EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI

 Questa Sezione è stata realizzata da Paolo Vasca

Benvenuti alla sezione dedicata agli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. In questa sezione parleremo degli effetti causati, direttamente ed indirettamente, dalle radiazioni ionizzanti sui tessuti viventi.

Data la vastità dell’argomento, occorre innanzitutto precisare che qui si parlerà dei soli effetti di un irraggiamento esterno e “al corpo intero”. Pur non differendo significativamente nei meccanismi biologici coinvolti, l’irraggiamento interno da inalazione/ingestione di isotopi radioattivi ha caratteristiche tali da meritare un discorso a parte. Si noti inoltre che si sta parlando delle sole radiazioni ionizzanti: le famose radiazioni non ionizzanti non saranno oggetto di questa pagina.

Partiamo da ciò che è provato sperimentalmente: tutti gli studi finora effettuati mostrano un’evidente correlazione tra irraggiamenti acuti (cioè concentrati in pochi minuti/ore) di entità superiore a 1 Sievert e l’insorgenza della cosiddetta Sindrome Acuta da Radiazioni (Acute Radiation Sickness, ARS). Tale sindrome comprende sostanzialmente effetti da avvelenamento ed ustioni anche profonde, via via più gravi al crescere della dose assorbita e che si attenuano o spariscono al termine della medesima o comunque dopo qualche tempo. Si tratta di effetti inequivocabilmente legati all’esposizione da radiazioni, proporzionali alla dose acuta assorbita e per spiegare i quali esiste una solida base biologica, dunque non sussiste dubbio nell’associarli a tale fenomeno.

Ma quanto è 1 Sievert? Tantissimo, specialmente se preso in pochi minuti. Tanto per capirci, il fondo naturale di radiazioni medio in Italia viaggia sugli 1-2 milliSievert all’anno; dunque, per assorbire 1 Sievert da fondo naturale medio, occorrerebbero 500 – 1000 anni di esposizione. Ovvero, assorbire in pochi minuti una dose del genere equivarrebbe, a titolo di paragone, a bere in pochi minuti qualcosa come mille volte la quantità media di acqua che una persona beve in un anno. Non stupisce il fatto che una tale dose causi dei danni, così come dovrebbe essere chiaro che difficilmente in natura ci si potrà trovare ad assorbire una dose così elevata; a onor del vero, tuttavia, alcuni eventi radiologici particolarmente gravi hanno portato singoli individui ad assorbire dosi di quell’entità.

Fin qui tutto chiaro. Si sente tuttavia parlare anche di altri effetti biologici, spesso trattati con estrema superficialità e saccenza: si dice che le radiazioni ionizzanti causino il cancro, leucemie incluse, e che esista una relazione, lineare e priva di soglia minima, tra la dose assorbita e la probabilità di insorgenza del cancro. Il lettore attento avrà capito già a questo punto che cosa non quadra: una relazione di causalità difficilmente può essere rappresentata da una probabilità…a meno che la questione sia molto più complessa e la relazione stessa sia una semplificazione molto spinta.

Ma, in sostanza, che cosa c’è di vero? La risposta può essere riassunta nell’affermazione seguente: l’esposizione alle radiazioni ionizzanti non causa l’insorgere del cancro, ma alte dosi molto concentrate possono in qualche modo favorirlo.

La distinzione sembra sottile, ma è fondamentale per comprendere come sia possibile mettere insieme due risultati sperimentali completamente opposti: da un lato, infatti, è sperimentalmente provato che assorbire una dose al corpo intero molto elevata e concentrata, tale insomma da causare una ARS, incrementa la probabilità di insorgenza di un tumore o leucemia di qualche punto percentuale su

base annua; dall’altro, si accumulano studi su dosi croniche, di entità limitata, che non soltanto non evidenziano alcun incremento, ma sono compatibili addirittura con un decremento dell’incidenza complessiva di tumori e leucemie. In altre parole, mentre alte dosi acute, pur non causando tumori, li possono favorire, piccole dosi croniche sembrano non farlo, e c’è addirittura il sospetto che possano ridurre leggermente l’incidenza di tumori e leucemie.

Le affermazioni sopra paiono incredibili, soprattutto nel clima radiofobico che si respira oggigiorno nel nostro paese, ragione per cui è opportuno dare un’occhiata a ciò che si sa accadere a un tessuto sottoposto a irraggiamento.

Quando colpiscono la materia, inclusa quella vivente, le radiazioni ionizzanti strappano cariche elettriche dagli atomi che la compongono. Questo meccanismo è in grado di spezzare rami dalla doppia elica del DNA cellulare, determinando dei danni genetici diretti; esso è inoltre in grado di rompere altre molecole, inclusa l’acqua circostante, creando dei radicali liberi, specie chimiche molto aggressive che a loro volta possono danneggiare il DNA cellulare (danni genetici indiretti).

Il risultato principale di un irraggiamento esterno sui tessuti viventi è dunque il danneggiamento del DNA cellulare, quantificato in circa 10 danni genetici per milliSievert assorbito (Billen,1990). Un punto chiave da comprendere è però il contesto in cui tutto ciò avviene: il DNA di ogni nostra cellula, infatti, è soggetto a circa 10000 danni genetici ogni ora, circa la metà dei quali sono dovuti a ossidazioni spurie dall’ossigeno che la cellula dovrebbe consumare per vivere!

Ora, un DNA danneggiato può portare una cellula ad eseguire alcune delle proprie funzioni in maniera sbagliata, inclusa la replicazione, aprendo la strada verso un tumore; si tratta di una probabilità molto remota, dato che esistono numerosissime barriere e meccanismi biologici che si oppongono a questa eventualità, riparando il DNA danneggiato oppure uccidendo la cellula o mettendola in condizioni di non nuocere. Tuttavia, l’altissimo numero di cellule che compongono il nostro corpo rende questo tipo di eventi possibile. In altre parole, in condizioni normali, i meccanismi enzimatici di riparazione del DNA cellulare sono in grado di riparare la quasi totalità dei danni genetici accumulati dalla cellula, mentre le cellule troppo danneggiate si suicidano (apoptosi cellulare) o vengono eliminate dall’azione del sempre vigile sistema immunitario. Soltanto in rarissimi casi, fallita l’azione riparatoria ed anche quelle apoptotica ed immunitaria, può insorgere il rischio di un tumore.

In tale contesto diventa chiaro come l’esposizione a forti dosi acute di radiazioni ionizzanti non costituisce altro che uno dei fattori in grado di incrementare drammaticamente il livello di danno genetico gestito normalmente dalle cellule, al pari di tanti altri, quali l’assunzione di veleni chimici, l’ipossìa (carenza di ossigeno, dovuta magari a problemi vascolari a loro volta dovuti per esempio al fumo) o altro.

A questo punto, però, sorge spontaneo chiedersi: ma perchè dunque non si hanno evidenze di alcun incremento della probabilità di tumori o leucemie per dosi croniche, anche di entità non proprio trascurabile? La risposta più semplice chiama a supporto la presenza di alcuni meccanismi biologici specificamente designati alla riparazione dei danni genetici, qualunque ne sia la causa. Si tratta di enzimi che, entro determinati limiti, sono in grado di riconoscere alcuni tipi di danno genetico e ripararli con una buona efficacia. Secondo alcune fonti (Billen, 1990), dei circa 10000 danni genetici che una cellula subisce per cause “naturali” nel giro di un’ora, soltanto uno non viene riparato dai meccanismi enzimatici. A questo punto, occorre tuttavia precisare che si sta parlando dei cosiddetti danni subletali: danni cioè che non comportano la morte istantanea di una cellula.

Esistono infatti anche danni letali, che non lasciano scampo alcuno alla cellula, uccidendola sul colpo; per questa stessa ragione, tuttavia, tali danni non possono contribuire alla possibilità di una replicazione errata della cellula.

Dunque, secondo quanto detto, la quasi totalità dei danni subletali viene generalmente riparata prima che possa portare la cellula all’instabilità. Ma cosa succede se il numero di danni genetici nell’unità di tempo aumenta sensibilmente, come nel caso di un bombardamento elevato da radiazioni? A quanto si è visto sperimentalmente (Neumaier et al. 2011) , i meccanismi enzimatici cercano di riparare più danni possibile: già pochi minuti dopo l’inizio del bombardamento, il rateo di riparazioni completate sembra aumentare significativamente. Evidentemente, nel caso in cui il bombardamento sia concentrato ed elevatissimo, i pur rinforzati meccanismi enzimatici non riescono a farvi fronte efficacemente; il numero di apoptosi cellulari cresce vertiginosamente, così come la possibilità che questa fallisca, ponendo il sistema immunitario dell’organismo, già provato esso stesso dal bombardamento, in condizioni di stress. Non stupisce dunque che la possibilità, quasi nulla in assenza di fattori di rischio, che una cellula sfugga a tutte queste barriere protettive, cresca significativamente in condizioni così estreme.

Ma cosa succede se il bombardamento da radiazioni è limitato e/o molto “diluito” nel tempo (dosi croniche, in contrapposizione alle precedenti dosi acute)? A quanto pare, la storia è molto diversa: il bombardamento è ancora in grado di stimolare i meccanismi enzimatici (prevalentemente attraverso due meccanismi, scoperti sperimentalmente: l’effetto bystander e la risposta adattiva), ma non è più così violento da non lasciare il tempo agli stessi di riparare il DNA. Ciò che capita a questo punto, pur non essendo ancora del tutto compreso, ha dell’affascinante: a quanto si è potuto verificare sperimentalmente (cit.), un bombardamento prolungato nel tempo con una dose limitata sembra addirittura ridurre il numero totale di danni genetici rilevabili nel DNA di una cellula in un dato momento! Ciò è interpretato come il risultato di un’incremento di efficienza dei meccanismi biologici di riparazione al punto da raggiungere e superare l’incrementato livello di danno; non solo, ma tale condizione sembra sussistere per qualche tempo anche in seguito alla fine del bombardamento, col risultato che una dose acuta ed elevata a seguito di una preparatoria e limitata risulta in un livello di danno finale molto inferiore al previsto!

Ma come fanno esattamente le radiazioni a stimolare i meccanismi di riparazione? Il dettaglio non è ancora ben noto. Quello che si conosce un po’ meglio sono i già citati effetti, bystander e risposta adattiva.

L’effetto bystander in sè ha causato più di una perplessità quando è stato isolato per la prima volta: pare infatti che una cellula, colpita a morte da una radiazione (danno letale) produca (Mancuso&Saran, 2008), contestualmente al proprio decesso, una serie di enzimi e tossine capaci di causare alcuni danni genetici (subletali) alle cellule circostanti! Quale vantaggio evolutivo può mai dare un simile meccanismo apparentemente autolesionista? Il quadro diventa chiaro se lo si considera in combinazione con la risposta adattiva, cioè l’accelerazione della riparazione enzimatico a seguito di un danno subletale. In pratica, le cellule del nostro corpo “colpite a morte” da una radiazione, tentano di “avvertire” le cellule circostanti, stimolandone la riparazione genetica in vista di un possibile bombardamento. Semplicemente stupefacente.

Alla luce di quanto detto, emerge chiaramente come le radiazioni non “causino” nè cancro nè leucemie, e nemmeno li favoriscano sempre e comunque. Mentre per dosi acute molto elevate risulta relativamente facile evidenziare un impatto negativo, si stanno accumulando studi che mostrano, per dosi croniche anche relativamente importanti, l’assenza di alcun effetto negativo e la possibilità addirittura di un già citato impatto positivo. In altre parole, a dispetto del clima di diffidenza quasi fobica che si vive nei confronti delle radiazioni, di fatto l’esposizione a livelli moderati e cronici di radiazioni ionizzanti non sembra costituire un problema per il nostro organismo, che d’altronde è il risultato di milioni di anni di evoluzione in un ambiente a fondo naturale mediamente più elevato di quello attuale.

Detto ciò, rimane da chiarire un altro effetto molto noto delle radiazioni ionizzanti, e cioè il fatto che sarebbero causa di malformazioni genetiche. Nonostante film e libri di fantascienza abbiano reso molto popolare questo tipo di timori, nella realtà dei fatti nessuno studio effettuato finora ha evidenziato veri e propri incrementi dell’incidenza di malformazioni genetiche legate all’esposizione anche a dosi elevatissime ed acute. Il motivo per il quale il nostro corpo sembra non subire alcun effetto sulla propria prole, mentre esistono alcune evidenze che suggeriscono che tali effetti siano presenti, ad esempio, in alcuni insetti, è tuttora ignoto. Una ipotesi, pur parecchio vaga, potrebbe implicare il meccanismo noto come “tutto-o-nulla”, secondo il quale un embrione che si sta malformando entro i primi 3 mesi di gestazione (per esempio a causa di un danno genetico subito quando era costituito ancora da poche cellule) abortisce spontaneamente, mentre malformazioni più tardive del terzo mese sarebbero difficilmente da imputarsi a una singola cellula danneggiata da una radiazione a causa del numero ragguardevole di cellule già formate.

A questo punto subentra un problema di natura squisitamente logica: mentre infatti, dimostrare che una correlazione esiste è relativamente facile, non è concettualmente possibile dimostrare che NON esiste ALCUNA correlazione! Ecco perchè, sia nel caso delle malformazioni genetiche che in quello della relazione tra dosi acute e cancro, occorre andare, come si suol dire, coi piedi di piombo.

Quello che si può affermare, sulla base dei dati disponibili, è che la relazione dose-incidenza tumorale lineare e senza soglia (LNT) fallisce sistematicamente, anche per dosi acute, se si isolano i dati al di sotto di circa 100 mSv (o 0,1 Sv) al corpo intero. Tutti gli studi disponibili, infatti, indipendentemente dalle conclusioni più o meno aderenti alle convinzioni di chi li ha condotti, mostrano una assenza totale di accordo con le previsioni del modello LNT al di sotto di tale soglia, anche per dosi acute (Samet, 2009).

Ma allora come mai tale modello è tuttora universalmente accettato e talora addirittura sbandierato come l’unica verità in un mare di menzogne? La risposta si riassume come segue: data l’impossibilità logica di provare che non esistono altri meccanismi di danno finora ignoti, gli organi ufficiali (UNSCEAR, IAEA, WHO, ecc) non possono fare altro che invitare alla cautela nell’applicare il modello LNT, il che lascia spazio a facili esagerazioni propagandistiche da parte di gruppi politici ed economici interessati ad affossare l’industria nucleare a proprio vantaggio.

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