Unità di Misura Dose Assorbita : energia per unità di massa Gy (gray) = 1 J / Kg 1 rad= 0.01 Gy Esposizione : quantità totale di ionizzazioni per massa di aria C/kg = Coulomb/kg 1 R = 2.58x10-4 C/Kg Dose equivalente: dose assorbita x EBR Sv = Gy x EBR 1 rem = 0.01 Sv

Radiobiologia Alte Dosi Effetti precoci risultano in sintomi clinici entro poche settimane. Una o due ore dopo l’esposizione corpo intero di 0.5 Gy compaiono sintomi (reazione prodromica: nause, vomito, diarrea) Effetti tardivi compaiono mesi o anni dopo (carcinogenesi, cataratta, ecc.) Basse dosi Dosi inferiori a 0.1 Gy e devono essere considerati solo gli effetti tardivi di tipo genetico o somatico

Medicina Nucleare Radiobiologia Le radiazioni ionizzanti sono capaci di produrre danni Piccole dosi sono pericolose ? Il modello no-soglia è un modello conservativo

Medicina Nucleare Radiobiologia Rischio 1/1000000 Rischio Quantità Vivere a New York 2 giorni Fabbrica di PVC 10 anni Viaggiare in auto 300 miglia Viaggiare in aereo 1000 miglia Fumare 1.4 sigarette

Medicina Nucleare Radiobiologia - Danno fisico - Danno chimico - Danno biologico

radiolisi dell’acqua e formazione di radicali liberi Medicina Nucleare Radiobiologia Produzione di coppie di ioni in maniera random Azione Diretta Azione Indiretta radiolisi dell’acqua e formazione di radicali liberi DNA molecola target

Trasformazioni e Mutazioni Medicina Nucleare Radiobiologia Trasformazioni e Mutazioni Danni relativamente modesti del DNA si associano a variazioni della chimica cellulare Trasformazioni sono state dimostrate in vitro in cellule di mammifero per dosi di 10 mGy La frequenza di trasformazione è nell’ordine di 10-2 per Gy

Trasformazioni e Mutazioni Medicina Nucleare Radiobiologia Trasformazioni e Mutazioni In altri casi si ha delezione di numerose coppie di basi La frequenza di questo evento è nell’ordine di 10-4/10-6 per Gy

Danni molto severi del DNA sono associati a morte cellulare Medicina Nucleare Radiobiologia Morte Cellulare Danni molto severi del DNA sono associati a morte cellulare Morte di cellule in fase di riproduzione Apoptosi Morte non apoptotica di cellule in interfase

Morte di cellule in fase di riproduzione Medicina Nucleare Radiobiologia Morte di cellule in fase di riproduzione Modello del bersaglio unico (radiazioni ad alto LET) Esponenziale S = e-D/D0 D = dose D0 = reciproco della pendenza

Morte di cellule in fase di riproduzione Esponenziale con spalla Medicina Nucleare Radiobiologia Morte di cellule in fase di riproduzione Modello del bersaglio multiplo (radiazioni a basso LET) Esponenziale con spalla S = 1 - (1- e-D/D0)n D = dose D0 = reciproco della pendenza n = numero di estrapolazione (intercetta estrapolata della parte lineare)

Morte di cellule in fase di riproduzione Medicina Nucleare Radiobiologia Morte di cellule in fase di riproduzione Una curva di sopravvivenza cellulare può essere caratterizzata con questi modelli specificando D0 e, con le radiazioni a basso LET, n In genere, D0 è più piccolo, cioè la curva è più ripida, con radiazioni ad alto LET

Morte di cellule in fase di riproduzione Medicina Nucleare Radiobiologia Morte di cellule in fase di riproduzione Un modello alternativo è quello della doppia azione S = e-(aD+bDD) Basse dosi di radiazioni a basso LET il termine bD2 è trascurabile Il modello è ampiamente applicabile a numerosi effetti delle radiazioni

Morte di cellule in fase di riproduzione Medicina Nucleare Radiobiologia Morte di cellule in fase di riproduzione Per molte cellule di mammifero in vitro D0 è circa 1-2 Gy e n è circa 2-3 Le maggiori eccezioni sono i linfociti e le cellule del midollo osseo per le quali D0 è circa 0.7 Gy

Medicina Nucleare Radiobiologia Apoptosi Morte cellulare programmata Gene soppressore p53 D0 di circa 4 Gy in cellule tumorali irradiate

(cellule di tumore ovarico murino) Dopo singola dose di 2.5 Gy (cellule di tumore ovarico murino)

(cellule di tumore ovarico murino) Valutazione a 4 ore (cellule di tumore ovarico murino)

Morte non apoptotica di cellule in interfase Medicina Nucleare Radiobiologia Morte non apoptotica di cellule in interfase Dosi molto alte Esplosioni nucleari Importanza limitata o nulla in Radiobiologia

Fattori Modificanti Fisici Chimici Biologici Medicina Nucleare Radiobiologia Fattori Modificanti Fisici Chimici Biologici

Fattori Modificanti Fisici Medicina Nucleare Radiobiologia Fattori Modificanti Fisici LET Rate di Dose (la stessa dose frazionata ha effetti minori) Temperatura (il calore sensibilizza le cellule per basso LET)

Fattori Modificanti Chimici Medicina Nucleare Radiobiologia Fattori Modificanti Chimici Ossigeno (sensibilizza interagendo con i radicali liberi) Radioprotettori (gruppi sulfidrilici) Radiosensibilizzanti

Fattori Modificanti Biologici Medicina Nucleare Radiobiologia Fattori Modificanti Biologici Riparazione Fase del ciclo: M e G2 molto sensibili S tardivo molto resistenti S precoce e G1 intermedie

Effetti delle Radiazioni nei mammiferi Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti delle Radiazioni nei mammiferi STOCASTICI probabilità in funzione della dose (per piccole alterazioni cellulari) DETERMINISTICI severità in funzione della dose (per morte cellulare)

Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti Stocastici Assenza di dose soglia, e se esiste è circa 50-100 mSv Cancerogenesi ed effetti genetici

Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti Stocastici Morti/anno/Sv (modello additivo) Rischio relativo in eccesso (modello moltiplicativo), si calcola come incidenza nella popolazione esposta diviso incidenza nella popolazione di controllo

Effetti Stocastici Cancro 75000 sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki

Effetti Stocastici: Cancro Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti Stocastici: Cancro Rischio di Ca mammella maggiore in donne irradiate (fluoroscopia del torace) prima dei 20 anni e legato a stato ormonale Ca polmone in lavoratori miniere di uranio Rischio relativo di Ca dello stomaco di 3.7cin pazienti irradiati per ulcera peptica (1937-1955) Rischio relativo di Ca tiroideo di 1.27 per pazienti trattati con I-131 con dosi di 0.5 Gy

Medicina Nucleare Radiobiologia Isole Marshall Atollo Età Dose(Gy) Cancro Rongelap 1 >15 0 2-9 8-15 6.2% >10 3-8 6.7% Alingnae <10 3-5 0 >10 1-2 0 Utirik <10 0.6-1 1.6% >10 0.3-0.6 2% Controlli <10 0.9% >10 0.8%

Effetti Stocastici: Cancro Relazione con l’esposizione prenatale Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti Stocastici: Cancro Relazione con l’esposizione prenatale Studio condotto in caso di Rx della pelvi non ha trovato associazione significativa Nei sopravvissuti giapponesi si è trovato incremento di casi di cancro una volta giunti alla mezza età

Effetti Stocastici: Cancro Medicina Nucleare Radiobiologia Effetti Stocastici: Cancro Rischio Il comitato sugli Effetti Biologici delle Radiazioni Ionizzanti (BEIR) Ha valutato che il rischio di cancro radiogenico dopo esposizione acuta ad alte dosi di radiazioni a basso LET è 8%/Sv Questo rischio deve essere ridotto di un fattore 2-4 per basse dosi o basso rate di dose