Os elementos naturais simples são formados por átomos. Cada átomo possui uma parte central chamada núcleo, composto por partículas com o nome genérico de núcleons. Há dois tipos de partículas nucleares: as que possuem carga elétrica positiva, denominadas prótons; e as que não possuem carga (eletricamente neutras) que são chamadas nêutrons. Fora do núcleo, e gravitando em seu redor, estão os elétrons, que são partículas com carga negativa. O número de prótons do núcleo e o número de elétrons nas órbitas são iguais, o que faz com que o átomo seja eletricamente neutro. A quantidade de prótons do núcleo é denominada número atômico, e designado pela letra Z. O número atômico (Z) expressa a totalidade da carga elétrica positiva do núcleo e é único para cada elemento. é ele quem determina as características químicas do elemento.
A quantidade de nêutrons existente no átomo é designada pela letra N. A soma do número de prótons com o número de nêutrons de um núcleo atômico é chamada número de massa, ou massa atômica, e designada pela letra A. A = Z+N. O número de massa confere as características físicas de um determinado elemento.

Elementos com igual número atômico (Z) podem ter diferentes números de massa (A). Isso acontece quando os elementos têm núcleos com a mesma quantidade de prótons mas com quantidades diferentes de nêutrons. A esses elementos se dá o nome de isótopos. Por exemplo, o hidrogênio tem três isótopos: 1H , 2H, e 3H, todos com só um próton e, portanto, com igual Z e, por isso, com igual comportamento químico, mas todos têm diferentes números de massa (A) porque o primeiro não tem nenhum nêutron, o segundo possui um nêutron e o terceiro conta com dois nêutrons. A diferença do valor de A confere a cada isótopo do hidrogênio propriedades físicas distintas, por exemplo, o H3 é instável e se desintegra emitindo radiações, e por isso é chamado de radioisótopo. A explicação deixa claro que radioisótopo é todo isótopo de um elemento capaz de emitir radiações.

Cada radioisótopo se caracteriza pela velocidade com que se desintegra. O período de semidesintegração ou tempo médio, ou meia-vida (expresso pelo símbolo T ½) é o tempo que o número de átomos do radioisótopo se reduz à metade em consequência da desintegração. A atividade de um radioisótopo é definida pelo número de desintegrações que ocorrem a cada segundo e é medida por unidades de atividade, o Curie (Ci) e o Becquerel (Bq).

Existem três tipos de radiações que os radioisótopos podem emitir e são elas:

a) a partícula Alfa composta por núcleos de Hélio, formada por dois prótons e dois nêutrons, portanto com uma grande massa e, por isso, com pouco alcance (penetração), que, por exemplo, no ar não passa de 3 a 8 cm. Devido a pouca penetração da partícula Alfa, os isótopos emissores desse tipo de radiação, não têm utilidade diagnóstica. Eles não representam perigo quando são fontes de radiação situadas fora do corpo mas, são perigosos como fontes internas porque as partículas Alfa, ao serem absorvidas, produzem intensa ionização, um fenômeno físico que leva à produção de efeitos biológicos indesejáveis;

b) a partícula Beta, cuja massa é aproximadamente 8.000 vezes inferior à massa da partícula Alfa, e, por isso, Beta tem maior alcance que Alfa. Embora mais penetrantes que a partícula Alfa, as partículas Beta são detidas por poucos milímetros de alumínio ou de tecido orgânico. A incapacidade de Beta atravessar os tecidos a torna sem utilidade no diagnóstico por imagens. Sua utilidade diagnóstica está no campo da radioimuno-análise no qual o principal isótopo utilizado é o iodo 125 (125I), cuja utilidade médica são as medidas necessárias à investigação de dosagens hormonais e na terapia.

Assim a pouca penetração das partículas Beta, e a consequente ionização que resulta de sua absorção, fundamenta a utilização dos elementos emissores de Beta no setor de terapia onde são usados como fontes abertas de radiação – como o Fósforo 32 (32P), e, também, como fontes internas de irradiação – como do Samário 153 (153Sm), o Estrôncio 89 (89Sr) e o Iodo 131 (131I).

c) as radiações Gama, são emissões de natureza eletromagnética, isto é, são fótons com massa desprezível e sem carga elétrica; essas duas características conferem à radiação Gama uma menor possibilidade de interação com a matéria quando comparada à capacidade de interação das partículas Alfa e Beta. Assim a radiação Gama tem menor capacidade de ionização, fato que, aliado a sua alta energia, permite que ela percorra trajetórias longas e atravesse grandes espessuras de matéria antes de consumir sua energia. Seu alto poder de penetração exige blindagens (geralmente de chumbo) para detê-las. A Medicina Nuclear utiliza as radiações Gama para a obtenção das imagens. Os isótopos emissores de Gama de uso mais frequente são o Tecnécio 99m (99mTc), o Tálio 201 (201Tl), o Índio 111 (111In), o Iodo 131 (131I) e o Gálio 67 (67Ga). A capacidade da radiação Gama de atravessar os tecidos faz com que ela possa ser captada no exterior do corpo e fornecer, assim, informações sobre a localização do isótopo emissor, fundamento do diagnóstico cintilográfico.

Do exposto, fica evidente que a Medicina Nuclear utiliza isótopos radioativos emissores de radiação Gama para o diagnóstico por imagens e usa os isótopos emissores de partículas Betas para a investigação laboratorial ou para terapia com radioisótopos.

A radiação Gama é o fundamento para a obtenção das imagens na Medicina Nuclear porque se assemelha aos raios X, diferindo deles por sua origem nuclear e por ter maior poder de penetração. Quando um isótopo emissor de Gama é administrado e se localiza no interior do corpo de uma pessoa, a radiação Gama emitida atravessa os tecidos do corpo e pode ser captada ou registrada no exterior pelas Câmaras Gama que fornecem as imagens chamadas de cintilografias.

A radiação Beta é o fundamento na terapia em Medicina Nuclear porque, ao contrário dos raios Gama, é pouco penetrante e não pode ser detectada no exterior do corpo humano quando administrada a uma pessoa. A radiação Beta só atravessa poucos milímetros de tecidos orgânicos e, ao ser absorvida pelas células, produz efeitos biológicos de varias intensidades, até mesmo levando à morte celular, sendo, portanto, esses efeitos biológicos utilizados com fins terapêuticos.

A radiação Beta também é o fundamento em Medicina Nuclear das medidas laboratoriais com radioisótopos. Hoje existem equipamentos de alta sensibilidade na medida da radioatividade e, por isso, capazes de medir pequeníssimas quantidades de substância radioativas. A utilização de emissores de Beta permitiu o desenvolvimento de técnicas de análise “in vitro” (rádioimuno-análise), sem a necessidade de administrar o radioisótopo aos pacientes. Tais técnicas são usadas para as medidas de substâncias com alta diluição, cujas quantidades não podem ser avaliadas por processo convencionais de medidas. É o caso, por exemplo, da determinação da quantidade de hormônios na circulação sanguínea quando se investigam doenças das glândulas endócrinas.

Os isótopos radioativos ideais para fins diagnósticos por imagem são os que emitem quase exclusivamente radiação Gama, cujo exemplo típico é o Tecnécio (99mTc). Os isótopos ideais para fins terapêuticos são associados à emissão de Beta, cujos exemplos típicos são o Samário 153 (153Sm) e o Iodo 131 (131I). Existem isótopos os quais emitem os dois tipos de radiação e, entre eles, o principal é o iodo 131, (131I), que, por isso, é utilizado tanto em diagnóstico (para a obtenção de imagens da tireoide), como em terapia (para tratar doenças tireoidianas benignas – como o hipertireoidismo por doença de Plummer – e também as doenças malignas – como é o caso das metástases do câncer da glândula tireoidiana ou para ablação do tecido tireoidiano residual). Os isótopos ideais para as medidas in vitro são os emissores de Beta de baixa energia, como é o caso do iodo 125 (125I).

2 – Conceitos básicos aplicáveis às diversas formas de diagnóstico por imagem:

Nos dias atuais a medicina tem, como recurso diagnóstico, uma variedade de procedimentos de investigação por imagens, cujos fundamentos não são do conhecimento dos leigos. Os diversos mecanismos produtores de imagens se caracterizam fundamentalmente por:
1 – Na Radiologia convencional e na da tomografia computadorizada, são utilizadas fontes externas produtoras de raios-X os quais, ao atravessar um organismo, sofrem modificações de acordo com a densidade dos tecidos atravessados para, só então, formar a imagem radiológica;
2 – Na Ecografia as fontes externas produzem ultrassons, cujos ecos se modificam de acordo com os tecidos a estudar e são eles que formam a imagem ultrassonográfica;
3 – Na Ressonância Nuclear Magnética o organismo é submetido a um campo magnético externo cuja ação sobre o organismo determina modificações frente às ondas de radiofrequência para, então, formar a imagem radiológica;
4 – Na Medicina Nuclear, são introduzidos no organismo traçadores radioativos agregados a fármacos específicos que se incorporam a determinados tipos de células e, dessa maneira, o próprio paciente passa a ser o emissor das radiações a serem detectadas para formar a imagem cintilográfica.

3 – Como se faz uma Cintilografia:

A Medicina Nuclear utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas, ou traçadores, para diagnosticar enfermidades por meio de imagens (cintilografias). Nesse caso, os materiais radioativos são administrados “in vivo” e sua distribuição é orientada para determinados órgãos ou tipos celulares.
A distribuição de um traçador no corpo pode ser ditada por características do próprio elemento radioativo, como no caso do iodo 131 (131I), o qual, como o isótopo não-radioativo do iodo, é captado e organificado pela tireoide que o emprega na síntese hormonal.

Outras vezes, o elemento radioativo é administrado depois de ligado a um outro grupo químico, formando um complexo chamado de rádiofarmaco que tem afinidade por determinados órgãos ou tecidos, como no caso dos compostos a base de fosfatos ligados ao Tecnécio 99m que são captados preferencialmente pelos ossos.

Recordemos que:
1 – Uma radiografia médica convencional é uma imagem registrada num filme fotográfico, obtida pela passagem dos raios X através do corpo de uma pessoa. Na radiografia a fonte de radiação está fora do corpo do indivíduo radiografado. (figura 1)

Figura 1 – Esquema do trajeto da radiação numa radiografia

2 – Uma cintilografia convencional é a imagem gravada em um filme ou impressa em um papel fotográfico e obtida pelas radiações produzidas por um isótopo que está no interior do corpo do indivíduo examinado. Na cintilografia, a fonte de radiação está no interior do corpo a cintilografar ou de um órgão a estudar. (figura 2)

Figura 2 – Esquema do trajeto da radiação numa cintilografia

Na imagem cintilográfica, as radiações partem do interior do corpo e são captadas por equipamentos especiais, dotados de um cristal sensível aonde cada radiação que chega produz uma centelha ou cintilação para formar a imagem final, daí o nome cintilografia. O aparelho que registra as radiações é chamado de câmara gama e seu componente principal é a câmara de cintilação, onde se originam informações processadas por um sistema complexo de computação.
As cintilografias são os registros produzidos pela câmara de cintilação os quais, uma vez processados, são convertidos em imagens, conservadas na memória do equipamento, examinadas em um monitor de LED, gravadas em filme ou impressas em papel.

A Organização Mundial da Saúde assim define a Medicina Nuclear: “A Medicina Nuclear é a especialidade que se ocupa do diagnóstico, tratamento e investigação médica mediante o uso de radioisótopos como fontes radioativas abertas.”
A Sociedade Brasileira de Biologia, Medicina Nuclear e Imagem Molecular a define como “a especialidade médica que emprega fontes abertas de radionuclídeos com finalidade de diagnóstico e de terapia.”

Trata-se de uma especialidade médica que se fundamenta na utilização da energia nuclear para fins médicos de diagnóstico e de terapia mediante o uso de substâncias conhecidas na física como isótopos radioativos porque emitem radiações.

Como recurso diagnóstico, a Medicina Nuclear é um meio seguro e eficiente, em geral indolor e não invasivo, para se obter informações que, de outra maneira, seriam impossíveis de conseguir. É um conjunto de procedimentos de alta sensibilidade para encontrar anormalidades na estrutura e na função dos órgãos estudados, com a virtude de identificar, precocemente, numerosas alterações orgânicas e funcionais em relação a outros métodos diagnósticos.

Além de seu uso no diagnóstico, o método permite avaliar recidivas, acompanhar a evolução, a remissão ou a progressão de certas enfermidades. Os procedimentos utilizados em Medicina Nuclear têm a virtude de substituir outros testes que submetem o paciente a maior risco iatrogênico, à maior exposição às radiações, que lhes causam maior desconforto. Também substituem ou complementam outras formas de exames mais onerosos usados em diagnóstico.

A Medicina Nuclear é indispensável para diagnóstico e acompanhamento de enfermidades cardíacas, oncológicas, endócrinas, traumatológicas, renais, pulmonares, etc.

Como recurso usado na terapia, a Medicina Nuclear também é um meio seguro, eficiente e de baixo custo para tratar certas afecções benignas e malignas curáveis com irradiação. O tratamento com radioisótopos realizados pela Medicina Nuclear é um procedimento indolor e não invasivo que pode ser aplicado quando as condições do paciente não permitem cirurgias ou outra forma de tratamento.

As pequenas doses utilizadas e o fato de que a irradiação ocorre quase que exclusivamente nas células e tecidos alvo têm a vantagem de irradiar pouco os pacientes e quase não apresentar efeitos colaterais. A irradiação com isótopos tem, também, utilidade como paliativo contra a dor provocada por metástases ósseas, quando outros métodos forem ineficientes para aliviar o sofrimento dos pacientes.

2 – Breve Histórico da Medicina Nuclear
As substâncias radioativas utilizadas em Medicina Nuclear são chamadas de traçadores porque sua passagem pelo corpo humano pode ser acompanhada externamente por meio de equipamentos especiais. Os isótopos radioativos que existem na natureza, são chamados de isótopos naturais. O Urânio foi o primeiro isótopo natural descoberto (Becquerel 1896).

Foto de Becquerel – Prêmio Nobel de Física de 1903

Foto de Marie Curie – Prêmio Nobel de Física 1903 e Prêmio Nobel de Química 1911

A radioatividade natural, entretanto, só foi conhecida dois anos depois (Marie Curie 1898). Hoje, com a evolução da física e das técnicas nucleares, são fabricados isótopos radioativos artificiais em equipamentos especiais: os reatores atômicos e os ciclotrons.

Foto do Físico George Charles de Hevesy (nascido Hevesy György, também conhecido como Georg Karl von Hevesy)

A Medicina Nuclear começou a se esboçar quando Hevesy, em 1923, utilizou, pela primeira vez, um traçador natural em uma exploração biológica. O passo seguinte aconteceu em 1934 com a aplicação dos isótopos no campo do diagnóstico, quando começaram os primeiros estudos da fisiologia da glândula tireoide, mediante a utilização de isótopos artificiais do iodo. Inicialmente foi utilizado o iodo 128 (128I) e logo a seguir foi usado o iodo 131 (131I). Cinco anos depois, a Medicina Nuclear passou a atuar no campo da terapia; isso aconteceu em 1939 quando então ocorreram as primeiras aplicações terapêuticas do iodo 131 (131I) no tratamento das doenças tireoidianas.

A Medicina Atômica apareceu como especialidade a partir de 1940 com o uso do iodo 131 (131I) no diagnóstico e tratamento das doenças da tireoide. Pouco tempo depois, o mesmo isótopo do iodo foi usado como método de investigação em hematologia, servindo para medir o volume sanguíneo total, volume plasmático e volume corpuscular e para determinar a sobrevida dos glóbulos vermelhos. Aos poucos, a nova especialidade médica, incorporou outros estudos até chegar ao conjunto complexo de procedimentos que são realizados hoje.

Em 1952, o termo “Medicina Nuclear” substituiu a denominação de “Medicina Atômica”, que fora o primeiro nome da especialidade.

Na história resumida da Medicina Nuclear três cronologias de eventos devem ser examinadas, uma referente ao desenvolvimento dos equipamentos, outra, à geração de isótopos utilizáveis em diagnóstico e terapia e, a terceira, que diz respeito às investigações laboratoriais com traçadores.

A partir de 1946 começou o desenvolvimento e também a fabricação de equipamentos especiais para transformar as informações fornecidas pelos traçadores em imagens, com fins diagnósticos, cujo avanço principal data de 1951 quando foi inventado por Benedict Cassen o “scanner” com cristal de iodeto de sódio ou cristal de cintilação (daí o nome cintilografia para as imagens utilizadas em Medicina Nuclear). O ano de 1963 registra novo avanço tecnológico com o aparecimento da câmara de cintilação inventada por Anger, equipamento que, além de dar qualidade às imagens cintilográficas, foi o ponto de partida para os aparelhos atuais de tomografia cintilográfica conhecidos como SPECT (acrônimo composto das letras inicias das palavras inglesas Single-Photon Emisson Computed Tomography) e o PET (Positron Emisson Tomography).

Simultaneamente com a evolução dos equipamentos, desenvolveu-se a radiofarmácia, especialidade farmacêutica que elabora substâncias utilizadas em Medicina Nuclear, cujo principal marco histórico ocorreu em 1962, quando apareceram os geradores de Tecnécio 99 meta-estável (99mTc), hoje o isótopo de maior uso na Medicina Nuclear.

A fase laboratorial da Medicina Nuclear tomou impulso a partir do ano de 1956 quando começou a evolução dos processos de análises de fluídos orgânicos mediante a utilização de traçadores, técnica conhecida como radioimuno-análise.

Dr. Clóvis Bornemann, médico do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria em Varsóvia na frente da casa, que foi de Madame Curie, hoje conservada como Museu.

3 – A Medicina Nuclear em Santa Maria
Em 1.971, o Dr. João Eduardo Oliveira Irion, então Professor da Universidade Federal de Santa Maria, concluiu o Curso Internacional de Especialização em Medicina Nuclear no Centro de Medicina Nuclear da Universidade de São Paulo. Nesse ano ele adquiriu o primeiro equipamento e fundou o “SERVIÇO DE MEDICINA NUCLEAR DE SANTA MARIA LTDA.” Até então, existiam serviços dessa natureza, unicamente na capital do Estado, portanto, o Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria foi o pioneiro da especialidade no interior do Estado do Rio Grande do Sul.

Inauguração da sede do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria no Hospital de Caridade. Dr. Irion explica o funcionamento do cintilógrafo recém instalado às autoridades presentes. Entre elas, está à frente e de branco o Dr. José Mariano da Rocha, Primeiro Reitor da Universidade Federal de Santa Maria e, atrás e à esquerda, o Padre Rômulo Zanchi, então Provedor do Hospital.

Foto do primeiro equipamento do Serviço, um detector de radiação, marca Siemens e modelo Nucleopan 2K.

Em 1.974, o Serviço foi transferido para o Hospital de Caridade “Dr. Astrogildo de Azevedo” onde permanece na qualidade de clínica terceirizada. Nessa ocasião foi instalado o segundo equipamento, um cintilógrafo linear Picker de última geração na época.

Foto de um dos primeiros equipamentos do Serviço, um Cintilógrafo Linear, marca Picker.

Na ocasião, o Serviço passou a ter a participação do Professor da Universidade Federal de Santa Maria, o Dr. Clóvis Rogério Bornemann, Médico Nuclear que concluíra o curso de Pós Graduação na Escola de Medicina e Cirurgia do Rio de Janeiro e, também, do Professor Dr. Marcos Troian, especialista em endocrinologia. O terceiro equipamento adquirido foi uma câmara de cintilação Nuclear Ohio instalada em 1.994.

Foto da primeira câmara de cintilação do Serviço marca Ohio Nuclear, modelo Sigma 400.

Nessa ocasião, para atender a crescente demanda do Serviço, o Hospital ampliou o espaço físico destinado ao ele. Para melhor adequá-lo às regras de segurança e radioproteção, o Hospital construiu um apartamento para terapia com radioisótopos, cujas características estruturais satisfizeram dois objetivos – a proteção radiológica e o conforto dos pacientes durante os períodos em que permanecem isolados após a aplicação de iodo radioativo (I131) para ablação de restos tireoidianos e tratamento de câncer de tireoide e suas metástases. Esse é, ainda, o único apartamento dessa natureza na região.

Fotografia do apartamento para terapia com radioisótopos, recentemente reformado, dotado de banheiro privativo, ar condicionado, televisão e frigobar.

Em 1.998, o Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria ampliou seus equipamentos com a aquisição de uma câmara de cintilação, apta a realizar cintilografias planas, estudos de corpo inteiro e cintilografias tomográficas (câmara SPECT).

Foto da primeira Câmara SPECT do Serviço, marca ELSCINT, modelo APEX-SPX-6.

Nessa data, o corpo clínico do Serviço foi ampliado com a colaboração por algum tempo do Médico Nuclear Dr. Sérgio Luiz Vargas de Andréa e permanente dos cardiologistas Professor Dr. Antonio Vicente Aita Hahn, Dr. Eduardo Radins, Dr. Fábio Branco de Araujo Brauner e do Neurologista, Professor Dr. Ricardo Oliveira Teixeira.
No ano 2.001 foi adquirida uma sonda de cintilação portátil (aparelho chamado de Gama Probe), capaz de localizar durante o ato cirúrgico, lesões previamente marcadas com isótopo, para serem extirpadas durante as cirurgias. Por ser portátil, o Gama Probe pode ser utilizado em todos os hospitais de Santa Maria.

Foto da sonda portátil de cintilação (Equipamento gama probe).

No ano de 2003 o Serviço passou a contar com a participação da Dra. Clarissa Bornemann, médica formada pela Faculdade de Medicina da Universidade Federal de Santa Maria em 2.000 e com Curso de Pós Graduação em Medicina Nuclear na Clínica Nuclimagem, no Hospital Ernesto Dornelles, em 2001 e 2002. Curso de Metodologia em Radioisótopos na Clínica de Medicina Nuclear, Nuclear Medcenter de Belo Horizonte, MG, este sob coordenação do Doutor Adelanir Barroso (2002) e com Título de Especialista em Medicina Nuclear pela Associação Médica Brasileira e Colégio Brasileiro de Radiologia obtido em 2003 (nº 470).

Mais uma câmara de cintilação SPECT foi instalada no fim do ano de 2.008 (marca GE, modelo MPR-Millennium).

Foto da Câmara SPECT modelo MPR-Millennium, marca GE.

No ano de 2013, iniciou suas atividades no Serviço, a Dra. Maria Cecília Gabbi, médica formada pela Faculdade de Medicina da Universidade Federal de Santa Maria em 2.008 e com Residência Médica em Medicina Nuclear no Hospital de Clínicas de Porto Alegre, de 2009 a 2011. A doutora obteve título de Mestrado em Medicina Nuclear também pelo HCPA e tem Título de Especialista em Medicina Nuclear concedido pelo Ministério da Educação (MEC).

No início do ano de 2015, uma nova câmara de cintilação SPECT, da marca GE, modelo Brivo NM615 foi instalada. Este equipamento tem a vantagem de trabalhar com doses menores de radiação ou fazer o exame num tempo mais curto e conta com moderno software Xeleris 3 para o processamento das imagens. Ênfase especial é dada para os softwares cardíacos QGS/ QPS e para o cerebral Neurogam, para quantificação da perfusão cerebral em relação a um banco de dados de pacientes normais.

Foto da Câmara SPECT modelo Brivo MN 615, marca GE.