Fizic atomic i nuclearFIZIC MEDICALdr. Sonia Herman

Atomic i nuclear

Structura atomuluiNucleu.Protoni.N numr atomic (Z).Poziia n tabelul lui Mendeleev.Neutroni.mP mN u.a.m. (dalton D).P + N numr de mas (A).Electroni.Nivele energetice.Cuantificate.Nunere cuantice.

Atomic i nuclear

ExcitareAbsorbia de energie.hn = De.Nivelele periferice vizibil i UV.Nivelele profunde X.Reacii fotochimice.

Atomic i nuclear

ExcitareSpectre de absorbie.Excitri electronice.Excitri moleculare.Benzi de absorbie.Cromofori.Gr. khroma = culoare; phorein = a purta.Maxim de absorbie.

Atomic i nuclear

Cromofori ApaProteine 280 nmAcizi nucleici 260 nmRodopsina (500 nm). Melanina. Hemoglobina.

OxihemoglobinaDomeniull(nm)UV275Reziduuri aromaticeVizibil414540576Nucleu porfirinicIR310045006200HistidinLeucinLeucin & histidin

Atomic i nuclear

Dezexcitare Radiativ.Spontan.Stimulat.Neradiativ.Fotosensibilizare.

Atomic i nuclear

FluorescenaExcitarea n banda de absorbie.Emisie n banda de fluorescen.Independent de condiiile externe.Legea lui Stokes (1852).

Marcare fluorescent.

Atomic i nuclear

Ionizare Definiie.Energia de legtur.hn > De.Radiaii ionizante.EM X, g.l < 100 nm; e > 12,4 eV. X nveliul electronic.g nucleu.Corpusculare.a, b, b+, neutroni etc.

Atomic i nuclear

Dezintegrarea radioactiv spontanIzotopi: ; A = Z + N. Compoziia izotopic; 99,9844%; 0,0156%; ~ 0%.Stabilitatea nucleelor.Legea de dezintegrare. Proces aleatoriu.Constanta de dezintegrare l. N(t) = N0elt; Timpul de njumtire T = ln2/l. 1,6104 s; 5720 a; 4,5109 a; 2,71017 a.

Atomic i nuclear

Dezintegrarea radioactiv spontanFamilii radioactive. T1 = 1620 a; T2 = 4,8 z.Activitatea sursei. A(t) = A0elt. [A]SI = Bq (becquerel).

Atomic i nuclear

Tranziii izobareb Exemple: .131I; 133Xe; 99Tc.b+ Exemple: 11C; 13N; 15O; 18F. Anihilarea: e+ + e 2hn (20,511 MeV). (109 s; mm).

Atomic i nuclear

Tranziii izobareCaptarea de electroni (CE). Exemple: 67Ga; 111In; 123I; 125I.Emisie X. Emisie g stare excitat 99mTc.

Atomic i nuclear

Tranziii

Atomic i nuclear

Reacii nucleareDezintegrarea provocat.X + a Y + b.Rutherford (1919):Fisiune nuclear.Centrale nucleare.Bomba atomic.Fuziune nuclear.Reacia termonuclear:Energia stelar.Bomba cu hidrogen.Reacii fotonucleare.

Atomic i nuclear

Surse de radiaiiRadiaii cosmice.Minereuri radioactive.Deeuri radioactive.Iradiere medical.Accidente nucleare.

Atomic i nuclear

Surse de radiaii XTub vidat cca 104 Pa.Catod emisie termoelectronic.Anod.Tungsten Z = 74 i ttopire = 3200 oC; Aliaj de tungsten i reniu; molibden; grafit.nclinaie 7 20 grade; fascicul tronconic; Dimensiunea focal a spotului: 0,1 2 mm. 3000 ture/s.U = 25 140 kV; 300 kV tomografie.

Atomic i nuclear

Surse de radiaii XMecanisme de emisie.Radiaii de frnare.Radiaii carcateristice.Spectrul radiaiilor X.

Atomic i nuclear

Producerea radioizotopilorReactor nuclear 131I.Accelerator liniar.Ciclotron.Generatoare de radionuclizi.

Atomic i nuclear

Interaciunea primar cu substanaNatura radiaiei.Radiaii EM.Radiaii corpusculare.ncrcate.Neutre.Energia.

Atomic i nuclear

Radiaii EMEfectul fotoelectric (EFE).Efectul Compton (EC).Materializare.Formarea de perechi e/e+.

Atomic i nuclear

Radiaii corpusculare ncrcatea, , protoni.Ionizare perechi de ioni 30 eV.

Atomic i nuclear

Electroni (E)Cmpul E al nucleului.Deviere.Electroni mprtiai elastic (EE).Frnare. Electroni mprtiai neelastic (ENE) Xf.Electroni.Electroni secundari (ES). Xc.Aplicaii: emisie X, microscopie electronic.

Atomic i nuclear

Radiaii corpusculare neutreNeutroni rapizi (e > 1 keV).Ciocniri elastice cu nucleele.Conservarea impulsului Recul al nucleului. Eficien maxim (0,5) pt. H.ncetinirea neutronului incident.Indirect ionizani.

Atomic i nuclear

Radiaii corpusculare neutreNeutroni leni.Captur radiativ. . Emisia unui proton. p i g pot produce ionizri.Indirect ionizani.Penetrante.

Atomic i nuclear

Scintilaia Scintilatori solizi.Iodur de sodiu cu urme de Tl.X, g ionizri i excitri.Fotoni de scintilaie l = 410 nm.Scintilatori lichizi.b.Detectoare de radiaii.

Atomic i nuclear

Atenuarea radiaiilorTransferul liniar de energie (TLE).TLE = dW/dx [TLE] = keV/m.Protoni i particule a.TLE 15 keV/m.Traiectorie rectilinie.cm n aer, zeci de m n ap i n esuturile moi.Electroni.TLE mai mic.Repetate schimbri de direcie.m n aer; 1 2 mm n ap i n esuturile moi.X i gTLE foarte mic atenuare.Penetrante.

Atomic i nuclear

Legea de atenuareI = I0ex I ~ N.m(e, r, Z).I/I0 = e1; mx = 1; x = 1/m.Grosimea de njumtire GI = ln2/m;Pb 1 MeV GI = 0,88 cm. Penetrare I/I0 = (1/2)n

Atomic i nuclear

Dozimetria de radiaiiMrimi i uniti.Detectoare.

Atomic i nuclear

Mrimi i unitiActivitatea sursei.[A]SI = Bq; 1 Ci (curie) = 37109 Bq.Fluxul energetic.F = dW/dt; [F]SI = W. Energia total. [W]SI = J.

Atomic i nuclear

Doza incident (expunerea Di).Di = dq/dm cantitatea de sarcin produs n unitatea de mas.t = 0 oC, p = 1 atm.[Di]SI = C/kg; 1 C/kg = 6,241018 ionizri.1 R (roentgen) = 2,58104 C/kg.Debitul dozei incidente.dDi/dt C/(kgs).Mrimi i uniti

Atomic i nuclear

Mrimi i unitiDoza absorbit (D). D = dW/dm.[D]SI = Gy.1 rad = 102 Gy.Debitul dozei absorbite Gy/s.

Atomic i nuclear

Mrimi i unitiDoza echivalent (echivalentul dozei, H).H = QD; Q = factor de calitate (eficacitatea biologic relativ EBR).Doza De a radiaiei de referin / doza D a unei radiaii care produce acelai efect.[H]SI = Sv.Q(TLE).X, g, b Q = 1 (1 Sv = 1 Gy).Neutroni i protoni Q = 10 (1 Sv = 10 Gy).Particule a - Q = 20.1 rem = 102 Sv.

Atomic i nuclear

Mrimi i uniti

MrimeaDefiniieUM SIUM istoricActivitateaA = dezint/sBq1 Ci = 37109 Bq Energia totalWJFluxul energetic = dW/dtWDoza incident(expunerea)Di = dq/dmC/kg1 R = 2,58104 C/kg Doza absorbitD = dW/dmGy = J/kg1 rad = 102 GyTLETLE = dW/dxkeV/mmDoza echivalentH = QDSv1 rem = 102 Sv

Atomic i nuclear

Detectoare de radiaiiRata de inciden.N1 = N0 W/4p.r, d W = pr2/d2; N1 = N0 r2/4d2.Eficacitate (e).N2 = eN1 = N0 r2/4d2.Timp mort t e Timpul de msurare l.Fondul natural de radiaii.

Atomic i nuclear

Detectorul cu gazCapacitatea de ionizare specific.Numrul de perechi de ioni creai pe unitatea de lungime a traiectoriei.U.Fereastr pt. radiaii corpusculare.

Atomic i nuclear

Detectoare cu scintilaieCristal de scintilaie.Fotomultiplicator. Fotocatod (FC).9 12 dinode (D).A ~ 109.

Atomic i nuclear

Alte detectoareFilme fotosensibileDetectoare termoluminiscente

Atomic i nuclear

Efecte moleculareEfecte directe.Ionizare sau excitare.Revenirea n starea fundamental. Transferul de energiei altei molecule. Ruperea unei legturi covalente. Radicali liberi.

Atomic i nuclear

Radioliza apeiExcitare.H2O H2O* HO + H.Ionizare.H2O H2O+ + e; H2O+ H+ + OH. Radicali liberi.HO (oxidant); H (reductor); eh (reductor).H2O2(oxidant).Interaciune cu biomolecule.Reacii nefiziologice.Produi aberani.

Atomic i nuclear

Aciunea asupra acizilor nucleiciAlterarea bazelor azotate.Dimerizarea timinei.Intracatenar.Intercatenar.Imposibilitatea clivrii diviziunii.

Atomic i nuclear

Aciunea asupra acizilor nucleiciRupturi simple ori multiple ale catenei ADN.0,1 Gy: 100 alterri de baze, 100 rupturi simple, 10 rupturi multiple.Mutaii cromozomiale.

Atomic i nuclear

Aciunea asupra acizilor nucleiciMecanisme fiziologice de reparare enzimatice.O caten intact.Rupturi.Marginile breei hidrolizate.Extirparea zonei lezate.Resintetizarea fragmentelor lips.Refacerea catenei.Alterri ale bazelor.Ruperea catenei.3 6 ore.Maximum 90% din alterri.

Atomic i nuclear

Aciunea asupra proteinelorFormarea de peroxizi.Modificarea aminoacizilor (decarboxilri sau dezaminri), polimerizarea tirozinei etc.Rupturi ale punilor de hidrogen.Reconstituirea n alt fel.Formarea de legturi disulfidice (SS).Ruperea lanului polipeptidic.Alterarea conformaiei Dezactivarea enzimelor incapacitatea realizrii funciei.Pot rmne un timp relativ lung sub form de radicali liberi efecte ntrziate.

Atomic i nuclear

Efecte celulareLegea Bergoni i Tribondeau.Rata diviziunii celulare mai mare.Durata mitozei mai lung.Mai nedifereniate (nespecializate).Aberaii cromozomiale. ntrzierea mitozei, mutaii.Celulele care se divid moarte celular ntrziat.Celulele mature moarte celular.Incapacitatea de realizare a funciei.Scar a radiosensibilitii.Mare celulele embrionare, hematopoietice, gonadele, epiderma, mucoasa intestinal.Mic esutul conjunctiv, muscular, nervos adult.Excepii cristalinul, limfocitele.

Atomic i nuclear

Ciclul celularVariaz n raport de 1/10.Maxim mitoz i G2.Aberaii cromozomiale.Minim G1.

Atomic i nuclear

Variaia radiosensibilitii celulare10% din mutaiile ce apar n prezent n lumea vie se datoreaz radiaiilor ionizante.Iradierea fracionat.Procese reparatoare.Aditivitatea efectelor (efectul cumulativ). Reparaie incomplet.

Atomic i nuclear

Relaia doz/efectRata de supravieuire.S = N/N0; N celule indemne. D50 S = .Curb exponenial / curb sigmoid.Teoria intei structuri sensibile.O singur int. ; D0 S = 1/e.dD/D0 probabilitatea ca o doz infinitezimal dD s loveasc letal inta.n inte.Reparare.Model combinat.

Atomic i nuclear

Efecte tisulare i la nivelul organismului ntreg

Energia (doza) absorbit.Radiosensibilitatea esutului. Cinetica diverselor compartimente celulare.Compartiment de proliferare (celule su).Celule difereniate.Echilibru.Procese de reparare tisular.Micorarea duratei ciclului mitotic.Extinderea compartimentului celulelor su.Mrirea coeficientului de proliferare.

Atomic i nuclear

Clasificarea efectelorFuncie de rezultat.Letale.Mduva hematopoietic, ficatul, encefalul i trunchiul cerebral.Funcionale.Pielea, gonadele.Funcie de probabilitate.Sigure.Boala de iradiere / maladia actinic (gr. aktis = raz).Doz mare.AleatoareDoz mic.

Atomic i nuclear

Efectele sigureDoz letal 50%.Iradiere global: 3 Gy.50 Gy cteva ore. Sistemul nervos (edemul i necroza preponderent vasculare).5 50 Gy o sptmn. Distrugerea epiteliului intestinal (necroze ale celulelor criptice din intestinul subire, necroze ale mucoaselor digestive, rupturi vasculare cu hemoragia consecutiv etc.).

Efectele aleatoareTardive.Doze orict de mici.Nu exist o doz minim la care sigur nu apar efecte.Neoplazii. Leucemii, cancere ale pielii, tiroidiene, sarcoame osoase, cancere bronice etc.

Atomic i nuclear

Iradierea foetusului0,5 0,05 Gy.Moartea intrauterin sau postnatal.Malformaii.Cancere n copilrie.

Atomic i nuclear

Iradierea internOrgane critice.Timpul de njumtire efectiv Te.Timpul de njumtire T.Timpul de njumtire biologic Tb. Te < T, Tb.Toxicitatea radioizotopului90Sr, 226Ra, 210Po, 239Pu.

Atomic i nuclear

Surse de radiaii Iradierea natural.Iradierea artificial.Populaia.Implicai profesional.Tipuri de protecie.Fizic ecrane protectoare.Chimic substane radioprotectoare.Parametri necesari.Tipul iradierii.Tipul izotopului tipul tranziiei, energia.Doza.Deeurile radioactive.

Atomic i nuclear

Iradierea naturalRadiaiile cosmice. 0,3 mSv/an la nivelul mrii. 1,2 mSv/an la 2000 m altitudine.Minereurile radioactive. 0,3 mSv/an n regiunile sedimentare.1,3 mSv/an n zonele granitice.Iradierea intern.40K cca 0,25 mSv/an.

Atomic i nuclear

Iradierea artificialSurse.Deeuri radioactive; emanaii de la centrale. 0,1 mS/an.Iradiere accidental.Accidente nucleare.Iradiere medical.Standarde.Comisia Internaional de Protecie Radiologic.Doza echivalent efectiv20 mSv/an persoanele expuse profesional. 1 mSv/an restul populaiei.

Atomic i nuclear

Accidente nucleareCunoaterea compoziiei izotopice.Informarea populaiei.Depunere, ingestie, inhalare.Competiie izotopic.Substane radioprotectoare.Cisteina, cisteamina, unele vitamine hidrosolubile; substane reductoare ce limiteaz aciunea radicalilor liberi.Competiie cu moleculele fiziologice n faa aciunii peroxizilor.Combinare cu moleculele ce trebuie protejate.Toxicitate.

Atomic i nuclear

Iradierea medicalLimitarea la strictul necesar.Evitarea iradierii femeilor nsrcinate i a copiilor.Alegerea parametrilor.Alegerea izotopului.Ecrane protectoare.

Atomic i nuclear

Aplicaii medicaleCercetareInvestigaii diagnostic.Terapie.

Atomic i nuclear

Radioterapie Principiul.Radiosensibilitate mai mare a formaiunilor maligne.Legea Bergoni i Tribondeau.Modul de iradiere.Iradiere extern.Ecrane protectoare.Iradiere intern.Radiofarmaceutice fixare preferenial.Radiaii puin penetrante corpusculare.Probleme.Protejarea zonelor sntoase radiosensibilitatea.Radiosensibilizatoare toxicitate.Monitorizarea pacientului.Ex. formula leucocitar.

Atomic i nuclear