Radiobiologia

RADIOBIOLOGIA

La radiobiologia è strettamente correlata alla radioprotezione. Essa è la scienza che ha l'obiettivo di preservare lo stato di salute e di benessere dell'intera popolazione, riducendo i rischi sanitari che derivano dall'utilizzo di radiazioni ionizzanti, in attività che sono giustificate dai benefici che ne derivano. L'atomo è la più piccola parte di un elemento e ha un nucleo composto da protoni e neutroni, e a distanza dal nucleo girano gli elettroni. Un atomo si può considerare neutro quando ha lo stesso numero di protoni e di elettroni. - Eccitazione: se ad un elettrone viene fornita energia dall'esterno, l'elettrone passa in un'altra orbita, ma dopo un periodo di tempo ritorna nell'orbita iniziale, rilasciando energia sotto forma di onde elettromagnetiche. - Ionizzazione: se ad un elettrone viene fornita energia dall'esterno in quantità sufficientemente elevata, esso può

essere definitivamente allontanato dall'atomo cui appartiene. L'atomo diventa uno ione.

NB. A livello atomico l'unità di misura dell'energia è l'elettronvolt: eV.

Con il termine di radiazione si intende l'emissione e la propagazione attraverso lo spazio e la materia di energia. Le radiazioni si dividono in:

• corpuscolari: al trasporto di energia è associato anche il trasporto di materia;
• elettromagnetiche: si ha solo il trasporto di energia.

Una radiazione elettromagnetica è rappresentata da una campo elettrico e da una campo magnetico che sono perpendicolari tra di loro e si propaga alla stessa velocità della luce. Queste radiazioni sono caratterizzate da:

• lunghezza d'onda: distanza lineare tra due massimi successivi di un'onda;
• ampiezza: distanza verticale tra il massimo e l'asse delle X;
• frequenza: numero di oscillazioni al secondo (Hz).

Nei processi di trasferimento di energia, la radiazione

L'elettromagnetica si comporta come una particella priva di massa, ma dotata di energia: il fotone. L'energia di un fotone dipende dalla frequenza moltiplicata per la costante di Planck (6.63x10 Js). Una radiazione elettromagnetica, per essere definita ionizzante, deve avere un'energia maggiore a 12 eV.

Le radiazioni possono quindi essere ionizzanti o non ionizzanti, infatti i raggi X, i raggi gamma, la luce e le onde radio sono tutte onde elettromagnetiche, ma a causa dell'energia e della frequenza non sufficiente, le onde radio e la luce non sono ionizzanti.

L'azione lesiva delle radiazioni sull'organismo è legata ai processi di ionizzazione degli atomi e delle molecole dei tessuti biologici.

Le radiazioni ionizzanti si possono suddividere in:

• direttamente ionizzanti: particelle cariche la cui energia cinetica è sufficiente per produrre ionizzazione per collisione;
• indirettamente ionizzanti: particelle che interagendo con la materia possono mettere

in gioco particelle direttamente ionizzanti o dar luogo a reazioni nucleari. In ambito medico, per la maggior parte dei casi, si utilizzano questi tipi di radiazioni. Le radiazioni ionizzanti possono essere generate da fonti naturali come i raggi cosmici primari e secondari o il decadimento di nuclidi naturali. Possono anche essere prodotte in modo artificiale da strumenti di uso quotidiano, strumenti di uso industriale, strumenti di uso medico e strumenti per la ricerca scientifica. La radioattività è il fenomeno per cui i nuclei non stabili decadono trasformandosi in altri ed emettendo radiazioni ionizzanti. La radioattività può essere naturale, negli atomi con numero atomico compreso tra 81 e 92, oppure artificiale, ottenuta bombardando il nucleo di un atomo con particelle come protoni o neutroni. Il decadimento radioattivo è legato ad uno sbilanciamento nel numero di protoni e neutroni che rende l'atomo instabile, il quale tende a decadere. Così

facendo cambia il numero atomico trasformandosi in un altro atomotramite emissione di energia. Esistono 3 tipi di decadimento:

1. Decadimento alfa: emissione di una particella carica positiva che è uguale ad un nucleo di elio.
2. Decadimento beta: emissione di una particella carica negativa.
3. Decadimento gamma: emissione di un'onda elettromagnetica.

Il decadimento può avvenire in periodi molti lunghi o molto brevi, in base al tempo di dimezzamento (emivita), cioè il tempo alla fine del quale la metà degli atomi radioattivi inizialmente presenti ha subito una trasformazione spontanea.

Le sorgenti delle radiazioni ionizzanti possono essere le macchine radiogene (apparecchi a raggi X e acceleratori di particelle) o le sorgenti radioattive (sigillate e non sigillate). Le macchine radiogene emettono radiazioni solo quando sono in funzione mentre le sorgenti radioattive emettono radiazioni continuamente. Le macchine radiogene quando sono attive emettono flussi di

Le radiazioni sono molto intense e si propagano in direzioni precise, quindi non è sufficiente stare distanti, ma è necessario evitare di sostare nella direzione del flusso. Inoltre, le radiazioni possono causare solo irradiazione esterna.

Le sorgenti sigillate sono costituite da materiale radioattivo contenuto all'interno di un involucro che impedisce la fuoriuscita di radiazioni. Le sorgenti non sigillate, invece, sono tutte quelle sorgenti radioattive che non rispettano tali caratteristiche.

Le radiazioni ionizzanti interagiscono con la materia depositando la loro energia. Se questa energia viene depositata nei tessuti organici, può causare danni biologici.

I danni causati dalle radiazioni ionizzanti possono essere dovuti a:

• irradiazione esterna, che dipende dalla capacità di penetrazione delle radiazioni nei tessuti corporei e dalle caratteristiche dei vari tessuti e organi.
• irradiazione interna, che dipende dalle caratteristiche fisico-chimiche dei radionuclidi e dalle modalità di esposizione.

introduzione. Il rischio di irraggiamento esterno dipende da tre condizioni: 1. Tempo: la durata dell'esposizione determina l'intensità dell'esposizione e quindi il rischio di irraggiamento. 2. Distanza: la dose di radiazione segue la legge dell'inverso del quadrato della distanza rispetto al punto di emissione, quindi passando da una distanza di 1 metro a una distanza di 2 metri l'intensità della dose si riduce di un fattore 4. 3. Disponibilità di schermature: la dose si riduce se viene interposto del materiale tra la sorgente e il punto di interesse. Ogni sorgente dà luogo a un tipo di esposizione diversa: - Raggi alfa: non c'è rischio di irradiazione esterna per gli organi interni, ma c'è un elevato rischio di esposizione a contatto o in prossimità degli occhi. - Raggi beta: il rischio di esposizione è elevato in caso di contatto diretto o a distanza ridotta. - Raggi X e gamma: elevato rischio di esposizione.anche a distanza dalla sorgente, di organi interni. In particolare gonadi e midollo osseo. Si può avere invece una contaminazione quando si utilizzano sorgenti non sigillate. La contaminazione esterna è dovuta al deposito di materiale radioattivo sulla superficie cutanea e può provocare dermatiti con varie caratteristiche in base all'irraggiamento. La contaminazione interna presume invece la solubilità e la metabolizzazione del materiale radioattivo introdotto. Questo materiale può essere introdotto per via: - respiratoria: particelle che possono raggiungere il circolo sanguigno o fermarsi in sede alveolare determinando lesioni del parenchima alveolare; - cutanea: soluzioni di continuità della cute che raggiungono il circolo sanguigno e quindi gli organi critici; - digerente: attraverso cibi e bevande. In questo caso varia l'effetto in base a dove vengono trasportati questi elementi all'interno del corpo. NB. Ogni volta che l'organismo

è esposto a radiazioni ionizzanti può subire dei danni perché la ionizzazione dei tessuti biologici fa si che venga modificata la normale funzionalità di quest’ultimi. Ogni grado di esposizione può essere dannoso, anche se il corpo ha dei sistemi di recupero per bassi livelli di esposizione.

Gli effetti delle radiazioni ionizzanti sui tessuti biologici sono legati alla tossicità dei radicali prodotti durante la ionizzazione e dalle radiazioni che vanno ad interagire con il DNA. Questi effetti possono essere suddivisi in:

• Danni somatici: interessano le cellule dei tessuti di un organismo che è stato irraggiato.
• Danni genetici: interessano le cellule degli organi riproduttivi della persona irraggiata, causando alterazioni nella progenie.

NB. Non sempre da una cellula irraggiata si sviluppa un danno all’organismo perché la cellula, nella maggior parte delle volte, o muore o viene riparata. Piccole dosi non producono

Gli effetti stocastici:
- non presentano una dose soglia per la loro comparsa.
- sono distribuiti casualmente nella popolazione esposta.
- la frequenza della comparsa aumenta all'aumentare della dose.
- si manifestano anche dopo molti anni dall'irraggiamento.

Gli effetti deterministici:
- compaiono solo al superamento di una dose soglia.
- il superamento della dose soglia comporta l'insorgere dell'effetto in tutti gli individui irraggiati.
- il periodo di latenza è breve.
- la gravità aumenta all'aumentare della dose.

La grandezza principale che si usa per le radiazioni ionizzanti è la dose assorbita, che indica l'energia assorbita per unità di massa e si misura in Gray --> (1 gray = 1 J/Kg). La dose assorbita è però insufficiente per calcolare la probabilità e la gravità degli effetti, ecco perché si usa la dose equivalente, che tiene conto anche della pericolosità della radiazione.

Ladose equivalente è uguale alla dose assorbita moltiplicata per una fattore di ponderazione (Wr) che dipende dal tipo di radiazione assorbita. Se a parità di dose equivalente si irradiano tessuti diversi si può notare che l'incidenza di leucemie e di tumori solidi non è uguale, questo perché ogni tessuto ha una radiosensibilità diversa. Per questo motivo è stata introdotta la dose efficace, che è il prodotto tra la dose assorbita ed un fattore di ponderazione (Wt) che dipende dalla radiosensibilità dell'organo irradiato. NB. La dose equivalente e la dose efficace non sono grandezze fisiche e si misurano entrambe in Sievert (Sv). NB. La dose efficace misura gli effetti stocastici. Gli ambienti di lavoro che sono regolamentati per mot.