física y química biológica licenciatura en enfermería

Física y Química Biológica

Licenciatura en Enfermería

Número atómico, número másico

A= Z+NA

ZZ=P+=E-

Siendo A el número másicoN el número de neutronesZ el número de protones

• Los isótopos son elementos que contienen idéntico número de protones y diferente número de neutrones.

• Tienen las mismas propiedades químicas básicas.

• Son inestables.

Isótopos

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.

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.

Radioactividad

Tipos de radiacionesRadioactivasPartículas (masa)

ALFA

BETA Electromagnéticas

GAMMA

Tipos de radiaciones

No radioactiva Electromagnéticas

RAYOS X

23492U 230

90Th + 42He

Radiación alfaLos emisores alfa son isótopos que emiten una partícula α, semejante al núcleo de Helio: 2 protones y 2 neutrones, con 2 cargas positivasoriginando un nuevo átomoAltamente ionizanteRecorre distancias cortasSe detiene con papel

Ejemplos:Uranio 235U _ 238UPolonio 210Po _ 212PoFrancio 204Fr _ 207Fr

146C 1 4

7N + 0-1e (b -)

Radiación beta

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

116C 11

5B + 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

Radiación beta

Radiación gammaDespués 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

La radiación siempre es emitida por la Hija y no por la Madre

Altamente ionizanteRecorre grandes distancias

Las detiene Plomo u Hormigón con plomoEjemplos:

Galio 67Ga Talio 201 Tl Flúor 18F Oxigeno 15O Iodo 131I Cobalto 60Co

Penetración de la radiación

Efectos biológicosLos 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.

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

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.

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.

Medicina nuclear

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 TEPTomografía 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 TEPMecanismo 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 18FDG

fluorodesoxiglucosafluorodesoxiglucosa

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

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)

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)

Tomografía por emisión de positrones TEP

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 XSe 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.

ENERGÍALa combinación energía y materia forman el universo

materia es sustancia

energía

La materia es sustancia

La energía mueve la sustancia

ENERGÍA“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.

ENERGÍA

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.

ENERGÍAUno 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.

TermodinámicaLa 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.