Patologia generale: radiazione elettromagnetica e riparazione del DNA

La radiazione elettromagnetica

La radiazione elettromagnetica è una forma di energia dotata di una doppia natura: può essere di tipo ondulatorio e di tipo particellare. È caratterizzata da un campo elettrico e da un campo magnetico che sono tra loro perpendicolari, la cui ampiezza determina l'intensità della radiazione.

Dresibne deta Sources of Radiation Exposure in the United States* Radon - 55% Other - < 1% Consumer Products - 3% Nuclear Medicine - 4% Cosmic - 8% Terrestrial - 8% Medical X-Rays -11% Internal -11% Natural Sources Man-Muds Sources Come possiamo osservare dal grafico, le fonti di radiazioni a cui siamo esposti comunemente sono di tipo diverso, ci sono radiazioni di tipo cosmico, terrestri (soprattutto durante i viaggi aerei) e per quanto riguarda queste ultime si sta infatti sviluppando una patologia che riguarda principalmente le hostess degli aerei poiché trascorrono gran parte della loro vita a 10 mila metri, sono quindi più esposti a queste radiazioni. La forma principale di radiazioni è costituita dall'emissione di un gas radioattivo, il radon, che frequentemente contamina le case.

Le radiazioni corpuscolate hanno massa variabile (ne sono un esempio i nuclei di elio, protoni, neutroni) e sono costituite principalmente da materia; dunque, hanno una scarsa capacità di penetrazione. Le radiazioni elettromagnetiche invece non avendo massa sono costituite essenzialmente da energia, sono dei quanti di luce e sono i fotoni; hanno una capacità di penetrazione molto più elevata.

Nell'ambito delle radiazioni, distinguiamo in figura lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche, che vanno dalle radiazioni visibili (onde radio, infrarosso, UV) fino a raggi X e raggi gamma. Inoltre, distinguiamo tipologie differenti di radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Questa Vlemonica *Lunghezza d'ooda 10 m 1 km HP 1.Gifrdifferenza è data dalla capacità della radiazione di rompere il legame tra il nucleo e un elettrone dello strato esterno e di fare in modo che l'elettrone venga rilasciato, mentre invece abbiamo una quota di radiazioni a cavallo tra le radiazioni UV e del visibile in cui l'energia viene ceduta sotto forma di eccitazione elettronica in cui il nucleo acquisisce energia e quindi l'elettrone passa di livello, ad uno stato energetico più elevato, e diventa più reattivo.

Tipi di radiazioni

Osserviamo la distribuzione tra onde elettromagnetiche e radiazione corpuscolare e le varie tipologie:

• Elettromagnetiche
  • Radiazioni cosmiche
  • Raggi gamma
  • Raggi X
  • Ultravioletti
  • Elettroni

= Visibile - Neutroni Infra rosse Protoni - Microonde - Deuteroni Radio Elettriche

La radioattività è un concetto connesso con le radiazioni e per definizione indica gli atomi che sono instabili dal punto di vista energetico, quindi l'emissione di energia o di particelle è connesso con un processo che permette all'atomo di passare ad una situazione energetica più stabile ed è un processo favorito che avviene in maniera veloce e rapida.

Il fenomeno dell'eccitazione, per quanto riguarda la patologia, è connesso ai raggi UV, la ionizzazione invece è un fenomeno caratterizzato dall'emissione di particelle a maggior energia ed è connesso con raggi X e raggi gamma. Il confine tra radiazione ionizzante e radiazione eccitante è il valore di energia di 10 milli elettronvolt che caratterizza il legame tra nucleo ed elettrone. Quando un nucleo viene colpito da una particella con un'energia superiore a questo valore, questa energia è in grado di rompere il nucleo in un evento di ionizzazione. Le radiazioni ionizzanti sono le onde elettromagnetiche (raggi X e gamma) e le radiazioni particolate(particella a e b, protoni). Le radiazioni eccitanti sono essenzialmente quelle con i tre tipi differenti di radiazioni ultraviolette.

Interazione della radiazione con la materia

Sono tanto più pericolose quanto più penetranti 8 aluminium lead concrete ALPHA ß BETA GAMMA, X-RAYS Y ..... NEUTRONS Osservando l'immagine è possibile capire che maggiore è la massa delle particelle, maggiore è la capacità di penetrazione all'interno di una struttura;

• la particella alfa non riesce a penetrare la cute e dunque, ad esempio, un avvelenamento di particelle alfa deve avvenire attraverso l'ingestione del composto radioattivo.
• Le particelle beta passano attraverso la cute dell'organismo ma possiamo vedere che vengono bloccate dal foglio di alluminio. 2

• Particelle (radiazioni corpuscolate)
  • Alfa
  • Betao I raggi gamma, raggi X possono essere bloccati dal piombo.
  • I neutroni invece vengono bloccati dal cemento. Infatti, nel caso dell'incidente nucleare di Chernobyl, per bloccare l'emissione di isotopi radioattivi fu costruita una struttura di cemento armato per chiudere il reattore nucleare.

Due concetti principali sono fondamentali per le radiazioni e sono:

• Dose: quantità totale di radiazione che è misurata in base al suo effetto fisico;
• Tasso di esposizione: quantità di radiazioni ricevibile per unità di tempo.

Vecchia terminologia ed unità di misure

• Curie: misurato in disintegrazioni per secondo dell'atomo; 1 curie = 3.7 x 1013 dps. Indica quanto è potente il decadimento radioattivo.
• Becquerel: è uguale ad una disintegrazione per secondo;
• Roentgen: è basato su una quantità di cariche elettriche prodotte in aria da fotoni (raggi x o gamma);
• RAD (Radiation Absorbed Dose): è la quantità di energia risultante dall'assorbimento di 1 roentgen
• REM (Roentgen Equivalent Mammal): non solo misura la quantità di energia assorbita dall'organismo, ma tiene conto della tipologia di radiazione che ha determinato quell'assorbimento attraverso la moltiplicazione con un fattore di qualità.

Fattore di qualità: Beta=1; raggi gamma e X=1; alfa=10; neutroni=20

Nuova terminologia

Oggi si utilizzano unità internazionali che hanno rimpiazzato i RAD e REM e sono: GRAY (Gy) = 100 RAD SIEVERT (Sv)= 100 REM

Limiti di dose annuale

Per quanto riguarda i limiti di dose annuale, la dose massima per anno di esposizione di un organismo è uguale a 5 REM o 50 mSv. La dose Adulto (>18 anni) Minore (< 18 anni) massima per donna gravida o per adolescenti e 5 rem/a 0,5 rem/a bambini e all'incirca dieci volte più bassa, quindi, è Corpo intero considerata la dose di sicurezza di esposizione. Lenti (occhio) 15 rem/a 1,5 rem/a Nella tabella invece sono riportati quelli sono i Estremità 50 rem/a 5 rem/a livelli di esposizioni relative a singoli parti del nostro organismo perché organi diversi hanno 50 rem/a Cute 5 rem/a chiaramente modalità di reazione e di sofferenza Organo 50 rem/a 5 rem/a diversa rispetto ad una dose di radiazioni. 3Attività Dose tipica 280 millirem/anno Fumo Uso di materiale radioattivo in laboratorio <10 millirem anno Radiografia dentale 10 millinmm per x-ray Radiografia torace 8 millinem per x-ray Acqua potabile 5 millinem anno Viaggio acreo 5 millirem per viaggio Scarichi diesel o carbone 0.165 millirem/anno La tabella riassume quelle che sono le dosi tipiche di esposizione annuale alla radiazione in fumatori, in personale che utilizza quotidianamente il laboratorio con materiale radioattivo, in soggetti che sono sotto sottoposti a radiografie dentali, del torace, viaggio in aereo oppure la quantità di radiazioni prodotta da scarichi diesel o carbone; quindi, come vediamo siamo esposti quotidianamente a radiazioni più o meno importanti.

Effetti delle radiazioni

Per quanto riguarda l'effetto delle radiazioni avremo:

• Effetti fisico/chimici: sono effetti molto veloci e molto rapidi che dipendono dal tipo di energia delle radiazioni ionizzanti, dall'entità della dose assorbita e dalla distribuzione della dose assorbita.
• Effetti biologici: si estrinsecano in maniera più tardiva rispetto a quelli chimici e fisici e dipendono dalle cellule irradiate, dalla suscettibilità al danno, dal numero di cellule, dalla cinetica, dalla proliferazione cellulare di un determinato tessuto sulla base del tipo di tessuto e sullo stato di nutrizioni e di ossigenazione (le radiazioni agiscono generando radical liberi e quindi la presenza di ossigeno diventa importante per contribuire a generare un danno simile).

Le radiazioni, dunque, alterano una struttura topica determinando degli effetti chimici sui lipidi, sulle proteine, sul DNA, che a loro volta porteranno a delle lesioni biologiche.

Queste lesioni avvengono sia a carico della componente parenchimale di un certo organo, sia a carico della componente connettivo-vascolare.

Alterazioni a carico della componente connettivo-vascolare

Gli effetti precoci della componente connettiva vascolare comprendono una reazione infiammatoria acuta, seguite da una cronicizzazione di questo processo attraverso l'instaurarsi di processi di tipo fibrosclerotici.

Alterazioni a carico della componente parenchimale

Per quanto riguarda la componente parenchimale abbiamo precocemente l'inibizione temporanea inizialmente e successivamente definitiva della cooperazione cellulare, soprattutto delle cellule staminali e cronicamente abbiamo una serie di fenomeni distrofici che si innestano nella parte parenchimale dell'organo. A questo come conseguenza tardiva si addiziona la formazione e la possibilità di una sovra infezione batterica soprattutto della regione irradiata.

Si distinguono due tipi di danno biologico dovuto alle radiazioni ionizzanti: i danni somatici (quando sono le cellule somatiche ad essere colpite) e danni genetici (quando vengono colpite le cellule germinali); i danni genetici sono danni stocastici che determinano mutazioni genetiche e alterazioni cromosomiche che potranno essere poi trasmesse alla progenie. Per quanto riguarda i danni somatici questi possono essere sia stocastici che Deterministici Radiodermite Imferdiita Cataratta Sindrome seuta da radiazione SOMATICI oncinidna ucposto) Stocastici Tumor solidi Leucorte GENETICI Stocastici Mutazioni gancho Alterazionil cromosomichia 4