TEMA 4. Radioisòtops I Isòtops Estables Apunts PDF

Preview

Summary

Mayte...

Description

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

RADIOISÒTOPS I ISÒTOPS ESTABLES ISÒTOPS ESTABLES I ISÒTOPS RADIOACTIUS ISÒTOP: ió amb diferent massa atòmica(N no constant) però mateix numero atòmic (P constant). El que fa variar la massa atòmica són els protons i neutrons. Depen de com canvia parlem de isotops estable o radiactius. INTRODUCCIÓ A LES RADIACIONS IONITZANTS 1. Els àtoms són elèctricament neutres. p=e 2. Quant hi ha despreniment de protons u d’electrons en un àtom perd la seva estabilitat→ emet radiació en tendir a l’estabilitat i ionitza la materia que la rep a aquesta. DEFINICIONS I UNITATS Nombre atòmc (Z): El nombre de protons que té element químic té en el nucli. el nombre atòmic és un paràmetre característic de cada element químic i és el que determina quin element químic es tracta. En la taula periòdica eles elements es troben ordenats de més petits a més gran nombre atòmic. Nombre màssic (A): la suma del nombre de protons i neutrons en el nucli Els isòtops són àtoms que tenen el mateix nombre atòmic però diferent nombre màssic, és a dir, tenen el mateix nombre de protons (per tant són el mateix element químic) però diferent nombre de neutrons en el nucli. A = massa atòmica (n+p) Z = nombre atòmic (P) N = nombre de neutrons (n) A = N+Z ISÒTOPS ESTABLES I RADIACTIUS DE L’HIDROGEN 1H: hidrògen estable 2H: deuteri isòtop estable de l’hidrogen 3H: tritiradiactiu -

Com que el deuteri te diferent massa atòmica es pot distinguir del H general per la seva massa un cop s’incorposa a biomolècules que són separades per un espectròmetre de masses.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR -

CARLA DONET DONET

En contrast, el triti és radioactiu i pot detectar-se sòl o formant part de biomol.lècules per la seva emissió radiactiva. En ambdós casos la detecció és quantitativa. En el cas d’isòtops estables no hi ha risc d’irradiació ni residuos indesitjats.

ISÒTOPS ESTABLES • Isòtops estables tenen diferent massa atòmica (més massa atòmica que el isòtop natural) pero no ememten radiacions. El diferenciem a tarvés de l’espectrometre de massa. -

Els isòtops estables son formes isotòpiques no radioactives d’àtoms (diferent massa atòmica i igual número atòmic). Això els confereix propietats úniques que els permet ser emprats en una ampla varietat d’aplicacions incoent nutrició, metabolisme i medicina forense. 18 elements químics de la taula periòdica ténen isòtops estables. Es poden usar per mesurar la seva quantitat i proporció de mol.lècules a les mostres. Els isòtops estables apareixen de forma natural , p.ex a l’aigua. Poden ser usats com a traçadors, que s’afegeixen de forma deliberada al sistema a estudiar, per exemple en nutrició. Es detecten amb tècniques especialitzades com són l’espectrometria de masses ó la RMN.

Mentre que el deuteri H-2, és un isòtop dos vegades més pesant que l’H-1 s’usa principalment per la recerca en nutrició i el N-15 s’usa en l’agricultura. El seu ús és creixent. -

-

La vida mitja dels isòtops estables de l’O, D, N i C és més llarga que la dels corresponents radioisòtops. Això permet fer estudis amb més tranquil.litat i més extensos. Molt poca quantitat de mostra és suficient perquè es detecten amb espectròmetres de masses molt sensibles. La detecció amb GC-MS és un mètode ràpid, sensible i precís. Tb permet localitzar la posició del traçador a la mol.lècula. Es poden fer en una mateixa mol.lècula marcatges dobles p ex C i H de forma que el seu destí cap a diferents vies és traçable. Es poden usar dues mol.lècules diferents marcades amb isòtops diferents en un mateix estudi 13-C i 15-N. A les baixes quantitats d’isòtops emprats no hi ha ni risc de perjudici per la salut o contaminació.

Metabolòmica i proteòmica Nutrició i metabolisme: Varietat de compostos marcats amb D, 13C, i 15N com ara carbohidrats, aminoàcids, vitamines, esteroids I altres. Els isòtops estables i radiactius són naturals però tenen concentarcions baixes llavors s’acabem comprant, en l’espectrometre separem les naturals i les que s’han modificat al laboratori per poder comprar-les.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

APLICACIONS BIOQUÍMIQUES S’utilitza principalment a la nutrició. Imatge que simula els fluxes del metabolisme en les cèl·lules, amb els nutrients marcats amb un isòtop estable que permeten estudiar els fluxes i les dinàmiques de transformació d'aquests nutrients 1.Nova metodologia que explota la tècnica de la RMN per a estudiar el metabolisme. Es una eina que permet controlar los fluxos metabòlicos de forma que, en només deu minuts, es pot obtenir informació dinàmica de gran nombre de mol.lècules. Això pot ser útil en aplicaciones futures. 2. Es una metodología basada en la RMN, que mesurant els àtoms d’hidrogen (protons) permet determinar indirectament la quantitat d’ àtoms de carboni marcats en las estructures químiques dels metabòlits. 3. El disseny de l’experiment consisteix a marcar un nutrient usat per les cèl.lules per a alimentarse, com la glucosa o els aminoácids, amb un isòtop estable com el H2 mitjançant la mesura del protó es potden esbrinar els fluxes i les dinàmiques de transformació d’aquests nutrients dins de la cèl.lula. De moment, l’ eficàcia d’aquesta tècnica s’ ha validat usant cèl.lules de càncer humà, pero es directamente aplicable a qualsevol model biològic. Un element químic pot tenir un o diversis isòtops del s quals algun o tots poden ser estables I la resta inestable. Els isòtops inestables o radiactius són els que tendeixen a transformar-se o desintegrar-se en altres. La desintegració es produeix mitjançant l’emissió de radiacions ionitzants. ISÒTOPS RADIACTIUS • Isotops radiactius són energèticament inestables pero buscant l’estabilitat emeten certa energia i l’emissió d’energia es la que utilitzem per quantificar coses. Diapo 17 diferents tipus de radiació per saber com radioprotegir-se I com utilitzar-les, la alpha no s’utilitza en bioquimica (són energia electromagnetica I té més penetrancia de la materia I ionitzant), sinó la beta I gamma Radiació alfa: Aquesta és una radiació de la naturalesa corpuscular que consisteix en l’emissió de partícules pesants integrades per dos protons I dos neutrons (com el nucli d’heli) emeses per la desintegració d’àtoms d’elemets pesants (urani, radó, plutoni…). Com que les partícules alfa són partícules amb molta massa, la seva capacitat de penetració en la matèria és molt petita. No poden recórrer mñes d’un parell de centrímetres a l’aire I no poden travessar un full de paper ni l’epidermis.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

Les particules alfa interaccionen fàcilemnt amb la materia produint ions , és a dir, el seu poder de ionització és elevat. El risc de radiació alfa es dona quan les particules alfa poden danyar l’organisme només quan entren a l’interior per inhalació o ingestió, ja que no són capaces de penentrar per irradiació directa. -

Aquesta esta formada per dos protons I dos neutrons I per tant tenen una càrrgega possitiva És emesa des del nucli a gran velocitat I per tant aporta energia.

Aquesta té la capacitat de produir dany en els teixits I per tant no s’utilitza en bioquimca. Radiació beta: La radiació beta es una radiació de naturalesa corpuscular que consisteix en lemissió d’electrons per la conversió d’un neutró en un protó. El poder de penetració en la matèrie de la radiació beta és més alt que el de la radiació alfa ja que l’eletró té una amssa més petita; no obstant això, la radiació beta s’atura en alguns metres d’aire o no pot recòrrer més. Que uns centímetres a l’aigua I no pot travessar una làmina d’alumini, el vidre d’una finestra, una peça de roba o el teixit subcutani. La capacitat d’ionització produïda és menor ja que les petites dimencions de l’eletró fan menys probable la interacció amb la materia. -

Està constituïda per electrons que s’originen quan es desintegra un neutró del nucli I per tant la càrrega és negayiva És emesa a velocitat pròxima a la de la llum que és menor a l’energia de radiació alfa però aquesta és més penetrant.

Aquesta és la més utilitzada en bioquímica I utilitza contadors gamma. Radiacions gamma Aquestes són radiacions ionitzants electomagnètiques procedents del nucli de l’àtom que es produeixen quan l’àtm en estat excitat allibera energia I passa a l’estat fonamental. Les radiacions gamma tenen la mateixa naturalesa que les radiacions no ionitzants (llum visible, UV) però són molt més energètiques. Les radiacions gamma tenen una capacitat de penetració superior a les radiacions alfa I beta la qual cosa dda que el seu apantallament siga més complicat. A l’aire pot alliberar molt lluny I per aturar-.la cal utilitzar barreres de materials densos com el plom o formigó.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR -

CARLA DONET DONET

Està formada per ones electromagnètiques similars a les ones de llum però amb més freqüència (I més energia). Per tant, no té càrrega elèctrica És la més penetrant de totes.

Rajos X Aquestes són radiacions ionitzants de la naturalesa electromagnètica, procedents de l’escorça de l’àtom que es produeixen per l’acció d’electrons ràpids. Els rajos X són les radiacions ionitzants menys energètiques I per tant amb menys poder de ionització però presenten una capacitat de penetració elevada I són absorbides només per apantallaments gruixuts especials. La radiació X es sembla a la gamma però es produeixen artificialment a aprtir d’un material que no té radioactivitat pròpia. La seva activació I desactivació tenen un control fàcil I immediat. Els rajos X, la radiació gamma I la de neutrons no són directament ionitzants erò si indirectament: en incidir sobre altres nuclis, poden activar-los o causar emissions quue sí poden ionitzar. Es diferncien en la capacitat de penetració I aixxò es important per veure com es mou la radiació I com apantallar la radiació (parar-la) I protegir-mos (diapos 19-20). Com més lluny arriba una radiació, més dificil és apantallar-la. En beta sols cal alumini I en gamma s’utilitza metacrilato o plom (li costa més de frenar). La gamma seria on posa la raig X en la diapo (s’ha patinat un rato perquè no es fa ús de formigó). RADIACIÓ NATURAL O DE FONS Fonts externes que són les procedents de l’exterior: -

Radiacions còsmiques:

És la radiació procedent de l’espai exterior (el sol I els espais interesterals de lunivers). L’exposició augemnta en augmentar l’altitud sobre el nivell del mar, ja que la radiació és retinguda en part per l’atmosfera. -

Radiacions terrestres:

És la radicaió emesa per les roques I el terra ja que l’escorça terrestre conté substàncies radioactives. Hi ha zones com les granítiques que enen contingut en material radiactiu elevat. -

Radiació que contenen alguns aliments I begudes:

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

En aquest cas tenim sobretot sle suqe contenen matèria orgànica, ja que els materials radioactius prosents a la terra són absorbits per plantes I animals I es dssolen a l’aigua. RADIACIÓ ARTIFICIAL Radiodiagnòstic L’aplicació més important de les radiacions ionitzats a la medicina es troba en el camp del diagnòsic. S’utilitzen fonamentalment rajos X de baixa energia I en determinats òrgans o estrcutures, en què la imatge dels rajos X no proporciona prou informació, es fan servir altres fonts de radiació com els radioisòtops: -

Aplicacions diagnòstiques am rajos X:

Els rajos X travessen el cos I impressionen una pel·licula fotogràfica o similar produint una imatgde dels òrgans interns que s’utilitza per al diagòstic. Entre els llocs on es poden trobar aplicacions diagnòstiques amb rajos X destaquen les instal·lacions de radiografia bàsica, per a la realització de les radiografies més comunes, els centres de radiografia especialitada de gran hospitals (que poden tenir equips de mamografies, TAC…) els centres ordontológics, els serveis d’urgència dels hospitals que utilitzen equips radiogràfics portàtils. -

Aplicaions diagnpòstiques amb radioisòtops

Els radioisòtops són utilitzats per a l’estudi de diverses patologies, tumors, metàstasi .. la seva aplicació ha donat lloc a una especialitat anomenada medicina nuclear que en el camp del diagnòstic permet l’exmanen funcional precís de diferents òrgans, la visualització ràpida I no traumàtica mitjançant gammagràfies, l’estudi dinàmic dels fenòmens ràpids com la circulació cardíaca, l’activitat cerebral.. Radioteràpia La radioteràpia s’ocupa del tractament de determinades malalries, fonamentalment oncològiques, per mitjà de radiacions ionitzants. El temps de semintegracó es el temps que triga en desintegrar-se totalment (a la meitat de la energia). És important perquè el doble del temps deixa de ser radiactiu.

MAGNITUD I UNITATS Per poder valorar les radiacions ionitzants I el dany que produeixen es treballa amb una sèrie de magnituds on destaquen: -

Activitat

L’activitat d’un radionúclid és un nombre de tarnsformacions nuclears espontànies que pateixen pper unitats de temps.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

La untitat de l’activitat en el sistema internacional és el becquuerel (Bq) que correspon a una desintegració per segon. També s’utilitza com a unitat el curie (Ci) que equival a 3,7*10 ^10 Bq. L’activitat d’una font radioactiva és un paràmetre determinat de la sea perilositat. La classificació de residus, fonts… s’estableix fonamentalment per l’anticivitat I per isòtop que conté.L’activitat va decreixent amb el temps, a una velocitat que depèn del període de semidesintegració. Activitat radioactiva Nombre de desintegracions per unitat de temps dN/dT=Activitat Unitats: 1 Becquerel=1 Beq= 1 d.p.s (desintegració per segon) 1 Curi= 1 Ci= 3.7. 10 1 Curio = 1 Ci = 3.7 1010 Bq. -

El període de semidesintegració

El període de semidesintegració és el temps necessari perquè l’activitat d’un radionúclid es redueix a la meitat. El temps de període de semidesintegració És característic de cada radio-núclid I varia des de fraccions de segons fins a milions d’anys. Interacció de les radiacions ionitzants amb la matèria • Partícules carregades (partícules alpha= nuclis d’He, partícules beta e+, e‐) • Radiació electromagnètica ( gamma, RX) dispersa •Neutrons Interacció de partícules carregades amb la materia Abast de les partícules (R). Magnituds de la interacció de les radiacions amb la matèria • De radiació • Flux dA  = dN • D’efectes físics ▪ Exposició: càrrega /kg de materia i si referit al temps Taxa 1Röentgen (R)=258 µCoul/kg Taxa d’exposició :R/h ▪ Dosi absorbida: Energia de la radiació absorbida per kg 1 Gray (Gy)= J/kg = 100 rad -

La dosi absorbida

La dosi absorbida és la quantitat d’energia cedida per la radiació per unitat de massa de matèria irradiada.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

Podriem dir que la dosi absorbida és la quantitat d’energia absorbida en un punt d’aquqeta matèria irradiada per unitat de massa. Per tant, mesura l’acció de la radiació en una materia I és diferent en cada part d’aquest material. La unitat de mesurament de la dosi absorbida en el sistema internacional és el gray (Gy), que equival a 1 J/Kg. també es pot expressar en rad (radiation absorbed dose). 1Gy = 100 rad El dany originat pe runa radiació ionitzant és funcio de la dosi absorida, però també del tipus de part´´icula. Alguns tipus de aprtícules produeixen mçñes efectes que altres. Per tant, la dosi absorbida no expressa l’efecte biològic resultant. -

La dosi equivalent

La dosi equivalnent és la magnitud que s’utilitza per mesurar els efectes biològics de la radiació en l’organisme. Correspon a la dosi absorbida per la persona valorant el dany produït en funció del tipus de partícula. Es cacula com el producte de la dosi absorbida (D) per un factor de ponderació de la radiació (Wr) H = D * Wr La dosi absorbida produeix efectes distints segon el tipus de radiació, per això es defineix la dosis equivalents que es independent de la radiació que l’hagi produit. INTERACCIÓ DE LES RADIACIONS IONITZANTS AMB LA MATERIA Intal·lació radioactiva: -

Campana de treball Neveres/ congeladors Líquid de centelleig Bany d’ultrasons residus

SISTEMES DE DETECCIÓ DE LES R.I 1. Detectors de gas. Detector Geiger 2. Detectors semiconductors, emulsions fotogràfiques 3. Detectors d’escitil·lació. Contador beta. El tub de Geigr està ple d’un gas que s’ionitza quan reb radiació i simplement genera un pols elèctric quan això ocorre. El número al que tenim accés és el dels pulsos o “contes per minut” CPM.

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

CARLA DONET DONET

Els raig Y es poden detectar per scintillació sòlida. No es tan crític el contacte estret entre mostra i centelleador i es sòlid i extern a la mostra; sol ser un cristal de yodur sòdic amb tali que envolten el lloc on es posa la mosra i es detecta a un fotomultiplicador. El comptador beta o de scintil·lació: en aquesta es disol a mostra en el líquid de scintil·lació que es un líquid que conté substancies fluorencents que son detectades per un mecanisme òptic o fotomultiplicador. CONTADORS I DETECTORS DE RADIACIÓ -

Compador de raig Gamma Compatdor de raig Beta Comptador geiger I de superfícies Dosímetre

INSTRUMENTS DE SEGURETAT -

Vitrines de gasos Guants Caixes blindades (necesaries per treballar amb radionúclids emisors gamma) Equips de protecció corporal: o Bates o Cubrecalçat o Devantals de plom o Guants plomats o Ulleres de plàstic (per emisors beta de baixa energia) o Ulleres de vidre (per emissors beta d’ alta energia) o Ulleres de vidre plomat (per a emisrs gamma) o Pantalles facials o Màscares buconasals (per evitar inhalació).

El Principi ALARA: fonament de radioprotecció Mentre s’usa radioactivitat cal: ▪ Minimitzar el temps d’exposició ▪ Maximitzar la distància a la font ▪ Maximitzar blindatge (adequat ELEMENTS DE RADIOPROTECCIÓ ▪ Efectes biològics de les R.I. ▪ El principi ALARA. Protecció contra irradiació externa i interna. MESURES DE PROTECCIÓ Contaminació interna α > β > γ, n, X . Fonts no encapsulades ▪ maximitzar distància respecte a les fonts

TÈCNIQUES DE BIOQUÍMICA I BIOLOGIA MOLECULAR

▪ minimitzar el temps d’exposició (assaigs en fred) ▪ utilitzar blindatge adequat ▪ Precaucions específiques: ▪ roba, pipetejar, vitrines ▪ disseny dels laboratoris ▪ mecanismes de descontaminació

CARLA DONET DONET...