Efeitos Biológicos da Radiação

Todos os nuclídeos radioativos emitem partículas de alta energia ou ondas eletromagnéticas. Quando esta radiação encontra células vivas, pode causar aquecimento, quebrar ligações químicas, ou ionizar moléculas. Danos biológicos mais graves resultam quando estas emissões radioativas fragmentam ou ionizam moléculas. Por exemplo, partículas α e β emitidas pelas reações de decaimento nuclear possuem energias muito mais elevadas do que as energias de ligação química normais. Quando estas partículas atingem e penetram na matéria, produzem iões e fragmentos moleculares extremamente reativos. Os danos que isto provoca nas biomoléculas dos organismos vivos podem provocar danos graves nos processos de células normais, sobrecarregando os mecanismos de reparação do organismo e, possivelmente, causando doenças ou até mesmo a morte.

Há uma grande diferença na magnitude dos efeitos biológicos da radiação ionizante (por exemplo, luz e microondas) e da radiação ionizante, emissões energéticas o suficiente para remover eletrões de moléculas (por exemplo, partículas α e β, raios γ, raios X, e radiação ultravioleta de alta energia).

A energia absorvida pela radiação ionizante acelera o movimento de átomos e moléculas, o que é equivalente ao aquecimento da amostra. Embora os sistemas biológicos sejam sensíveis ao calor, é necessária uma grande quantidade de radiação ionizante antes de se atingirem níveis perigosos. A radiação ionizante, no entanto, pode causar danos muito mais graves ao quebrar ligações ou remover eletrões em moléculas biológicas, perturbando a sua estrutura e função. O dano também pode ser feito indiretamente, ao ionizar primeiro H₂O, que forma um ião H₂O⁺ que reage com a água, formando um ião hidrónio e um radical hidroxilo.

Como o radical hidroxilo tem um eletrão não emparelhado, ele é altamente reativo. Este radical hidroxilo pode reagir com todos os tipos de moléculas biológicas (DNA, proteínas, enzimas, etc.), causando danos nas moléculas e perturbando processos fisiológicos.

A energia fornecida aos tecidos por cada tipo de radiação é diferente e é medida em termos de dose absorvida, cuja unidade SI é o gray. A deposição de um joule de energia em um quilograma de material corresponde a um gray. A unidade CGS, que é o rad, também é amplamente utilizada (1 rad = 0,01 Gy).

A resposta biológica à dose absorvida de cada tipo de radiação é descrita por um factor de ponderação da radiação, que depende da potência ionizante e da capacidade de penetração. A dose absorvida multiplicada pelo factor de ponderação da radiação é conhecida como dose equivalente, que é medida em sievert em unidades SI. A unidade CGS, que é o rem, também é amplamente utilizada (1 rem = 0,01 Sv).

Tabela 1. Factores de ponderação da radiação.

Diferentes tecidos corporais têm diferentes sensibilidades à radiação ionizante. Se a exposição estiver concentrada em uma área do corpo ou se a dose equivalente não for uniforme em todo o corpo, são utilizados factores de ponderação do tecido para determinar o dano global ao corpo, tendo em conta a dose não uniforme. A dose efetiva para o corpo é calculada somando as doses equivalentes ponderadas para todos os órgãos.

São utilizados vários dispositivos diferentes para detectar e medir a radiação, incluindo contadores Geiger–Müller (GM), detectores a cintilação, e dosímetros de radiação. Um contador Geiger–Müller tem duas partes: um tubo cilíndrico cheio com um gás inerte como o árgon ou o hélio e um contador. Dentro do tubo há um par de elétrodos com alta voltagem através deles. Qualquer radiação ionizante inicia uma cascata de ionizações de moléculas de gás, criando uma corrente entre ânodo e cátodo devido ao fluxo de eletrões, que é recolhido, amplificado, exibido pelo contador como contagens por minuto ou desintegrações por segundo. Os contadores GM não conseguem diferenciar os tipos de radiação, mas as variantes compensadas por energia podem medir a dose e, por conseguinte, podem ser utilizadas como dosímetros individuais. Um detector a cintilação contém um cintilador—um material que emite luz quando excitado por radiação ionizante—e um sensor que converte a luz em um sinal elétrico. Os dosímetros de radiação também medem a radiação ionizante e são frequentemente utilizados para determinar exposição a radiação individual. Os tipos mais utilizados são dosímetros pessoais eletrónicos, dosímetros de crachá de filme, termoluminescentes, e de fibra de quartzo.

Os efeitos da radiação dependem do tipo, da energia, e da localização da fonte de radiação, bem como da duração da exposição. Uma pessoa comum é exposta a radiação de fundo, incluindo raios cósmicos do sol e rádon do urânio no solo, radiação por exposição médica, incluindo digitalizações TAC, testes de radioisótopos, raios X, etc.; e pequenas quantidades de radiação provenientes de outras atividades humanas, tais como viagens de avião (que são bombardeados por um aumento do número de raios cósmicos na atmosfera superior), radioatividade de produtos de consumo, e uma variedade de radionuclídeos que entram nos nossos corpos quando respiramos (por exemplo, carbono-14) ou através da cadeia alimentar (por exemplo, potássio-40, estrôncio-90, e iodo-131).

Uma dose súbita a curto prazo de uma grande quantidade de radiação pode causar uma ampla gama de efeitos na saúde, desde alterações na química do sangue até à morte. A exposição a curto prazo a dezenas de rems de radiação irá provavelmente causar sintomas muito aparentes ou doença; estima-se que uma dose aguda de 500 rems ou 5 Sv tenha uma probabilidade de 50% de causar a morte da vítima dentro de 30 dias após a exposição. A exposição a emissões radioativas tem um efeito cumulativo no corpo durante a vida útil de uma pessoa, o que é outra razão pela qual é importante evitar qualquer exposição desnecessária à radiação.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 21.6: Biological Effects of Radiation.