EFFETTI A LIVELLO CHIMICO

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2 RADIAZIONI propagazione ondulatoria di energia nello spazio di natura corpuscolare o elettromagnetica ALTERAZIONI STRUTTURA ATOMICA EFFETTI A LIVELLO CHIMICO LESIONE BIOLOGICA

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9 Raggi α (nuclei di elio) massa 4 carica 2+ NATURALI Raggi β (e - ) massa trascurabile carica 1- Raggi γ (onde elettromagnetiche) ARTIFICIALI Raggi X (vengono generati quando un fascio di elettroni colpisce un bersaglio nel vuoto) La λ dei raggi X dipende dal voltaggio usato per accelerare il fascio di elettroni Es. 70 kv raggi molli (poco penetranti) 250 kv raggi più duri milioni di V radioterapia dei tumori

10 Particelle, protoni e deutoni Hanno massa elevata e carica positiva. Trasferiscono energia per collisione con elettroni atomici e molecolari; inoltre esercitano forza di attrazione sugli elettroni. Hanno traiettorie rettilinee e percorsi brevi; sono fortemente ionizzanti e eccitanti (soprattutto le particelle ). Es: particelle di 5 MeV percorrono 4 cm in aria, ma solo pochi m nel materiale biologico.

11 Particelle : elettroni e positroni Elettroni: percorso lungo e tortuoso perché deviati dagli elettroni orbitali. Positrone: alla fine del percorso si annichila con un elettrone, producendo raggi.

12 Neutroni Interagiscono soprattutto con i nuclei atomici; evento raro, quindi percorsi molto lunghi. Neutroni lenti o termici (<1 ev) vengono catturati dai nuclei con emissione di raggi. Neutroni veloci (1 MeV) per urto frontale con un protone cedono l energia al protone.

13 dose di esposizione è la misura della radiazione in un punto dello spazio, basata sulla sua attitudine a produrre ionizzazione; dose assorbita è l'energia ceduta alla materia dalle radiazioni ionizzanti per unità di massa del materiale irradiato; intensità di dose è la dose nell'unità di tempo; equivalente di dose è la stima della dose assorbita che considera l'efficacia biologica della radiazione in esame, (EBR o dose biologica efficace); dose assorbita integrale è la quantità totale di energia assorbita dalla materia, nella regione considerata; attività di una sostanza radioattiva è data dal numero di decadimenti radioattivi che si verificano in totale nell'unità di tempo; concentrazione di un nuclide radioattivo si definisce il rapporto tra la massa (g) oppure il volume (ml) e l'attività del materiale in cui si trova il nuclide efficacia biologica in confronto alle diverse radiazioni radiazioni EBR raggi X, g, elettroni e raggi b di qualsiasi energia 1 neutroni termici 3 neutroni fino a 100 ev 2 neutroni tra 100 e 500 ev 2.5 neutroni tra 5 e 20 kev 5 neutroni tra 20 e 100 kev 8 neutroni tra 100 e 500 kev 10 neutroni tra 0.5 e 1 MeV 10.5 neutroni tra 1 e 2.5 MeV 8 neutroni tra 2.5 e 5 MeV 7 neutroni tra 5 e 10 MeV 6.5 neutroni di energia indeterminata 10 protoni 10 particelle a 10 nuclei pesanti 20

14 Radiazioni ionizzanti

15 CURIE attività di 1 g di radio che si trasforma mediante emissione di particelle α in radon con un tempo di dimezzamento di 1620 anni (1C = 3.7x10 11 disintegrazioni al secondo) ROENTGEN quantità di radiazione X o γ che libera 1 unità elettrostatica di coppie cariche +/- in 1 cm 3 di aria a t e p standard (unità che si riferisce alla quantità di ionizzazione prodotta nell aria) (1R = 83 erg/g di aria) RAD (radiation adsorbed dose) definisce gli erg di energia assorbiti da un tessuto quando è colpito da radiazioni (1 rad = 100 erg/g) GRAY 100 rad r.e.m. (roentgen equivalent man) descrive l effetto biologico prodotto da un rad di radiazione ad alta energia (quantità di radiazioni di qualsiasi tipo che produce lo stesso effetto biologico di 1 R nell uomo)

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17 ATTRAVERSANDO LA MATERIA LE RADIAZIONI CEDONO ENERGIA CHE VIENE ASSORBITA DAGLI ATOMI E DALLE MOLECOLE E PORTA A TUTTA UNA VARIETA DI EVENTI CHIMICO-FISICI. IONIZZAZIONE = espulsione di un elettrone dall orbita più periferica Gli effetti chimico-fisici sono diversi a seconda del tipo di radiazione: raggi β poco penetranti raggi α potere penetrazione minimo raggi X e γ grande penetrazione (tanto quanto è λ)

18 Si distinguono un azione DIRETTA (meno probabile) ed un azione INDIRETTA (attraverso l azione sull acqua, più probabile). AZIONE INDIRETTA RADIAZIONE RADIOLISI DELL ACQUA FORMAZIONE DI RADICALI LIBERI DANNO ALLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE

19 NON TUTTE LE CELLULE SONO UGUALMENTE SENSIBILI AL DANNO DA RADIAZIONI LA SENSIBILITA DELLE CELLULE ALLE RADIAZIONI E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA LORO ATTIVITA RIPRODUTTIVA E INVERSAMENTE PROPORZIONALE AL LORO GRADO DI DIFFERENZIAZIONE

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21 Misura dell attitudine della radiazione ad interagire con la materia Potere di penetrazione: capacità della radiazione a compiere nel mezzo un cammino più o meno lungo. Transfer lineare di energia (LET): quantità di energia ceduta al mezzo per ogni mm di percorso al suo interno. Efficacia biologica relativa (EBR): valuta in base al LET la probabilità di una radiazione di produrre un effetto sulla materia vivente.

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29 Le cellule in fase M sono le più radiosensibili. La sensibilità delle cellule alla irradiazione è direttamente proporzionale alla loro attività riproduttiva e inversamente proporzionale al loro grado di differenziazione. Pertanto le cellule più sensibili sono quelle dei tessuti labili: midollo emopoietico, epitelio intestinale, ecc Linfociti!!!

30 Conseguenze immediate della panirradiazione Dose> 5000 RAD SINTOMATOLOGIA CEREBRALE in poco tempo e morte entro 2 giorni Dose RAD SINTOMATOLOGIA GASTROINTESTINALE (entro alcuni giorni). necrosi diffusa della mucosa intestinale --> nausea, vomito, diarrea profusa e sanguinolenta --> disidratazione, emoconcentrazione, shock, infezioni gastrointestinali.

31 Dose < 800 RAD SINTOMATOLOGIA DI TIPO EMOPOIETICO (entro alcune settimane) per aplasia del midollo emopoietico, granulociti > infezioni linfociti > ridotte risposte immunitarie piastrine > emorragie globuli rossi -----> anemia

32 Conseguenze tardive della panirradiazione Leucemie Altri tipi di tumore Cataratta Invecchiamento precoce Danni in vari tessuti Sterilità Danni genetici alla popolazione?

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34 Radiazioni eccitanti nm = vicino IR, VIS, UV L energia della radiazione fa passare un elettrone da un orbitale con una certa energia (stato fondamentale) ad uno con energia maggiore (stato eccitato)

35 Le radiazioni visibili sono assorbite dalla melanina e dai cromofori contenuti nei gruppi prostetici delle proteine: emoglobina, mioglobina, citocromi, catalasi, perossidasi, ecc. Livelli estremamente intensi di illuminazione possono produrre ustioni retiniche che danno luogo a macchie cieche nel campo visivo. Es: cecità da eclisse, cecità da esplosioni nucleari, cecità da laser.

36 Le radiazioni eccitanti non sono assorbite con uguale intensità da tutte le sostanze (spettro dii assorbimento) Radiazioni INFRAROSSE sono assorbite specialmente dai corpi scuri (melanina) ed hanno essenzialmente un effetto termico λ > 320 nm praticamente non assorbite dai tessuti Radiazioni ULTRAVIOLETTE 300 < λ < 250 nm effetto biologico 265 nm DNA 280 nm proteine Effetti patologici della radiazione solare: - eritema solare - ipercheratosi - iperpigmentazione - congiuntivite da UV - tumori cutanei

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38 Il bersaglio fondamentale delle radiazioni ultraviolette è il DNA Formazione dei DIMERI DI TIMINA Gli individui in cui c è un deficit genetico degli enzimi di riparazione di queste mutazioni (xeroderma pigmentosum) hanno una altissima probabilità di sviluppare tumori cutanei dopo esposizione a queste radiazioni

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42 EFFETTI SULL UOMO DEI RAGGI UV Cute: eritema, bolle adattamento agli UV: ipercheratosi e iperpigmentazione effetti tardivi: - invecchiamento della cute - aumentata frequenza di tumori cutanei Occhio: UV-B e UV-C totalmente assorbiti dalla cornea dove provocano un processo infiammatorio. La congiuntivite da raggi è più frequente in montagna dove i raggi sono più ricchi di UV-B e più intensi per la riflessione causata dalla neve.

43 Le radiazioni ultraviolette sono assorbite dalle proteine e dagli acidi nucleici! Proteine: massimo assorbimento a 280 nm Acidi nucleici: massimo assorbimento a 260 nm

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45 Fotodermatosi: gruppo di affezioni patologiche della cute nelle quali la luce costituisce fattore determinante o scatenante il quadro clinico. Possono manifestarsi dopo esposizione diretta alle radiazioni luminose, se l'esposizione è protratta o le radiazioni sono troppo intense. Altre volte le radiazioni, solitamente innocue, determinano fenomeni reattivi a causa della presenza sulla cute di sostanze fotosensibilizzanti o fotodinamiche di origine esogena o endogena. Esogene: es. contenute in cosmetici (olio di bergamotto), in farmaci (tetracicline), in alimenti (vegetali, crostacei) ecc. Endogene: porfirine, bilirubina

46 Azione fotodinamica Dovuta alla presenza di FOTOSENSIBILIZZATORI tra questi vi sono pigmenti naturali quali PORFIRINE e FLAVINE sens + h -----> sens* sens* + O > O 2 * + sens Assorbimento delle porfirine = nm Assorbimento delle flavine = nm

47 L esposizione ai raggi solari può provocare effetti benefici, come la formazione della vitamina D utile per le ossa, oppure può migliorare alcuni quadri morbosi cutanei e non cutanei, ma spesso comporta effetti dannosi più o meno immediati (N.B. la tintarella è un meccanismo di difesa (adattamento)!) Oltre agli ustionati, specialmente albini o biondi, che si espongono al sole senza usare filtri solari, la maggior parte di coloro che ricorrono alle cure dermatologiche si sono cosparsi la pelle con un "cocktail" di abbronzanti, miscelati a casaccio con l aggiunta di alcol, olio di ricino o altre sostanze irritanti (impacchi di foglie o bucce di fico bollite in acqua ) Lo scopo è sempre quello di affrettare l abbronzatura, ma l effetto è talvolta disastroso, con ustioni addirittura di secondo grado o fenomeni di "fotosensibilizzazione", cioè comparsa di vistose macchie cutanee accompagnate da diversi e più gravi sintomi.

48 Tra gli effetti non immediati degli eccessi di tintarella vi è invece il fotoinvecchiamento. Con questo termine si indica il complesso delle alterazioni cutanee indotte dall esposizione solare cronica e prolungata che si sommano alle modificazioni proprie dell invecchiamento biologico: le manifestazioni sono rughe fini, chiazze di colorito giallastro e macchie senili. In altre parole, con il progredire dell età i soggetti che tutti gli anni si sono esposti molto al sole appaiono più vecchi in quanto tutte le strutture costituenti la cute vengono alterate in modo qualitativamente e quantitativamente differente rispetto a quanto avviene nel fisiologico invecchiamento cutaneo. Un ulteriore rischio è la fotocarcinogenesi, essendo ormai assodato il ruolo svolto dalla radiazione solare nella insorgenza dei tumori cutanei (epiteliomi). Più frequentemente sono aggrediti da tali tipi di tumori i soggetti di pelle chiara e quelli che si espongono al sole per lungo tempo per motivi professionali, come i marinai e i contadini, mentre la frequenza è nettamente più bassa nelle popolazioni a pelle scura.