Radiazioni ionizzanti (radioattività)

Che cosa sono le radiazioni ionizzanti? Da dove possono provenire e quali effetti hanno sulla salute? Quali tipi di radioattività esistono? Qual è l'impatto degli esami radiologici diagnostici come radiografie, Tac e PET? Ecco qualche informazione per comprendere meglio.

CHE COSA SONO LE RADIAZIONI?

Il termine radiazione indica l’energia emessa da una fonte e trasportata attraverso lo spazio sotto forma di onde elettromagnetiche o particelle subatomiche. Esempi tipici di radiazioni sono il calore e la luce. Tutti i tipi di radiazione interagiscono con la materia trasferendo parte della loro energia e possono essere suddivise in due grandi categorie:

• radiazioni non ionizzanti: radiazioni a bassa energia, come le onde radio e le microonde, che non sono in grado di modificare le componenti della materia con cui interagiscono

• radiazioni ionizzanti: raggi X e gamma e particelle subatomiche ad alta energia che interagiscono con la struttura atomica della materia 

Le radiazioni ionizzanti sono quindi radiazioni ad alta energia in grado di rompere i legami atomici del corpo con cui interagiscono e caricare elettricamente atomi e molecole neutri, in un processo chiamato ionizzazione.

QUALI TIPI DI RADIAZIONI IONIZZANTI ESISTONO?

Le radiazioni ionizzanti possono essere costituite da particelle subatomiche o da radiazioni elettromagnetiche come:

• particelle alfa: costituite da due protoni e due neutroni legati assieme in un’unica particella con doppia carica positiva

• particelle beta: elettroni o positroni ad alta energia, emessi generalmente da alcuni nuclei radioattivi come il potassio-40

• raggi X e raggi gamma: fotoni emessi per eccitazione all’interno del nucleo o dell’atomo

DA DOVE PROVENGONO LE RADIAZIONI IONIZZANTI?

La radioattività è un fenomeno fisico dovuto all’instabilità dei nuclei di alcuni atomi che si trasformano in specie più stabili emettendo radiazioni ionizzanti. La maggior parte delle radiazioni ionizzanti assorbite dalla popolazione proviene da sorgenti naturali, come i raggi cosmici o i materiali radioattivi presenti nella crosta terrestre, ma esistono anche sorgenti artificiali di radiazioni ionizzanti come le radiazioni prodotte dall’uomo per scopi medici o di ricerca nucleare.

Radioattività naturale

Le principali fonti di radioattività naturale sono:

• i raggi cosmici: particelle radioattive emesse dal sole e dalle altre stelle che riescono ad attraversare l’atmosfera terrestre

• le radiazioni emesse dalla Terra: nella crosta terrestre sono presenti elementi radioattivi che decadono spontaneamente emettendo radiazioni ionizzanti. La principale fonte di radiazione terrestre è il radon, un gas incolore e inodore generato dal decadimento del radio, che deriva a sua volta dal decadimento dell’uranio. Il radon si trova in particolari terreni e rocce e la sua concentrazione all’aperto è generalmente bassa, dato che il gas si disperde nell’aria, ma può raggiungere livelli elevati in ambienti chiusi, in particolare nei piani bassi delle abitazioni. Si stima che sia responsabile del 10 per cento dei tumori polmonari che si registrano in Italia.

Radioattività artificiale

Le principali fonti di radioattività artificiale sono:

• irradiazione medica a fini diagnostici e terapici: molte tecniche di diagnostica per immagini e diverse forme di radioterapia per la cura dei tumori utilizzano radiazioni ionizzanti e questo tipo di esposizione è cresciuta notevolmente negli ultimi decenni, di pari passo all’aumento del numero di procedure mediche che le utilizzano

• elementi radioattivi dispersi nell’atmosfera in seguito ad esperimenti atomici: i test sulle armi atomiche, realizzati in atmosfera fino al 1963, hanno disperso nell’ambiente notevoli quantità di materiale radioattivo con tempi di decadimento molto lunghi che ancora oggi costituiscono un’importante fonte di esposizione per gli esseri umani

• emissioni dell’industria dell’energia nucleare e attività di ricerca: la radioattività emessa dalle centrali nucleari è trascurabile ed è sottoposta a controlli e monitoraggio costante. Ciononostante, un incidente e/o un malfunzionamento degli impianti, come nel caso di Chernobyl e di Fukushima, possono causare grandi perdite di radiazioni ionizzanti nell’ambiente che richiedono poi tempi molto lunghi per lo smaltimento.

QUALI SONO GLI EFFETTI SULLA SALUTE?

Ogni persona nel corso della sua vita è esposta a livelli più o meno elevati di radiazioni ionizzanti che rappresentano un importante fattore di rischio per l’insorgenza dei tumori radioindotti. Le radiazioni ionizzanti sono infatti in grado di rompere i legami chimici delle molecole e possono interagire direttamente con il DNA, rompendone i filamenti e/o inducendo cambiamenti nella sua struttura. Queste alterazioni possono portare all’insorgenza di mutazioni che, se non riparate immediatamente e in modo accurato, danno il via alla trasformazione tumorale delle cellule.

Le radiazioni ionizzanti possono potenzialmente indurre lo sviluppo di ogni tipo di forma tumorale, ma quantificare il rischio di insorgenza di un cancro in relazione all’esposizione a radiazioni ionizzanti è molto complesso in quanto dipende da diversi fattori tra cui:

• dose e durata dell’esposizione

• tipo di radiazione

• organi e tessuti irradiati

• età

In generale il rischio di insorgenza di un tumore aumenta all’aumentare della dose di radiazione ed è maggiore se l’esposizione avviene da bambini. I bambini oltre ad essere più sensibili alle radiazioni hanno anche una maggior aspettativa di vita e pertanto un maggior rischio. Inoltre, la sensibilità alle radiazioni dipende dal tipo di organi e tessuti irradiati. La tiroide, il midollo osseo o il seno sono per esempio organi più radiosensibili e quindi maggiormente predisposti alla trasformazione tumorale indotta dalle radiazioni. Inoltre mentre alcuni tipi di tumore come quello della tiroide e diverse forme di leucemia insorgono più frequentemente e più rapidamente nelle persone che sono state direttamente esposte a radiazioni ionizzanti, altri tumori potrebbero insorgere anche molti anni dopo l’esposizione alle radiazioni e/o manifestarsi anche solo nei propri discendenti. 

COME SI MISURANO EFFETTI E RISCHI DELLE RADIAZIONI?

Gli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti dipendono dalla dose. Maggiore è la dose a cui si è esposti, maggiore è l’energia che si deposita nei tessuti e maggiore sarà quindi il danno biologico.

• La dose di radiazioni assorbita dai tessuti è misurata in Gray (Gy), ed è la quantità di energia assorbita da un organo divisa per la sua massa. Questa misura non tiene tuttavia conto che radiazioni ionizzanti diverse interagiscono in modo differente con gli organi e i tessuti del corpo umano.
• Per confrontarle tra loro, le dosi assorbite devono quindi essere “pesate” in base alla loro capacità di produrre il danno biologico. La dose così pesata è chiamata dose equivalente e la sua unità di misura è il Sievert (Sv).
• Si definisce infine dose efficace la somma delle dosi equivalenti pesate in tutti i tessuti e organi del corpo per i loro diversi fattori di radiosensibilità. Come per la dose equivalente la sua unità di misura è il Sievert (Sv).

QUALI SONO LE APPLICAZIONI MEDICHE DELLE RADIAZIONI?

In ambito medico, le proprietà delle radiazioni ionizzanti sono utilizzate per l’acquisizione di immagini a fini diagnostici e per il trattamento localizzato dei tumori.

Radiologia diagnostica

La radiologia diagnostica utilizza strumenti che sfruttano i raggi X per ottenere immagini interne del corpo umano a fini diagnostici. Le principali tecniche di radiologia diagnostica che utilizzano i raggi X sono la radiografia e la tomografia computerizzata (TC o Tac).

• La radiografia sfrutta la capacità dei raggi X di impressionare una pellicola radiografica, la lastra, o un rivelatore digitale per ottenere un’immagine del corpo umano. I raggi X che attraversano il nostro corpo durante l’esame radiografico sono infatti trattenuti in maniera diversa a seconda della densità e della composizione dei tessuti e i raggi non assorbiti contribuiscono a formare l’immagine finale. L’immagine che si ottiene è quindi un’immagine in negativo, dove le parti più molli, che vengono attraversate quasi completamente dai raggi X, appaiono scure mentre quelle più dense e consistenti, come le ossa, appaiono chiare.
• La tomografia computerizzata (TC o Tac) utilizza sempre i raggi X, ma i dati raccolti dal passaggio dei raggi X nell'area da indagare vengono rielaborati da un computer per ricostruire un'immagine tridimensionale dei diversi tipi di tessuto. La quantità di radiazioni ionizzanti emesse durante le indagini diagnostiche è strettamente controllata ma ciò non toglie che alcuni esami, come ad esempio la TC, richiedano dosi di radiazioni piuttosto elevati. È quindi opportuno effettuare tali esami solo su indicazione del medico, che sarà inoltre in grado di valutare e scegliere l’esame che comporta la minore esposizione possibile a radiazioni.

Radioterapia

La radioterapia prevede l’utilizzo di radiazioni ionizzanti a dosaggi elevati che vengono indirizzate direttamente contro la massa tumorale per colpire e uccidere le cellule cancerogene. I fasci di radiazioni ionizzanti o i fasci di particelle ionizzanti sono dirette sulle cellule tumorali, risparmiando il più possibile il tessuto sano circostante. La radioterapia svolge un ruolo chiave nel trattamento di molti tumori, tra cui il cancro alla prostata, i tumori ginecologici e alcuni tipi di linfomi. La radioterapia può essere utilizzata da sola, o in combinazione con altri trattamenti come la chemioterapia, l'immunoterapia o la chirurgia. Inoltre, nei casi in cui la guarigione non è possibile, è in grado di ridurre le dimensioni del tumore e alleviare notevolmente i sintomi. Le radiazioni ionizzanti utilizzate nella radioterapia sono a dosaggi elevati e possono indurre mutazioni nel DNA delle cellule che sopravvivono, aumentando il rischio di insorgenza di altri tumori anni dopo il trattamento di quello iniziale. Questo rischio dipende da diversi fattori, tra cui ricordiamo:

• area/parte del corpo irradiata

• dosaggio e durata dei trattamenti

• età del paziente al momento del trattamento

I tumori più frequentemente associati alla radioterapia sono alcune forme di leucemia e tra i tumori solidi, il cancro al seno e quello alla tiroide.

Medicina nucleare

La medicina nucleare è il settore della medicina che utilizza sostanze radioattive, i cosiddetti radiofarmaci, per diagnosticare o trattare determinate patologie. I radiofarmaci sono costituiti da un isotopo radioattivo coniugato con una molecola biologica, che ha il compito di trasportare la componente radioattiva verso l’organo o l’apparato d’interesse.

• Scopi diagnostici: gli esami diagnostici effettuati nell’ambito della medicina nucleare sono la scintigrafia e la PET. In questi esami i radiofarmaci vengono realizzati con particelle che emettono radiazioni in grado di attraversare il corpo del paziente. Introdotti nel corpo per via venosa, si distribuiscono nei diversi tessuti e organi, e vengono poi rilevati grazie a strumentazioni specifiche capaci di misurare le radiazioni emesse. Questi esami permettono di ottenere un’immagine che mostra come si è distribuito il radiofarmaco all’interno del corpo. Sono particolarmente utili non solo per effettuare diagnosi, ma anche per valutare l’efficacia delle terapie e per monitorare l’andamento delle malattie nel tempo.
• Scopi terapeutici: i radiofarmaci possono essere utilizzati anche come strumenti di cura. In questo caso, essi vengono realizzati con particelle che emettono radiazioni in grado di rilasciare quasi tutta la loro energia entro una distanza di pochi centimetri. Grazie alla molecola trasportatrice, questi radiofarmaci raggiungono specifici tessuti o organi, concentrandosi maggiormente nelle aree malate che vengono così distrutte dalla radiazione emessa. I principali ambiti di utilizzo terapeutico dei radiofarmaci sono il trattamento dell’ipertiroidismo e di alcune forme di cancro, come ad esempio i tumori neuroendocrini e le metastasi ossee. I radiofarmaci con finalità terapeutica rimangono attivi all’interno del corpo del paziente per alcuni giorni. Parte della radioattività può essere eliminata dall’organismo, ad esempio tramite le urine, la saliva o il sudore, ed in alcuni casi una parte delle radiazioni emesse può uscire dal corpo del paziente. Per questo motivo può essere necessario adottare alcune precauzioni per ridurre l’esposizione alle radiazioni delle persone circostanti.

(Revisione dei contenuti a cura dell'Associazione Italiana di Fisica Medica)