Efeitos biolgicos da radiao e conceitos de radioproteo

Efeitos biológicos da radiação e conceitos de radioproteção Bruno Roberto Nepomuceno Matheus Prof. Homero Schiabel SEL 5705 1

Roteiro Introdução • Definição • Tipos • Não ionizante • Ionizante Não ionizante • Classificação • Efeitos • Barreiras Ionizante • Quantificação • Classificação • Fontes • Barreiras Efeitos biológicos da radiação ionizante Radioproteção • Efeitos celulares • Doses e conseqüências • Fontes usuais de exposição • Conceito ALARA • Regras para redução de doses 2

Radiação: Introdução 4

Radiação: Definição 5

Radiação: Tipo Energia insuficiente por quanta para ionizar átomos ou moléculas Energia suficiente por quanta para ionizar ao menos um elétron de átomos ou moléculas 6

Radiação não ionizante 7

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 8

Rad. EM não ionizante Campo estático Freqüência = 0 Comprimento de onda = ∞ Campo magnético Efeito biológico: Enjôo e náusea Campo elétrico Proteção: Gaiola de Faraday Efeito biológico: Aumento da carga na superfície do corpo Proteção: Gaiola de Faraday 9

Rad. EM não ionizante Campo estático Atenção: Não existe consenso na medicina sobre os efeitos biológicos causados por campos estáticos. 10

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 11

Rad. EM não ionizante Radio freqüência baixa Freqüência < 100 k. Hz Comprimento de onda > 3 km Efeito biológico: Acumulo superficial de carga elétrica Distúrbio da resposta de nervos e músculos Proteção: Gaiola de Faraday 12

Rad. EM não ionizante Radio freqüência baixa Atenção: Dados atuais indicam NENHUMA relação entre linhas de força e leucemia ou outras doenças. 13

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 14

Rad. EM não ionizante Ondas de rádio Freqüência entre 100 k. Hz a 1 GHz Comprimento de onda entre 33 cm a 3 km Efeito biológico: Acumulo superficial de carga elétrica Distúrbio da resposta de nervos e músculos Aquecimento a profundidade de até 10 mm Proteção: Gaiola de Faraday 15

Rad. EM não ionizante Ondas de rádio Atenção: Não há evidencias de nenhum tipo que indiquem riscos a saúde pelo uso de celulares. 16

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 17

Rad. EM não ionizante Microondas Freqüência entre 1 GHz a 300 GHz Comprimento de onda entre 1 mm a 33 cm Efeito biológico: Aquecimento da superfície do corpo Proteção: Gaiola de Faraday 18

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 19

Rad. EM não ionizante Infravermelho Freqüência entre 300 GHz a 385 THz Comprimento de onda entre 780 nm a 1 mm Efeito biológico: Queimadura na córnea Catarata fotoquímica e térmica Aquecimento da superfície do corpo Dano térmico a retina Queimadura da pele (longo prazo) Proteção: Filmes para vidros e plásticos 20

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 21

Rad. EM não ionizante Visível Freqüência entre 385 THz a 750 THz Comprimento de onda entre 400 nm a 780 nm Efeito biológico: Dano fotoquímico e térmico a retina Proteção: Materiais opacos 22

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 23

Rad. EM não ionizante Ultravioleta Freqüência entre 750 THz a 3000 THz Comprimento de onda entre 100 nm a 400 nm Efeito biológico: Catarata fotoquímica Aumento de pigmentação da pele Inflamação da córnea Congestão capilar Reações fotossensíveis na pele Produção de vitamina D Câncer de pele (longo prazo) Proteção: Vidro temperado Policarbonato 24

Rad. EM não ionizante Ultravioleta 25

Radiação Ionizante: Quantificação 26

Radiação : Quantificação Unidades: Gy / rad Tecido Fonte Energia transmitida Energia emitida Massa Energia absorvida Massa 27

Radiação : Quantificação Unidades: Gy / rad Energia absorvida por massa de tecido: OBSOLETA Comum : 1 rad = 0, 01 joule por kilograma de tecido SI : 1 gray (Gy) = 1 joule por kilograma de tecido 1 Gy = 100 rad 28

Radiação : Quantificação Unidades: R. B. E. Eficiência biológica relativa (R. B. E. ): Medida quantitativa da eficiência da radiação por unidade absorvida pelo tecido. Fonte conhecida Fonte desconhecida Energia emitida Tecido A radiação conhecida, usualmente, é raios-X ou raios gama Tecido idêntico ao anterior 29

Radiação : Quantificação Unidades: R. B. E. Fator de peso da radiação Fator de peso do tecido Tipo de radiação e energia Tecido Fótons 1 Gônadas 0, 20 Elétrons, pósitrons e muons 1 Medula óssea vermelha, cólon, pulmões, estomago, 0, 12 < 10 ke. V 5 0, 05 10 ke. V a 100 ke. V 10 Bexiga, seios, esôfago, tiróide > 100 ke. V a 2 Me. V 20 > 2 Me. V a 20 Me. V 10 > 20 Me. V 5 Nêutrons Prótons , > 2 Me. V Partículas alfa, fragmentos de fissão, núcleos pesados fígado, Pele, superfície dos ossos 0, 01 Resto 0, 05 2 a 5 20 Considerando mesma dose em todos os tecidos 30

Radiação : Quantificação Unidades: Sv / rem Dose de radiação: Comum : 1 rem = 1 rad · R. B. E. SI : 1 Sievert (Sv) = 1 Gy · R. B. E. 1 Sv = 100 rem 31

Radiação Ionizante: Classificação 32

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 33

Radiação: Classificação Partícula alfa Prótons (p) Nêutrons (n) Características: Alta massa (4 g · molˉ¹) Alta carga (+2 e) Velocidade (0, 05 c) Proteção: 3 a 5 cm de ar Folha de papel Camada morta da pele 34

Radiação: Classificação Partícula alfa Núcleo emissor: Ionizante Altíssima massa (± 200 g·molˉ¹) Baixa velocidade (0, 001 c) Medidas inconclusivas 35

Radiação: Classificação Partícula alfa Fontes: Bismuto (83 p) Polônio (84 p) Ástato (85 p) Rádon (86 p) Frâncio (87 p) Rádio (88 p) Actínio (89 p) Tório (90 p) Protactínio (91 p) Urânio (92 p) Neptúnio (93 p) Plutônio (94 p) Amerício (95 p) Cúrio (96 p) Califórnio (98 p) 36

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 37

Radiação: Classificação Partícula beta Características: Baixa massa (½·10ˉ³ g·molˉ¹) Carga (-1 e) Alta velocidade (0, 5 c) Proteção: 3 m de ar Camada fina de: Plástico Vidro Alumínio Madeira Alguns milímetros de tecido humano 38

Radiação: Classificação Partícula beta Raio-X Material denso Não utilizar materiais densos para proteção contra radiação beta 39

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 40

Radiação: Classificação Partícula Nêutron Características: Massa (1 g·molˉ¹) Sem Carga Velocidade variável Proteção: Não interrompidos pelo ar Baixa energia Água Polietileno Alta energia Aço Chumbo 41

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 42

Radiação: Classificação Raios-X Características: Sem massa Sem Carga Velocidade c Proteção: Não interrompidos pelo ar Materiais densos: Chumbo Concreto Aço 43

Radiação: Classificação Partícula Eletromagnética Não ionizante Ionizante Campo estático Radio freqüência baixa Raios-X Ondas de rádio Microondas Gama Infravermelho Luz visível Alfa Beta Nêutron Ultravioleta 44

Radiação: Classificação Raios Gama Características: Sem massa Sem Carga Velocidade c Proteção: Não interrompidos pelo ar Materiais densos: Chumbo Concreto Aço Idêntico aos Raios-X 45

Radiação: Classificação Raios Gama / Raios-X Raio-X: Transição eletrônica Energia 124 e. V a 124 ke. V Gama: Transição nuclear Energia > 124 ke. V 46

Radiação: Classificação Revisão Tipo Alfa Beta X / Gama Nêutron Poder de penetração Muito pequeno Pequeno Muito grande Perigo Interno / externo Externo Barreira Papel Plástico, alumínio W 20 1 Chumbo, Água, concreto, aço, concreto aço (alta energia) 1 5 -10 47

Efeitos biológicos da radiação ionizante: Efeitos celulares 48

Dano direto Baixa probabilidade de ocorrência Dano localizado Perigoso se afetar o DNA Dano ao DNA por ionização 49

Dano indireto H H H O O O H O Radiação H H H O H H H Ionização de água Maior probabilidade Formação de íons H e OH Dano generalizado (formação de toxinas) A célula inteira é vulnerável 50

Efeitos celulares Sem dano / Dano reparável Morte celular Sem conseqüências Em excesso, necrose de tecidos Células filhas morrem Dano irreparável ou reparo não idêntico Necrose de tecidos Mutação Câncer 51

Efeitos biológicos da radiação ionizante: Doses e conseqüências 52

Dose aguda 0, 5 a 1 Sv 0, 05 a 0, 2 Sv • Sem sintomas. • 50 m. Sv é o limite legal anual nos EUA. 0, 2 a 0, 5 Sv • Sem sintomas perceptíveis • Queda temporária da contagem de hemácias • Envenenamento radioativo suave • Dor de cabeça • Distúrbios no sistema imunológico • Esterilidade masculina temporária 53

Dose aguda 2 a 3 Sv 1 a 2 Sv • Envenenamento radioativo leve • LD 10/30 • Náusea suave a moderada, vomito ocasional, iniciando de 3 a 6 horas após exposição, durando um dia (50% / 2 Sv) • 10 a 14 dias latente • Fadiga e mal-estar (50% / 2 Sv) • Sistema imunológico comprometido • Esterilidade masculina e abortos espontâneos • Envenenamento radioativo moderado • LD 35/30 • Náusea com vomito, após 1 a 6 horas (100% / 3 Sv) durando 1 a 2 dias • 7 a 14 dias latente • Perda de cabelo no corpo completo (50% / 3 Sv) • Fadiga e mal-estar • Perda massiva de leucócitos • Esterilidade permanente feminina • Recuperação leva meses 3 a 4 Sv • Envenenamento radioativo severo • LD 50/30 • Sintomas similares a anterior, alem de: • Sangramento incontrolável na boca, abaixo da pele e nos rins (50% / 4 Sv), após fase latente 54

Dose aguda 4 a 6 Sv • Envenenamento radioativo agudo • LD 60/30 (até 4. 5 Sv) • LD 90/30 (6 Sv, exceto com tratamento medico intenso) • Sintomas similares a 3 a 4 Sv, com maior intensidade • Esterilidade feminina • Recuperação demora meses até um ano • Causas primarias de morte (2 a 12 semanas após irradiação) são infecções e sangramentos internos 6 a 10 Sv 10 a 50 Sv • Envenenamento radioativo agudo • LD 100/14 (quase 100%) • Sobrevivência depende de tratamento médico intensivo • Medula óssea está completamente destruída, necessário transplante de medula • Tecido intestinal e gástrico sofrem dano severo • Sintomas similares a 4 a 6 Sv, iniciados 15 a 30 min. após irradiação, durando 2 dias. • 5 a 10 dias de fase latente • Morte ocorre por infecções ou sangramento interno • Recuperação demoraria anos e não seria completa • Envenenamento radioativo agudo • LD 100/7 • Sintomas similares a 6 a 10 Sv após 5 a 30 min. • Intensa fadiga e náusea imediata, causada por ativação direta de receptores no cérebro • Alguns dias de período latente (“walking gost”) • Dano severo ao tecido gastrointestinal, causando diarréia, sangramento interno e perda de líquidos • Antes da morte, delírios e coma • Morte é inevitável, tratamento apenas para suavizar o sofrimento • D. A. Ferreira recebeu uma dose de 7 Sv em Goiânia, e sobreviveu graças a exposição fracionada • Dr. L. Slotin foi exposto a 21 Sv fissão acidental, morreu 9 dias depois 55

Dose aguda Mais de 50 Sv • Trabalhador recebeu 100 Sv em Wood River, Rhode Island, USA, sobreviveu 49 horas • Um operador recebeu 60 a 180 Sv a parte superior do corpo em Los Alamos, New Mexico, USA, sobreviveu por 36 horas 56

Dose crônica Doses relativamente pequenas em longo período. Tipo de radiação recebida por exposição ocupacional. Os efeitos da exposição aguda são bem conhecidos, os da crônica não. Analise estatística. Efeitos genéticos não analisáveis. 57

Dose crônica Estimativa de dias perdidos de vida para vários fatores de risco Atividade Perda de dias de vida Fumar 20 cigarros por dia 2370 (6, 5 anos) Acima do peso por 20% 985 (2, 7 anos) Mineração 328 Construção 302 Agricultura 277 Governo 55 Manufatura 43 Radiação – 340 mrem/ano por 30 anos 49 Radiação – 100 mrem/ano por 70 anos 34 58

Dose crônica Risco de 1: 1. 000 de morte Fumar 1. 4 cigarros (câncer de pulmão) Dose de 10 mrem de radiação (câncer) Comer 40 colheres de manteiga de amendoim (câncer de fígado) Passar 2 dias em New York (poluição do ar) Dirigir a 70 Km/h (acidente) Voar 4250 km em avião (acidente) Canoagem por 6 minutos (acidente) 59

Dose crônica Efeitos Período de latência Leucemia 8 – 10 anos Câncer ósseo 15 anos Câncer de tiróide 10 – 30 anos Câncer de pulmões 10 – 20 anos Encurtamento de vida - Formação de cataratas 5 – 10 anos 60

Radioproteção: Fontes de radiação 61

Radiação natural Radiação cósmica 28 mrem/ano Composta: Partículas carregadas Radiação gama Proveniente do espaço. 62

Radiação natural Radiação terrestre 200 mrem/ano (2000 mrem/ano nos pulmões) Composta: Alfa Beta Gama Raios-X Proveniente de: Urânio Rádio Tório Rádon (gás) 63

Radiação natural Radiação humana 40 mrem/ano Composta por beta (principalmente) Proveniente de: Carbono 14 Potássio 40 64

Radiação artificial Radiação médica 40 mrem/ano 14 mrem/ano ( Medicina nuclear) Composta por: Raios-X Isótopos em Medicina nuclear Proveniente de: Radiografias Tratamento com radiação 65

Radiação artificial Produtos de consumo 10 mrem/ano Composta por: Raios-X Radiação alfa Proveniente de: Televisão Detector de fumaça 66

Radiação artificial Armas nucleares 2 mrem/ano Composta por: Radiação alfa Radiação beta Gama Raios-X Proveniente de teste nucleares (1950 s e 60 s) 67

Radiação de fundo Produtos de consumo Outros Medicina nuclear 10 3 14 Raios X médicos 40 Interna 40 Rádon 200 Rádon Cósmica Terrestre Interna Raios X médicos Medicina nuclear Produtos de consumo Outros Terrestre 28 Cósmica 28 Total: 360 mrem/ano 68

Radioproteção: Conceito ALARA e Regras para redução de doses 69

Conceito ALARA = As Low As Reasonably Achievable (tão baixo quanto razoavelmente possível) O que define RAZOÁVEL? Medida dos beneficios gerais em relação aos maleficios da exposição. Não se deve ter exposição ocupacional de trabalhadores a radiação ionizante sem a expectativa de um beneficio geral pela atividade causando a exposição. Fundamentalmente: Pouca exposição é bom, nenhuma é ótimo. Responsabilidade dividida entre Administração, Controle de qualidade e funcionários. 70

Regras para redução de doses 1) Minimizar tempo em campos de radiação. 2) Maximizar a distancia da fonte de radiação. 3) Usar barreiras quando possível. 71

Regras para redução de doses: Minimizar tempo • Pré-planejar e discutir a tarefa atentamente antes de entrar na área. Utilizar apenas a quantidade de pessoas necessária. • Ter todas as ferramentas necessárias antes de entrar na área. • Treinar antes de realizar as tarefas. • Trabalhar eficientemente e rapidamente • Fazer o máximo possível do trabalho externamente. 72

Regras para redução de doses: Maximizar distancia • O trabalhador deve permanecer tão longe quanto possível da radiação. • Ser familiar com as condições radiológicas da área. • Em caso de atrasos mover para áreas mais distantes. • Usar controle remoto sempre que possível. 73

Regras para redução de doses: Utilizar barreira • Barreiras apropriadas reduzem a quantidade de radiação. • Usar barreiras permanentes como estruturas apropriadas. • Usar contenção protegida. 74

Referencias [1] Radiological Worker Training Guide, Thomas Jefferson Lab, http: //www. jlab. org/div_dept/train/rad_guide/index. html [2] Non-Ionizing Radiations – Sources, Biological Effects, Emissions and Exposures, Kwan-Hoong Ng, Proceedings of the International Conference on Non-Ionizing Radiation at UNITEN, 20 th – 22 nd October 2003 [3] Biological Effects of Radiation, U. S. NRC [4] http: //www. johnstonsarchive. net/nuclear/radevents/radaccidents. html 75