2018 aula let
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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.
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- 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
- 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