecido
mamário;
 Utiliza doses de raio-X com baixo poder de
penetração.

41
Tomografia Computadorizada
 Percepção espacial mais nítida devido ao estudo
de "fatias" ou secções transversais do corpo
humano;
 Os pontos de cruzamento dos raios determinam
a imagem.
Medicina Nuclear
 Cintilografia
 PET

42
Cintilografia
Estudo da distribuição topográfica de um
radiofármaco no órgão por emissão de
radiações gama que aparecem na tela como
uma série de pontos brilhantes (cintilação).
Cintilografia
Perfusão
CerebralÓssea
Renal
Tomografia de Emissão de Pósitrons
(PET)
Emissão de pósitrons
pela desintegração de
radionucleotídeos
para formar imagens.

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Exames Especiais
 Ultrassonografia
 Ressonância Nuclear Magnética
Ultrassonografia

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Ressonância Nuclear Magnética
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
Inativação nos diversos níveis de
organização biológica

45
Efeitos sobre as células
 Efeito Direto
Radiação ----- Molécula-alvo
 Efeito Indireto
Radiação ----- Água ( Radiólise)
Radiólise H2O ---- Radicais Livres
Rad.Livres ---- Molécula-Alvo
O QUE SÃO RADICAIS LIVRES?
 Átomos ou moléculas com um ou mais elétrons
desemparelhados
Formação de RL
- Radiólise da água
Elétron “hidratado”
Radicais hidroxila
- Alteração no transporte de elétrons
Radical superóxido
Peróxido de hidrogênio
Radical hidroxila
- Oxidação lipídica

46
Efeitos somáticos e hereditários
 Efeitos somáticos. Os efeitos somáticos surgem de danos nas
células do corpo, e apresentam-se apenas em pessoas que sofreram
a irradiação, não interferindo nas gerações posteriores.
• Efeitos hereditários: Os efeitos hereditários ou genéticos surgem
somente no descendente da pessoa irradiada, como resultado de
danos por radiações em células dos órgãos reprodutores, as gônadas.
Respostas às radiações em diferentes
sistemas do corpo humano
 A ação das radiações no organismo humano produzem
uma série de efeitos, que representam danos diferentes
para cada região afetada.
 Sangue: Destruição dos glóbulos brancos
 Sistema linfático: Estocar as células vermelhas mortas do
sangue(Baço)
 Canal alimentar: Produção de secreção e
descontinuidade na confecção de células.
 Glândula Tireóide: Decréscimo da produção de tiroxina.
 Sistema Urinário: Existência de sangue na urina
 Olhos: Formação de catarata
 Órgão reprodutores: Esterilidade

47
CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
 Imediato ---- tardio
 Estocástico ---- determinístico
 Localizado ---- de corpo inteiro
proporcional à dose de radiação e não existe um limiar de dose abaixo do qual não se
desencadeiam efeitos da radiação
severidade aumenta com o aumento da dose, usualmente acima de um limiar (threshold) de dose

48
DOENÇA AGUDA DA RADIAÇÃO
 Morte por inativação molecular
 Síndrome do SNC
 Síndrome GI
 Síndrome hematopoiética

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