Radiolisi dell'acqua

L'azione diretta della radiazione sulla molecola d'acqua provoca una serie di eventi che vanno sotto il nome di radiolisi dell'acqua, che in conclusione portano alla formazione di radicali liberi, che sono la principale causa del danno biologico nell'azione indiretta di radiazioni. La radiolisi dell'acqua consiste nell'assorbimento da parte di una molecola d'acqua e di una successiva emissione, da parte della stessa, di un elettrone. La molecola, quindi, da elettricamente neutra quale era, diventa elettricamente positiva, e ciò le permette di combinarsi con altre molecole di acqua provocando la formazione di radicali. I radicali liberi, dunque, sono atomi, molecole o gruppi atomici in cui, sull'orbita elettronica esterna, invece di due elettroni con spin contrari ne è presente uno solo, essendo l'altro sbalzato via da un evento di ionizzazione. Il gruppo così formato è fortemente reattivo, in quanto ha un'elevata tendenza o a ricatturare l'elettrone perduto oppure a cedere ad altri l'elettrone rimasto affinché possa essere raggiunta una condizione di stabilità. Poiché il materiale biologico è costituito per il 70-80% da acqua, si capisce come la formazione di radicali liberi possa provocare danni anche rilevati, in quanto essi possono facilmente catturare l'elettrone mancante da molecole biologiche, quali proteine, DNA, enzimi e così via, provocando la loro instabilità e altri eventi dannosi complessi.  I fenomeni fisici a livello atomico o molecolare provocati dalle radiazioni si sviluppano e si concludono in tempi brevissimi, ma le loro conseguenze a livello biologico si manifestano in tempi notevolmente più lunghi, e in alcuni casi anche dopo anni o secoli (danno alle cellule germinali).
ENERGIA ASSORBITA
Come spiegato prima, una radiazione che incide su un tessuto biologico provoca la ionizzazione degli atomi e delle molecole con conseguente emissione di elettroni. Questi elettroni cedono energia al tessuto circostante lungo il loro percorso, e la quantità di energia ceduta per ogni micrometro percorso è chiamata LET (Linear Energy Transfer) e viene misurata in keV/μm. Questa misura tiene conto esclusivamente delle caratteristiche fisiche della radiazione e del tessuto. Utilizzando il LET come parametro di classificazione, le radiazioni possono essere classificate in due grandi categorie: ad alto LET (come protoni e particelle α) oppure a basso LET (come raggi X, radiazioni γ). Tuttavia, le conseguenze biologiche dell'energia depositata nel tessuto dipendono non sono dal valore del LET, ma anche dalla dispersione e dalla natura delle strutture su cui l'energia viene depositata. Ad esempio una dose di 7 Gy di raggi X distribuita uniformemente su un uomo del peso di 70 Kg provocherebbe unicamente un aumento di temperatura inferiore a 0,002 °C; la stessa dose di radiazioni, se fosse localizzata su una struttura critica, quale il DNA, risulterebbe letale per la cellula. Per tenere conto anche di questo fenomeno, si definisce un parametro molto più generale, che è denominato efficacia biologica relativa (RBE, Relative Biologic Effectiveness). L'RBE rappresenta il confronto tra l'efficacia biologica di una radiazione presa come riferimento (raggi X a 250 KeV) e quella di un altro tipo di radiazione sperimentale utilizzata (RBE=Efficacia biologica di una dose di riferimento/Efficacia biologica di una dose testata). Per valutare questo parametro è necessario far riferimento alle curve di sopravvivenza. Infatti dire che una certa dose di radiazioni (ad esempio di neutroni) ha un RBE=3 significa dire che tale dose distrugge un numero di cellule tre volte superiore alla dose di riferimento. In questo paragrafo abbiamo elencato alcune unità dosimetriche, in generale sono:
Becquerel (Bq): unità di radioattività di un elemento. Corrisponde a una disintegrazione di un radionuclide al secondo. Nel SI ha sostituito la vecchia unità di misura il Curie (Ci). 1Bq=3,7x10-11 Ci=37 picocurie;
Gray (Gy): unità di dose assorbita (D) per ogni radiazione ionizzante. 1 Gy corrisponde a 1 Joule di energia assorbita per Kg di qualsiasi sostanza. La vecchia unità di misura è il RAD (Radiation Absorbed Dose 1 Gy=100 RADs);
Sievert (Sv): unità di dose equivalente che è numericamente equivalente alla dose in Gy moltiplicato un appropriato fattore di qualità (FQ). È quindi l'unità di misura che riflette la risposta biologica e che può essere usata per confrontare gli effetti di differenti radiazioni( 1 Gy di raggi X=1 Sv (QF=1); 1 Gy di particelle α=20 Sv (QF=20)).