FASE INICIAL DA ESPECIALIDADE – TERAPIA COM RADiOSÓTOPOS ARTIFICIAIS - MEDICINA ATÔMICA – MEDICINA NUCLEAR – ISÓTOPOS DO IODO - DETECTOR ELETRÔNICO DE CINTILAÇÃO – DETECTOR DE POÇO

Prof. Dr. João Eduardo Irion

Faculdade de Medicina

Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR

Médico Nuclear

Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria

jirion @terra.com.br

joaoeduirion.blogspot.com.br

No capítulo inicial deste trabalho, dividimos a História da Medicina Nuclear em três fases:

A fase prodrômica - entre 1896-1934;

A fase inicial da especialidade – entre 1934-1950;

A consolidação da especialidade - depois de 1950.

Na fase prodrômica, já descrita nas postagens anteriores, a pesquisa e as aplicações da radioatividade em medicina limitou-se ao uso dos isótopos naturais disponíveis e, consequentemente, desenvolveu-se a teleterapia e a braquiterapia tendo o rádio e radônio como fontes de radiação, embora ocorressem algumas tentativas ousadas e sem base científica de aplicação interna de isótopos naturais.

Na fase prodrômica aconteceu a experiência de Blumgart, quando, pela primeira vez, a radioatividade foi usada para fins diagnósticos, demonstrando a capacidade dos radioisótopos de fornecerem informações sobre a fisiologia de um sistema, no caso do sistema circulatório.

O marco inicial da segunda fase dessa história para a qual reservamos o título de “fase inicial da especialidade”foi a invenção do cíclotron (1932), mas talvez a melhor data seja o ano de 1935, quando o médico John Hundale Lawrence, irmão mais moço de Ernest Lawrence, veio para Berkeley com o objetivo de tratar neoplasias com feixes de nêutrons gerados pelo cíclotron.

Em 1934, Hevesy e Chivitz mostraram o acúmulo do fósforo-32 em ossos e músculos de cobaias. Depois F. S. Scott e S. F. Cook demonstraram a queda na formação de leucócitos polimorfonucleares em frangos alimentados com ração contendo radiofósforo. Outras pesquisas mostraram o acúmulo de fósforo-32 em gânglios linfáticos de cobaias portadoras de neoplasias malignas. Em 1937 esses fatos levaram John Lawrence e  Joe Hamilton a tratar com fósforo-32 e com êxito os casos de leucemia linfática crônica e, ainda com melhores resultados, os pacientes com  policitemia vera. Foi dessa maneira que John Lawrence criou a “radioterapia interna” que se tornou a primeira aplicação clínica dos radioisótopos e por isso ele é considerado “o pai da Medicina Nuclear”.

                                                       Ilustração 1 -John H. Lawrence

Em 1936, John montou o primeiro laboratório dedicado à pesquisa e ao uso do radioisótopos artificiais em medicina clínica. Quando William H. Donner Presidente da International Cancer Research Fundation (mais tarde Donner Fundation), visitou o laboratório, impressionado com o que viu doou US 150.000 para a construção de um edifício próprio e por isso, em sua homenagem, o laboratório passou a se chamar Donner Laboratory.

O Donner Laboratory foi o primeiro do mundo especializado no setor e por isso recebeu o título de “berço da Medicina Nuclear”. Nele foi descoberto o tecnécio-99m, o iodo-123, o iodo-131, o carbono-154, o flúor-18, o oxigênio-15, o tálio201, entre outros.

Ainda nesse laboratório, Hamilton começou o estudo do metabolismo da tireóide e o tratamento do hipertireoidismo com iodo radioativo. Entre os notáveis da Medicina Nuclear que integraram sua equipe está Hal Anger, o inventor do cintilador de poço e da câmara de cintilação.

Hoje o Laboratório Donner está empenhado no desenvolvimento do PET de alta resolução, da câmara de cintilação compacta e ao estudo das imagens funcionais, entre outras pesquisas.

MEDICINA ATÔMICA E MEDICINA NUCLEAR

O termo Medicina Atômica apareceu na década de 1940, no livro “Atomic Medicine“ de autoria de Charles F. Behrens e no livro “Progress in Atômico Medicine” de autoria de John H. Lawrence. Nesse último, o título foi mantido nas três primeiras edições e depois foi substituído pelo título “Progress in Nuclear Medicine” nas edições subseqüentes.

O radiologista e Professor Robert Newell propôs que o novo setor da medicina fosse chamado de Medicina Nuclear no lugar de Medicina Atômica, argumentando que todos os eventos na especialidade dependem da energia oriunda do núcleo atômico e não provêm de fenômenos ligados a reagentes químicos. A primeira vez que o termo Medicina Nuclear apareceu impresso aconteceu no número de janeiro de 1952, do American Journal of Roentgenology, Radium Therapy and Nuclear Medicine.

A CONSOLIDAÇÃO DA ESPECIALIDADE

Em 1951, alguns radiologistas tentaram controlar a emergente Medicina Nuclear e para isso conseguiram uma Resolução da American Medical Association segundo a qual o rádio, seus produtos de desintegração e os radioisótopos ficariam sob o controle e na dependência de certificação do American Board of Radiology. Essa resolução motivou 12 pessoas para fundarem em 30 de maio de 1954, em Spokane, a Pacific Norwest Society of Nuclear Medicine que mais tarde, em 1956, tornou-se entidade de âmbito nacional nos Estados Unidos.

Graças ao trabalho de William G. Myers, em dezembro de 1.956, a Resolução foi revogada, mas somente em 1971 a Medicina Nuclear foi reconhecida como especialidade pela American Medical Association.

OS ISÓTOPOS DO IODO

O primeiro isótopo do iodo usado em pesquisa foi o I-128, (meia-vida de 25 minutos) criado em 1937. O iodo-131 (meia-vida de 8 dias) foi descoberto por Glenn Seaborg e J. Livingood, em 1938, bombardeando telúrio com nêutrons. O iodo 125 (meia-vida 54,4 dias) foi descoberto em 1946, e o iodo-123 (meia-vida de 13,2 horas) foi descoberto por Isadore Perlman em 1949. Entre os 29 isótopos do iodo, o I-131 e o iodo-123 são os mais usados em Medicina Nuclear atualmente.

As pesquisas sobre fisiologia e patologia da tireóide se desenvolveram em dois ambientes: em Berkeley e em Massachusetts.

Em 1936, os médicos do Hospital Geral de Massachusetts John Means e Earle Chapmann assistiram à palestra de Arthur Holly Compton, Diretor do Massachusetts Institute of Tecnology – MIT -, sobre as pesquisas de Hevesy com P-32 como radiotraçador e isso os inspirou em usar iodo radioativo para estudar a fisiologia e patologia da tireóide. Em 1937, os físicos do MIT Robley Evans e Arthur Roberts junto com os médicos Earle Chapmann e Saul Herz iniciaram uma pesquisa sobre o funcionamento da tireóide de coelhos com I-128, com auxílio do detector Geiger-Müller. Na mesma ocasião, em Berkeley, o neurologista Joe Hamilton iniciou pesquisa similar em animais. Foram eles os primeiros a estudar a cinética do iodo na tireóide, usando um contador Geiger-Müller.

Segundo conta Glenn Theodore Seaborg, um dia Joe Hamilton queixou-se das dificuldades do uso do iodo-128 impostas pela meia-vida de apenas 25 minutos do isótopo. Seaborg perguntou-lhe qual a meia-vida ideal devia ter o isótopo para as pesquisas e Hamilton respondeu: “cerca de uma semana”. Seaborg disse-lhe “deixa comigo” e, auxiliado por J. Livingood bombardeou no cíclotron uma amostra de telúrio com nêutrons e foi desse modo que o iodo 131 (cuja meia-vida é de 8 dias) foi descoberto em 1938, e passou também a ser produzido no reator nuclear, como se fosse uma encomenda feita segundo o desejo do consumidor.

Em 1942, foi comunicado pelos dois grupos o sucesso do tratamento do hipertireoidismo com I-130, mas foi o I-131 que abriu o caminho para a avaliação da função tireoidiana, para o diagnóstico das doenças da tireóide, para o tratamento do hipertireoidismo e para o tratamento do câncer tireóideo e suas metástases.

Em 1937, começaram as pesquisas para avaliar a função tireoidiana por meio de provas laboratoriais (excreção urinária, excreção salivar do iodo, medida do PBI –protein bound iodine- e outras), sempre com o uso do contador Geiger-Müller para medir in vitro amostras de sangue e urina, ou para a medida externa da captação do radioiodo pela tireóide e pelas metástases funcionantes do câncer tireóideo.

Entre 1940 e1970, incontáveis pesquisas com I-131 mostraram os mecanismos da captação do iodo, a base dos efeitos da terapia com radioiodo, a identificação o entendimento da síntese dos hormônios da tireóide e o transporte desses hormônios no soro.

Leônidas Marinelli e Eleonora Oshry intitulado “Radioactive iodine therapy: effect on functioning metastases of adenocarcinoma of the thyroid”, publicado no JAMA de 1946, o verdadeiro ponto de partida da terapia com radioiodo do carcinoma de tireóide e de suas metástases. O impacto desse trabalho na ciência médica e a repercussão da primeira cura de câncer com radioisótopo foi tal que chegou a mudar a agenda política. Em 1946, o Presidente Truman determinou que o I-131 deveria estar disponível para pesquisa biológica e uso em medicina. Em 1º de agosto de 1946, a Agência da Energia Atômica dos Estados Unidos tornou os radionuclídeos existentes na época disponíveis para uso médico. No ano seguinte, o reator de Harwell do Reino Unido também começou a fornecer radioisótopos para uso médico.

O iodo-131 foi por muito tempo, o principal isótopo usado para marcar substância para as imagens em Medicina Nuclear.

In 1950, John Stanbury, Douglas Riggs, e Gordon Brownell, da Unidade de Tireóide do Massachusetts General Hospital foram a Mendoza, na Argentina como membros da “American Goiter Expedition”, uma oportunidade impar de aprender sobre a fisiologia do iodo captado pela glândula. O bócio era endêmico em Mendoza, região onde ainda não era usado o sal iodado. Nessa ocasião foi realizada a primeira pesquisa clinica sobre a função tireoidiana que trouxe informações sobre como a glândula se adapta a falta de iodo. Em 1951, Gordon Brownell desenvolveu a primeira analise da cinética da função tireoidiana e o fez medindo o ritmo da captação do iodo em pacientes portadores de bócios e no grupo de controle formado por pacientes saudáveis.

O DETECTOR ELETRÔNICO DE CINTILAÇÃO

Até a segunda Guerra Mundial, o detector de uso corrente e disponível para a pesquisa da física atômica e seu uso na emergente Medicina Nuclear era o contador Geiger-Müller, cuja sensibilidade para a radiação γ de alta energia do iodo -131 era de 1% agravada pela incapacidade de distinguir a energia das radiações detectadas.

                                   

                                       Ilustração 2 - Exemplo de válvula fotomultiplicadora

Durante a Segunda Guerra Mundial, Samuel Curran e W. Backer criaram o primeiro detector eletrônico de cintilação para registrar as cintilações produzidas pelas partículas α. Para isso usaram uma válvula fotomultiplicadora (inventada em 1934 por Harley Iams and Bernard Salzberg da RCA), acrescentando-lhe um fotocátodo de prata ativado com sufeto de zinco. Nesse arranjo os elétrons liberados no fotocátodo pela cintilação formava uma corrente a seguir ampliada em cada fotocátodo de tal forma que um pulso elétrico final se tornava  mais de 100.000 vezes maior que o pulso inicial. Esse detector foi desenvolvido durante a guerra na tecnologia da radiotransmissão no “Projeto Manhattan” que estava destinado a criar a bomba atômica e sua invenção foi considerada assunto secreto. Esse dispositivo de segurança fez com que os respectivos relatórios só fossem liberados e se tornassem conhecidos depois da guerra em 1944. Em virtude da defasagem entre a invenção e o dia que se tornou pública, há quem atribua a criação do detector eletrônico de cintilação à Marietta Blau e B. Dreifus (1945) ou a Hugh Narsahall e John Coltman (1947).

                                                         Ilustração 3 - Samuel Curran

O aperfeiçoamento seguinte do detector ocorreu no fim do ano de 1945, em Berlim, ainda arrasada pela guerra. Nesse ano o Professor Hartmur Kollmann da Universidade de Berlim, judeu fugitivo da Alemanha, retornou a seu laboratório e o encontrou “depenado” pelos russos e mesmo assim, ele resolveu trabalhar com o que tinha. Ele então derreteu bolas de naftalina para obter um cristal, sobre o qual colocou um filme para registrar as cintilações produzidas  no cristal pela radiação α emitida por uma amostra de chumbo radioativo, obtida pela raspagem da pintura das paredes do laboratório.

                                                      Ilustração 4 - Hartmur Kolmann

Kollmann mostrou seu “equipamento” e o resultado de sua experiência para um capitão do exército americano de ocupação que riu do estranho arranjo improvisado. Kolmann disse: “Não ria, mas arranje-me cigarros, a moeda mais valiosa no mercado negro de Berlim para que eu possa prosseguir”. No dia seguinte, Kolmann recebeu 10.000 cigarros da famosa marca “Lucky Strike” e com eles “comprou”, no mercado negro”, uma válvula fotomultiplicadora à qual acrescentou o cristal de naftalina e conectou seu detector a um osciloscópio para obter o espectro das radiações de vários radionuclídeos. Nessa época, a publicação de trabalhos científicos na Alemanha estava limitada e por isso Martin Deutsch do Massachusetts Institute of Technology (MIT) publicou o trabalho em 1948.

Em 1948, P.R. Bell e Koski e Thomaz em 1949 montaram detectores eletrônicos de cintilação mais eficientes usando antraceno e estilbeno respectivamente, e o antraceno tornou-se o cristal de eleição devido a sua rápida resposta.

O aperfeiçoamento final veio em 1948 com Robert Hofstadter da Stanford University (Califórnia) que demonstrou que um cristal inorgânico era mais eficiente devido à importância de materiais de alta densidade com número de prótons elevados para melhorar a intensidade da cintilação. Ele demonstrou a cintilação muito forte produzida pela absorção de radiações em cristais e iodeto de sódio com mínima quantidade de impurezas de tálio. Com detectores eletrônicos de cintilação munidos de cristais de iodeto de sódio, Hofstadter publicou, nos dois anos seguintes, os espectros da radiação gama de vários nuclídeos, porém o uso de cristais de iodeto de sódio era limitado porque naquela época era impossível a fabricação de cristais de grandes dimensões.

Em 1950, Hartmur Kollmann e Milton Furst da New York University e George Reynold em Princeton construíram detectores em líquidos obtidos com a dissolução de antraceno em tolueno e, melhor ainda, com terfenil dissolvido em benzeno.

Em 1951 Maurice Raben do Tufts College Medical School e Nicholaas Bloembergen da Harvard University dissolveram a própria amostra a medir no líquido detector. Com isso conseguiram medir a radioatividade de amostras nas quais havia concentração do radiotraçador muito baixa, ou nas quais as radiações emitidas eram de baixíssimo poder de penetração como as radiações β do C-14.

A invenção do detector eletrônico de cintilação com cristal de iodeto de sódio superou as deficiências do contador Geiger-Müller e o detector eletrônico de cintilação tornou-se um marco na história da instrumentação em Medicina Nuclear. Ele viabilizou a invenção do cintilógrafo linear e, por meio de um arranjo de válvulas fotomultiplicadoras sobre um grande cristal, viabilizou a invenção da câmara de Anger.

O CINTILADOR DE POÇO.

Duas são as principais invenções de Hal Anger. Uma, todos conhecem, é a câmara de cintilação, e a outra, poucos conhecem, é o cintilador de poço, inventado por Hal Anger em 1950, quando trabalhava no Donner Laboratory em Berkeley.

                                 Ilustração n° 5 - esquema do detector de poço.                                     

A expressão detector de poço é uma denominação sintética do instrumento porque o equipamento deveria se chamar “detector de cintilação com cristal com poço”. Antigamente não era assim, mas hoje a maioria dos técnicos usa o equipamento sem saber como ele é ou como funciona e por isso não faz ideia de que quando coloca uma amostra num curiômetro, está colocando-a em um cintilador de poço.

O cintilador de poço difere dos detectores de cintilação convencionais porque usa um cristal de antraceno no qual há uma perfuração central onde é colocado um tubo de ensaio com a amostra radioativa para ser medida. A amostra dentro do próprio cristal faz com que a maioria das radiações emitidas seja detectada, elevando a sensibilidade do cintilador de poço para 98%. O cintilador de poço substituiu o método antigo de medir a radioatividade de amostras de baixa radioatividade por meio de cintiladores planos cuja eficiência é menor que 20%, porque neles a maioria das radiações se perde no espaço e não são medidas.

O cintilador de poço é hoje a peça principal dos sistemas digitais robotizados de medidas de amostra radioativas e também é a peça principal dos curiômetros.

RESUMO DA SEGUNDA FASE

A primeira fase da História da Medicina Nuclear durou 30 anos; a segunda fase foi mais curta com a duração de 20 anos. A fase prodrômica caracterizou-se pelas pesquisas no campo da física, enquanto no campo da medicina caracterizou-se pela criação de dois novos processos de tratamento, a teleterapia com radioisótopos naturais e a inovação de um novo braço da radioterapia que recebeu o nome de braquiterapia na qual o radioisótopo é colocado diretamente em contacto com a lesão a tratar. Nessa fase, houve também a tentativa, mas sem sucesso, do uso de radioisótopos naturais administrados ao paciente para atuarem como fontes internas de radiação.

Foi nessa fase que apareceu o conceito de radiotraçador e, nela, pela primeira vez os radiotraçadores avaliaram a função de um sistema, no caso o circulatório, na experiência de Blumgart.

A segunda fase da história da Medicina Nuclear tem como principal característica a criação de uma nova forma de radioterapia: o uso com sucesso dos radioisótopos artificiais como fontes internas de radiação. Essa terapia foi inicialmente usada no tratamento da leucemia linfática crônica e da policitemia vera com fósforo 32 e depois no tratamento do hipertireodismo, do câncer de tireóide e suas metástases com radioiodo, especialmente o iodo 131.

Outro fato importante do período foi o direcionamento da pesquisa para a produção artificial de radioisótopos de baixos pesos atômicos para uso em medicina e biologia que levou à descoberta do fósforo-32, do iodo-128, do iodo-131, do iodo-123, do iodo-125, do Ferro-59 e do Tecnécio-99m, do carbono-14, do flúor-18, do oxigênio-15 e do tálio-201, entre outros.

Nessa fase, a necessidade de superar as deficiências do detector Geiger-Müller levou à invenção do detector eletrônico de cintilação e sua variante, o detector de poço. Eles abriram caminho para as medidas laboratoriais da função tireoidiana, para a medida direta da captação do iodo pela tireóide e para a localização, pela varredura externa do corpo do paciente das metástases funcionantes da tireóide captantes do  iodo radioativo.

Finalmente, assinala-se que nessa fase surgiram as denominações Medicina Atômica logo substituída por Medicina Nuclear dando, de fato, ao início da especialidade como autônoma, isto é, independente da radioterapia e da radiologia.

Postagens anteriores:

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –

ONDAS DE CHOQUE - RUÍDO E SOM - PERCUSSÃO E AUSCULTA.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNOSTICO MÉDICO = ONDAS DE CHOQUE - PULSO E PRESSÃO ARTERIAL.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO = RAIOS X

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO - AS PRIMEIRAS RADIOGRAFIAS, A CHEGADA DOS RAIOS X NO BRASIL - OS RAIOS X NAS GUERRAS - A HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS TUBOS DE RAIOS X - A HISTÓRIA DA FLUOROSCOPIA - A HISTÓRIA DA ABREUGRAFIA

A HISTÓRIA DOS FILMES RADIOGRÁFICOS

A HISTÓRIA DOS ÉCRANS REFORÇADORES

A HISTÓRIA DO DIAFRAGMA POTTER-BUCKY

A HISTÓRIA DOS MEIOS DE CONTRASTE EM RADIOLOGIA

A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

MEDICINA NUCLEAR – PRIMEIRA PARTE = INTRODUÇÃO = CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS= CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE CURIE 

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– A NATUREZA DAS RADIAÇÕES α, β e γ

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR - OS DETECTORES NA FASE  DE 1896 A 1936

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– HEVESY E O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR = A EXPERIÊNCIA DE BLUMGART = A TERAPIA COM RADIOISÓTOPOS NATURAIS

 

Próxima postagem:

                A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – AS IMAGENS – CINTILÓGRAFO LINEAR –CÂMARA DE CINTILAÇÃO – SPECT

V - A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– HEVESY E O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR = A EXPERIÊNCIA DE BLUMGART = A TERAPIA COM RADIOISÓTOPOS NATURAIS

V - A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– HEVESY E O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR = A EXPERIÊNCIA DE BLUMGART = A TERAPIA COM RADIOISÓTOPOS NATURAIS

Prof. Dr. João Eduardo Irion

Aposentado da Faculdade de Medicina

Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR

Médico Nuclear

do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria

jirion @terra.com.br

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GEORGE DE HEVESY

George de Hevesy, físico-químico húngaro, cujo nome de batismo era Hevesy György, também conhecido como Georg Karl von Hevesy recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1943 por suas pesquisas e pela criação do conceito de radiotraçador.

                                                          Ilustração 1 Geoge de Hevesy

Hevesy começou a desenvolver o conceito de radioindicador, termo que ele usou no trabalho “Ueber Rodioelemente als Indikatorem in der analytschen Chemie”, palavra posteriormente substituída por radiotraçador. A história começa em 1911, quando ele trabalhava com Rutherford que o encarregou de separar o “rádio D” de uma amostra de chumbo. Hevesy não conseguiu a separação por meios químicos disponíveis na época, porque rádio D (²¹⁰ Pb) é um isótopo radioativo do chumbo. Percebendo o significado do fato, em 1913, já em Viena, Hevesy usou sais radioativos de outro isótopo do chumbo (²¹²Pb) para determinar a solubilidade do chumbo. O trabalho “The Solubility of Lead Sulphide and Lead Chromate" (Hevesy and Paneth 1913) tornou-se a primeira publicação sobre a técnica do radiotraçador e veio para remodelar a ciência no século XX e servir de base a uma nova especialidade médica.

Em 1923, de Hevesy usou o ²¹²Pb pela primeira vez num sistema biológico e sua experiência constou em irrigar o feijão da espécie Vicia faba com o indicador no líquido nutriente e depois incinerar a planta para mediar a radioatividade nas cinzas. Essa técnica tinha a desvantagem da alta toxidade do chumbo nos sistemas biológicos e só depois da descoberta da radioatividade artificial por Irène e Frédéric Joliot em 1934, os radiotraçadores foram usados mais amplamente como um poderoso instrumento de pesquisa nos sistemas vivos.

Em 1924, junto com I. A. Christiansen e S. Lonholt, Hevesy estudou pela primeira vez a fisiologia animal injetando bismuto ₈₃Bi²¹⁴ radioativo em um coelho.

Em 1933, Harold Urey deu a Hevesy alguns litros de água com 0.6% óxido de deutério (isto é, a água pesada). Hevesy e seu amigo E. Hofer beberam 150, 250, e 2000 ml dessa água. Depois de recolherem 55 amostras de urina e fezes, fizeram mais de 1000 destinações e por meio de medidas gravimétricas concluíram que no ser humano a água aparece na urina em 26 minutos após ser bebida, permanece no corpo, em média, por treze dias e meio e que o corpo humano contém cerca de quarenta e três litros de água. Essas foram as primeiras medidas biológicas da diluição de um radioisótopo, chamado a atenção o fato de que, no caso, o isótopo usado era estável.

Em 1935, Chievitz e Hevesy produziram fósforo 32 bombardeando dissulfito de carbono com neutros oriundos de fonte de radônio e berilo. Com o ³²P estudaram o metabolismo do fósforo em ratos e o relataram no trabalho “Radioactive Indicators in the Study of Phosphorous Metabolism in Rats" (Chievitz and Hevesy 1935), demonstrando que existe um equilíbrio dinâmico nos sistemas biológicos, um conceitos revolucionários na época.

Hevesy escreveu numerosos trabalhos, mas os citados foram suas principais contribuições para a criação dos princípios dos radiotraçadores.

O INÍCIO DA MEDICINA NUCLEAR

HERMANN BLUMGART

A primeira e mais famosa aplicação de radioisótopo em um ser humano aconteceu em fevereiro de 1925, quando Hermann Lwdwig Blumgart, médico chefe do Beth Israel Hospital em Boston e professor de Medicina da Harvard Medical School, mediu, em segundos, a velocidade de passagem do sangue entre dois pontos do corpo humano, usando para isso isótopos radioativos.

                                                           Ilustração 2 Hermann Blumgart

Nessa época, em Harvard, William Duane usava agulhas com radônio para a terapia do câncer e media a radiação o com um detector colocado fora do paciente. O fato inspirou Blumgart para planejar sua experiência.

Na ocasião, só existiam isótopos radioativos naturais oriundos da desintegração do urânio e rádio e Blumgart procurou entre eles uma substância com as seguintes qualidades:

·        a substância deveria ser atóxica;

·        a substância não deveria existir no corpo antes do estudo;

·        a substância não deveria ser alterada durante o processo de mensuração;

·        a substância deveria ser detectável em mínimas quantidades.

A experiência planejada devia ser:

·        Um método objetivo, exigindo pouca ou nenhuma participação do paciente;

·        Um método não-invasivo, exceto pela administração da substância;

·        Um método rápido para indicar automaticamente o tempo de chegada da substância.

Com esses pré-requisitos era como se Blumgart estivesse lançando os fundamentos do uso dos radiotraçadores em Medicina Nuclear.

O rádio C (composto de uma mistura de ₈₃Bi²¹⁴ e de ₈₂Pb²¹⁴) era nos anos 20 usado para fins terapêuticos em doses entre 1800-2700 MBq, sem efeitos colaterais e por isso, Blumgart concluiu que poderia usá-lo com segurança em doses menores entre 37-222 MBq.

Um segundo problema a resolver era a escolha do detector a ser usado. Nessa época, contava-se somente com o eletroscópio de folhas de ouro, seu uso foi descartado porque era um aparelho que fornecia respostas lentas. O detector Geiger em 1925, ainda não aperfeiçoado, detectava somente radiação α e, ainda mais, oferecia perigo para ser usado em pacientes porque trabalhava com voltagem elevada. Restava como alternativa a câmara de Wilson porque ela detectava radiação β e raios γ e, depois que foi modificada por Takeo Shimizu, o tempo morto foi reduzido e a câmara se tornou sensível.

A câmara de nuvens de Wilson necessitava adaptações e Blumgart confiou a Otto C. Yens, um estudante do segundo ano de medicina tais ajustes.

Yens fez três modificações na câmara; a primeira consistiu em modificar o sistema de descompressão para aumentar-lhe a sensibilidade; a segunda foi reduzir a voltagem de trabalho, originalmente de 200 V para 50 volts, com o objetivo de segurança para o paciente; a terceira modificação foi a mais importante, uma vez que, na câmara original, a fonte radioativa para ser medida estava no interior do aparelho, mas a experiência necessitava de um detector de radiação externo ao instrumento. Na última modificação, Yens substituiu o cilindro de vidro da câmara original por um cilindro de celulóide para permitir a entrada de radiações β e γ oriundas de uma fonte externa ao aparelho.

O próprio Blumgart foi a cobaia na primeira experiência. O “radiofármaco” foi injetado em seu braço direito, possivelmente por Yens, estando a câmara colocada junto ao braço esquerdo e separada do corpo do paciente por uma blindagem de chumbo. Blumgart não relatou tempo de circulação obtido nessa experiência, mas ele passou a considerar como normais tempos entre 15-21 segundos em pessoas sãs e entre 50-60 s em pacientes com insuficiência cardíaca.

Blumgart é considerado o fundador ou “pai” da Medicina Nuclear em virtude de sua expediência pioneira, enquanto Yens é considerado o fundador ou “pai” da instrumentação em Medicina Nuclear, por ter criado o primeiro equipamento para uso específico no setor.

Em 1979 o Capítulo New England da Society of Nuclear Medicine criou o Prêmio Hermann Blumgart e em 1989 de Vascular Council assumiu a responsabilidade de conceder esse prêmio como reconhecimento às contribuições no campo da Cardiologia Nuclear e dos serviços ao Conselho.

A TERAPIA NA ERA DA DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE

No primeiro período da história da Medicina Nuclear a terapia com radioisótopos só podia ser realizada com rádio e radônio. A contaminação que o radônio produzia exigia terapia com fontes seladas, colocando-a fora dos limites da especialidade. Assim, a abordagem do tema será feita “em passant”, visando somente alguns detalhes do uso e consequências das radiações nucleares em medicina, na indústria e no comércio.

Em 1900, os médicos Otto Wallofff e Frederick Geisel observaram efeitos na pele causados pela radiação emitida pelo rádio e similares aos dos raios X. Em 1901 Eugène Bock usou rádio para tratar lesões cutâneas. Em 1901, Pierre Curie sugeriu ao médico Henri-Alexandre Damlos a inserção de fontes radioativas em tumores. Damlos aceitou a sugestão e constou que os tumores regrediam com a irradiação. De modo independente Alexandre Gaham Bell também sugeriu o uso de radiações dessa forma. Foi assim que, no início do século XX, desenvolveu-se a curieterapia ou braquiterapia (esse último nome sugerido por G. Forsell em 1931). As técnicas de braquiterapia foram desenvolvidas por Danlos no Instituto Curie e por Robert Abbe no St. Luke´s Memorial Hospital, em Nova Iorque.

Além da braquiterapia houve o uso de isótopos naturais injetáveis para tratamento de tumores. Damlos, por exemplo, usou, para isso, o rádio C (uma mistura de ₈₂Pb²¹⁴ e  ₈₃Bi²¹⁴) em doses terapêuticas, no valores atuais de 1,850- to 2,775 MBq, sem efeitos colaterais. Fo observando essa aplicação que Blumgart resolveu usar o  radio C em sua experiência na determinação da velocidade sanguínea já descrita neste trabalho.

Outro caso de uso interno de radioisótopos naturais, ainda que sem  fundamentos científicos, ocorreu na primeira década do século passado quando Fredericck Poescher injetou cloreto de rádio em pacientes para tratamento da hipertensão e tratamento de artrite.

O uso do rádio e do radônio requeria blindados em agulhas. Houve um hospital no qual, durante a esterilização, uma agulha de rádio foi quebrada e o radônio contaminou todo o prédio e a contaminação se estendeu até para as casas das pessoas que ali trabalhavam ou que visitaram o hospital, levada pelo radônio nas roupas e sapatos para suas residências. Muitos pesquisadores foram vitimas da radiação, e a mais famosa delas foi Marie Curie que morreu de anemia aplástica.

Entre 1901-1902, foi descoberta radioatividade em águas minerais por Elser e Geitel na Alemanha, por Poschettino e Sella na Itália e por Meyer e Mache em St. Joachimtal e Tompson em Cambridge. Dois anos depois, Himsted verificou que a radioatividade na água era devida ao radônio Atribui-se poder curativo às águas desse tipo, dando origem à implantação de balneários especializados, embora, na década de 20, estudos clínicos não confirmaram efeitos curativos significativos das água minerais.

No início da década de 20, começou a fabricação de relógios com mostradores e ponteiros luminosos com sais de rádio, pintados por mulheres. No trabalho, as operárias costumavam molhar os pincéis na boca, contaminando-a com resíduos do sal. Já em 1924, começaram os relatos de necrose das mandíbulas e maxilas dessas trabalhadoras e, posteriormente, aparecimento de neoplasias orais em consequência da irradiação produzida pelo rádio. O rádio como os raios X foram vítimas de aproveitadores que o apresentavam como panacéia.  Um exemplo foi o Radoiothor fabricado desde 1918 a 1928, composto de rádio 226 e 228, anunciado como “a cura para o morto vivo”.

                                                    Ilustração 3 O Radiothor..

                                        

                                  Ilustração 4 - Anúncio de Produto de beleza conte4ndo radio.

Esses eventos deram origem ás normas de radioproteção.

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HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –

ONDAS DE CHOQUE - RUÍDO E SOM - PERCUSSÃO E AUSCULTA.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNOSTICO MÉDICO = ONDAS DE CHOQUE - PULSO E PRESSÃO ARTERIAL.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO = RAIOS X

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO - AS PRIMEIRAS RADIOGRAFIAS, A CHEGADA DOS RAIOS X NO BRASIL - OS RAIOS X NAS GUERRAS - A HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS TUBOS DE RAIOS X - A HISTÓRIA DA FLUOROSCOPIA - A HISTÓRIA DA ABREUGRAFIA

A HISTÓRIA DOS FILMES RADIOGRÁFICOS

A HISTÓRIA DOS ÉCRANS REFORÇADORES

A HISTÓRIA DO DIAFRAGMA POTTER-BUCKY

A HISTÓRIA DOS MEIOS DE CONTRASTE EM RADIOLOGIA

A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

MEDICINA NUCLEAR – PRIMEIRA PARTE = INTRODUÇÃO = CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS= CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE CURIE 

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– A NATUREZA DAS RADIAÇÕES α, β e γ

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR - OS  DETECTORES NA FASE  DE 1896 A 1936

 

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                FASE INICIAL DA ESPECIALIDADE – O CÍCLOTRON – A VÁLVULA FOTOMULTIPLICADORA O DETECTOR DE CINTILAÇÃO – OS ISÓTOPOS DO IODO – CONSOLIDAÇÃO DA ESPECIALIDADE – O DETECTOR DE POÇO

IV - A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – OS DETECTORES NA FASE DE 1896 A 1936

OS DETECTORES EXISTENTES ENTRE 1896 E 1936

Prof. Dr. João Eduardo Irion

Faculdade de Medicina

Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR

Médico Nuclear

Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria

jirion @terra.com.br

joaoeduirion.blogspot.com.br

AS CHAPAS FOTOGRÁFICAS

Quando foram descobertos os raios X e a radioatividade, não existia um equipamento de detecção específico para detectar ou medir esses dois fenômenos. A descoberta de Roentgen e, a seguir, a descoberta de Becquerel fundamentaram-se nos efeitos das radiações sobre chapas fotográficos.

Joseph John Thomson, em 27 de janeiro de 1896, foi o primeiro a constatar que os raios X ionizavam o ar e, logo em seguida, na sua segunda comunicação em 9 de março desse mesmo ano, Roentgen também relatou essa propriedade da nova radiação.

O ELETROSCÓPIO DE FOLHAS DE OURO

Depois da descoberta dos raios urânicos, Becquerel e Lord Kelvin constataram que também esses raios ionizavam o ar. Esses dois pesquisadores utilizaram em suas pesquisas o eletroscópio de folhas de ouro. Esse aparelho tem uma longa história que inicia em 1600 com o eletroscópio mais antigo denominado “versorioum” que figurou no livro “De Magnet” de Giolbert, um dos pioneiros na pesquisa da eletricidade. Coube a Abraham Bennet na Philosofical Transcritions da Royal Society de Londres, a em 1785 a invenção do eletroscópio de folhas de ouro que logo em seguida foi aperfeiçoado por William Hasledine Pepys.

                                                           ELetrocópio de folha  ouro

                                      

                         Retrato de Abraham Bennet (por artista desconhecido)

O eletrocópio de folhas de ouro foi o primeiro instrumento usado para detectar a ionização produzida pelos raios x, α, β, e γ. Ele tinha a vantagem de ser um instrumento portátil que não necessitava de uma fonte elétrica de alimentação e várias vezes foi usado para localizar agulhas de rádio roubadas, perdidas ou postas acidentalmente no lixo. Há duas histórias sobre a utilidade do eletroscópio nesses tipos de buscas que podem ser lidas no texto “Tales From de Atomic Age de Paul W. Frame no site: mesmo em 1932, depois da invenção do contador Geiger-Müller,usava-se o eletroscópio de folhas de ouro.William G. Myers em 1982, na sua entrevista para a jornalista Sally .S.  Hughes relata que media amostras de fósforo-32 para que usava na tese, por meio de um eletroscópio, dizendo que uma fonte radioativa forte descarregava o aparelho rapidamente e as fontes fracas o faziam lentamente.

O ELETÔMETRO DE PIERRE E JACQUES CURIE

                                                     

 

                                                        Eletrômetro dos irmãos Curie

Madame Curie optou nas suas pesquisas por avaliar as radiações emitidas pelo urânio, tório, polônio e rádio por meio do eletrômetro inventado pelos irmãos Pierre e Jacques Curie quinze anos antes, portanto, não era um instrumento específico para detectar ou medir a radioatividade e que foi adaptado por Pierre para esse fim.

O ESPINTARISCÓPIO

O primeiro detector diretamente relacionado com a radioatividade foi o espintariscópio inventado, por acaso, por Crookes em 1903. Certo dia Crookes derramou uma amostra de rádio e ao tentar recuperá-la constatou centelhas causadas pelo impacto das partículas α numa lâmina de sulfeto de zinco. Foi assim que construiu um aparelho formado por um tubo fechado numa das extremidades por uma tela de sulfeto de zinco e equipado na outra extremidade com uma lente para detectar partículas α emitidas pelo rádio. O impacto da partícula na tela produzia cintilações e o operador, por meio da lente observava-as e as contava uma a uma.

DO ESPINTARISCÓPIO AO DETECTOR GEIGER-MÜLLER

                     

                                                  Uma versão atual do espintariscópio

Foi usando um sistema semelhante criado por Hans Geiger que Rutherfor utilizou para estudar o resultado do bombardeio de uma fina lâmina de ouro com partículas α emitidas pelo polônio. O uso do dispositivo era tedioso exigindo uma operação que só começava depois que o operador adaptasse seus olhos à escuridão pelo menos por 30 minutos. Além disso, era um trabalho cansativo e sujeito a erros, pois o operador devia usar um microscópio para contar uma a uma as centelhas na tela fluorescente.

O CONTADOR GEIGER-MÜLLER

Para evitar os inconvenientes e os erros inerentes a esse tipo de observação Hans Johannes Wilhelm Geiger começou a estudar o assunto. Em 1911, ele e Rutherford foram coinventores do predecessor do detector Geiger cuja sensibilidade permitia somente a detecção de partículas α. O detector consistia num cilindro metálico (o eletródio positivo) contendo ar com baixa pressão e uma haste metálica central (o eletródio negativo). A passagem de uma partícula α causava uma avalanche de íons produzindo uma corrente entre os eletródios.

                           

                                         Esquema do contador Geiger-Müller

Em 1928, Geiger e seu aluno Walther Müller aperfeiçoaram o aparelho. A partir daí o detector passou a ser conhecido como detector Geiger-Müller e se tornou o equipamento portátil de detecção mais comumente usado. Em 1947, o físico americano Sidney H. Liebson usou halogênio no detector, permitido que ele passasse a trabalhar com menor tensão e aumentando seu tempo de vida. Esse aperfeiçoamento está na versão atual do detector.

A CÂMERA DE WILSON

Em 1880, o engenheiro escocês John Aitken produziu pequenas nuvens numa câmera fechada e com vapor d’água usando um método que foi sugerido na França por Coulier and Mascart. Aitken constatou que as nuvens se formam somente se o ar contiver poeira porque os grãos de pó agem como núcleo de condenação do vapor de água para formar gotículas de água.

Em 1894, o físico e meteorologista de Cavendish, Charles Thomson Rees Wilson  (Prêmio Nobel de Física de 1927), começou pesquisar a formação de nuvens, usando o método de Aitken. Wilson montou uma câmera de expansão de ar, que passou  a ser conhecida como Câmera de Wilson ou câmera de nuvens e fez uma descoberta inesperada: mesmo quando com o ar da câmara livre de poeira, quando a expansão superava 1,25 do volume, apareciam gotículas causadas pela condensação, ainda que a experiência fosse repetida muitas vezes. Esse fato levou Wilson a concluir que a condensação do vapor estava ocorrendo porque uma fonte inesgotável repunha um tipo desconhecido de núcleos invisíveis de condensação.

Wilson atribuiu a formação das gotículas tendo como núcleo partículas ou íons eletricamente carregados que podiam existir no ar mesmo depois de filtrado para eliminar os grãos de pó. Para testar essa idéia, Wilson expôs o ar da câmara de nuvens aos raios X. A câmara passou a mostrar, com a presença de raios X, uma densa nuvem de gotas formando um verdadeiro nevoeiro

Em 1897, Wilson fez experiências com a radiação do urânio e verificou os mesmos efeitos produzidos pelos raios X. Ele sugeriu que nesse tipo de exposição os núcleos de condensação eram íons livres cuja carga estimulava a formação de gotas. Para provar que os núcleos de condensação eram íons carregados, Wilson submeteu a câmera a um campo elétrico o qual, mesmo com pequena intensidade, eliminava rapidamente os íons formados.

Wilson demonstrou que o ar normal está permanentemente com discreta ionização e pensou que essa ionização era uma propriedade do ar. Só depois de 1922, Hess mostrou que a carga no ar atmosférico era causada pelos raios cósmicos oriundos de fora de nossa atmosfera.

Em 1910, Wilson decidiu usar a câmera para documentar os traçados das partículas ionizadas em movimento. Uma partícula ionizada deixa um traço de íons na sua passagem, formando gotículas que mostram sua trajetória. Wilson construiu uma nova câmera na primavera de 1911 e apresentou as primeiras fotografias à Royal Society. A seguir, Wilson modificou a câmera para que funcionasse sem que houvesse turbulência de ar no seu interior para evitar distorções nos traçados. Ele protegeu a câmera por meio de um campo elétrico externo para eliminar toda a ionização do ar pelo que, hoje sabemos, é causada pelos raios cósmicos e, assim, fotografou somente os traçados na trajetória das radiações estudadas. Essa câmera fotografava íons formados num tempo de um quadragésimo de segundo depois da passagem do íon. Com essa câmera foram estudados as trajetórias das radiações alfa (que forma linhas retas espessas), beta (que forma linha retas finas), gama e X (que formam nuvens compostas por trajetos irregulares).

                                    

                                                      Esquema da Câmera de Wilson

Wilson descreveu a nova câmera para Royal Society em 1912. A nova câmera de nuvens é, em resumo, um cilindro de vidro com 16,5 cm de diâmetro e 3,4 cm de profundidade. Suas paredes são revestidas com gelatina, com a base pintada de preto para fornecer um fundo negro para as fotografias. O assoalho da câmera é fixado ao topo de um êmbolo de latão, que pode deslizar livremente no interior de um cilindro externo, também de latão. Em tudo isso, encontra-se uma fina camada de água para manter o ar saturado com vapor.

  

Câmera Gama no Museu de Cavendish

Rutherford referiu-se à câmera de nuvens como “the most original and wonderful instrument in scientific history”.

Como veremos mais adiante nessa exposição, a câmera de Wilson foi o primeiro instrumento usado para a medida da radioatividade aplicada a um ser humano na experiência realizada em 1925 por Hermann L. Blumgart.

Em associação com Wilson, as câmeras de nuvens passaram a ser fabricadas comercialmente pela The Cambridge Scientific Instruments Company e permaneceram como o principal detector nos estudos dos traçados de trajetória de partículas e raios γ e até a invenção das câmara de bolha em 1950.

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HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –

ONDAS DE CHOQUE - RUÍDO E SOM - PERCUSSÃO E AUSCULTA.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNOSTICO MÉDICO = ONDAS DE CHOQUE - PULSO E PRESSÃO ARTERIAL.

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO = RAIOS X

HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO - AS PRIMEIRAS RADIOGRAFIAS, A CHEGADA DOS RAIOS X NO BRASIL - OS RAIOS X NAS GUERRAS - A HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS TUBOS DE RAIOS X - A HISTÓRIA DA FLUOROSCOPIA - A HISTÓRIA DA ABREUGRAFIA

A HISTÓRIA DOS FILMES RADIOGRÁFICOS

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A HISTÓRIA DO DIAFRAGMA POTTER-BUCKY

A HISTÓRIA DOS MEIOS DE CONTRASTE EM RADIOLOGIA

A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

 MEDICINA NUCLEAR – PRIMEIRA PARTE = INTRODUÇÃO = CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS= CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE CURIE 

A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– A NATUREZA DAS RADIAÇÕES α, β e γ

 

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A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR

A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO = MEDICINA NUCLEAR – TERCEIRA PARTE A NATUREZA DAS RADIAÇÕES α, β e γ

A NATUREZA DAS RADIAÇÕES  ALFA, BETA E GAMA

Prof. Dr. João Eduardo Irion

da Faculdade de Medicina

Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR

Médico Nuclear

do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria

jirion @terra.com.br

joaoeduirion.blogspot.com.br

Depois das descobertas dos Curies, outros cientistas começaram a investigar a radioatividade para tentar explicá-la. A identificação da natureza das radiações emitidas pelo urânio e pelo tório foi gradual.

No início de 1899, Rutherford usou um écran fluorescente para descobrir que os elementos radioativos emitiam dois tipos de raios, o primeiro, com pequeno poder de penetração, que chamou de raios α, e o segundo, mais penetrante, ao qual denominou raios β.

No final de 1899, Fritz Geisel desviou as radiações do polônio com um ímã e demonstrou que o desvio as diferenciava dos raios X. No mesmo ano, o casal Curie, por meio de um ímã, verificou que a radiação β era defletida num sentido que indicava ter carga negativa tal qual os raios catódios. Eles não conseguiram desviar pelo ímã a trajetória dos raios α, fato posteriormente atribuído à grande massa dessa radiação. Mais tarde, eles confirmaram o fato por medidas elétricas e assim demonstraram que tal raio era semelhante aos raios catódios.

Em 1900, Frederic Ernest Dorn conseguiu desviar os raios β. No mesmo ano, Paul Ulrich Villard demonstrou que os raios não desviáveis eram de dois tipos, um pouco penetrante, os raios α e outro, muito penetrante. Essa última radiação não era desviada tanto pelo campo elétrico como pelo campo magnético e, portanto, eram de natureza similar aos raios X.

Em 1903, Rutherford batizou a radiação de Villard com o nome de raios γ e dessa data em diante ficou claro que os materiais radioativos emitem três tipos de radiação: o radiação α (posteriormente chamado de partícula α) que Rutherford provou tratar-se de núcleos de hélio duplamente ionizados, os raios β (posteriormente chamado de partícula β, equivalentes a elétrons) e o raio γ (radiação eletromagnética), ficando definida a natureza de cada uma delas.

O RADÔNIO

Em 1899, Pierre e Marie Curie observaram que as substâncias nas vizinhanças do rádio se tornavam radioativas por um tempo longo (um mês) e consideraram que essa radioatividade era induzida pelo rádio nas substâncias vizinhas. No mesmo ano, Robert G. Owen, professor de engenharia junto de Ernest Rutherford na McGil University em Montreal, descobriu que a radioatividade do óxido de tório não era constante. Ernest Rutherford chamou de “emanação” o fenômeno relacionado com o rádio e com o tório. Em 1901, Ernest Rutherford e Brooks concluíram que o tório emite um gás radioativo que mantém sua radioatividade por alguns minutos. Em 1903, Fritz Geisel e André-Louis Debierne encontraram emanação também no actínio.

Entendendo-se que cada emanação era um elemento, foram sugeridos vários nomes para eles: exradio, extório e exactíneo (1904), radon, toron e actinon (1918), radeon, toreon e actineon (1919), radon toron e actinon (1920).

Em 1910, Sir William Ramsay isolou o radon e descobriu que ele era o gás mais pesado, quimicamente inerte, e sugeriu para ele o nome “Niton” com o símbolo Nt. Depois que Frederic Soddy estabeleceu o conceito de isótopo, constatou-se que os três tipos de emanações eram, na verdade, isótopo de um só elemento. Assim o isótopo radon era o ²²²Nt e correspondia à emanação do rádio, o isótopo ²²⁰Nt correspondia a emanação do tório e o isótopo ²¹⁹Nt era a emanação do actíneo. Depois o International Comitee for Chemical Elements e a Union Ineternational de Chemie Purê et Apliqueé escolheram o nome de radon com símbolo Rd para o elemento porque é regra a escolha do nome do isótopo que tem a meia vida mais longa.

AS TRANSMUTAÇÕES

                                            Ilustração 1 - Ernest Ruterford

A descoberta do radon e de seus isótopos foi decisiva para Ernest Rutherford criar o conceito de transmutação natural e o conceito de meia vida, ambos de grande importância em Medicina Nuclear.

                              Ilustração 2 Esquema da desintegração do rádio segundo Rutherford

Em 1902, Ernst Rutherford e Frederick Soddy publicaram o trabalho “As causas da radioatividade natural” que contém a teoria da desintegração atômica e a estrutura do núcleo atômico na formação dos elementos.

Em 1919, Ernest Rutherford estudou a dispersão de partículas α oriundas do radon, fazendo-as incidir numa lâmina de ouro. Desse estudo resultou o novo modelo planetário de átomo onde a carga elétrica positiva está concentrada no núcleo e a carga elétrica negativa numa atmosfera eletrônica, havendo entre o núcleo e os elétrons grandes espaços vazios. Ele também criou os termos próton, neutro e elétron.

A primeira transmutação artificial foi obtida por Ernest Rutherford em 1917, bombardeando nitrogênio com as partículas α emitidas pelo polônio e com isso as partículas conseguiram introduzir-se no núcleo do nitrogênio que, após a reação nuclear, converteu-se em oxigênio.

A HISTÓRIA DO CÍCLOTRON

O físico americano Ernest Lawrence, Professor na Universidade de Califórnia em Berkeley (Prêmio Nobel de Física de 1939), foi o inventor do cíclotron e o patenteou em 1934.

                                                Ilustração 3 esquema do cíclotron

Na conferência que fez quando recebeu o Prêmio Nobel, ele contou que um dia, em 1929, folheando uma revista alemã de engenharia na biblioteca da Universidade, encontrou o artigo do engenheiro norueguês Rolf Winderöe, onde estava o esquema de um aparelho destinado a acelerar íons positivos. Tratava-se de um tubo retilíneo com eletródios cilíndricos dipostos em linha nos quais eram aplicadas voltagens oscilantes controladas por radiofrequência para acelerar a partícula na medida em que passassem por eles.

                               

                                                            Ilustração 4 Ernest Lawrence

Para evitar o inconveniente de um tubo longo com alto vácuo equipado com grande número de eletródios, Lawrence pensou usar uma câmara circular de aceleração, dotada de alto vácuo e colocada entre os pólos de um eletroímã. Dessa forma, o campo magnético obrigaria os íons a descrever um movimento circular, passando entre dois eletródios semicirculares (com a forma da letra “D” maiúscula) conectados a um campo elétrico onde a voltagem é alternada por determinada frequência, hoje conhecida como “frequência do cíclotron”. A alternância da voltagem aumenta a velocidade dos íons a cada passagem pelos eletródios, e o feixe de partícula adquire cada vez mais energia e assim passa a descrever um movimento em espiral. No final do trajeto, o feixe de partículas com alta energia é defletido para ser dirigido para um alvo.

O primeiro protótipo da máquina (que recebeu o nome de cíclotron) foi construído na primavera de 1930 com o auxílio do estudante de graduação Nels Edlefsen. A seguir, outro estudante, M. Stanley Livingston, construiu o primeiro cíclotron operacional com diâmetro de 4, 5 polegadas e, assim, cabia na palma da mão. Para isso usou cobre, fios, lacre e vidro e seu custo foi da ordem de 25 dólares. Essa pequena máquina usava um potencial da ordem de 1.000 Volts para acelerar prótons, elevando sua energia para 80.000 eletronvolts. Com o sucesso da primeira máquina, Lawrence, pretendendo acelerar prótons a 1.000.000 de eletrovolts, começou a construir máquinas maiores: de 11 polegadas (1931), depois de 27 (1932), 37 (1937), 60 (1939). Em 1940, foi discutida a proposta de Lawrene para a construção de um cíclotron de 187 polegadas comum ímã, pesando 4.500 toneladas e orçado em 2.650.000,00 dólares.

A RADIOATIVIDADE ARTIFICIAL

                                         

                                                       Ilustração 5 Irène e Frederick Joliot (1934)

Em 15 de Janeiro de 1934, Irène Curie e seu marido Frederic Juliot conseguiram a transmutação de elementos estáveis em isótopos radioativos. Eles fizeram isso bombardeando alumínio com partículas α segundo a reação

²⁷Al + ⁴He → ³⁰P + ¹n.

³⁰P→³⁰Si ⁺ β + (neutrino)

Eles  deduziram que a  nova radiação provinha de um isótopo do fóssforo  que Irène, com seus conhecimentos de química isolou o fósforo do alumínio e verificou  que o novo elemento tinha uma meia vida de 2,5 minutos . Joliot sugeriu o prefixo “radioativo” para distinguir isótopos instáveis de isótopos estáveis.

Eles obtiveram resultados similares com boro e magnésio.

Essa descoberta gerou a possibilidade de criação rápida de materiais radioativos artificiais e baratos para diversos fins inclusive para uso em Medicina Nuclear. Por essa descoberta, eles receberam o Prêmio Nobel de Física de 1935. Foi Joliot quem propôs o uso do prefixo “radio” para distinguir os isótopos radioativos dos isótopos estáveis.

Depois de ler o trabalho de Joliot e de Irene na revista “Nature”, Enrico Fermi, em Roma, resolveu obter novos isótopos sem as limitações inerentes ao bombardeio com partículas α. Ele produziu nêutrons pela reação do radônio com o berilo usando parafina e para desacelerar essas partículas. Foi com essa fonte de neutros lentos que Fermi bombardeou cerca de 60 elementos e, três meses depois, relatou na Revista “Nature” a produção de 14 novos radioelementos.

Em fevereiro de 1934, havia 3 radioisótopos artificiais produzidos pelo casal Joliot e Irene, logo depois mais 14 produzidos por Fermi e já no fim desse ano existiam 40 isótopos artificiais.

A partir da descoberta da radioatividade artificial pelo casal Joliot e Irène e a invenção do cíclotron tornou-se possível a produção de materiais radioativos artificiais de baixo peso atômico e por baixo custo, dispensando a eliminação difícil e cara de elementos radioativos naturais dos respectivos nuclídeos estáveis, tornando possível o uso de isótopos radioativos em medicina.

Dez anos depois da invenção do cíclotron, reatores começaram a operar. Em 1946, Oak Ridge começou a fornecer radioisótopos para uso em medicina.

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