Quando si pensa alle radiazioni, è facile immaginare le conseguenze negative che queste possono avere sulla nostra salute, come testimoniato dalle conseguenze dei bombardamenti nucleari alla fine della Seconda guerra mondiale o dell’incidente nella centrale nucleare di Chernobyl del 1986.

Questi eventi che rappresentano momenti drammatici della storia dell’umanità potrebbero indurci a pensare che il fenomeno delle radiazioni ionizzanti sia essenzialmente relegato al passato o ad alcuni ambiti molto circoscritti della vita umana, come la produzione di energia o, nostro malgrado, l’industria bellica. Al contrario, le radiazioni sono una parte fondamentale della realtà che ci circonda, la quale è letteralmente permeata di radiazioni, senza che ce ne accorgiamo. Come vedremo in seguito, l’uomo ha imparato (a volte anche dai suoi errori), a sfruttare questo fenomeno per rispondere a numerosi bisogni. Penso, in particolare, alle applicazioni in ambito medico, alle quali accenneremo fra poco. Ma facciamo un passo indietro, per cercare di spiegare in poche parole cosa sono le radiazioni ionizzanti.

Cosa sono

Le radiazioni ionizzanti possono essere costituite da particelle subatomiche, ioni e da onde elettromagnetiche (nell’estremità più energetica dello spettro elettromagnetico). Indipendentemente dalla familiarità che avete con questi concetti, il punto centrale è queste entità sono accomunate dall’elevato contenuto energetico, cosa che le rende in grado di rompere i legami che sussistono tra le particelle che compongono la materia. La materia che ci circonda, infatti, può essere scomposta in entità elementari, più o meno grandi a seconda del livello di approfondimento che scegliamo di adottare. Per esempio, ciascuno di noi possiede una certa familiarità con il concetto di atomo, che deriva dal greco àtomos ovvero indivisibile.

Il livello “atomico” di organizzazione della materia è un livello fondamentale, poiché rappresenta il livello nel quale essa è organizzata nei diversi elementi chimici (per esempio ossigeno, carbonio, ecc.). Al livello superiore, gli atomi si aggregano normalmente in unità relativamente stabili dette molecole (per esempio, la molecola di acqua, che è costituita da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno). Al livello inferiore, oggi sappiamo che gli atomi sono a loro volta composti da particelle più piccole, definite appunto subatomiche, ovvero elettroni, neutroni e protoni. I protoni ed i neutroni risiedono nel nucleo, i protoni carichi positivamente mentre secondi sono privi di carica e mediano l’interazione tra i protoni che altrimenti tenderebbero a respingersi. Gli elettroni invece sono carichi negativamente ed orbitano vorticosamente intorno al nucleo. La maggior parte degli atomi è elettricamente neutra, ovvero le cariche negative e positive al loro interno si bilanciano.

Al livello di ingrandimento a cui stiamo descrivendo la materia, dobbiamo immaginare un caotico caleidoscopio di interazioni, di incontri e di scontri, di legami che si instaurano e si rompono continuamente. In questo contesto, la stabilità è un lusso difficile da preservare. Le radiazioni ionizzanti sono una forma di energia che può caricare elettricamente atomi e molecole neutri (vale a dire con un uguale numero di protoni e di elettroni) ionizzandoli, ovvero facendoli diventare particelle dotate di carica. Le particelle dotate di carica sono per loro natura più instabili e, pertanto, più propense ad interagire con altre particelle, talvolta strappandole dai legami preesistenti al fine di creare inedite, provvisorie configurazioni, il tutto alla ricerca dell’agognata stabilità. Poiché le radiazioni ionizzanti hanno il potere di alterare la struttura degli atomi, esse possono scompaginare l’architettura delle molecole organiche di cui sono costituite le nostre cellule (proteine, lipidi, ecc.) e via via, risalendo per gradi di complessità, dei tessuti biologici, degli organi, degli apparati, degli organismi o degli interi ecosistemi.

Dove si trovano

Come discusso nell’articolo precedente, le radiazioni sono un fenomeno naturale e, pertanto, non sono qualcosa verso cui è lecito nutrire una paura irrazionale. Le radiazioni si trovano infatti nel cosmo e gli esseri viventi sono soggetti all'azione di radiazioni ionizzanti naturali, alle quali si dà il nome di fondo di radioattività naturale. Per la loro presenza l'uomo riceve mediamente una dose di 2,4 millisievert all'anno, un valore privo di rischi significativi per la nostra salute, che tuttavia può variare di molto da luogo a luogo sul nostro pianeta. In ogni caso, nel corso dei decenni l’uomo ha imparato a conoscere e dominare le radiazioni ionizzanti per avvalersene in svariati campi.

In medicina

Le applicazioni in medicina si distinguono in diagnostiche e terapeutiche. Notevole è il ruolo delle radiazioni ionizzanti nella diagnostica per immagini, quella branca della medicina che si occupa di rendere possibile l’osservazione di una parte dell’organismo non visibile dall'esterno attraverso la produzione di immagini diagnostiche. Al giorno d’oggi la diagnostica per immagini comprende svariate metodiche, tra cui l’ecografia e la risonanza magnetica, le quali non si avvalgono di radiazioni ionizzanti.

La radiologia

In ogni caso, il nucleo originario della diagnostica per immagini è rappresentato dalla cosiddetta radiologia tradizionale, la quale si avvale per l’appunto di radiazioni ionizzanti al fine di creare rappresentazioni bidimensionali di un distretto corporeo (per esempio, la classica radiografia del torace). Fino alla seconda metà del XX secolo, la radiologia in senso stretto restava l'unico metodo di esplorazione indiretto dell'interno del paziente. La relativamente più moderna tomografia computerizzata (TC) rappresenta per molti versi un’evoluzione della radiologia tradizionale in cui il fascio radiante viene fatto ruotare attorno al corpo del paziente per creare una rappresentazione tridimensionale del distretto da studiare. In ambito radiologico si persegue sempre il miglior compromesso tra quantità e qualità, poiché maggiore è l’energia impiegata per creare il fascio radiante e maggiore sarà il suo potere penetrante, ma allo stesso tempo maggiore sarà anche la dose di radiazioni a cui viene sottoposto il paziente. Questo concetto è ben sintetizzato nell’acronimo anglosassone ALARA (As Low As Reasonable Achievable). Come più volte ribadito, al centro di ogni scelta medica vi deve essere una chiara definizione del contesto clinico e un’attenta disamina dei criteri di appropriatezza diagnostica, anche rispetto ad un bilancio costo-beneficio.

La radioterapia

Sul fronte terapeutico, l’applicazione delle radiazioni ionizzanti in medicina prende il nome di radioterapia ed è una metodica che si avvale delle radiazioni per il trattamento di alcuni tipi di tumore. Per essere efficaci, le radiazioni ionizzanti sfruttano alcune caratteristiche delle cellule neoplastiche che le differenziano da quelle normali, in particolare il fatto tendono a replicarsi incontrollatamente e molto più velocemente rispetto agli altri tessuti. In linea generale, la radiosensibilità (ovvero la suscettibilità di un tessuto alle radiazioni) dipende soprattutto dalla velocità di replicazione cellulare: più questo indice è elevato e maggiormente sensibile risulterà essere un determinato tessuto od organo. Le cellule dei diversi tessuti possono essere schematicamente suddivise in tre gruppi in base al grado di sensibilità alle radiazioni:

• Elevata: linfociti (un tipo di globuli bianchi), spermatogoni e oociti (cellule riproduttive) e cellule proliferative del midollo osseo (la terapia radiante si sfrutta per preparare i pazienti al trapianto di midollo osseo);
• Intermedia: cellule epiteliali (per esempio epitelio della cute) parenchimali ed endoteliali;
• Bassa: osteociti (cellule dell’osso), neuroni e cellule muscolari.

Ovviamente, non è tutto così semplice. Più i tumori sono grandi e più la loro parte centrale tenderà ad essere necrotica in mancanza di ossigeno, perché la crescita del tessuto è talmente repentina da impedire la costruzione di un’adeguata impalcatura vascolare di supporto. L’ossigeno, per tutta una serie di ragioni, è un potente radiosensibilizzante, ovvero una sostanza che se presente al momento dell’irradiazione ne aumenta l’effetto biologico. In alcuni casi si eseguono trattamenti combinati di radioterapia e terapia farmacologica per sfruttare l’azione sinergica dei due trattamenti. I trattamenti con la radioterapia e con la chemioterapia possono essere definiti neo-adiuvanti se eseguiti prima di un altro trattamento (per esempio l’intervento chirurgico) oppure adiuvanti se vengono eseguiti dopo altre terapie. In alcuni casi la chemioterapia può essere eseguita in concomitanza alla radioterapia proprio per sfruttare l’effetto radiosensibilizzante di alcune sostanze.

Pro e contro

In conclusione, è certamente vero che l’esposizione a dosi eccessive di radiazioni può comportare una serie di rischi e conseguenze negative per la nostra salute, tuttavia, il loro utilizzo circostanziato e responsabile ha contributo al progresso della scienza medica rendendo possibile la diagnosi precoce di molte patologie e una lotta efficace contro svariate forme di tumore. In aggiunta, la consapevolezza circa i possibili effetti nocivi delle radiazioni ionizzanti ha dato una spinta allo sviluppo di una solida legislazione in materia di radioprotezione, allo scopo di tutelare i cittadini ed i lavoratori i quali, per svariate ragioni, siano esse diagnostiche, terapeutiche o professionali, possono incorrere nell’esposizione a dosi eccessive di radiazioni ionizzanti.