Descrizione dell'effetto delle radiazioni sul corpo umano

1. Danni da radiazione

Le radiazioni ionizzanti producono lesioni principalmente attraverso danni ai cromosomi. Dato che il materiale genetico costituisce una parte molto piccola della massa di una cellula, il danno si verifica raramente dall'impatto diretto delle radiazioni ionizzanti su una molecola genetica. Il danno è invece causato dalla rottura da parte della radiazione di altre molecole che formano radicali liberi chimicamente reattivi o composti instabili. Queste specie chimiche reattive poi danneggiano il DNA e disturbano la chimica cellulare in altri modi che producono effetti immediati sul metabolismo attivo e sui processi di replica, ed effetti a lungo termine a causa di danni latenti alla struttura genetica.

Le cellule sono in grado di riparare una grande quantità di danni genetici, ma le riparazioni richiedono tempo e i meccanismi di riparazione possono essere sopraffatti da danni rapidi e frequenti. Se una cellula cerca di dividersi prima che una riparazione sufficiente si sia verificata, la divisione cellulare fallirà e entrambe le cellule moriranno. Di conseguenza, i tessuti che sono più sensibili al danno di radiazione sono quelli che subiscono una rapida divisione. Un altro risultato è che gli effetti di lesioni da radiazioni dipendono in parte dal rateo di esposizione. I meccanismi di riparazione possono ampiamente compensare l'esposizione alle radiazioni che si verificano in un certo periodo di tempo. Una esposizione veloce a una dose di radiazione sufficientemente grande può quindi causare una malattia acuta da radiazioni, mentre una più lunga esposizione alla stessa dose potrebbe non provocare nessun danno.

I tessuti di gran lunga più sensibili sono il midollo osseo e i tessuti linfatici - il sangue e gli organi che formano il sistema immunitario del corpo. I globuli rossi, che forniscono l'ossigeno al corpo e i globuli bianchi del sangue, che garantiscono l'immunità alle infezioni, durano solo poche settimane o mesi nel corpo e quindi devono essere continuamente sostituiti. Anche il sistema gastrointestinale è sensibile, dato che il rivestimento del tratto digerente subisce una sostituzione costante. Anche se non sono fondamentali per la salute, anche i follicoli dei capelli subiscono una divisione continua delle cellule, con il conseguente sintomo più famoso delle radiazioni - la perdita dei capelli. I tessuti meno sensibili alle radiazioni sono quelli che non subiscono la divisione cellulare (cioè il sistema nervoso).

Questo significa anche che i bambini e i neonati sono più sensibili al danno rispetto agli adulti, e che il feto è il più sensibile di tutti.

Se la persona sopravvive, la maggior parte dei danni ai cromosomi sono riparati ed i sintomi della malattia da radiazione scompaiono. La riparazione non è però perfetta. Difetti latenti possono presentarsi anni o decenni dopo nei loro effetti sulle cellule riproduttive e nella forma di cancro. Queste lesioni latenti sono una preoccupazione molto seria e può ridurre la durata di vita di molti anni. Sono l'unica forma di danno da esposizione alle radiazioni a basso livello.

2. Tipi di esposizione alle radiazioni

Un concetto importante da comprendere è la distinzione tra dose intera sul corpo ed esposizione alla radiazione concentrata in determinati organi. Le unità di dose di radiazioni sono definite per unità di peso di tessuto. Un'esposizione di 10 Sv può quindi fare riferimento a una esposizione di questa intensità di tutto il corpo o solo di una piccola parte di esso. L'energia totale di radiazione assorbita sarà molto meno se solo una piccola parte del corpo è colpita, e il danno complessivo sarà ridotto.

Non tutti i tessuti sono esposti allo stesso modo anche in caso di esposizione di tutto il corpo. Il corpo fornisce una schermatura significativa agli organi interni, di modo che tessuti situati al centro del corpo possono assumere dosi che sono solo il 30-50% del tasso nominale di dose totale del corpo. Per esempio c'è una probabilità del 50% di sterilità permanente femminile se le ovaie sono esposte a 2 Sv, ma questa esposizione interna è raggiunta con dosi dell'intero corpo di 4-6 Sv. [omissis]

Gli effetti dell'esposizione alle radiazioni sono divisi di solito in effetti acuti e latenti. Gli effetti acuti derivano tipicamente da esposizioni rapide, gli effetti appaiono da poche ore a settimane dopo che una dose sufficiente è stata assorbita. Gli effetti latenti richiederanno anni per comparire, anche dopo il termine dell'esposizione.

Poiché gli effetti latenti di esposizione alle radiazioni sono cumulativi, e non sembra esistere alcuna soglia di esposizione al di sotto della quale non c'è alcun rischio, gli standard di sicurezza dalle radiazioni sono scelti in modo da ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni nel tempo. [omissis]

La normale esposizione annuale umana alle radiazioni varia notevolmente con la posizione (elevazione e composizione minerale della superficie) e con le cure mediche. Valori tipici sono 1 mSv da radiazioni naturali e 0,8 mSv da raggi X medici, per un totale di 1,8 mSv / anno. Negli Stati Uniti, Colorado, c'è uno dei più alti fondi naturali (2,5 mSv) perché altitudini elevate causano una maggiore esposizione ai raggi cosmici, e le formazioni rocciose di granito contengono radioisotopi della serie dell'uranio. Se i radioisotopi naturali sono particolarmente concentrati, si registrano livelli superiori a 5-120 mSv / anno (alcune aree dello Sri Lanka, Kerala in India, e Brasile). Questo non tiene conto dell'esposizione indoor al radon che dipende fortemente dalla progettazione degli edifici, ma che nelle regioni con alti livelli di radon al suolo possono facilmente superare tutte le altre fonti di esposizione combinata. Questa fonte è nota causare un'esposizione dei polmoni in casa di 1 Sv / anno (un fattore di rischio paragonabile a forti fumatori)! [omissis]

2.1 Malattia acuta da radiazioni
E' il risultato dell'esposizione a una grande dose di radiazioni di tutto il corpo in un breve lasso di tempo (non più di poche settimane). Non vi è alcun limite preciso per distinguere le esposizioni acute da quelle croniche (estese). In generale, per tempi di esposizione più lunghi sono richieste dosi totali più elevate per produrre un dato livello di malattia acuta. Esposizioni ricevute in qualche giorno non differiscono sostanzialmente da quelle istantanee, eccetto che l'insorgenza dei sintomi è altrettanto ritardata o dilatata. [omissis]

Gli effetti per esposizioni crescenti sono descritti di seguito. Una caratteristica notevole al crescere delle dosi è la natura non lineare degli effetti. Vale a dire, esiste una soglia sotto la quale gli effetti osservabili sono lievi e reversibili (circa 3 Sv), ma quando l'esposizione sale al di sopra di questo livello compare una probabilità di mortalità e aumenta rapidamente con la dose. Si crede che questo sia dovuto in parte alla saturazione dei meccanismi di riparazione cellulare.

L'energia totale assorbita da un individuo di 75 kg con una esposizione del corpo intero di 600 rad (fatale nella maggior parte dei casi - circa 6 Sv di raggi gamma [NdT]) è di 450 Joule. E' interessante confrontare questo con l'energia cinetica di un proiettile calibro .45, che è circa 900 Joule.

E' stata proposta una legge di potenza per scalare gli effetti delle radiazioni per esposizioni più a lungo termine, secondo questa legge la dose richiesta per un dato effetto aumenta di t^0,26 , dove il tempo è in settimane. Per le esposizioni di una settimana o meno l'effetto della radiazione viene considerato costante. Quindi un'esposizione in grado di causare il 50% la mortalità è di 4,50 Sv se assorbiti in una settimana o meno, ma è 12,60 Sv se si verifica in più di un anno.

2.1.1 Effetti sull'intero corpo da esposizione acuta

Inferiore a 1 Sievert
In questo intervallo di dose nessuna malessere evidente si verifica. Rilevanti cambiamenti nelle cellule del sangue iniziano a verificarsi a 250 mSv, ma si verificano costantemente solo sopra 0,5 Sv. Questi cambiamenti comportano fluttuazioni nel conteggio totale dei globuli bianchi (con cadute dei linfociti), calo del conteggio piastrinico e cadute meno gravi nel conteggio dei globuli rossi. Questi cambiamenti avvengono in un periodo di giorni e possono richiedere mesi a scomparire. Sono rilevabili solo con esami di laboratorio. A 0,5 Sv diventa evidente una atrofia delle ghiandole linfatiche. La compromissione del sistema immunitario potrebbe aumentare la suscettibilità alle malattie. La riduzione della produzione di sperma diventa evidente a 0,2 Sv, un'esposizione di 0,8 Sv ha una probabilità del 50% di causare sterilità temporanea nei maschi.

Da 1 a 2 Sievert
Lievi sintomi acuti si verificano in questo intervallo. I tessuti principalmente colpiti sono quelli emopoietici (che formano il sangue), vulnerabili sono anche i tessuti che formano gli spermatozoi. I sintomi cominciano ad apparire a 1 Sv, e diventano comuni a 2 Sv. Effetti tipici sono la nausea da lieve a moderata (50% di probabilità a 2 Sv), con vomito occasionale, entro 3-6 ore dopo l'esposizione e della durata da diverse ore a un giorno. Questo è seguito da un periodo di latenza durante il quale i sintomi scompaiono. Compaiono cambiamenti nel sangue che aumentano costantemente durante il periodo di latenza, perché le cellule del sangue muoiono naturalmente e non vengono sostituite. Lievi sintomi clinici ritornano in 10-14 giorni. Questi sintomi comprendono la perdita di appetito (50% di probabilità a 1,5 Sv), malessere e stanchezza (50% di probabilità a 2 Sv), e durano fino a 4 settimane. Il recupero da lesioni di altro genere è compromesso e vi è un aumento rischio di infezione. La temporanea sterilità maschile è universale. Più alta è la dose in questo intervallo, più è probabile che gli effetti e i sintomi compaiano più velocemente, più breve è il periodo di latenza, e più lunga la durata della malattia.

Da 2 a 4 Sievert
La malattia diventa sempre più grave e compare una mortalità significativa. I tessuti emopoietici sono ancora il principale organo colpito. La nausea diventa universale (100% a 3 Sv), l'incidenza del vomito raggiunge il 50% a 2,8 Sv. L'esordio dei sintomi iniziali si verifica entro 1-6 ore, e l'ultimo entro 1-2 giorni. Dopo questo compare un periodo di latenza di 7-14 giorni. Quando i sintomi si ripresentano, possono includere la perdita dei peli (perdita di capelli, il 50% di probabilità a 3 Sv), malessere, affaticamento, diarrea (50% prob. a 3,50 sv), ed emorragia (sanguinamento incontrollato) della bocca, del tessuto sottocutaneo e dei reni (50% prob. a 4 Sv). La soppressione dei globuli bianchi è grave e la suscettibilità alle infezioni diventa seria. A 3 Sv il tasso di mortalità senza trattamento medico diventa consistente (circa il 10%). Appare una certa probabilità di sterilità permanente nelle femmine. Il recupero richiede da 1 a diversi mesi.

Da 4 a 6 Sievert
La mortalità aumenta vertiginosamente in questo range di dosaggio, dal 50% a 4,50 sievert al 90% a 6 (meno che non abbia luogo qualche eroico intervento medico). I tessuti emopoietici rimangono il principale organo colpito. I sintomi iniziali compaiono in 0,5-2 ore, e durano fino a 2 giorni. Il periodo di latenza rimane di 7-14 giorni. I sintomi elencati per 2-4 Sv aumentano per presenza e per gravità, raggiungendo il 100% a 6 Sv. Quando si verifica la morte, di solito 2-12 settimane dopo l'esposizione, risulta da infezioni e emorragie. Il recupero richiede diversi mesi ad un anno, il conteggio delle cellule del sangue può richiedere molto più tempo per tornare alla normalità. La sterilità femminile diventa probabile.

Da 6 a 10 Sievert
La sopravvivenza dipende da rigorosi interventi medici. Il midollo osseo è quasi o completamente distrutto, e si richiedono trapianti di midollo. I tessuti gastrointestinali sono sempre più colpiti. La comparsa dei primi sintomi è in 15-30 minuti, durano un giorno o due, e sono seguiti da un periodo di latenza di 5-10 giorni. La fase finale dura 1 a 4 settimane, fino alla morte per infezioni ed emorragie interne. Il recupero, se si verifica, richiede anni e potrebbe non essere mai completo.

Sopra i 10 Sievert
Esposizioni molto elevate sono sufficienti a causare rotture metaboliche, con sintomi immediati. Sopra i 10 Sv la rapida morte cellulare nel sistema gastrointestinale provoca diarrea grave, sanguinamento intestinale, perdita di liquidi e disturbi dell'equilibrio elettrolitico. Questi effetti possono causare la morte entro poche ore per comparsa di collasso circolatorio. Si verifica nausea immediata a causa dell'attivazione diretta del centro chemiorecettivo della nausea nel cervello.

Nella gamma 10-50 Sievert il tempo di inizio scende da 30 minuti a 5 minuti. A seguito di un attacco iniziale di nausea e debolezza, può seguire un periodo di apparente benessere della durata di poche ore a pochi giorni (chiamato fase "del fantasma che cammina", "walking ghost"). Questa è seguita dalla fase terminale che dura 2-10 giorni. In rapida successione prostrazione, diarrea, seguono anoressia, febbre. La morte è certa, spesso preceduta da delirio e coma. La terapia è solo per alleviare la sofferenza.

Al di sopra di 50 Sievert l'interruzione metabolica è abbastanza grave da interferire con il sistema nervoso. Si produce disorientamento immediato e coma, l'inizio è da pochi secondi a minuti. Si presentano convulsioni che possono essere controllate con sedativi. La vittima può aspettare fino a 48 ore prima di morire.

L'esercito americano ipotizza che 8000 rad di radiazione di neutroni veloci (bomba al neutrone) (circa 160 Sv [NdT]) mettano immediatamente e definitivamente fuori combattimento un soldato.

Va notato che le persone esposte a dosi di radiazioni nel range 4-10 Sv dopo il disastro di Chernobyl avevano tassi molto più alti di sopravvivenza di quello sopra indicato. Ciò è stato reso possibile dai progressi della trasfusione del midollo osseo e dalle cure mediche intensive, fornite in parte dal Dr. Robert Gale. Tuttavia due avvertenze si applicano: tanta cura è disponibile solo se il numero dei casi è relativamente piccolo e l'infrastruttura per la fornitura dei servizi è funzionante. [omissis]

Molti dei sopravvissuti altamente esposti di Chernobyl sono morti da radiazioni per effetti latenti.

2.1.2 Esposizione acuta localizzata del tessuto

L'esposizione localizzata acuta è importante per due organi: la pelle e la ghiandola tiroidea.

Beta Burns
Le particelle beta hanno una range limitato nei tessuti. A seconda della loro energia, i beta sono completamente assorbiti da 1 mm a 1 cm di tessuto. Esposizioni esterne alle particelle beta dal fallout colpiscono così soprattutto la pelle, provocando "bruciature beta". A causa dello scarso potere penetrante delle beta, queste lesioni si verificano solo se vi è esposizione diretta della pelle al fall-out o se un individuo rimane all'aperto in un campo di radiazioni forte. Rimanendo in casa, indossando abiti, con decontaminazione tramite lavaggio si può prevenire questo tipo di esposizione. Ustioni Beta si sono viste nelle Isole Marshall sull'equipaggio di un peschereccio giapponese, dopo il test di Castle Bravo che inaspettatamente sparse il fall-out su un'area molto vasta.

Il sintomo iniziale delle ustioni beta sono una sensazione di prurito o bruciore durante le prime 24-48 ore. Questi sintomi si notano solo se l'esposizione è intensa e non si verificano in maniera affidabile. Entro 1-2 giorni tutti i sintomi scompaiono, ma dopo 2-3 settimane compaiono i sintomi delle bruciature. La prima prova è l'aumento della pigmentazione o, eventualmente, eritema (arrossamento). Perdita di peli e lesioni della pelle a seguire.

Nei casi da lieve a moderato, il danno è in gran parte confinato all'epidermide (strato esterno della pelle). Dopo aver formato una crosta secca, le lesioni superficiali guariscono rapidamente lasciando una zona centrale depigmentata, circondata da una zona di aumento della pigmentazione irregolare. La pigmentazione normale ritorna in poche settimane.

Nei casi più gravi si formano lesioni più profonde ulcerate. Queste lesioni trasudano prima di essere ricoperte da una crosta dura e asciutta. La guarigione avviene con le procedure di pronto soccorso. La pigmentazione normale può richiedere mesi per tornare.

La ricrescita dei capelli inizia 9 settimane dopo l'esposizione e si completa in 6 mesi.

Esposizione della tiroide

La breve durata del radioisotopo di iodio-131 (tempo di dimezzamento 8 giorni) presenta un rischio dovuto alla tendenza dello iodio ingerito a concentrarsi nella tiroide. Questo rischio è attenuato dal fatto che l'ingestione diretta da fall-out è rara e facilmente evitabile. Lo Iodio-131 entra di solito nel corpo attraverso il consumo di latte contaminato, che a sua volta proviene dalla mungitura di mucche che consumano foraggio contaminato.

La breve emivita significa che l'intensità della radiazione iniziale di I-131 è alta, ma scompare in fretta. Se può essere fornito foraggio incontaminato per un mese o due, o se latte secco o in scatola può essere consumato per lo stesso periodo, vi è scarso rischio di esposizione.

Se lo I-131 è consumato tramite alimenti contaminati, circa un terzo dello iodio ingerito viene depositato nella ghiandola tiroide, che pesa circa 20 g negli adulti, e 2 g nei bambini. Ciò può portare a dosi molto elevate nella ghiandola, con esposizioni trascurabili al resto del corpo. A causa delle ghiandole più piccole e del loro elevato consumo di latticini, neonati e bambini sono particolarmente vulnerabili alle lesioni della tiroide. Alcuni bambini hanno ricevuto dosi alla tiroide nelle Marshall fino a 11,50 Sv. La maggior parte dei bambini che hanno ricevuto dosi di oltre 5 Sv hanno manifestato alterazioni tiroidee entro 10 anni, tra cui ipotiroidismo e tumori maligni.

L'esposizione allo I-131 può essere evitata con il consumo di integratori pronti di ioduro di potassio. Le grandi dosi di ioduro di potassio saturano il corpo con iodio e prevengono ogni ulteriore ritenzione di iodio radioattivo consumato.

Danno fetale

L'esposizione a radiazioni acuta durante la gravidanza può causare danni notevoli al feto. A Hiroshima e Nagasaki sono stati osservati effetti negativi quando le donne in gravidanza sono state esposte a 2 Sv di radiazioni o più. Quando l'esposizione si verificò durante il primo trimestre fu notato un aumento significativo di bambini mentalmente alterati. Quando l'esposizione si verificò durante l'ultimo trimestre, ci fu un notevole aumento di nati morti e elevata mortalità infantile durante il primo anno di vita.

2.2 Esposizione cronica alle radiazioni

L'esposizione a lungo termine alle radiazioni deriva dal risiedere in una zona contaminata da fall-out per un periodo prolungato (esposizione esterna), dal consumare cibo prodotto in una zona contaminata (esposizione interna) o entrambi. Se il rateo di esposizione è abbastanza basso, nessun sintomo di malattia da radiazioni apparirà anche se nel tempo può essere assorbita una dose molto elevata di radiazioni totale. Gli effetti latenti delle radiazioni (ad esempio cancro, alterazioni genetiche ereditarie) dipendono però dalla dose totale non dal rateo, così si possono avere effetti gravi. Con un'esposizione di 2,5 mSv / giorno per 5 anni si accumulerebbero 4,5 Sv con poche possibilità di malattia da radiazioni evidente,al contrario si avrebbe un alto tasso di mortalità se l'esposizione fosse acuta.

La legge di scaling del tempo di esposizione data sopra indica anche che può esserci una lenta insorgenza dei sintomi caratteristici della malattia acuta da radiazioni. A titolo di esempio, il posto più fortemente contaminato dell'atollo Rongelap (160 km sottovento rispetto al test Castle Bravo del 1 mar 1954 da 15 Mt), ha ricevuto una esposizione totale accumulato di 3300 rad. Di questi, 1100 rad sono stati accumulati durante l'intervallo da 1 mese ad 1 anno dopo il test. Se il sito fosse stato occupato in questo periodo, l'esposizione efficace per gli effetti delle radiazioni sarebbe 1100/(48 settimane)^0,26 = 403 rad.

2.2.1 Esposizione esterna

Quando una zona è contaminata da isotopi che emettono raggi gamma, si crea un "campo di radiazione" che espone tutti gli organismi che non sono protetti da esso. Solo i raggi gamma hanno il range e il potere di penetrazione necessario per creare un pericolo significativo. La principale fonte di esposizione a lungo termine esterno è il cesio-137 (30 anni di dimezzamento, 0,6 MeV di energia gamma). [omissis]

E' possibile ridurre sensibilmente l'esposizione esterna in aree contaminate rimanendo al coperto il più possibile. L'esposizione può essere ridotta di un fattore 2-3 per una casa di legno, o 10-100 per un edificio a più piani, e l'aggiunta di ulteriori schermature alle aree in cui si trascorre molto tempo (come la camera da letto) possono aumentare notevolmente questi fattori. Dal momento che l'emivita del Cs-137 è lunga, queste sarebbero modificazioni allo stile di vita permanenti. Tali misure sono state necessarie (soprattutto per i bambini) nelle aree di Bielorussia che furono pesantemente contaminate da Chernobyl.

2.2.2 Esposizione interna

L'esposizione interna a radiazioni è il rischio cronico da fallout più grave se si consuma il cibo coltivato in zone contaminate. Una diffusa contaminazione da una guerra nucleare, o un incidente di radiazioni maggiori (come il Kyshtym e il disastro di Chernobyl), può non lasciare altra scelta pratica. Oppure, le persone residenti in zone contaminate possono trascurare le istruzioni di sicurezza del cibo prodotto localmente (come è successo nelle isole Marshall e Ucraina).

I radioisotopi possono essere assimilati dalla pianta attraverso l'apparato radicale, o possono essere contaminati dal fallout che cade sulle foglie. [omissis]

I rischi principali per l'esposizione interna sono il cesio-137 e stronzio-90. Anche lo Stronzio-89, i transuranici emettitori alfa, e il carbonio-14 sono importanti fonti di preoccupazione.

Solo poche decine di GBq di radioisotopi per km^2 sono sufficienti a rendere inadatti i terreni per la coltivazione per gli attuali standard di sicurezza radiologica. [omissis] Una diminuzione dei livelli di leucociti è stata osservata nelle persone che vivono in Bielorussia nelle zone che sono state contaminate con solo lo 7,4 GBq/km^2.

Cesio-137

Questo metallo alcalino è chimicamente simile al potassio. Di conseguenza, è facilmente assorbito dalle piante alimentari e dai tessuti animali. Una volta consumato il cesio si distribuisce abbastanza uniformemente attraverso il corpo, il che significa che l'assorbimento di Cs-137 provoca l'esposizione del corpo intero (un fatto ulteriormente aiutato dalla natura penetrante della sua emissione gamma). Il cesio ha un tempo di moderata residenza nel corpo, l'emivita di residenza è circa di 50-100 giorni, in questo modo il corpo sarà ripulito dall'isotopo una volta cessato il consumo di materiale contaminato nel giro di alcuni mesi ad alcuni anni.

Stronzio-90 e Stronzio-89

Lo stronzio è chimicamente simile al calcio e si deposita nelle ossa insieme al calcio. La maggior parte dello stronzio ingerito tuttavia non finisce nelle ossa, in quanto esso ha una emivita biologica di soli 40 giorni. Un pò meno del 10% viene mantenuto nelle ossa, ma ha un tempo di dimezzamento biologico di 50 anni. Dal momento che il midollo osseo è uno dei tessuti più sensibili del corpo alle radiazioni, questo crea un pericolo molto serio.

Lo Sr-90 (28,1 anni di dimezzamento) può così causare danni a lungo termine, mentre lo Sr-89 (52 giorni) può causare notevoli danni a breve termine. Le norme per l'esposizione di sicurezza impongono un limite di Sr-90 di 74 kBq (14 nanogrammi) di esposizione professionale, 7,4 kBq per i singoli membri della popolazione generale, e 2,4 kBq media su tutta la popolazione. Si stima che 370 kBq a persona causerebbe un sostanziale aumento di incidenza di cancro alle ossa. [omissis]. Una contaminazione di 74 GBq di Sr-90 per km^2 è il limite negli Stati Uniti per la coltivazione degli alimenti.

Altri elementi

Elementi pesanti che emettono alfa possono essere molto rischiosi per la salute. Gli isotopi di primaria importanza qui sono [omissis]: isotopi di uranio breve durata (U-232 e U-233) e gli elementi transuranici (soprattutto Pu-239, Pu-240, e americio-241). Questi elementi sono pericolosi se ingeriti a causa della radiotossicità dalle particelle alfa. Le quantità di questi isotopi presente dopo un'esplosione nucleare sono trascurabili rispetto alla quantità di radioisotopi prodotti di fissione. [omissis]

Se piccole particelle di emettitori alfa vengono inalate, possono stabilirsi permanente nei polmoni e formare una grave fonte di radiazioni nel tessuto polmonare. 37 kBq di emettitore alfa depositato nei polmoni produce un'esposizione di 3,7 Sv/anno per il tessuto polmonare, un rischio di cancro estremamente grave.

L'Uranio e gli elementi transuranici (con l'eccezione del nettunio) sono tutti dei "bone-seeker". Se assorbiti, essi si depositano nell'osso e presentano un rischio di esposizione grave per il tessuto osseo e il midollo. Il plutonio ha una emivita biologica di 80-100 anni quando si deposita nell'osso, è anche concentrato nel fegato con un tempo di dimezzamento biologico di 40 anni. Il carico massimo professionale per il corpo ammissibile per il plutonio-239 è di 0,6 microgrammi (1,3875 kBq) e 0,26 microgrammi per peso del polmone (592 Bq). [omissis]

Cancro

La conseguenza più grave a lungo termine da esposizione alle radiazioni è l'aumento del rischio di cancro. Le stime della cancerogenicità delle radiazioni, soprattutto a bassa esposizione, hanno avuto la tendenza ad aumentare man mano che i dati epidemiologici si accumulavano. [omissis]

Come regola generale, sembra che il rischio di cancro è più o meno proporzionale all'esposizione totale a radiazioni, a prescindere dal rateo, dalla quantità o dalla durata. 5 Sv ricevuti in oltre un decennio sono altrettanto gravi come rischio di 5 Sv ricevuti tutti in una volta, e 0.5 Sv è dieci volte meglio di 5 Sv. Non ci sono prove di un effetto soglia o "dose sicura". Gli standard di sicurezza sono stabiliti in primo luogo per mantenere l'aumento di incidenza di cancro al di sotto dei livelli rilevabili.

Si verificano deviazioni significative dalla norma di proporzionalità per l'esposizione totale. In particolare, le dosi basse (per il quale il rischio è comunque piccolo) ricevute per un lungo periodo di tempo sono molto meno cancerogene (di circa un fattore 2) rispetto alla stessa dose ricevuta tutta in una volta.

Il rischio di cancro per esposizione alle radiazioni può essere espresso come l'aumento della probabilità durante l'arco di vita di contrarre un cancro fatale per unità di radiazione. L'attuale stima di rischio complessivo è di circa 0,8% di probabilità di cancro per 100 mSv sia per gli uomini che le donne, mediata sulla distribuzione di età della popolazione statunitense. Così una esposizione di 10 Sv dell'intero corpo determinerebbe un 80% di possibilità di contrarre un cancro fatale, oltre alla normale incidenza di cancro (circa il 20%). Il rischio per i bambini sembra essere due volte più grande (a causa, almeno in parte, del fatto che vivranno più a lungo dopo l'esposizione e quindi hanno maggiori opportunità di contrarre cancro).

Ci sono anche dei coefficienti di rischio per l'esposizione dei tessuti specifici. Questi sono (circa):

• Seno femminile 1,0%/1 Sv
• Midollo osseo 0,2%/1 Sv (0,4% per i bambini)
• Tessuto osseo 0,05%/1 Sv
• Polmone 0,2%/1 Sv

Effetti genetici

I danni da radiazioni delle cellule germinali degli organi riproduttivi possono causare mutazioni che vengono trasmesse alle generazioni successive. Anche se questo effetto è molto importante, non deve comunque essere sovrastimato. Può sembrare sorprendente, ma nessun elevato tasso di mutazione da radiazioni è mai stato rilevato nella popolazione umana, nemmeno nella popolazione dei sopravvissuti alla bomba atomica e discendenti. Una ragione di questo è che gli esseri umani sono animali selvatici, cioè non sono stati oggetto di allevamento controllato e quindi hanno un'alta incidenza di variabilità naturale e disordini genetici rispetto al laboratorio e agli animali domestici. Malattie genetiche sono rilevabili in circa il 10% della popolazione umana (la maggior parte non gravi). Questo rende difficile individuare mutazioni aggiuntive a meno che il tasso non sia elevato.

Due fattori agiscono per limitare l'esposizione effettiva alle radiazioni per gli effetti genetici, uno per esposizioni acute, l'altro per esposizioni croniche. Alte esposizioni acute agli organi riproduttivi possono causare sterilità permanente, che impedisce la trasmissione di effetti genetici. L'effetto cumulativo di esposizione cronica è limitata dal fatto che conta solo l'esposizione prima della riproduzione. Poiché per la maggior parte la riproduzione si verifica prima dei 30 anni, le esposizioni oltre questa età hanno scarso effetto sulla popolazione.

Si stima che la dose ai tessuti riproduttivi necessari per raddoppiare l'incidenza naturale di malattie genetiche è 1-2 Sv. Il tasso iniziale di disturbi osservabili (la prima generazione) è solo circa 1/3 del tasso eventuale una volta che l'equilibrio genetico è stabilito. Naturalmente un aumento del tasso di malattie genetiche (soprattutto in una grande popolazione) è una alterazione permanente della specie umana.

Cataratta

Il tessuto oculare esposto a radiazioni mostra un aumento dell'incidenza della cataratta a dosi inferiori a quelle per cui la maggior parte dei tessuti mostrano tassi aumentati di cancro. Questo rende il rischio di cataratta il criterio più importante per stabilire le norme di sicurezza di dose in un tessuto.

Bibliografia

Questo articolo è basato sulla traduzione del capitolo 5 del sito "Nuclear Weapons Frequently Asked Questions", Effects of Nuclear Explosions (http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq5.html). L'indirizzo del sito è http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq0.html

Figure:

- CellsDamage: http://www.fizik.itu.edu.tr/guvenh/RADCOURSE/bioeffects.html

- DNADamage: http://www.ispub.com/ispub/ijim/volume_8_number_2_18/radioprotective-a-pharmacological-intervention-for-protection-against-ionizing-radiations-a-review/radiation-fig2.jpg