Radioprotezione

Radioprotezione

Definizione

La radioprotezione è la protezione sanitaria contro le radiazioni ionizzanti. È una disciplina a forte contenuto biologico (perché colpisce i tessuti), fisico (per i principi), tecnico (per i macchinari) e naturalistico (da alcuni anni investe anche un problema ambientale, come i residui nucleari) che si è sviluppata durante il XX secolo, dapprima con lentezza e poi con crescente rapidità. Si parla di XX secolo, perché nel 1895 non si erano ancora scoperte le radiazioni ionizzanti, poi si svilupperà la radiologia, la medicina nucleare, le centrali nucleari (bomba di Hiroshima e Nagasaki). È una branca della prevenzionistica che ha come preciso scopo la rimozione preventiva, per quanto possibile, dei potenziali danni arrecati alle persone e all’ambiente da attività che implicano l’utilizzo di radiazioni ionizzanti.

Storia

La scoperta dei raggi X è dell’8 novembre 1895 da Roentgen. La prima radiografia di Padova fu fatta a gennaio 1896, su una donna con un dolore alla caviglia. In un primo tempo si credeva che strumenti così utili e preziosi non potessero essere responsabili degli effetti negativi per la salute e famosi studiosi (Tesla, Crookes, Schall, Bowles) introducevano altre spiegazioni per le lesioni da raggi: i raggi catodici, gli atomi staccatisi dal catodo (bombardamento molecolare metallico), l’azione combinata dei raggi ultravioletti e X, l’ozono riscontrato in vicinanza dei tubi, l’alta tensione del rocchetto di Ruhmkorff (colpo di sole elettrico). Questi effetti colpivano soprattutto tecnici (che costruivano e collaudavano macchinari) e medici che si occupavano di radiografie.

Tipi di radiazione

• Artificiali: prime ad essere scoperte
• Naturali: emanazioni grotte radioattive e potassio radioattivo. I coniugi Curie scoprirono il polonio e il radio radioattivo.

Caratteristiche fisiche

All’inizio del 1900 non si potevano misurare, ma si scoprirono alcune caratteristiche fisiche:

• La propagazione rettilinea (non curvano)
• La riduzione con l’inverso del quadrato della distanza:
  ES: con 1 m -> ½ radiazioni
  con 2 m -> ¼ radiazioni
  con 3 m -> 1/9 radiazioni
  con 4 m -> 1/16 radiazioni
• L’attenuazione con mezzi assorbenti: più è elevato il peso specifico della materia (ES: ferro, barriera di piombo), più le radiazioni vengono assorbite.
• La proporzionalità tra tempo di esposizione e dose assorbita: più rimango esposto e più alto è il rischio (ES: scottatura con i raggi solari e eritema).

Unità di misura

Non c’erano strumenti, ma esistevano diverse unità di misura in vari posti del mondo.

• Unità Furstenau (F) basata sulla variazione di resistenza elettrica del selenio sottoposto a raggi X. Si prende un bacchettino di selenio a cui viene aggiunto un rilevatore di corrente con i due poli fissati sul bastoncino, che quando si irradia con le radiazioni ionizzanti, si creano degli ioni che si spostano dal polo negativo al positivo, dando una differenza di potenziale.
• Unità Sabouraud-Noiré basata sulla variazione di colore del platinocianuro di bario sottoposto a raggi X. Il bario si illumina di luce gialla e mettendo la mano in mezzo si rileva una radiazione. (sostanze fosforescenti: immagazzinano l’energia, sostanze fluorescenti: senza luce non si illuminano).
• Unità Salomon (R- francese) basata sul fenomeno della ionizzazione in aria.
• Dose eritema (unità di misura umana): quantità di raggi duri che, somministrati una volta sull’addome di un individuo sano di media età ad una distanza di 23cm su un campo 6x8 cm, produce poco dopo l’irradiazione un lieve eritema, che si colora di bruno chiaro nelle prime tre settimane e di un’evidente pigmentazione dopo altre tre settimane.

Dose e tolleranza

Le osservazioni degli effetti delle radiazioni hanno indotto, fin dai primi anni dopo la scoperta dei raggi X, a istituire, nelle associazioni scientifiche, sezioni di studio dedicate alla radioprotezione:

• 1898, Roentgen Society inglese
• 1921, British X-Ray and Radium Protection Commitee (dose massima di tolleranza)
• 1925, primo Congresso internazionale di Radiologia (definire un’unità di misura)
• 1928, Stoccolma viene illustrato il Roentgen
• 1928, Stoccolma International X-Ray and Radium Protection Commitee

Roentgen (R): quantità di radiazione che libera in un cm³ di aria a 0° e 1 bar di pressione un’unità elettrostatica di energia, ovvero 2,082 × 10⁹ coppie di ioni: R = 2,58 × 10^-4 C/Kg (Coulomb/Kg).

Basi della radiobiologia

I tessuti che crescono e si modificano più attivamente sono i più radiosensibili (possono avere più danni). Il sangue, gli organi riproduttivi, il midollo sono le cellule più radiosensibili. La cromatina è la parte più sensibile della cellula (1903). Il tumore alla mammella è stato il primo ad essere trattato con radiazioni ionizzanti. L’azione dei raggi X (e la risposta: ormesi) sulle cellule viventi è eccitante/stimolante (fa comunque male) a basse dosi, inibente a dosi medie e letale ad alte dosi.

Legge di Bergonie e Tribondeau

La legge di Bergonie-Tribondeau è una legge sulla radiosensibilità degli organismi viventi, formulata nel 1906. Si può riassumere in due concetti:

• La radiosensibilità di una cellula è tanto più alta se essa si trova in uno stato di proliferazione o in fase di crescita (i bambini e le donne gravide sono più a rischio).
• La radiosensibilità di una cellula è correlata positivamente con la sua attività metabolica.

In Italia

Viene fondato nel 1913 il SIRM, Società Italiana di Radiologia Medica e Interventistica.

• 1915, prime pubblicazioni sui criteri di protezione fisica, in seguito ai primi morti (il danno si vedeva dopo giorni, non subito)
• 1923-1925, normativa sull’impiego radiazioni e figura del radiologo (prima specializzazione)
• 1933-1934 la carta della protezione
• 1935, Testo unico delle leggi sanitarie. Lo stato nomina un medico provinciale (autorità dello stato sul territorio), per ogni provincia, responsabile della salute, quindi dei controlli, epidemia… e un tecnico (prefetto), responsabile della sicurezza, che verifica la funzionalità dei macchinari.
• 1955, istituzione della sezione di radiopatologia e protezionistica, per studiare le problematiche e come si può avviare alla malattia da raggi.

Altri enti

• 1935, Associazione Italiana di Radiobiologia (AIRB)
• 1946, Comitato Italiano Sistemi Elettrici con sezione medico-biologica
• 1952, istituzione del Consiglio Nazionale per le Ricerche Nucleari

Evoluzione della dosimetria

• 1925, Mutsheller parla di dose di tolleranza (a quale dose posso sottopormi e a quale posso lavorare per anni senza avere danni o effetti collaterali) in ambito professionale, cioè < 1/100 della dose eritema in 30 gg, quindi circa 6 R/mese.
• 1934, 0,2 R/die (giorno) è il livello ammissibile
• 1936, NCRP (Associazione di radiologi degli Stati Uniti) afferma 0,1 R/die
• 1948, 0,3 R/settimana è la dose massima ammissibile (IRRPC: Comitato internazionale per la protezione dai raggi X e dal radio)
• 1950, IRRPC diviene ICRP (international commission on radiological protection) e adotta il limite di 0,3 R/settimana
• 1953, ICRP fa degli studi e emana e pubblica i primi rapporti delle 5 commissioni:
  • Dosi ammissibili per l’esposizione esterna
  • Dosi ammissibili per l’esposizione interna
  • Protezione raggi x fino a 3 Mev (Mega elettronVolt)
  • Protezione raggi x > 3 Mev, raggi B, raggi G, particelle pesanti
  • Trattamento e smaltimento isotopi radioattivi

Evoluzione delle unità di misura dosimetria

1956, ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) e vecchie unità di misura:

• Curie (poi Becquerel): numero di disintegrazioni per secondo in un grammo di radio 3,7 x 10¹⁰/S
• Rep (Roentgen equivalent physical): unità di dose assorbita corrispondente a 93 erg/grammo
• Rad: pari a 100 erg (ergon) di energia assorbita per grammo
• Rem (Roentgen equivalent man): è l’unità di misura della dose equivalente (quanto erano stati esposti gli operatori), dose di una qualsiasi radiazione che produce lo stesso effetto biologico di un Roentgen di raggi X ad alto voltaggio

1958, ICRP calcola la dose massima ammissibile: MPD (per una persona) = 5(N-18) rem, dove N è l’età del lavoratore (no minorenni). Dose popolazione = 0,5 rem/anno.

Dose massima ammissibile nel tempo

Dal 1934 al 1996, la dose è diminuita di 50 volte. (Sv è Sievert).

Anni Sessanta e ALARA (As Low As Reasonably Achievable)

È un modo di procedere atto a minimizzare i rischi conosciuti, mantenendo l’esposizione ai livelli più bassi ragionevolmente possibili, tenendo in considerazione i costi, la tecnologia, i benefici per salute pubblica ed altri fattori sociali ed economici. I limiti di dose per qualsiasi attività che implichi l’impiego di radiazioni ionizzanti non sono stabiliti sulla base di una soglia, ma piuttosto sulla base di un “rischio accettabile”. Si cerca di minimizzare un rischio che si presume possa esistere anche a livelli inferiori ai limiti raccomandati, considerato che ciò che costituisce un “rischio accettabile” può variare molto da individuo a individuo.

Linear No Threshold Model

Fino agli anni Sessanta, il fondamentale criterio di base era: evidenze radiologiche + prudenza. Viene introdotto il concetto di soglia (manifestazione degli effetti) e il limite dose da non superare (DMA). La norma stabilisce che bisogna limitare la dose al di sotto di un valore prefissato ritenuto sicuro. L’Ipotesi successiva fu che anche a dosi prossime allo zero si potessero determinare degli effetti sanitari dannosi: LNT model. È un modello del danno fisiologico sull'organismo causato dalle radiazioni e presuppone che il danno cresca linearmente (direttamente proporzionale) al crescere del livello della dose di radiazione assorbita. Pertanto asserisce che non c’è una soglia (threshold) di esposizione al di sotto della quale la risposta cessi di essere lineare.

Al riguardo l’ICRP con la sua pubblicazione n° 9 si espresse così: “Poiché l’esistenza di una dose soglia non è provata, si è fatta l’ipotesi che anche le più modeste dosi implichino un rischio proporzionalmente piccolo, di induzione di forme a carattere maligno ... La Commissione non vede alternative concrete, per gli scopi delle protezioni radiologiche, all’ipotesi di una relazione lineare tra dose ed effetto con le dosi che agiscono in maniera cumulativa. La Commissione è ben conscia che l’ipotesi … possa essere non corretta ... ma si considera soddisfatta che tale ipotesi non possa verosimilmente comportare una sottostima dei rischi”.

Nuova filosofia

• Deve essere fatta prevenzione affinché le persone esposte non ricevano dosi superiori ai valori massimi ammessi per i vari gruppi di individui e per le diverse circostanze.
• Qualsiasi esposizione non necessaria deve essere evitata e tutte le dosi tenute tanto basse quanto è concretamente ottenibile, tenendo conto di considerazioni economiche e sociali.

Prima: Unico pilastro è la limitazione della dose. Poi: Introdotto il secondo pilastro della “dose indebita” (non dose zero). Il principio ALARA portava in sé l’ambiguità che portava a ritenere, secondo una sua interpretazione, che l’obiettivo della radioprotezione fosse il raggiungimento della dose zero (ma impossibile). Quindi, tra la seconda metà degli anni ‘60 e la prima degli anni ’70 a seguito di ulteriori indagini epidemiologiche si è data maggiore enfasi agli effetti stocastici (casuali, probabilistici) e questo ha portato alla dottrina del “Sistema di limitazione delle dosi” (l’enunciato della pubblicazione ICRP del 1977 n°26). I due obiettivi della prevenzione sono:

• Eliminazione degli effetti deterministici (che si possono riconoscere)
• Limitazione, a livelli accettabili, della probabilità di accadimento degli effetti stocastici.

Perciò il fondamentale criterio di base è divenuto: Evidenza epidemiologica + prudenza.

Sistema dei tre pilastri

Si è arrivati all’ipotesi che per la radioprotezione c’è l’assenza di soglia per i danni stocastici. I modelli possono essere lineare (senza soglia), rischio relativo, moltiplicativo. La dottrina è stata quella della massima protezione radiologica. Quindi si sono costituiti 3 pilastri (ancora attuali):

• Principio di giustificazione del rischio: Qualsiasi attività che comporti un’esposizione alle radiazioni ionizzanti deve essere giustificata dai vantaggi che essa procura: è inutile fare una cosa senza guadagno. Se io non ho un vantaggio nel fare la radiografia, è una dosa indebita, ma devo farlo solo quando il vantaggio è superiore al rischio.
• Principio di ottimizzazione della radioprotezione (A.L.A.R.A.): Qualsiasi esposizione alle radiazioni deve essere mantenuta al livello più basso ragionevolmente ottenibile (tenendo in conto i fattori economici e sociali). ES: Se ho due macchine da utilizzare per due immagini radiologiche, preferisco e userò la macchina con la dose inferiore (minimo possibile).
• Principio di limitazione del rischio ai singoli: La somma delle dosi ottenute (la dose che ho già ottenuto) ed impegnate (conosco già prima la dose, attraverso un conteggio: dose soglia - dose ottenuta) non deve superare i limiti massimi fissati per i lavoratori, gli apprendisti e le persone del pubblico (dosi diverse). ES: La dose naturale ad Ischia può arrivare oltre il massimo ammesso, alla soglia minima, per un lavoratore esposto di tipo B.

Lavoratori esposti

• RX: lavorano con radiazioni ionizzanti dal punto di vista ospedaliero
• Sanitari Esposti non TSRM (Tecnici sanitari di radiologia medica) e non Radiologi: infermieri, veterinari, ortopedici, angiologi.
• Lavoratori del settore nucleare
• Lavoratori diversi: lavoratori che controllano saldature, ponti, con strumenti radiologici…

Apparecchiature

• Apparecchio telecomandato di radiologia tradizionale con porta piombata
• Mammografie con vetro piombato. Vengono usate diverse energie, quindi c’è un diverso rischio e una diversa protezione.
• Radiologia TC: radiazioni più elevate e dosi che variano dalla posizione
• Radioterapia: tratta i tumori con dosi molto elevate
• Medicina nucleare e PET: usa un isotopo radioattivo

Radiologia complementare ed interventistica

Serve a determinati professionisti per fare il loro lavoro (ortopedia, cardiologia, odontoiatria, urologia, neurochirurgia, malattie del metabolismo, veterinaria).

Radiazione

Definizione

Il termine radiazione è usato in fisica per descrivere fenomeni apparentemente assai diversi tra loro:

• Luce visibile da una lampada
• Calore da una fiamma
• Raggi infrarossi da un corpo incandescente
• Radioonde da un circuito elettrico (microonde o radio)
• Raggi X da una macchina radiogena
• Particelle elementari da una sorgente radioattiva...

In tutti questi fenomeni il trasferimento di energia da un punto a un altro dello spazio avviene senza che vi sia il movimento di corpi macroscopici e senza il supporto di un mezzo materiale.

Classificazione

• Radiazioni non ionizzanti (pericolose comunque): luce solare, cellulari…
• Radiazioni ionizzanti (pericolose per la salute): quando si stacca un elettrone da un atomo, quindi si creano ioni. Se l'energia della radiazione incidente sulla materia è sufficiente a ionizzarne (direttamente o indirettamente) gli atomi o le molecole, la radiazione si chiama ionizzante. Si considerano ionizzanti le radiazioni con frequenza maggiore di 3*10¹⁵ Hertz. Per avere una prima ionizzazione di un atomo di H o di O necessitano poco più di 13 eV.

A livello atomico

La ionizzazione è la cessione di energia da parte della radiazione, che fa in modo che un elettrone sia espulso dall’atomo, quindi si forma uno ione positivo (atomo senza elettrone) e negativo (elettrone). L’eccitazione invece avviene quando l’elettrone non riceve abbastanza energia per staccarsi dall’atomo, ma ne riceve abbastanza per fare un salto ad un livello energetico superiore e quindi accumula energia. Quando ricade nel livello energetico inferiore cede l’energia accumulata.