Basta um simples toque de botão. As facilidades tecnológicas estão tão presentes no nosso dia a dia que nem percebemos ou imaginamos quantas pesquisas e anos de estudo, às vezes séculos, foram necessários para que hoje possamos, num intervalo de tempo de um piscar de olhos, nos conectar com o mundo todo, sacar dinheiro em caixas eletrônicos ou dirigir carros com piloto automático... Com o avanço da Ciência e da Tecnologia, tomografias computadorizadas, cintilografias e ultra-sonografias passaram a fazer parte do nosso cotidiano, como se já existissem desde sempre. Será?
Um dos exames que se tornaram mais rotineiros foram os de raios X. Quem nunca precisou “tirar” uma radiografia ou “bater” uma “chapa”? É um exame tranqüilo, rápido, sem dor e fácil de ser entendido. No entanto, essa ferramenta que muito auxilia os médicos e muitas outras áreas nem sempre esteve disponível para nos ajudar. Foram décadas de pesquisa sobre outros tipos de raios (luz, ultravioleta, raios catódicos, etc.) que auxiliaram Röntgen no desenvolvimento de sua experiência.
Equipamento de Raio X
Nas primeiras duas décadas do século XX, a utilização dos raios X se concentrou em aplicações na Medicina, principalmente no diagnóstico de imagens de fraturas nos ossos. Em meados de 1920, as pesquisas avançaram para o diagnóstico na inspeção de rachaduras em materiais. Atualmente, os raios X também são usados na indústria (aviação, controle de qualidade de materiais e peças), em ensaios não-destrutivos e em pesquisas científicas.
"Atualmente, os raios X também são usados na indústria (aviação, controle de qualidade de materiais e peças), em ensaios não-destrutivos e em pesquisas científicas."
No setor médico, as aplicações desse raio são feitas num campo genericamente designado de Radiologia, a qual é divida em: Radioterapia, Radiologia Diagnóstica e Medicina Nuclear.
A Radioterapia, mais conhecida pelo tratamento de tumores cancerígenos, utiliza a radiação ionizante. Baseia-se na transferência de energia ao meio onde está o tumor, com emprego de altas doses de radiação, para que sejam absorvidas por ele. Nos procedimentos radioterápicos são usados ainda radioisótopos do cobalto, césio, rádio, estrôncio, que emitem partículas alfa, beta e gama. Mais recentemente, passaram a ser utilizados também aceleradores lineares de partículas que emitem feixes de elétrons. O maior desafio dessa técnica, no entanto, é destruir apenas as células cancerígenas sem afetar as células normais que estão por perto.
O principal tipo de radioterapia é a teleterapia, que consiste em colocar a fonte radioativa próxima à região que será tratada e irradiá-la com a dose necessária para o tratamento. Os equipamentos de raios X usados são os de quilovoltagem e megavoltagem.
O aparelho de quilovoltagem (valores proporcionais a 1.000 V) utiliza um tubo convencional de raios X onde a voltagem (d.d.p.) aplicada é no máximo de 250 kV. Para a voltagem de 200 kV, a dose máxima ocorre na pele, decrescendo até atingir 50% a 5 cm de profundidade, 25% a 10 cm e sendo praticamente desprezível a 25 cm. O paciente é submetido a doses diárias de 300 rad (3 Gy) até atingir um total de 6.000 rad (60 Gy). Os raios X nessa faixa de energia, além de serem usados no tratamento do câncer de pele, devido a seus efeitos térmicos, também podem ser úteis, na terapia de artrite, artrose, bursite, cicatrizes viciosas ou até calos, e diminuir a rejeição no caso de transplantes.
O aparelho de megavoltagem (valores proporcionais a 1.000.000 V) é chamado de acelerador de partículas (linear e bétatron). Num caso específico em que os elétrons atingem uma energia de 22 MeV, a dose máxima devida a raios X ocorrerá entre 4 e 5 cm de profundidade, decrescendo para 83% a 10 cm e para 50% a 25 cm. São mais utilizados na terapia de tumores nos órgãos mais profundos como pulmão, bexiga, próstata, útero, laringe, esôfago, etc. As principais vantagens desses equipamentos são as ocorrências de dose máxima abaixo da pele, seu grande poder de penetração e baixa absorção pelos ossos. O paciente recebe entre 5.000 e 6.00 rad (50 e 60 Gy) no tumor, distribuídas em frações diárias de 200 rad (2 Gy). A Radiologia Diagnóstica, basicamente a primeira aplicação dos raios X, consiste na utilização de um feixe desse tipo de raio para a produção de imagens em várias tonalidades de cinza numa chapa fotográfica ou numa tela fluoroscópia. Nessa técnica utiliza-se pouca dose de radiação de tal forma que a imagem obtida na chapa deve-se ao diferente grau de absorção pelos tecidos do corpo (ossos, tecidos moles e gordura), de acordo com sua densidade e seu número atômico médio.
Na fluoroscopia, pelo fato da imagem ser analisada enquanto é gerada, o tempo de exposição é muito maior que o anterior. Assim, esse processo é em geral ineficiente, uma vez que a maior parte dos fótons de raios X perde energia sob a forma de calor e uma pequena parte na produção de fluorescência. Logo, não é uma técnica muito aconselhável.
A técnica adotada mais recentemente, chamada de tomografia computadorizada, nada mais é que uma evolução da tomografia convencional, proposta desde 1930. Nela, os raios X são concentrados em um feixe estreito e passam por uma pequena parte do corpo. A intensidade do feixe chega a um detector (substituto da chapa) e é convertida em um sinal binário ou digital. Variando a direção do feixe e o detector em de ângulos de 1º, faz-se uma varredura linear da região analisada até completar 180º. Esses sinais digitais são analisados e processados matematicamente pelo computador ligado ao aparelho e convertidos numa imagem tridimensional do local examinado. Tal técnica foi desenvolvida em 1972 por Godfrey Houndsfield e Allan Cormack, que, em 1979, ganharam o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina.
Atualmente, nesse tipo de tomografia emprega-se até 320 detectores enfileirados ao longo de um arco para se medir simultaneamente toda a radiação transmitida através do corpo, usando-se um feixe em leque de raios X. Com isso, elimina-se a varredura linear e diminui-se o tempo de exposição de paciente de 4 minutos no primeiro caso para até 5 segundos neste último.
Radiografia do crânio
Já no caso da Medicina Nuclear, aplicam-se materiais radioativos e técnicas de Física Nuclear na diagnose, no tratamento e no estudo de doenças. A principal diferença entre o uso de raios X e o de radioisótopos na diagnose está no tipo de informação obtida. No primeiro caso, a informação está mais relacionada com a anatomia do que com a fisiologia; já no caso dos radioisótopos, com o metabolismo e a fisiologia do que com aspectos anatômicos.
Outra diferença fundamental é o tipo de fonte radioativa usada. Ao contrário da radioterapia, em que são usadas fontes radioativas seladas (lacradas), que não entram em contato direto com o paciente ou com as pessoas que as manuseiam, na Medicina Nuclear, os materiais radioativos não selados são ingeridos ou injetados nos pacientes, a fim de tratar as regiões doentes. Enquanto na radioterapia a dose absorvida por tratamento varia de 700 a 7.000 rad (7 a 70 Gy), na radiologia diagnóstica vai de 10-2 a 1 rad (10-4 a 10-2 Gy) por chapa e na medicina nuclear ela é da ordem de dezenas de mrad (10-4 Gy) por exame.
"... agentes mutagênicos (radiações e produtos químicos) induzem a produção de espécimes modificadas (chamadas mutantes) com menor altura e maior resistência a doenças ou pragas."
Fora da área médica, os raios X têm uma vasta aplicação na indústria, principalmente a metalúrgica. Um exemplo é a produção de novas chapas de aço (liga metálica composta de Fe e um percentual da ordem de até 2% de C), nas quais é preciso que a quantidade de carbono seja bem definida. Analisando as chapas pela técnica de difração dos raios X podemos descobrir qual a melhor taxa percentual de carbono a ser utilizada, que dependerá também do tipo de aplicação pretendida para o aço e da presença de resíduos provenientes da fabricação. Essa análise das chapas de aço também permite detectar, na composição final das mesmas, a existência de defeitos que podem comprometer sua utilização. Já na indústria automobilística, a difração de raios X, por ser não-destrutiva, permite observar no interior dos motores dos carros a presença de fragmentos de aço, de outras ligas ou metais que poderiam causar danos a seu funcionamento.
E você sabia que o raio X também tem variadas aplicações na agricultura? Pois é possível, por meio do uso desse raio, assim como de outros tipos de radiação, modificar o DNA das plantas e, dessa maneira, aumentar a variabilidade genética. Assim, agentes mutagênicos (radiações e produtos químicos) induzem a produção de espécimes modificadas (chamadas mutantes) com menor altura (que acarretam menores perdas pela ação dos ventos), maior resistência a doenças e pragas ou tolerância ao alumínio (fator de importância em certos tipos de solos).
Outra aplicação de tecnologia nuclear na agricultura tem relação direta com a técnica de tomografia de solos, onde é usada radiação X ou gama. O tomógrafo usado é semelhante ao usado em medicina, porém de custo mais baixo. A radiação passa pela amostra (objeto) e é atenuada em função do número atômico (Z) e da densidade do material (d). O aparelho, por meio de um software específico, distingue as diferentes densidades para formar a imagem do solo e determinar suas propriedades físicas.
Muitas vezes utiliza-se, ainda, o tomógrafo para verificar deficiências em árvores. Pode-se observar a distribuição das raízes no solo, a compactação e a distribuição de umidade, e enxergar detalhes internos de uma árvore sem ter que destruí-la. Portanto, se uma árvore estiver infestada por besouros ou cupins, os buracos cavados em seu tronco aparecerão na imagem.
O processamento de alimentos envolve hoje uma tecnologia avançada para assegurar a conservação e as boas condições sanitárias do que será consumido pela população. A irradiação é um processo físico de tratamento comparável à pasteurização térmica, congelamento ou enlatamento. Envolve a exposição do alimento, embalado ou não, a um dos três tipos de energia ionizante: raios gama, raios X ou feixe de elétrons.
Inicialmente, a irradiação era feita usando fontes radioativas, como 60Co e 137Cs, ou feixes de elétrons produzidos por aceleradores até 106 elétrons-volt (1 Mev). Hoje, a tecnologia mais recente nesse setor é a irradiação por raios X. Ao penetrar no alimento, a radiação controla seu nível de toxicidade e elimina bactérias patogênicas, destruindo fungos, parasitas e insetos, porque são formados compostos químicos tóxicos a esses elementos. Ainda entre as principais aplicações da irradiação de alimentos estão o retardamento da maturação de algumas frutas e legumes e a eliminação de insetos que infestam os grãos armazenados. Vem sendo usada também para a descontaminação de ervas e especiarias, em substituição ao processo de fumigação com gás esterilizante, em que era usado o óxido de etileno, uma substância comprovadamente carcinogênica.
Controle com detector de metais
Uma outra linha de pesquisa nessa área refere-se à carne de frango grelhada. Depois de assada, é colocada em embalagem especial (bem vedada e imune à entrada de luz e à troca gasosa) e então irradiada, o que permite que o produto fique por até cinco anos fora da geladeira. Já a carne de frango resfriada, ao ser submetida a doses baixas de irradiação, pode ser conservada por até 21 dias na geladeira sem ser congelada.
É importante ressaltar que o desenvolvimento de novas tecnologias na área de produção e armazenamento de alimentos é fundamental para que possamos reduzir a níveis aceitáveis ou mínimos o desperdício que existe nesse setor. Isso permite diminuir os custos com a produção e tornar o alimento mais barato, principalmente para a população mais carente, amenizando um dos maiores problemas mundiais: a fome.
"... o desenvolvimento de novas tecnologias na área de alimentos permite baratear a produção e o preço de comida, sobretudo para a população carente, amenizando a fome mundial."
No setor químico, o uso dos raios X, principalmente na cristalografia, tem contribuído para o conhecimento dos compostos com base nas suas características estruturais. Uma das pesquisas de ponta nessa área trata das proteínas. Devido a sua importância vital no estudo dos processos metabólicos do corpo, é fundamental saber em detalhes como elas atuam, mas para isso precisa-se conhecer sua estrutura interna. A cristalografia com luz síncrotron é a técnica que está permitindo decifrar com maior rapidez e precisão os segredos das proteínas, abrindo caminho para a produção de medicamentos mais específicos e mais potentes, e até para a criação de novas proteínas.
Sem dúvida, uma das maiores contribuições dos raios X para a biologia foi a pesquisa da molécula do DNA. Por meio do processo de difração foi possível intensificar os estudos estruturais dessa molécula, verificando sua característica tridimensional, e, conseqüentemente, suas características físico-químicas.
Além disso, também na clínica odontológica, a radiologia diagnóstica vem contribuindo de forma significativa. A análise da radiografia, em muitos casos, como no tratamento de canal e implantes, é fundamental para um bom resultado terapêutico e muitas vezes estético. A substituição do filme radiográfico por uma placa de circuitos sensíveis aos raios X, que gera uma radiografia digital e a envia diretamente para um computador, eliminou o uso de película periapical (aquele pedaço de plástico que o dentista coloca em nossa boca quando vai fazer a radiografia) e a revelação química. Assim, o tempo de exposição à radiação diminui em até 90%.
Agora esqueça a medicina, a agricultura e a indústria. Já parou para pensar que o raio X é uma das mais poderosas ferramentas para garantir nossa proteção? Nos aeroportos de todo o mundo há sistemas de segurança que utilizam os raios X para detectar a presença de armas, drogas e materiais que possam comprometer a segurança dos vôos.
Existem estações fixas de inspeção para a detecção de artigos ilegais ou de contrabando em caminhões, vagões de trem, containeres marítimos, etc. Em alguns países, até é feita a fiscalização de caminhões que tentam atravessar a fronteira com raios X. Uma radiografia completa do caminhão revela se no meio da carga existem pessoas escondidas – uma arma eficiente no controle do tráfico humano.
Até mesmo na análise da quantidade de poluentes na atmosfera nota-se a importância do raio X. Pelo método (PIXE – Particle Induced X ray Emission), a amostra de ar coletada é irradiada inicialmente com prótons ou partículas alfa. Altamente energéticas, essas partículas arrancam os elétrons das camadas mais internas dos elementos que constituem a amostra. Quando os elétrons das camadas mais externas passam a ocupar os lugares vazios, os raios X característicos são emitidos com energia específica para cada elemento. A detecção e análise desses raios fornecerão as informações necessárias sobre a qualidade do ar da amostra coletada.
Na verdade, até as múmias submetem-se ao raio X. Uma das técnicas aplicadas na arqueologia é justamente a tomografia computadorizada. Os exames fornecem, por exemplo, informações importantes sobre a saúde do antigo Egito. Graças às imagens, sabe-se que artrite e osteoporose eram males comuns entre os egípcios. Outra técnica muito utilizada nos estudos arqueológicos é a fluorescência de raios X. Consiste num método de emissão espectroscópica, pelo qual se pode avaliar, por exemplo, a composição de pigmentos encontrados em fragmentos de cartonagem de um sarcófago e do tecido de uma múmia. Os pigmentos são comparados com os utilizados no período histórico considerado, para garantir a procedência e a autenticidade da peça. Já no estudo das obras de arte usa-se a técnica de difração dos raios X. O objetivo é caracterizar e identificar os tipos de materiais constituintes da pintura. A maioria dos pigmentos inorgânicos possui espectros de difração característicos, o que possibilita uma análise comparativa de materiais desconhecidos com materiais de referência. Com isso identificam-se as substâncias usadas na época da pintura ou da escultura.
Portanto, na próxima vez em que você for “bater uma chapa” do joelho depois daquele jogo de futebol, lembre-se de que a importância e a tecnologia do raio X vão muito além daquela simples radiografia...
