Física y Química Biológica Licenciatura en Enfermería

Número atómico, número másico A= Z+N Z Z=P+=E- Siendo A el número másico N el número de neutrones Z el número de protones 2

Isótopos Los isótopos son elementos que contienen idéntico número de protones y diferente número de neutrones. Tienen las mismas propiedades químicas básicas. Son inestables. 3

Radioactividad

Existen en la naturaleza isótopos que por la relación entre protones y neutrones en el núcleo son altamente inestables, para lograr un estado más estable emiten energía en forma de radiación. Esa radiación emitida puede ser en forma de partículas o como una onda electromagnética.

Radioactividad Cada tipo de emisión radioactiva tiene distinto poder de penetración en la materia y distinto poder ionizante: capacidad de arrancar electrones de los átomos o moléculas con las que colisiona; pudiendo romper enlaces químicos.

Tipos de radiaciones Radioactivas Partículas (masa) ALFA a BETA b Electromagnéticas GAMMA g

Tipos de radiaciones No radioactiva Electromagnéticas RAYOS X

Radiación alfa Los emisores alfa son isótopos que emiten una partícula α, semejante al núcleo de Helio: 2 protones y 2 neutrones, con 2 cargas positivas originando un nuevo átomo Altamente ionizante Recorre distancias cortas Se detiene con papel Ejemplos: Uranio 235U _ 238U Polonio 210Po _ 212Po Francio 204Fr _ 207Fr 23492U    23090Th + 42He

Radiación beta 146C 1 47N + 0-1e (b -) Los emisores β- emiten desde el núcleo un electrón producto del desdoblamiento de un neutrón. La partícula β es emitida y el protón formado queda en el núcleo originando otro elemento Ionizante Recorre mayor distancia que α Se detiene con plástico, aluminio

Radiación beta 116C 115B + 0+1e (b+) Los emisores β+ no se encuentran en la naturaleza son todos producidos artificialmente, emiten un positrón, producto de la transformación de un protón en un neutrón con liberación de energía. Ionizante La distancia a recorrer es ~ β Pérdida de Energía cinética inicial

La radiación g siempre es emitida por la Hija y no por la Madre Radiación gamma Después de un decaimiento α o β el núcleo queda con niveles altos de Energía, debe deshacerse de esa Energía y la emite en forma de radiación electromagnética de alta frecuencia que recibe el nombre de: Radiación g La radiación g siempre es emitida por la Hija y no por la Madre Altamente ionizante Recorre grandes distancias Las detiene Plomo u Hormigón con plomo Ejemplos: Galio 67Ga Talio 201 Tl Flúor 18F Oxigeno 15O Iodo 131I Cobalto 60Co

Penetración de la radiación

Efectos biológicos Los tejidos vivos expuestos a radiaciones ionizantes pierden la homeostasis ya que átomos y moléculas ionizadas pierde su capacidad de realizar las reacciones metabólicas necesarias para la vida. Los trabajadores que manipulen estos elementos deben tomar precauciones especiales para no sufrir las consecuencias de elevados niveles de exposición.

Efectos biológicos (órganos vulnerables) Sistema hematopoyético. Glándulas endocrinas. Piel. Sistema reproductivo - Testículos, ovarios. Ojos. Sistema Cardiovascular Sistema urinario Sistema Nervioso Central Hígado. Aparato digestivo

Principios de protección Toda práctica con uso de radiaciones debe ser realizada si sus beneficios son superiores a los riesgos. Todas las exposiciones deben mantenerse tan bajas como sea razonablemente posible Las dosis a los individuos (pacientes y trabajadores) no deben superar los limites recomendados por las normas vigentes.

Trabajador ocupacionalmente expuesto deberá poseer: Controles de salud periódicos Dosímetro individual con lectura mensual Dosis de radiación es proporcional al tiempo de exposición. Limitación del tiempo de exposición a lo mas reducido posible. A mayor Tiempo mayor Dosis.

Residuos radiactivos y fuentes en desuso Los residuos deben ser clasificados según sus características físicas y químicas: ETIQUETA BLANCA: Indica que no se precisa manipulaciones especiales. ETIQUETA AMARILLA II: Indica que existen limitaciones en cuanto almacenaje y transporte. ETIQUETA AMARILLA III: Se debe disponer de manual de procedimientos para el transporte y almacenamiento

Categoría de los Bultos radioactivos para su transporte Códigos de Identificación para su manipulación y embalaje Índice de transporte para un bulto Nivel de radiación máximo en cualquier punto de la superficie Categoría Igual a cero Hasta 0.005 mSv/h (0.5 mrem/h) Blanca I Mayor que cero y menor o igual a uno Mayor que 0.005 mSv/h (0.5 mrem/h) pero no superior a 0.5 mSv/h (50 mrem/h) Amarilla II Mayor que uno y menor o igual a diez Mayor que 0.5 mSv/h (50 mrem/h) pero no superior a 2 mSv/h (200 mrem/h) Amarilla III Parágrafo Único: Si el índice de transporte es superior a 10 o el nivel de radiación está comprendido entre 2 mSv/h (200 mrem/h) y 10 mSv/h (1000 mrem/h) el bulto se clasificará en la categoría Amarilla III y se transportará bajo normas exclusivas.

Categoría I Blanco ETIQUETA BLANCA: Indica que no se precisa manipulaciones especiales.

Categoría II Amarillo II ETIQUETA AMARILLA II: Indica que existen limitaciones en cuanto almacenaje y transporte.

Categoría III Amarillo III ETIQUETA AMARILLA III: Se debe disponer de manual de procedimientos para el transporte y almacenamiento

Exposición a fuentes radiactivas Medidas de exposición y dosis recibidas Las radiaciones naturales (emitidas por el medio ambiente) son inofensivas. El promedio de tasa de dosis equivalente medida a nivel del mar es de 0,00012 mSv/h (0,012 mrem/h). La dosis efectiva (suma de las dosis recibida desde el exterior del cuerpo y desde su interior) que se considera que empieza a producir efectos en el organismo de forma detectable es de 100 mSv (10 rem) en un periodo de 1 año. Los métodos de reducción de la dosis son: 1) reducción del tiempo de exposición, 2) aumento del blindaje y 3) aumento de la distancia a la fuente radiante.

Medicina nuclear En los últimos años, la Medicina Nuclear ha tenido un auge importante debido al desarrollo de los sistemas informáticos y al descubrimiento de radiofármacos de síntesis más sensibles y específicos. Son utilizados para diagnóstico y tratamiento.

Medicina nuclear Los Radioisótopos utilizados en medicina son generalmente artificiales y proceden de reacciones nucleares; y son conocidos como “ Radio nucleídos “. Los radioisótopos se utilizan en Medicina Nuclear y se seleccionan según sus características bioquímicas para seguir una ruta metabólica, o fijarse a distintos receptores y según el tipo de emisión serán detectadas. También asociados a fármacos transportadores dependiendo del órgano a estudiar. Esta forma recibe el nombre de Radiofármaco ó Radioligando.

Utilizados en diagnóstico por imágenes 99Tc (No se encuentra en la corteza terrestre Es artificial) 201Tl (En forma de Cloruro Estudios Cardiología,Oncología ) 67Ga (En forma citrato Estudio Linfoma No Hodgkin, VIH )

Radio nucleídos utilizados en terapias I-131 ( 1811 se descubre I-127 estable; El yoduro de sodio se concentra en la glándula Tiroides. Se utilizo en 1939 como radiofármaco para estudios de metabolismo. A la fecha se utiliza en el tratamiento Hipertiroidismo y Ca Tiroides.) P-32 ( como Fosfato de Sodio; reduce o alivia dolor por metástasis óseas. Se utiliza en casos especiales debido a efecto depresor en medula ósea.)

89Sr Se encuentra en los minerales del Calcio y Bario, descubierto en 1811. En forma de Cloruro ha sido aprobado por la FDA. Se utiliza para disminuir el dolor y mejorar calidad de vida de pacientes con Ca Próstata, Mama y Pulmón. 186Re Se produce en reactor nuclear. Forma el complejo 186Re -DMSA se localiza Ca Medular de Tiroides, agente terapéutico 153Sm EDTMP (etilendiaminotetrametilen-fosfonato) para localización y terapéutica paliativa de metástasis óseas.

RADIONUCLEIDOS UTILIZADOS EN TEP Tomografía por Emisión de Positrones 18F FDG ( Epilepsias, Esquizofrenias, células cancerígenas, tumores o metástasis) 18F DOPA (Melanoma) 18F FECNT (Parkinson ) 64 Cu (Lupus abdominal ) 111 In DTPA (Ca ovarios ) 82Rb (Perfusión cardíaca ) 14C -14 DG(Estudios cardíacos ) 153Gd , 76AR , 81Kr

Radionucleidos utilizados en TEP Mecanismo de acción y metabolismo de 18F FDG Vida media del 18F FDG es de 109 minutos La vida media es el promedio de vida de un núcleo  antes de desintegrarse La FDG (fluorodesoxiglucosa), como análogo de la glucosa, es incorporado principalmente por aquellas células con elevadas tasas de consumo de glucosa, como el cerebro, el riñón y las células cancerígenas. 18FDG fluorodesoxiglucosa

Las células con mayor avidez de glucosa son las que absorben más 18FDG y serán las que emitan mayor cantidad de positrones: color rojo Las células cancerosas no responden a la homeostasis y tienen altos niveles de reproducción, por lo tanto tendrán alta avidez de glucosa que utiliza para la producción de energía celular. Mientras la Radioactividad de la FDG permanezca, la molécula no podrá ser degradada o utilizada en ninguna ruta metabólica, a causa del flúor radiactivo en la posición 2 de la molécula. Sin embargo, a medida que la radiactividad vaya decayendo, el flúor se convertirá en 18O, el cual podrá captar un catión de H+ y así convertirse en Glucosa 6 fosfato, marcada con un oxígeno pesado (oxígeno18) totalmente inocuo en la posición 2, que podrá ser metabolizada normalmente por cualquiera de las rutas ordinarias utilizadas por la glucosa

Tomografía por emisión de positrones TEP La emisión de positrones es mínima en el color azul y máxima en el color rojo. El objetivo de una TEP no es tanto “ver” el interior del cuerpo, sino su funcionamiento metabólico. Para ver el interior suele usarse una Tomografía Axial Computarizada (TAC)

Rayos X Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, microondas, luz visible, infrarrojo, ultravioleta o radiación gamma. Los rayos X son ionizantes porque al interactuar con la materia produce ionización de sus átomos. Los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones.

Generación de rayos X

Equipo de rayos X

Propiedades de rayos X Se propagan en línea recta. La velocidad de propagación es similar a la de la luz. Ionizan el aire. Impresionan las películas fotográficas. Pueden atravesar materiales opacos a la luz.

La combinación energía y materia forman el universo sustancia La materia es sustancia es energía La energía mueve la sustancia

“La energía se define como la capacidad de realizar trabajo”.

ENERGÍA El movimiento de los electrones en los orbitales del átomo son consecuencia de la energía cinética que poseen. Los cambios físicos y químicos de la materia son posibles por cambios energéticos con transferencias de calor. La formación de nuevas sustancias son posibles por cambios de energía en el sistema

ENERGÍA Los procesos biológicos se acompañan de interconversiones energéticas. El desarrollo y crecimiento de un organismo, así como la renovación de sus estructuras, implican un gran número de síntesis químicas sólo posibles con aporte de energía.

ENERGÍA La fuente primaria de energía para todas las formas de vida es la luz solar. Esta es captada por los organismos fotosintéticos (plantas, algas) y almacenada como energía química. En los organismos aerobios la energía es generada por oxidación de sustancias incorporadas con los alimentos y transferida a compuestos que la retiene para ser utilizada en el momento necesario.

es el sistema universal de intercambio de energía en El compuesto de alta energía de mayor importancia es adenosina trifosfato ATP El sistema ATP ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

E=m. c2 ENERGÍA Donde m= masa c=velocidad de la luz Uno de los grandes descubrimientos de Einstein fue entender que la materia y la energía son formas distintas de la misma cosa. La materia se puede transformar en energía, y la energía en materia. E=m. c2 Donde m= masa c=velocidad de la luz

ENERGÍA Para entender mejor el concepto un kilogramo de materia convertida en energía ,proporcionaría 25 millones de Kilovatios ,es decir el 30% del consumo de energía eléctrica durante un año. Surge la energía nuclear, una forma de obtener energía a partir de los núcleos atómicos.

Termodinámica La termodinámica es la rama de la física que trata de la energía y sus transformaciones. Las reacciones químicas se acompañan de cambios energéticos. “Por lo tanto sus principios afectan a todos los procesos biológicos”.

Termodinámica Primera ley: la energía total del universo permanece constante.

Leyes de la termodinámica Segunda ley : la entropía ( grado de desorden) del universo va en aumento. Los procesos espontáneos están caracterizados por un aumento del desorden o entropía.