Premessa: non essendo affatto esperto   personalmente  in nessun settore della medicina  né tantomeno in questo settore particolare, mi limiterò ad alcune informazioni generali che possono facilmente essere reperite in manuali e in rete (tuttavia alcune notizie "particolari" sono prese da riviste non facilmente accessibili, citate in fondo). Eventuali contributi di lettori con maggiore specifica esperienza sono benvenuti. Per i termini ignoti e succinte spiegazioni degli stessi si consiglia di consultare il glossario.

Radiazioni ionizzanti (r.i.): effetti biologici

I nuclei radioattivi decadono spontaneamente (cioè si trasformano in nuclei più leggeri) emettendo radiazioni di tre tipi storicamente denominati alfa, beta e gamma (dalle prime tre lettere dell'alfabeto greco). Queste tre "radiazioni" sono in realtà  fisicamente molto diverse e hanno effetti diversi. La radiazione alfa è costituita da particelle "pesanti", in effetti nuclei di Elio (due protoni e due neutroni e quindi carica elettrica +2).  La radiazione beta è costituita da elettroni (carica negativa) e positroni (carica positiva). La radiazione gamma è l'unica vera radiazione,in senso stretto: in effetti i raggi gamma sono onde elettromagnetiche, della stessa natura quindi della normale luce o delle onde radio, ma di frequenza molto alta e conseguentemente di lunghezza d'onda molto piccola ed energia elevata (nello spettro elettromagnetico sono "sopra" i raggi ultravioletti e i raggi X). Tutte e tre queste radiazioni hanno un alto potere ionizzante. Urtando con gli atomi della materia che attraversano hanno sufficiente energia per strappare agli stessi uno o più elettroni orbitali producendo quindi elettroni liberi (ulteriore radiazione beta!) e ioni, cioè atomi con carica elettrica positiva. I prodotti della ionizzazione possono a loro volta produrre ulteriori ionizzazioni (radiazione ionizzante secondaria). Gli effetti biologici di una esposizione alla radiazione ionizzante sono vari e dipendono ovviamente dalle modalità dell'esposizione, dalla durata e dalla intensità della stessa. Parlando in modo del tutto terra terra, è chiaro che essere esposti ad una r.i. è, da un punto di vista microscopico, come essere bombardati da un numero elevatissimo di proiettili molto veloci e più o meno pesanti: il risultato non può essere certamente benefico per le cellule dei tessuti! Epperò bisogna distinguere. Una radiazione alfa esterna al corpo (cioè non proveniente da sostanze radioattive ingerite), essendo composta da particelle cariche e pesanti, dissipa molto velocemente la sua energia e quindi  può essere fermata da una protezione leggera (un vestito o anche lo stesso tessuto epiteliale). Più penetranti sono le radiazioni beta e gamma (e quindi più efficaci devono essere le protezioni). Ovviamente molto maggiore è il rischio se la sostanza radioattiva è all'interno dell'organismo. Ma in che cosa consiste il danno? sempre parlando in termini elementari, i "proiettili" rompono legami chimici e quindi alterano le molecole   organiche e la struttura dei composti chimici che regolano l'attività delle cellule; inoltre, rilasciando forti quantità di energia in uno spazio limitato, producono "bruciature" (ustioni da radiazione). L'organismo ha forti capacità (fino ad un certo punto) di autoriparazione ( la resistenza alle radiazioni varia da individuo ad individuo e da specie in specie: tra i mammiferi sembra che i conigli siano i più resistenti. Comunque gli insetti lo sono molto di più...). Tuttavia, se il danno è troppo esteso, ovviamente  seguono conseguenze nefaste. Particolarmente grave è la situazione quando la r.i. modifica la struttura genetica delle cellule (effetto mutageno). I tali casi possono insorgere (in un lasso di tempo variabile) tumori di vario tipo (dipende da quali cellule sono state mutate). Se le cellule e il DNA coinvolti sono quelli destinati alla riproduzione si avranno sterilità e/o malformazioni del nascituro. Sottolineiamo ancora che gli effetti dipendono e molto dalle modalità di esposizione alla r.i. stessa: una dose assorbita in un tempo breve e in una zona limitata del corpo (ad esempio le mani) provoca effetti diversi dalla stessa dose di r.i. assorbita uniformemente in tutto il corpo in un tempo più lungo... Come già detto, ingerire o respirare elementi radioattivi provoca in genere molti più danni che essere esposti a una r.i. esterna. Inoltre la risposta dei singoli organi e dei diversi tessuti è diversa...ad esempio i muscoli sono molto meno sensibili del midollo osseo.

Sintomi della "malattia da radiazione"

Immediati (più o meno) per dosi sopra 1 Gray: malessere generale, febbre, emorragie, nausea, vomito e diarrea. Bruciature interne ed esterne.

A lunga scadenza: sterilità, malformazioni genetiche dei figli, anormale sviluppo dei feti  o dei bambini, perdita dei peli, tumori (specialmente leucemie).

Nei casi acuti la morte può sopravvenire entro poche ore in alcuni individui ma altri possono sopravvivere anche settimane. Solo previsioni statistiche possono essere fatte; si può ad esempio valutare la Dose Letale (LDp/g, vedi glossario) cioè la dose per cui statisticamente una percentuale p degli individui esposti muore entro un numero g di giorni (ad esempio una dose LD50/60 significa che metà degli individui che la hanno ricevuta muore, in media, entro due mesi).

 

Soglia di rischio

E' un argomento ancora molto controverso. In realtà è sicuro che al di sopra di una certa dose di radiazione assorbita (pari a 1 Sievert per l'intero corpo adulto) si entra nel cosiddetto "regime deterministico", cioè gli effetti nocivi della radiazione si manifestano rapidamente sulla stragrande maggioranza dei soggetti esposti, la gravità di tali effetti diviene proporzionale alla dose assorbita e gli effetti stessi su un dato individuo sono ragionevolmente predicibili. Alcuni effetti deterministici sono osservati anche per dosi minori: ad esempio una dose di 0.15 Gray assorbita dai testicoli provoca la sterilità di un maschio (per fortuna spesso solo temporanea), una dose di 0.23 Gray assorbita in 28 giorni di gestazione "assicura" malformazioni e futuro sviluppo anomalo del nascituro. Al di sotto del regime deterministico (cioè per esposizioni più lievi) vige il cosiddetto regime stocastico, cioè gli effetti  dell'esposizione sono random, difficilmente prevedibili e quantificabili (a fatica) solo statisticamente e per lunghi periodi di tempo. Siccome gran parte delle ricerche in questo campo sono state effettuate sui sopravvissuti a Hiroshima e Nagasaki ed essendo pochissime , per "evidenti" anche se deprecabili motivi, le ricerche sui lavoratori a contatto con materiale radioattivo, tipo i minatori delle miniere di Uranio, i dati a disposizione per bassi livelli di esposizione sono insufficienti. Non è neanche chiaro se viga un regime lineare, cioè se gli effetti (benché random, cioè a qualcuno tocca, ad un altro no...) siano proporzionali alle cause oppure se vi sia una vera e propria soglia al di sotto della quale il rischio è effettivamente zero. Mi spiego. Nel primo caso se una esposizione per n giorni a una quantità q di radiazione provoca statisticamente in N anni un certo numero di leucemie, allora l'esposizione a metà della radiazione o l'esposizione alla stessa radiazione per metà tempo dovrebbe provocare, sempre in N anni, metà del numero precedente di leucemie (regime lineare). Alcuni pensano però che se il livello di radiazione è molto basso (quanto?), l'organismo sia in grado di affrontarlo e quindi il numero di conseguenze negative (qualunque sia la durata dell'esposizione) sia non "piccolo" ma proprio esattamente zero.

Effetti specifici dell'Uranio-238

Come già detto (vedi scheda Uranio) l'Uranio ha sia effetti tossici come metallo pesante altamente attivo chimicamente sia effetti nocivi per la sua radioattività

Gli effetti tossici dovuti all'ingestione di Uranio sono principalmente a carico dello scheletro e dei reni. Test medici hanno dimostrato che il 90% dell'Uranio ingerito viene eliminato entro tre giorni. Tuttavia in esperimenti di laboratorio su cavie è stato dimostrato che gran parte dell'uranio ingerito o inalato si concentra sui reni (portato dal flusso sanguigno) e qui, anche a causa dell'ambiente acido dovuto alla presenza di orina, l'uranio attacca le superfici dei tubuli renali. Se la concentrazione di Uranio supera le tre parti su un milione nel tessuto renale, ne segue una ampia e generalizzata necrosi del tessuto stesso. Tale concentrazione equivale per un uomo di peso medio a un milligrammo di Uranio per rene. Siccome solo gli ossidi solubili dell'Uranio sono trasportati dal flusso sanguigno e di questo Uranio trasportato si stima che solo un ottavo si ferma nei reni (il resto viene eliminato dall'urina stessa o si deposita sulle ossa) e considerando che la percentuale di ossidi solubili in una miscela di vari tipi di minerali di Uranio è di circa il trenta per cento, si può dire che per raggiungere una dose tossicamente pericolosa occorre ingerire e/o inalare intorno ai 50 milligrammi di Uranio.

Data la sua lunghissima emivita , come abbiamo già detto, la radiazione alfa e gamma emessa dall'uranio U-238 è molto debole (vedi scheda, ma ricordiamo che in un pezzo di Uranio, anche se "impoverito",  è tuttavia presente una percentuale del più attivo U-235 e in misura molto minore dell'ancora più attivo U-234).  Tuttavia, per capire, anche il contatto di molte ore con una modica quantità di Uranio non dovrebbe ragionevolmente provocare seri danni o rischi di futuri tumori (la radiazione gamma è debole e la radiazione alfa è fermata dalla pelle). Diverso è il caso dell'ingestione o dell'inalazione di Uranio (polveri o aerosol in seguito ad esplosioni...). In questo caso le particelle alfa operano dall'interno e i danni aumentano così come i rischi di futuri tumori ai polmoni e alle ossa (e in più si hanno gli effetti tossici di cui sopra) . Bisogna però anche ricordare che nei composti di Uranio ci sono sempre inevitabilmente anche percentuali dei prodotti di decadimento dell'Uranio stesso. Tali prodotti sono in genere molto più pericolosi dell'Uranio stesso.   Facendo riferimento solo alla catena principale di decadimento di U-238, elenchiamo (sommariamente). Il Torio si fissa alle ossa, il Polonio alle ossa e anche ai tessuti molli, il Radio all'inizio sulle superfici delle ossa ma poi con il tempo penetra anche all'interno. Il Radio è molto pericoloso se ingerito ( se ne sono accorti gli sfortunati operai che negli anni '20 dipingevano a mano i quadranti degli orologi con vernici "fosforescenti" al Radio e che inavvertitamente ingerivano radio facendo la punta con le labbra ai pennelli... un'altissima percentuale di tali operai è morta per cancro alle ossa). Il Radon è un gas ("nobile" e "pesante") che   sia per inalazione diretta sia per i suoi prodotti di decadimento (Polonio-218, Piombo-214, Bismuto-214 ) è stato la principale causa di morte (per cancro) dei lavoratori nelle miniere sotterranee (non a cielo aperto) di Uranio.

Fonti principali:

Enciclopedia della Scienza e della Tecnologia, Ed. DeAgostini

Health Risks of Ionizing Radiation, D. Sumner et al., Science for Democratic Action V. 8 N.4 (2000).

The Uranium Burden, R. Brooks and A. Seth, Science for Democratic Action V. 8 N.4 (2000).

Depleted Uranium - A necessary Evil?,  The Defense Monitor, V. XXVIII, N. 6,  (1999)

After the dust settles, S. Fetter & F.  Hippel, The Bulletin of the Atomic Scientists, Nov./Dec. 1999

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Molte informazioni sul problema dell'uso militare dell'Uranio "impoverito" possono essere trovate nel Volume 8 (2000) della rivista Science&Global Security