RADIOBIOLOGIA, RADIOPATOLOGIA E RADIOPROTEZIONE Corsi di Laurea Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia - Fisioterapia - Logopedia AA. 2010-2011 RADIOBIOLOGIA, RADIOPATOLOGIA E RADIOPROTEZIONE Marco Ferdeghini Dipartimento di Patologia & Diagnostica Sezione di Radiologia S.S.O. Radioterapia Metabolica Università di Verona

Attività specifica [As] di una sorgente radioattiva Numero di disintegrazioni per unità di tempo nell’unità di massa Bq x g-1 As = λN / N0 MA N0 nunero di avogadro MA peso atomico in g

Interazioni onde elettromagnetiche (fotoni γ e X)-materia Effetto fotoelettrico Effetto Compton Produzione di coppie e+e-

Interazioni particelle β- - materia Percorsi assai maggiori di quelli delle particelle α α da 5 MeV in aria in tessuto in alluminio 3.5 cm 0.021 cm 0.0021 cm β- da 1 MeV 420 cm 0.5 cm 0.15 cm

Interazioni particella β- - materia

Interazioni particella β- - materia Interazioni con i nuclei atomici (Radiazione di frenamento, Bremsstrahlung) Emissione di fotoni di frenamento La decelerazione subita dalle particelle durante gli urti provoca emissione di radiazione elettromagnetica (raggi X)

Interazioni particelle α - materia

Radiazione beta+, β+ Decadimento +: emissione dal nucleo di e+ e  Energia cinetica suddivisa tra e+ e  e+ perde progressivamente propria energia cinetica per ionizzazione ed eccitazione dei tessuti circostanti Quando e+ ha rallentato per perdita di energia cinetica si crea un POSITRONIO, costituito da e+ + e- POSITRONIO ha T1/2 di 10-10s Massa è trasformata in energia con consevazione del momento = 0 ANNICHILAZIONE Risulta in 2 raggi  di energia 511 keV ciascuno emessi in direzione opposta ~180°± 0,6°

Radiobiologia Disciplina multidisciplinare che studia gli effetti delle radiazioni sui sistemi biologici Medicina Fisica Biologia Applicazioni per la salute dell’uomo e dell’ambiente

Attività [A]di una sorgente radioattiva Numero di disintegrazioni per unità di tempo 1 Bq = 1 s-1 1 Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq

Effetti delle radiazioni ionizzanti Gli effetti delle RI si manifestano solo se si verifica una cessione di energia al mezzo attraversato. In particolare il danno subito dai tessuti biologici è in relazione all'energia assorbita per unità di massa

RI rilasciano energia nell’interazione con la materia Determinano Serie di eventi correlati e conseguenti tra loro secondo una precisa scala temporale Alterazioni cellulari aspecifiche rispetto ad altri agenti fisici e chimici

RI rilasciano energia nell’interazione con la materia Evento fisico Ionizzazione ed eccitazione di atomi di molecole biologicamente importanti Alterazioni strutturali di tali molecole che perdono specifiche caratteristiche Evento chimico-fisico Azione diretta Molecole biologicamente importanti alterate Azione indiretta Molecole biologicamente non importanti possono modificare molecole biologicamente importanti diffondendo nell’ambiente

RI rilasciano energia nell’interazione con la materia Produzione di radicali liberi Specie instabili Caratterizzati da elettrone disaccoppiato Altamente reattive Di piccole dimensioni ed elevata mobilità Capaci di reagire con molecole biologicamente importanti alterandone struttura e funzione

Interazione fotoni-materia Evento fisico Attivazione delle molecole di H2O hνH2OH2O°H°+OH° Ionizzazione delle molecole di H2O hνH2OH2O- + H2O+ H2O-  H+ +OH° H2O+  H° +OH- Azione chimica perossidante hνH2O in presenza di O2 HO2° idroperossido O2°- superossido

Evento chimico-fisico: azione diretta Molecole biologicamente importanti alterate

Radiazioni Ionizzanti rilasciano energia nell’interazione con la materia Evento biochimico Alterazione funzionale di macromolecole DNA RNA Proteine Effetto biologico Alterazioni cellulari Effetto tissutale Danno anatomo-funzionale Effetto su organismp Danno acuto e tardivo Effetto sulla popolazione Alterazione del patrimonio genetico ed effetto sulle generazioni successive

Effetti biologici delle radiazioni Danni irreversibili (non riparabili) Rottura della catena Rottura del doppio filamento Rottura cromosomica (RI ad alto LET) Cross-linking Mutazioni puntiformi Alterazioni o sostituzioni di una singola base (RI a basso LET) Cellule somatiche: alterazioni a livello di metabolismo cellulare ( p.es. crescita incontrollata  tumori radioindotti) Cellule germinali (effetti nella progenie)

Effetti biologici delle radiazioni Effetto diretto sui cromosomi Delezione di un frammento Inversione con rotazione a 180° di un frammento Traslocazione scambio di frammenti tra cromosomi differenti

Effetti biologici delle radiazioni Effetto diretto sui cromosomi Aberrazione (es. aberrazione anulare) Cromosoma dicentrico

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Effetti biologici delle RI

Fattori fisici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti Qualità delle radiazioni Relazione dose-effetto Intensità di dose Modalità di somministrazione

Sensibilità alle radiazioni Legge di Bergonié & Tribondeau (1906) Cellule e tessuti diversi hanno livelli di radiosensibilità diversi, maggiore per Cellule con elevata attività proliferativa Minor grado di differenziazione Elevato numero di processi mitotici prima della completa differenziazione

Scala di radiosensibilità Classi Apparato emolinfopoietico Gonadi maschili e femminili Epitelio del cristallino Epitelio gastrointestinale Epidermide Altri epiteli Parenchimi Endoteli Connettivo Tessuto osseo Tessuto muscolare Tessuto nervoso

Radiosensibilità Intrinseca Reale DNA, membrana cellulare, organelli etc Reale Funzione di condizioni fisiologiche, patologiche, microambientali al momento dell’esposizione Attività proliferativa Età Embrione>Feto>Bambino>Adulto Fase del ciclo cellulare G2/M >G1/G0 – Stardiva > Sprecoce

Qualità delle radiazioni Trasferimento Lineare di Energia (LET) Efficacia Biologica Relativa (RBE)

LET: linear energy transfer Rapporto tra energia rilasciata dalla RI nel percorrere una certa distanza e la distanza percorsa nella materia Unità tradizionali 1 keV/μm = 1.60 x 10-10 J/m Unità SI 1 J/m = 6.25 x 109 keV/μm è funzione delle caratteristiche fisiche della radiazione, massa e carica Le radiazioni α e neutroni sono ad alto LET, altamente ionizzanti Hanno una maggiore probabilità di produrre interazioni mentre attraversano la materia Protoni da 3 MeV ~ 10 keV/μm Particelle α da 5.3 MeV ~ 40 keV/μm Le radiazioni elettromagnetiche (X e γ) e particelle b sono a basso LET Producono poche e sparse interazioni con la materia vivente Fotoni X da 200 keV ~ 1,7 keV/μm

LET, Linear Energy Transfer Tiene conto della distribuzione spaziale dell’energia dissipata dalla particella carica iniziale nel tratto l in collisioni che comportano trasferimenti di energia < di un prefissato Δ (eV), considerati come energia ceduta localmente al mezzo Dimensione: J x m-1 keV x m-1

LET, Linear Energy Transfer

LET: linear energy transfer Piu’ alto il LET di una radiazione, maggiore la probabilità di conseguenze biologiche TIPO DI RADIAZIONE LET (keV/m) 60Co 0.3 Raggi X 200 keV 2.5 Elettroni 1 MeV 0.2 100 keV 0.5 10 keV 2 1 keV 10 Protoni 10 MeV 4.0 2 MeV 17.0 Neutroni 2.5 MeV 15-80 14.1 MeV 3-30 Particelle a 5meV 90.0 Nuclei pesanti 1000.0

LET: linear energy transfer

LET: linear energy transfer

RBE: Efficacia biologica relativa Rapporto tra due dosi di radiazioni ionizzanti diverse che provocano lo stesso effetto La radiazione di riferimento è rappresentata da fotoni X da 1000 KV EBR = 1 Fotoni X, Fotoni γ, particelle β-, elettroni accelerati EBR = 5-20 neutroni, particelle α

Efficacia biologica relativa (RBE) RBE(A)  Driferimento/DA Quantifica l’influenza del LET sulla frequenza o gravità degli effetti biologici Driferimento = dose assorbita della RI di riferimento (radiazione γ del 60Co / fotoni X da 1000 KV) necessaria per produrre un effetto biologico specifico, quantitativamente espresso DA = dose assorbita della RIA necessaria per produrre la stessa frequenza e gravità dello stesso effetto biologico specifico

Efficacia biologica relativa (RBE) RBE(A)  Driferimento/DA Quantifica l’influenza del LET sulla frequenza o gravità degli effetti biologici ESEMPIO Se irradiamo cellule con raggi x da 250 keV, ci vogliono 300 rad per indurre apoptosi Se le stesse cellule vengono irradiate con nuclei pesanti, bastano 100 rad per ottenerne l’apoptosi RB nuclei pesanti = 300 rad/ 100 rad = 3

Efficacia biologica relativa (RBE) LET e RBE sono direttamente correlati Radiazioni a basso LET hanno bassa RBE e viceversa Raggi X usati in diagnostica hanno RBE 1

Interazioni radiazioni-materia Gli effetti delle RI si manifestano soltanto se si verifica una cessione di energia al mezzo attraversato In particolare il danno subito dai tessuti biologici è in relazione all'energia assorbita per unità di massa

Unità di misura delle radiazioni Esposizione nell’aria Unità tradizionali Roentgen (R) Quantità di raggi x e  <3 MeV in grado di produrre nell’aria ioni che trasportano 1 unità elettrostatica di carica elettrica positiva o negativa in 1 cm3 di aria secca a 0° 760 mmHg (= 0,001293 g) Misura della quantità di ionizzazione nell’aria (numero di elettroni rimossi dagli atomi) prodotta da raggi X e  Unità SI (Système International) Coulombs/Kg (C/Kg) Misura della carica (numero di elettroni) che si muovono lungo un conduttore per una corrente di 1 Ampere in 1 sec per Kg di aria 1 R = 2,58 x 104 C/kg

Dose assorbita [D] Energia media ceduta dalla radiazione in un volume di massa m Gy (Gray) 1 Gy = 1 J x kg-1 = 100 rad Il potenziale danno biologico è funzione della dose assorbita

Intensità o rateo di dose assorbita [D’] Energia media ceduta dalla radiazione in un certo volume di massa m nell’unità di tempo Gy (Gray) x s-1 1 Gy = 1 J x kg-1 = 100 rad

Dose assorbita [D] Riveste ruolo di grande rilievo nella valutazione degli effetti indotti dalle radiazioni Non è in grado di darne una completa interpretazione quantitativa Non è in grado di tener conto della diversità degli effetti indotti a parità di dose assorbita da radiazioni incidenti diverse

Dose equivalente [H] Tiene conto della diversa qualità delle radiazioni H = D Q Q fattore di qualità della radiazione, definito in funzione del LET in acqua della radiazione considerata Sv (Sievert) 1 Sv = 1 J x kg-1

Dose equivalente [H] Fotoni, raggi γ, elettroni Q = 1 Protoni Q = 1-1,2 Neutroni Q = 5-20 Particelle α, ioni con Z>2 Q = 20

Dose efficace [E] Tiene conto anche della diversa sensibilità dei diversi tessuti e organi rispetto alle radiazioni E = H w W = weighting factor, fattore di peso o di ponderazionedell’organo o tessuto Sv (Sievert) 1 Sv = 1 J x kg-1

Dose efficace [E] Stima del rischio stocastico globale di cancro e difetti genetici di una determinata irradiazione del corpo totale, di una parte del corpo o di uno o più organi Non si applica alle esposizioni elevate

Dose efficace totale al corpo [E] E = Σi Hi wi Somma delle dosi equivalenti medie nei diversi organi e tessuti, Hi, ciascuna moltiplicata per un fattore di ponderazione, Wi, che tiene conto della diversa radiosensibilità dei diversi organi e tessuti del corpo umano irraggiati per gli effetti stocastici I fattori di peso sono normalizzati La loro sommatoria non può essere >1

Dose Efficace Grandezza radioprotezionistica Correla in modo appropriato con l’insorgenza di effetti STOCASTICI a carico dei soggetti irradiati Correlazione con effetti STOCASTICI è ritenuta NULLA solo in presenza di E = 0 (ICRP) Deve essere mantenuta quanto più bassa ragionevolmente possibile (ALARA) Ottimizzazione della RADIOPROTEZIONE

Dose equivalente impegnata Dose equivalente ricevuta da un organo o tessuto quando si verifica contaminazione interna (introduzione di radionuclidi nel corpo umano), tenendo conto che l'irraggiamento si protrarrà fin quando il radionuclide introdotto è presente nel corpo

Unità di misura delle radiazioni convenzionali A Fattore di conversione B Unità SI C Roentgen 2.58 x104 Coulomb/kg Rad 0.01 Gray Rem Sievert Curie 3.7 x1010 Becquerel C = A x B A = C : B

Unità di misura delle radiazioni Fattore di moltiplicazione Potenza di 10 Fattore di moltiplicazione Simbolo Prefisso 106 1.000.000 M Mega 103 1000 k chilo 10-3 0,001 m milli 10-6 0,000001  micro 10-9 0,000000001 n nano

Relazione dose-effetto Dose di RI assorbita dalle cellule è il principale fattore fisico in grado di modificare la risposta

Relazione dose-effetto Dosi della stessa entità somministrate in tempi di durata differente provocano effetti biologici diversi Esposizione a RI  riparazione endocellulare ripopolazione  limitazione della gravità del danno Dose somministrata nell’unità di tempo Effetto di dose erogato in breve intervallo di tempo >> Effetto della stessa dose proveniente dal fondo naturale e/o dall’attività professionale accumulata durante tutta la vita

Fattori chimici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti Effetto ossigeno La presenza nel sistema al momento dell’esposizione alle RI influenza l’effetto modificando la risposta cellulare Provoca formazione di radicali liberi

Fattori chimici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti OER Oxigen Enhancement Ratio Misura l’incremento di effetto dovuto a O2 Ha importanza per RI a basso LET (OER = 2.5-3)

Modalità di somministrazione Acuta (con dosi elevate) incidenti a reattori nucleari Frazionata Principale modalità di trattamento con RI delle neoplasie maligne Cronica Soggetti professionalmente esposti Popolazioni esposte a fondo naturale elevato Particolarmente importante nelle applicazioni cliniche

Modalità di somministrazione 30-100 Triliardi di Cellule (a Rischio) Differenti Istotipi Differenti Cicli Cellulari Differenti Bersagli Cellulari LD/50 = 4 Gy 4 Gy = 67 calorie 67 calorie = 3 ml di caffé a 60°C

Modalità di somministrazione Frazionamento della dose Particolarmente importante per ottenere alta probabilità di successo nel trattamento con RI delle neoplasie maligne Somministrare dose elevata Non tollerata dai tessuti sani compresi nel volume da irradiare Provocare danni parziali con somministrazioni frazionate Riparazione più efficace dei tessuti normali, meno radiosensibili rispetto ai tessuti neoplastici

Modalità di somministrazione Frazionamento della dose Dose totale suddivisa in frazioni da somministrare ad intervalli prestabiliti Effetto globale diluito Dopo ogni frazione Cellule radiosensibili  danno irreversibile Cellule con danno subletale  Attivano meccanismi di riparazione Cellule non danneggiate o che hanno riparato il danno e ripreso il ciclo cellulare  Proliferano

Effetti tardivi delle RI Effetti somatici Effetti genetici Effetti teratogeni Effetti deterministici Effetti stocastici

Danni da radiazioni ionizzanti nei lavoratori della sanità Danno deterministico Legato all’eventualità di situazioni incidentali Non fa parte della routine quotidiana Danno stocastico Può manifestarsi anche per esposizioni a basse dosi Oggetto di interesse prevalente nella sorveglianza medica della radioprotezione

Danni deterministici da RI non casuali/graduali Prevedibili Ad una certa dose di esposizione corrisponde sicuramente l’insorgenza di un certo numero di effetti nell’individuo esposto Comparsa/Frequenza Individuabile una dose-soglia Relazione tra dose ed effetto non è lineare ma sigmoide Dipende da Tipo e qualità della RI Fattore di protrazione della dose Tessuto ed organo irradiato Variabilità individuale Solo sugli esposti Su tutti gli esposti alla stessa dose

Danni deterministici da RI non casuali/graduali Gravità Varia con la dose (elevata) Funzione del volume di tessuto irradiato (danno policitico) Periodo di latenza dall’irradiazione Solitamente breve Lesioni Potenzialmente reversibili (entro certi limiti) Non tipiche delle radiazioni ionizzanti Relativamente specifiche

Danni deterministici somatici da RI non casuali/graduali Sindrome acuta da irradiazione Radiodermiti Cataratta Infertilità Aplasia midollare Altri

Dose soglia indicativa per danni deterministici somatici da RI Dose soglia (Gy) Effetto 0.10 Danni embrionali 0.25 Manifestazioni ematologiche 0.30 Sterilità transitoria 0.75 Malattia da raggi 1.00 Sindrome emopoietica (panirradiazione) 1.0-2.0 Cataratta 3.0 Eritema semplice 4.0 Dose letale media al 50% 5.0 Sindrome gastroenterica (panirradiazione) 20.0 Sindrome cerebrale

Effetto acuto delle RI sui tessuti Sindromi da pan-irradiazione Dose assorbita Volume corporeo irradiato  Determinano le manifestazioni cliniche Precocità di comparsa Gravità Durata della sindrome

Sindromi da pan-irradiazione Sindrome gastrointestinale 300 – 450 rad Sindrome midollare 400 - 1000 rad Sindrome cerebrale 2000 rad

Rapporto Dose / Effetto DANNI DA RADIAZIONI Rapporto Dose / Effetto Irraggiamento esterno totale acuto Dose di 600 Rad letale nel 100% dei soggetti esposti, entro 30 giorni Dose di 450 Rad letale nel 50% dei soggetti esposti, entro 30 giorni Dose di 250 Rad letale nel 5 - 10% dei soggetti esposti, entro 30 giorni

Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto MALE DA RAGGI Fase prodromica di reazione (1 - 2 ore di incubazione, disturbi gastroenterici). Fase di remissione (7 - 14 giorni, sofferenza gastro-enterica, tessuto emopoietico e midollo osseo). Fase agranulocitica-emorragica (vomito violento, melena, ipertermia, petecchie cutanee, ematemesi, granulopenia,piastrinopenia, VES>>)

Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto MALE DA RAGGI Fase settica: marcata granulopenia con batteriemia, immunodeficienza, diminuite resistenze organiche, exitus tra la 2° e la 12° settimana Fase anemica: dal 3° mese dopo l’irraggiamento, anemia Fase di convalescenza

Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto Dopo 10 - 20 anni aumento di incidenza di neoplasie maligne cute: carcinomi e sarcomi scheletro: osteosarcomi organi emopoietici: linfosarcomi, neoplasie della tiroide, ovaio, mammella e polmone

Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto Dopo 7 - 10 anni aumento di incidenza per i radioesposti LEUCEMIA nelle forme mieloidi acute e croniche

Effetti tardivi “stocastici” delle RI L’effetto tardivo si manifesta come incremento statisticamente significativo dell’incidenza naturale Manca un effetto specifico Probabilità dell’effetto di manifestarsi – e non la gravità – è in funzione della dose cui i soggetti sono stati esposti Danno genetico Carcinogenesi

Effetti tardivi “stocastici” delle RI Somatici Tumori solidi Leucemie Genetici: Mutazione, aberrazioni cromosomiche in una cellula sessuale, ovocita o spermatozoo Si manifestano nella progenie di 1° - 2° -3° generazione degli individui irradiati

Danni stocastici da radiazioni

Coefficienti nominali di rischio per effetti stocastici (ICRP60/1990) Popolazione esposta Neoplasie maligne fatali NON fatali Effetti Ereditari gravi Totale Lavoratori Adulti 4.0*10-2 Sv-1 0.8*10-2 Sv-1 5.6*10-2 Sv-1 0.056 * Sv-1 0.000056 * mSv-1 generale 5.0*10-2 Sv-1 1.0*10-2 Sv-1 1.3*10-2 Sv-1 7.3*10-2 Sv-1 0.073 * Sv-1 0.000073 * mSv-1 Lavoratore che ha assorbito per 50 anni 20 mSv/anno (1 Sv)  Ha probabilità di danni gravi: 0.056 Sv-1 * 50 a * 0.020 Sv/a = 0.056 = 5.6% Lavoratore che ha assorbito per 50 anni 1 mSv/anno (50 mSv)  Ha probabilità di danni gravi: 0.056 Sv-1 * 50 a * 0.001 Sv/a = 0.0028 = 0.3%

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA RADIOPROTEZIONE Nessuna esposizione alle RI, per quanto modesta, può essere considerata completamente sicura

Normativa in tema di radiazioni ionizzanti 19 set 1994 D.Lgs. 626/1994 Miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro 1 gen 1996 D.Lgs. 230/1995 modificato da D.Lgs. 241/2000 modificato da D.Lgs. 257/2001 D.Lgs. 187/2000 entrati in vigore da 1 gen 2001 Specifici al rischio da impiego delle RI, finalizzati a Prevenzione dei possibili danni per i Lavoratori addetti all’impiego delle RI Prevenzione dei possibili danni per i Pazienti che si sottopongono ad esami e terapie con uso di RI Prevenzione dei possibili danni per la Popolazione, derivanti dalla introduzione ed uso di una pratica facente uso di RI

Organizzazioni Internazionali coinvolte nella protezione radiologica International Commission on Radiological Protection (ICRP) 1928 Esperti in RI e radioprotezione Raccomandazioni di natura generale Comitato Scientifico dell’ONU sugli effetti delle radiazioni atomiche (UNSCEAR) 1956 Rischi da fallout nucleare Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO) Fondo Mondiale per l’Agricoltura (FAO) Organizzazione Mondiale per la Meteorologia (WMO) Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (IAEA) Organizzazione Internazionale per il Lavoro (ILO)

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Gli organi competenti variano a seconda della tipologia e quantità di sorgenti detenute: Ministero dell’Industria Prefetto ASL Ispettorato del lavoro ARPA Vigili del fuoco

Organizzazione Aziendale nella tutela della salute degli esposti a RI Assunzione di precise responsabilità da parte di Datore di Lavoro, che esercisce Direttore Generale / Rettore Direttore di Presidio Ospedaliero, Distretto, Dipartimento Dirigenti, che dirigono Direttori di II livello o espressamente nominati con delibera Preposti, che sovrintendono le attività disciplinate dal decreto Dirigente Medico, Caposala, Capotecnico, o altre figure espressamente nominate con delibera Lavoratori

Nell'ambito delle rispettive attribuzioni e competenze Organizzazione Aziendale nella tutela della salute degli esposti a RI D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Nell'ambito delle rispettive attribuzioni e competenze Valutare i rischi Attuare le cautele di protezione e di sicurezza previste dalla legge e dai provvedimenti emanati per applicarla Proporre soluzioni con l’obiettivo di ridurre o eliminare il rischio Provvedere affinché i singoli lavoratori Osservino le norme interne,le modalità di esecuzione del lavoro, di protezione e di sicurezza previste Usino i mezzi di protezione

A L A R A D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 Comma 3. Qualsiasi pratica deve essere svolta in modo da mantenere l’esposizione al livello più basso ragionevolmente ottenibile, tenuto conto dei fattori economici e sociali A L A R A

(International Commission on Radiological Protection) Normativa in tema di RI ICRP (International Commission on Radiological Protection) Raccomanda un sistema di protezione protezione dalle RI basato su tre principi fondamentali: Giustificazione della pratica Tutte le attività che comportano esposizioni a RI devono essere giustificate Devono rappresentare un beneficio netto e positivo Ottimizzazione della protezione Le esposizioni a RI devono essere mantenute al livello ALARA Limitazione delle dosi L’esposizione del lavoratore non può superare annualmente un limite di dose fissato per legge in accordo con il principio di ottimizzazione Comunque si dovrà agire affinché la dose assorbita risulti ALARA

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Prevenzione dei danni deterministici e limitazione degli eventi stocastici  obiettivi del sistema di protezione dalle RI demandati a organizzazione della radioprotezione alle azioni della sorveglianza fisica e medica

Figure coinvolte nel sistema di prevenzione e protezione dei lavoratori esposti esposti a RI Esperto Qualificato / Fisico Specialista Medico Competente /Medico Autorizzato Responsabile di Apparecchiature Radiologiche di Radiologia,. Radioterapia, Medicina Nucleare (individuati con Delibera del DG) Responsabile del Servizio di Prevenzione e Protezione Ingegnere Clinico Rappresentante dei Lavoratori per la Sicurezza

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Sorveglianza fisica tramite la figura dell'esperto qualificato che possiede le cognizioni e l'addestramento necessari per Misurare le radiazioni ionizzanti Assicurare l'esatto funzionamento dei dispositivi di protezione Dare le istruzioni e le prescrizioni necessarie a garantire la sorveglianza fisica della radioprotezione Valutare le dosi assorbite dai lavoratori Monitorare il rispetto delle procedure stabilite Avvalersi per la gestione corrente della collaborazione di Preposti scelti tra il personale con specifica esperienza

Preliminare classificazione di radioprotezione Obblighi del Datore di Lavoro, dei Dirigenti e Preposti D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230, a Preliminare classificazione di radioprotezione Operazione indispensabile per la corretta programmazione delle azioni di radioprotezione Prima di adibire il personale alle attività con rischio da radiazioni Provvedere affinché gli ambienti di lavoro in cui sussista un rischio da RI vengano delimitati, segnalati, classificati in zone l'accesso ad essi sia adeguatamente regolamentato

D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 CLASSIFICAZIONE DELLE AREE Zona interdetta Zona controllata Zona sorvegliata

CLASSIFICAZIONE DELLE AREE D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 CLASSIFICAZIONE DELLE AREE Zona interdetta Area nella quale i ratei di dose possono raggiungere valori elevati Necessario Istituire procedure di accesso e di ronda Installare dei sistemi di sicurezza Impedire al personale di trovarsi al loro interno durante il funzionamento e/o irraggiamento

CLASSIFICAZIONE DELLE AREE D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 CLASSIFICAZIONE DELLE AREE Zona controllata Ogni area di lavoro in cui, ove sussista, sulla base degli accertamenti compiuti dall'Esperto Qualificato, per i lavoratori ivi operanti il rischio di superamento in un anno di uno qualsiasi dei seguenti valori 6 mSv per esposizione globale ovvero 45 mSv per il cristallino 150 mSv per la pelle 150 mSv per le estremità

CLASSIFICAZIONE DELLE AREE D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 CLASSIFICAZIONE DELLE AREE Zona sorvegliata ogni area di lavoro, non classificata zona controllata, ove sussista, sulla base degli accertamenti compiuti dall'Esperto Qualificato, per i lavoratori ivi operanti il rischio di superamento in un anno di uno qualsiasi dei seguenti valori 1 mSv per esposizione globale ovvero 15 mSv per il cristallino 50 mSv per la pelle 50 mSv per le estremità

CLASSIFICAZIONE DELLE AREE D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 CLASSIFICAZIONE DELLE AREE L'esperto qualificato deve tener conto anche delle esposizioni potenziali conseguenti a eventi anomali e a malfunzionamenti che siano suscettibili di aumentare le dosi derivanti dalla normale attività lavorativa programmata

Le zone interdette, controllate, sorvegliate sono segnalate Obblighi del Datore di Lavoro, dei Dirigenti e Preposti D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230, g Le zone interdette, controllate, sorvegliate sono segnalate Mediante idonei cartelli di segnalazione in corrispondenza degli accessi che indichino il tipo di zona la natura delle sorgenti i relativi tipi di rischio Mediante appositi contrassegni le sorgenti di RI, fatta eccezione per quelle non sigillate in corso di manipolazione

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Sorveglianza medica tramite la figura del medico addetto alla sorveglianza medica (medico autorizzato, medico competente)

D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2 Comma 4. La somma delle dosi derivanti da tutte le pratiche non deve superare i limiti di dose stabiliti per i lavoratori esposti, gli apprendisti, gli studenti e gli individui della popolazione

LAVORATORI D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 D. Lgs. n.241/2000 PERSONE Individui della popolazione (persone del pubblico) Allegato IV, paragrafi 7, 8 e 9 LAVORATORI Lavoratori non esposti Allegato III, paragrafo 1.2. I lavoratori che non sono suscettibili di una esposizione alle radiazioni ionizzanti superiore a detti limiti sono da classificarsi lavoratori non esposti Lavoratori esposti Allegato III, paragrafo 1.1. Chiunque sia suscettibile, durante l’attivita’ lavorativa, di una esposizione alle radiazioni ionizzanti superiore a uno qualsiasi dei limiti fissati per le persone del pubblico Lavoratori esposti di categoria A Allegato III, paragrafo 3.1. Lavoratori esposti di categoria B Allegato III, paragrafo 3.2.

HPelle,mani,estremità <50 Categoria A >6 - ≤20 HCristallino ≤150 PERSONALE Dose Efficace E mSv/anno Dose Equivalente HT Popolazione <1 HCristallino <15 HPelle,mani,estremità <50 Categoria A >6 - ≤20 HCristallino ≤150 HPelle,mani,estremità ≤500 Categoria B ≤6 HCristallino ≤45 HPelle,mani,estremità ≤150 Apprendisti, Studenti Ecc.: 16-18 anni Ecc.: >18 anni Cat. A o Cat. B Lavoratrici gestanti Al feto <1 Non possono lavorare in zone segnalate come controllate o sorvegliate durante l’impiego di RI Lavoratrici che allattano al seno Non possono svolgere attività con rischio di contaminazione Non possono lavorare in MN e RT

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Per i lavoratori di categoria A sono previste la sorveglianza fisica individuale, mediante uno o più apparecchi di misura individuali la sorveglianza medica, con frequenza semestrale dei controlli, effettuata da parte del medico autorizzato

Obblighi del Datore di Lavoro D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Per i lavoratori di categoria B sono previste la sorveglianza fisica individuale può essere eseguita sulla scorta dei risultati della sorveglianza fisica ambientale la sorveglianza medica, con frequenza annuale dei controlli, effettuata da parte del medico autorizzato o dal medico competente

Giudizio di idoneità al lavoro con RI Al termine degli accertamenti sanitari è formulato dal medico autorizzato Idoneità Non idoneità Idoneità con prescrizioni Obbligo di utilizzo di dispositivi di protezione individuali Riduzione del limite di esposizione annuale  dose personalizzata Limite proporzionalmete ridotto in base all’aumento del rischio di sviluppare neoplasie (per cause diverse dall’esposizione a RI = familiarità, pregresse patologie, stili di vita)

Organizzazione del Lavoro D.Lgs. 626/1994 Art. 3 Misure generali di tutela Misure relative alla sicurezza, all’igiene ed alla salute durante il lavoro non devono in nessun caso comportare oneri finanziari per il lavoratore

Organizzazione del Lavoro D.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei Lavoratori Ciascun lavoratore deve prendersi cura della propria sicurezza e della propria salute di quella delle altre persone presenti sul luogo di lavoro, su cui possano ricadere gli effetti delle sue azioni od omissioni, conformemente alla sua formazione alle istruzioni ai mezzi forniti dal datore di lavoro

Organizzazione del Lavoro D.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei Lavoratori Osservano le disposizioni e le istruzioni impartite dal Datore di lavoro, dai Dirigenti, dai Preposti ai fini della protezione collettiva ed individuale Utilizzano correttamente macchinari, apparecchiature, utensili, sostanze e preparati pericolosi, attrezzature di lavoro dispositivi di sicurezza Utilizzano in modo appropriato dispositivi di protezione messi a loro disposizione Segnalano immediatamente al Datore di lavoro, ai Dirigenti, ai Preposti deficienze dei mezzi e dispositivi eventuali condizioni di pericolo di cui vengono a conoscenza

Organizzazione del Lavoro D.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei Lavoratori Non rimuovono o modificano senza autorizzazione i dispositivi di sicurezza, di segnalazione, di controllo Non compiono di propria iniziativa operazioni o manovre non di loro competenza che possono compromettere la sicurezza propria o di altri lavoratori Si sottopongono ai controlli sanitari previsti nei loro confronti Si adoperano direttamente in caso di urgenza nell’ambito delle competenze e possibilità a Ridurre deficienze o pericoli Dandone notizia ai rappresentanti dei lavoratori per la sicurezza

Organizzazione del Lavoro D.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei Lavoratori Contribuiscono insieme al Datore di lavoro, ai Dirigenti, ai Preposti all’adempimento di tutti gli obblighi imposti dall’autorità competente comunque necessari per tutelare la sicurezza e la salute dei lavoratori durante il lavoro

Protezione dalle radiazioni ionizzanti Rischio da irraggiamento esterno Tempo Distanza Barriere Norme di radioprotezione

Ottimizzare (MINIMIZZARE) il tempo dell’esposizione Il tempo (durata) determina in maniera lineare, a parita’ di condizioni di esposizione, l’intensita’ dell’esposizione e di conseguenza il rischio Raddoppiare il tempo di esposizione raddoppia la dose assorbita Dimezzare il tempo di esposizione dimezza la dose assorbita

Radioprotezione: Tempo Ridurre il tempo di esposizione Manipolazioni di sorgenti radioattive e soste in aree calde dovrebbero essere “veloci”, compatibilmente con l’attività da svolgere Per ridurre l’esposizione alle radiazioni al tempo minimo indispensabile si richiede una minuziosa programmazione del lavoro

Radioprotezione: Distanza 2 x Distanza = 1/4 dose 3 x Distanza = 1/9 dose

Radioprotezione: Distanza Legge dell’inverso del quadrato La distanza è il metodo più efficace per ridurre l’esposizione alle radiazioni ionizzanti Legge dell’inverso del quadrato valida per il raggio primario ma non per la radiazione secondaria scatter = L’intensità della radiazione varia con l’inverso del quadrato della distanza rispetto al punto di emissione I1 / I2 = D22 / D12

Radioprotezione: Distanza Legge dell’inverso del quadrato della distanza

Radioprotezione: Distanza Legge dell’inverso del quadrato della distanza Distanza massima dalle sorgenti radioattive Utilizzo di pinze (emettitori β come 90Y) Carrelli per trasporto

Radioprotezione: Barriere Schermature

Rivelazione delle radiazioni ionizzanti Misura di una grandezza Carica Corrente elettrica Calore Luce Effetto chimico Opacizzaizone di sostanza trasparente Trasformazione in un diverso tipo di radiazione influenzata dall’interazione della radiazione con il rivelatore

Rivelazione delle radiazioni ionizzanti Principi fisici più utilizzati Ionizzazione di un gas Scintillazione indotta in un materiale organico o inorganico Produzione di coppie elettrone-lacuna in un semiconduttore

Rivelatori a ionizzazione Ionizzazione prodotta in un gas dall’energia ceduta dalla radiazione Il numero di coppie elettrone-ione positivo che si formano è proporzionale all’energia depositata dalla radiazione W, potenziale di ionizzazione, costante di proporzionalità dipende dal tipo di gas ed è maggiore della corrispondente energia di legame Parte dell’energia depositata è impiegata in processi di eccitazione n = E / W

Rivelatori a ionizzazione L’applicazione di un campo elettrico provoca l’accelerazione degli elettroni e degli ioni positivi lungo le linee di forza del campo elettrico, rispettivamente, verso l’anodo e verso il catodo L’accelerazione si interrompe per gli urti con le molecole del gas quando è raggiunta la velocità massima di deriva.

Rivelatori a ionizzazione A seconda dell’entità del campo elettrico applicato si suddividono in zone di lavoro A = piccolo campo elettrico  intenso processo di ricombinazione delle coppie elettrone-ione positivonon tutte le cariche prodotte sono raccolte B regione di saturazione o di camera a ionizzazione = campo elettrico applicato è sufficiente per raccogliere tutte ( esoltanto) le coppie elettrone-ione positivo generate dalla ionizzazione

Rivelatori a ionizzazione C e D contatori proporzionali = campo elettrico sufficientemente intenso da far acquistare agli elettroni primari energia cinetica sufficiente a ionizzare gli atomi del gas  moltiplicazione a valanga di ioni a forma di goccia determinata dalla diversa mobilità degli elettroni e ioni positivi La ionizzazione secondaria è strettamente dipendente da quella primaria

Rivelatori a ionizzazione E contatori Geiger-Műller = campo elettrico molto elevato (>contatori proporzionali) pochi elettroni in moto verso l’anodo provocano scarica intensa indipendente dall’energiareazione a catena di valanghe

Contatore Geiger-Műller Oltre alla ionizzazione si verificano fenomeni di eccitazione molecolare con emissione di fotoni nella banda di frequenza dell’UV e del visibile da de-eccitazione  Una piccola parte di tali fotoni induce emissione di fotoelettroni che generano nuova ionizzazione per moltiplicazione a valanga La scarica è spenta dalla presenza di un quenching gas che assorbe i fotoni nell’UV e visibile

Contatore Geiger-Műller Dispositivo per il conteggio di particelle cariche (α, β, protoni…) e con opportuno convertitore anche di R. indirettamente I. Consiste di un CATODO metallico cilindrico di 1-10 cm di Ø e una lunghezza 2-10 volte maggiore, contenente un gas rarefatto Filo conduttore isolato, COLLETTORE, cui è applicata una differenza di potenziale prossima a quella di scarica (~800 V)

Contatore Geiger-Műller Quando una R.I. attraversa il tubo, determina una breve scarica elettrica, indipendente dalla radiazione prodotta Basta una sola coppia primaria a dar luogo a una scarica a valanga completa L’impulso elettrico rilevato al passaggio di una R.I. è indipendente dalla radiazione prodotta Non permette di riconoscere il tipo di R.I. e di misurarne l’energia È utilizzabile solo come contatore di radiazione ed è il più utile strumento di misura delle particelle β e dei fotoni γ Non necessita come altri contatori di schermature o isolamento

Rivelatori a ionizzazione F = ulteriore incremento della tensione non permette nessuna rivelazione avviene una scarica in presenza ma anche in assenza di radiazione

Penna dosimetrica / Stilodosimetro Piccola camera a ionizzazione a forma di penna stilografica per il controllo dosimetrico personale Volume sensibile ~2 cm2 Intervallo di misura da decina di mR a qualche R Si carica preventivamente e si misura la variazione di tensione tra gli elettrodi dovuta alla scarica per il passaggio della R.I. A lettura diretta Si osserva su un quadrante a retroilluminazione incluso nello strumento lo spostamento del filo di un elettrometro A lettura indiretta Carica immagazzinata residua è misurata con un lettore esterno

Dosimetri A film (pellicola fotografica) A termoluminescenza (TLD)

Dosimetri a film (pellicola fotografica) L’annerimento della pellicola provocato dall’assorbimento delle R.I. è messo in relazione alla dose assorbita dalla pellicola, mediante opportuna taratura

Dosimetri a film (pellicola fotografica)

Dosimetri a termoluminescenza (TLD) Si basano sulle proprietà di cristalli (Ca2F, LiF) di emettere luce se riscaldate dopo aver subito irraggiamento con R.I. L’intensità di luce emessa è proporzionale alla dose assorbita

Dosimetri a termoluminescenza (TLD) La R.I. produce nel cristallo elettroni liberi Alcuni elettroni possono essere catturati per tempi più o meno lunghi da atomi di impurezze o difetti presenti nel reticolo cristallino solido (trappole) Il riscaldamento del cristallo fa acquistare agli elettroni intrappolati energia sufficiente per uscire dalle trappole e ritornare nelle loro posizioni originarie  produce emissione di luce

Dosimetri a termoluminescenza (TLD) Emissione luminosa glow curve composta da un insieme di picchi, ognuno dei quali corrisponde a un determinato livello di intrappolamento

Dosimetri a termoluminescenza (TLD) Materiali solidi e di piccole dimensioni (4 x 4 x 1 mm) rispondono alla R.I. nello stesso modo del tessuto biologico Risposta indipendente da angolo di incidenza della R.I. indipendente da rateo di dose lineare in zona di dose assorbita (da pochi mGy a decine di Gy) Fading, perdita di informazione a temperatura ambiente nell’intervallo tra irraggiamento e lettura è trascurabile Lettura è automatizzata

Contatore Geiger-Műller