Radiazioni: quali sono le conseguenze sul nostro organismo?

Qualunque sia la fonte di radiazione, il verificarsi e la gravità dei cosiddetti effetti “indotti dalle radiazioni” obbediscono a un principio fondamentale: maggiore è l’energia assorbita dalle nostre cellule, maggiore è l’effetto biologico e maggiori sono le conseguenze cliniche.

Questo vale per l’irradiazione esterna (la sorgente di radiazione è al di fuori del corpo) così come per l’irradiazione interna (la sorgente di radiazione è all’interno del corpo dopo l’ingestione o l’inalazione di materiali radioattivi). La quantità di energia ricevuta è chiamata “dose assorbita”, e conoscere la relazione tra quest’ultima e il suo effetto biologico e clinico è il compito principale dei radiobiologi.

Questo principio ha due corollari: bisogna conoscere sia la dose che i vari possibili effetti indotti dalle radiazioni.

Conoscere la dose di radiazioni ricevuta

In caso di irraggiamento accidentale, l’esposizione alle radiazioni del corpo umano è raramente omogenea e non viene mai misurata direttamente. La sua ricostruzione a posteriori è quindi spesso complessa e richiede approcci combinati. Richiede sia simulazioni che tengano conto del percorso delle radiazioni e dei materiali che attraversano, ma anche misurazioni su campioni biologici (aberrazioni cromosomiche dei linfociti del sangue, alterazioni radiochimiche dello smalto dentale).

La dose assorbita nel nostro organismo è espressa in Grigi (Gy), o Joule per kg di tessuto (J/kg). Ecco alcuni ordini di grandezza per la nostra specie:

0,2 mGy: dose media giornaliera ricevuta da un astronauta in missione
2 mGy: dose media al seno per un’immagine mammografica
20-40 mGy: dose agli organi per esame TC
100-200 mGy (corpo intero): dose al di sopra della quale il rischio di cancro indotto da radiazioni è significativo
2 Gy: dose erogata al tumore richiesto per una seduta di radioterapia anticancro
4,5 Gy (corpo intero): dose letale per il 50% degli individui
12 Gy (corpo intero): dose che porta a morte rapida

Tuttavia, le cose non sono così semplici, perché non esiste un unico tipo di irraggiamento: a seconda della situazione, dal materiale radioattivo considerato, vengono infatti emessi diversi tipi di radiazioni – raggi X, raggi alfa (emissione di un nucleo di elio), raggio beta (emissione di un elettrone), emissione di protoni o neutroni…

E tutta questa radiazione non produce necessariamente gli stessi effetti biologici per la stessa dose assorbita.

Stimare gli effetti biologici

È stato necessario introdurre un fattore per tenere conto della natura della radiazione. Questo porta alla “dose equivalente”, che è la dose assorbita in Gy moltiplicata per il fattore di ponderazione della radiazione (Wr). L’unità di misura è il Sievert (Sv) ed è definita per convenzione considerando come riferimento gli effetti causati da raggi X il cui Wr è 1. Ad esempio, una dose di 1 Gy di raggi X corrisponde a 1 Sv mentre 1 Gy di particelle alfa corrispondono a 20 Sv (il Wr di alfa è fissato a 20).

E poiché anche gli effetti biologici non sono gli stessi a seconda della natura dei tessuti, è stato necessario introdurre un secondo fattore di ponderazione (Wt) per tener conto in modo specifico della loro sensibilità relativa (la somma di tutti i Wt è pari ad a).

Pertanto, per ciascun organo o tessuto, la dose equivalente viene moltiplicata per il peso corporeo appropriato. Ad esempio, una dose di 1 Gy di raggi X a tutto il corpo corrisponde a 1 Sv mentre se l’irradiazione mira solo alle mammelle, il contributo è 0,12 Sv (il Wt delle mammelle è fissato a 0,12). Tutti i contributi di tutti gli organi esposti vengono sommati.

Si ottiene un nuovo valore, chiamato “dose efficace”, che permette di combinare diverse irradiazioni e, quindi, di tenere conto di irradiazioni complesse.

Questa è la dose efficace che è stata utilizzata dalla Commissione internazionale per la protezione radiologica per calcolare il rischio di esposizione alle radiazioni da tutte le osservazioni epidemiologiche e in particolare quelle dei sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki.

Gli effetti biologici dell’irradiazione

Conoscere la dose di radioattività ricevuta non è ancora sufficiente: la dose efficace fornisce solo informazioni su un rischio complessivo (una probabilità di accadimento) ma non per concludere sulla natura delle conseguenze della sua irradiazione per un determinato individuo. Per valutarli, è necessario decifrare i vari effetti indotti dalle radiazioni.

L’energia assorbita dal nostro corpo dopo l’irradiazione viene prima assorbita dall’acqua (il principale costituente delle nostre cellule), attraverso reazioni chimiche note come “radiolisi”. Ciò si traduce in stress ossidativo, il perossido di idrogeno prodotto pochi millisecondi dopo l’irradiazione può rompere il DNA contenuto nel nucleo cellulare.

Il futuro delle rotture del DNA (riparato? Non riparato? Mal riparato? Tollerato?) condiziona poi la risposta a livello cellulare, poi tissutale e poi clinico attraverso un susseguirsi di reazioni che possono estendersi dal primo minuto a diversi anni dopo l’irradiazione.

Ci sono tre principali conseguenze cliniche dell’irradiazione:

Le cosiddette reazioni di radiosensibilità o radiotossicità: portano a disfunzioni tissutali o d’organo spesso associate a infiammazioni. Le più note sono le radiodermite, lesioni cutanee che compaiono rapidamente dopo l’esposizione. Queste sono, ad esempio, le ustioni dei pionieri delle radiazioni. Sono causati dalla morte cellulare negli organi o nei tessuti irradiati, a sua volta causata da rotture del DNA non riparate. A seconda della dose ricevuta, vanno dal semplice arrossamento alla necrosi o addirittura alla morte.
Le cosiddette reazioni di radiosuscettibilità: si tratta di tumori indotti dalle radiazioni, causati dalla trasformazione cellulare, a sua volta causata da rotture del DNA mal riparate.
Le cosiddette reazioni di radiodegenerazione: sono le conseguenze dell’invecchiamento cellulare accelerato, causato da lesioni del DNA che sono tollerate dalle cellule e che vi si accumulano prima di provocarne la morte a lungo termine. Questo è particolarmente il caso della cataratta.

La gravità e il verificarsi di questi tre tipi di reazioni indotte dalle radiazioni dipendono fortemente dalla dose di radiazioni assorbita. In particolare, maggiore è la dose, maggiore è la probabilità di morte cellulare. Questo viene implementato in modo controllato durante la radioterapia.

I tumori indotti dalle radiazioni si riscontrano piuttosto dopo dosi di radiazioni basse e ripetute. L’invecchiamento di un tessuto, di tarda espressione, è legato alla sua progressiva trasformazione, ad esempio del cristallino (cataratta) o del cuore e dei vasi. Tuttavia, dopo l’irradiazione accidentale, le reazioni di radiosensibilità e i tumori indotti dalle radiazioni sono ragionevolmente considerati gli effetti clinici indotti dalle radiazioni più gravi.

Conosci gli individui più a rischio

Oltre a questa dipendenza dalla dose, ci sono individui che sono più radiosensibili e/o radiosensibili di altri. Possono subire gli stessi effetti ma prima e per dosi di radiazioni inferiori.

Ad esempio, gli individui portatori di mutazioni nei geni dedicati alla riparazione del DNA mostrano una maggiore morbilità/mortalità quando esposti alle radiazioni. I portatori di mutazioni nei geni di predisposizione al cancro hanno un rischio maggiore di sviluppare tumori indotti da radiazioni.

Conoscendo la dose, una delle priorità dopo l’irradiazione di più individui è quindi l’identificazione di soggetti potenzialmente radiosensibili e radiosensibili.

Contrariamente a un malinteso diffuso, il rischio di radiazioni non dipende sistematicamente dall’età o dal sesso, anche se questi fattori sono importanti. Possiamo definire tre gruppi principali di individui:

Gli individui più iperradiosensibili/sensibili che rappresentano meno dell’1% della popolazione. Si tratta di bambini affetti da malattie genetiche molto rare i cui sintomi sono ben descritti e la cui aspettativa di vita è limitata a circa vent’anni.
Al contrario, almeno l’80% della popolazione mostra una risposta normale dopo l’esposizione alle radiazioni.
Tra le due categorie precedenti, dal 5 al 20% della popolazione presenta una risposta patologica alle radiazioni, di intensità intermedia, con un continuum tra lievemente anormale e molto patologico.

Si tratta, ad esempio, di donne che si presentano con dermatite persistente dopo radioterapia per cancro al seno o uomini che presentano proctite duratura dopo radioterapia per cancro alla prostata. Sono anche quelli con una predisposizione familiare al cancro al seno (portatori di una mutazione nota o meno) che possono essere a maggior rischio di cancro al seno indotto da radiazioni (tra l’1% e l’1‰ casi nella popolazione generale).

Si noti inoltre che se omettiamo il rischio di cancro al seno, che è molto specifico per le donne, uomini e donne presentano circa lo stesso rischio di cancro spontaneo e indotto da radiazioni.

Infine, insistiamo sul fatto che i bambini, escluse le malattie genetiche sopra definite e i tumori della tiroide, non hanno necessariamente un rischio di cancro maggiore rispetto agli adulti… Tuttavia, con il senno di poi, osserviamo che le persone irradiate all’età inferiore hanno un rischio più elevato di sviluppare il cancro rispetto a coloro che sono stati irradiati da adulti. In effetti, un cancro richiede diversi anni per formarsi: un adulto esposto alle radiazioni non ha necessariamente “il tempo” per sviluppare un cancro indotto dalle radiazioni.