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TEIA DOTEIA DO SABERSABER2005

Fundação de Apoio às Ciências: Humanas, Exatas e Naturais

Física Aplicada à Medicinae à Biologia

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULOSECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO

DIRETORIA DE ENSINO - REGIÃO DE RIBEIRÃO PRETOAv. Nove de Julho no. 378 - Ribeirão Preto

METODOLOGIA DE ENSINO DE DISCIPLINAS DA ÁREA DE CIÊNCIAS DA NATUREZA, MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS DO ENSINO

MÉDIO: FÍSICA, QUÍMICA E BIOLOGIA

Material Pedagógico para uso do professorEVenda Proibida Coordenação GeralProf. Dr. Mauricio dos Santos Matos(16) 3602-3670 e-mail: [email protected]

Acompanhe a programação pela internet: http://sites.ffclrp.usp.br/laife

Curso I (Inicial)

Prof. Dr. Dráulio Barros de AraújoProf. Dr. Marcelo Mulato

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias do Ensino Médio: Física, Química e Biologia (Tuma Inicial)

Física Aplicada à Medicina

e à Biologia

Prof. Dr. Dráulio Barros de Araújo e Prof. Dr. Marcelo Mulato

APRESENTAÇÃO DOS PROFESSORES RESPONSÁVEIS PELO MÓDULO DE ENSINO

Prof. Dr. Dráulio Barros de Araújo: Graduado em Física (1995, IF/UNB/DF), com Mestrado em

Física, pela Universidade Federal do Ceará (1997) e Doutorado em Física, na área de Física Aplicada à

Medicina e Biologia (2002). Fez o Pós-Doutorado na área de Imagens por Ressonância Magnética no

Hospital das Clínicas, da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (2002). Desde outubro de

2002 é professor doutor no Departamento de Física e Matemática, FFCLRP-USP. Sua área de pesquisa

envolve o estudo de processos cerebrais em humanos, através do desenvolvimento de técnicas de análise

por imagens funcionais por ressonância magnética. Coordenou a elaboração do Projeto “No Picadeiro da

Física”, que tem por objetivo levar, em forma de espetáculo interativo, várias demonstrações de Física,

muitas delas presentes no cotidiano das pessoas. Participou também das versões anteriores em 2003 e

2004 do programa Teia do Saber. Publicou 10 artigos nos últimos 3 anos, sendo quatro delas voltadas à

divulgação e ensino de ciências. Está orientando atualmente sete alunos de mestrado, dois de doutorado e

três de iniciação científica.

Prof. Dr. Marcelo Mulato: Graduado em Física (1991, IF/UNICAMP), com Mestrado em Física,

pela UNICAMP (1994) e Doutorado em Física Aplicada, também pela UNICAMP (1998). Fez dois Pós-

Doutoramentos, um primeiro em Princeton (1998 – 1999) e um segundo na Xerox Parc (1999 – 2000) na

área de materiais. Desde 2000 é professor doutor no Departamento de Física e Matemática, FFCLRP-USP.

Sua área de pesquisa envolve o estudo e desenvolvimento de biosensores e materiais. Participou também

das versões anteriores em 2003 e 2004 do programa Teia do Saber. Publicou 7 artigos nos últimos 3 anos

em revistas internacionais indexadas. Está orientando atualmente um aluno de mestrado, cinco de

doutorado, um de iniciação científica e um de Pós-Doutorado.

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matemática e suas

2Tecnologias do Ensino Médio: Física, Química e Biologia (Tuma de Inicial)

APRESENTAÇÃO DAS ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS

Caros Professores:

Este material de apoio do Programa Teia do Saber abrange o tema de “Física Aplicada à

Medicina e Biologia”.

Nele você encontrará a Apresentação do Tema com os tópicos que serão estudados por

meio de exposição teórica e atividade prática, além da discussão de atividades de sala de aula

relacionada ao tema e proposta pelo docente que está desenvolvendo este módulo de ensino.

O material traz uma síntese do tema, por meio de textos, além de atividades práticas.

Na seção Atividade de Sala de Aula, são indicadas propostas para você desenvolver com

seus alunos. O objetivo desta atividade é promover discussões com os professores sobre as

implicações pedagógicas das mesmas.

No final você encontrará Referências Adicionais com indicações de sites, livros, teses e

filmes relacionados com os temas tratados neste módulo de ensino..



INTRODUÇÃO

Neste tema buscamos desenvolver conceitos fundamentais sobre física aplicada a

medicina e biologia, visando principalmente o estudo de imagens médicas e técnicas de terapia.

O módulo de ensino que iremos desenvolver totaliza 5 horas, divididas em duas partes. Na

primeira parte, trataremos de conceitos fundamentais relacionados a raios-X, ultrassom, e

ressonância magnética, que possibilitarão o entendimento de algumas questões do seu uso

cotidiano em diagnóstico médico na imagem radiográfica, na tomografia computadorizada, na

imagem por ultra-som, na imagem de medicina nuclear e na imagem por ressonância magnética.

No segundo módulo, estudaremos o uso da física em técnicas de tratamento e terapia, onde

cobriremos principalmente a radioterapia, medicina nuclear, a terapia fotodinâmica, o ultrassom,

e a entrega de droga controlada. Os módulos estão descritos abaixo.

Módulo 1: 7:30h – 10:30h

1. Introdução às imagens médicas (Base Física das Imagens Médicas)

2. Imagem Radiográfica (Radiografia Digitalizada e Radiografia Digital)

3. Tomografia Computadorizada

4. Imagem por Radionuclídeos

5. Imagem por Ultra-som

6. Imagem por MRI (As Neuroimagens Funcionais)

Módulo 2: 11:00h – 13:00h

1. O que é o câncer

2. Radioterapia

3. Medicina Nuclear

4. Fotoquimioterapia

5. Ultrassom

6. Drug Delivery: Entrega controlada de droga.



PARTE A – Técnicas de Imagem e Diagnóstico: Uma Introdução às Imagens Médicas

Gerar a imagem de um tecido significa, essencialmente, mapear alguma característica física de diferentes porções espaciais dele. Assim, por exemplo, imagens de raios-X são formadas a partir do coeficiente de atenuação do material. Por sua vez, qualquer imagem digital é formada por um número finito de elementos, onde cada elemento é denominado pixel. Assim, podemos representá-las por redes bidimensionais (matrizes) em que o número de linhas e de colunas indica o tamanho da imagem. No caso de uma representação volumétrica, 3D, os elementos fundamentais constituintes da imagem são denominados voxel.

Isso posto, cabe acrescentar que cada um dos pixels da imagem tem associado a ele um valor, que traduz a intensidade luminosa daquele ponto. O contraste de uma imagem, pois, refere-se à representação gráfica de diferentes regiões apresentadas por diferentes intensidades. Uma fotografia em tons de cinza apresenta características únicas, distinguindo regiões de alta luminosidade, com pontos mais próximos ao branco, das de pouca luminosidade, caracterizadas por pontos mais próximos do preto. Qualquer outra situação de luminosidade intermediária é representada por pixeis em tons de cinza. Esse é, também o caso da grande maioria das imagens médicas. Definimos com base em características físicas específicas de um determinado tecido, se ele pertence a uma região de alto contraste (próximo ao branco) ou de baixo contraste (próximo ao preto).

Esquematicamente, de uma maneira geral, podemos dizer que os sistemas de formação de qualquer modalidade de imagem são compostos por um sensor e um transdutor. O sensor é o responsável por captar a resposta do objeto ao estímulo, devendo ser constituído por material sensível à variação da propriedade física do objeto responsável pela formação da imagem. A função do transdutor é transformar a informação captada pelo sensor em um formato compatível com o sistema de exibição.



Se a detecção for feita em filme o processo de formação da imagem se completa com sua revelação. Se a imagem for exibida em algum tipo de monitor, o processo é mais complexo, necessitando de um sistema de varredura e sincronismo de sinal (sistema de raios-X, por exemplo).

O QUE É IMAGEM MÉDICA, E PARA QUE ELA SERVE?

Para que ela serve? O homem é, sob vários aspectos, uma máquina altamente complexa. Em um motor de carro, por exemplo, os diagnósticos de possíveis problemas passam por longas etapas de testes, levadas a cabo, usando, cada vez mais, aparelho de uma complexidade muito grande. Assim também é a máquina humana (como toda boa analogia, esta, também, não deve ser extrapolada além da sua utilidade!). Contudo, nos testes diagnósticos médicos, a imagem médica é, freqüentemente, um elemento fundamental, constituindo um processo de teste não destrutivo e, acima de tudo, não-invasivo. A exigência é a de gerar um conjunto de informações extremamente relevantes sobre a patologia em questão, trazendo o mínimo de desconforto e dano ao paciente.

Agora, o que é uma imagem médica? É uma representação, um mapa, do modo no qual uma propriedade física ou química particular (ou um parâmetro relacionado) varia dentro do corpo humano.

As várias formas de imagens médicas discutidas a seguir têm uma característica importantíssima: o fato de que a propriedade física na qual a imagem é baseada trás uma relação íntima para com as características anatômicas e fisiológicas da parte do corpo da qual ela é derivada.

AS BASES FÍSICAS DA IMAGEM MÉDICA

Desde o seu aparecimento, as imagens médicas têm adquirido propriedades próprias, surgindo, a cada momento, novas modalidades. Aqui, entraremos em detalhes apenas nas mais utilizadas do ponto de vista clínico: a imagem radiográfica, a tomografia computadorizada, a imagem por ultra-som, a imagem de medicina nuclear e a imagem por ressonância magnética.

Imagem Radiográfica. Em imagem de radiografia convencional, estamos interessados em medir a atenuação da radiação eletromagnética de alta energia (Raios-X) por diferentes partes do corpo.

Quando um feixe de raios X atravessa um corpo sua intensidade se reduz como conseqüência da absorção que sofre o feixe primário ao nível da parte atravessada. Esta absorção é: 1) Diretamente proporcional à espessura e ao peso atômico do corpo atravessado; 2) Inversamente proporcional ao comprimento de onda ou capacidade de penetração da

radiação primária.

Este processo pode ser descrito pela equação:

)exp( dII o µ−=



em que Io e I são as intensidades de uma linha radiográfica, que penetra e sai do corpo cuja densidade é d e coeficiente de absorção é µ.

Os tecidos inorgânicos causam, geralmente, uma elevada absorção; ocorre o contrário com os tecidos orgânicos. Uma elevada densidade ou peso atômico do tecido se associa geralmente a uma espessura elevada, circunstância na qual deve se recorrer a métodos radiológicos especiais que serão tratados mais adiante. A absorção em corpos de composição homogênea depende, fundamentalmente, da espessura. Suponhamos um material de estrutura uniforme, por exemplo, um bloco de alumínio. Espessura uniforme: suponhamos um bloco que contenha, em sua parte média, uma cavidade. A absorção ao nível desta cavidade será naturalmente menor e assim a quantidade de radiação remanescente correspondente ao sítio ocupado pela cavidade, donde há perda de substância e, portanto menor espessura, será maior. A densidade radiográfica da cavidade será, portanto, maior. Há, portanto, diferença de densidade entre o bloco de alumínio e a zona ocupada pela cavidade, diferença de densidade que se deve, em primeiro termo, a uma menor absorção nesse nível da cavidade e, em segundo lugar, a sua conseqüência, a maior quantidade de radiação remanescente. Espessura não-uniforme: para objetivar as características da absorção em um corpo de composição uniforme, mas de espessura desigual recorremos ao exemplo da cunha de alumínio com degraus de espessuras distintas. Em qualquer região anatômica existem tecidos de distintas espessura e composição. Estas distintas espessuras determinam distintos graus de absorção e, desta maneira, distintas densidades na radiografia. É que cada elemento anatômico absorve uma determinada quantidade de radiação primária em relação direta à espessura e peso atômico do elemento anatômico. Assim, por exemplo, quando um feixe de raios X passa através de uma determinada espessura de tecido muscular, depois através de uma determinada espessura de osso e, logo, novamente através de outra espessura de tecido muscular, a densidade total que se expressa no filme radiográfico será a resultante da soma dos distintos graus de absorção provocada pelas distintas espessuras e pelos diferentes tecidos. Intervêm, pois dois fatores: a espessura e o estado físico ou composição dos tecidos; este último elemento se conhece também por contraste de tecido ou contraste tissular. O contraste tissular traduz a diferença de absorção que ocorre em uma determinada região anatômica constituída por tecidos de distinta densidade. Quanto maior é a diferença de absorção entre dois tecidos, tanto maior é o contraste tissular. Assim, por exemplo, o osso absorve grande quantidade de radiação por seu elevado peso atômico ao contrário do tecido frouxo que absorve uma proporção muito menor. Em uma radiografia de um membro, por exemplo, o contraste tissular será elevado já que há grande diferença de absorção entre o osso e o músculo. Menor contraste tissular haverá, em compensação, entre rim e partes moles que o rodeiam já que o grau de absorção entre ambos elementos é semelhante.



Em conseqüência, a absorção seletiva por parte de cada um dos elementos integrantes de uma parte anatômica determina, na radiografia, diferentes densidades. Desde a descoberta, por Wilhelm Conrad Röetgen, em 1895, dos raios X, até os dias de hoje surgiram várias modificações nas técnicas e nos aparelhos radiográficos, como a invenção dos diafragmas, grades anti-difusoras, telas reforçadoras, etc. Tais artefatos foram criados no intuito tanto de diminuir a exposição dos pacientes às radiações ionizantes, quanto melhorar a qualidade das imagens obtidas. A evolução na qualidade das imagens é flagrante quando comparamos a primeira radiografia, tirada por Röetgen da mão de sua mulher, com as radiografias modernas.

À esquerda primeira radiografia tirada por Roetgen, que levou 15 minutos para ser obtida e, à direita, uma radiografia moderna, que é feita em alguns instantes com mínima exposição do paciente à radiação. Note a grande diferença na qualidade e nitidez entre as duas imagens.

A imagem radiológica é uma projeção em um só plano de estruturas de diferentes densidades e dispostas em diferentes planos. Por essa razão existem deformações e distorções das estruturas nela representadas, acarretando uma falta de nitidez à radiografia (borramento).

Radiografia Digitalizada. Uma imagem digital é uma imagem f(x,y) que foi discretizada em relação às coordenadas espaciais e ao brilho. Uma imagem digital pode ser considerada uma matriz na qual os índices de linha e coluna identificam um ponto e o valor correspondente ao elemento da matriz identifica seu nível de cinza. Os elementos do conjunto da imagem digital são chamados “elementos da imagem” ou “pixels”. Embora o tamanho da imagem possa variar com a aplicação, o mais comum e prático é utilizar conjuntos quadrados que possuam tamanho e números de níveis de cinza representados por números inteiros que são potência de 2. Por exemplo, 512 x 512 x 128 níveis de cinza (29 x 29 x 27 ), que é um padrão comparável à TV em preto e branco.

O processo de digitalização irá transformar a imagem, do filme ou monitor, chamada de analógica em uma imagem compatível com o formato dos computadores, chamada digital. Na



digitalização, a imagem é amostrada (sampled) em uma grade discreta de pontos e cada amostra (ou pixel) é quantizada (quantized) em um número finito de bits.

Na realidade, o processo de digitalização é um processo eletrônico. Ou seja, é a transformação de um sinal elétrico analógico (contínuo) em um sinal elétrico digital (discreto). Desse modo, para que a informação presente em uma imagem possa ser digitalizada ela deverá estar sob a forma de sinal elétrico. No caso de imagens exibidas em monitor, basta digitalizar o sinal elétrico (sinal de vídeo) fornecido ao monitor. No caso de filmes, é preciso inicialmente fazer uma varredura ótica do filme, para transformar a informação contida na imagem em sinal elétrico, e então digitalizar esse sinal.

Um método comum de amostragem da imagem é fazer sua varredura linha por linha e amostrar cada linha. O processo de amostragem deve seguir determinados princípios (teorema da amostragem) no que se refere ao tamanho da abertura de amostragem (aS) e ao número e intervalo entre aberturas (∆S), para garantir um mínimo de qualidade na imagem digitalizada.

Após a amostragem é feita a quantização das amostras. A quantização mapeia uma variável contínua em uma variável discreta, que pode assumir valores dentro de um conjunto finito de números. Esse mapeamento, no geral, segue uma função escada e o tipo de quantização mais comum é a quantização uniforme. A quantização trabalha em potência de 2, ou seja, N bits ⇒ 2N níveis de cinza.

A abertura de amostragem irá definir o tamanho do pixel, ou seja, a resolução espacial da imagem. A resolução espacial é uma medida da habilidade do sistema de imagem de exibir imagens separadas de dois objetos de contraste distinto colocados próximos. Reflete o tamanho do menor objeto que o sistema consegue reproduzir, sendo geralmente medida em pontos por polegadas (ppp ou dpi). Quanto maior a resolução espacial, menor o tamanho do pixel e vice-versa.

A quantização irá definir o número de níveis de cinza da imagem, ou seja, sua resolução de contraste. A resolução de contraste é uma medida da habilidade do sistema de exibir de forma distinta a imagem de objetos relativamente grandes (2 ou 3 mm) que sejam “levemente” diferentes em ralação à densidade de sua vizinhança. Quanto maior o número de níveis de



quantização, maior será a resolução de contraste e, consequentemente, melhor será a reprodução na imagem de pequenas variações de contraste entre as estruturas.

Na prática, a digitalização de filmes é feita com um equipamento chamado scanner que, acoplado a um microcomputador, realiza a varredura ótica do filme, e a digitalização do sinal elétrico resultante, fornecendo a informação digital para o computador. Para digitalizar sinais de vídeo existem placas digitalizadoras que, acopladas a um microcomputador, digitalizam o sinal possibilitando a aquisição digital da imagem. Os aparelhos de obtenção de imagens radiográficas em formato digital integram esses componentes em seu interior.

Radiografia Digital. Além do processo de digitalização de filmes fotográficos há bastante pesquisa sendo realizada para o desenvolvimento de equipamentos que sejam utilizados em substituição às chapas fotográficas. Nesses equipamentos um detector é utilizado para converter os fótons de raios-X diretamente em sinal elétrico que á processado por um computador. Existem dois conceitos diferentes, sendo que um dele já é disponível comercialmente: i) Método de detecção indireta: O raio-X que atravessa o corpo do paciente incide num detector que é formado por uma primeira camada de um fósforo. Esse material absorve o raio-X e emite radiação no comprimento de onda da luz visível. Esta radiação secundária é então absorvida por um fotodiodo que gera um sinal elétrico. (já disponível comercialemente), e ii) Método de detecção direta: o raio-S que atravessa o corpo do paciente incide em um material semicondutor de alto número atômico e alta banda proibida. No material são geradas cargas que são detectadas eletronicamente 9ainda não disponível comercialmente).

As imagens em formato digital possuem algumas vantagens em relação às imagens analógicas, entre estas podemos citar: i) possibilidade de pós-processamento para melhoria da imagem; ii) possibilidade de processamento para auxílio ao diagnóstico (CAD); iii) telemedicina; iv) possibilidade de acesso rápido às imagens.

Por outro lado, existem ainda questões relacionadas ao processo de exibição de algumas modalidades de imagens (mamografia por exemplo) e à configuração dos Sistemas de Armazenamento e Transmissão de Imagens (PACS) que limitam o uso de imagens em formato digital.

Tomografia Computadorizada. Um dos problemas fundamentais em imagem de radiografia convencional surge do fato que a anatomia tridimensional é projetada em duas dimensões. Tal processo conduz à superposição de detalhes anatômicos e estruturas levando a uma possível ambigüidade de interpretação e uma perda de contraste de imagem.

Este problema só foi resolvido por Geoffrey Hounsfield que em 1970 inventou a técnica revolucionária conhecida como Tomografia Computadorizada, Computer Tomography (CT). Nesta técnica, uma seção da imagem, ou corte (do grego ´tomos'), é obtido, a partir de projeções como as de uma radiografia convencional.

O conceito básico empregado é a obtenção de uma fina fatia do corpo a partir de uma varredura feita para obter várias projeções, em ângulos diferentes, do objeto em questão. Esse



princípio já havia sido descoberto pelo matemático Austríaco J. Random em 1917 quando trabalhava na teoria gravitacional.

No caso da CT, as projeções são formadas a partir da varredura de uma fatia fina do corpo, feita com um feixe de raios-X colimado e da medida, através de um detector, da radiação transmitida. O detector não forma a imagem, ele soma as energias de todos os raios que recebe transmitidos. Os dados numéricos de múltiplas somas são então processados pelo computador para reconstruir a imagem através de um programa específico.

Atualmente pode-se atingir algo em torno de um milhão de projeções nos varredores mais modernos. Os primeiros modelos trabalhavam com algo em torno de 29000 projeções.

Segundo seu movimento de varredura, os tomógrafos podem ser classificados em quatro tipos:

1a geração (translação/rotação, um detetor): feixe em forma de lápis; um detector; tempo de varredura entre 4,5 a 5 minutos para 28000 projeções;

2a geração (translação/rotação, múltiplos detetores): feixe em leque (fan beam); múltiplos detetores (30); movimento linear e de rotação, porém com passos de rotação maiores (30o); tempo de varredura em torno de 20-60 segundos (dependendo do no de detectores) para 28000 projeções;

3a geração (rotação/rotação): feixe em leque; múltiplos detectores (de 288 a 700); movimento somente de rotação do tubo e dos detectores; tempo de varredura da ordem de 1 segundo para 1000 projeções;

4a geração (rotação/fixo): feixe em leque; múltiplos detectores (até 2000); detectores fixos; movimento somente de rotação do tubo; tempo de varredura em torno de 1 segundo para 1080 projeções;

A principal razão de se introduzir novas configurações nos sistemas de CT é reduzir o tempo de varredura, o que tem sido feito através da redução ou simplificação do movimento mecânico. Existem sistemas especiais que empregam vários tubos e até mesmo alguns que fazem a deflexão do feixe eletronicamente.

Nos sistemas de 1a e 2 a gerações o raio-X é pulsado, ficando desligado enquanto é feito o movimento de rotação. Nos sistemas de 3 a e 4 a gerações o raios-X é contínuo e o controle da aquisição é feito a partir dos detectores, por ser mais fácil do que pulsar o raios-X.

Alguns exemplos de imagens por CT podem ser observados abaixo.



Imagem de Radionuclídeos – Medicina Nuclear. As imagens médicas que utilizam técnicas de emissão de fótons por radiofármacos podem ser obtidas por dois métodos: o SPECT, sigla inglesa que significa Tomografia Computadorizada por Emissão de Fóton Único (Single Photon Emission Computer Tomography) e a PET (Pósitron Emission Tomography). Nessas duas técnicas, o princípio está baseado na utilização de sensores capazes de detectar fótons provenientes de transições nucleares específicas. Aqui trataremos em mais detalhes a PET.

Certos núcleos, sob condições específicas, encontram-se em estados instáveis de energia, e têm a tendência natural de decair para estados de mais baixa energia. Esse tipo de fenômeno, denominado transição nuclear, geralmente é seguido pela emissão de partículas e radiação.

Quando um elétron colide com um pósitron (essencialmente um elétron de carga positiva) ocorre uma reação chamada de aniquilação, que tem como resultado a produção de um par de fótons, cada um com energia aproximada de 511 keV (fótons gama) , que viajam em sentidos diametralmente opostos. A detecção é feita através de um anel, envolvendo axialmente o paciente, e contendo uma série de sensores de radiação gama. Temos, pois, a possibilidade de construção de uma imagem que traduz a posição de cada uma dessas reações. Para a reconstrução da imagem, são considerados somente os fótons detectados simultaneamente em dois sensores. Se dois fótons são detectados ao mesmo tempo, a localização da reação de aniquilação deve estar em algum lugar na linha que une os dois detectores. Com a aquisição dos sinais provenientes dos vários detectores, torna-se possível determinar a localização precisa daquela emissão.

A parte mais sofisticada e complicada na construção de equipamentos de PET é a do ciclotron, essencial na produção dos radioisótopos, que são indispensáveis na formação dos radiofármacos. Isso faz com que a técnica seja de alto custo financeiro. Essencialmente, um ciclotron é um acelerador de partículas sub-atômicas, que as faz girar ao longo de uma órbita circular, controlada por fortes campos eletromagnéticos. Depois de adquirir certa energia, quando sua velocidade está próxima à velocidade da luz, essas partículas são redirecionadas e levadas de encontro a alvos específicos. Após a colisão, as substâncias bombardeadas tornam-se isótopos radioativos. Na PET, o material a ser bombardeado é escolhido de modo que o produto da reação forme um material que decaia para um estado mais estável, seguido pela emissão de pósitrons. Assim, esse radioisótopo serve de marcador para formar o que é conhecido por Radiofármacos.



A PET utiliza a injeção de agentes radioativos na corrente sangüínea do indivíduo para a

obtenção das imagens. No procedimento clínico habitual, os radioisótopos são associados a substâncias biologicamente relevantes, como o carbono, nitrogênio ou oxigênio, formando os compostos radiofármacos. Um exemplo muito importante é o do 18F, que pode servir de marcador da glicose, por exemplo. Quando essas substâncias (radiofármacos) são injetadas na corrente sangüínea de um paciente, elas têm a tendência de percorrer todo o corpo. No entanto, encontrar-se-á uma concentração maior delas de acordo com o papel fisiológico específico que a substância desempenha. Assim, o 18F, como marcador da glicose, serve no mapeamento de processos metabólicos cerebrais.

Essas modalidades de imagem, embora tenham utilização clínica bastante intensa, e sejam bem estabelecidas, constituem uma modalidade conhecida por imagens funcionais, que serão comentadas mais adiante.

Imagem de Ultra-som. Ao contrário dos raios-X que tiveram sua implementação no uso prático de forma extremamente rápida, o ultra-som teve uma evolução na área médica bastante lenta. A tecnologia para produção do ultra-som e as características de suas ondas foram estudadas durante muitos anos. A primeira grande tentativa (embora frustrada) de se utilizar o ultra-som foi na busca do Titanic no Atlântico Norte em 1912. Do mesmo modo, as tentativas de utilização de ultra-som na área médica não foram produtivas, pois a técnica ainda não estava suficientemente desenvolvida. Foi durante a II guerra mundial, com o desenvolvimento dos sistemas de SONAR, que o ultra-som teve sua primeira aplicação bem sucedida. Após a guerra, por volta de 1940-1950 o ultra-som começou a ser utilizado com sucesso também na área médica. Desde então houve muito investimento e uma grande evolução nessa técnica de obtenção de imagens.

A propagação do som em um meio pode ser representada, para fins de visualização, pelo conjunto de esferas e molas. Quando a primeira partícula é empurrada ela se move e comprime a mola, exercendo uma força na partícula adjacente. Isso causa uma reação em cadeia, porém, com a característica de que cada partícula se move um pouco menos que sua vizinha anterior. A pressão aplicada sobre a mola é maior entre as partículas iniciais e menor entre as partículas finais da cadeia. Se a força mudar de sentido o movimento das partículas também mudará. As



partículas sujeitas a um feixe de som se comportam da mesma forma, oscilando para frente e para trás em uma pequena distância.

Embora individualmente as partículas se movam poucos mícrons o efeito desse movimento é transmitido através de seus vizinhos por uma distância muito maior. A velocidade do som é determinada pela razão com que a força aplicada é transmitida de uma molécula para outra (a velocidade do som no tecido mole é de 154000 cm/s).

Os pulsos ultra-sônicos são transmitidos no meio material como ondas longitudinais, ou seja, as partículas do meio se movimentam de forma paralela à direção de propagação da onda. Esse tipo de propagação causa a formação de bandas de compressão e de rarefação. A distância entre duas bandas de compressão ou de rarefação é denominada um comprimento de onda (λ) e cada repetição do movimento de ida e volta da membrana de compressão é chamado um ciclo.

Por definição o ultra-som possui freqüência maior que 20000 ciclos por segundo (20000Hz). No caso específico do ultra-som diagnóstico a freqüência varia entre 1MHz e 20MHz. A relação entre comprimento de onda, velocidade e freqüência do som é a seguinte: V = ν.λ.

V → velocidade do som (m/s);

ν → freqüência (Hz);

λ → comprimento de onda (m)

Para tecidos do corpo na faixa de ultra-som médico, a velocidade de transmissão do som independe da freqüência, dependendo basicamente das características físicas do tecido. Com exceção do osso, todos os tecidos do corpo transmitem o som com uma velocidade bastante parecida, sendo o valor de 1540 m/s considerado como um valor médio. No caso do osso, a velocidade é em torno de 4080 m/s. Além disso, na frequência de ultra-som a velocidade do som é constante para um determinado meio em particular, ou seja, se a freqüência aumenta o comprimento de onda diminui.



Imagem de Ressonância Magnética (Magnetic Resonance Image -MRI). O último e mais recente método de imagem foi a causa de uma excitação considerável nos últimos anos: a MRI. Ela faz uso de um fenômeno físico, desconhecido até 1945, quando do descobrimento da ressonância magnética nuclear (RMN). As primeiras observações da RMN foram feitas no final de 1945, pelos professores da Universidade de Stanford, Felix Bloch e William Hansen. Independentemente, no mesmo ano, o grupo coordenado pelo professor Edward Mills Purcell, da Universidade de Harvard, também verificou a mesma propriedade magnética desses sistemas. Sete anos mais tarde, em 1952, essas observações lhes renderam o premio Nobel de Física. Este fenômeno envolve o comportamento de certos núcleos atômicos em campos magnéticos fortes.

A idéia de se utilizar a RMN na formação de imagens, constituindo o que hoje é conhecido como MRI, foi primeiramente proposta pelo químico americano Paul Christian Lauterbur, em 1973. De tal sorte que em 2003 ele, e um físico, Peter Mansfield, fora agraciados com o prêmio Nobel de medicina. Nesses estudos preliminares, foram aplicados gradientes de campos lineares, para codificar as informações relativas à freqüência em função da posição através da amostra. Pela rotação desses campos lineares, projeções através da amostra foram obtidas para diferentes ângulos. Utilizando-se técnicas de reconstrução, a distribuição de densidade de dipolos pode ser obtida.

Poucos anos antes de Lauterbur, Damadian observara que tecidos tumorais exibem características de tempos de relaxação mais longos que tecidos normais, propondo a utilização da RMN na detecção de câncer. Tinha início a geração de imagens por ressonância magnética. Desde então, a MRI vem se tornando uma das mais eficientes técnicas de imagem, devido a sua excelente resolução espacial e capacidade de mapear detalhes de contraste em diferentes tecidos do corpo humano. Além de ser uma ferramenta clínica poderosíssima, ainda tem causado um grande impacto na pesquisa básica.

A formação das imagens envolve o mapeamento espacial de características físicas distintas dos tecidos, pela aplicação de seqüências de pulsos de campo magnético bem específicas. Atualmente, a grande variedade dessas seqüências amplia a quantidade e qualidade das experiências que podem ser executadas em equipamentos de MRI. Essa metodologia pode ser mais bem compreendida com o entendimento de conceitos básicos na formação das imagens.

Da mesma forma que o CT e o raio-X, a obtenção de imagens por ressonância magnética segue o princípio de dividir o objeto em pequenas fatias e as fatias em voxels. Porém, como não existe movimento de dispositivos mecânicos, essa divisão deve ser feita de outra maneira - através da aplicação de determinadas seqüências de campos magnéticos externos.

Basicamente, a obtenção de imagens por ressonância magnética necessita de três passos:

1. posicionar o paciente em um campo magnético uniforme, para alinhamento do vetor de magnetização;

2. deslocar o vetor de magnetização do equilíbrio com um pulso de RF (900 ou 800);



3. observar o sinal produzido pelo retorno do vetor de magnetização ao equilíbrio.

Com relação ao primeiro passo; quando o paciente é colocado dentro do magneto, o vetor de magnetização ao longo do eixo Z aparece e é chamado M0. M0 é o vetor de equilíbrio. Mz é o valor do vetor de magnetização ao longo do eixo Z em qualquer momento e nunca será maior que M0 (geralmente será menor). O vetor de magnetização deslocado será chamado M. Mxy é a componente do vetor de magnetização (M) que aparece quando M é deslocado do eixo Z.

O segundo passo em MRI requer deslocar o vetor M que está alinhado com H. Isto pode ser feito aplicando-se um segundo campo magnético (H1). H1 deve estar rotacionando com a frequência de Larmor do hidrogênio no campo magnético H. Para H=1T ⇒ νL = 42,58 MHz. A escolha apropriada de um pulso de RF (frequência, intensidade e duração) fará com que o vetor M rotacione 900 em relação ao eixo Z (pulso de 900). Ao final do pulso de RF o vetor de magnetização estará orientado segundo o plano XY (M = Mxy; Mz = 0). Até aqui todos os vetores estão em fase e possuem a mesma frequência de precessão.

O passo três é a produção do sinal e começa quando H1 é desativado. Nesse momento o vetor M (Mxy) começa a precessar sobre H. Então Mxy decai de um determinado valor até zero (em poucos mseg) enquanto que Mz cresce de zero até um determinado valor (em torno de 15seg para água).

O vetor Mxy induz um sinal na bobina de RF (que deve estar então no modo receptor) que é o sinal de FID. Como o FID é um pulso de pouca intensidade e de decaimento muito rápido, sua detecção exige o uso de seqüências especiais de pulsos para a formação das imagens.

Essa técnica tem permitido a obtenção de imagens com alto grau de sofisticação e detalhamento, como pode ser observado na figura abaixo.



As Neuroimagens Funcionais. O estudo de funções cerebrais em humanos passou muito tempo à sombra de medidas e observações em animais, devido à invariável necessidade de utilização de ferramentas invasivas, impedindo, assim, a sua extensão aos seres humanos.

Atualmente, com o desenvolvimento de técnicas não-invasivas e pelo avanço das imagens médicas por tomografia computadorizada (TC) e por ressonância magnética nuclear (RM), tornou-se possível precisar características anatômicas do cérebro de humanos. Todavia, o estudo das funções cerebrais não é conclusivo, exclusivamente, pela simples análise estrutural. Surgem, então, as neuroimagens funcionais.

Além de possibilitar o estudo de vários processos cerebrais, a utilização de neuroimagens funcionais também passa pela necessidade clínica, em especial de pacientes que serão submetidos à intervenção cirúrgica. Nesses casos, o mapeamento pré-cirúrgico de regiões corticais eloqüentes, como áreas motoras, somato-sensoriais e de linguagem, é imperativo. É indispensável buscar manter a integridade funcional de regiões subjacentes e adjacentes àquelas que serão cirurgicamente removidas.

Classicamente, a localização dessas áreas é avaliada através de referenciais anatômicos conhecidos, o que é facilitado pelo uso de técnicas de neuroimagem de alta resolução espacial, como a RM. Entretanto, a presença de tumores, malformações arterio-venosas (MAV) ou defeitos anatômicos pós-traumáticos, pode deformar a topografia cerebral, resultando em uma conseqüente dificuldade na localização dos limites anatômicos. Ainda, lesões ocorrendo



precocemente no desenvolvimento do sistema nervoso central, e mesmo processos de instalação lenta, estão ligados à reorganização funcional cortical por processos de plasticidade neuronal, determinando uma modificação na localização de áreas funcionais. Para contornar esta limitação, o mapeamento tem sido realizado por meio da estimulação elétrica cortical direta, intra ou extraoperatória. Neurologistas, neurocirurgiões e neuropsicólogos avaliam a localização de regiões funcionais importantes por meio da aplicação de pulsos elétricos focais, de baixa intensidade, na superfície do córtex. Observa-se, então, a reação exibida pelo paciente em resposta ao estímulo específico a uma determinada região cerebral.

Ainda que a localização funcional pela estimulação direta seja precisa, esses métodos são altamente invasivos, ou, quando realizados intraoperatoriamente, ficam limitados pelo tempo cirúrgico. O desenvolvimento de métodos não-invasivos é, portanto, bastante desejável.

A primeira técnica de imagem capaz de analisar funções cerebrais foi a Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET). O aprimoramento das técnicas de aquisição e processamento de sinais de rádio-freqüência, além do desenvolvimento de alguns protocolos de aquisição rápida, têm feito da RM uma nova alternativa em estudos das funções cerebrais, através da imagem funcional por ressonância magnética (RMf). Além disso, a possibilidade de detecção de ondas elétricas e magnéticas cerebrais culminou no aparecimento da eletroencefalografia (EEG) de alta resolução espacial e da magnetoencefalografia (MEG).

Cada uma dessas técnicas mede diferentes aspectos da atividade cerebral. A PET e a fRM proporcionam uma boa resolução espacial, detectando alterações de fluxo sangüíneo e metabolismo. Já a MEG e a EEG têm na resolução temporal o seu maior aliado, caracterizando direta e instantaneamente os processos elétricos neuronais.



PARTE B – Técnicas De Terapia E Tratamento

B.1 O que é câncer?

Tumor, sinônimo de neoplasma ou blastoma, é o crescimento anormal de tecidos. Células doentes, com um distúrbio genético, passam a se reproduzir mais rapidamente do que as células normais levando à formação do tumor, podendo este ser benigno ou maligno. Tumor benigno: células que se multiplicam vagarosamente e que são semelhantes ao tecido do organismo. Não desempenham nenhuma função similar às das células daquele tecido. Apesar de benigno pode se transformar em maligno, por isso são retirados. Tumor maligno: células que se multiplicam rápida e desordenadamente. Podem invadir tecidos e órgãos vizinhos causando metástase e órgãos mais distantes, através da corrente sanguínea.

Câncer é a designação genérica de qualquer tumor maligno; a palavra câncer é derivada do latim e significa caranguejo. O nome é decorrente da facilidade com que este crustáceo tem de se aderir firmemente em qualquer lugar, assim como o tumor se adere a um local do corpo humano em que se desenvolve.

Os tipos mais comuns de câncer são os de pele, mama feminina, próstata, pulmão e estômago sendo que os últimos quatro são letais e compõem a segunda maior causa de mortes por doenças no Brasil. Entre os citados, o câncer de pele é o de maior incidência no país, porém, com exceção do câncer melanoma, é a variedade de menor letalidade.

O câncer aparece devido a mutações no código genético celular (DNA), que podem causar o crescimento desordenado das células, criando vários problemas para o organismo. O DNA dentro do núcleo se transforma em células cancerígenas com a entrada de agentes cancerígenos devido a modificação na membrana celular seletiva. Com o tempo as células vão se multiplicando dando origem ao câncer (carcinogênese). Mutações no código genético celular podem ser causadas por fatores genéticos ou por fatores externos como radiação e poluição.

B.2 Tratamentos convencionais para o câncer

Pela natureza específica do câncer, o único mecanismo de tratá-lo é matar os tecidos cancerígenos. Isto determina a especificidade dos métodos tradicionais de tratamento, tais como radioterapia e quimioterapia, como métodos que possuem alta capacidade de matar as células, mas infelizmente tanto as cancerígenas quanto sadias. Por isso estes métodos são caracterizados por vários efeitos colaterais graves. Em detalhes, temos:

Cirurgia: o tumor é removido (é o tratamento mais utilizado). É necessário remover parte das células ao redor das células cancerosas, pois elas podem estar com metástase.

Quimioterapia: são utilizados fármacos que impedem que o tumor cresça. As células com tumor captam mais rapidamente o fármaco, pois se multiplicam mais rapidamente. Provoca queda de cabelos e diminui a imunidade.

Radioterapia: uso de radiação. Em câncer de tireóide utiliza-se o iodo radioativo em dose oral.



Fotoquimioterapia: O princípio desse método é introduzir no organismo do paciente um

composto chamado fotossensibilizador, que absorve a luz na região visível e que seja não ativo no seu estado fundamental, e em seguida iluminar a região do corpo a ser tratada com luz visível formando um estado ativo deste fotossensibilizador induzindo assim a morte do tecido iluminado. Uma grande vantagem das FQT é que separadamente, nem o fotossensibilizador nem a luz visível produzem efeitos deletérios para o paciente, e funcionam somente quando atuam juntos na região do corpo a ser tratado evitando assim os efeitos colaterais graves para organismo.

Veremos as duas últimas técnicas em mais detalhes:

Radioterapia. Quando pensamos em radiação, logo lembramos do poder destruidor das bombas atômicas ou o perigo das usinas nucleares. Mas a fonte mais comum de radiação é a própria luz solar. No cotidiano, estamos em contato com várias outras fontes de radiação: refrigeradores, secadores, microondas etc. Esta radiação com que lidamos todos os dias pode ser classificada em radiação não ionizante e radiação ionizante.

Radiação não ionizante: São radiações de baixa freqüência: luz visível, infravermelho, microondas, freqüência de rádio, radar, ondas curtas e ultrafrequências (celular). Embora esses tipos de radiação não alterem os átomos, alguns, como as microondas, podem causar queimaduras e possíveis danos ao sistema reprodutor. Campos eletromagnéticos, como os criados pela corrente elétrica alternada a 60 Hz, também produzem radiações não ionizantes.

Radiação ionizante: São as de alta freqüência: raios X, raios Gama (emitidos por materiais radiativos) e os raios cósmicos. Ionizar significa tornar eletricamente carregado. Quando uma substância ionizável é atingida por esses raios, ela se torna carregada eletricamente. Para que isto ocorra, é necessário que esta radiação seja uma onda de alta energia. Assim, uma vez que a energia (E) se relaciona com freqüência (ν) através da equação: νhE = , onde ν pode ainda ser escrita como a divisão da velocidade da luz (c) pelo comprimento de onda (λ) é possível compreender porque os raios X e Gama são utilizados na maioria dos tratamentos radioterápicos! Observado o espectro de radiação eletromagnética, são os raios X e Gama, aqueles que possuem maior freqüência, ou menor comprimento de onda.

As radiações ionizantes carregam muita energia. Ao interagirem com os tecidos, dão origem a elétrons rápidos que ionizam o meio e criam efeitos químicos como a hidrólise da água e a ruptura das cadeias de ADN. A morte celular pode ocorrer então por variados mecanismos, desde a inativação de sistemas vitais para a célula até sua incapacidade de reprodução.

Efeitos Biológicos da Radiações.

Os organismos vivos são formados por sistemas complexos compostos de muitas partes simbióticas arranjadas e ligadas de modo a permitirem a manutenção de seu meio ambiente interno e da auto-reprodução. As unidades básicas dos organismos vivos são as células. Células de mesma origem e estrutura são agrupadas para formarem tecidos, cujos tipos principais são: muscular, nervoso, conectivo e epitelial. Células associadas e tecidos formam órgãos que coletivamente funcionam para criar e controlar as condições internas necessárias para a manutenção da vida.

Existe uma grande diversidade de células no corpo. Muitas delas têm vida curta, dividindo-se (mitose) em poucas horas, enquanto outras, como as células nervosas, não se dividem após o nascimento. A mitose representa a produção de um cromossomo cujos genes contém toda a informação genética necessária para o funcionamento da célula. Qualquer



alteração na informação genética ou nos processos associados à mitose pode resultar na alteração permanente da natureza da célula (mutação), ou na morte celular. Quando um componente celular é danificado por qualquer agente externo (radiação, substâncias químicas, excesso de calor, etc.) muitos efeitos mensuráveis podem ocorrer. As mudanças podem se restringir inicialmente a uma célula ou a alguns tipos de células. Com o tempo, órgãos inteiros ou sistemas de órgãos podem ser afetados devido à ausência de uma determinada função que equilibra ou controla todo o sistema inter-relacionado. Modificações em toda a fisiologia ou na morfologia podem ser gerados por um dano inicial em número suficiente de muitos tipos de células. O tipo de dano à célula dependerá do agente específico ao qual a célula foi exposta e da extensão do dano, que está relacionada com quanto do agente alcançou um tipo particular de célula.

A interação da radiação com sistemas biológicos gera uma variedade de mudanças biológicas, que podem ser benignas ou malignas. Essas mudanças podem se tornar evidentes imediatamente ou podem levar anos, ou gerações, para se manifestarem. Em geral, a probabilidade de ocorrências, tipo e severidade de tais mudanças depende de muitos fatores, alguns deles relacionados à radiação e suas características, e outros com as características biológicas dos sistemas atingidos.

A radiação ao atravessar os tecidos causa ionização ou excitação dos átomos e moléculas contidas nas células. Como a maior parte do corpo é formada de água, são essas moléculas que são as mais atingidas pela radiação. A radiação que ocorre é chamada radiólise da água gerando radicais livres no meio. Tais radicais podem se combinar com outras moléculas e com o oxigênio dissolvido, fornecendo uma variedade de agentes potencialmente oxidantes. A quantidade de dano biológico produzido depende da energia total depositada, ou seja, da dose de radiação.

Os efeitos das radiações são descritos através dos estudos de radiobiologia, em que são estabelecidas relações de dose versus efeito. Considerando-se que as funções metabólicas ocorrem no citoplasma e as informações genéticas são encontradas no núcleo das células, as radiações podem induzir a quebra da molécula de DNA (ADN), ou causar um dano em uma seção dessa molécula, do qual resultará um dano genético ou somático.

Mecanismo de Dano Biológico. Uma exposição do organismo à radiação ionizante pode desencadear uma série de reações, que poderão resultar até na morte do organismo ou na indução de mutações em seu material genético. Manifestações de danos biológicos devido à radiação são sempre precedidas por uma série de eventos físico-químicos, os quais serão mostrados a seguir.

O primeiro estágio, fase física, nesta série de eventos é a deposição de energia pela radiação na forma de ionização e/ou excitação de alguns átomos e moléculas do sistema biológico. Isto geralmente leva cerca de 10-12 segundos ou menos. O segundo estágio, fase físico-química, é a transferência de energia tanto para as moléculas vizinhas (intermolecular) quanto para dentro da própria molécula (intramolecular), causando a formação de várias espécies de vida curta e quimicamente ativas, conhecidas como radicais livres. Este processo pode levar de 10-12 a 10-3 segundos. No terceiro estágio, fase química, os radicais livres reagem tanto entre si como, de maneira mais significativa, com biomoléculas (DNA, RNA, etc.), produzindo alterações nas últimas. Este processo pode levar alguns milissegundos. O estágio final, fase biológica, isto é a expressão da alteração biológica produzida pelo último estágio, é o dano biológico que está ligado ao destino dessas biomoléculas alteradas. Danos biológicos eventuais podem se manifestar dentro de um pequeno intervalo de tempo ou podem ser retardadas por muitas gerações, dependendo do tipo e função das moléculas alteradas.



Fatores determinantes do dano biológico. Os efeitos das radiações ionizantes nos organismos vivos podem ser atribuídos a um dos três mecanismos básicos: a morte celular; a multiplicação inadequada de células danificadas na estrutura química de seu DNA (ADN), que resulta nas várias formas de câncer; ou a multiplicação de células danificadas derivadas dos ovários ou testículos, resultando no desenvolvimento de anormalidades fetais. O tipo de dano biológico causado ao organismo devido à absorção de radiação dependerá dos seguintes fatores:

i) Dose de radiação: Qualquer efeito biológico da radiação depende fortemente da dose de radiação. Geralmente, efeitos maiores e mais sérios são produzidos por altas doses. Entretanto, a relação exata entre a dose e o efeito produzido depende da natureza do efeito. Por exemplo, a relação dose-efeito para a indução do câncer difere daquela que causa a mutação genética.

Não se tem definição sobre a existência de um limiar de dose sob o qual nenhum efeito é produzido, principalmente com relação aos efeitos de indução de câncer e a produção de dano genético. Em função desta indefinição, assume-se geralmente que a dose e o efeito estão linearmente relacionados, mesmo para baixas doses, e que não existe um limiar de dose de radiação abaixo do qual estes efeitos não são produzidos.

ii) Taxa de dose: Se a mesma dose é fornecida a dois sistemas biológicos idênticos, uma com uma curta duração (alta taxa de dose) e outra durante um período maior de tempo (baixa taxa de dose), as respostas biológicas dos dois sistemas serão diferentes. Altas taxas de dose são mais prejudiciais do que baixas taxas por não haver tempo de reparo do DNA (ADN).

iii) Tipo de tecido: A resposta biológica de um sistema, sua radiossensibilidade, varia grandemente dependendo do tipo de tecido e à quantidade de tecido irradiada. Os tecidos mais sensíveis à radiação são os da medula óssea, tecido linfóide, dos órgãos genitais, os do sistema gastro-intestinais e do baço. A pele e os pulmões mostram sensibilidade média, enquanto que os músculos, tecidos neuronais e os ossos plenamente desenvolvidos são os menos sensíveis.

iv) Tipos de efeitos radioinduzidos: Os efeitos radioinduzidos podem receber denominações em função do nível orgânico atingido (somáticos e hereditários), em função do tempo de manifestação (imediatos e tardios) e em função do valor da dose e forma de resposta (estocásticos e determinísticos).

Efeitos somáticos: Os efeitos somáticos afetam a pessoa irradiada, podendo ainda ser divididos em agudos ou a curto prazo e tardios ou a longo prazo, dependendo do tempo de manifestação dos efeitos, que é função da dose absorvida, isto é, quanto maior a dose, menor é o intervalo de tempo entre a exposição e o aparecimento do efeito. Cinco estágios distintos podem ser identificados a medida que a dose é progressivamente maior:

1) 0 - 2,0 (Gy) Normalmente não observável. 2) 1,5 - 4,0 (Gy) Náuseas e vômitos transientes; alguma evidência de danos ao sistema. 3) 3,5 - 6,0 (Gy) Dano severo ao sistema hematopoiético; alguma evidência de danos ao

sistema gastrointestinal. 4) 5,5 - 10,0 (Gy) Dano severo ao sistema gastrointestinal; poucas chances de

sobrevivência; 5) Acima de 10,0 (Gy) Dano ao sistema nervoso central; confusão; choque; morte em

horas. Os efeitos somáticos tardios aparecem em pessoas irradiadas com baixas doses, mas

crônicas, em um longo intervalo de tempo ou em pessoas que receberam dose alta não letal e que aparentemente se recuperaram. Esses efeitos são cânceres e lesões degenerativas, como anemia perniciosa aplástica, e são de natureza estocástica ou probabilística. É importante enfatizar que



não há nenhuma enfermidade específica ligada aos efeitos tardios da radiação. O que se verifica é um aumento na incidência de certas doenças em relação à incidência normal, e portanto toda a análise é feita baseada em estudos epidemiológicos.

Efeitos hereditários: Estes efeitos podem ocorrer quando as células do ovário ou dos testículos que formam respectivamente os óvulos e os espermatozóides forem irradiadas. Se o óvulo ou o espermatozóide danificado for usado na concepção, todas as células do organismo novo conterão o defeito reproduzido, incluindo aquelas que mais tarde irão se transformar em óvulos e espermatozóides. Dessa forma, os efeitos resultantes da mutação original poderão passar para as gerações futuras. Algumas das mutações chegam a ser letais, causando a morte do feto antes do nascimento. Entretanto estudos feitos com os descendentes de Hiroxima e Nagasáqui não detetaram nenhum aumento de anormalidades genéticas parecendo indicar que a capacidade de recuperação das células germinativas é maior do que se pensava anteriormente.

Efeitos estocásticos: São efeitos em que a probabilidade de ocorrência é proporcional à dose de radiação recebida, sem a existência de limiar. Isto significa, que doses pequenas, abaixo dos limites estabelecidos por normas e recomendações de radioproteção, podem induzir tais efeitos. Entre estes efeitos, destaca-se o câncer. A probabilidade de ocorrência de um câncer radioinduzido depende do número de clones de células modificadas no tecido ou órgão, que por sua vez depende da sobrevivência de pelo menos um deles para garantir a progressão. O período de aparecimento (deteção) do câncer após a exposição pode chegar até 40 anos.

Efeitos determinísticos: São efeitos causados por irradiação total ou localizada de um tecido, causando um grau de morte celular não compensado pela reposição ou reparo do DNA (ADN), com prejuízos detetáveis no funcionamento do tecido ou órgão. Existe um limiar de dose, abaixo do qual a perda de células é insuficiente para prejudicar o tecido ou órgão de forma detetável. Isto significa que, os efeitos determinísticos, são produzidos por doses elevadas, acima do limiar, onde a severidade ou gravidade do DNA aumenta com a dose aplicada. A probabilidade de efeito determinístico, assim definido, é nula para valores de dose abaixo do limiar, e de 100%, acima deste .

Fontes de energia e suas aplicações em radioterapia

São várias as fontes de energia utilizadas na radioterapia. Dentre elas, podemos citar aparelhos que geram radiação a partir da energia elétrica, liberando raios X e elétrons, ou fontes de isótopos radioativos, como, por exemplo, pastilhas de cobalto, as quais geram raios gama.

Os raios-X foram descobertos pelo físico alemão Roentgen e assim denominados devido ao fato de que seu descobridor desconhecia a sua natureza. Os raios-X são produzidos no alvo de um tubo de raios-X quando um feixe de elétrons de alta energia, acelerados por uma diferença de potencial de alguns milhares de volts, é freado ao atingir o alvo. A maioria dos elétrons incidentes sobre o alvo perde sua energia cinética de modo gradual nas inúmeras colisões, convertendo-a em calor. Esta é a razão pela qual um alvo deve ser feito de material de alto ponto de fusão.

Uma pequena parte dos elétrons incidentes se aproxima dos núcleos atômicos do alvo, podendo perder de uma só vez uma fração considerável de sua energia cinética, emitindo um fóton de raios X(ver esquema abaixo).



. Quando se eleva a voltagem de alimentação aplicada ao tubo de raios-X, eles se tornam

mais penetrantes (como pode ser verificado na tabela a seguir). A radiação gama, também utilizada no tratamento radioterápico, provém de certos núcleos

atômicos (são emitidas por partículas que sofrem transições no interior do núcleo atômico). As radiações gama são as mais energéticas (104 eV até 1019 eV) e com menor comprimento de onda. Por isso possuem grande poder de penetração na matéria.

Abaixo encontra-se uma tabela que mostra uma relação dos aparelhos utilizados na radioterapia e sua classificação.

Fonte Tipo de radiação Energia Método de aplicação

Contatoterapia Raios X (superficial) 10 - 60 kV Terapia superficial

Roentgenterapia Raios X (ortovoltagem) 100 - 300 kV Terapia semiprofunda

Unidade de cobalto Raios gama 1,25 MeV Teleterapia profunda

Acelerador linear Raios X de alta energia e elétrons* 1,5 - 40 MeV Teleterapia profunda

Isótopos radioativos Raios gama e/ou beta

Variável conforme o isótopo utilizado Braquiterapia

* Os feixes de elétrons, na dependência de sua energia, podem ser utilizados também na terapia superficial Outros fatores também caracterizam o método, por exemplo: na teleterapia mantem-se

distâncias da pele que variam de um centímetro a um metro. Estas técnicas constituem a radioterapia clínica e se prestam para tratamento de lesões superficiais, semiprofundas ou profundas, dependendo da qualidade da radiação gerada pelo equipamento.

Os isótopos radioativos (cobalto, césio, irídio etc.) ou sais de rádio são utilizados sob a forma de tubos, agulhas, fios, sementes ou placas e geram radiações, habitualmente gama, de diferentes energias, dependendo do elemento radioativo empregado. São aplicadas, na maior partes das vezes, de modo intersticial ou intracavitário, constituindo a radioterapia cirúrgica, também conhecida por braquiterapia.

As unidades internacionalmente utilizadas para medir as quantidades de radiação são o röentgen e o gray. O röentgen (R) é a unidade que mede o número de ionizações desencadeadas



no ar ambiental pela passagem de uma certa quantidade de radiação. Já o gray expressa a dose de radiação absorvida por qualquer material ou tecido humano. Um gray (Gy) corresponde a 100 centigrays (cGy).

A resposta dos tecidos às radiações depende de diversos fatores, tais como a sensibilidade do tumor à radiação, sua localização e oxigenação, assim como a qualidade e a quantidade da radiação e o tempo total em que ela é administrada.

Para que o efeito biológico atinja maior número de células neoplásicas e a tolerância dos tecidos normais seja respeitada, a dose total de radiação a ser administrada é habitualmente fracionada em doses diárias iguais, quando se usa a terapia externa.

Radiossensibilidade e radiocurabilidade. A velocidade da regressão tumoral representa o grau de sensibilidade que o tumor apresenta às radiações. Depende fundamentalmente da sua origem celular, do seu grau de diferenciação, da oxigenação e da forma clínica de apresentação. A maioria dos tumores radiossensíveis são radiocuráveis. Entretanto, alguns se disseminam independentemente do controle local; outros apresentam sensibilidade tão próxima à dos tecidos normais, que esta impede a aplicação da dose de erradicação. A curabilidade local só é atingida quando a dose de radiação aplicada é letal para todas as células tumorais, mas não ultrapassa a tolerância dos tecidos normais.

Fotoquimioterapia

Assim como descrito anteriormente, o principio da fotoquimioterapia é introduzir no

organismo do paciente um composto chamado fotossensibilizador (composto que absorve a luz na região visível e não é ativo no seu estado fundamental), e em seguida iluminar a região do corpo a ser tratada com luz visível, formando um estado ativo deste fotossensibilizador e, conseqüentemente, induzindo a morte do tecido iluminado. A combinação fármaco mais luz forma a base da TFD. Um composto fotossensível é introduzido no paciente e se acumula preferencialmente em células que se reproduzem rapidamente. Essas são posteriormente irradiadas, via laser através de um cateter de fibra óptica, junto ao tecido doente. A luz (tipicamente 600 a 800 nm) ativa o composto, gerando formas de oxigênio tóxicas que necrosam ou afetam convenientemente o tumor, levando-o ao colapso e à ação curativa do paciente. Em certos casos, onde a cirurgia do tumor é complexa devido ao seu tamanho ou ao acesso, recomenda-se a aplicação da TFD como tratamento pré-operatório para promover a diminuição do mesmo. Evidentemente uma das características necessárias no tratamento é que os fármacos possuam toxicidade baixa no escuro e tendência elevada a acumular-se no tecido doente, evitando-se que a vizinhança acidentalmente iluminada seja danificada.



Antes de entendermos o processo de fotoquimioterapia é fundamental a

compreensão de fenômenos mais básicos como a fluorescência e a fosforescência. Uma molécula que absorve luz ganha energia e vai para um estado chamado de

estado excitado. Como esse estado é instável, a molécula absorvedora devolve a energia para o meio e volta para o seu estado fundamental. Existem vários caminhos para a volta:

- fluorescência, em que ocorre emissão de luz de comprimento de onda maior que o da luz absorvida, e que acontece em tempo muito curto, alguns nanosegundos após a absorção.

- fosforescência, em que também existe emissão de luz, só que de comprimento de onda ainda maior que o da fluorescência, e que ocorre em tempos um pouco mais longos, na faixa de milisegundos. Nesse caso, a molécula permanece algum tempo em um estado denominado estado intermediário ou estado tripleto.

- rearranjos internos: a molécula absorvedora vai se re-arranjando de modo que o excesso de energia se dissipa enquanto seus átomos e elétrons voltam para o arranjo que apresentavam antes de serem excitados.

- colisões com o solvente: a molécula excitada vai aos poucos dando o excesso de energia para o meio, através de colisões com as moléculas do solvente. Nesse caso não há emissão de luz.

- transferências para outras moléculas, em processo no qual também não existe emissão de luz pela molécula absorvedora. As moléculas que ganham a energia da molécula absorvedora podem então participar de reações que não aconteceriam se não houvesse a interação.

Este último processo é que está relacionado com a terapia fotodinâmica (PDT). A molécula que absorve luz vai para aquele estado intermediário de onde ocorre a fosforescência, só que, ao invés de emitir luz, transfere sua energia para outra molécula que fica ativada e que pode interagir com o tecido biológico.



Os diferentes processos descritos acima, competem entre si, de modo que, se uma

molécula absorvedora emite muita luz de fluorescência, transfere pouca energia para o meio ao seu redor. Na situação oposta, podemos dizer que, se transfere muita energia para as moléculas do meio, é pouco luminosa. Existe um parâmetro chamado rendimento quântico da fluorescência, que mede a razão entre a quantidade de luz absorvida e a quantidade de luz emitida por fluorescência. Quando há muita fluorescência, o rendimento quântico é alto e um molécula desse tipo é pouco interessante para PDT. Por outro lado, se uma molécula tem rendimento de fluorescência baixa, pode ser interessante para PDT. Deve-se notar que, além de ter rendimento quântico baixo, deve também permanecer bastante tempo no estado intermediário e não emitir fosforescência. Deve, isso sim, ter muita interação com moléculas como o oxigênio para que estas possam atuar promovendo a destruição das células indesejadas. Em resumo: A Fluorescência é quando átomos são excitados por incidência de radiação eletromagnética. Quando as espécies excitadas retornam para o estado fundamental, liberam o seu excesso de energia na forma de fótons. Quando esta relaxação ocorre em tempos inferiores a 10-5 segundos, chama-se fluorescência, ademais a radiação utilizada é a ultravioleta, enquanto que em tempos superiores chegando de minutos ou até horas e se tiver o uso de radiação do espectro do visível, temos a fosforescência (nas tomadas e ponteiros de relógios há um polímero que possui fósforo do grego “phosphoros” que significa aquele que brilha). Alguns equipamentos conhecidos apresentam fosforescência: mostradores de relógio, telas de televisão, interruptores, etc. Os adesivos que brilham no escuro geralmente são feitos com sulfeto de zinco. Quando o sulfeto de zinco é exposto à luz, graças à sua configuração eletrônica, os elétrons das camadas mais externas absorvem a luz e são excitados para camadas eletrônicas ainda mais externas. Quando apagamos a luz deixamos de fornecer energia aos elétrons, que aos poucos vão retornando às suas camadas eletrônicas iniciais. Durante esse retorno (que pode durar horas), eles devolvem a energia que absorveram na forma de luz. Alguns modelos de relógios têm detalhes fosforescentes que nunca perdem o brilho mesmo quando são deixados vários dias no escuro. Isso acontece porque o material fosforescente desses relógios está misturado com um pouco de material radioativo, que funciona como uma fonte de energia para provocar a fosforescência. Diferentemente das substâncias fosforecentes, os compostos fluorescentes deixam de emitir luz assim que são colocados no escuro. Podemos observar a fluorescência quando vamos a



uma discoteca. Todo mundo que está de roupas brancas fica "brilhando" no escuro graças as lâmpadas de luz negra, que é uma lâmpada de luz ultra-violeta. Quando a luz negra é desligada, o brilho da roupa desaparece. A nossa roupa brilha sob luz negra por causa de um aditivo dos sabões em pó que usamos. Esse aditivo é usado para termos a impressão de que a roupa está "mais branca do que branca", pois ele absorve a radiação UV e emite como uma luz azulada. Outras substâncias fluorescentes que podemos encontrar são a água tônica e a urina. É por isso que não tem luz negra nos banheiros das discotecas. Quando a emissão de luz de uma substância é provocada por uma reação química ela recebe o nome de quimioluminescência. Radiação causa, em átomos, o movimento de elétrons de uma órbita (s1, s2, d1, d2 ...) para a outra. Em Fluorescência, a luz ultra-violeta causa este movimento dos elétrons dentro dos átomos. Então, para começar, os elétrons estão em suas posições iniciais (figura abaixo) e quando se excitam, os elétrons se movimentam pelas órbitas do átomo, geralmente para uma órbita mais alta. Quando o elétron está em uma órbita mais alta (figura abaixo), o sistema perde equilíbrio, já que na natureza, tudo sempre vai, ou quer ir para o nível de menor energia. Este fenômeno da natureza faz com que estes elétrons voltem para o seu estado inicial de menos energia. Mas, voltando para este nível, o elétron tem que deixar a energia que acumulou do movimento atrás. E esta energia é que se torna em luz, calor, som etc.... E neste caso, com luz ultravioleta sob o átomo, o objeto sob inspeção emite a cor fluorescente para ser analisada. Dependendo da substância, a luz emitida vai ser diferente e esta luz fluorescente pode ser analisada para identificar várias coisas.

Para ser aplicados em FQT como fotosensibilizadores os compostos devem possuir

características especiais, tais como: - Alta absorção ótica na região espectral λ > 600nm, onde os tecidos biológicos são relativamente transparentes; - Ser fotoativos (ter a capacidade de induzir as fotoreações que destroem as células doentes); - Ser fotoestáveis; - Não possuir toxicidade no seu estado fundamental (não excitado)

Apesar de boa parte do uso da TFD ser centrada no tratamento do câncer, outras moléstias tais como degeneração macular da retina, psoríase, artrite reumatóide sistêmica, restenosis, micoses fungóides, infestações bacterianas, verrugas, arteriosclerose, AIDS, etc têm como



característica comum um crescimento anormal de tecidos igualmente ao câncer. Assim a TFD está sendo usada e investigada em nível mundial no tratamento dessas e outras doenças correlatas em relação à origem. Aplicação clínica de TFD: .Tumores externos:mama e pele (mais fácil) .Tumores internos:esôfago,estômago,etc. .Doenças de pele,sem ser câncer .Degeneração macular no olho – leva a cegueira Esta técnica existe há cerca de 20 anos nos EUA,Europa e há 3 anos no Brasil. Iniciou no Hospital Amaral Carvalho em Jaú Vantagens da técnica de TFD: .Completa restauração do tecido; .Possibilidade de repetição; .Procedimento pouco invasivo; .Cicatrização e aspecto estético superiores – não causa dano ao tecido adjacente; .Custo menor que outras técnicas. Características gerais necessárias às drogas usadas em TFD: Algumas propriedades gerais que os compostos e seus formulados devem possuir são listadas abaixo: i) características fotofísicas favoráveis; ii) baixa toxicidade no escuro (baixa citotoxicidade); iii) fotossensibilidade não prolongada; iv) simplicidade na formulação, reprodutibilidade e alta estabilidade do formulado (tempo mínimo de 2 anos) que, geralmente, é mantido seco, bastando ao médico adicionar água ou soro fisiológico e agitar; v) farmacocinética favorável (rápida eliminação do corpo); vi) facilidade de manuseio sintético que permita efetuar modificações para otimizar as propriedades desejáveis; vii) facilidade de obtenção em escala industrial a custos reduzidos e com boa reprodutibilidade; viii) facilidade de análise total dos componentes da fórmula, inclusive com fornecimento de roteiros de validação e ix) alta afinidade e penetração no tecido doente em detrimento do tecido saudável (seletividade).

É importante frisar que o medicamento deve atender a esse conjunto de propriedades gerais para ser considerado uma droga comercialmente viável e eficaz na sua ação terapêutica. Daí advém a importância da formulação empregada.

Quanto às características fotofísicas favoráveis, um fator importante é o comprimento de onda da luz necessária à fotoexcitação do composto. Na região visível, quanto maior o comprimento de onda da luz incidente, maior é o seu grau de penetração no tecido. Radiação de comprimento de onda menor sofre maior espalhamento e a presença de cromóforos endógenos nos tecidos, que absorvem em comprimentos de onda menores, principalmente a hemoglobina, faz com que a penetração de luz seja menor. Quanto maior a penetração de luz, maior a eficiência no combate ao tecido doente, possibilitando, também, o tratamento de tumores maiores. Portanto, as drogas desenvolvidas para uso em TFD devem ser corantes (cromóforos) que absorvam na região próxima ao infra-vermelho. Acima de 800nm ocorre a absorção da radiação pela água, o que restringe o comprimento de onda a este limite superior.



Efeitos colaterais: Há dois efeitos colaterais principais associados à terapia fotodinâmica: edema local e reação inflamatória no interior e em torno do esôfago, o que pode causar desconforto torácico, juntamente com náuseas, febre e constipação. Estes sintomas geralmente são controlados com o uso limitado de analgésicos e outros medicamentos. A fotossensibilidade (sensibilidade dos tecidos corporais à luz) geralmente ocorre depois da TFD e dura cerca de quatro semanas. Desde o momento em que o paciente recebe a injeção de Photofrin, a pele e os olhos ficarão sensíveis à luz forte. A exposição a esta ou à luz solar direta deve ser cuidadosamente evitada para impedir queimaduras solares, eritemas e edema. Podem ocorrer reações de fotossensibilidade em questão de minutos e, por isso, é importante tomar precauções para proteção da pele e dos olhos da exposição à luz intensa. Podem ser tomadas precauções para impedir uma reação de fotossensibilidade. Os pacientes devem ser cuidadosos durante os primeiros 30 dias para evitar luzes fortes e luz solar direta, mesmo em dias nublados. Não devem, contudo, ficar numa sala escura o tempo todo! É importante que os pacientes sejam expostos a luzes de interiores, e isto os ajudará a ficar menos fotossensíveis. As luzes geralmente encontradas nos domicílios não são prejudiciais. No entanto, os pacientes devem ficar afastados da luz solar direta, inclusive aquela que brilha através de uma janela ou clarabóia. A maioria das atividades em interiores, como assistir à TV, é completamente segura. Ao ler, o paciente deve ter cuidado em não se aproximar demais de uma lâmpada de leitura de grande intensidade. Para atividades de rotina, como fazer compras ou ir ao cinema, é melhor aguardar até o sol se pôr. Durante o período diurno, o paciente deve cobrir a pele o máximo possível. Isto significa usar mangas longas, calças compridas, luvas, meias, sapatos e um chapéu de abas largas. As roupas devem ser de um tipo tecido firmemente, de cores claras, se possível. Os pacientes devem proteger os olhos usando óculos escuros. Essas precauções são necessárias mesmo em dias nublados e especialmente ao viajar em algum veículo.

O uso de filtros solares, não importa o quão alto seja o Fator de Proteção Solar, não protegerá contra essas reações de fotossensibilidade. Elas, quando ocorrem, parecem uma queimadura solar severa. A pele ficará eritematosa, edemaciada e podem formar-se vesículas. Reações severas podem requerer tratamento médico.

TERAPIA COM ULTRASSOM Como já vimos, nesta técnica, um transdutor transmite ondas sonoras até a área a ser

examinada, que reflete essas ondas sonoras. Os pulsos ultra-sônicos são transmitidos no meio material como ondas longitudinais, ou seja, as partículas do meio se movimentam de forma paralela à direção de propagação da onda. Esse tipo de propagação causa a formação de bandas de compressão e de rarefação.

Uma das aplicações do ultra-som é realizada no tratamento fisioterápico. Com a vantagem de ser indolor, diferente de possíveis tratamentos como massagens, ele é utilizado nos tratamentos de tecido mole, onde é necessário um trabalho de além de 2cm (ele alcança no máximo 5cm) de profundidade.

São dois tipos de ultrasom: i) Ultrasom Pulsado (grande energia em um curto período de tempo). O ultra-som

pulsado é utilizado para realizar massagem mecânica, dispersar os fluidos de um edema, dispersar toxinas e provocar a quebra de calcificações. Neste ultimo caso sabemos que a quebra de



calcificações se deu em função do efeito de ressonância! Este efeito pode ser explicado fazendo analogias com o efeito de ressonância que ocorre em um sistema massa-mola.

Ressonância. Sabemos que qualquer objeto material possui uma ou mais freqüências nas

quais ele "gosta" de vibrar. Se for um objeto simples, como um pêndulo ou uma corda de violão, essa freqüência é bem definida e só há um modo fundamental. Outros objetos mais complicados, como um tambor, uma mesa, um prédio ou até nossos corpos, podem vibrar em muitos modos, com muitas freqüências diferentes. Chamamos de frequências naturais de um objeto as freqüências com que esse objeto "gosta" de vibrar, quando excitado de alguma forma. Quando uma ação externa age sobre o objeto ele só vibra nessas freqüências naturais ou em seus harmônicos.

Isto ocorre também em um sistema massa-mola.

Para manter o sistema massa-mola vibrando é necessário injetar energia balançando a massa, por exemplo, com as mãos. Se isto não for feito, o sistema amortece e pára.

Assim, pode-se notar algo curioso. Balançando a massa devagar, com baixa frequência, a amplitude do sistema se mantém, mas é sempre pequena. Na figura ao lado, fo é a frequência natural do sistema, isto é, a frequência com a qual ele "gosta" de vibrar. A frequência do movimento da mola é f, que é menor que fo. O gráfico mostra que a amplitude, nesse caso, é pequena.

Aumentando gradualmente a freqüência com que a mão balança a massa você nota que a amplitude do movimento da massa vai aumentando rapidamente. Observe que a amplitude do movimento das mãos é sempre a mesma, o que vai aumentando é apenas a freqüência.



Com um pouco de prática

logo se descobre uma frequência certa f do movimento das mãos para a qual a amplitude do movimento é máxima. Essa frequência é exatamente a frequência natural do sistema, isto é, f = fo. Se a frequência f do movimento das mãos for menor ou maior que fo, a amplitude do movimento diminui. Pronto: foi atingida a ressonância!

Em melhores termos, o movimento da mão e o movimento do sistema massa-mola entraram em ressonância.

Ou, ainda de outra forma, o sistema está vibrando com a freqüência de ressonância.

Na ressonância a transferência de energia de sua mão para o sistema massa-mola é a mais eficiente possível. A amplitude de vibração da massa só é limitada pelos atritos de amortecimento, que sempre estão presentes. Se eles não forem suficientemente fortes a vibração pode ficar tão intensa que a mola chega até a quebrar. Baseada nesta teoria, conta a lenda que um regimento de Napoleão entrou marchando em uma ponte e a freqüência do compasso da marcha, por azar, coincidiu com a freqüência natural de vibração da ponte. Deu-se a ressonância, a ponte passou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre os soldados passaram a quebrar o passo sempre que atravessam alguma ponte.

Esse caso pode ser só lenda, mas, uma ponte nos Estados Unidos desabou quando entrou em ressonância com o vento. A ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um pouco mais forte. No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Mas, logo apareceram os chamados "modos torsionais", nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda. Na ressonância, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou.

Ponte de Tacoma vibrando no

modo longitudinal.

Ponte de Tacoma vibrando no

modo torsional.



A teoria de ressonância é aplicada no campo da medicina no tratamento de cálculo renal.

A energia transmitida pela onda do ultra-som atinge a ressonância ao atingir o cálculo. Verifica-se que na ressonância, a transferência de energia da onda para a calcificação é a mais eficiente possível. A amplitude de vibração, que é máxima quando é encontrada a freqüência natural de vibração da calcificação, só é limitada pelos atritos de amortecimento que estão sempre presentes. Se estes não forem suficientemente fortes, a vibração pode se tornar tão intensa que a calcificação quebra. Este tratamento é chamado de litotripsia e, além do ultra-som, também o laser, a eletricidade e o impacto mecânico podem ser empregados como diferentes formas de energia para se quebrar um cálculo em partículas pequenas o suficiente para serem carregadas pela urina ou removidas.

ii) Ultrasom Contínuo. (a energia não se altera durante o tempo). A aplicação do ultra-

som continuo nos tecidos moles aumenta o fluxo de sangue para circular os nutrientes, reduz o espasmo muscular, elimina a formação fibrótica e produz calor profundo na interface muscular. Sabemos que a produção de calor esta diretamente ligada a transferência de energia da onda de som emitida através ultra-som ao tecido tratado.

DRUG DELIVEY – ENTREGA CONTROLADA DE DROGA HOJE, NÓS BOMBARDEAMOS O CORPO COM DROGAS QUE VÃO PARA TODA PARTE E ATUAM EM TODOS OS LUGARES A QUALQUER HORA. O QUE VEREMOS NO FUTURO SERÃO DROGAS INTELIGENTES, QUE TRAZEM CODIFICADAS ALGUMAS CONDIÇÕES PARA SUA LIBERAÇÃO. ELAS SERÃO LIBERADAS E ATIVADAS APENAS NO MOMENTO CERTO E NO LOCAL CERTO QUANDO UMA DOENÇA FOR DIAGNOSTICADA. SERÃO OS "COMPUTADORES BIOMOLECULARES". UMA ESPÉCIE DE EXEMPLO PODE SER VISTA ABAIXO:

São Paulo, 20 de Novembro de 2.003 (Médico Brasil) — Avastin confere vantagem de sobrevida sem precedentes e estudo clínico valida a teoria da anti-angiogênese no controle do câncer.

O tratamento com Avastin (bevacizumab, rhuMAb-VEGF), um novo medicamento desenvolvido para bloquear o fornecimento de sangue aos tumores, aumenta de forma significativa a sobrevida dos pacientes portadores de câncer colorretal, quando combinado à quimioterapia padrão. O estudo clínico, apresentado hoje na Conferência Européia de Câncer – European Cancer Conference (ECCO) – em Copenhagen, foi feito em comparação aos que foram tratados somente com a quimioterapia sem Avastin. Estes resultados representam a primeira esperança clínica evidente de que a terapia anti-angiogênese (bloqueio de fornecimento de sangue para o tumor) é importante no tratamento da doença.

Os dados, obtidos a partir de um estudo Fase III com 925 pacientes escolhidos aleatoriamente, mostraram que o Avastin aumenta a sobrevida em 30% quando combinado com a quimioterapia IFL (Irinotecan, 5-Fluorouracil e Leucovorin) para o tratamento de câncer colorretal avançado (metastático).



“Por diversos anos, investigamos a melhor forma de bloquear o fornecimento de sangue ao tumor, inibindo uma proteína chamada Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)”, explica o pesquisador da Duke University Medical Center, EUA, Dr. Herbert Hurwitz. “Ao inibir o VEGF, o bevacizumab bloqueia seletivamente o crescimento do tumor, deixando-o sem nutrientes necessários à sua evolução”, afirma o médico.

Além do aumento de 30% na sobrevida (o estudo mostrou que a expectativa de vida aumentou de 15.6 meses para 20.3 meses com a adição de Avastin à quimioterapia padrão), o tempo para a progressão da doença, a taxa de resposta e a duração da resposta ao tratamento também melhoram com o uso do Avastin. Estes benefícios clínicos foram observados em todos os subgrupos de pacientes no grupo pesquisado.

“Os resultados deste importante estudo demonstram claramente que, através do bloqueio do suprimento de sangue ao tumor, temos o potencial efetivo de ajudar a maioria dos pacientes, beneficiando-os de forma clinicamente relevante. Para alguns deles os resultados são extraordinários. O estudo contribuiu para que a terapia anti-angiogênica saísse dos laboratórios diretamente para a prática clínica”, conclui o Dr. Hurwitz.

A combinação de Avastin e quimioterapia foi bem tolerada, causando somente um leve aumento na incidência de hipertensão em comparação aos pacientes tratados apenas com quimioterapia. Essa hipertensão foi controlada com o uso de anti-hipertensivos de rotina.

Os resultados clínicos obtidos no estudo com Avastin são sustentados por vários anos de pesquisa, baseado no conceito de que o tumor cancerígeno depende do fornecimento de sangue para crescer e se desenvolver. O fator de crescimento endotelial vascular – vascular endothelial grownth factor (VEGF) – uma proteína que é inibida pelo Avastin, teria uma função crítica no desenvolvimento da angiogênese tumoral, ou seja, na formação de novos vasos sanguíneos que “alimentam” a célula tumoral. Avastin também atua em outras formas de câncer metastático, incluindo câncer de pulmão, pâncreas e carcinoma de célula renal.

O câncer colorretal é o terceiro tipo de câncer mais comum entre homens e mulheres, representando de 10% a 15% do total diagnosticado. Em 2000, a Organização Mundial de Saúde (OMS) registrou 950 mil casos desse tipo de câncer em todo mundo, sendo que metade dos pacientes morreram por causa da doença. A cada ano, cerca de 365 mil pessoas descobrem o diagnóstico de câncer colorretal na Europa. Dados do INCa estimam que aproximadamente 20.075 novos casos da doença serão diagnosticados este ano no Brasil.

A submissão do Avastin, que foi desenvolvido pela Roche, para análise e aprovação pelo Ministério da Saúde brasileiro será feita nos próximos meses. Fonte: Ketchum Estratégia - Carla Eboli

Esquema ilustrativo de como funciona a antiangiogênese:

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matem

Física, Química e Biologia (Tuma de Inicial) ática e suas

Tecnologias do Ensino Médio:

34

1. O tumor precisa dos nutrientes transportados pelo sangue para crescer

2. Para buscar esses nutrientes, o tumor forma uma rede de pequenos vasos que se ligam à corrente sanguínea

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matem

Física, Química e Biologia (Tuma de Inicial) ática e suas

Tecnologias do Ensino Médio:

35

3. O Avastin bloqueia a formação dessa rede. Sem o sangue, o tumor ''morre'' de fome e começa a regredir

ATENÇÂO: Um exemplo na direção contrária do apresentado acima é o desenvolvido pela

USP- Ribeirão Preto no uso do látex natural para estímulo da atividade angiogênica. Alguém

sabe do que se trata ?

PARTE C – Experimentos Para A Sala De Aula

Roteiro VIII – Dispositivos ópticos

Objetivos: a) reconhecer os tipos de imagens formadas por lentes esféricas; b) determinar a partir de um conjunto de lentes a amplificação angular: de uma lupa simples, de um microscópio

composto e de um telescópio.



Introdução:

A Lupa

Figura 1 (retirado de “Optics and Lasers” de M. Young (Springer Verlag, Berlin, 1993).)

Imagine que gostaríamos de examinar um pequeno objeto. Para tanto devido as limitações de nosso olho o objeto de altura h, seria observado de uma distância dv, portanto fazendo o ângulo h/dv no olho. Para ampliar o objeto, colocamos o objeto no ponto focal da lente (lupa) f que, portanto será projetado no infinito, veja a figura 1. A imagem virtual terá uma abertura angular w= h/f’ no olho. Caso w exceda h/dv , a imagem na retina será proporcionalmente maior. Definimos desta forma a amplificação angular:

)('25

''

cmffd

dhfhM v

v

=== , Eq.1

na equação estamos adotando convencionalmente dv sendo 25 cm.

O Microscópio

O microscópio, ou microscópio composto é mais bem entendido como um instrumento de dois estágios. A primeira lente, a objetiva, forma uma imagem ampliada do objeto. Esta imagem é examinada com uma segunda lente chamada de ocular. A ocular (assim como na lupa) projeta a imagem no infinito, veja a Figura 2.



Figura 2 (retirado de “Optics and Lasers” de M. Young (Springer Verlag, Berlin, 1993).)

A distância o vértice da objetiva e o foco primário da ocular é conhecido como comprimento do tubo g. A ampliação global M é o produto da ampliação da objetiva e da ocular e dada por:

)()()16)(25(

cmfcmfcmcmM

oe

−= Eq. 2

onde g foi assumido como sendo 16cm, fe é a distância focal da ocular e fo da objetiva. O sinal negativo indica que a imagem é invertida.

O Telescópio A diferença essencial entre o telescópio e o microscópio é a posição do objeto. O telescópio é utilizado para ver grandes objetos a distâncias grandes. Como no microscópio, a objetiva do telescópio projeta uma imagem que é examinada pela ocular. Suponhamos que tenhamos um objeto muito distante, mas grande de tal forma que ele represente uma abertura angular α na posição do telescópio, veja a Figura 3. Visto pelo telescópio, o angulo é α’. A ampliação angular será:

''

'''''

e

o

o

e

ff

fhfh

M −===αα

Eq. 3

o sinal negativo pois no caso da utilização de lentes convergentes a imagem é invertida. O sinal torna-se positiva caso a ocular seja uma lente divergente, nesta configuração o dispositivo ganha o nome de telescópio terrestre ou de Galileo. Materiais Lâmpada, lentes, trilho óptico, régua.

Procedimento experimental

1) Para cada lente determine o seu foco e sua amplificação angular. 2) Com as mesmas lentes monte um microscópio, determinando sua amplificação angular. 3) Monte um telescópio e determine sua amplificação angular. Se possível monte também

um telescópio terrestre.



Bibliografia Geral:

Bibliografia por tópicos: a) Anatomia e fisiologia: 1. Dangelo, J.G. Anatomia humana sistemática. Ed.Atheneu 2. Gardner, E., Gray, D.I., O’Rahilly, R. Anatomia: estudo regional do corpo humano, Rio de Janeiro, Ed.

Guanabara, 1988. 3. Spence, A.P. Anatomia humana básica, Ed.Manole, 1991. b) Biofísica e Física do corpo humano: 4. R.K.Hobbie - Intermediate physics for medicine and biology. 1978. c) Princípios de imagens médicas: 5. Marques Filho, Ogê & Vieira Neto, Hugo, Processamento digital de imagens, Brasport, 1999. 6. Sprawls Jr., Perry, Physical principals of medical imaging, second edition, Medical Physics Publishing, 1995. 7. S. Webb, ed., The Physics of Medical Imaging London, Institute Physics Publishing, 1992 d) Efeitos biológicos da radiação: 8. Dowd, S.B. & Tilson, E.R., Practical Radiation Protection and Applied Radiobiology, 2nd Ed., W B

Saunders Co, 352p., 1999. 9. Nias, A.H., An Introduction to Radiobiology, John Wiley $ Son Ltd, 2nd Ed., 400p., 1998. e) Ultrassom em Biomedicina: 10. HILL, C.R., Physical Principles of Medical Ultrasonic. Ellis Horwood Limited-England, 1986. 11. KINSLER, L. et all, Fundamentals of Acoustics. John Willey and Sons, Monterey, 1982. 12. HARMUTH, H.F., Acoustic Imaging with Electronic Circuits. Academic Press Inc., New York, 1979. 13. WEELS P, N.T., Biomedical Ultrasonics. Academic Press, Inc., New York, 1977. 14. ROSE J.L., & GOLDBERG B.B., Basic Physics in Diagnostic Ultrasound, John Wiley & Sons. Inc.,

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Company, Londres, 1977. 18. Rocha. A. F.G., Text Book of Nuclear Medicine Basic Science. Lia & Sebiger, New Jersey, 1978. g) Radiologia: 19. M.Ter-Pogossian. The physics aspects of diagnostic radiology. Harper and Row, New York, 1967. 20. E.E.Christensen, T.S.Curry and J.E.Dowley. An introduction to the physics of the diagnostic

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teia do teia dosabersabersites.ffclrp.usp.br/laife/teia/arquivos/apostilas/09%20-%2001-10... · as...

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