Em formação

7.3: Radiação ionizante - Biologia


Radiação de alta energia, como raios-X, raios ( gamma ) e ( beta ) partículas (ou elétrons) são mutagênicos poderosos. Uma vez que eles podem alterar o número de elétrons em um átomo, convertendo um composto em uma forma ionizada, eles são referidos como radiação ionizante. Eles podem causar uma série de mudanças químicas no DNA, incluindo a quebra direta da estrutura fosfodiéster do DNA, levando a deleções. A radiação ionizante também pode quebrar o anel imidazol das purinas. A remoção subsequente da purina danificada do DNA por uma glicosilase gera um sítio apurínico.

Figura ( PageIndex {1} ): Formação de lesão de dímero de timina no DNA. O fóton faz com que duas bases consecutivas em uma fita se liguem, destruindo a estrutura de dupla fita normal do par de bases naquela área. Os fótons ultravioleta (UV) prejudicam as moléculas de DNA de organismos vivos de diferentes maneiras. Em um evento de dano comum, bases adjacentes se ligam entre si, em vez de através da "escada". Isso cria uma protuberância, e a molécula de DNA distorcida não funciona adequadamente. (Domínio Público; Mestre Uegly).

Radiação ultravioleta

A radiação ultravioleta com um comprimento de onda de 260 nm formará dímeros de pirimidina entre pirimidinas adjacentes no DNA. Os dímeros podem ser de dois tipos (Figura 7.11). O principal produto é um dímero de timina contendo citobutano (entre C5 e C6 de Ts adjacentes). O outro produto tem uma ligação covalente entre a posição 6 em uma pirimidina e a posição 4 na pirimidina adjacente, por isso é chamado de fotoproduto "6-4".

Figura ( PageIndex {2} ): Dímeros de pirimidina formados por radiação UV, ilustrados para timidilatos adjacentes em uma fita do DNA. (A) A formação de uma ligação covalente entre os átomos de C na posição 5 de cada pirimidina e entre os átomos de C na posição 6 de cada pirimidina forma um anel de ciclobutano conectando as duas pirimidinas. As bases são empilhadas umas sobre as outras, mantidas no lugar pelo anel de ciclobutano. As ligações C-C entre as pirimidinas são exageradas neste desenho, de modo que o anel da pirimidina fica visível. (B) Outro fotoproduto é feito pela formação de uma ligação entre o átomo C na posição 6 de uma pirimidina e a posição 4 da pirimidina adjacente, com perda do O previamente fixado na posição 4. (Domínio Público; Mestre Uegly).

Os dímeros de pirimidina causam uma distorção na dupla hélice do DNA. Essa distorção bloqueia a replicação e a transcrição.

Exercício ( PageIndex {1} )

Qual é a base física para essa distorção na dupla hélice do DNA?


O espectro eletromagnético: radiação não ionizante

A radiação existe ao nosso redor, de fontes naturais e artificiais, e tem duas formas: ionizante e Não ionizante radiação.

Radiação ionizante é uma forma de energia que atua removendo elétrons de átomos e moléculas de materiais que incluem ar, água e tecido vivo. A radiação ionizante pode viajar invisível e passar por esses materiais.

O que é radiação não ionizante?

Radiação não ionizante existe ao nosso redor de muitas fontes. Está à esquerda da radiação ionizante no espectro eletromagnético na figura abaixo.

  • Radiação de radiofrequência (RF) usada em muitas aplicações de transmissão e comunicações
  • Microondas usadas na cozinha doméstica
  • Radiação infravermelha usada em lâmpadas de calor

A linha divisória entre a radiação ionizante e não ionizante ocorre na parte ultravioleta do espectro eletromagnético [mostrado na ilustração do espectro eletromagnético acima]. A radiação na faixa ultravioleta e em energias mais baixas (à esquerda do ultravioleta) é chamada de radiação não ionizante, enquanto que nas energias mais altas à direita da faixa ultravioleta é chamada de radiação ionizante.

Conforme nos movemos para a esquerda da faixa de luz visível na figura acima, passamos para as frequências mais baixas. Por & ldquofrequência & rdquo queremos dizer a rapidez com que essas ondas se movem para cima e para baixo. Quanto mais baixa for a frequência, mais baixa será a energia.

Nessas frequências mais baixas, no lado esquerdo do espectro eletromagnético, encontramos infravermelho, micro-ondas, ondas de rádio e radiação de alcance do telefone celular.

Simplificando, a radiação não ionizante difere da radiação ionizante na forma como atua em materiais como ar, água e tecido vivo

Ao contrário dos raios X e outras formas de radiação ionizante, a radiação não ionizante não tem energia suficiente para remover elétrons de átomos e moléculas. A radiação não ionizante pode aquecer substâncias. Por exemplo, a radiação de micro-ondas dentro de um forno de micro-ondas aquece água e alimentos rapidamente.

Estamos expostos a baixos níveis de radiação não ionizante todos os dias. A exposição a quantidades diretas e intensas de radiação não ionizante pode resultar em danos ao tecido devido ao calor. Isso não é comum e é principalmente preocupante no local de trabalho para aqueles que trabalham com grandes fontes de dispositivos e instrumentos de radiação não ionizante.

Risco de exposição à radiação ultravioleta (UV)

A radiação ultravioleta (UV) é uma parte natural da radiação solar e é liberada por luzes negras, solários e iluminação de arco elétrico. Os níveis diários normais de radiação ultravioleta podem ser úteis e produzem vitamina D. A Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda 5 a 15 minutos de exposição ao sol 2 a 3 vezes por semana para obter vitamina D. suficiente.

Muita radiação UV pode causar queimaduras na pele, envelhecimento prematuro da pele, lesões oculares e câncer de pele. A maioria dos cânceres de pele é causada pela exposição à radiação ultravioleta.

O bronzeamento artificial através do uso de camas de bronzeamento e aparelhos de bronzeamento expõe o consumidor à radiação ultravioleta. A exposição a camas de bronzeamento e dispositivos de bronzeamento também aumenta a chance de desenvolver câncer de pele.

Risco de exposição a radiofrequência (RF) e radiação de microondas

A exposição direta e intensa à radiofrequência (RF) ou à radiação de microondas pode resultar em danos aos tecidos devido ao calor. Essas exposições mais significativas podem ocorrer de dispositivos industriais no local de trabalho.


Introdução: História e fontes de microondas

A radiação pode ser caracterizada em radiações ionizantes e não ionizantes, das quais a última é diferenciada em duas formas: 1) frequência extremamente baixa (ELF) ou linha de energia (60 Hz) campos eletromagnéticos (EMFs) e 2) radiofrequência (RF ) CEM - produzidos por ondas de rádio / microondas sem fio.

Os efeitos biológicos das radiações de microondas começam efetivamente com o desenvolvimento do radar no início da Segunda Guerra Mundial. Nenhum efeito nocivo de microondas foi detectado antes deste tempo e também não está na lista de problemas ambientais gerais. Prausnitz e Susskind foram os primeiros a relatar os efeitos da radiação de microondas no órgão testicular em 1962 [1]. Desde o início de 1962, muitos dispositivos feitos pelo homem estão agora em uso e a fonte mais comum de microondas são as linhas de transmissão (50-60 Hz), monitores de computador (60-90 Hz), transmissões de rádio AM (530-1600 KHz), FM transmissões de rádio (88–108 MHz), transmissões de televisão (50–700 MHz), telefones de mão (850 MHz-2,4 GHz), fornos de microondas (2,45 GHz), laptops e Wi-Fi (2,4 GHz).

As frequências na faixa de 100 kHz a 300 GHz referem-se a RF e representam apenas uma parte do espectro eletromagnético. A Figura 1 mostra as fontes de exposição ao campo eletromagnético de radiofrequência (RF-EMF) afetando os parâmetros dos espermatozoides. Na lista de novas tecnologias, a frequência intermediária (FI) foi listada como a mais nova fonte de exposição a campos eletromagnéticos. Esta faixa de frequência fica entre a baixa frequência (baixa frequência - 0,1 Hz – 1 kHz) e a frequência de rádio (RF) (10 MHz - 300 GHz). As principais fontes dessa faixa são scanners de segurança de aeroportos e dispositivos antifurto operados nas saídas das lojas.

Representação esquemática de várias fontes de efeito de exposição a RF EMF no cérebro e órgão testicular e resultados deletérios

Por outro lado, radiações como raios X, raios γ e partículas α são formas de radiação ionizante [2]. A radiação ionizante é muito mais perigosa do que as radiações não ionizantes. Fontes significativas de raios γ ionizantes incluem fontes naturais, como a decomposição do urânio na terra, raios cósmicos, o sol e o gás radônio, enquanto as fontes artificiais ou feitas pelo homem incluem resíduos radioativos, raios-X de procedimentos médicos, etc.

O câncer induzido por radiação é desencadeado por dano cromossômico ou instabilidade genômica [3]. Um aumento nas anormalidades cromossômicas pode ser resultado da exposição à radiação, que foi relatada pela primeira vez por Martin et al. [4]. O órgão mais radiossensível relatado é o testículo masculino com o epitélio germinativo, incluindo as espermatogônias, que são mais sensíveis à exposição à radiação do que outras células [5, 6].

Os efeitos da IR na reprodução são uma preocupação crescente, pois o número de pessoas expostas à radiação por meio de procedimentos médicos e exposições ambientais está aumentando significativamente. Dados revisados ​​por Yousif et al. [7] obtidos de 31 estudos relatam uma associação entre as exposições ocupacionais à RI e a incidência ou mortalidade por câncer testicular. Dados semelhantes foram obtidos para radiação não ionizante de 9 estudos. Como as radiações têm uma ampla faixa de comprimentos de onda, é impossível cobrir todas as radiações ionizantes e não ionizantes existentes em um único artigo. Além disso, os dados disponíveis sobre a radiação ionizante indicam claramente seu papel no desenvolvimento de cânceres, como o câncer testicular. Em contraste, informações muito menos claras estão disponíveis sobre radiação não ionizante. Portanto, o foco de nossa revisão é mais explorar os efeitos da radiação não ionizante, como RF-EMF, na fertilidade masculina. Isso inclui frequências usadas para telefones celulares, laptops, computadores, fornos de microondas e alguma outra faixa de frequência mais alta, incluindo os efeitos biológicos induzidos por RF-EMF e mecanismos potenciais no sistema reprodutor masculino.

A rede de dispositivos assistidos por RF-EMF como telefones celulares, Wi-Fi, fornos de microondas e laptops está aumentando drasticamente e sua associação com a infertilidade masculina foi relatada [8,9,10,11]. Com base em evidências suficientes, agora tem-se percebido cada vez mais que a radiação RF-EMF está impregnando o meio ambiente e, portanto, foi mencionada sob os termos "eletropoluição" ou "eletro-poluição" na lista de outros poluentes ambientais (ar, água , solo e poluição sonora) [12].

A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer [13, 14] classificou o RF no grupo 2B como "possivelmente carcinogênico" para humanos. As diretrizes sobre a taxa de absorção específica (SAR) de telefones celulares são legalmente limitadas a 2,0 W / kg pela Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante relatada [15], mas ainda assim o nível de SAR varia de país para país. SAR é uma unidade ou taxa padrão na qual a energia RF-EMF é transmitida a um elemento ou massa para medir a penetração de energia nos tecidos humanos.

A quantidade de SAR absorvida pelo tecido humano depende de muitos fatores, como frequência, intensidade, polarização e duração da exposição [16] e, o mais importante, da posição dos dispositivos durante o uso. Uma maior taxa de absorção de radiação pode ser observada ao falar ao telefone, mantendo o telefone próximo à cabeça ou no bolso da calça, usando laptop no colo conectado com Wi-Fi e uso frequente de fornos de microondas. Agarwal et al. sugeriram que o uso de telefones celulares afeta negativamente a qualidade do sêmen, diminuindo a contagem de espermatozoides, motilidade, viabilidade e morfologia, o que pode contribuir para a infertilidade masculina [17]. Consequentemente, Desai et al. concluíram que a exposição a RF-EMF pode induzir danos ao DNA devido ao aumento do estresse oxidativo, o que pode acelerar a morte das células espermatozóides e promover a carcinogênese testicular [18]. Muitos estudos em animais sobre o uso de telefones celulares estão ligados a uma redução na contagem de esperma [9] e motilidade [19], sugerindo um comprometimento da fertilidade masculina. Da mesma forma, em humanos, Agarwal et al. relataram que o uso contínuo de telefones celulares está associado à diminuição da motilidade, concentração de espermatozoides, morfologia e viabilidade [20]. Os estudos mais significativos sobre o efeito do RF-EMF emitido por diferentes fontes (telefones celulares, fornos de microondas, laptops e dispositivos Wi-Fi) no padrão de fertilidade animal e humana estão resumidos na Tabela 1 [21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37].

A literatura mostra que os estudos que investigam os efeitos deletérios da exposição ao telefone celular e microondas nos órgãos reprodutivos masculinos se concentram principalmente nos parâmetros do esperma [9, 25, 38]. No entanto, até o momento, nenhum mecanismo possível sobre como a radiação RF-EMF interage com os órgãos reprodutores masculinos e, portanto, afeta o padrão de fertilidade são conhecidos. Algumas das preocupações são listadas e discutidas em detalhes pela introdução de 1) biofísica da radiação RF-EMF, 2) efeito do RF-EMF nos parâmetros do esperma 3) papel das quinases no metabolismo celular 4) efeito genotóxico do EMF levando à instabilidade genômica 5 ) Estresse oxidativo induzido por RF 6) Efeito RF-EMF no sistema endócrino reprodutivo e 7) medidas de proteção para essas radiações e recomendações futuras.

Parâmetros biofísicos de RF-EMF

Os parâmetros biofísicos descrevem os fatores físicos e biológicos, que determinam a radiossensibilidade celular da exposição a RF-EMF medindo a taxa de absorção da radiação. Em teoria, o EMF deve penetrar no sistema biológico exposto e induzir os CEM internos a causar uma resposta biológica. Por outro lado, a profundidade de penetração ou absorção de radiação de RF depende dos parâmetros do campo incidente (como intensidade, densidade de potência), zona de exposição, forma, geometria e orientação do objeto e configuração da radiação, por exemplo, quão próximo está o objeto da fonte RFR? [39]. Esses parâmetros participam direta ou indiretamente da formação de radicais livres, aumentando os níveis de ROS, que foram considerados um fator de dano ao DNA. Kumar et al. relataram danos ao DNA do espermatozóide após exposições a telefones celulares 3G [26].

O dano ao DNA é uma das sérias preocupações em relação à infertilidade ou ao câncer testicular. A questão, entretanto, é como essa radiação de RF de baixa frequência pode causar danos ao DNA? Esta questão não é fácil de responder, mas assume-se que um campo eletromagnético de RF é classificado como radiação não ionizante porque os fótons não têm energia suficiente para quebrar ligações químicas ou ionizar diretamente moléculas biológicas [39]. Portanto, é geralmente aceito que a energia EMF não é suficiente para danificar o DNA diretamente, portanto, mecanismos indiretos, como a hipótese do radical livre, foram propostos para explicar o dano ao DNA induzido por EMF [40,41,42]. Os telefones celulares e suas torres de transmissão são igualmente responsáveis ​​pelos efeitos na saúde, já que os telefones celulares emitem radiações para estações rádio-base ou antenas próximas. Nossos corpos atuam como antenas que absorvem a radiação e a convertem em correntes parasitas alternadas [43]. A radiação do telefone celular é gerada no transmissor e emitida através da antena na forma de ondas de rádio [16, 39, 44]. O impacto deste RF-EMF no corpo humano é medido por meio de uma unidade padronizada chamada SAR. A taxa de energia absorvida ou depositada por unidade de massa por unidade de tempo é o SAR e o campo E pode ser calculado por-

Onde sigma (σ) é a condutividade do líquido e rho (ρ) é a densidade do líquido. Os valores medidos do campo E e a distribuição de SAR são valores de SAR com média de massa de 1 ge 10 g.

Quando um corpo ou tecido biológico é exposto a RF-EMF, a energia de RF é espalhada e atenuada à medida que penetra nos tecidos do corpo. A absorção de energia é em grande parte uma função da frequência de radiação e da composição do tecido exposto. O problema da física em relação à exposição a EMF é a profundidade de penetração. A maior taxa de absorção das radiações emitidas pelo telefone celular é mais absorvida pelo tecido ao fazer uma ligação no celular ou ao usar dispositivos eletromagnéticos.

Os testículos são muito sensíveis a essas radiações devido aos processos de desenvolvimento e maturação dos espermatozoides que ocorrem nos testículos. Também está bem estabelecido que a fase de desenvolvimento do cérebro e dos testículos são muito sensíveis à radiação, o que pode causar graves danos na forma de efeitos genotóxicos [9, 25, 26, 45]. Vários estudos sugerem que as radiações de microondas são potencialmente fortes o suficiente para penetrar no crânio do cérebro, e quase 40% delas podem atingir mais profundamente no cérebro [46, 47], são assumidas profundidades de penetração de 4-5 cm [48, 49]. O mesmo se aplica aos testículos.

Durante os estágios de desenvolvimento testicular, a profundidade de penetração não é o único fator, mas também i) tempo de exposição ii) duração da exposição (ou seja, número de dias de exposição) iii) o maior número de células não desenvolvidas expostas a microondas e iv) o conteúdo de água de o órgão (quanto maior a quantidade de água em um órgão, maior será o efeito da radiação de microondas). Vários estudos também relataram que as alterações morfológicas induzidas por CEM também dependem do tipo, dose, modo e duração da exposição a CEM [50,51,52,53,54]. Portanto, é imperativo explorar os parâmetros biofísicos relacionados à exposição a RF-EMF e fatores causais, primeiro.

O efeito da exposição RF-EMF nos parâmetros do esperma

À luz de relatórios indicando que em 2005 7,4% dos casais nos Estados Unidos eram inférteis [55], e que esse número deve aumentar para até 15%, particularmente em países industrializados [56], pode-se relacionar o uso crescente de dispositivos de RF, como telefones celulares ou Wi-Fi, com danos aos espermatozoides induzidos por RF-EMF, pois isso está intimamente relacionado à infertilidade. Embora existam vários outros fatores, como qualidade do esperma, contagem de esperma, motilidade e morfologia prejudicada com o aumento da idade e fatores de estilo de vida, por exemplo, consumo de álcool, tabagismo que pode afetar o padrão de fertilidade em homens e mulheres, uso frequente de telefone celular ou Os dispositivos EMF contribuem de forma marcante para essa baixa qualidade do sêmen (Figura 1).

Além disso, o uso do telefone celular tem sido associado a diminuições na contagem progressiva de espermatozoides móveis [20], motilidade [20] e viabilidade [20, 34], bem como a aumentos em ROS [29] e morfologia anormal dos espermatozoides. Evidências recentes também mostram que o Wi-Fi de laptops afeta negativamente a qualidade do esperma [8]. EMF também é responsável pela diminuição na taxa de fertilização [57], número de células espermatogênicas e apoptose [58, 59], redução da qualidade do esperma [60], alterações hormonais no testículo [20, 61] e pode dar origem a fetos perda e deficiências de desenvolvimento no período embrionário [45, 62] (Tabela 2) [9, 20, 25, 26, 28,29,30,31,32, 34, 38, 63].

Contagem de esperma

A exposição a campos eletromagnéticos de radiofrequência de telefones celulares ou outras fontes de microondas afetam adversamente o potencial masculino de fertilização dos espermatozóides [29]. Existem várias técnicas disponíveis para a medição da contagem de esperma, como hemocitômetro, citometria de fluxo e contador de células. Usando citometria de fluxo, Kesari et al. mostrou um significativamente (P & lt 0,0001) diminuiu a porcentagem da contagem de espermatozoides (61,33 ± 3,68% vs. 31,14 ± 13,6%) e um aumento da porcentagem de células apoptóticas (5,93 ± 1,64% vs. 13,15 ± 1,26%) após a exposição ao telefone celular (2 h / dia por 35 dias) em um estudo com animais [9]. Além da radiação do telefone celular, a exposição de ratos Wistar machos a laptops conectados a Wi-Fi (EMF, 1,15 micro Tesla, μT) por 7 h / dia por 1 semana também reduziu a contagem de espermatozoides e a motilidade [64]. Outros estudos também ligaram RF-EMF [34, 37, 61, 65, 66] ou radiação de telefone celular [67,68,69] a efeitos deletérios nos testículos. Essa exposição à radiação pode criar um estado de estresse oxidativo e estimular a geração de radicais livres pelas mitocôndrias de esperma [67].

Motilidade e morfologia do esperma

Há também uma lista de estudos que indicam a influência negativa de RF-EMF na motilidade e morfologia dos espermatozoides. Vários autores descobriram que carregar telefones GSM no bolso da calça ou no cinto diminuiu a motilidade progressiva rápida dos espermatozoides [70, 71]. Kesari e Behari demonstraram que os homens que usam telefones celulares apresentam taxas aumentadas de morfologia anormal dos espermatozoides [28]. Vários grupos mostraram que os homens que usam telefones celulares diminuíram a concentração de esperma, motilidade, morfologia normal e viabilidade [16, 28, 37, 72, 73]. Além disso, Luo et al. [74] mostraram que a exposição a RF-EMF está afetando diretamente os testículos, causando uma diminuição significativa no diâmetro e peso dos túbulos seminíferos, bem como na altura média do epitélio germinativo e alterações patológicas e fisiológicas nos tecidos testiculares, respectivamente, assim , evidenciando as crescentes preocupações com o aumento da incidência de infertilidade [17, 26].

A ligação entre a exposição a RF-EMF e patologias testiculares e a diminuição da qualidade do esperma é provavelmente o estresse oxidativo pelo aumento dos níveis de radicais livres ou ânion superóxido, uma vez que uma diminuição na motilidade e viabilidade dos espermatozoides é desencadeada pelo aumento das concentrações de ânion superóxido (• O2 -) [34]. Os radicais livres oxidam os fosfolipídios da membrana extracelularmente, causando diminuição da viabilidade e redução da fluidez da membrana com comprometimento da motilidade.

Papel das quinases no ciclo celular do esperma e apoptose

A apoptose desempenha um papel importante no ajuste do número apropriado de células germinativas em proliferação associadas às células de Sertoli circundantes durante a espermatogênese [75, 76]. A apoptose ou morte celular programada nos tecidos de um organismo é um evento importante e inevitável na remodelação dos tecidos durante o desenvolvimento e a espermatogênese [77]. A análise do ciclo celular por citômetro de fluxo confirmou esses resultados porque a exposição a EMF induz o aparecimento de um pico apoptótico sub-G1, que é característico da fragmentação do DNA em espermatozóides [30]. A exposição à radiação do telefone celular mostrou uma diminuição significativa em G0–G1 fase do ciclo celular do esperma (3,26% ± 1,64%: P = 0,042) e G2/ M (15,11% ± 1,41%: P = 0,022) em comparação com o grupo controle (4,12% ± 0,58%) e G2/ M (18,84% ± 3,05%), respectivamente [34]. Um nível aumentado de espermatozoides apoptóticos foi detectado após a exposição a 2,45 GHz (14,30% ± 1,92%) e telefone celular (13,15% ± 1,25%) em comparação com o grupo de exposição simulada (7,43% ± 1,30%) e (5,93% ± 1,64%) ), respectivamente [9, 31].

A espermatogênese é um processo proliferativo ativo que consiste em duas fases: a fase mitótica e a meiótica. O ciclo celular é regulado por um sistema de controle formado por moléculas que acionam e coordenam eventos importantes. Essas moléculas atuam principalmente em dois pontos de verificação importantes no ciclo celular, G0 a G1 e G2 a M [16]. A iniciação da fase M no ciclo celular do esperma requer um complexo de proteína quinase que consiste em uma subunidade catalítica [78, 79] e uma subunidade reguladora. A avaliação da atividade catalítica de uma proteína quinase específica desempenha um papel importante na elucidação das vias de transdução de sinal, que podem afetar o comportamento celular.

Kesari et al. investigaram um significativo (P = 0,003) diminuição no nível de atividade de PKC do espermatozóide após a exposição ao telefone móvel (2876 ± 617,9 P 32 contagens / mg de proteína) em comparação com o grupo de controle (3013 ± 520,67 P 32 contagens / mg de proteína, onde P 32 é fósforo radioativo- 32 rotulado ATP) [9]. Vários outros estudos também relataram um declínio na motilidade dos espermatozoides junto com uma diminuição na atividade de PKC [80, 81]. Isso poderia mediar a resposta celular a estímulos extracelulares envolvidos na proliferação, apoptose, diminuição da contagem de espermatozoides e descarga exocitótica em várias células não neuronais, isto é, esperma [31, 82]. Kesari et al. relataram um declínio significativo (P = 0,006) na atividade da histona quinase do esperma em um grupo exposto a microondas (3659,08 ± 1399,40 contagens de P 32 / mg de proteína) em comparação com o exposto simulado (5374,91 ± 1366,91 contagens de P 32 / mg de proteína) [38]. Diminuição da atividade da histona H1 quinase pouco antes da entrada das células em diferenciação na fase M, sugerindo um papel universal da Cdc2 / Cdk2 (ciclo de divisão celular / quinase dependente de ciclina) quinase para regular a transição G2 / M [34]. Kumar et al. [30] e Kesari et al. [9] demonstraram que a depleção na atividade da histona quinase e da proteína quinase pode servir como uma medida da capacidade do EMF de microondas de afetar a espermatogênese e o ciclo celular do esperma. Kumar et al. também investigou um aumento significativo (P & lt 0,001) nível de creatina quinase espermática no grupo exposto a microondas (0,24 ± 0,10 IU / 10 8 espermatozóides) em comparação com o grupo sham (0,04 ± 0,03 IU / 10 8 espermatozóides) [29].

Nos espermatozóides, a creatina quinase está localizada na mitocôndria da região intermediária [83]. O fosfato de creatina serve como um doador para a re-fosforilação de difosfato de adenosina (ADP) em ATP, que suporta dineína flagelar / trifosfato de adenosina e qualidade do esperma [84]. Uma vez que as diferenças na atividade da creatina quinase refletem diferenças nas concentrações de ATP no esperma e nas razões ATP / ADP [84], pode-se sugerir que a proteína quinase C, histona quinase e creatina quinase desempenham um papel importante no metabolismo celular e na espermatogênese e em quaisquer alterações nos espermatozoides quinases devido a RF-EMF ou outros fatores podem levar à infertilidade.

A exposição a RF EMF afeta as mudanças hormonais

A exposição a microondas interrompe os túbulos seminíferos e reduz a população de células de Leydig e, portanto, a concentração de testosterona sérica em ratos. As células de Leydig secretam testosterona, onde o hormônio luteinizante (LH) estimula as células de Leydig a produzir testosterona e mantém sua função. A testosterona é responsável pelo controle de feedback da secreção de LH no hipotálamo e na hipófise. Este hormônio hipofisário promove a secreção de testosterona pelas células de Leydig, que são as células intersticiais situadas entre os túbulos seminíferos [85]. As células de Leydig estão entre as células mais suscetíveis a EMW e a lesão dessas células pode afetar a espermatogênese [86]. Kumar et al. relataram um declínio no nível de testosterona após 10 GHz de exposição de microondas, onde diferenças significativas em animais expostos (1,4 ± 0,8 ng / ml) foram encontradas em comparação com os animais expostos por simulação (4,1 ± 1,4 ng / ml) [63 ]

Vários estudos relataram que a testosterona é essencial para a espermatogênese, formação de espermatozóides e manutenção da morfologia estrutural e fisiologia dos túbulos seminíferos [87, 88]. Portanto, qualquer mudança no nível de testosterona terá efeitos prejudiciais na fertilidade masculina. Meo et al. relataram que as radiações podem afetar o estado de polarização das membranas celulares [33]. Isso pode ser responsável por mudanças distintas na síntese e secreção de testosterona. Uma vez que as alterações nos níveis de testosterona sérica podem estar associadas a um possível efeito na secreção de melatonina pineal, os telefones celulares podem causar uma produção reduzida de melatonina, o que é relatado em vários estudos [27, 89, 90]. A melatonina é um fator importante na secreção de testosterona porque exerce um efeito antigonadotrófico principalmente ao nível do hipotálamo e da hipófise [91,92,93].

Exposição a RF-EMF e genotoxicidade: Muitos estudos in vitro e in vivo mostraram que EMF induziu quebras genotóxicas de DNA de fita simples e dupla, formação de micronúcleos, abreviações cromossômicas, mudanças na expressão gênica, proliferação celular e apoptose [25, 26, 94, 95,96,97]. Tais alterações são responsáveis ​​pela instabilidade genômica e promovem efeito tumorigênico nas células. Exploramos o efeito genotóxico do RF EMF nos parâmetros do esperma e possível resultado de infertilidade, conforme discutido abaixo e que também é representado na Figura 2.

Uma visão geral dos efeitos da exposição a RF EMF, emitindo de várias fontes (telefone celular, forno de micro-ondas, Wi-Fi, laptop) em parâmetros genotóxicos. O mecanismo proposto sugerindo dano oxidativo induzido por radiação pode aumentar o dano ao DNA, a formação de micronúcleos e liderar a progressão do câncer. Isso tem sido associado à distorção da cabeça do esperma e da bainha mitocondrial na cauda do espermatozoide, o que leva à apoptose e, finalmente, à progressão do câncer

Dano de DNA

A maioria dos homens inférteis apresenta danos no DNA [98,99,100]. Além de vários outros fatores de estilo de vida, o uso do telefone celular foi identificado como indutor de danos ao DNA do esperma [26] como resultado de uma superprodução de espécies reativas de oxigênio (ROS) em homens que usam continuamente telefones celulares. Isso pode levar ao desenvolvimento de diferentes patologias, incluindo tumores e problemas na espermatogênese [25, 67].

Carregar o celular no bolso da calça prejudica a qualidade do esperma. Kumar et al. relatou quebra de fita de DNA em células de esperma após exposição dos testículos (a posição da antena do telefone celular 3G mantida perto do testículo de rato) por 2 h / dia por 60 dias neste modo [26]. Usando o ensaio Cometa, os autores relataram significativo (p & lt 0,05) aumenta no comprimento da cauda do DNA do esperma (138,03 ± 57,84 μm) e momento da cauda do DNA (34,59 ± 45,02%) no grupo exposto em comparação com o controle (39,96 ± 36,51 μm e 2,75 ± 3,08%), respectivamente. Kumar et al. também relatou danos ao DNA quando os animais foram expostos 2 h / dia por 45 dias a 10 GHz de exposição a microondas [63]. Os autores relataram um aumento significativo (p & lt 0,05) na intensidade da cauda (15,1 ± 13,1%), comprimento da cauda (154,4 ± 49,4 μm) e momento da cauda (21,6 ± 14,7%) no grupo exposto em comparação com o grupo de controle, onde a cauda intensidade (1,5 ± 2,01%), comprimento da cauda (56,6 ± 14,2 μm) e movimento da cauda (4,0 ± 0,5%) foram obtidos. Os parâmetros como o comprimento da cauda é a distância da migração de DNA do corpo do núcleo nuclear momento da cauda é o produto do comprimento da cauda e fração do DNA total na cauda e a intensidade da cauda representa o número de pedaços relaxados / quebrados de DNA na cauda . É interessante notar que com a duração da exposição e uma densidade de potência crescente (radiação emitida durante a exposição) a magnitude do efeito também aumentou.

Recentemente, Meena et al. relataram um aumento significativo no dano ao DNA do espermatozóide após a exposição de corpo inteiro a microondas a 2,45 GHz por 2 h / dia por 45 dias medindo o comprimento da cauda do DNA e o movimento da cauda usando o ensaio do cometa [25]. RF-EMF de exposição de 2,45 GHz causou rearranjo de segmentos de DNA e quebra de DNA nos testículos [101]. Portanto, quaisquer alterações no nível de DNA no esperma ou em qualquer outro tipo de célula podem ter efeitos mutagênicos ou tumorigênicos.

Vários outros estudos piloto (in vitro) sobre o efeito da RFR de 2,45 GHz no sêmen ejaculado humano encontraram mudanças na motilidade do esperma e na fragmentação do DNA [8, 102]. Estudos usando RF-EMF de 900 MHz e 1,7 GHz revelaram quebra de DNA induzida em espermatozóides da cauda do epidídimo e células-tronco embrionárias em camundongos [3, 103]. Como a célula germinativa masculina é muito compacta e rígida por natureza, os danos ao DNA causados ​​por CEM são significativos. No entanto, um efeito de curto prazo da exposição à RF não é forte e eficaz o suficiente para causar qualquer nível de alterações genômicas porque esse dano pode ser o resultado de efeitos cumulativos de exposição repetida [16]. No entanto, também é sugerido que o estresse oxidativo desempenha um papel fundamental no mecanismo subjacente de fragmentação do DNA do esperma.

Micronúcleos, danos cromossômicos e instabilidade genômica

Micronuclei (MN) is a well-known biomarker of genotoxic events where an induced MN formation led to cell death, genomic instability, or cancer development [104]. Ionizing radiation is also a well-known inducer of genomic instability [3]. Adiga et al. reported that the exposure to ionizing radiation in mice could cause sperm DNA fragmentation and lead to transgenerational genomic instability in the offspring [105]. Radiation induced genomic instability (IGI) can be defined as delayed de novo appearance of genetic alterations after multiple cell generations. Micronuclei have been used to measure radiation-induced chromosomal damage in bone marrow and peripheral blood erythrocytes in rats [63].

Recently, Kesari et al. reported a significant increase in polychromatic erythrocyte (PCE) in a 3G mobile phone-exposed group (132.66 ± 8.62 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes) as compared to the sham exposed (15 ± 3.56 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes, P < 0.002) [96]. Similarly, a flowcytometric analysis showed that increased micronuclei formation with the ratio of PCE/NCE (normochromatic erythrocyte) after exposure to 3G mobile phone (0.24 ± 0.02 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes) was significantly lower as compared with the sham-exposed group (0.56 ± 0.05 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes P & lt 0,001). Kumar et al. have also reported a significant (P < 0.0004) increase by 52.75% in micronuclei formation in blood samples after 10 GHz microwaves exposure compared to the control [63]. The measurement of micronuclei formation has been proposed as a reliable method for measuring genotoxic or cytotoxic damages “in vivo” [106].

The basic phenomenon of micronuclei formation is that during red blood cells (RBC) formation, erythroblasts expel their nucleus and damage the chromosomes in the cytoplasm of young erythrocyte (in the form of micronuclei). Due to their small size, the radiofrequency-induced MN are likely to arise via a clastogenic effect [38, 107]. Micronuclei formation due to EMF is responsible for induced genomic instability [108]. Recent in vitro studies using neuronal cell lines suggest that exposure to ELF MFs may induce genomic instability after several generations [108, 109]. Thus far, no studies have reported genomic instability after short-term exposure to RF-EMF. Therefore, it is too early to conclude that any changes due to RF-EMF with decreased sperm count, motility, chromosomal or DNA damage and micronuclei formation may lead to the genomic instability. Nevertheless, such effect after long term RF-EMF exposure detection might be serious concern.

Microtubule and mitochondrial function

The physiology of sperm is an important factor in the fertility pattern, where microtubules participates and play a crucial role in cell division, intra-cellular transport, maintenance of cell polarity and motility. Any severe changes in the sperm structure (head: nucleus, acrosome mid piece: mitochondria flagellum) leads to decreased sperm count, decreased motility and finally infertility. The manchette and axoneme have a very important role as being part of the formation or in development of sperm head and tail [110], of which the main constituents of the latter are microtubules [111]. Any alteration in the ultrastructure of these microtubule-based structures may cause abnormalities in the sperm tail and alter its morphology causing severe alterations in its motility and are thus associated with infertility [112].

Kesari and Behari investigated an alteration in microtubule arrangement after exposure to mobile phone radiation [28]. Results observed under transmission electron microscopy of spermatozoa from RF-exposed rats showed significant changes in the midpiece region, microtubules of axoneme, and outer dense fibers of mitochondria and membranes. These authors also reported that the sagittal section of sperm nucleus with the acrosome shows a distortion (diffusion) from membrane head. The axoneme is the inner core structure of the cilia and flagella and is composed of a typical 9 + 2 pattern, two central and nine peripheral microtubules doublets. It originates from the distal centriole of the round spermatid centrosome [113]. For the generation of motility, the flagella and their microtubule assembly need a source of energy, where ATP hydrolysis provides the chemical energy required for production of kinetic energy, i.e. flagellar movement.

ATP is produced by the mitochondria present in the anterior section of sperm tail called the mid piece. Excess exposure of sperm to mobile phone RF-EMF causes a disruption of sperm mitochondria and resulted in production of high levels of ROS [67], which in turn are responsible for the decrease in sperm motility and the distortion of the acrosome possibly leading to an inability to penetrate oocytes, causing in infertility [28]. Figure 2 represents the possible mechanism of RF-EMF induced oxidative damage in mitochondria of sperm tail. However, several researchers reported that due to an excessive mitochondrial ROS production, the sperm cells’ limited endogenous antioxidant defenses are rapidly overwhelmed, which in turn may induce oxidative damage leading to peroxidation of the sperm acrosomal membrane and diminished acrosin activity [114, 115].

RF induced oxidative stress and ROS formation

The link between RF-EMF exposure and possible health effects are associated with the production of reactive oxygen species (ROS) and as a result of that increased oxidative stress. Oxidative stress is a condition in which the natural balance between oxidants and antioxidants is derailed towards an excessive amount of oxidants in relation to the antioxidants. This condition leads to biological damage of cells, tissues and organs [116]. De Iullis et al. reported that oxidative stress might be the main factor causing an elevation in sperm chromatin/ DNA damage [67]. However, exposure to cell phone radiation may induce oxidative stress leading to enhanced lipid peroxidation and changes in the antioxidant activities in the body [117]. Although, seminal plasma has a high capacity of endogenous antioxidants in order to protect spermatozoa from oxidative damage [118, 119], cell phone exposure leads to the induction of oxidative stress through the generation of ROS in the sperm plasma membrane by activation of NADH oxidase and similarly the activation of leukocytes.

Spermatozoa are particularly vulnerable to RF-induced oxidative stress. Small changes in the ROS level may play an important role in sperm capacitation, the acrosome reaction, and binding to the oocyte [120]. Kesari et al. observed significantly (P = 0.035) increased ROS levels as expressed as mg H2O2/l (58.25 ± 10.36 mg/l) in semen of rats that were exposed to mobile phone radiation. In the control group, the ROS levels were 41.78 ± 12.93 mg/l [38]. Kumar et al. has also reported a significant increase in seminal ROS level after 10 GHz of microwave exposure [121].

Many researchers have reported that elevated levels of ROS are cytotoxic, and may results in a loss of sperm motility, count and vitality [122,123,124,125]. Since sperm motility is directly associated with mitochondrial dysfunction, defects in sperm mitochondrial ultrastructure could be associated with decreased sperm motility in humans [126, 127].

The existence of deteriorated spermatozoa in the semen significantly increases the production of ROS and leads to mitochondrial dysfunction [128]. Since mitochondria in spermatozoa constantly supply the energy for sperm motility, any metabolic disruption in the electrons transport chain can increase the mitochondrial ROS production significantly, thus affecting sperm motility [129, 130]. Moreover, an increased mitochondrial ROS production leads to DNA fragmentation, decreased sperm motility and viability after mobile phone exposure [67]. Hence, it is important to protect the cells from free radical attacks by scavenging these highly reactive molecules with antioxidants.

Infertile men have significantly increased seminal ROS levels as well as a reduction in the antioxidant capacity compared with fertile controls [18, 131,132,133,134,135]. The formation of ROS may affect several enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) or glutathione peroxidase (GPx), which are found in seminal fluid and protect spermatozoa against the assault of ROS. Kesari and Behari [28] and Kesari et al. [38] have reported a decrease in glutathione and superoxide production after RF-EMF exposure at different frequency and power levels where the decreased glutathione level during sperm production correlated with disruption in the membrane integrity of spermatozoa as consequence of induced oxidative stress.

RF-EMF exposure affects the reproductive endocrine system

RF-EMF exposure may not only disrupt brain functions which in turn may lead to negative effects on the reproductive endocrine system as the central nervous system (CNS), particularly the limbic system and the hypothalamus, but also play an important role in controlling testicular hormones through neuro-endocrine feedback mechanisms via gonadotropin releasing hormone (GnRH) stimulating follicle-stimulating hormone (FSH) and LH as key hormones released from the pituitary gland. RF-EMF exposure can affect the release of adrenocorticotropic hormone, growth hormone, thyroid stimulating hormone, FSH, and LH in the pituitary [136]. Therefore, any decrease in the level of FSH may negatively affect spermatogenesis. On the other hand, LH stimulates Leydig cells to produce testosterone therefore a decrease in the level of the testosterone may affect sexual differentiation in the fetus and spermatogenesis in the adult. FSH stimulates the Sertoli cells, thereby activates the seminiferous tubules, resulting in the production of sperm as well as the conversion of testosterone to estradiol [137]. Researchers reported that EMF is also responsible for the decrease of melatonin levels in the brain pineal gland [27, 138]. Oktem et al. also found decreased melatonin concentrations due to microwave radiation-induced increased oxidative stress [139]. Melatonin exerts an antigonadotrophic effect mainly at the level of the hypothalamus and pituitary [91, 92] and decreases the testosterone secretion in Leydig cells with relevantly decreased testicular size and insufficient testosterone production [92]. Melatonin regulates the pulse of LH secretion in the hypothalamus, influencing gonadotropin FSH and LH release. Eventually, this can alter the production of gonadal sex steroids, resulting in changes in the reproductive cycle [140, 141].

A disrupted endocrine system may pose a great risk during prenatal and early postnatal development especially the brain development phase as reported by Sharma et al. [45]. These authors exposed pregnant female mice to 10 GHz microwave radiation and found that the radiation affected the neonatal brain much higher after exposure at 0.25 days of gestation as compared to 11.25 days, indicating the sensitivity of the brain to high frequency radiation during the early developmental phase. More interestingly, Kesari and Behari have reported that progeny from RF-exposed (2 h/day for 45 days) rats showed significant decreases in number and weight as compared with control animals [28].

Consequences of radiotherapy on male fertility

Vakalopoulos et al. [142] reported that cancer treatments, including surgery, radiotherapy and chemotherapy, could have a transitory as well as a permanent detrimental impact on male fertility. However, in patients with testicular cancer, radiotherapy has been found more deleterious to fertility than chemotherapy [143], an observation which has not been confirmed by some other authors [144, 145]. The doses applied for radiotherapy range from 3000 to 7000 cGy and are found to have mutagenic, teratogenic and embryotoxic effects [146, 147]. The constant production of sperm in the germinal epithelium renders the testes as a prime target for radiotherapy, which affects the gonads by damaging sperm production, thus leading to infertility [148]. The extent of the damage caused by radiation depends on the dosage and exposure methods (radiotherapy alone or in combination with other treatment methods). Since spermatogonia are mitotically active, the dividing spermatogonia are most vulnerable to radiation treatment [149]. The estimated dosage of radiation causing adverse effects and a reduction in the number of spermatogonia and daughter cells has been reported as between 0.1–1.2 Gy, while irreversible damage occurs at 4 Gy and a decrease in sperm count is obvious at 4–6 Gy [150]. Damage to Leydig cells is generally associated with infertility [151]. However, these cells are more resistant to radiation-induced injury [152].

During the first 50–60 days after moderate levels of irradiation (1.5–2 Gy dose), the sperm count is reduced up to 50%, which may even lead to azoospermia after moderate-to-high dose irradiation [153, 154, 148]. Post-radiation sperm cell damage is most severe 4 to 6 months after completion of a radiotherapy leading to azoospermia [155]. Whereas, in some men, low sperm counts, decreased motility, and increased rates of chromosomal abnormalities were observed after irradiation [156, 157]. A single dose of radiation administered in multiple treatments, lowers the semen volume and sperm count, which may depend on the dose applied. The recovery period for normal semen volume and sperm count could be 9–18 months if the radiation dose is below 1 Gy, about 30 months after 2–3 Gy exposure and 5 or more years for a dose of 4–6 Gy [148, 158, 159]. In general, the extent of the damage and thus the degree of fertility impairment depends on the radiation dosage. Essentially, any electromagnetic radiation including those deriving from cell phone, cell phone towers, laptop, microwave oven etc. may lead to detrimental effects on fertility. However, the harmful effects of electromagnetic radiation have not been proven in human studies due to inherent limitations associated with carrying out human studies. Therefore, more innovative basic research is needed to decipher and prove the harmful effects of electromagnetic radiation on male fertility.

Protective measures of RF-EMF exposure

The role of antioxidants in cell protection against RF-EMF-induced oxidative stress has been discussed earlier. Melatonin, N-acetyl-cysteine, and green tea or medicinal plant leaf extracts have antioxidative properties to protect the cells from any damage. The antioxidative properties of melatonin were reported first by Ianas et al. [160] and subsequently by others [25, 161,162,163]. Melatonin reduces oxidative stress and protects membrane lipids, cytosolic proteins, nuclear and mitochondrial DNA from oxidative damage [164]. In addition, it acts as potent antioxidant to detoxify ROS and stimulates antioxidative enzymes [139, 165]. Moreover, melatonin not only protects the cells from EMF-induced oxidative damage, but also prevents a decline in the mitochondrial membrane potential, which may trigger mitochondrial transition pore opening and triggering the apoptotic cascade [166,167,168]. A study by Meena et al. reported a protective role of melatonin against microwave radiations [25]. Authors exposed the animals for 2 h per day for 45 days. Melatonin was found to provide protection from oxidative damage as indicated by significant decreases (p < 0.001) in the levels of malondialdehyde and ROS (p & lt 0,01). Melatonin treatment also reversed the effects of EMF for sperm count, testosterone level and DNA fragmentation [25].

Consumption of green tea (Camellia sinensis), a rich source of polyphenolic compounds, shows promising antioxidant effects [55, 56] as these compounds have anti-inflammatory and anti-oxidative properties. It can also protect from many kinds of diseases due to its anti-proliferative, anti-mutagenic, anti-bacterial, and chemo-preventive properties [169,170,171,172]. Reportedly, RF-EMF induces oxidative stress and promotes sperm dysfunctions [10, 25, 26]. However, the consumption of green tea has been found to improve the quality of male and female gametes [173]. These polyphenols are potentially strong to inhibit ROS formation and have a preventative role against RF radiations. Daily consumption of green tea extract could protect the cardiovascular system [174] and lower blood glucose and cholesterol levels [175]. Recently, Roychoudhury et al. suggested that the supplementation of green tea in males could significantly improve sperm parameters by reducing oxidative stress [173]. Several other studies also support that consumption of green tea may alleviate oxidative stress and maintain reproductive health [176, 177]. Kim and Rhee reported that supplementation with green tea catechins significantly reduced the oxidative damage in the microwave exposed group [178]. Zahedifar and Baharara have also reported that green tea has an inhibitory effect and it decreases the average number of micronuclei in cell phone exposed mice [179].


The four stages of ARS are:

  • Prodromal stage (N-V-D stage): The classic symptoms for this stage are nausea, vomiting, as well as anorexia and possibly diarrhea (depending on dose), which occur from minutes to days following exposure. The symptoms may last (episodically) for minutes up to several days.
  • Latent stage: In this stage, the patient looks and feels generally healthy for a few hours or even up to a few weeks.
  • Manifest illness stage: In this stage the symptoms depend on the specific syndrome (see Table 1) and last from hours up to several months.
  • Recovery or death: Most patients who do not recover will die within several months of exposure. The recovery process lasts from several weeks up to two years.

These stages are described in further detail in Table 1

Table 1: Acute Radiation Syndromes
Síndrome Dose * Prodromal Stage Latent Stage Manifest Illness Stage Recuperação
Hematopoietic
(Bone Marrow)
> 0.7 Gy (> 70 rads)
(mild symptoms may occur as low as 0.3 Gy or 30 rads)
&bull Symptoms are anorexia, nausea and vomiting.
&bull Onset occurs 1 hour to 2 days after exposure.
&bull Stage lasts for minutes to days.
&bull Stem cells in bone marrow are dying, although patient may appear and feel well.
&bull Stage lasts 1 to 6 weeks.
&bull Symptoms are anorexia, fever, and malaise.
&bull Drop in all blood cell counts occurs for several weeks.
&bull Primary cause of death is infection and hemorrhage.
&bull Survival decreases with increasing dose.
&bull Most deaths occur within a few months after exposure.
&bull in most cases, bone marrow cells will begin to repopulate the marrow.
&bull There should be full recovery for a large percentage of individuals from a few weeks up to two years after exposure.
&bull death may occur in some individuals at 1.2 Gy (120 rads).
&bull the LD50/60 &dagger is about 2.5 to 5 Gy (250 to 500 rads)
Gastrointestinal (GI) > 10 Gy (> 1000 rads)
(some symptoms may occur as low as 6 Gy or 600 rads)
&bull Symptoms are anorexia, severe nausea, vomiting, cramps, and diarrhea.
&bull Onset occurs within a few hours after exposure.
&bull Stage lasts about 2 days.
&bull Stem cells in bone marrow and cells lining GI tract are dying, although patient may appear and feel well.
&bull Stage lasts less than 1 week.
&bull Symptoms are malaise, anorexia, severe diarrhea, fever, dehydration, and electrolyte imbalance.
&bull Death is due to infection, dehydration, and electrolyte imbalance.
&bull Death occurs within 2 weeks of exposure.
&bull the LD100 &Dagger is about 10 Gy (1000 rads)
Cardiovascular (CV)/ Central Nervous System (CNS) > 50 Gy (5000 rads)
(some symptoms may occur as low as 20 Gy or 2000 rads)
&bull Symptoms are extreme nervousness and confusion severe nausea, vomiting, and watery diarrhea loss of consciousness and burning sensations of the skin.
&bull Onset occurs within minutes of exposure.
&bull Stage lasts for minutes to hours.
&bull Patient may return to partial functionality.
&bull Stage may last for hours but often is less.
&bull Symptoms are return of watery diarrhea, convulsions, and coma.
&bull Onset occurs 5 to 6 hours after exposure.
&bull Death occurs within 3 days of exposure.
&bull No recovery is expected.

* The absorbed doses quoted here are &ldquogamma equivalent&rdquo values. Neutrons or protons generally produce the same effects as gamma, beta, or X-rays but at lower doses. If the patient has been exposed to neutrons or protons, consult radiation experts on how to interpret the dose.

&dagger The LD50/60 is the dose necessary to kill 50% of the exposed population in 60 days.

&Dagger The LD100 is the dose necessary to kill 100% of the exposed population


Conteúdo

In the graph on left, a dose/survival curve for a hypothetical group of cells has been drawn with and without a rest time for the cells to recover. Other than the recovery time partway through the irradiation, the cells would have been treated identically.

Radioresistance may be induced by exposure to small doses of ionizing radiation. Several studies have documented this effect in yeast, bacteria, protozoa, algae, plants, insects, as well as in em vitro mammalian and human cells and in animal models. Several cellular radioprotection mechanisms may be involved, such as alterations in the levels of some cytoplasmic and nuclear proteins and increased gene expression, DNA repair and other processes. Also biophysical models presented general basics for this phenomenon. [7]

Many organisms have been found to possess a self-repair mechanism that can be activated by exposure to radiation in some cases. Two examples of this self-repair process in humans are described below.

Devair Alves Ferreira received a large dose (7.0 Gy) during the Goiânia accident, and lived, whereas his wife, who got a dose of 5.7 Gy, died. The most likely explanation [ citação necessária ] is that his dose was fractionated into many smaller doses which were absorbed over a length of time while his wife stayed in the house more and was subjected to continuous irradiation without a break so giving the self repair mechanisms in her body less time to repair some of the damage done by the radiation. This resulted in her death. He also eventually died in 1994. In the same way some of the persons who worked in the basement of the wrecked Chernobyl have built up doses of 10 Gy, these workers received these doses in small fractions so the acute effects were avoided.

It has been found in radiation biology experiments that if a group of cells are irradiated then as the dose increases the number of cells which survive decrease. It has also been found that if a population of cells are given a dose before being set aside (without being irradiated) for a length of time before being irradiated again then the radiation has less of an ability to cause cell death. The human body contains many types of cells and a human can be killed by the loss of a single tissue in a vital organ [ citação necessária ] For many short term radiation deaths (3 days to 30 days) the loss of cells forming blood cells (bone marrow) and the cells in the digestive system (wall of the intestines) cause death.

There is strong evidence that radioresistance can be genetically determined and inherited, at least in some organisms. Heinrich Nöthel, a geneticist from the Freie Universität Berlin carried out the most extensive study about radioresistance mutations using the common fruit fly, Drosophila melanogaster, in a series of 14 publications.

From the perspective of evolutionary history and causation, radioresistance does not appear to be an adaptive trait because there is no documented naturally occurring selection pressure that could have bestowed a fitness advantage to the ability for organisms to withstand doses of ionizing radiation in the range that several extremophile species have been observed to be capable of surviving. [8] This is primarily because the Earth's magnetic field shields all its inhabitants from solar cosmic radiation and galactic cosmic rays, [9] which are the two primary sources of ionizing radiation across our solar system, [10] and even including all documented terrestrial sources of ionizing radiation such as radon gas and primordial radionuclides at geographical locations considered to be natural high-level radiation sites, the yearly dose of natural background radiation [11] remains tens of thousands of times smaller than the levels of ionizing radiation that many highly radioresistant organisms can withstand.

One possible explanation for the existence of radioresistance is that it is an example of co-opted adaptation or exaptation, where radioresistance could be an indirect consequence of the evolution of a different, linked adaptation that has been positively selected for by evolution. For example, the desiccation-adaptation hypothesis proposes that the extreme temperatures present in the habitats of hyperthermophiles like Deinococcus radiodurans cause cellular damage that is virtually identical to damage typically caused by ionizing radiation, and that the cellular repair mechanisms that have evolved to repair this heat or desiccation damage are generalizable to radiation damage as well, allowing D. radiodurans to survive extreme doses of ionizing radiation. [12] Exposure to gamma radiation leads to cellular DNA damage including alterations in nitrogenous base-pairing, sugar-phosphate backbone damage, and double-stranded DNA lesions. [13] The extraordinarily efficient cellular repair mechanisms that Deinoccocus species like D. radiodurans have evolved to repair heat-damage are likely also capable of reversing the effects of DNA damage wrought by ionizing radiation, such as by piecing back together any components of their genome that have been fragmented by the radiation. [14] [15] [16]

Bacilo sp. producing unusually radiation (and peroxide) resistant spores, have been isolated from spacecraft assembly facilities, and are thought of as candidates that could ride piggyback on spacecraft through interplanetary transfer. [17] [18] [19] [20] [21] Genome analysis of some of these radiation resistant spore producers have thrown some light on the genetic traits that could be responsible for the resistances observed. [22] [23] [24] [25]

Radioresistance is also a term sometimes used in medicine (oncology) for cancer cells which are difficult to treat with radiotherapy. Radioresistance of cancer cells may be intrinsic or induced by the radiation therapy itself.

The comparison in the table below is only meant to give approximate indications of radioresistance for different species and should be taken with great caution. There are generally big differences in radioresistance for one species among experiments, due to the way radiation affects living tissues and to different experimental conditions. We should for example consider that because radiation impedes cell division, immature organisms are less resistant to radiations than adults, and adults are sterilized at doses much lower than that necessary to kill them. For example, for the insect parasitoid Habrobracon hebetor, the LD50 for haploid embryo during cleavage (1–3 hours of age) is 200 R, but about 4 hours later it is of 7,000 R (for X-ray intensity of 110 R/minute), and haploid (= male) embryos are more resistant than diploid (= female) embryos. [26] The mortality of adults H. hebetor exposed to a dose of 180,250 R is the same to this of a non-irradiated control group (food was not provided to either groups) (for 6,000 R/minute). [27] [28] However, a lower dose of 102,000 R (for 6,000 R/minute) is sufficient to induce a state of lethargy in H. hebetor that is manifested by a complete cessation of activity, including cessation of feeding, and these individuals eventually let themselves starve to death. [28] And an even lower dose of 4,858 R (for 2,650 R/minute) is sufficient to sterilize adult female H. hebetor (sterility arises 3 days post-exposure). [29] Other important factors that influence the level of radioresistance include: The length of time during which a dose of radiation is delivered—with doses delivered during longer periods, or at time intervals, being associated with greatly reduced negative effects [29] [30] The feeding state of individuals—with pre-fed and post-fed individuals being more resistant to radiations compared to starved individuals [29] [30] The type of radiation used (e.g., tardigrades Milnesium tardigradum irradiated with heavy ions have a higher survival than when irradiated with gamma rays, for a same irradiation dose) [31] The physiological state of individuals (e.g., the tardigrade species Richtersius coronifer e Milnesium tardigradum are more resistant to gamma-ray radiation when in the hydrated state, and Macrobiotus areolatus is more resistant to X-ray radiation when in the anhydrobiotic state). [31] The way lethality is measured is also source of variation for the estimated radioresistance of a species. Irradiated specimens are not instantly killed, unless exposed to a very high dose (acute dose). [32] Therefore, irradiated specimens die over a certain period of time and lower irradiation doses correspond to longer survival. This means that the radiation dose LD50 fluctuates with the time at which it is measured. For example, the β radiation dose that causes 50% mortality in the American cockroach at 25 days post-exposure is 5,700 R, but to reach 50% mortality at 3 days post-exposure, 45,610 R are needed. [30] 25 days can represent a long survival period for short lived species, such as insects, but would represent a very short survival time for long lived species, such as mammals, so comparing survival of different species after the same amount of time post-exposure also poses some challenges of interpretation. These examples illustrate the many issues associated with comparison of radioresistance among species and the need for caution when doing so.

Lethal radiation doses (Gray)
Organism Lethal dose LD50 LD100 Class/Kingdom
Dog 3.5 (LD50/30 days) [33] Mamíferos
Humano 4–10 [34] 4.5 [35] 10 [36] Mamíferos
Rato 7.5 Mamíferos
Mouse 4.5–12 8.6–9 Mamíferos
Coelho 8 (LD50/30 days) [33] Mamíferos
Tartaruga 15 (LD50/30 days) [33] Reptile
Goldfish 20 (LD50/30 days) [33] Peixe
Escherichia coli 60 60 Bactérias
German cockroach 64 [34] Insetos
Marisco 200 (LD50/30 days) [33] -
Common fruit fly 640 [34] Insetos
C. elegans 160-200 [37] ≫ 500-800 [38] [39] Nematóide
Ameba 1,000 (LD50/30 days) [33] -
Habrobracon hebetor 1,800 [27] [28] Insetos
Milnesium tardigradum 5,000 [31] Eutardigrade
Deinococcus radiodurans 15,000 [34] Bactérias
Thermococcus gammatolerans 30,000 [34] Archaea

∗ While an LD50 has been reported for wild type C. elegans individuals, an upper lethal limit has not been established, rather "nearly all animals were alive with no indication of excess lethality up to 800 Gy, the highest dose. measured." [39]


Differential response of human glioblastoma cell lines to combined camptothecin and ionizing radiation treatment

In order to enhance the cytotoxicity of radiation, camptothecin (CPT), an inhibitor of DNA topoisomerase I, was added to the cultured glioma cell lines before irradiation (IR). Radiation responses of five glioblastoma cell lines (U87-MG, U373-MG, GHE, GaMG and SNB-19) treated with CPT were analyzed in terms of cell and colony counts, cell cycle progression, expression of histone γH2AX, DNA repair protein Rad50, survivin, cleaved caspase 3, p53 and of topoisomerase I. CPT enhanced the radiotoxicity in U87-MG and SNB-19 cell lines if cell and colony counts were used as the end-points. In contrast, pre-treatment with CPT of U373-MG, GHE and GaMG cell lines did not enhance cytotoxicity of IR in terms of cell and colony counts but accelerated DNA damage repair assessed by Rad50 foci. CPT treated glioma cells revealed at least two subpopulations with respect to the expression of histone γH2AX, a marker of DNA double-strand breaks. The cell lines tested also differed in the expression of survivin, cleaved caspase 3, p53 and of topoisomerase I. The failure of CPT to enhance the radiotoxicity of glioma U373-MG, GHE and GaMG cell lines in terms of cell and colony counts was found to correlate with accelerated DNA damage repair, and with low expression of topoisomerase I, a target of CPT.


AGRADECIMENTOS

This review is supported by a generous gift from Jean-Noël Thorel, who also supported all quoted unpublished work at the Mediterranean Institute for Life Sciences. M.R. receives support from the two affiliated institutions (University of Paris V and Institut National pour la Santé et la Recherche Médicale). A.K. receives support from the Mediterranean Institute for Life Sciences. We thank Dr. Jean-Paul Leonetti and Dr. Jacques Biton of the Paris-based Deinove company for allowing us to quote the company’s unpublished work.


Assista o vídeo: Radiações ionizante e não ionizantes (Dezembro 2021).