Radiazioni ionizzanti e cancro

Le radiazioni ionizzanti sono un fattore di rischio riconosciuto per l'insorgenza del cancro. Sono in grado di indurre lo sviluppo di quasi ogni forma di tumore anche se possono trascorrere molti anni tra l'esposizione alle radiazioni e la sua insorgenza.

La sensibilità alle radiazioni varia da organo a organo: il midollo osseo e la tiroide sono quelli maggiormente soggetti alla trasformazione indotta dalle radiazioni, per questo alcune forme di leucemia e il cancro della tiroide sono le neoplasie che si verificano più frequentemente e più precocemente nelle persone esposte a radiazioni ionizzanti.

Molto di quel che oggi sappiamo sul rapporto tra ionizzanti e cancro deriva da studi condotti su persone sopravvissute alle bombe atomiche di Hiroshima e Nagasaki. Poiché si trattò di condizioni di esposizione molto particolari, per lungo tempo è stato difficile comprendere se quelle conclusioni potessero essere applicate anche a livelli di esposizione più comuni. Negli anni recenti diversi studi hanno confermato che anche bassi livelli di esposizione possono dare origine alle trasformazioni a carico delle cellule che portano allo sviluppo del cancro. La quantificazione di questo rischio, tuttavia, è molto complessa: dipende infatti da diversi fattori come la dose a cui si è esposti e la durata dell'esposizione, il tipo di radiazione, le aree del corpo irradiate, l'età a cui si è entrati in contatto con le radiazioni.

In generale oggi è noto che:

• il rischio di cancro aumenta al crescere della dose a cui si è esposti. Tuttavia anche basse dosi possono comportare un aumento del rischio e non è possibile determinare una dose al di sotto della quale il rischio di sviluppare un tumore si azzeri;
• per la maggior parte dei tumori indotti da radiazioni ionizzanti, le probabilità di ammalarsi sono maggiori se si è esposti da bambini e diminuiscono al crescere dell'età. Anche l'esposizione nella vita fetale comporta un rischio più alto rispetto agli adulti;
• i tumori associati all'esposizione a radiazioni impiegano anni per svilupparsi. Il periodo è più breve per le leucemie (anche pochi anni) e più lungo per i tumori solidi (diversi decenni);
• il rischio di sviluppare una neoplasia come conseguenza dell'esposizione a radiazioni ionizzanti è diverso per le leucemie e gli altri tumori linfopoietici, da un lato, e per quelli solidi, dall'altro. In particolare i tumori del sangue sono più frequenti: la leucemia mieloide acuta è quella che ha maggiori probabilità di svilupparsi, mentre sembrano meno sensibili agli effetti delle radiazioni la leucemia lifoblastica cronica, i linfomi non Hodgkin e il mieloma multiplo. Se si esclude il tumore della tiroide, in particolare con carenza di iodio, il rischio di sviluppare tumori solidi dopo esposizione alle radiazioni è più basso rispetto a quelli del sangue. L'entità del rischio è però strettamente connessa alla tipologia di esposizione, all'area irradiata, alla dose.

In natura l'energia emessa da una fonte è definita radiazione. Occorre tuttavia distinguere tra radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.

Sono radiazioni il calore sprigionato dalla resistenza di un forno tradizionale così come le onde di un forno a microonde, la luce visibile, le onde radio. Radiazioni sono anche i raggi X impiegati per esempio per una radiografia o i raggi gamma impiegati in esami diagnostici come la PET o emessi da alcuni elementi radioattivi.

Le radiazioni si diffondono sotto forma di onde elettromagnetiche; esistono però anche in forma di particelle subatomiche (è il caso delle particelle alfa e beta emesse da materiali radioattivi).

A distinguere queste diverse tipologie di radiazione sono le caratteristiche dell'onda a cui sono connesse, in particolare la lunghezza e la frequenza: le onde a maggiore lunghezza e minore frequenza trasportano meno energia, viceversa, quella corte e a maggiore frequenza trasportano più energia.

Le radiazioni ionizzanti sono una piccola parte di questo ampio spettro di radiazioni: sono quelle a maggiore energia. Proprio per questa caratteristica sono in grado di interagire con la struttura atomica della materia rimuovendo elettroni che orbitano intorno al nucleo e conferendo all'atomo una carica elettrica (ionizzandoli).

Fanno parte delle radiazioni ionizzanti i raggi X, quelli gamma, le particelle alfa e le particelle beta. Anche una porzione di raggi ultravioletti (quelli più vicini per lunghezza d'onda ai raggi X) ha proprietà ionizzanti.

Sono cancerogene per l'uomo solo le radiazioni ionizzanti e i raggi ultravioletti, sia provenienti dal Sole sia da altre fonti.

Così come avviene per la materia inanimata, le radiazioni ionizzanti possono interagire anche con gli atomi e le molecole costitutive degli esseri viventi. Il DNA, in particolare, è molto sensibile agli effetti esercitati dalle radiazioni.

Il DNA contiene le istruzioni per il corretto funzionamento dell'organismo. È inoltre decisivo che l'informazione in esso contenuta venga trasferita inalterata da cellula madre a cellula figlia. È per questo che l'integrità della sua struttura è fondamentale ed è salvaguardata da sofisticati meccanismi di riparazione.

Le radiazioni ionizzanti possono rompere i filamenti di DNA o indurne cambiamenti nella struttura, modificando l'informazione in esso contenuta. Inoltre possono alterare l'ambiente cellulare (per esempio l'acqua contenuta dentro o fuori le cellule) dando vita a radicali liberi, composti altamente reattivi che possono dare origine a molecole dannose per le cellule.

Come conseguenza di ciò, a seconda dell'entità di questi danni, la cellula:

• può andare incontro a morte;
• può riparare efficacemente se stessa;
• può subire alterazioni che non vengono riparate correttamente (mutazioni): la cellula sopravvive, ma ha un comportamento anomalo.

Il cancro può essere la conseguenza di quest'ultima tipologia di danni.

Le radiazioni ionizzanti agiscono attraverso l'energia depositata nei tessuti: perciò i loro effetti biologici sono maggiori al crescere della dose a cui si è esposti. La dose assorbita dai tessuti viene misurata in Grays (Gy), mentre l'unità di misura impiegata per misurare l'effetto biologico delle radiazioni è il Sieverts (Sv).

I possibili effetti delle radiazioni ionizzanti sono di due tipi:

• A dosi elevate si osservano effetti definiti deterministici, vale a dire che, al di sopra di specifici valori di esposizione che dipendono dal tipo di radiazione e dalla parte del corpo irradiata, c'è la certezza che si verifichino. La gravità degli effetti deterministici dipende dalla dose a cui si è esposti. Alcuni possibili effetti deterministici dell'esposizione a radiazioni ionizzanti sono eritemi, necrosi cutanea, perdita dei capelli e dei peli, cataratta, sterilità. Per esposizioni a dosaggi particolarmente elevati si ha la sindrome acuta da radiazioni, causata soprattutto dai danni al midollo osseo, alle mucose intestinali e al sistema nervoso centrale. Per esempio, si stima che nel caso del disastro nucleare di Chernobyl, tra i circa 1.000 soccorritori intervenuti subito dopo l'incidente, 28 siano morti nei mesi successivi per i danni causati dalle radiazioni.
• A dosi più basse si verificano invece effetti definiti stocastici. Si tratta di effetti probabilistici, non è quindi certo che si verifichino. Le probabilità che avvengano aumentano al crescere della dose; gli effetti stocastici sono inoltre cumulativi (più esposizioni si sommano per aumentare le probabilità che si verifichino). Infine, non è possibile fissare una soglia al di sotto della quale non si verifichino. Queste caratteristiche rendono molto difficile valutare gli effetti stocastici. Il più comune effetto stocastico dell'esposizione a radiazioni ionizzanti è il cancro.

Le radiazioni ionizzanti non sono un qualcosa di estraneo alle nostre vite. Quotidianamente siamo esposti a una dose di radiazioni definita "fondo naturale di radiazione", proveniente dall'ambiente che ci circonda (radiazione cosmica e del suolo). Le altre fonti di esposizione sono le radiazioni prodotte dall'uomo per scopi non medici e quelle per scopi medici.

Fondo naturale di radiazione

Il fondo naturale di radiazione è la maggiore fonte di radiazioni ionizzanti a cui siamo esposti. È vero che le altre tipologie di fonti possono produrre picchi più elevati, ma restano limitati nel tempo e nello spazio. Il fondo naturale di radiazione è invece una presenza costante nelle nostre vite: proprio per questo non è possibile sapere se ha effetti sulla salute. In media ogni essere umano è esposto a circa 2,4 millisievert (mSv) per anno, l'equivalente di 100 radiografie del torace. L'entità dell'esposizione varia però notevolmente a seconda della zona in cui si vive.

Il fondo naturale di radiazione deriva da diverse fonti:

• i raggi cosmici, particelle radioattive che arrivano direttamente dallo spazio, emesse dal sole e dalle altre stelle. L'atmosfera terrestre blocca una parte di queste radiazioni, ma alcune riescono ad arrivare al suolo. Dal momento che si disperdono gradualmente una volta superata l'atmosfera, le radiazioni trasportate dai raggi cosmici sono maggiori alle alte altitudini. Per la stessa ragione si è più esposti ai raggi cosmici quando si sta viaggiando in aereo.
• le radiazioni emesse dalla Terra: nel suolo terrestre sono presenti numerosi elementi radioattivi la cui diffusione può variare di zona in zona. Piccole parti di queste radiazioni possono raggiungere l'uomo attraverso l'aria, ma anche attraverso il cibo e l'acqua. La fonte di radiazione terrestre più importante per la salute umana è il radon, un gas radioattivo inodore e incolore che si forma dal decadimento del radio. Il radon si trova in particolari terreni e rocce e può disperdersi nell'aria aperta o concentrandosi nei luoghi chiusi in basso. Il radon, quando inalato, si deposita sulle pareti dell'apparato respiratorio e da qui irraggia le cellule dei bronchi: in tal modo può dare luogo alle trasformazioni cellulari che portano allo sviluppo del tumore del polmone. Si stima che il radon sia responsabile di una percentuale che va dal 3 per cento al 14 per cento di tutti i tumori polmonari.

Le radiazioni prodotte dall'uomo

Da circa un secolo l'uomo è in grado di sfruttare le proprietà delle radiazioni ionizzanti. Gli impieghi principali sono la produzione di armi e quella di energia.

• Armi nucleari. Quando ci si riferisce alle armi nucleari il pensiero va alle bombe sganciate nella seconda guerra mondiale su Hiroshima e Nagasaki che esposero centinaia di migliaia di persone a raggi X, raggi gamma e neutroni. Centinaia di migliaia di persone morirono come risultato delle ustioni e della malattia acuta da radiazioni; tra i sopravvissuti fu riscontrato un aumento di diverse forme di tumore (leucemia, mieloma multiplo, cancro della tiroide, della vescica, del seno, del polmone, delle ovaie, del colon, all'esofago, dello stomaco, del fegato, linfomi, tumori della pelle) per un totale cumulativo di un migliaio di decessi in eccesso. Le bombe di Hiroshima e Nagasaki, però, hanno contribuito soltanto per una minima parte alla produzione umana di radiazioni ionizzanti. La maggiore fonte di radiazioni disperse nell'ambiente dall'uomo è rappresentata dai test sulle armi atomiche condotti fino agli anni Sessanta da diversi Paesi. Ogni test nucleare ha disperso nell'atmosfera o nel suolo consistenti quantità di materiali radioattivi. Sebbene non siano stati più effettuati test in atmosfera negli ultimi 50 anni, questa contaminazione radioattiva continua a essere una fonte di esposizione per l'uomo a causa dei lunghi tempi di decadimento di alcuni elementi utilizzati. Gli effetti sulla salute delle popolazioni esposte non sono noti, ma gli Stati Uniti - il Paese che ha realizzato il maggior numero di test - ha da anni attivato un programma di compensazione per le persone che vivono nelle aree interessate e che hanno sviluppato un tumore connesso con l'esposizione alle radiazioni.
• Centrali nucleari. Le emissioni di radiazioni dagli impianti di produzione di energia basati sullo sfruttamento di reazioni nucleari sono attentamente monitorate e controllate. La dispersione di radioattività nell'ambiente è trascurabile, tuttavia malfunzionamenti degli impianti o incidenti possono causare grandi perdite di radiazioni ionizzanti nell'ambiente. Nel 1986 a Chernobyl, in Ucraina, si verificò il più grande disastro nucleare: milioni di persone furono esposte a radiazioni, sia dirette sia deposte sul suolo e nelle acque. Le persone che affrontarono l'emergenza furono quelle maggiormente esposte: 28 morirono nei mesi successivi per sindrome da radiazione acuta. Negli anni successivi si sono registrati circa 4.000 casi di tumore alla tiroide nella popolazione che all'epoca del disastro aveva meno di 18 anni. Nel 2011 fu il Giappone a essere vittima di un disastro nucleare conseguente a un terremoto e successivo tsunami. La centrale nucleare di Fukushima, con i suoi sei reattori, risultò danneggiata e circa 170.000 persone furono esposte alle radiazioni, a dosi però molto basse. Nel 2013, l'Organizzazione mondiale della sanità ne ha stimato i potenziali effetti sulla salute. In particolare, un aumento del rischio di leucemia fino al 7 per cento, di cancro al seno fino al 6 per cento, di tumori solidi fino al 4 per cento, di cancro alla tiroide fino al 70 per cento. Per prevenire quest'ultimo tumore le autorità hanno disposto la somministrazione profilattica di ioduro di potassio che impedisce alla tiroide di assimilare lo iodio-131, la sostanza radioattiva che provoca il cancro.

L'esposizione medica

Le radiazioni ionizzanti sono impiegate in medicina in tre aree:

• in radiologia diagnostica, vale a dire nell'esecuzione di indagini diagnostiche che prevedono l'utilizzo di strumentazioni che sfruttano i raggi X per ottenere immagini del paziente;
• in radioterapia , che sfrutta le proprietà delle radiazioni per colpire e uccidere i tumori;
• in medicina nucleare, che utilizza sostanze radioattive introdotte nel paziente per la diagnosi o trattamento.

Le radiazioni ionizzanti impiegate in tutte e tre le attività aumentano le probabilità di sviluppare il cancro. La maggior parte delle procedure comporta un rischio molto basso, bisogna tuttavia considerare che l'esposizione alle radiazioni da tutte le fonti si somma nel corso della vita e perciò ogni intervento medico che preveda l'utilizzo di radiazioni contribuisce all'aumento complessivo del rischio. In ogni caso, il rischio derivante da queste procedure va sempre comparato con i benefici attesi.

Radiologia diagnostica

Negli ultimi decenni la diffusione di indagini diagnostiche che prevedono l'utilizzo di elevate dosi di radiazioni ionizzanti (in particolare la TC) è cresciuta notevolmente. Ciò ha consentito di giungere a diagnosi più affidabili e spesso precoci, aumentando le probabilità di guarigione. Tuttavia ha anche posto il problema degli effetti dell'esposizione ripetuta alle radiazioni ionizzanti.

Calcolare le probabilità di sviluppare un tumore come conseguenza dell'esposizione a radiazioni per test diagnostici è difficile. La quantità di radiazioni varia a seconda del test. Ma anche la tipologia di macchina utilizzata, la dimestichezza dell'operatore che esegue l'esame e la sua durata possono influenzare la quantità di radiazioni.

Ciò non toglie che lo svolgimento di un numero elevato di esami nel corso della vita possa contribuire in maniera significativa all'aumento del rischio di sviluppare un tumore. È perciò importante eseguire esami diagnostici che prevedano l'utilizzo di radiazioni ionizzanti (quali la TC) soltanto quando è realmente necessario e scegliere, laddove è possibile, l'esame che comporta la minore esposizione possibile.

Il tema è particolarmente importante durante l'infanzia. I bambini, infatti:

• sono più sensibili degli adulti alle radiazioni;
• hanno un'aspettativa di vita più lunga degli adulti e perciò eventuali mutazioni indotte dalle radiazioni hanno più tempo per evolvere in tumori;
• possono essere esposti a più alti livelli di radiazioni se i dispositivi non sono appositamente tarati.

Ciò implica che per un bambino le probabilità di sviluppare un tumore come conseguenza di esami diagnostici, anche se rimane molto bassa, è maggiore che per un adulto che esegua lo stesso test.

Per questo si consiglia di eseguire la TC ai bambini solo quando veramente necessario prediligendo, quando è possibile, test che non prevedano l'utilizzo di radiazioni ionizzanti (per esempio la risonanza magnetica).

È stato inoltre osservato che, per i bambini, i livelli di esposizione sono più bassi se l'esame è eseguito in una struttura pediatrica.

Radioterapia

Le radiazioni ionizzanti sono un modo efficace per trattare alcune forme di tumore. La radioterapia prevede l'utilizzo di radiazioni ionizzanti in dosaggi migliaia di volte più alte rispetto a quelle usate per la diagnosi. Le radiazioni vengono indirizzate direttamente contro la massa tumorale e, danneggiando le cellule cancerose, ne impediscono la proliferazione. Tuttavia il suo uso può produrre mutazioni nel DNA delle cellule che sopravvivono e queste possono, successivamente, dare vita a un nuovo tumore.
L'entità di questo rischio è molto bassa e comunque i benefici derivanti dal trattamento superano ampiamente i rischi.

Le probabilità di sviluppare un tumore dopo l'esposizione a radioterapia dipendono da diversi fattori:

• l'area irradiata (il midollo osseo, il seno e la tiroide sono gli organi più sensibili);
• i dosaggi e la durata dei trattamenti;
• l'età del paziente (i bambini sembrano a maggior rischio di sviluppare un tumore solido).