Radiazioni - SPETTRO ELETTROMAGNETICO- Microonde Visibile Infrarosso Ultravioletto ELF Radiofrequenze Radiazioni ionizzanti _______|__________|___________|___________|____________|__________|________ 106 m 103 m 1 m 1 mm 103nm 102nm Lunghezza d’onda 3 x 102 3 x 105 3 x 108 3 x 1011 3 x 1014 3 x 1015 Frequenza (Hz) 1,24 x 10-12 1,24 x 10-9 1,24 x 10-6 1,24 x 10-3 1,24 12,4 Energia del fotone(eV)

Radiazioni ionizzanti Con il termine "radiazione" indichiamo una grande quantità di meccanismi di trasferimento di energia (radiazioni luminose, radiazioni elettromagnetiche, ecc.); la caratteristica principale delle "radiazioni ionizzanti" è quella appunto di produrre fenomeni di ionizzazione. In pratica, nell'attraversare la materia, queste radiazioni sono caratterizzate da un trasferimento di energia in forma di particelle o onde elettromagnetiche con lunghezza di onda non superiore a 100 nm o con frequenza non minore di 3.10alla -15 HZ in grado di produrre ioni direttamente o indirettamente.

unità di (1) L'energia delle radiazioni ionizzanti si misura in elettronvolt . Per produrre una coppia di ioni in aria occorrono mediamente 34 eV . Altre volte, se l'energia non è sufficiente, si produce una eccitazione, cioè lo spostamento di un elettrone, sempre entro l'atomo, verso livelli energetici superiori. Per comprendere insieme e quantificare gli eventi di eccitazione e ionizzazione è stato coniato il LET o trasferimento lineare di energia, esso esprime l'energia ceduta in keV per micron di percorso. Per efficacia biologica relativa (EBR) si intende la capacità dei vari tipi di radiazioni ionizzanti di produrre danni nella materia vivente. Fino a certi valori la EBR cresce con il crescere del LET.

Unità di misura (2) Lo studio delle radiazioni ionizzanti e in particolare dei loro effetti ha reso necessaria l'introduzione di opportune unità di misura. Per dovere di cronaca conviene citare innanzitutto il roentgen, un’unità in uso nel passato che rappresenta il punto di riferimento per le unità più moderne. - Esposizione: Roentgen (R) = quantità di radiazione X o gamma tale che l’emissione corpuscolare ad essa associata in un di aria (0,001293 g) produce ioni trasportanti l’unità di carica elettrostatica (il coulomb) di entrambi i segni. - Attività: Bequerel (Bq) = 1 disintegrazione al secondo. E’ l’unità di misura dell’attività dei radionuclidi. Precedentemente veniva usato il Curie (Ci): 1 Ci = 3.7 x Bq. - Dose assorbita: Gray (Gy) = assorbimento di 1 J di energia radiante per kg di materia (1J x ). La precedente unità di misura era il rad: 1 Gy = 100 rad . - Dose equivalente: Sievert (Sv) = conversione del Gy per l’uomo; spesso è uguale al Gy, altre volte, per radiazioni ad alto LET, è superiore. La vecchia unità di misura era il rem: 1 Sv = 100 rem . Per meglio quantificare queste unità di misura è utile qualche esempio: 1 radiografia del torace = 1 mGy; 1 esame completo del digerente = 10 - 20 mGy. Il fondo naturale delle radiazioni è di circa 2 mGy all’anno.

Tipi di radiazioni . I principali tipi di radiazioni ionizzanti sono i seguenti: - Particelle alfa: sono composte da 2 neutroni e due protoni, in pratica sono nuclei di elio (hanno quindi una carica positiva pari a e una massa pari a 4 u.m.a. circa); sono caratterizzate da un alto LET e da un corto percorso (pochi cm in aria, pochi micron nel tessuto vivente). - Particelle beta (elettroni): sono elettroni emessi da un nucleo per trasformazione di un neutrone in un protone oppure mediante un'emissione di un elettrone da un'orbita esterna. Le interazioni con la materia sono simili a quelle delle alfa; essendo però la loro massa estremamente più piccola, vengono facilmente deviate per cui presentano un percorso notevolmente tortuoso ed un LET inferiore. Gli elettroni, soprattutto se di energia superiore a 1 MeV, cedono energia anche per produzione di raggi X. - Neutroni: sono privi di carica elettrica per cui esplicano i loro effetti solo per collisione diretta con i nuclei atomici; trattandosi di eventi rari, possono penetrare profondamente nella materia e possiedono un alto LET. - Protoni: sono particelle di notevole massa e con carica positiva; possiedono un alto LET. - Raggi X e gamma: sono radiazioni elettromagnetiche (fasci di fotoni energetici) capaci di produrre ionizzazione. I raggi X si producono artificialmente, i raggi gamma sono naturali. Sono entrambi caratterizzati da un basso LET.

La principale fonte di esposizione dell’uomo alle radiazioni artificiali è costituita dagli usi medici (diagnostica o terapia). In pratica la dose media annuale all’intera popolazione è così suddivisa: - Fondo naturale di radiazioni 84,80% - Usi medici delle radiazioni 14,15% - Fall-out nucleari 0,70% - Impiego industriale 0,35%

Interazione con la materia vivente A causa dei fenomeni di ionizzazione, le radiazioni ionizzanti tendono a produrre radicali liberi. I "radicali liberi" sono atomi o molecole elettricamente neutri, aventi un elettrone spaiato nell'orbita esterna; sono pertanto molto reattivi e si comportano come ossidanti o riducenti. La formazione di radicali liberi può essere diretta o indiretta, mediata in quest'ultimo caso dall'acqua che rappresenta il 70-90% della materia vivente. Queste reazioni sono estremamente dannose per la materia vivente; alcune strutture cellulari sono più sensibili a tali effetti.

Danno cellulare (in vitro o in vivo) La mitosi rappresenta la fase più radiosensibile nella vita della cellula; comunque anche un danno al materiale cromatidico nel periodo intermitotico produce un danno evidenziabile al momento della mitosi. Moltissimi dati dimostrano che il DNA è il bersaglio principale della cellula irradiata

Dosi letali per popolazioni di cellule Le dosi necessarie per uccidere (inattivare) le varie specie viventi sono estremamente variabili. Per D(0) si intende la dose che determina l'inattivazione del 66% di una popolazione cellulare o virale: - D(0) virus = 500 Gy - D(0) cellule di mammifero = 1 - 2 Gy In effetti una dose di 1 - 1.5 Gy può uccidere 2/3 di una popolazione di cellule di mammifero.

Danno e riparazione Dopo aver ricevuto una tale dose, tutte le cellule presentano rotture di catena nel DNA; ne deriva che di tutte le cellule sopravviventi, una parte ha riparato un gran numero delle suddette lesioni, mentre un'altra parte è in grado di sopravvivere con un genoma disseminato di rotture. Di conseguenza le cellule sopravviventi non sono certamente cellule indenni. Le cellule hanno sviluppato diversi sistemi enzimatici di riparazione, specifici per le diverse forme molecolari di danno al DNA, spesso attivi entro tempi dell'ordine della decina di minuti. Quando il danno può essere riparato con grande fedeltà, non si hanno conseguenze a lungo termine. In caso contrario, cioè se la riparazione, pur conservando l'integrità strutturale del DNA, determina piccole modificazioni, si possono avere conseguenze a lungo termine quali la morte riproduttiva della cellula o modificazioni genetiche stabili nelle cellule sopravviventi. Si è visto quindi che il danno da radiazioni ionizzanti si manifesta soprattutto durante la mitosi; pertanto una popolazione cellulare ad alto indice mitotico (cioè con numerose e frequenti mitosi) è più radiosensibile.

Effetti sull’uomo Sindromi da irradiazione acuta - Effetti deterministici L'esposizione ad alte dosi di radiazioni ionizzanti, sia per irradiazione esterna che interna, determina l'insorgenza di diverse sindromi in rapporto all’entità della dose ricevuta. la radiosensibilità di un tessuto è direttamente proporzionale all’attività mitotica e inversamente proporzionale al grado di differenziazione delle sue cellule.. In pratica non sono i tipi cellulari più o meno radiosensibili, bensì i "processi cellulari" (divisione cellulare). Le sindromi che si manifestano dopo un'irradiazione acuta variano, in dipendenza della dose, in relazione della maggiore radiosensibilità di alcuni tessuti;

Sindromi in seguito ad esposizioni acute Sindrome del sistema nervoso centrale Si manifesta ad altissime dosi (oltre 10 Gy) in quanto il tessuto nervoso ha un’attività mitotica praticamente nulla. Dopo un iniziale periodo di ipereattività e convulsioni, segue apatia e coma; la morte interviene entro 48 ore. Sindrome gastrointestinale La superficie dell'intestino è in continuo rinnovamento da parte di cellule ad alto indice mitotico. Dopo un'irradiazione acuta (6 - 10 Gy) si ha una disepitelizzazione dell'intestino per mancato rinnovo della mucosa con conseguente perdita di liquidi ed elettroliti e danno nutrizionale. La morte sopravviene entro 3 - 5 giorni dall’irradiazione. Sindrome emopoietica Il midollo osseo contiene tutti i precursori delle cellule del sangue: l’attività mitotica è pertanto intensa in considerazione del continuo rinnovamento delle cellule circolanti (vita media dei leucociti: 3 - 5 giorni, eritrociti: 120 giorni). Questo fatto spiega la notevole radiosensibilità del midollo osseo. La sindrome emopoietica si manifesta per dosi di 2 - 6 Gy. La DL 50/30 (dose letale per il 50% dei soggetti in 30 giorni) dell'uomo si colloca a circa 3 Gy.

Sindromi acute Tabella I Sindromi da irradiazione acuta nell'uomo 0,25  1 Gy sopravvivenza virtualmente certa 1  2 Gy sopravvivenza probabile soglia della sindrome ematologica 2  5 Gy sopravvivenza possibile 5  6 Gy sopravvivenza virtualmente impossibile ------------ 6  10 Gy sindrome gastrointestinale 10 Gy e oltre sindrome neurologica

Altri effetti acuti Effetti sulle gonadi Effetti sulla cute Dosi di 1 - 2 Gy su entrambe le ovaie determinano sterilità temporanea e assenza di mestruazioni per 1-3 anni; 4 Gy causano sterilità permanente. Nell'uomo 0.1 Gy causano oligospermia per 12 mesi; 2.5 Gy: sterilità per 2-3 anni; 4-6 Gy: sterilità definitiva. Effetti sulla cute Sede principale del danno è lo strato germinale dell'epidermide, anche se la risposta più pronta è l'eritema temporaneo dovuto alla dilatazione dei capillari. Dopo 2-3 settimane ricompare l'eritema per danno ai capillari e flittene con necrosi per deficit proliferativo dello strato germinale(radiodermite). Effetti sull'organismo in sviluppo Chiaramente l'embrione e il feto presentano in tutti i propri organi e tessuti un alto indice mitotico. L'irradiazione di 1 Gy nei primi 6 giorni di gravidanza determina la morte del 50% degli embrioni; i sopravvissuti si sviluppano in modo normale. L'esposizione dal 9° al 60° giorno determina una mortalità di grado inferiore e un notevolissimo aumento delle malformazioni anche per dosi relativamente basse. Nel periodo fetale si riduce gradualmente il rischio di malformazioni e la radiosensibilità si avvicina a valori simili a quelli dei bambini. Da qui la raccomandazione per tutte le donne in età feconda di sottoporsi ad esami radiologici esclusivamente nei primi 10 giorni del ciclo.

Effetti stocastici (su probabilità statistica) L'esposizione a basse dosi di radiazioni ionizzanti non determina la comparsa di danni immediati, bensì aumenta le probabilità statistiche di comparsa di danni a distanza. Queste malattie non presentano diversità rispetto a quelle dovute a cause "naturali" e quindi la loro discriminazione è estremamente difficoltosa; i dati finora ottenuti si basano sull'aumento dell'incidenza delle suddette malattie. Le caratteristiche principali degli effetti probabilistici sono: - Non richiedono il superamento di una dose-soglia. In effetti tale ipotesi non è provata; la si ammette comunque per scopi preventivi. - Riguardano solo una piccola frazione degli esposti con frequenza di comparsa proporzionale alla dose. - La gravità non dipende dalla dose in quanto sono del tipo tutto o nulla.

Patologie da effetti stocastici Radiazioni e tumori A causa dei danni a carico del materiale cromatidico cellulare, le radiazioni ionizzanti possono indurre l'insorgenza di tumori solidi e leucemie. I tempi di latenza sono estremamente lunghi: da pochi anni per le leucemie a oltre 20 anni per il carcinoma polmonare. Effetti genetici Si è visto che le radiazioni ionizzanti provocano il danno maggiore a carico del DNA; è quindi comprensibile che anche basse dosi di radiazioni possano creare dei danni genetici che si evidenzieranno nella prole in prima o successive generazioni. L'incidenza naturale di malformazioni (gravi, lievi, lievissime) è calcolata in 105.000 casi per milione di nati vivi. Studi su animali valutano in 1 Gy la dose di raddoppio: (1 milione di individui ricevessero 1 Gy, si avrebbe il raddoppio delle malformazioni). Estrapolando si calcola che 10 mGy provochino 185 nuovi casi per milione, pari ad un incremento dello 0.17% dei casi naturali.

In conclusione si è visto che le radiazioni ionizzanti determinano effetti dannosi sugli organismi viventi. Tali effetti si dividono in "ereditari" (sulla generazione futura) e in "somatici" (sull'individuo esposto). A loro volta questi ultimi si dividono in: - deterministici che si manifestano per dosi relativamente elevate e su tutti gli individui esposti e in cui esiste una correlazione dose/effetto con un valore di soglia al di sotto del quale non si manifestano; - probabilistici che si manifestano per dosi basse e solo su alcuni individui esposti; per tali effetti non vi è un'apparente dose soglia, l’entità del danno è indipendente dalla dose ricevuta e le sue caratteristiche sono identiche alle malattie di origine "naturale".

Tabella II Quadro sinottico degli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

Obblighi di radioprotezione (D.Lgs. n. 230/1995) Storicamente c’e da ricordare il D.Lgs. del 13 Febbraio 1964, n. 185 ora abrogato. Dal 1° gennaio 1996 l’impiego pacifico delle radiazioni ionizzanti è regolamentato dal D.Lgs. 17 marzo 1995, n. 230 “Attuazione delle direttive Euratom Il suddetto D.Lgs. n. 230/1995 è stato aggiornato e integrato dal D.Lgs. 26 maggio 2000, n. 241 (Attuazione della direttiva 96/29/EURATOM in materia di protezione sanitaria della popolazione e dei lavoratori contro i rischi derivanti dalle radiazioni ionizzanti) in vigore dal 1° gennaio 2001. Con tale decreto, vengono introdotte delle norme relative all’esposizione alle sorgenti naturali di radiazioni .. n. 241/2000). Un ulteriore aggiornamento è stato apportato dal D.Lgs. n. 257/2001 per gli aspetti di radioprotezione medica.

Classificazione dei lavoratori e delle aree Per procedere ad una corretta sorveglianza medica dei lavoratori esposti alle radiazioni ionizzanti, è necessario che il datore di lavoro informi il medico addetto alla sorveglianza medica sull’attività specifica di ogni singolo lavoratore, possibilmente tramite una scheda di destinazione lavorativa. Per questo tipo di attività lavorativa, una corretta compilazione della scheda suddetta è consecutiva alla classificazione dei lavoratori ai fini della radioprotezione. Classe A: possibile superamento di 6 mSy (zona controllata). Classe B tutti gli altri (zona sorvegliata) Limiti di dose: Il limite di dose efficace per i lavoratori esposti è stabilito dal D.Lgs. 230/95 : - 20 mSv in anno solare. Sono inoltre fissati i seguenti limiti annuali di dose equivalente: a) 150 mSv per il cristallino; b) 500 mSv per la pelle; c) 500 mSv per mani, avambracci, piedi e caviglie. I lavoratori esposti sono quelli che, in ragione della attività lavorativa svolta per conto del datore di lavoro, sono suscettibili di superare in un anno solare uno o più dei seguenti valori : a) 1 mSv di dose efficace; b) 15 mSv di dose equivalente per il cristallino; c) 50 mSv di dose equivalente per la pelle, calcolato in media su 1 qualsiasi di pelle, indipendentemente dalla superficie esposta; d) 50 mSv di dose equivalente per mani, avambracci, piedi, caviglie. Queste sono anche le dosi di riferimento per la popolazione.

Sorveglianza fisica Per sorveglianza fisica si intende l’insieme dei dispositivi adottati, delle valutazioni, delle misure e degli esami effettuati, delle indicazioni fornite e dei provvedimenti formulati dall’esperto qualificato al fine di garantire la protezione sanitaria dei lavoratori e della popolazione, ed è affidata all’esperto qualificato. Le principali funzioni, attribuite all’esperto qualificato sono le seguenti: - effettuazione della valutazione di radioprotezione ; - valutazione della dose individuale, assorbita dai lavoratori esposti, effettuata su tutto l'organismo e su parti di esso, secondo le modalità di irradiazione; - comunicazione al datore di lavoro dalla classificazione delle aree e dei lavoratori addetti, - comunicazione per iscritto al medico autorizzato, almeno ogni sei mesi, delle valutazioni delle dosi ricevute o impegnate dai lavoratori di categoria A nell'ambito delle proprie competenze, istituire ed aggiornare la documentazione, le schede dosimetriche personali, le relazioni circa eventuali esposizioni accidentali.

Sorveglianza Medica Per i lavoratori esposti di Categoria A deve essere effettuata almeno ogni sei mesi e per i lavoratori esposti di Categoria B almeno una volta all’anno. Dato che le esposizioni acute sono molto improbabili, l’attenzione deve essere rivolta verso eventuali situazioni di precancerosi, o comunque di anomalie che rappresentino una maggiore suscettibilità verso forme tumorali che possono essere radioindotte; nello stesso tempo, soprattutto per quei lavoratori che da tempo sono esposti, è importante effettuare approfonditi screening per diagnosticare precocemente l’eventuale comparsa di tumori. A seguito delle visite preventive e periodiche, il lavoratore può essere classificato in: - idoneo; - idoneo a determinate condizioni; - non idoneo; - lavoratore sottoposto a sorveglianza medica dopo la cessazione del lavoro che lo ha esposto alle radiazioni ionizzanti (per le sole visite periodiche).

Radiazioni - SPETTRO ELETTROMAGNETICO- Microonde Visibile Infrarosso Ultravioletto ELF Radiofrequenze Radiazioni ionizzanti _______|__________|___________|___________|____________|__________|________ 106 m 103 m 1 m 1 mm 103nm 102nm Lunghezza d’onda 3 x 102 3 x 105 3 x 108 3 x 1011 3 x 1014 3 x 1015 Frequenza (Hz) 1,24 x 10-12 1,24 x 10-9 1,24 x 10-6 1,24 x 10-3 1,24 12,4 Energia del fotone(eV)

Radiazioni non ionizzanti Campi statici Frequenze estremamente basse (0-30KHz) (elettrodotti e telefonia ) Radiofrequenze (30-300MHz) Microonde (300MHz-300GHz) Infrarosso Visibile Ultravioletto

L’ultravioletto Si dividono in A , B, e C A: 320-400 nm (luce nera, invisibile ) B: 290-320 nm raggiungono la terra e penetrano nella nostra cute (abbronzano e stimolano la melanina da parte dei melanociti dell’epidermide, che assorbe l’UV e difende l’organismo. C: meno di 290 nm sono (devono essere) trattenute dal ozono nella parte superiore dell’atmosfera. Particolarmente dannosi per la cute. USI: medicina, sterilizzazione, industria, cosmesi

L’ultravioletto: Rischi per la salute Effetti cutanei irritativi:acuto:eritema cutaneo, cronico:degenerazione del derma Occhi: congiuntivite Cute: tumori cutanei (sp. Tra chi ha la pelle chiara (sp.albini), e per esposti ad IPA Benefici: energia che fa luogo a reazioni fotochimiche tra le quali la produzione di vitamina D essenziale per le ossa.

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Radioonde e Lazer Fonti: Naturali (sole, stelle fulmini) e artificiali (communicazioni, radio, TV, radar, industria per riscaldamento dei materiali, medicina ipertermia differenziale, diatermie). Lazer: solo artificiale (light amplified stimulated emission of radiation).Usati in strumentazioni scientifiche e per taglio di materiali o in chirurgia

Radioonde e Lazer: effetti biologici Assorbimento dipende dal tessuto (più assorbito dai tessuti contenenti acqua, con maggiore conduttività eletrica. Effetti termici:sp. Per tessuti non vascolarizzati (opacità del cristallino), SNC,sangue, spermatogenesi, nell’embrione. Effetti non termici : interferenza con il movimento e distribuzione delle molecole e del meccanismo di trasporto attraverso le membrane.

Infrarosso Emesse da tutti i corpi caldi. Assorbiti dalla pelle possono essere ustionanti. Patologia specifica:opacamento del cristallino (cataratta da calore). Prevenzione:schermi, abiti, regolazione del microclima.

La luce visibile Inconvenienti se: troppo poca, troppa, variabile (VDTs) Effetti: fatica, irritabilità, infortuni Valori consigliati: variabili: Italia 10-300 lux Usa 1000-10000 lux

Radiazioni non ionizzanti:Onde elettromagnettiche a bassa frequenza (EFWs) Problema sollevato recentemente solo dopo alcuni studi che mettono in rapporto l’esposizione a EFWs e tumori (leucemie). Numerosissimi studi, ma per la maggior parte non conclusivi. Limiti di esposizione imposte già dal 2001 e riviste nel 2004: valori limiti stabiliti per le varie parti del corpo. Es.da100Herz a 10 Herz assorbimento massimo: Corpo intero/0.4 watt/kg Capo e tronco/10 watt/kg Arti/20 watt/kg

Frequenze estremamente basse (0-30KHz): effetti biologici Effetti termici: (uso medico) Effetti non termici: (Sperimentali) Inibizione della melatonina=, sregolazione del ciclo notte-giorno, riduzione delle difese immunitarie, tumori (?) Studi epidemiologici: molti positivi per popolazioni esposte in relazione con tumori al SNC, leucemie, seno maschile. Un ultimo studio trova associazione con l’Anziemer. =ormone prodotto dall’ipofisi (ghiandola pituitaria) situata nella testa

Frequenze estremamente basse (0-30KHz Problemi metodologici: Difficile distinguere tra esposti a frequenze basse (antene, Tv,radio, telefoni) e bassissime (impianto elettrico di casa) Esposizioni universale in casa, lavoro (VDTs, elettricisti, FS ecc.), e apparecchi elettrici (fon, coperte elettrodomestici)

Prevenzione: l’importanza della distanza (da Landrigan 2002)

La normativa Ultima legge Aprile 2004 distingue tra: Limiti di Esposizione che non devono mai essere superati Valori di Azione, che, se raggiunti si “devono prendere misure di riduzione” . I valori sono specificati per le varie frequenze (Hz) e per le parti del corpo esposti: es. 100Hz-10 MHz Assorbimento massimo : esempio Corpo intero:0.4 watt/kg Capo e tronco:10 watt/kg Arti: 20 watt/kg.