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Titolo: Effetti biologici radiazione ionizzante

Premessa: cio' di cui ci preoccupiamo va sotto il nome di
"radiazione ionizzante". E' stato arbitrariamente stabilito un limite di
di energia pari a 10 keV, oltre il quale si definisce una radiazione
od una particella come "ionizzante" (quindi anche anche gli UV possono
essere ionizzanti). La radiazione ionizzante e' ad esempio composta di
fotoni energetici (quindi dagli UV fino ai raggi gamma).
Oppure da particelle. Un elenco di alcune particelle ionizzanti:
elettroni, positroni, particelle alfa (nuclei di elio), mesoni carichi,
muoni, ioni pesanti (atomi ionizzati). Il loro effetto e' diretto
(respingendo o strappando elettroni da atomi e molecole).
L'effetto ionizzante dei fotoni e' indiretto, ed allo stesso tipo
appartengono anche i neutroni (che sono neutri come carica elettrica).
Principalmente cedono energia all'atomo o molecola che poi la scarica
non solo variando il numero di elettroni, ma anche emettendo fotoni e/o
particelle che a loro volta possono essere ionizzanti.
 
E' l'effetto ionizzante che puo' disturbare o danneggiare le cellule
viventi.
 
A questo punto definiamo la dose assorbita, ovvero la quantita' di
energia immessa nell'atomo o nella molecola divisa la massa dell'atomo
o della molecola (la materia):
 
D = energia_media_impartita / massa_materia = joules/kg = Gy
 
ove Gy = Gray. Quindi una dose assorbita di 1 Gy significa che ogni kg di
materia ha assorbito 1J.
 
Poi definiamo l'attivita', ovvero il numero di trasformazioni nucleari
spontanee in un intervallo di tempo:
 
A = numero_trasformazioni_nucleari / tempo = s^-1
 
Poi definiamo la costante di decadimento "lambda", che rappresenta la
probabilita' per unita' di tempo che avvenga una trasformazione nucleare
per un dato radionuclide.
 
Anche la costante di decadimento si misura in s^-1
 
Il numero N di nuclei radioattivi emessi si puo' calcolare con la
 
N = A / lambda
 
La costante lambda e' legata alla emivita (half-life) di un radionuclide
dalla:
 
lambda = ln 2 / emivita = 0,693 / emivita
 
L'emivita risulta quindi misurata in secondi. E' la quantita' di tempo
richiesta perche' l'attivita' nucleare di un radionuclide riduca a meta'
la quantita' dello stesso radionuclide. Si misura anche in ore, giorni
ed anni, ma l'unita' di base nei calcoli e' il secondo.
 
Si definisce effetto biologico deterministico quello causato da radiazioni
ionizzanti con probabilita' di occorrenza pari a zero a piccole dosi
assorbite, ma che cresce ripidamente alla certezza (100%) ad uno specifico
livello di dose assorbita (la soglia). Un esempio di questo e' l'induzione
della cataratta. Fino ad una certa soglia, non si hanno effetti. Oltre
questa soglia, si ha la certezza che la radiazione ionizzante causi una
cataratta.
 
Si definisce "dose efficace" E la somma delle dosi equivalenti pesate
di tutti i tessuti e gli organi del corpo. Non e' adatto a misurare
l'effetto di grosse dosi assorbite. E si misura in J/kg = Sv (Sievert)
 
Si definisce "dose equivalente" la dose assorbita media H  su un tessuto
o un organo e pesata per la qualita' della radiazione interessata.
Non e' adatto a misurare l'effetto di grosse dosi assorbite.
H si misura in J/kg = Sv (Sievert)
 
se w e' il fattore pesato per ogni tessuto, allora si ha:
 
E = sommatoria da 1 a T di w(T)*H(T)
 
e per uno specifico tessuto:
 
H = sommatoria da 1 a R di w(R)*D(R)
 
ove R si riferisce ad ogni tipo di radiazione interessata.
 
Ecco una tabella di fattori w(R):
 
fotoni, per qualsiasi energia          w(f)     = 1
elettroni e muoni, qualsiasi energia   w(em)    = 1
neutroni, meno di 10 keV               w(n10)   = 5
neutroni, 10 - 100 keV                 w(n100)  = 10
neutroni, 0,1 - 2 MeV                  w(n1M)   = 20
neutroni, 2 - 20 MeV                   w(n10M)  = 10
neutroni, piu' di 20 MeV               w(nmax)  = 5
protoni, piu' di 2 MeV                 w(p)     = 5
particelle alfa, frammenti fissione
e nuclei pesanti                       w(alfa)  = 20
 
Ecco una tabella di fattori w(T):
 
gonadi                    w(gon)   = 0,20
midollo osseo             w(mido)  = 0,12
colon                     w(colon) = 0,12
polomone                  w(polmo) = 0,12
stomaco                   w(stom)  = 0,12
cistifellea               w(cstf)  = 0,05
mammella                  w(seno)  = 0,05
fegato                    w(fega)  = 0,05
esofago                   w(esfg)  = 0,05
tiroide                   w(tiro)  = 0,05
pelle                     w(pel)   = 0,01
superficie ossa           w(osso)  = 0,01
il resto del corpo        w(altro) = 0,05
 
Questi sono valori mediati calcolati su una popolazione tipo eterogenea
Per l'ultima voce, w(altro) si considera valga dieci organi. Qualora
uno di questi organi (cervello, reni, intestino, muscoli, etc.) sia
specificatamente colpito nel caso particolare, si assume un 0,025 per
quel solo organo ed un 0,025 per il restante residuo del corpo.
 
Nel calcolare gli organi interessati, occorre considerare la profondita'
di penetrazione nei tessuti. Alcuni valori tipici:
 
alfa (5,3 MeV)    = 0,037 mm
beta (0,154 MeV)  = 0,29 mm
beta (1,71 MeV)   = 8 mm
gamma (0,035 MeV) = 33 mm (3 cm)
gamma (1,33 MeV)  = 164 mm (16 cm)
 
 
Ed ora che abbiamo una base comune, passiamo agli effetti biologici,
natura e meccanismi del danno.
 
Mediamente la dose necessaria per danneggiare una cellula fino ad ucciderla
e' indicata in 2 Gy. Questa dose e' sufficiente a causare centinaia di
lesioni delle molecole del DNA. Molte di queste lesioni sono riparabili.
Ma nel caso di lesioni concentrate, ad esempio quelle causate da un protone
od una particella alfa, il sistema riparatore puo' avere difficolta'.
Quindi radiazioni piu' "dense" sono piu' dannose.
I danni alle cellule del DNA possono esprimersi in mutazioni (cioe' in
cellule cancerose, ovvero tumori). Ma la mutazione puo' anche essere letale
per la cellula, ovvero essa semplicemente muore.
La frequenza di mutazioni viventi viene proposta come ad andamento lineare,
approssimativamente tra 10^-5 e 10^-6 eventi per sito (punto del corpo)
per 1 Gy di dose assorbita.
Una dose assorbita tra 1-2 Gy e' sufficiente a dimezzare il numero di
cellule interessate (sopravvive il 50%). Se la dose e' ripartita in piu'
eventi, la sopravvivenza aumenta (si da' piu' tempo ai meccanismi
riparatori di operare).
 
Fine puntata


 
 
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1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)