e-escola

Radioterapia - A utilização da Física moderna na medicina

Publicado em 29/05/2006 | Física

A radioterapia é um dos melhores exemplos da utilização da física moderna no campo da medicina. Esta técnica, que começou a ganhar popularidade na década de 50, consiste na utilização de radiações ionizantes como parte da terapêutica usada para combater o cancro (juntamente com a quimioterapia e/ou cirurgia).

As radiações ionizantes são caracterizadas pelo facto de cada partícula (fotão, protão, electrão, etc) transportar energia suficiente para ionizar átomos ou moléculas, isto é, retirar um electrão de um átomo ou molécula.

Os vários tipos de radiação ionizantes
Raios Alfa Núcleo de He, produzidos por decaimento radioactivo, pouco poder de penetração (< 1mm na água) devido à sua grande massa e carga.
Raios Beta Consiste em electrões com grande energia cinética, produzidos por decaimento radioactivo, pouco poder de penetração (depende da velocidade, entre 1mm a 1 cm na água).
Raios Gama Onda electromagnética, produzida por decaimento radioactivo, energia superior a 10 KeV, grande poder de penetração.
Raios X Onda electromagnética, produzidos nas transições energéticas de electrões acelerados, grande poder de penetração.
Neutrões Resultam da fissão nuclear, provocam reacções de ionização ao colidirem com átomos de H, grande poder de penetração
Radio Fig. 1

Poder penetrante dos diferentes tipos de radiação

Há vários tipos de radiações ionizantes com energias e poder de penetração próprios, entre as quais os raios gama, raios X, radiação alfa e radiação beta.

É a energia destas radiações que, dependendo do tempo de exposição, vai levar a efeitos biológicos importantes. A base fundamental para o bom funcionamento da célula é o seu material genético, que se apresenta sob a forma de ADN (Ácido Desoxirribonucleico). Esta macromolécula assegura a síntese de proteínas que desempenham funções estruturais e de regulação (transporte celular, metabolismo...), e a replicação celular. O ADN é composto por uma dupla hélice, sendo cada uma delas uma cadeia de nucleótidos. Cada nucleótido é formado por uma base ligada a um açúcar, que se liga por sua vez a um grupo fosfato. Os grupos fosfato asseguram a ligação dos nucleótidos de uma mesma cadeia através de ligações covalentes fortes, enquanto que as bases asseguram a ligação de uma hélice à outra através de pontes de hidrogénio (ligações electroestáticas) segundo o princípio da complementariedade. Deste modo a Timina liga-se com a Adenina através de 2 pontes de Hidrogénio e a Citosina liga-se à Guanina por 3 pontes de Hidrogénio.

Um dos aspectos importantes, que explica que o ADN é um dos “pontos fracos da célula”, é o facto de alterações na sequência das bases poderem inviabilizar a síntese de proteínas fundamentais e a sua reprodução.

As radiações ionizantes podem danificar o ADN sobretudo pela criação de radicais livres de oxigénio, ou por acção directa sobre a sua estrutura. Ao interagir com as moléculas de água presentes nas células, as radiações dão origem a moléculas de superóxido e hidróxilo extremamente reactivas. Estas vão oxidar a molécula de ADN, criando rupturas numa ou em ambas as cadeias de nucleótidos. Embora rupturas em uma das cadeias possam ser facilmente corrigidas por mecanismos celulares devido à natureza complementar das bases, rupturas em ambas as cadeias podem dar origam a erros ou morte celular. Em caso de mutações muito graves, a célula pode ficar incapaz de se replicar ou, inclusive, cometer apoptose (morte celular programada). Se a molécula de ADN não for reparada, ou se a reparação for incorrecta e a célula escapar à apoptose, vão-se acumulando mutações que poderão dar origem ao desenvolvimento de um tumor.

Porém estas radiações, usadas de modo controlado, podem ser usadas para produzir estes efeitos em células cancerígenas. Estas células distinguem-se sobretudo pelo facto de serem indiferenciadas, de se replicarem com mais frequência que as células normais. O primeiro facto implica que os mecanismos de reparação celular são menos eficientes, enquanto que o segundo leva a que os erros se acumulem nas celulas filhas a ponto de as matar ou reduzir o seu ritmo de crescimento e divisão.

Radio Fig. 2

Outro aspecto importante a ter em conta é o LET (linear energy transfer) que varia com o tipo de radiação. Este parâmetro representa a perda média de energia por unidade de caminho (a energia depositada por segmento de tecido), estando relacionado com o número de iões produzidos por unidade de caminho percorrido pela radiação. Assim, radiação com um valor de LET baixo (raios X e gama) vão produzir ionizações mais espaçadas ao longo da célula (de um modo quase homogéneo), enquanto que radição com um LET elevado (particulas alfa, beta e neutrões) transferem a maioria da sua energia para uma pequena região da célula, sendo os danos que provoca mais dificeis de reparar.

Radio Fig. 3

Deste modo, para a mesma dose de radiação (quantidade de energia recebida por unidade de material biológico), a radiação com LET elevado vai ser muito mais destrutiva.

Os diferentes métodos de radioterapia prendem-se com o modo como as radiações são administradas. Os três tipos principais são a braquiterapia, na qual são colocados fontes radioactivas seladas a curta distância do tumor com o objectivo de concentrar a dose de radiação numa área pequena, medicina nuclear na qual fontes radioactivas não seladas são postas em contacto com os orgãos ou na corrente sanguínea, e a teleterapia onde a fonte de radiações é exterior ao corpo e enviada sob forma de feixes.

Um dos problemas da radioterapia é o facto de, se quiseremos irradiar um tumor (e, no caso da teleterapia, o problema prende-se com tumores em profundidade), irradiamos também a pele e os tecidos circundantes. De modo a minimizar estes efeitos, minimiza-se a zona de exposição ou, no caso da teleterapia, aplica-se a radiação de vários pontos, de modo a que a energia convirja e, portanto, se some e se concentre no tumor. Para isso usam-se técnicas de mapeamento tridimensional dadas por métodos de diagnóstico (TAC, ressonância magnética...).

Taxas de danos no ADN por hora numa célula de mamífero
Dano Eventos/hora
Rupturas numa cadeia 2300
Metilação da Guarina 130
Dimerização da Timina na pele (sol do meio dia) 5 x 104
Rupturas numa cadeia de ADN devido à radiação de fundo 1 x 10-4
Rupturas nas duas cadeias do ADN devido à radiação de fundo 4 x 10-4

A investigação na área da radioterapia tem ainda muito para oferecer, tanto no domínio da física como no da medicina. O desenvolvimento de técnicas de aplicação de radiação cada vez mais localizadas para os tumores e um maior conhecimento das propriedades do cancro permitirão uma terapêutica com menos efeitos secundários e mais eficaz. Para além das técnicas de mapeamento já referidas, e da elaboração de máquinas que permitam a utilização de partículas com um LET elevado, estão em desenvolvimento também técnicas que consistem em formar anticorpos radioactivos que se ligam exclusivamente às células cancerígenas irradiando-as.

Taxa máxima de reparação do ADN numa célula humana
Dano Reparação/hora
Rupturas numa cadeia 2 x 105
Dimerização da pirimidina 5 x 104
Metilação da Guanina 104 - 10

Autor: João Tiago Fernandes e Ricardo Farinha

© 2008-2009, Instituto Superior Técnico. Todos os direitos reservados.
  • Feder
  • POS_conhecimento