Interacção biológica da radiação ionizante

Pontos a reter
  1. A interacção da radiação nas células é uma função probabilística (i.e. pode ou não interagir e se interagir pode ou não provocar danos);
  2. A deposição inicial de energia é muito rápida (10 elevado a -17 seg.)
  3. A interacção radiação-célula não é selectiva (i.e. a energia é depositada ao acaso na célula);
  4. As alterações nas células, tecidos ou órgãos, resultantes da interacção com radiações ionizantes não são características (i.e. não podem ser distinguidas das devidas a outros tipos de trauma);
  5. As alterações biológicas em células e tecidos, devidas às radiações ionizantes ocorrem apenas após um periodo de latência, que pode ir de minutos a semanas ou até anos (em função de dose, cinética celular, etc.).
 
Interações básicas da radiação (ver esquema)
  • Ionizações e excitações
  • Macromoléculas biológicas críticas (alvos): DNA e 'meio' intracelular

* Acção directa: DNA (predominante para radiação com alto LET)

fotão X ==> electrão rápido ====================> alt. químicas ==> ef. biológicos

* Acção indirecta: H2O => DNA

fotão X ==> electrão rápido ==> ião => radical livre ==> alt. químicas ==> ef. biológicos
 
HOH + RX ==> HOH+ + e-
 
e- + HOH ==> HOH-

Os iões resultantes são instáveis e são dissociados imediatamente, originando noutros iões e radicais livres:

HOH+ ==> H+ + OH*
 
HOH- ==> OH- + H*

Os radicais livres resultantes destas reacções são altamente reactivos, capazes de dar início a reacções químicas complexas, que podem levar à destruição ou inactivação moléculas vitais na célula.

 
LET e RBE
 
LET (linear energy transfer): frequência de deposição de energia sob a forma de partículas carregadas, no trajecto de um determinado tipo de radiação.
 
Unidade de medição: keV.µm-1 i.e. energia depositada por unidade de distância percorrida.
 
 
LET baixo - ionizações dispersas: raios X e gama e eletrões
 
LET alto - ionizações densas: partículas a, iões pesados (C+, He+), neutrões
(Massa e carga ++; Muitas ionizações num trajecto curto)
  • Radiações com LET diferente produzem graus diferentes dos mesmos efeitos
  • Doses iguais de radiações com LET diferente não produzem o mesmo efeito

 

RBE (relative biologic effect): relação entre a dose de um feixe de radiação qualquer e a dose de um feixe de raios X de 250 keV que produz o mesmo efeito biológico:

RBE = X Gy RX 250 keV com ef.biológico A / Y Gy radiação de teste com ef.biológico A
 
 

Tipo de radiação

LET ( keV.µm-1)
. Cobalto 60

0.3
. Raios-X

3 MeV

0.3

250 keV

3.0
. Partículas alfa 5 MeV

100.0
. Neutrões

19 MeV

7.0

2.5 MeV

20.0
. Eletrões

1.0 MeV

0.25

1.0 KeV

12.3


Radiação e alvos celulares
  • Alvos: pontos críticos que quando atingidos acarretam a maior probabilidade de resultar em morte da célula.
  • São independentes do mecanismo de produção da lesão (directo ou indirecto)
  • Todas as estruturas da célula são importantes para manter a célula viva, mas ...
  • Algumas estruturas celulares são redundantes (organelas, enzimas), outras não ...
  • DNA: molécula controladora de todas as actividades celulares
  • A lesão no DNA acarreta as consequências mais sérias
  • Dados experimentais demonstram ser esta a molécula alvo das radiações
 
 
Efeitos da radiação no DNA
  1. Muitos dos danos no DNA podem ser e são de facto reparados pela célula,
  2. Nem todos os danos no DNA têm a mesma relevacia em termos biológicos
 
Tipos de lesão do DNA
 
Lesão de bases
  • alteração na sequência do código genético (mutação)
  • consequências variáveis com a importância dos genes envolvidos.
Quebras simples de cadeia
  • relativamente inconsequentes
  • são reparados com eficiência
Quebras duplas de cadeia
  • se ocorrerem na proximidade uma da outra podem ter consequências graves
  • a reparação correcta é difícil
  • se forem distantes comportam-se como duas quebras simples
Crosslinks
  • ligações anómalas entre zonas da cadeia de DNA com:
      . zonas distantes da mesma (intracadeia) ou
      . de outra cadeia de DNA (intercadeia) ou
      . de moléculas proteicas não nucleares (extracadeia)
  • ocorrem em consequência das quebras (simples ou duplas)
  • papel pouco claro na morte celular
 
Efeitos da radiação nos cromossomas
  • As alterações no DNA reflectem-se nos cromossomas
  • Nem todas as alterações no DNA são evidenciáveis através de modificações na estrutura visível dos cromossomas.
  • Podem ser vistas ao microscópio na divisão celular logo após a radiação da célula (metafase e anafase)
  • Quebras em cromossomas: resultam em combinações anómalas dos topos quebrados com outros provenientes do mesmo ou de cromossomas diferentes - aberrações
 
Efeitos possíveis
  • Restituição: os topos separados voltam a unir-se
  • Delecção: perda de parte do cromossoma (cromossoma acêntrico)
  • Rearranjo: resultando em cromossomas estranhos (em anel, dicentricos)
  • Rearranjo sem dano visível: resultando em alteração na sequência genética - mutação (translocação, inversão)
 

Efeitos da radiação noutros constituintes celulares

  • Carbohidratos: quebra de cadeia
  • Proteinas: alterações estruturais
  • Enzimas: alteração da actividade
  • Lípidos: alterações inespecíficas
  • Alterações na permeabilidade da membrana celular ==> mitocôndrias e lisosomas
  • Mecanismos e implicações pouco conhecidos