Dosimetria per la contaminazione radioattiva

La contaminazione radioattiva per definizione emette radiazioni ionizzanti, le quali possono irradiare il corpo umano dall’esterno o dall’interno. L’irradiazione dall’interno si ha se l’agente contaminante è contenuto nell’aria o assunto attraverso cibo o acqua contaminati, come ad esempio avviene nel caso di avvelenamento con sostanze radioattive usato da alcuni servizi segreti.

Nell’irradiazione dall’esterno, invece, la fonte può essere in prossimità del corpo o sulla superficie della pelle. Il livello di rischio per la salute dipende dalla durata, dal tipo e dall’intensità dell’irradiazione. Le radiazioni penetranti – come i raggi gamma, i raggi X, i neutroni o le particelle beta – presentano il rischio maggiore. Le radiazioni a bassa penetrazione (come quelle costituite dalle particelle alfa) hanno invece un basso rischio dovuto all’effetto di schermatura degli strati superiori della pelle.

La dose “assorbita”

La “dose assorbita” è una quantità fisica di dose che rappresenta l’energia media impartita alla materia per unità di massa mediante radiazioni ionizzanti. Nel sistema SI, l’unità di misura della dose fisica assorbita è il joule per chilogrammo e il suo nome specifico è il gray (Gy). Ma l’effetto della dose di radiazioni sul corpo cambia con il tipo di radiazione (per questo è stata poi introdotta la “dose equivalente”): ad esempio, 1 Gy di particelle alfa è 20 volte più pericoloso di 1 Gy di raggi gamma.

La dose assorbita viene usata: per confrontare direttamente l’effetto delle radiazioni ionizzanti sulla materia inanimata; per valutare la sopravvivenza di dispositivi quali componenti elettronici in ambienti con radiazioni ionizzanti; per calcolare l’assunzione di dose nei tessuti viventi. Ciò sia per le radiazioni ionizzanti prodotte dalla contaminazione radioattiva sia per quelle prodotte da apparati per l’imaging diagnostico (TAC, PET-TAC, DEXA, mammografia, etc.) o dalla radioterapia.

La misurazione della dose assorbita nei tessuti è di fondamentale importanza, in particolare, nella radioterapia, in quanto è la misura della quantità di energia che la radiazione incidente stia impartendo al tessuto bersaglio. Tuttavia, la dose assorbita è una quantità fisica e, se usata senza opportune modifiche, non è un indicatore adeguato degli effetti probabili delle radiazioni ionizzanti sulla salute nell’uomo.

Si è trovato che per il rischio stocastico da radiazioni (definito come probabilità di induzione del cancro e degli effetti genetici) si deve considerare anche il tipo di radiazione coinvolta e la sensibilità dei tessuti colpiti, il che richiede l’utilizzo di fattori modificatori. Normalmente, la dose assorbita non modificata non viene utilizzata quindi per confrontare i rischi stocastici, ma solo per determinare la dose acuta che dà origine ad effetti tissutali, come nella sindrome da avvelenamento radioattivo.

La dose “equivalente”

La cosiddetta “dose equivalente” è una dose che rappresenta gli effetti stocastici sulla salute dei bassi livelli di radiazioni ionizzanti che penetrano uniformemente attraverso tutto il corpo umano provenendo dall’esterno di esso. Viene ricavata dalla quantità fisica di dose assorbita, ma tiene conto anche dell’efficacia biologica della radiazione, la quale dipende dal tipo e dall’energia delle radiazioni coinvolte.

Per convertire la dose fisica assorbita in dose equivalente per le applicazioni in materia di protezione dalle radiazioni e di dosimetria, occorre eseguire degli opportuni calcoli, i cui dettagli dipendono dal tipo di radiazioni. La dose equivalente è in sostanza una “quantità limitante”, che permette di specificare i limiti di esposizione per garantire che il verificarsi di effetti stocastici sulla salute venga mantenuto sotto livelli inaccettabili e che le reazioni tissutali siano evitate.

In pratica, la dose equivalente viene calcolata usando la dose assorbita media depositata nel tessuto o nell’organo, moltiplicata per un fattore di ponderazione WR, che dipende dal tipo e dall’energia della radiazione. Il fattore WR rappresenta l’efficacia biologica relativa della radiazione e modifica la dose assorbita per tener conto dei diversi effetti biologici di vari tipi ed energie di radiazioni.

Nel sistema SI, l’unità di misura della dose equivalente è il sievert (Sv), pari al joule per chilogrammo ed il tutto moltiplicato per WR.Un’altra unità di misura molto usata, soprattutto nel passato, è il rem (rontgen equivalent men): 1 rem = 0,010 Sv, ovvero 1 millirem = 0,01 millisievert.

Formula e coefficienti di ponderazione per il calcolo della dose equivalente.

 

La dose “efficace”

La dose equivalente ha bisogno di ulteriori correzioni quando l’irradiazione dall’esterno riguarda solo parte (o alcuni organi) del corpo – o comunque non penetra in modo uniforme nel corpo, come avviene ad es. per le radiazioni “molli”, quali i raggi X a bassa energia o la radiazione beta – per misurare il rischio complessivo stocastico sulla salute. Allo scopo di tener conto della sensibilità variabile dei diversi organi e tessuti alla radiazione, si usa una dose diversa chiamata “dose efficace”.

La dose efficace è data dalla somma ponderata per il tessuto delle dosi equivalenti in tutti i tessuti e gli organi specifici del corpo umano, e rappresenta il rischio di salute stocastico per tutto il corpo, ovvero la probabilità di induzione del cancro e di effetti genetici a bassi livelli di radiazioni ionizzanti. Essa tiene conto del tipo di radiazione e della natura di ciascun organo o tessuto irradiato e consente la somma delle dosi legate a livelli ed a tipi di radiazioni variabili, sia interne che esterne al corpo.

Formula e coefficienti di ponderazione per il calcolo della dose efficace.

Mentre la dose equivalente è utile, ad esempio, per i lavoratori di una centrale nucleare – per i quali la dose equivalente cumulativa dovuta all’esposizione esterna dell’intero corpo viene normalmente riportata in rapporti dosimetrici periodici – la dose efficace trova invece ampia applicazione nella pianificazione e ottimizzazione della protezione radiologica, nella radioterapia per il trattamento del cancro e nella dimostrazione della conformità ai limiti di dose per scopi regolatori.

Infatti, la radiazione ionizzante è generalmente dannosa e potenzialmente letale per le cose vive, ma può dare benefici per la salute con la cura dei tumori attraverso la radioterapia. La dose efficace ha quindi contribuito significativamente alla protezione radiologica dei pazienti in quanto ha consentito di sommare le dosi dall’esposizione totale e parziale del corpo a radiazioni esterne di vari tipi e quelle dovute all’irradiazione interna a seguito dell’assunzione di radionuclidi.

Il rischio relativo alle radiazioni proposto dalla Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica (ICRP) prevede che una dose efficace di 1 sievert porti a una probabilità del 5,5% di sviluppare il cancro. Tale rischio è la somma delle dosi dell’irradiazione interna ed esterna al corpo.

La dosimetria interna o “impegnata”

La dosimetria interna permette di valutare la dose di radiazione generata internamente al corpo umano, e la “dose impegnata” è una misura del rischio stocastico per la salute dovuto ad un apporto di materiale radioattivo all’interno del corpo umano. La parola “stocastico” è definita come la probabilità di induzione del cancro e di danni genetici a seguito di bassi livelli di radiazioni. L’unità di misura è sempre il sievert.

Una dose impegnata dovuta ad una fonte interna presenta lo stesso rischio efficace della stessa quantità di dose efficace applicata uniformemente a tutto il corpo da una fonte esterna, o la stessa dose equivalente applicata a una parte del corpo. La dose impegnata non è intesa come misura per effetti deterministici quali l’avvelenamento da radiazioni, data invece dalla gravità di un effetto sulla salute certamente accaduto.

In pratica, mentre la dose equivalente viene utilizzata per gli effetti stocastici sulla salute prodotti dalle radiazioni esterne al corpo, la dose interna o impegnata usa un approccio simile per l’irradiazione da sorgenti radioattive interne al corpo. L’ICRP definisce una quantità di dose equivalente per la dose individuale impegnata, che viene usata per misurare l’effetto dei materiali radioattivi inalati o ingeriti.

I radionuclidi incorporati nel corpo umano irradiano i tessuti per periodi di tempo determinati dal loro tempo di dimezzamento fisico e dalla loro ritenzione biologica all’interno del corpo. Quindi possono dare origine a dosi assorbite dai tessuti del corpo per molti mesi o anni dopo l’assunzione. L’accumulo di tali dosi di per lunghi periodi di tempo ha portato alla definizione di dose impegnata.

Le vie attraverso cui la contaminazione dell’aria arriva all’uomo.

 

Riferimenti bibliografici

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