O documento discute como a deposição de energia radiante varia de acordo com o tipo de radiação, e como isso afeta a eficácia biológica relativa. A transferência linear de energia ideal que maximiza a eficácia biológica é aquela onde a separação média entre eventos de ionização coincide com o diâmetro da hélice do DNA. Vários fatores, como o tipo de radiação, dose e taxa de dose, influenciam a eficácia biológica relativa.

1. 1
Transferência Linear de Energia
e
Eficácia Biológica Relativa

2. 2
A deposição de energia radiante

3. 3
A deposição de energia radiante
 Absorção de Radiação no Material Biológico
 Ocorrência
 Ionização
 Excitação
 Não distribuído aleatoriamente
 Localizada ao longo das trilhas de partículas
carregadas individuais
 Depende dos tipos de radiação envolvidos

4. 4
A deposição de energia radiante
 Exemplos
 Fótons de raios X
 Dá origem a elétrons rápidos
 Unidade de transporte de partículas de carga
 tendo massa muito pequena
 Nêutrons
 Dá origem a prótons de recuo
 Unidade de transporte de partículas de carga
 Massa: 2000 x de elétrons
 Partícula alfa
 Partícula carregando 2 carga elétrica
 Massa: 4 x de prótons, 8000 x de elétrons

5. 5
Variação da densidade de ionização associada a diferentes tipos de radiação

6. 6
 A distribuição espacial de eventos ionizantes
produzidos por diferentes partículas varia
enormemente
 Radiação
 Esparsamente ionizante
 Eventos ionizantes são bem separados no espaço
 Densamente ionizante
 Produz coluna densa de ionização
 Energia ↓, Densidade de ionização ↑
A deposição de energia radiante

7. 7
Transferência Linear de Energia

8. 8
Transferência Linear de Energia
 Definição de transferência linear de energia (LET)
 Energia transferida por unidade de trajetória do traço
 L = dE / dL
 Unidade : keV/μm
 Pode ser apenas uma quantidade média
 A energiapor unidade de trajetória do traço varia num intervalo
amplo

9. 9
 Método de cálculo
 Traço médio
 Dividindo o traço em comprimentos iguais e ponderando a
energia depositada em cada trajetória
 Energia média
 Dividindo o traço em intervalos de energia iguais e
ponderando as trajetórias dos traços que contem essa
quantidade de energia
Transferência Linear de Energia

10.  O método de ponderação faz pouca diferença para
raios X ou para partículas carregadas monoenergéticas
 Mas o traço médio e a energia media são diferentes
para nêutrons
 É útil como uma maneira simples e ingênua de indicar
a qualidade de diferentes tipos de radiação
 Energia ↑, LET↓, Eficácia Biológica↓
Tabela 7.1. Valores Típicos de Transferência Linear de Energia
Radiação Transferência Linear de Energia, keV/μm
Cobalto-60 - raios γ
250 kV – raios X
10 MeV prótons
150 MeV protons
14 MeV nêutrons
2,5 MeV partícula α
2 GeV Fe íons
0,2
2,0
4,7
0,5
Traço médio Energia média
12 100
166
1000

11. 11
Eficácia Biológica Relativa

12. 12
Eficácia Biológica Relativa
 Iguais doses de diferentes tipos de radiação não
produzem iguais efeitos biológicos
 Por exemplo, efeito biológico: 1 Gy de nêutron > 1 Gy de
raios X
 Definição formal
 A RBE de alguma radiação de teste (r) comparada com
raios X é definida pela razão D250/Dr onde D250 e Dr são,
respectivamente, as doses de raios X e a radiação teste
necessária para igual efeito biológico
 Exemplo para medida da RBE de uma radiação teste
 Sistema teste: letalidade de mudas de plantas
 Por exemplo, LD50 da muda de planta:
 Raios X: 6 Gy, Nêutrons: 4 Gy
 RBE = 6: 4 ou 1,5

13. 13
Curvas de sobrevivência
típica para células mamíferas
expostas a raios X e nêutrons
rápidos
Na fração de sobrevivência de
0,01, RBE é 1,5
Na fração de sobrivência de 0,6,
RBE é 3,0
Por causa das curvas de
sobrevivência ter diferentes
formas, a RBE não tem um
único valor mas varia com a
dose
Intensidade da dose ↓, RBE ↑
Eficácia Biológica Relativa

14. 14
Eficácia Biológica Relativa
e
Doses Fracionadas

15. 15
Eficácia Biológica Relativa e Doses
Fracionadas
Na fração de sobrevivência 0,01,
RBE é 26
Dose fracionária ↑, RBE ↑
A curva de sobrevivência é
reexpressada após cada fração de
dose
O ombro é maior para raios X que
para nêutrons
Resulta numa RBE maior para
tratamento fracionado
O efeito de uma dose de raios X ou neutrons rápidos em 4 frações iguais

16. 16
 Conclusão
 O resultado líquido é que nêutrons tornam
progressivamente mais eficiente que raios
X como
 a dose por fração ↓
 o número de frações ↑
Eficácia Biológica Relativa e Doses
Fracionadas

17. 17
Eficácia Biológica Relativa para
Diferentes Células e Tecidos

18. 18
Curvas de sobrevivência para vários tipos de células clonogênicas de
mamíferos irradiadas com raios X de 300 kV ou nêutrons de 15 MeV

19. 19
Eficácia Biológica Relativa para
Diferentes Células e Tecidos
 A variação na radiosenssibilidade entre
diferentes linhagens de células é
marcadamente menor para nêutrons que
para raios X
 Razões
 Raios X: curva de sobrevivência apresenta ombro
inicial maior e variável
 Acumula e repara uma grande quantidade de danos
subletal causado pela radiação
 Maior RBE para nêutrons
 Nêutrons : região do ombro é menor e menos
variável
 Valores pequenos de RBE para nêutrons

20. 20
Eficácia Biológica Relativa (RBE) em
Função da Transferência Linear de
Energia (LET)

21. 21
Eficácia Biológica Relativa (RBE) em Função da
Transferência Linear de Energia (LET)
Curvas de sobrevivência para células cultivadas de origem
humana expostas a raios X de 250 kVp, nêutrons de 15 MeV e
partículas α de 4 MeV
LET
Raios X : 2 keV/μm
Partículas alfa : 150 KeV/μm
Se a LET ↑
A curva é mais ingrime
Ombro da curva↓

22. 22
Variação da eficácia biológica relativa (RBE) com a transferência linear de energia
(LET) para sobrevivência de células de mamíferos de origem humana
LET < 10 keV/μm
RBE ↑lentamente
LET entre 10 – 100 keV/μm
RBE ↑rapidamente
Pico de RBE em
LET 100 keV/μm LET > 100 keV/μm
RBE cai novamente
A LET em que a
RBE alcança um
pico é praticamente
o mesmo para um
grande interval de
células mamíferass

23. 23
A Transferência Linear de Energia Ideal

24. 24
A Transferência Linear de Energia Ideal
Diagrama ilustrando porque a radiação com uma transferência linear de energia
de 100 keV / μm tem a maior eficácia biológica relativa para a morte celular,
mutagênese ou transformação oncogênica
LET para 100 keV/μm
A separação media entre
eventos ionizantes coincide com o
diâmetro da hélice do DNA (isto é,
aproximadamente 20 nm)
Maior probabilidade de causar
quebra dupla de tira pela passage
de uma única partícula carregada

25. 25
A Transferência Linear de Energia Ideal
Raios X
Ionização esparsa
Probabilidade de um único traço causar
uma quebra dupla de tira é baixa
LET > 200 keV/μm
Prontamente produz quebra d-s
Energia “desperdiçada” porque os
eventos ionizantes estão muito próximos
RBE é a razão de doses produzindo
igual efeito biológico
RBE : radiação densamente ionizante <
LET ideal para a radiação
Mais efetiva por traço, menos efetiva
por unidade de dose

26. 26
 Resumo
 A LET mais efetiva biologicamente é aquele onde
existe uma coincidência entre o diâmetro da hélice
do DNA e a separação media dos eventos
ionizantes
 A radiação possuindo esta LET ideal
 Nêutrons de algumas centenas de keV
 Prótons de baixa energia
 Partícula alfa
A Transferência Linear de Energia Ideal

27. 27
Fatores que Determinam a Eficácia
Biológica Relativa

28. 28
Fatores que Determinam a Eficácia Biológica Relativa
 Qualidade da radiação
 Tipo de radiação
 Energia da radiação
 Eletromagética ou particular
 Carregada ou não carregada
 Dose de radiação
 Número de frações de dose
 A forma da relação dose-resposta varia para radiações que
diferem substancialmente em sua LET
 Taxa de dose
 Radiações esparsamente ionizante varia criticamente
 Radiações densamente ionizante depende pouco
 Sistemas biológicos ou destino
 Influência marcante na RBE
 Alta RBE : acúmulo e reparo uma gande quantidade de dano
subletal

29. 29
O Efeito de Oxigênio e Transferência
Linear de Energia

30. 30
Curvas de sobrevivência para células cultivadas de origem
humana determinadas por quatro diferentes tipos de
radiação
Para raios X 250 kVp
Baixa LET
Alta OER (2,5)

31. 31
Para neutron de 15 MeV
Ionização intermédia
OER = 1,6
Para partícula α de 4 MeV
• Ligeiramente menos
densamente ionizante
• LET 110 keV/μm
• OER = 1,3
Para partícula α de 2,5 MeV
Densamente ionizante
LET = 166 keV /μm
OER = 1

32. 32
Relação de aumento de oxigênio em função da transferência linear de energia.
As medições foram feitas com células cultivadas de origem humana.
LET < 60 keV/μm
OER cai lentamente
LET > 60 keV /μm
OER cai rapidamente
LET alcança ~200 keV /μm
OER alcança a unidade

33. 33
Variação do relação de aumento de oxigênio (OER) e a eficácia
biológica relativa (RBE) em função da transferência linear de
energia (LET) da radiação envolvida.
As duas curvas são virtualmente imagens espelhadas uma da outra
Aumento rápido da RBE e a rápida queda da OER ocorre em
aproximadamente a mesma LET, 100 keV /μm

34. 34
Fator de Ponderação da Radiação

35. 35
Fator de Ponderação da Radiação
 O propósito
 A radiação difere em sua eficácia biológica por unidade
de dose absorvida
 As complexidades da RBE são muito difíceis de aplicar na
especificação de limites de dose em todos os dias da
proteção radiológica
 Dose equivalente
 Dose absorvida × fator de ponderação
 Unidade : sievert (Sv) onde dose é expressada em
grays
Rad equivalent man (rem) onde dose é
expressada em rad

36. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Módulo 1
Radioproteção
Programa Específico de Treinamento
Proteção Radiológica
Matias Puga Sanches
msanchesp@yahoo.com.br