Nei post precedenti, abbiamo imparato cos’è la radioattività e le basi della radioprotezione, in particolare le unità di misura coinvolte e le dosi di esposizione consentite. Oggi cercheremo di capire perché le radiazioni, ovvero le particelle ad alta energia, sono dannose per il nostro corpo. Per chi non ha letto i post precedenti, consiglio di farlo, perché in questo post darò per scontate le informazioni spiegate in precedenza.
Cominciamo con la differenziazione tra la radiazione interna ed esterna. Quando siamo esposti a radiazione da fonti esterne (per esempio guardiamo a pochi metri di distanza un blocco di uranio) siamo soggetti a radiazione esterna. Quando si fanno misure di radiazione per strada o in un ambiente vuol dire che posizionandosi in quel luogo si è soggetti ad una certa dose di radiazione. Se ciò avviene, possiamo proteggerci, facendo uso di sistemi di schermatura. Che schermatura usare dipende dal tipo di sorgente radioattiva che abbiamo di fronte. Le particelle alfa, per esempio, ineragiscono molto con la materia, per cui uno strato sottilissimo di materia è sufficiente per proteggerci d esse. Per fermarle basterà un foglio di carta. Al contrario la radiazione gamma è molto penetrante, quindi per fermarla sarà necessario usare un materiale più denso. Per dimezzare la quantità di raggi gamma a cui siamo esposti, per esempio, dovremmo usare un pannello di 1 cm di piombo. La quantità di radiazione a cui siamo sottoposti dipende anche dal tempo in cui veniamo colpiti. Se la sorgente della radiazione è esterna a noi possiamo quindi allontanarci da essa, per cancellarne gli effetti.
Il problema sorge però quando la sorgente della radiazione è interna al nostro corpo. Per esempio, il Radon 222 è un elemento che si presenta in forma gassosa e quindi può essere respirato. Una volta all’interno dei nostri polmoni decade, con una vita media di 3,8 giorni, emettendo una particella alfa. Questa particella è dentro il nostro corpo, per cui non abbiamo nessun modo per schermarci, e perderà tutta la propria energia interagendo con le molecole del nostro corpo.
Quando una particella interagisce con le nostre cellule può danneggiarne il DNA. Per questo la natura ci ha munito di un sistema di protezione: le cellule sono in grado di autoripararsi entro certi limiti. Quando si è sottoposti a della radiazione, quindi, possono succedere diversee cose: la cellula viene danneggiata, ma poi si autoripara e quindi non vi sono conseguenze. Le cellule colpite non sono in grado di ripararsi, quindi muoiono per apoptosi cellulare, come accade per tantissime cellule del nostro corpo, e vengono quindi sostituite da nuove cellule. Può anche succedere che il DNA sia così danneggiato che il sistema di riparazione non sia sufficiente, oppure il processo di riparazione produca degli errori. In questo caso il malfunzionamento delle cellule colpite e mal riparate può portare allo sviluppo di forme tumorali.
Come spiegato in precedenza, quando una particella interagisce con atomi o molecole del nostro corpo, cede loro una certa energia. Questo può avere diversi effetti nelle molecole dell’uomo. La prima fase viene detta fisica, poiché è di natura prettamente fisica: l’energia cinetica della particella è trasferita allle molecole o atomi. La seconda fase è fisico-chimica, poiché quest’energia si distribuisce alle molecole o atomi, con la produzione di radicali liberi, ovvero molecole o atomi che hanno un elettrone spaiato. Per esempio, nel caso della molecola d’acqua H2O, abbiamo due radicali: H-O-H -> H+OH. La terza fase è puramente chimica: reazioni chimiche tra i radicali liberi e molecole intatte possono portare alla formazione di molecole con una strutture anormale, modificandone la funzionalità. L’ultima fase, che comincia pochi secondi dopo l’interazione e può continuare per anni a seguire, è di natura biologica e include lo sviluppo di danni biologici a tessuti o processi biologici. L’azione della radiazione ionizzante sulle molecole può essere diretta, quando ne causa la ionizzazione e quindi la rottura, o indiretta, con la creazione di radicali liberi che poi causano il danneggiamento di altre molecole interagendo con loro. Nel caso di azione diretta, una particella (alfa, beta o gamma che sia) agisce sulla doppia elica del DNA, causando la rottura dei filamenti. Il danno diretto sul DNA provoca come reazione un processo riparativo che tuttavia è per sua natura soggetto ad errori. Cioè il DNA si replica e ripara le rotture ma a volte con sostituzioni di basi diverse rispetto alle originali. Nel caso dell‘azione indiretta, la particella crea un radicale libero, OH-, H+, H, OH, che poi interagisce con il DNA danneggiandolo. Per definire il tipo di radiazione si introduce una grandezza chiamata LET (Linear Energy Transfer), ovvero la quantita di energia rilasciata per unità di distanza (keV per micrometrto). Radiazioni ad alto LET (come neutroni o particelle alfa) danneggiano il corpo generalmente per azione diretta, mentre radiazioni a basso LET (come radiazione X o gamma) hanno un’azione perlopiù indiretta.
Quando le cellule sono danneggiate comincianad avere un comportamento fuori dalla norma cioè una instabilità del normale ciclo cellulare,ad avere un comportamento fuori dalla norma cioè una instabilità del normale ciclo cellulare , L’effetto dipende molto dal tipo di tessuto colpito dalla radiazione. In particolare, un tessuto è tanto più sensibile quanto più alto è l’indice di proliferazione cellulare, mentre è inversamente proporzionale al grado di differenziazione cellulare. Per esempio gli organi emopoietici, come il midollo osseo, ghiandole come il timo e tessuti linfoidi, sono in assoluto gli organi più sensibili alla radiazione. Seguono gli organi riproduttivi, la pelle, le ossa e i muscoli. L’organo meno sensibile alla radiazione è il sistema nervoso. Analogamente, un embrione in fase di sviluppo è più sensibile alla radiazione di un feto già formato, in particolare l’embrione nei primi tre mesi è più sensibile di un embrione nel secondo trimestre.
Esistono anche effetti acuti di esposizione alla radiazione, che si sono osservati per esempio nel caso delle persone soggette alla bomba di Hiroshima, oppure per gli astronauti soggetti ai raggi cosmici. In questo caso si parla di avvelenamento da radiazione (o Acute Radiaton Syndrome, ARS). Questo avviene quando si è esposti ad un’altissima dose di radiazione, altamente acuta, e i cui effetti sono visibili immediatamente o comunque entro pochi mesi dal momento dell’esposizione. Questi effetti, quali vomito, diarrea, febbre alta, leucopenia (ovvero la drastica riduzione del numero di leucociti – globuli bianchi- presenti nel sangue) , possono portare alla morte della persona esposta, a seconda della dose di esposizione. In seguito mostro una tabella degli effetti in seguito a un’esposizione di tipo acuto:
| Sintomi | Dose | Mortalità dopo pronto intervento |
| lieve leucopatia | 1-2 Sv | 0-5% |
| leucopatia, emorragia | 2-6 Sv | 5-50% |
| leucopatia grave, febbre alta, diarrea, vomito | 6-8 Sv | 50-100% |
| Nausea, forte diarrea, febbre alta, shock | 8-30 Sv | 100% |
Ricordiamo che questi effetti si hanno solo nel caso di esposiozione acuta, quando l’intero corpo è esposto a una forte radiazione, come nel caso di una bomba atomica. Ben diversi sono gli effetti nel caso che sono una parte del corpo sia esposta. Inoltre, se gli effetti dovuti all’esposizione acuta sono noti e studiati approfonditamente dopo i tragici eventi di Hiroshima e Chernobyl, molto meno si sa sugli effetti dovuti alla bassa esposizione continuata. Infatti è molto difficile studiare gli effetti dell’esposizione a basse dosi, in quanto l’uomo è sempre esposto a una certa quantità di radiazione, la radiazione naturale di fondo, a cui non possiamo sottrarci. Studi hanno dimostrato come la correlazione tra bassi livelli di esposizione a sorgenti radioattive sia correlato in forma minima con l’insorgere di tumori, tanto da rendere difficile capire se questa correlazione è entro la fluttuazione statistica dello studio.
Giorni sottratti all’aspettativa di vita per diversi tipi di fattori di rischio |
|
| Attività |
Numero di giorni persi dalla propria aspettativa di vita |
| Fumare 20 sigarette al giorno | 2370 (6.5 anni) |
| Essere sovrappeso del 20% | 985 (2.7 anni) |
| Lavoro in miniera | 328 |
| Lavoro in ambito delle costruzioni | 302 |
| Agricultura | 277 |
| Lavoro governativo | 55 |
| Manufatturazione | 43 |
| Radiazione 3.40 mSv/anno per 30 anni | 49 |
| Radiazione – 1 mSv/anno per 70 anni | 34 |
Dove la perdita di aspettativa di vita è calcolata in base alla percentuale di morte dovuta a un determinato fattore di rischio e pesata sull’età media al momento della morte.
In conclusione, a causa degli effetti non evidenti e della chiara difficoltà a condurre esperimenti (non è proprio una buona idea sottoporre insiemi di individui a diverse dosi di radiazione per studiarne gli effetti), la conoscenza sugli effetti biologici dei bassi livelli di radiazione sul corpo umano è ancora molto limitata, ed è in questo cambo che gli studi di settore stanno concentrando il proprio impegno e interesse.
