Contaminazioni nucleari

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1 a cura di Pompeo Pindozzi Origini ed effetti delleradiazioni e delle Contaminazioni nucleari Intervista al Professore Marco Salvatore Il Professor Marco Salvatore, 60 anni è il Direttore del dipartimento di diagnostica per immagini-radioterapia e medicina nucleare nella prima facoltà di medicina e chirurgia dell università statale Federico II di Napoli. E autore di 450 lavori scientifici pubblicati su riviste nazionali ed internazionali (la maggior parte). E stato: consigliere del CNR, direttore scientifico dell istituto nazionale tumori Pascal di Napoli, presidente del comitato italiano Europa contro il cancro direttore del centro per la medicina nucleare del CNR, Presidente dell associazione italiana di medicina nucleare, delegato italiano all Eurpan MedicaI Research Council. E membro di numerose società scientifiche negli Stati Uniti, in Europa ed in Italia. E conponente della direzione scientifica delle più prestigiose riviste nazionali ed internazionali di radiodiagnostica e di medicina nucleare. Innanzitutto cosa significa nucleare? Con il temine energia nucleare si definisce l energia contenuta all interno del nucleo di un atomo. La liberazione dell energia nucleare può essere di due tipi: controllata ed incontrollata. L esempio tipico di utilizzo dell energia nucleare controllata è quella impiegata negli impianti elettrici termonucleari, mentre quella non controllata è quella liberata dall esplosione di un ordigno nucleare. Entrambe le reazioni si basano sulla fissione (rottura) di un atomo di uranio da parte di un neutrone. Come prodotti della fissione si formeranno quindi due elementi e si libereranno altri neutroni che innescheranno altre reazioni di fissione. Nei processi controllati si impiegano materiali (es. grafite) in grado ridurre il numero di neutroni potenzialmente partecipi alla reazione, mentre ciò non avviene in quelli non controllati. Un esempio di reazione nucleare è il seguente: Uranio235 + neutrone Te135 + Zr neutroni. I quattro neutroni liberati innescano successive reazioni nucleari. Con il termine più generico di nucleare si fa riferimento a tutte quelle attività legate all impiego di energia nucleare o anche semplice emissione di radiazioni dal nucleo atomico per assestamento energetico. Parliamo del nucleare buono: quali sono le applicazioni in medicina? L opinione pubblica collega molto spesso il termine nucleare agli effetti catastrofici della bomba atomica o disastri come quello di Chernobyl. Esistono numerose applicazioni del nucleare buono. Un esempio tipico è la medicina nucleare: questa è una branca della diagnostica per immagini che impiega isotopi radioattivi, sostanze cioè che emettono radiazioni. Queste possono essere impiegate per finalità diagnostiche e terapeutiche. Gli esami diagnostici della medicina nucleare vengono chiamate scintigrafie. Le applicazioni terapeutiche sono essenzialmente riferite al trattamento di alcuni tumori come quello della tiroide, della palliazione del dolore osseo in pazienti con metastasi ossee, dei tumori neuroendocrini. A che serve la scintigrafia? In linea di principio le scintigrafie si basano sulla somministrazione al paziente di minime quantità di sostanze radioattive che in base a processi fisio-metabolici si andranno a localizzare a livello di organi, apparati o patologie che vorremmo studiare. Con le scintigrafie è possibile studiare la funzionaltà di vari organi quali per esempio il cuore. Del cuore sarà possibile determinare la sua funzione come pompa e determinare il grado di irrorazione 8

2 L uso del nucleare in medicina: la scintigrafia e la PET dei vari segmenti e definire la pervietà dei vasi coronarici. Altri esempi di indagini scintigrafiche di comune utilizzo sono quelle relative allo studio dell apparato scheletrico, della funzione renale, della perfusione del parenchima cerebrale ecc. La più più avanzata metodica in campo di diagnostica medico nucleare è la PET. Cosa è la PET? La PET (Positron Emission Tomography - Tomografia ad Emissione di Positroni). Impiega i positroni (elettroni carichi positivamente) che interagiscono con gli elettroni. Da questo processo si ha la formazione di due radiazioni elettromagnetiche (fenomeno dell annichilazione) di uguale energia che hanno direzione opposta di 180. Con i positroni è possibile studiare il metabolismo del glucosio a livello cellulare. Infatti attualmente il principale campo di applicazione clinica della PET è quello oncologico per identificare la malattia primaria e la presenza di eventuali localizzazioni secondarie, determinare il consumo di glucosio a livello delle cellule neoplastiche di alcuni tipi di tumori, controllare la risposta terapeutica ed ottimizzare l approccio terapeutico. Come vengono smaltiti i materiali radioattivi usati per le scintigrafie e la PET? Bisogna premettere che tutta la materia è regolata da rigide normative nazionali basate su direttive internazionali. Altro aspetto importante è il tipo di sostanza radioattiva che deve essere smaltita: le differenze saranno notevoli se l emivita della sostanza (cioè il tempo necessario affinché questa emetta il 50% della radioattività) è di poche ore (es. il 99mTecnezio) o di diversi secoli. In linea di principio le sostanze radioattive residue da impieghi diagnostici vengono raccolte e smaltite attraverso delle ditte autorizzate in appositi siti di stoccaggio in attesa del loro decadimento. Il trasporto dal sito di utilizzo a quello di stoccaggio è effettuato in contenitori sigillati contenuti in fusti metallici. Il livello di emissione radioattiva all esterno del fusto deve essere al di sotto di limiti fissati dalla legge e va certificata dall esperto qualificato.... e per impieghi industriali Quali sono le applicazioni industriali? Le radiazioni ionizzanti, sia i raggi X che quelli gamma, possono essere impiegate anche per impieghi industriali. Il concetto di base è quello di impiegare queste metodologie per non alterare il materiale da studiare senza effettuare l asportazione di campioni, valutare l integrità strutturale di un componente e ricercare anche cause di mal funzionamento di un macchinario o di una sua componente. Le verifiche sono condotte su materiali (metalli, compositi, plastiche), sui componenti (tubazioni, turbine, caldaie, motori, reattori), sui mezzi di trasporto. Le radiazioni sono impiegate anche per la sterilizzazione di oggetti e materiali vari: questi metodi non modificano le caratteristiche strutturali del prodotto né questi permangono radioattivi dopo la loro esposizione. 9

3 Un nuovo campo di applicazione dei raggi X: restauri e integrità delle opere d arte Un nuovo campo di applicazione dei raggi X è quello relativo al restauro e verifica dell integrità delle opere d arte. Cosa si intende per irraggiamento? Con il termine di irraggiamento ci si riferisce ad un corpo colpito da radiazioni provenienti da una sorgente esterna. Questa sorgente può essere il sole (irraggiamento solare) o una sorgente di radiazioni ionizzanti come per esempio un tubo radiogeno o una sostanza radioattiva. E per contaminazione? Se il corpo viene colpito da radiazioni emesse da una sostanza radioattiva la quale rimane a contatto con esso si parla di contaminazione (o irradiazione da contaminazione). La contaminazione può essere interna se la sostanza radioattiva è stata introdotta nel corpo (es. per inalazione, ingestione, contaminazione di una ferita aperta ecc.) o esterna se è localizzata all esterno. L irradiazione e la contaminazione esterna possono investire tutto il corpo e quindi si parlerà di irradiazione/contaminazione globale oppure solo una parte e quindi si farà riferimento ad una irradiazione/contaminazione localizzata. Quali sono i danni dell esposizione alle radiazioni ionizzanti? Gli effetti lesivi da radiazioni si dividono in danni non stocastici e danni stocastici. Con il termine di danni non stocastici si fa riferimento a quei danni prodotti da elevate dosi di irradiazione. Compaiono solo al superamento di una certa dose, definita dose soglia cioè vi è un livello di dose al di sotto del quale l effetto non si verifica. L effetto è graduato nel senso che aumentando la dose assorbita aumenta anche la gravità dell effetto. I danni non stocastici possono essere causati da una irradiazione globale a tutto il corpo (panirradiazione) o solo una parte di esso e quindi si avrà una irradiazione localizzata. I danni non stocastici sono inoltre divisi in danni precoci, cioè che si manifestano a breve distanza di tempo (da poche ore a qualche settimana) dall esposizione e danni tardivi. L intervallo di tempo tra l irradiazione e la comparsa dei danni non stocastici precoci è detto periodo di latenza. Esso varia in maniera inversamente proporzionale rispetto all entità della dose. Gli effetti dei danni non stocastici da panirradiazione sono la sindrome ematologica, gastrointestinale e neurologica. La prognosi per queste sindromi non è favorevole specie per quella gastrointestinale e neurologica. I danni non stocastici tardivi localizzati a parti del corpo sono dovuti alla cronica esposizione di basse dosi di radiazioni ionizzanti. Esempi tipici sono la cute del radiologo quando si supera la soglia di 20 Gy (2000 rad) alle estremità e la cataratta da raggi del radiologo se si supera la soglia di 15 Gy (1500 rad) all occhio. I danni stocastici sono invece patologie prodotte da dosi variabili di irradiazione. Clinicamente sono rappresentati da tumori maligni e non esiste una soglia per la loro comparsa. Il rischio della comparsa di questi danni è proporzionale all entità della dose. Ipoteticamente ogni singola radiazione potrebbe essere in grado di indurre un cancro. Non 10

4 6 agosto 1945 esplosione del primo ordigno nucleare 9 agosto 1945 esplosione del secondo ordigno nucleare è possibile identificare un cancro radioindotto da uno spontaneo. A differenza dei danni non stocastici per quelli stocastici non esiste una dose soglia. Noi abbiamo davanti agli occhi le immagini dei giapponesi colpiti dagli effetti della bomba atomica: a parte i danni alla pelle, quali sono gli organi che risentono maggiormente delle radiazioni ionizzanti? Ad Hiroshima, cittadina di circa abitanti, la mattina del 6 agosto 1945 esplose il primo ordigno nucleare. Sono stati calcolati circa morti istantanei. Gli effetti distruttivi dell esplosione nucleare sono stati dovuti all onda d urto data dalla compressione dell aria circostante alla zona dell esplosione rilevabile fino a qualche chilometro dal punto di impatto. Inoltre il calore ha portato la temperatura a diverse migliaia di gradi nella sede dell esplosione nel giro di pochi secondi. Temperature così elevate hanno la capacità di vaporizzare istantaneamente qualunque cosa. Le radiazioni ionizzanti liberate dalla reazione nucleare hanno provocato sindromi acute da raggi ed effetti a distanza di tempo. Materiale e particelle contaminate sono state trasportate a distanza dalla nube innalzatasi dal luogo dell esplosione e dagli eventi atmosferici (es. vento). Ad Hiroshima ci sono stati circa morti nel primo giorno e circa morti nel primo anno. Un secondo ordigno nucleare esplose a Nagasaki 9 agosto I morti nel primo periodo furono circa e circa nei 5 anni successivi. Da studi epidemiologici effettuati a distanza di tempo sui sopravvissuti nei quali è stata anche determinata la dose di irradiazione ricevuta si è avuto un incremento dell 8% di cancro (prevalentemente leucemie). Non è possibile definire con certezza quali sono gli organi che risentono di più delle radiazioni ionizzanti in quanto è fondamentale conoscere il tipo di radiazione, l intensità la sede e tempo dell esposizione, le condizioni in cui si trovava in quel momento il soggetto ecc. In linea di principio generale gli organi che risentono maggiormente delle radiazioni ionizzanti sono quelli dove si ha un ciclo ed un metabolismo cellulare attivo. Perchè il cancro alla tiroide dopo Chernobyl? Dall esperienza di Chernobyl si è evidenziato in maniera inconfutabile che il radioiodio può indurre a dose elevatissime il cancro della tiroide nei soggetti giovani. Da rapporti di vari gruppi di lavoro e dal rapporto dell UNSCEAR (organismo delle Nazioni Unite che studia e monitorizza gli effetti delle radiazioni) del 2000 si è evidenziato che nei dieci anni successivi si è avuto nella regione un incremento dell incidenza dei cancri della tiroide nei giovani con età compresa tra i 0 e 14 anni al momento della fuoriuscita della nube radioattiva dal reattore. Il 90% della dose assorbita dalla tiroide in questi pazienti era dovuta da 131 lodio. I tempi ed il picco della comparsa della malattia sono stati più precoci rispetto alle aspettative. L aumento di incidenza di questo tumore è stato dovuto al mancato monitoraggio del cibo (in particolare latte e 11

5 La tempestività di informazioni consente interventi protezionistici per la dose di radiazioni derivati) assunto da queste popolazioni dopo l incidente, specie nei primi tempi e la mancanza di profilassi sia prima dell incidente (popolazioni con carenza di iodio nella dieta senza profilassi con sale iodato) né successivamente. Comunque sono iniziate su tutta la popolazione esposta grandi campagne di screening che hanno consentito di identificare in tempi molto precoci l insorgenza di questa neoplasia. Non si è avuto incremento significativo di nessun altro tipo di tumore. Quali sono le misure di protezione da usare? E da tenere presente che qualsiasi azione di protezione dagli effetti delle radiazioni ionizzanti non prescinde dalla conoscenza certa della sorgente di irradiazione, dal tipo di contaminante e dal tipo di radiazione emessa. In molti casi la tempestività di queste informazioni consente interventi protezionistici tali da ridurre in maniera considerevole la dose di irradiazione. Le principali misure di ordine fisico da poter utilizzare per la protezione dall irradiazione esterna sono: tempo di esposizione (minore è il tempo di esposizione minore i danni indotti dalle radiazioni); distanza (interporre la maggiore distanza possibile tra la sorgente radiante ed il corpo. Per la legge del quadrato della distanza l intensità del fascio di radiazioni in punti situati a distanze diverse dalla sorgente è inversamente proporzionale al quadrato di tali distanze. II che significa che raddoppiando la distanza l intensità del fascio di radiazioni si riduce di un quarto); schermature. Queste sono variabili in base al tipo di radiazione impiegata (da semplice carta per le radiazioni ex a piombo, cemento ecc. per le radiazioni X e y). La contaminazione esterna va limitata attraverso l identificazione e limitazione della zona contaminata, lavaggio e pulizia della zona con appositi detergenti a secondo del tipo e caratteristica del contaminante. E importante in questa fase non allargare la zona contaminata mediante errate manovre di lavaggio. La contaminazione interna invece può essere limitata con azione atte a: ridurre l assorbimento; inibire il metabolismo del contaminate mediante inibizione competitiva; aumento dell escrezione. 12