Biofisica

1)Explicar ionização, excitação e radiação de frenagem.
Quando as radiações provenientes de núcleos radioativos, ao interagir com o meio material, cedem eneregia suficiente para promover a ejeção de elétrons de átomos desse meio,  ou seja, energia maior que a  energia de ligação. Já a excitação do átomo é caracterizada quando uma radiação interage com esse átomo e provoca a passagem de um elétron para um nível energético mais externo, ficando o átomo com uma energia total superior a que possuía anteriormente. O retorno do elétron é acompanhado da emissão de energia sob a forma fótons de  luz visivel, UV ou raiox X. A radiação de frenagem ocorre  quando particulas carregadas e aceleradas interagindo com os nucléos dos atomos do meio, ao sofrer desaceleração, a atração ou repulsao entre essas particulas e os núcleos gera um desvio da trajetoria da particula, levando a emissão de fótons. A energia desse fóton será proporcional ao ângulo de desvio.
2)Diferenciar radiação excitante de radiação ionizante e dar exemplos.
A radiação ionizante é aquela em que a energia da radiação incidente sobre um material é suficiente para arrancar elétrons de seus átomos. Exemplos de radiações ionizantes são os raios X e a radiação gama. Já a radiação excitante é aquela que faz com que os elétrons sejam levados para camadas mais externas do átomo, sem serem ejetados. Exemplo é a radiação ultravioleta, luz visivel...
3)Saber as principais características das partículas alfa, beta positiva (incluindo o processo de aniquilação), beta negativa e radiação gama.
A partícula alfa é o núcleo do átomo de hélio (₂He⁴), ou seja, é constituída de dois prótons e dois nêutrons. É um tipo de radiação ionizante.Devido a sua alta densidade de ionização, a energia da partícula alfa é rapidamente cedida ao meio, o que torna o seu poder de penetração bastante limitado. Portanto, se partículas alfa forem provenientes de uma fonte externa ao organismo podem ser praticamente inofensivas. Entretanto, na condição de fonte interna, radioisótopos alfa emissores depositados no organismo podem provocar nos tecidos intensos danos biológicos localizados.
A partícula beta positiva é caracterizada por um elétron de origem nuclear carregado positivamente (pósitron).É uma radiação ionizante. Ocorre em núcleos instáveis com excesso de prótons. O decaimento beta positivo consiste na transformação de um próton em um neutron.é a antipartícula do elétron. Apesar de estável, sua existência está limitada devido à interação elétron-pósitron, o que leva à aniquilação de ambas as partículas, resultando na emissão de dois fótons de 0,511MeV em direções opostas. Esse processo caracteriza-se pela transformação de matéria (e^-) e antimatéria (e⁺) em energia eletromagnética.
A partícula beta negativa é caracterizada por um elétron nuclear carregado negativamente. Ocorre em núcleos instáveis com excesso de nêutrons. O decaimento beta negativo consiste na transformação de um nêutron em um próton. A partícula beta negativa difere dos elétrons por sua origem (proveniente do núcleo dos átomos radioativos) e por sua energia cinética. Ela interage com a matéria em virtude de sua massa e de sua carga elétrica, produzindo ionizações através de choques com os elétrons orbitais, promovendo a formação de pares iônicos ou a excitação dos átomos do meio, perdendo sua energia cinética. Partículas beta negativa podem também interagir com o núcleo dos átomos. Ao passar na proximidade do núcleo, a partícula beta negativa sofre desvio de sua trajetória, em função da atração eletrostática, e perde energia cinética. Esta energia é perdida na forma de radiação eletromagnética. A energia transportada pelos fótons é igual àquela perdida pela partícula e é chamada radiação de frenagem.
Na radiação gama, o núcleo excitado decai para um estado de energia menor, emitindo um fóton. Neste caso, o núcleo mantém sua identidade. A emissão de raios gama geralmente sucede a emissão alfa ou a beta. A vida média dos emissores de raios gama é frequentemente muito curta. Entretanto, alguns emissores gama têm vidas mais longas, cerca de horas. Os estados de energia dos núcleos que têm estes tempos de vida longos são denominados de estados metaestáveis. A radiação gama é bastante eficiente para arrancar elétrons de vários meios materiais, inclusive da matéria orgânica. As interações da radiação gama com a matéria podem se dar através do efeito Compton, do efeito fotoelétrico ou da produção de par.
4)Diferenciar efeito Compton e fotoelétrico.
O efeito fotoelétrico ocorre quando um fóton de baixa energia transfere toda sua energia para um elétron de um orbital interno de um átomo, energia suficiente para arrancar um elétron do átomo e ainda afastá-lo do núcleo (energia cinética). Após a ionização, o átomo emitirá radiação característica, devido ao salto de um elétron de um orbital externo para preencher a vacância do orbital interno. O elétron ejetado do átomo é chamado de fotoelétron. A deposição de energia na matéria viva tem efeito local, devido a baixa energia dos fótons. As interações são predominantes no tecido ósseo em relação ao tecido mole.
O efeito Compton ocorre quando um fóton de energia intermediária interage com um elétron de orbital externo de um átomo, ou elétron livre. Nesse caso, o elétron é ejetado do átomo e um novo fóton, ou fóton emergente, é emitido, com menor energia e direção diferente do fóton incidente. O fóton emergente poderá ser absorvido por outro átomo através do efeito fotoelétrico. A deposição na matéria viva é feita em um maior volume de tecido, não mais caracterizando um efeito local. As interações no tecido ósseo e no tecido mole ocorrem com a mesma probabilidade.
Obs.: Produção de par - ocorre somente quando fótons de alta energia interagem com o intenso campo eletromagnético do núcleo de alto Z e é transformada em um par elétron-pósitron. Essas partículas se afastam uma da outra com grande velocidade, sendo portanto impedidas de se recombinar. A produção de par, também conhecida como materialização (transformação de energia em massa), é o inverso da aniquilação (transformação de massa em energia).
1)Conceito de radiofármaco.
Um radiofármaco incorpora dois componentes. Um radionuclídeo, ou seja, uma substância com propriedades físicas adequadas ao procedimento desejado (partícula emissora de radiação beta, para terapêutica; ou partícula emissora de radiação gama, para diagnóstico) e um vetor fisiológico (traçador), isto é, uma molécula orgânica com fixação preferencial em determinado tecido ou órgão. O radiofarmaco pode ser também apenas um radiotraçados, que é um radionuclideo que já possiu afinidade pelo teciso em questão.Ex:I-125
1)Explicar os princípios da cintilografia (incluindo cintilografia pulmonar e óssea).
Exame da medicina nuclear que utiliza substâncias radioativas (radiofármacos) para produzir imagens metabólicas do corpo humano. O radiotraçador é captado e concentra-se seletivamente num determinado órgão. A seguir, com a ajuda de detectores é possível rastrear os radioisótopos e assim reconstruir as rotas metabólicas da mencionada estrutura molecular, marcada radioativamente, ou traçar o mapeamento funcional de um órgão específico. A cintilografia pulmonar avalia tanto a ventilação pulmonar (diagnóstico de doenças pulmonares obstrutivas), quanto a perfusão pulmonar (diagnóstico de embolia pulmonar). O radiofármaco utilizado para o exame de perfusão é a albumina macroagregada com tecnécio-99m e a administração é por via venosa. Já o exame de ventilação é feito com a inalação do xenônio-133 ou tecnécio-99m DTPA em spray. A cintilografia óssea é feita com Tc-99m associado ao metileno difosfonado (MDP). O radiofármaco é incorporado nos cristais de hidroxiapatita. Basicamente consiste em injetar um radiotraçador na veia do paciente, o qual se concentrará no osso proporcionalmente à taxa de formação ou metabolismo ósseo, permitindo o rastreamento do esqueleto como um todo. É utilizada para a detecção de metastatização óssea, fraturas por estresse e osteomielite.
1)Explicar o funcionamento da gama câmara.
A radiação gama emitida do decaimento do radiofármaco pode ser detectada. Para isto, utiliza-se um cristal cintilador, usualmente iodeto de sódio ativado com tálio - NaI(Tl). O tálio se mistura à rede cristalina, substituindo o sódio e produzindo pequenas deformações na estrutura da rede. Estas regiões são denominadas de centros de ativação ou armadilhas. A energia depositada pela radiação no cintilador é emitida como luz pelo centro ativador, de modo que a quantidade de luz é proporcional à energia depositada pela radiação. Para a utilização do fenômeno de cintilação como um contador de radiações, torna-se necessária uma quantificação dos fótons liberados. Para tanto, utilizam-se, acopladas aos cristais, as válvulas fotomultiplicadoras, que são capazes de amplificar e transformar em pulsos elétricos as cintilações. A radiação interage com o cristal, o que resulta em sua excitação e subsequente desexcitação, com produção de fótons luminosos. Quando um fóton de luz visível atinge o fotocátodo, interage com ele arrancando elétrons. Esses elétrons são acelerados e seu número é amplificado numa série de eletrodos (dinodos). Cada dinodo tem um potencial positivo maior do que o anterior, de forma que os elétrons ao atingirem cada um deles promovem o arrancamento de mais elétrons, até que o feixe alcança o ânodo com carga elétrica negativa suficiente para reduzir transitoriamente o seu potencial, gerando um pulso. Essa variação do potencial é detectada por circuitos eletrônicos especiais, os analisadores. O processamento desse pulso pelo sistema eletrônico que pode ser associado ao detector pode transformá-lo apenas em contagens, ou em gráficos, em imagens gráficas coloridas, em pontos luminosos, etc.

- Detecção da radiação: a radiação emitida pelo radioisótopo é capturada por um detector sólido de cintilação através da gama câmara. A gama câmara é composta por um cristal de NaI com impurezas de Tálio, um colimador e pelos fotomultiplicadores.
- Cristal de NaI com impurezas de Tálio: nesse cristal há formação de bandas permitidas (onde os elétrons se encontram), bandas proibidas (onde não há probabilidade de transitarem elétrons) e bandas de valência (onde transitam os elétrons de maior energia). A impureza de Tálio serve para diminuir os espaços entre as bandas permitidas e, assim, requerir menos energia para excitação dos elétrons. A radiação gama proveniente do radionuclídeo atinge o cristal excitando os elétrons que vão para a banda de excitação. Ao retornarem à banda de valência, emitem um fóton na faixa da luz visível. Esse fóton irá interagir com os fotoncatodos, arrancando elétrons destes. Os elétrons arrancados sofrem ação de uma DDP e são então atraídos pelos dinodos, provocando a aceleração dos elétrons e o choque com os dinodos promovem a retirada de mais elétrons destes, amplificando o sinal elétrico. Esse feixe de elétrons formará pulsos elétricos que serão detectados pelo computador, dando origem às imagens.
- Colimador: direciona os feixes de radiação vindos do paciente, minimizando o efeito de espalhamento, de modo a captar apenas aqueles que incidem perpendicularmente ao cristal.
- Fotomultiplicadores: realizam a conversão de fótons em pulso elétrico. É composto pelos fotoncatodos, dinodos e está submetido a uma DDP

1)a) (Imagem de exame de cintilografia da coluna vertebral)
Porque a cintilografia é mais utilizada no exame diagnóstico para metástases ósseas?

1 - a) A cintilografia, diferente de uma radiografia convencional ou mesmo de uma tomografia, é um exame capaz de fornecer informações não apenas anatômicas, mas também funcionais ou mesmo metabólicas, de múltiplos órgãos ou sistemas. Essas características possibilitam a precocidade no diagnóstico de diversas patologias sem o inconveniente de uma abordagem mais invasiva, como ocorre em uma biópsia ou em um procedimento que se utilize cateterismo.
b) Para a obtenção de uma imagem cintilográfica são necessários: i- Aplicar ao paciente, através de diferentes acessos, compostos constituídos de um traçador, que pode ser uma molécula ou mesmo uma célula, associado a um radioisótopo. A esse conjunto denomina-se radiotraçador ou radiofármaco. O radiotraçador pode variar, uma vez que este é escolhido por se ligar preferencialmente ao órgão ou tecido a ser examinado. No caso da cintilografia mostrada ao lado foi utilizado o MDP associado ao Tc - 99m, que participa das vias metabólicas que levam a formação da matriz óssea, como se fosse o fosfato e o cálcio, gerando assim uma imagem metabólica, ii- A radiação emitida pelo radioisótopo deve ser detectada. No caso utiliza-se a gama-câmara, que é um detector sólido de cintilação. A gama-câmara é constituída de um cristal cujos elétrons são excitados ao interagirem com a radiação. Ao voltarem ao estado fundamental são emitidos fótons de luz. Esses fótons produzem pulsos elétricos em uma válvula multiplicadora, que são a base da formação da imagem por um sistema computacional integrado a gama-câmara.
c) O composto é gerado pela biodistribuição do radio-traçador no órgão alvo que pode ser diferenciada pela presença de algum distúrbio funcional. Podendo haver no mesmo tecido, áreas mais escuras que são hipercaptantes ou mais claras que são hipocaptantes.
2 - A energia de fótons de gama emitidos pelo Tc se aproxima da energia dos elétrons da camada de valência do cristal NaI, o qual aumenta a probabilidade de interação dos fótons com esses elétrons, aumentando assim a eficiência de detecção do Tc.
3 - Existem três características do Tc que concorrem para uma menor exposição do paciente quando comparada a exposição ao I:
a)O Tc é um emissor gama puro, enquanto o I emite radiação beta, além de gama. As partículas beta interagem mais com o tecido que os fótons de gama, depositando uma quantidade maior de energia no corpo do paciente, o que se traduz em maior exposição.
b)A meia-vida física do Tc é bem menor do que o do I, o que atenua bastante a exposição do paciente por diminuir a meia-vida efetiva.
c)O fato dos fótons emitidos pelo Tc serem cerca de 3 vezes mais eficientemente detectados em relação aos emitidos pelo I, possibilita a utilização de atividades mais baixas de Tc, o que diminui a exposição.
4 - Uma vez que a meia-vida do Tc - 99m é de 6 horas e que o intervalo de tempo transcorrido até a hora do exame foi de 12 horas, o que corresponde a duas meias-vidas, após esse tempo ele será de 50mCi/mL. Dessa forma, com uma diluição adequada esta solução poderá ser utilizada no referido exame.
5 - Uma vez que a TLE é mais alta para as radiações particuladas(alfa, beta e pósitron) do que para as radiações eletromagnéticas ionizantes, X e gama, considerando uam fonte externa de radiação as últimas oferecem maior risco de exposição do que as primeiras, uma vez que possuem alcance maior que as radiações particuladas.

Resumo:

TRacador: molecula organica afinidade com orgão alvo e é ligada ao radionuclideo.
Radionuclideo=radioisotopo: nuclideo emissor de radiação

Produção radionuclideos:
Geradores: Molibdenio- tecnecio: Mo depositado numa coluna alumina e, onde decai emitindo beta negativo originando tc, que é removido por eluição da coluna com solução salina..

Aceleradores de particulas: utilizado ora obteção de radionuclideos emissores de radiação beta postitiva. Radioisotopos com meia vida curta. Ex F-18

Reatores nucleares: por fissão nuclear, atomos pesados são bombardeados com neutros, se dividindo em nucleos menores, liderando grande energia. Pode sofrer fissão espontanea(nucleos muito pesados)

Equipamentos p/ obtenção imagens cintilograficas:

Gama camera

Spect: tumografia computadorizada por emissão de foton unico. Imagem tomografica. Utiliza se gama cameras com 2 ou 3 detectores que doram ao redor do paciente. Perfusão miocardica e algumas causas de demencia. Imagem metabolica

Pet: utiliza radiofarmacos com radionuclideos emissores de de radiação beta positiva.Imagem metabolica e tumografica. Aplicação oncologia e metabolismo energetico cerebro: desoxiglicose-F-18. Positron é aniquilado gerando 2 fotons.

Desativações atomicas: um atomo no estado fundamental pode absorver energia da radiação eletromagnetica, excitando eletrons que passam para um nivel mais energetico. Cessand se a energia, o eletron volta para o seu orbital do estado fundamental emitindo foton de luz visivel, UV ou raios X.

Desativações de nucleoos: nucleos de atomos radioativos emitem radiação. Sob ação de um campo magnetico, esses nucleos estão alinhados. Se submetidos a  uma fonte de radiofrequencia, os nucleos invertirao o alinhamento  e quando a RF cessa, voltam ao alinhamento inicial emitidno fotons de radiofrequencia. RNM

Desativações moleculares: moleculas possuem energia total: Ee, Ev, Er, Et. Ao absorver energia, as 4 parcelas podem ser afetadas. Os estados excitados são s1, s2, s3( mantem orientação spin) e T1, T2, T3(inversão spin). O excesso de energia pdoe ser usado em reações quimicas ou eliminados por fotons> Florescencia: emissão quase isntantanea, imediata a extinção da fotne excitante. Emite em todas direções e tem expectro caracteristico p cada substancia. Fosforescencia: emissão retardada da luz apos excitação.

Nucleo atomico

Hadrons: particulas compostas por quarks, que nao podem ser isolados.

Protosn: dois up + um down. Neutrons: dois down e um up.

Defeito de massa: 2 nucleos se fundem pra formar um nucleo liberam energia(ligação), portanto a massa é menor.

Leptons: eletrons

$ forças:

Nuclear forte fundamental: gluons força de adesao entre quarks. F F residual: adesão entre protons e neutrons

F fraca: Bosons vetoriais W+,W-,Zº: mantem estabilidade nuclear

F eletromagnetica: foton virtual influencia particulas que tem carga

Interação gravitacional: graviton influencia particulas que tem massa.

detectores solidos de radiação: constituidos de cristais, cujos eletrons se distribuiem em niveis de energia chamados bandas permitidas: entre essas bandas ecistem as bandas proibidas onde nao existem eletrons. A banda de mais alta energia e a banda de valencia. Um eletron de valencia pode ser excitado, saltando para a banda de condiuçãoe o processo é chamado ionização. Quando o eletron vai pra banda de excitação, o processo é chamado de excitação e ao retornar para a banda de valencia, ele emite fotons de  luz visivel´tipo fluorescente, que são detectados por cintiladores fluorescentes