Introduzione

Con il termine radiazione si intende il fenomeno fisico del trasporto di energia attraverso lo spazio che può avvenire con modalità molto differenti, per esempio tramite onde elettromagnetiche (descrivibili anche come fotoni, particelle che viaggiano alla velocità della luce e che non hanno massa e carica elettrica); tramite particelle subatomiche, come le particelle alfa (nuclei di elio, composti da due protoni e due neutroni) o beta (elettroni) emesse da isotopi radioattivi; mediante i protoni usati in protonterapia; attraverso onde meccaniche di vibrazione in un mezzo materiale, come nel caso degli ultrasuoni.

Tutti i tipi di radiazione interagiscono con la materia, incluso il corpo umano, trasferendo ad essa tutta, o parte, della loro energia.

Le radiazioni, in genere, sono suddivise in due grandi categorie a seconda della loro capacità di modificare il numero di elettroni di un atomo o di una molecola (ionizzare) la materia biologica da cui dipende la natura dei possibili danni agli organismi esposti:

• radiazioni ionizzanti (raggi X e gamma, i cui fotoni sono ad alta energia, e particelle subatomiche ad alta energia)
• radiazioni non ionizzanti (onde elettromagnetiche i cui fotoni sono a bassa energia, ultrasuoni)

Le radiazioni ionizzanti possono irradiare il corpo umano dall’esterno (ad esempio, durante un esame radiografico) oppure dall’interno con l’inalazione o l’ingestione dei cosiddetti isotopi radioattivi (ad esempio il radon presente nell’aria o alcuni isotopi presenti in alimenti a seguito di contaminazione prodotta da incidenti nucleari).
A livello mondiale, secondo i dati pubblicati nel 2010 dall’UNSCEAR, la principale sorgente di esposizione della popolazione a radiazioni ionizzanti è data dal radon (42% del totale), seguita dalle esposizioni per motivi medici (20% del totale).

Radiazioni ionizzanti

Le radiazioni ionizzanti hanno l’energia sufficiente a liberare gli elettroni da un atomo (ionizzazione). L’energia trasferita dalle radiazioni ionizzanti alla materia vivente può danneggiare le cellule e avere quindi influenza sui normali processi biologici.

La quantità di energia assorbita (espressa in joule, J) dall’organo o tessuto irraggiato divisa per la sua massa (espressa in chilogrammi, kg) è denominata dose assorbita, la cui unità di misura è il gray (Gy=J/kg). Ad esempio, la dose di 1 Gy ad un organo di 2 chili indica che tale organo ha assorbito dalla radiazione una quantità di energia pari a 2 joule.

Questa unità di misura, però, non tiene conto che radiazioni ionizzanti di tipo diverso (radiazioni alfa, beta, gamma, protoni, ecc.) interagiscono in modo differente con la materia e possono, quindi, produrre danni più o meno rilevanti agli organi e tessuti del corpo umano. Per confrontare le dosi assorbite da un determinato organo o tessuto irradiato con diversi tipi di radiazioni, si devono quindi “pesare” le dosi assorbite con la diversa potenzialità di produrre danni da parte dei diversi tipi di radiazione. Il "peso", ad esempio, vale, 1 per le radiazioni gamma e 20 per le radiazioni alfa. La dose così pesata è denominata dose equivalente, la cui unità di misura è il sievert (Sv). Anch’essa, come la dose assorbita, va riferita ad uno specifico organo o tessuto. Ad esempio, a una dose assorbita di 1 Gy ai polmoni corrisponde una dose equivalente di 1 Sv o di 20 Sv a seconda che i polmoni siano stati irradiati, rispettivamente, da radiazioni gamma o radiazioni alfa.

Inoltre, si deve considerare che alcune parti del corpo umano sono più vulnerabili (radiosensibilità) di altre all’azione delle radiazioni ionizzanti. In particolare, a parità di dose equivalente alcuni organi o tessuti hanno una maggiore probabilità di sviluppare un tumore rispetto ad altri. Tale probabilità, ad esempio, è 12 volte più alta per i polmoni rispetto alla pelle. Quindi, per confrontare le dosi equivalenti di diversi organi e tessuti irraggiati viene utilizzata una ulteriore grandezza denominata dose efficace, ottenuta pesando la dose equivalente di un dato organo o tessuto per un peso proporzionale alla probabilità di quell’organo o tessuto di sviluppare un tumore.

La dose efficace è, quindi, il riferimento più appropriato per valutare il rischio della comparsa di un tumore in seguito all’esposizione a radiazioni ionizzanti. L’unità di misura della dose efficace è denominata sievert (Sv), come per la dose equivalente. La dose efficace, però, non è specifica di un organo o tessuto e può, quindi, essere confrontata con altre. Una dose equivalente di 1 sievert ai polmoni, ad esempio, corrisponde a una dose efficace di 0,12 Sv, mentre una dose equivalente di 1 Sv alla pelle corrisponde a una dose efficace di 0,01 Sv.

Questo sistema di diverse grandezze e relative unità di misura, che a prima vista può apparire complesso, è necessario per valutare in modo adeguato le conseguenze dell’esposizione alle radiazioni ionizzanti e permetterne una adeguata valutazione ai fini della protezione dalle radiazioni della popolazione, dei lavoratori e di chi si espone a esami o terapie mediche che ne prevedono l’uso.

L’impiego delle radiazioni ionizzanti per motivi medici, ad esempio per finalità di cura o di accertamento (diagnosi) di malattie, è controllato e regolato in modo tale che eventuali rischi risultanti dall’esposizione alle radiazioni siano molto piccoli e giustificati dal beneficio diagnostico e/o curativo.

Alcuni esempi di utilizzo di radiazioni ionizzanti per curare o accertare (diagnosticare) malattie includono:

• radiografie e tomografia computerizzata (TC), che consentono di produrre immagini interne del corpo per accertare malattie
• medicina nucleare, che prevede l’iniezione, nel malato, di una sostanza radioattiva per avere immagini dettagliate degli organi o delle ossa utili per accertare (diagnosticare) una malattia o per specifiche terapie oncologiche
• radioterapia, utilizzata in oncologia per distruggere le cellule tumorali in modo mirato, vale a dire riducendo al minimo la dose agli organi e tessuti sani circostanti

Radiazioni non ionizzanti

Le radiazioni non ionizzanti comprendono le radiazioni elettromagnetiche in cui i fotoni non hanno energia sufficiente per ionizzare gli atomi e le molecole che costituiscono la materia biologica.

Alcuni esempi di radiazioni non ionizzanti sono:

• radiazione ultravioletta (UV)
• luce (visibile all’occhio umano)
• radiazione infrarossa (IR)
• campi elettromagnetici a radiofrequenze e microonde (trasmissioni radiotelevisive, telefoni cellulari, Wi-Fi)
• campi elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz)

Le radiazioni non ionizzanti, anche se non hanno la capacità di ionizzare la materia biologica con cui interagiscono, hanno però energia in grado di produrre effetti biologici (modifiche termiche, meccaniche e bioelettriche) che, se non compensati dall’organismo umano, possono produrre un danno alla salute.
Per i campi elettromagnetici a radiofrequenze e microonde, la deposizione di energia nei tessuti biologici è definita dal SAR (dall’inglese Specific Absorption Rate, tasso di assorbimento specifico), espresso in W/kg, che rappresenta un indicatore di eventuali effetti di riscaldamento nei tessuti. Ai fini pratici, essendo il SAR una grandezza non facilmente misurabile, l’esposizione umana ai campi elettromagnetici a radiofrequenze e microonde viene spesso caratterizzata in termini di campo elettrico e di campo magnetico.

Per i campi a più bassa frequenza, inclusi i campi a frequenza nulla (statici), il concetto di SAR non è più utile poiché per tali campi gli eventuali effetti biologici non sono di natura termica.

Le applicazioni mediche delle radiazioni non ionizzanti vanno dalle procedure per accertare le malattie (diagnostiche) come, ad esempio, l’ecografia e la risonanza magnetica, a quelle per curarle come gli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità per le applicazioni in oncologia e in neurologia, HIFU. Vi sono anche applicazioni cosmetiche quali, ad esempio, i trattamenti per la depilazione con laser o con luce pulsata.