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-(aD+bDD)
Basse dosi di radiazioni a basso LET il termine bD2 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%
<10
3-5
0
>10
1-2
0
<10
0.6-1
1.6%
>10
0.3-0.6
2%
Alingnae
Utirik
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