19.10
Efeitos Biológicos da Radiação
Todos os nuclídeos radioativos emitem partículas de alta energia ou ondas eletromagnéticas. Quando esta radiação encontra células vivas, pode causar a…
A radiação nuclear, ambas partícula e eletromagnética, é quantificada em termos de atividade e medida por detetores de radiação. No entanto, os efeitos da exposição à radiação dependem não só da atividade mas também do poder ionizante, capacidade de penetração, tempo de exposição e área exposta. Cada tipo de radiação penetra na matéria numa medida diferente.
As partículas Alfa têm menor capacidade de penetração, uma vez que são relativamente massivas;a maioria é parada pela camada exterior da pele. No entanto, quando ingeridas, entram em contato direto com os tecidos internos e são altamente prejudiciais. A radiação de partículas carregadas, tais como a radiação alfa, ioniza diretamente as biomoléculas dentro das células, enquanto que os nêutrons, os raios gama e os raios X afetam o processo celular indiretamente.
Por exemplo, a radiação gama ioniza a água em tecido vivo para produzir um radical hidroxil, que, além disso ioniza as biomoléculas, danificando assim as células. O dano é maior se forem induzidas muitas ionizações numa pequena área. A energia entregue pela radiação ao material é medida como a dose absorvida"cuja unidade SI é o gray.
A deposição de um joule de energia por quilograma de material corresponde a um gray. Períodos de maior exposição resultam em mais deposição de energia, resultando numa dose mais elevada. A mesma dose absorvida de diferentes tipos de radiação pode causar quantidades diferentes de danos biológicos por causa da variação na ionização e dos poderes de penetração.
Ao considerarmos danos biológicos, a dose absorvida é multiplicada por um fator de ponderação de radiação para determinar a dose equivalente"A sua unidade SI é o sievert. Os tecidos corporais têm sensibilidades variáveis à radiação ionizante, representada em termos de fatores de ponderação dos tecidos. Quando a dose equivalente é maior numa área, as doses são ajustadas por fatores de ponderação dos tecidos e somados para determinar a dose efetiva"para o corpo em geral.
Determinar com precisão a dose efetiva requer a escolha de um detetor de radiação apropriado, uma vez que os detetores variam no facto de medirem dose ou atividade, os tipos de radiação que eles detectam, e se podem distinguir esses tipos de radiação à parte. Um contador Geiger-Müller é um dispositivo comummente conhecido utilizado para medir a atividade de alfa, beta, raio-x, e radiação gama. Pode ser modificado para responder de forma proporcional à energia da radiação, permitindo-lhe medir a dose de raios X e raios gama.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why does alpha radiation cause more damage when ingested than when it contacts skin?
Alpha particles have low penetration ability and are stopped by outer skin layers. However, when ingested, they directly contact internal tissues and directly ionize biomolecules within cells, causing highly damaging effects. This direct ionization in sensitive internal organs results in severe biological harm compared to external exposure.
Q2: How does gamma radiation damage cells indirectly?
Gamma radiation ionizes water molecules in living tissue, producing highly reactive hydroxyl radicals. These radicals then react with biological molecules like DNA, proteins, and enzymes, disrupting their structure and function. This indirect damage pathway is particularly dangerous because hydroxyl radicals can damage multiple types of biomolecules throughout the cell.
Q3: What is the difference between absorbed dose and equivalent dose?
Absorbed dose measures energy deposited per unit mass, expressed in grays. Equivalent dose accounts for different radiation types' varying ionizing and penetration powers by multiplying absorbed dose by a radiation weighting factor, expressed in sieverts. This adjustment reflects that equal absorbed doses of different radiation types cause different biological damage.
Q4: Why are tissue weighting factors used to calculate effective dose?
Different body tissues have varying sensitivities to ionizing radiation. When radiation exposure is concentrated in one area or unevenly distributed, tissue weighting factors adjust equivalent doses to reflect each organ's sensitivity. Summing these weighted doses determines the overall effective dose to the body, providing a more accurate assessment of total biological risk.
Q5: How does a Geiger-Müller counter detect and measure radiation?
A Geiger-Müller counter contains a gas-filled tube with electrodes at high voltage. Ionizing radiation ionizes gas molecules, creating a cascade of ionizations that produces current between the electrodes. This current is collected, amplified, and displayed as counts per minute or disintegrations per second, allowing measurement of radiation activity.
Q6: What are the main sources of background radiation exposure for the average person?
Background radiation comes from cosmic rays from the sun, radon from uranium in the ground, medical procedures like CAT scans and X-rays, airplane flights with increased cosmic ray exposure, consumer products, and radionuclides entering the body through breathing or food chains, such as carbon-14, potassium-40, and strontium-90.
Q7: What acute radiation dose poses a significant risk of death?
An acute dose of 500 rems or 5 sieverts has an estimated 50% probability of causing death within 30 days of exposure. Short-term exposure to tens of rems causes very noticeable symptoms or illness. Radiation exposure also has cumulative effects over a person's lifetime, making it important to avoid unnecessary exposure.