unità di misura dose assorbita : energia per unità di massa gy (gray) = 1 j / kg1 rad= 0.01 gy...
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Unità di Misura
•Dose Assorbita : energia per unità di massa
Gy (gray) = 1 J / Kg 1 rad= 0.01 Gy
•Esposizione : quantità totale di ionizzazioni per massa di aria
C/kg = Coulomb/kg 1 R = 2.58x10-4 C/Kg
•Dose equivalente: dose assorbita x EBR
Sv = Gy x EBR 1 rem = 0.01 Sv
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Radiobiologia
•Alte Dosi
Effetti precoci risultano in sintomi clinici entro poche settimane. Una o due ore dopo l’esposizione corpo intero di 0.5 Gy compaiono sintomi (reazione prodromica: nause, vomito, diarrea)
Effetti tardivi compaiono mesi o anni dopo (carcinogenesi, cataratta, ecc.)
•Basse dosi
Dosi inferiori a 0.1 Gy e devono essere considerati solo gli effetti tardivi di tipo genetico o somatico
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Le radiazioni ionizzanti sono capaci di produrre danni
Piccole dosi sono pericolose ?
Il modello no-soglia è un modello conservativo
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Rischio 1/1000000
Rischio Quantità
Vivere a New York 2 giorni
Fabbrica di PVC 10 anni
Viaggiare in auto 300 miglia
Viaggiare in aereo 1000 miglia
Fumare 1.4 sigarette
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
- Danno fisico
- Danno chimico
- Danno biologico
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
• Produzione di coppie di ioni in maniera random
• Azione Diretta
• Azione Indiretta
radiolisi dell’acqua e formazione di radicali liberi
• DNA molecola target
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Trasformazioni e Mutazioni
Danni relativamente modesti del DNA si associano a variazioni della chimica cellulare
Trasformazioni sono state dimostrate in vitro in cellule di mammifero per dosi di 10 mGy
La frequenza di trasformazione è nell’ordine di 10-2 per Gy
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Trasformazioni e Mutazioni
In altri casi si ha delezione di numerose coppie di basi
La frequenza di questo evento è nell’ordine di 10-4/10-6 per Gy
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte Cellulare
Danni molto severi del DNA sono associati a morte cellulare
•Morte di cellule in fase di riproduzione
•Apoptosi
•Morte non apoptotica di cellule in interfase
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte di cellule in fase di riproduzione
Modello del bersaglio unico (radiazioni ad alto LET)
Esponenziale
S = e-D/D0
D = dose
D0 = reciproco della pendenza
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte di cellule in fase di riproduzione
Modello del bersaglio multiplo (radiazioni a basso LET)
Esponenziale con spalla
S = 1 - (1- e-D/D0)n
D = dose
D0 = reciproco della pendenza
n = numero di estrapolazione (intercetta estrapolata della parte lineare)
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte di cellule in fase di riproduzione
Una curva di sopravvivenza cellulare può essere caratterizzata con questi modelli specificando D0 e, con le radiazioni a basso LET, n
In genere, D0 è più piccolo, cioè la curva è più ripida, con radiazioni ad alto LET
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte di cellule in fase di riproduzione
Un modello alternativo è quello della doppia azione
S = e-(D+DD)
Basse dosi di radiazioni a basso LET il termine D2 è trascurabile
Il modello è ampiamente applicabile a numerosi effetti delle radiazioni
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte di cellule in fase di riproduzione
Per molte cellule di mammifero in vitro
D0 è circa 1-2 Gy e n è circa 2-3
Le maggiori eccezioni sono i linfociti e le cellule del midollo osseo per le quali D0 è circa 0.7 Gy
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Apoptosi
•Morte cellulare programmata
•Gene soppressore p53
•D0 di circa 4 Gy in cellule tumorali irradiate
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Dopo singola dose di 2.5 Gy
(cellule di tumore ovarico murino)
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Valutazione a 4 ore
(cellule di tumore ovarico murino)
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Morte non apoptotica di cellule in interfase
•Dosi molto alte
•Esplosioni nucleari
•Importanza limitata o nulla in Radiobiologia
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Fattori Modificanti
•Fisici
•Chimici
•Biologici
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Fattori Modificanti Fisici
•LET
•Rate di Dose (la stessa dose frazionata ha effetti minori)
•Temperatura (il calore sensibilizza le cellule per basso LET)
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Fattori Modificanti Chimici
•Ossigeno (sensibilizza interagendo con i radicali liberi)
•Radioprotettori (gruppi sulfidrilici)
•Radiosensibilizzanti
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Fattori Modificanti Biologici
•Riparazione
•Fase del ciclo:
•M e G2 molto sensibili
•S tardivo molto resistenti
•S precoce e G1 intermedie
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti delle Radiazioni nei mammiferi
•STOCASTICI probabilità in funzione della dose (per piccole alterazioni cellulari)
•DETERMINISTICI severità in funzione della dose (per morte cellulare)
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti Stocastici
Assenza di dose soglia, e se esiste è circa 50-100 mSv
Cancerogenesi ed effetti genetici
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti Stocastici
•Morti/anno/Sv (modello additivo)
•Rischio relativo in eccesso (modello moltiplicativo), si calcola come incidenza nella popolazione esposta diviso incidenza nella popolazione di controllo
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Effetti Stocastici Cancro
75000 sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti Stocastici: Cancro
•Rischio di Ca mammella maggiore in donne irradiate (fluoroscopia del torace) prima dei 20 anni e legato a stato ormonale
•Ca polmone in lavoratori miniere di uranio
•Rischio relativo di Ca dello stomaco di 3.7cin pazienti irradiati per ulcera peptica (1937-1955)
•Rischio relativo di Ca tiroideo di 1.27 per pazienti trattati con I-131 con dosi di 0.5 Gy
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Isole Marshall
Atollo Età Dose(Gy) Cancro
Rongelap 1 >15 0
2-9 8-15 6.2%
>10 3-8 6.7%
Alingnae <10 3-5 0
>10 1-2 0
Utirik <10 0.6-1 1.6%
>10 0.3-0.6 2%
Controlli <10 0.9%
>10 0.8%
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti Stocastici: Cancro
Relazione con l’esposizione prenatale
•Studio condotto in caso di Rx della pelvi non ha trovato associazione significativa
•Nei sopravvissuti giapponesi si è trovato incremento di casi di cancro una volta giunti alla mezza età
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Medicina Nucleare
Radiobiologia
Effetti Stocastici: Cancro
Rischio
Il comitato sugli Effetti Biologici delle Radiazioni Ionizzanti (BEIR)
Ha valutato che il rischio di cancro radiogenico dopo esposizione acuta ad alte dosi di radiazioni a basso LET è 8%/Sv
Questo rischio deve essere ridotto di un fattore 2-4 per basse dosi o basso rate di dose