Interacções da radiação

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1 Interacções da radiação Maria Filomena Botelho Radiações ionizantes envolvimento de material radioactivo Emissão de vários tipos de radiação partículas α partículas β radiação electromagnética Capacidade de produzir ionizações nos tecidos biológicos diferentes interacções com o organismo vivo 1

2 Radiações ionizantes Partículas α ++ Acção directa com os electrões orbitais Tecidos moles - µm Partículas β Acção directa com os electrões orbitais Tecidos moles - µm Protões, deuterões, núcleos pesados Acção directa com os electrões orbitais Tecidos moles - µm Neutrões Acção directa com núcleos leves Tecidos moles cm Radiação electromagnética Acção directa com electrões orbitais Tecidos moles - cm + + Energia capaz de extrair electrões a átomos provocando alterações químicas das moléculas Efeitos da radiação Interacções da radiação dentro de uma célula ionizações e excitações nas macromoléculas - DNA meios de suspensão - água Dependendo da localização da interacção, podemos falar em efeitos directos ou indirectos As interacções directas A radiação ionizante incidente interage numa macromolécula (i.e DNA, RNA, proteína ou enzima) Se a macromolécula fica ionizada, é considerada anormal e significa lesão As interacções indirectas O incidente ionizante inicial tem lugar em moléculas não críticas à distância Posterior transferência da energia de ionização para outra molécula 2

3 Acções da radiação Acção directa interacção directa com um constituinte crítico celular processo dominante com radiação de alto LET partículas alfa neutrões protões átomos do alvo são ionizados / excitados alterações biológicas associada com efeitos sem limiar efeitos genéticos lesão transmitida a futuras gerações de células Acções da radiação Acção indirecta Absorção de energia Produção de radicais livres a partir da água e do oxigénio grande reactividade química radiação ionizante O radiólise da água O O + + e Actuação nas estruturas celulares 3

4 Acções da radiação Radiólise da O O O + + e O + H + + OH e + O O H + OH H + H OH + OH O 2 OH + H O Grande reactividade química O radical hidroxil lesa DNA proteínas (18%) lípidos Acções da radiação O 2 O O + + e Inactivar mecanismos celulares Interagir com o material genético da célula e + O 2 O H + O 2 HO O + O OH + HO HO+ H O 2 HO+ HO O 2 + O 2 4

5 Radicais livres H OH molécula não carregada contém um electrão desemparelhado na sua camada de valência quimicamente instável altamente reactivo pequena duração - menos de 1 milisegundo Apesar dos radicais livres serem transitórios, eles são capazes de difundir através da célula e interagir à distância H + H OH + OH O 2 OH + H O Têm excesso de energia que pode ser transferida para outras moléculas Podem interferir com as ligações em locais distantes do local onde ocorreu o incidente ionizante original Radiólise da O O O + + e O + H + + OH e + O O H + OH Cada molécula de O produz: 1. um par de iões H + e OH 2. dois radicais livres H e OH A ionização ocorre quando um átomo tem um electrão extra ou um electrão foi removido -Se um ião tem mais electrões do que tem protões, chama-se um ião negativo -Se um ião tem mais protões do que electrões, chama-se um ião positivo 5

6 1. um par de iões H + e OH H + + OH O Podem: - recombinar-se e formar uma nova molécula de água, ou - podem reagir quimicamente e lesar macromoléculas celulares H + H 2. dois radicais livres H e OH OH + OH O 2 OH + H O O radical hidroxilo livre (OH ) O peróxido de hidrogénio ( O 2 ) causa aproximadamente 2/3 de todas as lesões por radiação consequentes à radiólise da água Irradiação interna material radioactivo entra no organismo Inalação de poeiras, vapores ou fumos Ingestão de comida ou água contaminadas Injecção através de ferida incisa Absorção através de feridas abertas 6

7 Lesões moleculares 4 estadios grande complexidade 1. estadio físico inicial Curta duração, ~10-16 seg interacção da radiação cedência de energia ionização 2. estadio físico-químico Duração, ~10-6 seg interacção dos iões com a O O 2 Radicais livres H + OH H OH Lesões moleculares 3. estadio químico Duração: alguns segundos interacção com as moléculas orgânicas da célula radicais livres agentes oxidantes reagem quimicamente com as moléculas que formam os cromossomas atacam directamente moléculas promovem ligações nas longas moléculas partidas 7

8 Lesões moleculares 4. estadio biológico Duração: dezenas de minutos a dezenas de anos alterações afectam a célula em muitos locais variadas consequências Efeitos celulares se não ocorreu interacção se células c directamente atingidas não houve cedência de energia cedência energética suficientemente grande não há lesão morte lesão Efeitos agudos Efeitos tardios síndrome do mal estar às s radiações cataratas aparecimento de neoplasias Repercussão clínica 8

9 Efeitos celulares Lesão efeitos somáticos Lesão das membranas celulares, mitocôndria e núcleo aparecem nas células atingidas só ocorrem em pessoas irradiadas Alterações em todo o ciclo celular Células proliferam anemia rapidamente Pele leucemia Revestimento do tracto gastrentestinal Embriões tumor sólido Células de medula esterilidade óssea Efeitos celulares Lesão cromossomas DNA genes nucleósidos específicos efeitos hereditários rios ou genéticos defeitos nas estruturas reprodutivas celulares repercussão na geração seguinte 9

10 Efeitos celulares efeitos estocásticos podem aparecer a partir de lesão de uma/várias célulasc sem limiar aumento da dose de radiação efeitos determinísticos gravidade dependente do número de células/tecidos c lesados com limiar aumento da dose de radiação aumento da frequência e não da gravidade do efeito efeito do tipo tudo-ou-nada efeitos genéticos cancro aumento da gravidade do efeito cataratas síndroma agudo das radiações Efeitos celulares difícil contabilização do risco de aparecimento de neoplasias período de latência longo e variável (5 a 30 anos) um cancro induzido por radiação igual aos cancros espontâneos efeitos variam de pessoa para pessoa incidência normal de cancro é relativamente alta - cerca de 20%) uma única exposição de 0,01 Sv aumento do número de cancros ~ 2-4 pessoas em

11 Irradiação de macromoléculas Acção directa (33%) como indirecta (67%) Se irradiadas in vitro - fora do corpo ou célula é necessário uma dose de radiação significativa para produzir um efeito mensurável Se irradiadas in vivo - dentro da célula viva as células irradiadas na sua condição natural são muito mais radiossensíveis Os 3 efeitos primários da irradiação das macromoléculas in vitro incluem quebra da cadeia primária cross-linking lesões terminais Irradiação de macromoléculas Quebra da cadeia primária A quebra da cadeia primária ocorre quando se parte as moléculas Isto resulta que a longa macromolécula é reduzida em moléculas mais pequenas, as quais podem ser ainda macromoléculas Não é só o tamanho das macromoléculas que é reduzido, mas a sua viscosidade (espessura) é também reduzida 11

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