Radiações 1 aula

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Radiações 1 aula

  1. 1. 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
  2. 2. 2  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
  3. 3. 3 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
  4. 4. 4 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. 5. 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
  6. 6. 6 Radionuclídeos ou Radioisótopos ou Radioelementos Prof. Raphael Nóbrega  Definição • Elementos químicos radioativos  Fontes • Naturais • Artificiais • Aceleradores de partículas • Reatores nucleares • Fissão e fusão nucleares Radionuclídeos
  7. 7. 7 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. 8. 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
  9. 9. 9 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) http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER05.gif
  10. 10. 10 Isômero  Mesmo número atômico (Z) e mesmo número de massa (A) http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER06.gif 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
  11. 11. 11  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
  12. 12. 12 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.
  13. 13. 13 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
  14. 14. 14 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  Emissões Primárias
  15. 15. 15 http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betame.gif Emissões Primárias  Emissão - - Négatron transmutação  Radio-228  Actínio-228 Emissões Primárias  Emissão - - Négatron
  16. 16. 16 http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betape.gif Emissões Primárias  Emissão + - Pósitron transmutação  Protactínio-230  Tório-230 Emissões Primárias  Emissão + - Pósitron
  17. 17. 17 Emissões Primárias Emissões Primárias  Emissão   Plutônio-240 http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Gammae.gif
  18. 18. 18 Emissões Primárias  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
  19. 19. 19 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 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.
  20. 20. 20 MEIA VIDA (T1/2) E VIDA MEDIA (TM) Decaimento radioativo •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 Prof. Raphael Nóbrega
  21. 21. 21 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)
  22. 22. 22 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.
  23. 23. 23 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
  24. 24. 24 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
  25. 25. 25 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)
  26. 26. 26 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
  27. 27. 27 • 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 Marchi-Salvador, D.P., 2009
  28. 28. 28 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 Marchi-Salvador, D.P., 2005 Marchi-Salvador, D.P., 2009
  29. 29. 29 Detector MAR-CCD MX1 - LNLS Marchi-Salvador, D.P., 2005 Marchi-Salvador, D.P., 2005 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.).
  30. 30. 30 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
  31. 31. 31 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.
  32. 32. 32 • Sensíveis quando em G2 ou M; Radiobiologia RESPOSTA CELULAR A RADIACAO • 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 RESPOSTA CELULAR A RADIACAO • 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.
  33. 33. 33 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)
  34. 34. 34 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.
  35. 35. 35 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)
  36. 36. 36 r Ativação da p53
  37. 37. 37 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. 38. 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
  39. 39. 39  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. 40. 40 Rx Convencional Mamografia  Radiografia simples para estudo do tecido mamário;  Utiliza doses de raio-X com baixo poder de penetração.
  41. 41. 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. 42. 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.
  43. 43. 43 Exames Especiais  Ultrassonografia  Ressonância Nuclear Magnética Ultrassonografia
  44. 44. 44 Ressonância Nuclear Magnética EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES Inativação nos diversos níveis de organização biológica
  45. 45. 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. 46. 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. 47. 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. 48. 48 DOENÇA AGUDA DA RADIAÇÃO  Morte por inativação molecular  Síndrome do SNC  Síndrome GI  Síndrome hematopoiética
  49. 49. 49

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