Introdução à Física da Radioterapia
Fábio Antonio Schaberle e Nelson Canzian da Silva

5.1. Introdução
5.2. Radiosensibilidade e radiocurabilidade
5.3. Braquiterapia
5.4. Teleterapia
5.5. Equipamentos de teleterapia

Logo após descobertos por Whilhelm C. Roentgen, os raios-X começaram a ser utilizados em diagnóstico e terapêutica, tendo Emil A. Grubbe com um pioneiro, ainda 1896. Em 1896, Pierre e Marie Curie descobriram o Radium 226, introduzindo-o em terapêutica. Nesta época, os cirurgiões passaram a utilizar as radiações no tratamento de tumores malignos, acreditando atuarem por ação cáustica nos tecidos. A falta de conhecimentos técnicos e científicos levou ao aparecimento de inúmeras e graves complicações levando as aplicações terapêuticas ao descrédito.

Inicialmente as dose eram avaliadas pelas reações induzidas na pele e a unidade correspondente foi denominada "dose eritema". A dose administrada era avaliada segundo a intensidade do eritema. A avaliação era, no entando, subjetiva e feita após o tratamento.

Os progressos da física médica na década de 30 permitiram quantificar as doses de radiação e estabelecer uma relação entre quantidade e efeito biológico. Em 1944, Strandqvist publicou os resultados de observações clínicas que relacionavam o efeito das radiações sobre os tecidos e da dose com o tempo de administração e a distribuição desta no tempo.

O desenvolvimento da física e da engenharia nuclear proporcionaram um grande avanço na produção de materiais radioativos obtidos artificialmente, propiciando novas fontes (entre elas o cobalto 60) com diferentes características para uso em terapias. Esses avanços na área de física associados a uma melhor compreensão dos mecanismos bioquímicos da interação da radiação com a matéria trouxeram as bases teóricas para tratamentos que concentram grandes doses de radiação em um determinado volume alvo, protegendo os tecidos normais e lesando ao máximo os tumorais.

O desenvolvimento na engenharia de construção de aceleradores, que passaram a ser construídos em tamanhos apropriados para uso clínico e com grande variedade de energias e de tipos de radiação, representou um aumento significativo de opções de tratamento, cada vez melhores e mais otimizados.

A radiossensibilidade celular é o grau e a velocidade de resposta dos tecidos à irradiação. Segundo Tribodeau e Bergonier a radiossensibilidade está associada à atividade mitótica da célula: por um lado, quanto mais indiferenciado e proliferativo o tecido, mais sensível à irradiação e, por outro, quanto mais diferenciado e estável, mais resistente. A radiossensibilidade também depende da origem do tecido: quanto mais sensível o tecido original, mais sensível o tecido derivado.

A resposta tumoral à irradiação depende também do aporte de oxigênio às células malignas. Devido á sua eletroafinidade o oxigênio liga-se avidamente aos elétrons gerados na ionização do DNA, causando danos a esta molécula. A presença de quantidades adequadas de oxigênio aumenta sua sensibilidade em 3 vezes (efeito oxigênio, ou OER - Oxygen Enchancement Ratio).

É muito difícil estabelecer uma relação de causalidade entre radiossensibilidade e radiocurabilidade. Tumores de resposta tardia à irradiação, isto é, de regressão lenta após serem irradiados, podem desaparecer após certo tempo de tratamento (tumores de próstata) e tumores agudamente responsivos podem repopular rapidamente após uma "resposta completa" (carcinomas indiferenciados de pulmão).

O controle local de um dado tumor, por ser de natureza estatística, é função da quantidade de células clonogênicas existentes quando no início do tratamento. Quanto maior o número de células maior será a dose de irradiação necessária para o controle. Assim a radiossensibilidade tecidual e a radiocurabilidade tumoral fundamentam a escolha do tratamento radioterápico. O índice terapêutico de um plano radioterápico é obtido a partir da probabilidade de lesar os tecidos normais adjacentes e a de curar o tumor.

Os tecidos normais tendem a repopular as regiões irradiadas com mais facilidade que os tumorais, embora os tumores também o façam. Como existem muito mais tecidos sãos do que tumorais nas regiões irradiadas, esta característica favorece o tratamento. Devido a vários defeitos metabólicos inerentes à sua atividade mitótica das neoplasias a regeneração tende a ser menos eficaz para danos subletais. Tecidos normais tendem a se recuperar entre duas aplicações, desde que haja um intervalo de ao menos 4 horas, enquanto que os tumorais tendem a demorar mais ou não o fazem.

Figura 3.1

Na braquiterapia a fonte fica em contato ou dentro do paciente. Esta especialidade da radioterapia, também conhecida como curieterapia ou endocurieterapia, surgiu dos experimentos iniciais do casal Curie com fontes de rádio. Na década de 60 foi estimulada pelo desenvolvimento de técnicas com carga postergada (afterloading) e, mais recentemente, com o advento de sistemas robotizados de braquiterapia de baixas (LDRB - Low Dose Rate Brachytherapy) e altas (HDRB - High Dose Rate Brachytherapy) taxas de dose.

Existem diversos tipos de braquiterapia, realizadas com uma grande variedade de fontes radioativas. Estas fontes são em geral acondicionadas em cápsulas de metal cujas dimensões variam de alguns milímetros a poucos centímetros. A introdução das fontes no paciente é feita por meio de punção de agulhas contendo o material radioativo, implantes cirúrgicos ou por cavidades do corpo.

No Serviço de Radioterapia do Hospital de Caridade de Florianópolis existem os seguintes recursos para braquiterapia:

Fontes. São 25 fontes de Césio 137 (¹³⁷Cs) e 3 fontes de estrôncio 90 (⁹⁰Sr). Quando não utilizadas, as fontes ficam armazenadas em castelos, estruturas de chumbo revestidas de alvenaria. Na sala onde estão armazenadas é feita a preparação (manipulação das fontes, ajuste dos equipamentos etc.). As fontes são sempre manipuladas atrás de vidro plumbífero, que absorve a radiação, protegendo os olhos do operador.

Aplicadores. São vários jogos dos tipos Fletcher e Henschke utilizados em braquiterapia de colo do útero. São preparados na sala das fontes. Durante o tratamento a paciente fica internada no hospital pois torna-se ela mesma uma fonte radioativa, sendo liberada apenas depois retiradas as fontes.

Figura 5.1 | Figura 5.2

A teleterapia é uma modalidade de radioterapia em que a fonte de radiação é externa ao paciente, posicionada a no mínimo 20 cm de sua superfície. A teleterapia, introduzida na prática médica no início do século, expandiu na década de 30 devido ao desenvolvimento dos aparelhos de radioterapia convencional com energias superiores a 130 KV (kilo-volts), permitindo o tratamento de tumores profundos. Nas décadas de 30 e 40 surgiram as bombas de cobalto e os aceleradores lineares, com energias de MeVs (mega-eletron-volts).

Os equipamentos utilizados em teleterapia com raios-X são os aceleradores lineares (AL), máquinas de raios-X e os equipamentos com fontes radioativas.

• Aceleradores. Aceleradores lineares podem emitir, além de raios-X, feixes de elétrons com várias energias. Esta versatilidade é de extrema importância pois permite a realização de múltiplos tratamentos utilizando apenas um equipamento.
  Num acelerador linear elétrons produzidos por um filamento aquecido são ejetados para dentro de uma estrutura aceleradora. Ao deixar a estrutura aceleradora colidem com um alvo, produzindo tanto um espectro com componentes contínua (efeito bremsstrahlung, ou radiação de freamento) e discreta (radiação característica do alvo). A estrutura aceleradora é composta por um guia de ondas e cavidades ressonantes que transportam a onda eletromagnética produzida pela magnetron ou klystron e transferem, gradualmente, sua energia para o elétron, acelerando-o em direção ao alvo. Associada ao acelerador há uma mesa onde é posicionado o paciente e que apresenta 4 graus de liberdade: vertical, longitudinal, latitudinal e rotacional. O braço do acelerador pode girar em torno da mesa.
  O Serviço de Radioterapia do Hospital de Caridade de Florianópolis possui um acelerador linear modelo Neptune-10 da CGR MeV que produz feixes de elétrons com energias de 6, 8 e 10 MeVs, além de raios-X.

• Aparelhos de raios-X. Um aparelho de raios-X para tratamento superficial difere de um acelerador apenas no mecanismo de aceleração, que consiste de dois eletrodos, que, sob tensão, formam um campo elétrico que acelera os elétrons (com energias de keV´s, muito mais baixas que as atingidas por um acelerador linear).
  É importante salientar que tanto os aceleradores quanto os aparelhos de raios-X não possuem material radioativo em seu interior, produzindo radiação quando os elétrons acelerados colidem com um alvo.
  O Hospital de Caridade de Florianópolis possui um aparelho de raios-X para tratamento superficial modelo Dermopan II da Siemens, com tensão máxima de aceleração de 50 KV e amperagem máxima de 25 mA.
• Aparelhos de raios-g (gama). Os aparelhos emissores de raios gama utilizados na teleterapia são equipamentos semelhantes aos aceleradores somente na aparência. Sua fonte de radiação é uma pastilha de material radioativo (geralmente ¹³⁷Cs ou ⁶⁰Co) colocada numa cápsula dentro do aparelho que, quando aberta, emite radiação.
  Por conter material radioativo este tipo de equipamento requer cuidados especiais para evitar acidentes.
  O Hospital de Caridade possui um equipamento de telecobaltoterapia modelo Gammatrom III da Siemens, com fonte de cobalto-60, que emite raios gama com energias de 1,33 MeVs e 1,17 MeVs. A radiação é produzida através de uma fonte de ⁶⁰Co alojada na extremidade do braço do aparelho, dentro de uma cápsula de aço inoxidável com forma cilíndrica com aproximadamente 2 cm de diâmetro. A cápsula é revestida de chumbo e urânio para evitar a emissão de radiação em todas as direções. Para o uso no tratamento, existe um mecanismo que movimenta a fonte e permite que se utilize o feixe de radiação apenas quando desejado. A atividade da fonte do Serviço de Radioterapia do Hospital de Caridade está em aproximadamente 1250 Ci (fevereiro de 2000). Associada ao acelerador há uma mesa onde é posicionado o paciente e que apresenta 4 graus de liberdade: vertical, longitudinal, latitudinal e rotacional, em torno da qual o equipamento pode girar.

© 2000 Fábio Antonio Schaberle e Nelson Canzian da Silva - Departamento de Física UFSC
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