Radioterapia ed effetti collaterali

La radioterapia a scopo diagnostico causa sempre un danno biologico perché si utilizzano le radiazioni ionizzanti.
I raggi X hanno una breve lunghezza d’onda ed un’alta frequenza, attraversano i tessuti ed impressionano una pellicola, in modo diverso a seconda del tipo di tessuto con il quale interagiscono: proprio per questa ragione possono causare dei danni biologici, nell’interazione con i tessuti infatti i raggi X cedono energia a questi ultimi, determinando dei danni biologici. Gli ultrasuoni invece, almeno in diagnostica per immagini, non provocano mai un danno biologico, nemmeno la risonanza magnetica ha effetti collaterali importanti, ma può essere pericolosa se il paziente ha dei dispositivi ferromagnetici od a controllo elettronico, come i bypass, gli stent o le valvole artificiali.

Quali sono, in buona sostanza, gli effetti che i raggi X provocano nei tessuti?

  1. Eccitazione: un elettrone si sposta dal suo orbitale all’orbitale più esterno. Questo fenomeno è certamente temporaneo, seppur rappresenti una perdita dell’equilibrio molecolare, ed ancor prima dell’atomo coinvolto nell’eccitazione.
    In ogni caso, interrompendo la cessione di energia ai tessuti, si interrompe anche l’eccitazione dell’atomo. L’equilibrio originale dell’atomo è ripristinato.
  1. Ionizzazione: un elettrone si stacca dall’atomo, si formano, come conseguenza, due ioni. L’atomo da cui l’elettrone si è staccato, che assume una carica positiva, e l’elettrone stesso, con una carica negativa. La ionizzazione è un fenomeno fisico permanente.
    I raggi X ed i raggi γ sono definiti come radiazioni ionizzanti, visto che possiedono la potenza necessaria per staccare un elettrone da un atomo.

Se da una parte le radiazioni ionizzanti portano alla formazione di un’immagine a scopo diagnostico, dall’altra sono responsabili della formazione di svariati tipi di ioni che provocano dei danni diretti alle strutture tissutali, ma soprattutto dei danni indiretti, conseguenti all’interazione degli ioni con l’acqua, che determina il fenomeno chimico della radiolisi dell’acqua, la dissociazione delle molecole di acqua con la formazione di uno ione H+ con una carica positiva e di un idrossile OH con una carica negativa, oltre che dei radicali liberi. 

Dall’interazione tra queste sostanze e dalla loro combinazione hanno origine dei prodotti quali i radicali liberi, i perossidi ed altri elementi, che causano senz’altro un danno biologico interagendo con le macromolecole biologiche, in particolare con il DNA, ma anche con proteine, enzimi, zuccheri e lipidi complessi. Gli effetti che i raggi X determinano sul DNA sono i più temuti: possono infatti sfociare nel ritorno della cellula ad uno stato di presintesi, in un’alterazione della trascrizione del mRNA, ma soprattutto nell’arresto della sintesi degli acidi nucleici, che comporta la morte cellulare. Anche l’interazione con le proteine provoca dei danni, rilevanti soltanto se la dose di radiazioni è molto elevata. In sostanza può esserci un’alterazione del sito catalitico di un enzima, che si traduce in un’inattivazione dell’enzima. Ma come abbiamo detto, la sottoposizione ai raggi X che possano determinare danni gravi di tipo funzionale alle proteine è massiccia, dato che il nostro sistema enzimatico è ridondante ed ogni enzima sottende in realtà ad una variegata famiglia di isoenzimi, che possono supplire, all’occorrenza, alla non completa funzionalità di uno degli enzimi, o meglio degli isoenzimi. Anche le membrane cellulari e degli organelli citoplasmatici sono suscettibili di un danno da radiazioni ionizzanti, possono infatti andare incontro ad una rottura od alla perdita della funzionalità per l’ossidazione dei lipidi che costituiscono la membrana.

Il danno causato ai lipidi è di gravità intermedia, meno importante di quello che i raggi X determinano sugli acidi nucleici, ma più insidioso di quello operato sulle proteine. Quali sono le popolazioni cellulari che maggiormente risentono delle radiazioni ionizzanti? Distinguiamo tre tipi di popolazioni cellulari sulla base della loro radiosensibilità.

  1. I tessuti labili sono in assoluto i maggiormente colpiti dalle radiazioni, stiamo parlando di midollo osseo, e degli epiteli, in particolare di quelli di rivestimento dell’apparato gastroenterico e delle vie respiratorie. Si tratta di tessuti con un’alta velocità mitotica, in continuo rinnovamento.
  2. I tessuti stabili non hanno un elevato turnover ma rispondono comunque a certi stimoli, ad esempio se si asporta una parte del fegato, la restante porzione si ingrandisce, oppure se si esegue una nefrectomia, il rene controlaterale si ingrandisce.
  3. I tessuti perenni, come il tessuto muscolare, ma soprattutto quello nervoso, non rigenerano in ogni caso. Una lesione del cervello quasi sempre si risolve in una cicatrice od in un’area di sclerosi. La crescita di tali tessuti è definita statica.

I tessuti, le cellule, possono andare incontro a dei danni non letali, ma anche a dei danni che provochino la morte cellulare, che può essere di tipo litico, se si scioglie la membrana cellulare, di tipo riproduttivo, se avviene per una de-regolazione del ciclo cellulare, o di tipo genico, se avviene per un danneggiamento sul DNA dei geni che controllano la morte cellulare. I danni biologici da radiazione possono essere tardivi e quindi difficilmente ricollegabili, in ambito anamnestico, alla causa del danno. Talora, soprattutto se la dose di radiazioni è elevata, può esserci un danno precoce. Un’altra classificazione importante è quella che suddivide i danni in somatici e genetici, i primi non coinvolgono la cellula germinale e non si trasmettono quindi di generazione in generazione in alcune famiglie, i secondi fanno sì che il danno genetico insorto nel genitore si protragga nel figlio, genotipicamente se non già fenotipicamente.

 

Focalizziamoci ora sulla distinzione in danni deterministici e danni stocastici.

I danni deterministici si verificano soltanto se viene superata una dose soglia di radiazioni, hanno un breve tempo di latenza e sono prevalentemente somatici. Gli organi più colpiti sono quelli labili, la cute, gli epiteli di rivestimento dell’intestino tenue e del colon, la tiroide stessa e gli epiteli bronchiali e broncopolmonari. In radiodiagnostica non si incorre quasi mai in questo tipo di danno, a meno che non si commettano errori clamorosi (il paziente rimane per una giornata intera sotto una macchina mal funzionante). In radioterapia invece, e stiamo facendo riferimento all’ambito oncologico, si mette in conto la possibilità di danneggiare in modo deterministico taluni tessuti, pur di distruggere il tessuto neoplastico. I pazienti oncologici sottoposti alla radioterapia della prostata spesso lamentano dei fatti infiammatori delle mucose rettali (sono ad alto indice mitotico), fino a dei quadri di proctite franca. L’esofago è invece danneggiato sovente in pazienti con un carcinoma polmonare, che svolgano una radioterapia, visto che nel campo di radiazione per il carcinoma del polmone è incluso l’esofago. In ambito ematologico, si possono avere delle anemie, per un’irradiazione del midollo osseo: altri disturbi frequenti sono le bronchiti, le polmoniti, gli eritemi cutanei, od anche una sterilità, per un coinvolgimento dei testicoli nell’irradiazione, ed un’opacizzazione del cristallino, se viene superata la dose di 2 Gray, mentre abbiamo una cataratta se si superano i 5 Gray.

I danni stocastici, di tipo probabilistico, hanno un lungo periodo di latenza, possono interessare la linea germinale come possono essere somatici. Non sappiamo qual è la dose soglia, lo spartiacque tra le dosi che provocano un danno e le dosi che non lo provocano. È chiaro che l’aumentare delle dosi aumenta le probabilità che un danno si verifichi. Sono da temere, come causa di danni stocastici, le esposizioni croniche a basse dosi di radiazioni. Vi sono alcune categorie lavorative più esposte a questo tipo di danno: i tecnici di radiologia, gli anestesisti, ma anche i pazienti che si devono sottoporre frequentemente ad esami diagnostici quali le radiografie o la TC. La popolazione radioesposta sviluppa con maggiore frequenza i tumori della cute, quali i carcinomi squamocellulari od i carcinomi basocellulari.

Vi sono patologie, per lo più di natura neoplastica, per le quali è riconosciuta un’eziologia da radiazioni ionizzanti, stiamo parlando dell’epitelioma squamocellulare, delle leucemie e di una vasta gamma di patologie di pertinenza ematologica quando i trattamenti radianti sono molto estesi, stiamo ad esempio parlando di tumori ossei (i tumori ossei dello sterno per un’irradiazione dell’iperplasia del timo erano molto frequenti in passato), dei tumori tiroidei, dei tumori della mammella (era frequente in passato nelle donne in screening per una tubercolosi, sottoposte alle radiografie toraciche), dei tumori del polmone e dei bronchi. Un dibattito che è sorto riguarda l’opportunità dello screening mammografico per la diagnosi precoce del tumore al seno sin da età basse, visto che proprio la ripetizione di questo esame potrebbe comportare la comparsa della neoplasia che si intende diagnosticare in fase precoce. Non dimentichiamoci poi che le radiazioni ionizzanti possono causare degli aborti, le morti fetali o le morti precoci, poco dopo la nascita, nonché gravi malformazioni. La morale che ricaviamo da questa considerazione degli effetti collaterali di alcune tecniche di diagnostica per immagini è che gli esami che comportino delle radiazioni nocive per il paziente vanno richiesti solo se sono strettamente necessari, per esempio se una lesione può essere diagnosticata con un’ecografia, che si basa sugli ultrasuoni e non ha effetti collaterali, è assolutamente scriteriato programmare una TC, od un altro esame di secondo livello basato su agenti pericolosi come i raggi X.