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

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

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

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

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

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

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)

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

Medicina Nucleare

Radiobiologia

Morte di cellule in fase di riproduzione

Un modello alternativo è quello della doppia azione

S = e-(D+DD)

Basse dosi di radiazioni a basso LET il termine D2 è trascurabile

Il modello è ampiamente applicabile a numerosi effetti delle radiazioni

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

Dopo singola dose di 2.5 Gy

(cellule di tumore ovarico murino)

Valutazione a 4 ore

(cellule di tumore ovarico murino)

Medicina Nucleare

Radiobiologia

Morte non apoptotica di cellule in interfase

•Dosi molto alte

•Esplosioni nucleari

•Importanza limitata o nulla in Radiobiologia

Medicina Nucleare

Radiobiologia

Fattori Modificanti

•Fisici

•Chimici

•Biologici

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)

Medicina Nucleare

Radiobiologia

Fattori Modificanti Chimici

•Ossigeno (sensibilizza interagendo con i radicali liberi)

•Radioprotettori (gruppi sulfidrilici)

•Radiosensibilizzanti

Medicina Nucleare

Radiobiologia

Fattori Modificanti Biologici

•Riparazione

•Fase del ciclo:

•M e G2 molto sensibili

•S tardivo molto resistenti

•S precoce e G1 intermedie

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

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%

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

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