L’effetto delle radiazioni sul corpo umano

Le radiazioni ionizzanti hanno un effetto diverso a seconda dell’intensità, dei tempi e della modalità di esposizione. Quali sono questi effetti? Come si possono evitare o limitare? Ed è verosimile che una dose molto bassa di radiazioni possa avere un effetto protettivo?

Con il termine radiazione, in fisica si indica un fenomeno di emissione e propagazione di energia secondo raggi che costituiscono il percorso di particelle o la direzione di onde. Sono esempi di radiazione il calore emesso da un termosifone, le onde radio, le microonde, la luce visibile e i raggi X. Si parla di radiazioni ionizzanti quando l’energia trasportata è sufficiente a ionizzare la materia, cioè a strappare elettroni agli atomi e a rompere legami chimici.

Le radiazioni ionizzanti includono particelle derivanti dal decadimento degli atomi radioattivi, come le particelle alfa, costituite da nuclei di elio, e le particelle beta, che sono elettroni o positroni; onde elettromagnetiche ad alta frequenza (raggi ultravioletti B, raggi X e raggi gamma); elettroni e ioni ad altissima velocità generati da processi astrofisici che vanno a formare i raggi cosmici; e neutroni prodotti da processi di fissione nucleare, per esempio nelle bombe atomiche o nei reattori delle centrali nucleari. Si tratta di entità molto diverse per caratteristiche e per origine, che però hanno in comune la capacità di indurre modifiche nella struttura molecolare dei tessuti biologici, in particolare nel materiale genetico.

Il meccanismo con cui le radiazioni ionizzanti causano effetti biologici è abbastanza compreso. La radiazione può colpire direttamente il DNA della cellula, causando un danno. Se questo non è riparato o viene riparato in modo insoddisfacente, la cellula può subire delle mutazioni deleterie, smettere di riprodursi e andare incontro a morte. Le radiazioni possono anche spezzare legami chimici dissociando, per esempio, l’acqua (che occupa gran parte del volume cellulare) e generando così specie chimiche molto reattive, dette radicali liberi, che a loro volta possono ricombinarsi con altre molecole e formare sostanze tossiche per la cellula.

Le conseguenze dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti dipendono da diversi fattori, tra cui la dose ricevuta, il tipo di radiazione, le modalità di esposizione e gli organi colpiti. Una volta superata una certa dose di radiazioni ionizzanti cui si è esposti, si verificano sempre degli effetti detti deterministici; quando si è esposti a dosi più basse, invece, gli effetti delle radiazioni sono detti stocastici e consistono in un aumento della probabilità di sviluppare alcune malattie come il cancro.

Effetti deterministici: malattia da radiazioni acuta e cronica

La malattia acuta da radiazioni è un effetto deterministico che si manifesta quando l’intero organismo riceve un’alta dose di radiazioni ionizzanti in un tempo molto breve. Le radiazioni arrestano la replicazione del materiale genetico delle cellule colpite, che di conseguenza muoiono. L’impatto è quindi maggiore per i tessuti dove le cellule si dividono rapidamente, come il rivestimento gastrointestinale e il midollo osseo, in cui vengono fabbricati i componenti del sangue (globuli rossi, bianchi e piastrine).

La malattia si presenta tipicamente in tre stadi: una fase prodromica, con sintomi generici (nausea, conati, cefalea, febbre e stordimento) causati dal danno diretto della radiazione alle cellule; una fase di apparente regressione, in cui il paziente mostra sintomi lievi o non ne mostra affatto; e la fase di malattia acuta da radiazioni, in cui si manifestano le conseguenze del danno cellulare, e la cui gravità aumenta in proporzione alla dose cui si è stati esposti.

La fase di apparente regressione è dovuta al fatto che l’arresto della replicazione cellulare impiega qualche tempo a manifestare i suoi effetti: per esempio, circa il 70 per cento dei globuli bianchi già presenti nel sangue durano qualche giorno dopo l’esposizione alle radiazioni, dopodiché muoiono senza essere sostituiti a causa del danno al midollo osseo che non riesce più a produrre nuove cellule, e questo rende il paziente estremamente vulnerabile alle infezioni. Similmente, il rivestimento gastrointestinale si rinnova normalmente ogni 5-7 giorni: se questo non succede, il paziente non riesce più ad assorbire nutrienti, e ciò può causare, oltre al deperimento, uno squilibrio elettrolitico fatale. Con un intervento tempestivo e una intensa terapia di supporto, si hanno delle probabilità di sopravvivenza; al di sopra di una certa dose di radiazioni cui si è esposti, però, la morte è inevitabile. Altri effetti acuti includono danni cutanei come ustioni, desquamazione e perdita di peli e capelli.

Un quadro clinico diverso si verifica per quei pazienti che ricevono alte dosi di radiazione per un periodo prolungato nel tempo (mesi o anni) se la dose ricevuta in ogni singola esposizione è sufficientemente bassa da permettere alle cellule di mettere in atto i meccanismi di riparazione, correggendo così almeno parzialmente il danno. Un esempio celebre è quello di Maria Skłodowska-Curie, scopritrice insieme al marito Pierre Curie della radioattività naturale, che mostrò nel tempo diversi segni di malattia cronica da radiazione, tra cui le cateratte che la portarono a una cecità quasi totale e infine l’anemia aplastica che la uccise.

La radioterapia sfrutta proprio la capacità delle radiazioni ionizzanti ad alte dosi di arrestare la replicazione cellulare, motivo per cui viene spesso usata per trattare diversi tipi di cancro. Tra i pazienti sottoposti a radioterapia si riscontrano frequentemente effetti secondari delle radiazioni, tra cui eritemi vicino alla zona irradiata, tiroiditi e lesioni polmonari, a seconda dell’organo trattato. Nonostante il cervello sia abbastanza resistente alla malattia acuta da radiazioni, un marcato declino delle funzioni cognitive e motorie è stato osservato in pazienti curati per tumori al cervello e alla testa, specialmente se molto giovani, e si può manifestare anche anni o decenni dopo la fine del trattamento.

Il meccanismo alla base dell’encefalopatia da radiazioni coinvolge un insieme di danni alla materia bianca, al sistema vascolare del cervello e al midollo spinale. I sintomi includono perdita di memoria, difficoltà a concentrarsi e a ragionare, demenza progressiva, cambiamenti della personalità e, negli adulti, instabilità nella postura e nella deambulazione. Numerosi sintomi derivanti dalla malattia cronica da radiazioni solitamente migliorano o si risolvono dopo l’interruzione della radioterapia, ma i danni dell’encefalopatia da radiazioni sono permanenti.

Gli effetti stocastici e il modello LNT

Quando la dose ricevuta è troppo bassa per scatenare gli effetti deterministici, le radiazioni ionizzanti possono comunque indurre mutazioni deleterie nelle cellule, aumentando la probabilità di sviluppare cancro e teratogenesi (malformazioni congenite nella progenie). È stato per esempio dimostrato un chiaro legame tra lo sviluppo del carcinoma polmonare e l’esposizione ad alte concentrazioni di radon, un gas nobile radioattivo liberato da alcune rocce che si accumula specialmente nei sotterranei mal aerati.

Il modello matematico attualmente accettato per stimare la probabilità di effetti stocastici delle radiazioni è il cosiddetto modello LNT (linear no-threshold, o lineare senza soglia) che si basa su due ipotesi principali: la prima è che il rischio per la salute aumenti in modo proporzionale alla dose ricevuta, e la seconda è che qualunque dose di radiazione è potenzialmente dannosa, anche se molto bassa. Il modello LNT viene utilizzato per stabilire le dosi massime a cui può essere esposto il personale di alcuni settori considerati a rischio, come gli astronauti.

Le previsioni del numero di casi di cancro e teratogenesi indotti dall’esposizione a radiazioni fornite dal modello LNT coincidevano con i risultati degli studi epidemiologici per i valori più alti delle dosi, ma la loro applicabilità alle dosi molto basse è stata più volte messa in discussione. Secondo il modello, il rischio più grande per la nostra salute deriverebbe dal fondo naturale, ossia dalla radiazione soprattutto cosmica, presente nell’ambiente indipendentemente dall’azione umana. Eppure potrebbe essere logico aspettarsi che gli organismi viventi abbiano sviluppato una qualche forma di adattamento a questo fondo di radiazioni, che accompagna fin dall’origine la vita sulla Terra e che nel passato remoto era perfino più intenso.

Inoltre non sembrano esserci prove consistenti di una maggior incidenza di tumori nei lavoratori delle centrali nucleari o dei reparti di radiodiagnostica e radioterapia degli ospedali, e vi sono discrepanze tra le previsioni delle vittime di cancro alla tiroide e leucemia conseguenti al disastro di Chernobyl ottenute col modello LNT e le osservazioni effettuate da numerosi enti di ricerca internazionali a 34 anni di distanza, che restituiscono cifre molto più basse.

Ci sono due teorie che potrebbero spiegare i limiti del modello LNT in caso di dosi molto basse di radiazioni: l’ipotesi secondo cui esiste una dose soglia al di sotto della quale l’effetto delle radiazioni sulla salute è nullo, e l’ipotesi di ormesi, secondo la quale l’esposizione a dosi molto basse di radiazioni potrebbe addirittura avere un effetto protettivo, inducendo processi di riparazione cellulare. Attualmente, non ci sono prove sperimentali decisive per sostenere queste teorie, anche perché a dosi molto basse diventa impossibile distinguere quanti casi di cancro e di malformazioni congenite siano effettivamente imputabili alle radiazioni e quanti invece si sarebbero verificati comunque per altre cause, quando non in modo spontaneo. Date queste incertezze, si preferisce continuare a usare il modello LNT, che fornisce le previsioni più pessimistiche, sulla base del principio di precauzione.