Basse dosi di irradiazione

Le basse dosi di radiazioni si riferiscono nelle esposizioni di Radiobiologia , Epidemiologia e Fisica Medica (esterne o interne) a radiazioni ionizzanti che sono a basso livello, dell'ordine del centigray . Questo livello è molto più basso di quello a cui si manifesta un effetto deterministico ( ustioni , o anche sindrome da irradiazione acuta per esposizioni superiori al grigio ). È al di sotto dei limiti attuali per la rilevazione di effetti stocastici ( leucemia o altre forme di cancro, forse anche mutazioni genetiche ).

"Le esposizioni professionali alle radiazioni ionizzanti si verificano principalmente a basse dosi e possono accumulare dosi efficaci fino a diverse centinaia di milligray" . L'intervallo di dosi inferiori a dieci millisievert all'anno corrisponde a quanto riceve la maggior parte della popolazione , principalmente per esposizione esterna (indotta dalla radioattività naturale e dagli esami radiologici ) e in misura minore per esposizione interna (in particolare a causa del radon , di alcuni trattamenti o visite mediche o ingestione accidentale di radionuclidi). A parte gli incidenti gravi e gli incidenti nucleari , l'esposizione indotta dall'industria nucleare riguarda principalmente i suoi lavoratori. Questo lo rende un argomento complesso e controverso, che ha un impatto sull'ottimizzazione delle politiche di radioprotezione e salute pubblica .

Domande aperte

Nel complesso, l'esatto effetto di queste basse dosi di irradiazione, nonché la relazione dose-effetto associata, sono ancora questioni aperte:

• L'effetto macroscopico rimane difficile da valutare per esposizioni inferiori al centigray perché può essere studiato statisticamente solo da studi epidemiologici convenzionali, basati sull'estrapolazione degli effetti cancerogeni osservati tra 0,2 e 3 sievert . Inoltre, questo effetto dipende sia dalla dose ricevuta che dalla velocità della dose radioattiva , in un modo ancora poco conosciuto.
• Esistono però alcuni esempi di irraggiamento statistico di coorte, come il caso dei 10.000 abitanti di edifici contaminati a Taiwan , esempio eccezionale dal punto di vista dello studio delle basse dosi.
• A livello microscopico , per la radiazione che passa attraverso il tessuto biologico, l'effetto fisico e chimico di base dipende dalla natura della radiazione. Il grigio , la quantità di dose assorbita, è una delle grandezze fisiche coinvolte (energia della radiazione); l'effetto dipende anche dal tipo di radiazione e contaminazione (esterna, interna o mista) nonché dal numero e dalla vulnerabilità dei tessuti e delle cellule attraversate e in una certa misura dal caso. La traduzione biologica di questo effetto a livello macroscopico (misurato in Sievert ) è un processo complesso ancora da esplorare.

Il mondo delle basse dosi

Sorgenti e modalità di irraggiamento

Basse dosi di irradiazione possono essere ricevute in tre modi. La principale fonte di irraggiamento è naturale, il livello di esposizione varia poi a seconda del luogo, generalmente in ragione di uno a tre. A livello locale, può essere molto più alto.

Le misure di irraggiamento e radioattività sono espresse in unità SI ( sievert , becquerel, ecc.).

• il grigio misura l'irradiazione fisica, un'energia fornita per unità di massa, indipendente dai suoi effetti biologici.
• il rad precedentemente utilizzato in molte pubblicazioni, corrisponde al centigray (il che spiega perché questo sottomultiplo è frequentemente utilizzato).
• il sievert viene utilizzato per misurare gli effetti stocastici dell'irradiazione su un organismo, con termini correttivi che consentono di tener conto della pericolosità relativa delle diverse radiazioni e della relativa sensibilità dei tessuti.
• il becquerel , misura il numero di decadimenti radioattivi al secondo. Rappresenta indirettamente la quantità di materiale radioattivo presente se si conosce anche l' attività specifica del radionuclide interessato.

Tre modalità di esposizione sono:

• Esposizione a basse dosi. Ricevuti tutti in una volta, vengono misurati in millisievert . Per il pubblico si tratta principalmente di esami radiologici ( raggi X , radiografie gamma , scanner, ecc.).
• Esposizione (cronica o episodica) ad un ambiente irradiante. Espone a una dose maggiore o minore, misurata in microsievert all'ora. Può essere un ambiente di lavoro (studio di radiologia medica , miniere o impianto dell'industria nucleare ) o una casa (abitare in quota o in una regione ricca di uranio o torio , presenza di radon, ecc.).
• Contaminazione interna da radionuclidi (acquisita per inalazione, ingestione, passaggio percutaneo o per lesione). Espone l'organismo a radiazioni deboli, ma direttamente a contatto con i tessuti, e per un periodo potenzialmente lungo (a seconda del periodo biologico del radioisotopo , della sua modalità di ingestione, del suo stato chimico, ecc.). Queste contaminazioni si misurano in becquerel  ; la maggiore o minore radiotossicità della sostanza viene valutata in sievert per becquerel (l'unità tipica è µSv / kBq). In questo caso l'effetto della radiazione può essere aggravato da una possibile tossicità chimica del radionuclide. Rispetto alle radiazioni esterne che espongono gli organi in modo omogeneo, la contaminazione interna comporta un'esposizione eterogenea degli organi. Ad esempio, lo iodio radioattivo sarà altamente concentrato nella tiroide .

Quando si comincia a parlare di basse dosi?

Il limite delle basse dosi è poco definito, perché dipende dalla vulnerabilità dell'organismo o organo studiato, e dal campo scientifico considerato: il tetto proposto varia quindi da 1  mGy per la microdosimetria a 200  mGy per l'epidemiologia, passando per 20  mGy per la radiobiologia. Per la radioprotezione , ci interessa generalmente il limite al di sotto del quale non si dimostrano effetti nocivi delle radiazioni, cioè ≈100  mGy  : è quindi questo limite che si incontra più comunemente.

Le “basse dosi” corrispondono quindi a intervalli di dosi o tassi che sono vari ma spesso amalgamati. Possiamo facilmente rilevare radioattività dell'ordine del becquerel, che corrispondono a irradiazioni dell'ordine del nano - o anche del pico -sievert, ma siamo poi molto al di sotto dei massimali comunemente accettati per quest'area, anche se assumiamo il valore di 1  mSv considerato per la microdosimetria. La differenza tra l'irradiazione rilevabile con mezzi moderni e quella nota per avere effetti provati è di nove ordini di grandezza - quantitativamente è la stessa differenza tra bere una lacrima (0,1  cm 3 ) di whisky in tutta la sua vita, e berne dieci litri al giorno.

Ordini di grandezza a basse dosi

In generale, l'intervallo di basse dosi corrisponde a dosi inferiori a 10  mSv in radiobiologia ea dosi inferiori a 100  mSv in radioprotezione.
Una dose può essere considerata ricevuta in una singola esposizione quando la durata dell'irradiazione è inferiore al tempo di riparazione delle rotture del DNA da parte della cellula, dell'ordine di un'ora.

Ordini di grandezza dei bassi dosaggi

Il limite del range di basso dosaggio, al di sotto del quale non è stato rilevato alcun effetto biologico, può essere posto intorno a 1  mSv/h , o addirittura 100  µSv/h , ovvero i limiti normativi delle zone controllate contrassegnate dalle "zone gialle" in Francia . Nella definizione proposta da UNSCEAR , tale limite è posto a 0,1  mGy/min (media su un'ora) dal punto di vista della radioprotezione, cioè 6  mGy/h .

Questi tassi di dose sono misurati in milli o microsievert al minuto, all'ora o all'anno.
Si tratta quasi sempre di irradiazione mediante radiazioni gamma (o radiazioni a raggi X per studi medici). Ma le radiazioni ricevute nelle immediate vicinanze di un reattore nucleare (fino a qualche decina di metri) sono dovute principalmente al flusso di neutroni che fuoriescono dal nocciolo ( speciali dosimetri li misurano). I neutroni sono presenti anche nella radiazione cosmica .

Per una sorgente esterna, in pratica un basso dosaggio comporta una bassa irradiazione (per tempi di esposizione ragionevolmente limitati). Alti ratei di dose, in ambienti eccezionali, implicano un forte irraggiamento: al limite tra "zona arancione" e "zona rossa", dove il rateo di dose sarebbe di 100 mSv/h, si può transitare per 6 minuti prima di ricevere una dose di 10  mSv (legalmente accettabile in circostanze eccezionali) e occorrono diverse ore per raggiungere la dose di un sievert (livello al quale compare la febbre da radiazioni ). Per questi alti dosaggi, l'esposizione è normalmente eccezionale, la durata dell'esposizione è normalmente inferiore a un'ora ed è la dose totale ricevuta in una singola esposizione che deve essere considerata per valutare l'impatto sanitario.

Livello	Tasso di dose
100  mSv /h	Zona vietata indicata come zona rossa (zona appositamente regolamentata, legge francese): più di 100  mSv/h . A 5  mGy/min (300  mGy/h ), il numero di rotture del doppio filamento (CBD) dovute all'irradiazione è pari a quello prodotto nello stesso tempo dal metabolismo cellulare nelle cellule in proliferazione (CBD endogeno), ovvero 0,14 CBD al minuto in entrambi i casi. Un passaggio all'interno della cintura di Van Allen dietro una protezione in alluminio da 3  mm espone a un rateo di dose dell'ordine di 200  mSv/h . Il tasso di produzione di CBD è maggiore del tasso massimo di riparazione . La produzione di dislocazioni supera le capacità di riparazione cellulare. Gli effetti sono cumulativi e dipendono dalla dose totale.
10  mSv /h	Zone arancioni controllate (zone regolate appositamente): da 2 a 100  mSv/h . Tasso di rottura del DNA a doppio filamento (~ 1 / cGy) dell'ordine del tasso di riparazione (~ ora). Possibile comparsa di fenomeni specificamente indotti dalle radiazioni in caso di esposizione prolungata. Quando i topi vengono irradiati per tutta la loro vita a esposizioni rispettivamente di 1,5 Gy/settimana (9  mGy/ora ), 2,2 Gy/settimana (13  mGy/ora ) e 3 Gy/settimana (18 mGy /ora /ora), il la percentuale di topi che contraggono il cancro della pelle è rispettivamente dello 0%, 35% e 100%, dimostrando chiaramente una risposta soglia in funzione del tasso di dose
1  mSv /h 1000  µSv /h	Limite inferiore delle aree controllate arancioni ( aree appositamente regolamentate): da 2 mSv/h. 1 mSv/h ricevuto per un anno si traduce in un'esposizione totale di 8,76 Sv Dei topi irradiati a 20 mGy/giorno (esposizione cronica a radiazioni gamma a basse dosi) hanno un'aspettativa di vita ridotta, principalmente a causa di neoplasie ; anche la loro pressione sanguigna diminuisce prima con l'invecchiamento. I livelli di espressione dei geni marker dell'invecchiamento (associati anche alla regolazione della pressione arteriosa) mostrano differenze significative (rispetto al gruppo non irradiato). I ratti maschi rimangono fertili per 10 generazioni se esposti a 20 mSv al giorno, ma anche un leggero aumento oltre questo limite inibisce completamente la spermatogenesi. Le anomalie cromosomiche nel fegato di topi irradiati a 20 mGy/giorno aumentano linearmente con il tempo; e aumentare quattro volte più velocemente quando l'irradiazione è a 200 mGy / giorno, il che mostra per inciso che l'effetto dell'irradiazione sui cromosomi non è lineare.
100  µSv /h	Limiti delle zone controllate gialle ( zone appositamente regolamentate): da 0,025 a 2 mSv/h. Per DOE-STD-1153-2002, la soglia al di sotto della quale l'ambiente deve essere protetto è 1 rad/giorno (0,4 mSv/h) per animali acquatici e piante terrestri, e 0,1 rad/giorno (42 µSv/h) per animali terrestri ; gli studi disponibili mostrano che al di sotto di questi dosaggi non vi è alcun effetto misurabile sulle popolazioni di piante e animali. I topi esposti a 0,0002 cGy/min (0,12 mGy/h) per cinque settimane non mostrano alcun effetto rilevabile sul DNA, sebbene la dose totale (0,1 Gy) provochi danni rilevabili se ricevuta una volta. A contatto con un minerale di uranio con un'attività di 20.000 disintegrazioni al secondo (20 kBq, cioè dell'ordine di un grammo di uranio), si sperimenta una dose di 79 µSv/h. Livello di radiazione rilevato in alcuni luoghi ad alta radioattività naturale: sulla spiaggia di sabbia nera monazite di Guarapari in Brasile (131 μSv/h) o in alcune case Ramsar in Iran (130 μGy/h).
100  mSv / anno 11  µSv / h	Limiti delle aree verdi controllate : da 7,5 µSv/h a 25 µSv/h. L'esposizione della popolazione alle radiazioni naturali è superiore a 100 mSv/anno in vaste regioni come il Kerala in India (esposizioni dell'ordine da 10 a 32 mSv/anno) o in aree ad alta radioattività naturale nella città di Ramsar in Iran ( esposizione media di 10  mSv/anno ma fino a 260  mSv/anno in alcune abitazioni). Le colture cellulari poste a una portata di 0,13  cGy d -1 (54  µGy h -1 ) mostrano una reazione transitoria rilevabile. I topi esposti a irradiazione di neutroni di 1  mGy d -1 per sei mesi mostrano disturbi della memoria. Irradiazione nella stazione spaziale internazionale: 170 mSv / anno o 20  µSv h -1 .
10  mSv / anno 1,1  µSv / h	I topi esposti a una dose di 0,05 mGy/giorno (2 µSv/h) per 400 giorni non hanno mostrato alcuna differenza rispetto al gruppo di controllo non esposto. I topi esposti a dosi di 0,032 μGy/min, 0,65 μGy/min e 13 μGy/min mostrano cambiamenti nell'espressione genica. Il limite annuale per il personale esposto negli Stati Uniti è di 50 mSv/anno (pubblicazione ICRP 26, 1977). I limiti per il personale esposto sono 20 mSv su dodici mesi consecutivi in ​​Francia, 20 mSv all'anno in Svizzera e 50 mSv all'anno senza poter superare i 100  mSv per un periodo di 5 anni in Canada (raccomandazione 60 dell'ICRP , 1991) . L'inalazione di fumo da parte di una persona che consuma 1,5 pacchetti di sigarette al giorno porta a dosi al sistema tracheobronchiale dell'ordine di 80 mSv/anno (oltre alla deposizione di catrami cancerogeni), dovute al polonio naturalmente presente nel tabacco. Un fumatore di 30 sigarette al giorno è esposto per la sua presenza nel fumo alla dose equivalente di 300 radiografie del torace all'anno. Diversi kg di uranio devono essere tenuti con sé per essere esposti a un flusso di 50 mSv/anno. Una contaminazione suolo 1MBq / m 2 in cesio -137 risultati in una dose di poche decine di mSv all'anno (1,5 e 4 mSv / h) La soglia di riferimento decretata dall'Unione Europea al di sotto della quale l'esposizione alle radiazioni è in pratica trascurabile dal punto di vista della protezione dalle radiazioni e non necessita di dichiarazione è di 1 μSv/h
1  mSv / anno 110  nSv / h	Limite autorizzato per l'esposizione del pubblico alle radiazioni artificiali, esposizione che giustifica un'area radiologicamente monitorata : da 2,5 a 7,5 µSv/h, ovvero più di 80 µSv al mese, o 1  mSv all'anno (Codice della sanità pubblica, articolo R1333-8). Era 5 mSv / anno nel 1998. L'irradiazione naturale (raggi cosmici, radioelementi naturali presenti nel corpo e nella crosta terrestre) varia in Francia tra 1,5 mSv/anno e 6 mSv/anno. L'esposizione media mondiale alle radiazioni naturali è stimata intorno ai 2,5 mSv/anno. Una contaminazione al suolo di 37kBq/m 2 in cesio -137 (1 Ci/km 2 ), vale a dire il limite delle zone qualificate come “inquinate” da fallout nucleare , determina un rateo di dose dell'ordine di 1  mSv all'anno (da 50 a 150 nSv/h). L'irradiazione ambientale oraria misurata in Francia varia a seconda della località tra 40 nSv/h (bacini sedimentari) e 300 nSv/h (massicci granitici), con un valore medio sul territorio di 90 nSv/h. L'esposizione annuale dovuta alle visite mediche è mediamente di 1 mSv/anno. L' ICRP propone un coefficiente di conversione per il radon di 1 millisievert all'anno per 66 Bq/m 3 (tale coefficiente è attualmente in fase di rivalutazione). Lo stoccaggio domestico di un blocco di minerale di uranio del peso di 5  kg con un'attività di 1,5 MBq induce un tasso di dose di 0,4 µSv/h. Sulla base di un'esposizione giornaliera di 12 ore a una distanza di 1  m dal campione, l'ordine di grandezza della dose efficace sarà di 1,75 mSv/anno.
100  µSv / anno 11  nSv / h	Per valutare le prestazioni di smaltimento dei rifiuti radioattivi in ​​uno strato geologico profondo , la dose ricevuta deve essere inferiore a 0,25 mSv all'anno (limite adottato da Andra ) nello scenario più penalizzante. Le raccomandazioni dell'OMS sui criteri di potabilità dell'acqua potabile prevedono che la dose ricevuta a causa della presenza di un radionuclide nell'acqua potabile non superi 0,1 mSv/anno. L'autoirradiazione dovuta alla radioattività naturale del corpo umano induce un'esposizione di 0,2 mSv/anno. Questa dose ha la caratteristica di essere più o meno costante, qualunque sia la corporatura dell'individuo e la regione geografica. L'irraggiamento naturale dei raggi cosmici a livello del mare è di circa 32 nSv/h (≈0,3 mSv/anno). L'irradiazione ricevuta in prossimità del centro di stoccaggio dell'Aube (CSFMA), per una persona che passa 24 ore al giorno presso la recinzione, 365 giorni all'anno, è valutata a 0,14 mSv/anno.
10  µSv / anno 1,1  nSv / h	L'esposizione media legata alla produzione di energia elettrica da energia nucleare (estrazione e lavorazione dell'uranio, funzionamento dei reattori, scarichi e scorie) corrisponde ad un'esposizione dell'ordine di 0,01-0,02 mSv all'anno.
1  µSv / anno 0,11  nSv / h	L'esposizione media dovuta ai test nucleari atmosferici (su tutta la popolazione mondiale) è stata di 0,005 mSv/anno e l' incidente di Chernobyl ha portato ad un'esposizione media di 0,002 mSv/anno. Le persone nelle immediate vicinanze erano ovviamente più irradiate.
<1  µSv / anno < 0,11  nSv / h	Andra ha valutato l'impatto massimo che potrebbe ricevere un residente che soggiorna stabilmente nei pressi del centro di stoccaggio di Morvilliers (TFA), a causa di eventuali scarichi. La dose di radioattività che questo abitante potrebbe ricevere sarebbe dell'ordine di 0,01 microsievert all'anno. Il 4 aprile 2011, quando la ricaduta nella Francia continentale da Fukushima ha raggiunto il suo massimo, ha aggiunto solo 0,02 nSv/h alla radioattività ambientale, un livello troppo basso per essere rilevato.

Progressi nella conoscenza della radiobiologia

Studi a dose media e alta

Numerosi studi epidemiologici hanno permesso di stimare gli effetti stocastici (principalmente la comparsa di leucemie a breve termine e tumori a lungo termine) delle radiazioni ionizzanti per esposizioni comprese tra 200 millisievert e 5 sievert . Non c'è dubbio che queste dosi producono effetti osservabili, e questi effetti seguono molto spesso una legge lineare , vale a dire che il rischio di sviluppare il cancro aumenta in proporzione alle dosi ricevute. Sono tuttavia note alcune eccezioni, ad esempio l'osservazione di tumori ossei indotti da radio 226 ( Radium girls ) e tumori epatici indotti da Thorotrast , o leucemie indotte a Hiroshima e in pazienti trattati con iodio radioattivo.

Dai dati sui sopravvissuti al bombardamento atomico in Giappone, è stato statisticamente stabilito che l'esposizione alle radiazioni di 2 sievert (radiazioni gamma, distribuite uniformemente sul corpo e ricevute in pochi secondi) porta a raddoppiare il rischio di morire di cancro, vale a dire , ha un “rischio relativo” di due. È questa cifra, associata all'idea di una relazione lineare tra dose ed effetto, che sta alla base della "regola" che l'esposizione a 100  mSv porta ad un rischio relativo di 1,05, o addirittura (di fatto che il " naturale” è dell'ordine del 20%) che l'esposizione a 100  mSv abbia una probabilità dell'1% di provocare il cancro.

Questi studi consentono solo di stimare gli effetti di dosi maggiori o uguali a 100  mSv negli adulti, ricevute con dosi elevate. Estrapolare gli effetti delle alte dosi a quelli delle basse dosi non rispecchia affatto la realtà. L'estrapolazione di queste costanti e di questo modello lineare al di sotto di tale limite è oggetto del dibattito sulle basse dosi. È quindi fondamentale studiare gli effetti legati alla bassa esposizione cronica.

Limiti statistici degli studi epidemiologici

Infatti, non è possibile osservare i possibili effetti di basse dosi di irradiazione, perché i tumori compaiono spontaneamente nella popolazione, con una certa media ( baseline ), e variazioni casuali attorno a questa media ( rumore statistico ). Perché un eccesso di cancro indotto dalle radiazioni sia osservabile, deve essere significativamente maggiore di queste variazioni casuali; in altre parole il rapporto segnale/rumore deve essere sufficiente. Come regola generale, il segnale aumenta in proporzione alla dimensione N della popolazione mentre il rumore delle fluttuazioni, proporzionale alla deviazione standard , aumenta con la radice quadrata di N ; il rapporto segnale/rumore quindi migliora come radice quadrata della dimensione N della coorte .

Quindi, sulla base del modello lineare senza soglia , sono teoricamente sufficienti 500 persone esposte per rilevare (8 volte su 10) gli effetti di una dose di 1000  mSv . Per rilevare gli effetti di una dose dieci volte inferiore (100  mSv ), è necessaria una popolazione esposta di almeno 50.000 persone. E per 10  mSv ci vorrebbe una coorte 100 volte più grande (cioè 5 milioni di persone esposte).

Nel 2001 , Maurice Tubiana e l'Academy of Medicine (2001) hanno ritenuto "importante notare che l'incidenza dei tumori nella maggior parte delle popolazioni esposte a basse dosi supplementari di radiazioni non è risultata aumentata e che nella maggior parte dei casi questa incidenza sembra sono stati ridotti” (questa apparente riduzione è tuttavia inferiore alla differenza statisticamente significativa attesa).

Nel 2005 , da un punto di vista epidemiologico, non è contestato il fatto che non vi siano prove di un effetto cancerogeno per dosi inferiori a 100  mSv . "Gli studi epidemiologici disponibili non rilevano alcun effetto per dosi inferiori a 100  mSv , o perché non ce ne sono, o perché la potenza statistica delle indagini era insufficiente per rilevarle". In effetti, un problema metodologico è che le coorti esposte (e seguite per un tempo sufficientemente lungo da rilevare effetti come il cancro) raramente raggiungono i 100.000 individui. Questo ha a lungo limitato i ricercatori allo studio di dosi maggiori o uguali a ≈100  mSv . Poiché il numero di coorti monitorate aumenta nel tempo, un modo per superare questi limiti di dimensione della coorte è attraverso la meta-analisi (che aggrega i dati di più coorti).

Poi, nel 2009 , uno studio condotto da 6 ricercatori tedeschi si proponeva di valutare l'evidenza dei rischi di cancro indotti da dosi basse e moderate ma cumulative (esposizione cronica). Questo lavoro si basava sui principali studi epidemiologici allora disponibili sull'incidenza del cancro e sui rischi di mortalità dovuti a tali esposizioni (pubblicati dal 2002 al 2007), e sull'aggiornamento dello studio del registro nazionale UK per i lavoratori esposti a radiazioni . Per ogni studio gli autori hanno confrontato il rischio per gli stessi tipi di cancro nei sopravvissuti alla bomba atomica (a dosi uguali e con la stessa proporzione di sesso e tenendo conto dell'età media raggiunta e dell'età media alla mostra). Tutti gli studi avevano dei limiti che rendevano i loro risultati insignificanti da soli (potenza statistica insufficiente, età alla fine del follow-up ancora giovane, ecc.), ma secondo gli autori e poi altri ricercatori si può comunque trarre una conclusione dalla loro combinazione analisi: le stime dose-risposta sono positive in tutti gli studi (o zero in uno studio). E per 7 di questi 13 studi, la relazione dose-risposta è stata stimata statisticamente significativa. Infine, l'eccesso di rischio relativo per dose era paragonabile al valore corrispondente per i sopravvissuti alla bomba atomica. Gli autori hanno concluso che i dati disponibili "non confermano che il rischio di cancro da esposizione cronica a dosi basse e moderate sia inferiore a quello dei sopravvissuti alla bomba atomica" , aggiungendo che "questo risultato mette in discussione i valori di rischio di cancro attualmente assunti per esposizioni professionali”  ; in altre parole: gli studi epidemiologici non possono rilevare un possibile rischio legato a basse dosi di irradiazione, ma non sono neppure in grado di escludere l'esistenza di tale rischio.

Carcinogenesi

Nel modello monoclonale multistep di carcinogenesi , si pensava che il cancro fosse il risultato di una successione di mutazioni specifiche in una singola cellula, indipendentemente dal suo ambiente: questo modello unicellulare relativamente semplice era una condizione importante per giustificare una relazione lineare dose-effetto senza soglia. Studi più recenti mettono in discussione questo schema classico: in realtà, l'evoluzione tumorale di una cellula mutata si scontra con efficaci meccanismi di difesa a livello tissutale e organismo, attraverso un processo che coinvolge complessi di relazioni tra la cellula mutata e le cellule circostanti.

A livello tissutale, i meccanismi coinvolti nell'embriogenesi (e nel dirigere la riparazione dei tessuti dopo la lesione) sembrano svolgere un ruolo nel controllo della proliferazione di una cellula, anche quando è diventata autonoma. Questo meccanismo potrebbe spiegare l'assenza di effetti cancerogeni dopo contaminazione da piccole quantità di radioelementi α emettitori (fenomeno in cui un piccolo numero di cellule è stato fortemente irradiato ma è circondato da cellule sane) con l'esistenza, in questo caso, di una soglia nell'uomo come negli animali. L'effetto biologico delle radiazioni non sembra essere determinato dal numero di mutazioni elementari che creano, ma piuttosto dal carico che pone sul sistema di riparazione del DNA:

“Dato il meccanismo multistadio della cancerogenesi , non è noto se la linearità dose- risposta per il danno primario complesso del DNA e il danno cellulare fisso, che è critico, si traduca in una relazione dose-risposta lineare in termini di preoccupazioni per i tumori indotti dall'esposizione alle radiazioni”.

Meccanismi di riparazione

L'idea di una legge lineare era inizialmente basata sull'osservazione delle rotture del DNA causate dalle radiazioni ionizzanti. Osserviamo che il numero delle pause è direttamente proporzionale alla dose, senza effetto soglia: c'è un possibile effetto dalla prima radiazione. Questa osservazione di base non è contestata, ma deve essere integrata dallo studio del destino di queste rotture attraverso i meccanismi che la cellula utilizza per riparare il DNA.

Nella vita normale della cellula, il DNA è costantemente attaccato da composti molto reattivi, i radicali dell'ossigeno prodotti dal metabolismo cellulare . Una prima linea di difesa contro questi attacchi è la presenza di molecole che neutralizzano le specie reattive dell'ossigeno, antiossidanti : vitamine C ed E , glutatione , catalasi , superossido dismutasi , ...

Ma gli antiossidanti non sono tutto, e il DNA ha altri nemici ( perdita di basi , deaminazione , dimerizzazione delle timine da parte dei raggi ultravioletti...). In definitiva, le cellule subiscono costantemente molte rotture del DNA, che devono costantemente riparare. La riparazione del DNA coinvolge gli enzimi più notevoli che conosciamo, "le rotture del singolo filamento vengono riparate in secondi o minuti; la maggior parte delle altre lesioni viene riparata in poche ore. "

Lo studio dell'effetto delle radiazioni ionizzanti sul danno al DNA mostra che il danno osservato è della stessa natura di quello che le cellule subiscono spontaneamente, ma in proporzioni diverse. L'esposizione di una cellula alle radiazioni ionizzanti crea meno lesioni isolate e più gruppi di lesioni ( lesioni a grappolo ), il che aumenta la proporzione di rotture a doppio filamento e ponti DNA/DNA e DNA/proteine.

L'esistenza di un sistema di riparazione non è di per sé un'obiezione all'ipotesi lineare. Gli effetti stocastici delle radiazioni sono la lontana conseguenza degli errori di riparazione, e non c'è motivo di supporre che questi errori scompaiano al di sotto di una certa soglia: una volta che esiste un tasso di errore, gli errori di sistema si verificheranno in proporzione alla dose.

Tuttavia, l'esistenza di questi attacchi permanenti al DNA mostra che la questione dell'effetto delle radiazioni ionizzanti non si limita alla creazione di rotture "normali" a doppio filamento, che quindi interrompono il funzionamento della cellula. Si stima che i radicali liberi, le molecole ionizzate o eccitate naturalmente presenti nella cellula causino rotture equivalenti a quanto sarebbe causato da una dose di radiazioni di 200 mGy al giorno (cioè 8,3 mGy all'ora). Ovviamente, né la degradazione del DNA né la sua correzione da parte del sistema di riparazione del DNA possono portare a conseguenze biologiche significativamente diverse dalla normale funzione cellulare: se così fosse, i tassi di cancro naturali sarebbero molto più alti di in realtà lo sono. La radiazione ionizzante produce quindi necessariamente un segnale specifico, che indirizza il sistema di riparazione verso un'operazione diversa dal suo funzionamento naturale.

Sembra che questo segnale specifico corrisponda al fatto che nel caso di lesioni causate da radiazioni ionizzanti, numerose degradazioni del DNA tendono a concentrarsi su piccoli segmenti di DNA, mentre sono distribuite casualmente quando l'aggressione è opera di agenti interni al cellula. Pertanto, è necessaria una dose sufficiente di radiazioni ionizzanti per attivare questi sistemi di riparazione da una prima soglia, che perderanno poi la loro efficacia quando la degradazione supera una certa soglia.

Effetti sulla fertilità e sul rapporto tra i sessi

Secondo uno studio, anche l' esposizione in utero a basse dosi di irradiazione è preoccupante. È stato osservato per diversi decenni che il numero delle nascite, ma anche il rapporto tra i sessi alla nascita, sono stati modificati in modo statisticamente significativo in prossimità degli impianti nucleari . Il cambiamento nel rapporto tra i sessi mostra che non si tratta o non solo di effetti legati al desiderio di queste persone di avere meno figli.

Questa osservazione era già stata fatta dopo il periodo dei test nucleari atmosferici e dopo il disastro di Chernobyl . Uno studio recente (2019) ha esaminato i cambiamenti nel numero di nascite associati a cambiamenti significativi nei rapporti tra i sessi intorno agli impianti nucleari (entro un raggio di 35 km in cui i residenti hanno maggiori probabilità di essere esposti a basse dosi di irradiazione); questo lavoro si basava sul conteggio annuale delle nascite per comune e per sesso, aggiornato nel 2016 in Francia e nel 2017 in Germania.

• In Francia nel 2000 intorno al centro di stoccaggio dell'Aube , in un raggio di 35 km intorno a questa struttura, il numero delle nascite è statisticamente inferiore al previsto e il rapporto tra i sessi alla nascita è anormalmente "favorevole" ai maschi (ci sono il 3,44% in meno di maschi nate, per l'8,44% di ragazze nate in meno).
• In Germania la differenza di natalità è ancora più marcata nella periferia (molto urbanizzata) della centrale nucleare di Philippsburg con il 5,56% in meno di maschi e il 6,92% in meno di femmine.

Queste cifre confermano e chiariscono le osservazioni precedenti. Gli autori dello studio invitano quindi "ad  intensificare la ricerca biofisica sui meccanismi di esposizione e sui percorsi di esposizione alle radiazioni ionizzanti naturali o artificiali, comprese le radiazioni neutroniche e l'attivazione dei neutroni ". La ricerca biologica ed epidemiologica rafforzata dovrebbe mirare a chiarire le conseguenze genetiche e cancerogene associate a livello di popolazione  ” .

Effetti non lineari

Il lavoro recente sulla riparazione del DNA mostra che alcuni sistemi intracellulari che regolano la riparazione vengono attivati ​​solo al di sopra di una soglia di irradiazione. Non appena questi meccanismi di riparazione vengono attivati ​​da un'irradiazione sufficiente, il metabolismo cellulare viene alterato e la risposta della cellula alle successive irradiazioni cambia in natura. La diminuzione dopo una prima irradiazione a bassa dose della radiosensibilità in vivo e in vitro è ben consolidata (fenomeno di adattamento).

Al di sotto di questa soglia, i difetti creati da basse dosi e ratei di dose non vengono riparati. Sperimentalmente, l'ipersensibilità individuale delle cellule si osserva a dosi molto basse, l'effetto macroscopico di questa ipersensibilità è più che compensato dalla bassa dose . Questa ipersensibilità, che non si manifesta più per dosi elevate, mostra che la natura della reazione cellulare dipende dalla dose. Mostra anche che certi effetti, che si manifestano solo a basse dosi, sono quindi necessariamente sottostimati dalla legge lineare senza soglia , anche se non è possibile determinare se tali effetti siano dannosi per l'organismo nel suo complesso.

L'effetto a lungo termine dipende quindi dalla dose e dalla dose rate: per molti geni, la trascrizione dei geni cellulari è modificata da dosi molto più basse (dell'ordine di mSv ) rispetto a quelle per le quali si ha una mutagenesi; e quindi a seconda della dose e della dose rate non sono gli stessi geni che vengono trascritti.

• Per dosi di irradiazione molto basse (<10 mSv ), le lesioni non vengono riparate e il controllo di qualità della cellula opera in tutto o niente. Le lesioni vengono eliminate dalla scomparsa delle cellule, sia direttamente per apoptosi (suicidio cellulare programmato dalla comparsa di un genoma anormale), sia al momento di una successiva mitosi (l'anomalia genetica che impedisce la divisione cellulare, ma non il suo funzionamento). Per queste basse dosi e velocità di dosaggio, le anomalie sono abbastanza rare che l'eliminazione delle cellule anormali non ha un effetto somatico sul tessuto.
• Dosi leggermente più elevate danneggiano un numero notevole di cellule e possono quindi causare danni ai tessuti. Per dosi comprese tra 10 e 100 mSv vengono attivati ​​i sistemi di riparazione del DNA. La riparazione consente quindi la sopravvivenza cellulare, ma può generare errori. Il numero di riparazioni mutagene difettose è piccolo ma la sua importanza relativa, per dose unitaria, aumenta con la dose e la velocità di dose.

Successivamente, si trasmetterà una mutazione durante la divisione cellulare, ma l'evoluzione della cellula anormale dipenderà dal suo ambiente: il processo di cancerogenesi si scontra con efficaci meccanismi di difesa a livello del tessuto e dell'organismo, che devono essere a loro volta incolpati per cancro a comparire.

Infine, devono essere presi in considerazione fattori quali la suscettibilità genetica individuale e la natura interna o esterna dell'esposizione.

Effetti epigenetici

Gli invertebrati esposti a basse dosi di radiazioni mostrano anomalie che possono essere trasmesse per diverse generazioni. Una domanda era se si trattasse di una mutazione genetica (che non sempre si riscontra) o se potesse essere un effetto epigenetico (processo che induce una modificazione dell'espressione di alcuni geni senza coinvolgere la modificazione del DNA). L' IRSN , tra gli altri, ha cercato di sapere: osserva (nel 2019) che sono già state descritte alterazioni del DNA che portano a cambiamenti nell'informazione genetica, ma nel caso di basse radiazioni, una modifica della metilazione del DNA - un processo epigenetico che non non pregiudica la sequenza - è stato infatti dimostrato in situ in rane e pini silvestri che vivono nelle aree contaminate dal disastro di Chernobyl e da quello di Fukushima .
E più recentemente in laboratorio, il fenomeno è stato osservato in dafnie esposte a deboli radiazioni gamma .

Astante ed effetto adattivo

In alcuni esperimenti, in particolare le terapie antitumorali, è stato identificato un effetto di prossimità (in inglese “bystander” significa ciò che assiste a un incidente).

È noto da alcuni anni che la risposta di un tessuto esposto a radiazioni è coordinata, comportando risposte adattative anche da parte di cellule non irradiate. I meccanismi coinvolti sono ancora poco conosciuti, ma a basse dosi non viene rilevata una semplice relazione dose-risposta. Le cellule che innescano la morte programmata per apoptosi non sono necessariamente quelle che sono state irradiate (!) E le radiazioni possono innescare instabilità nel genoma, che persistono per diverse generazioni di cellule.

Quest'area è poco esplorata, ma è chiaro che mentre l'effetto di una bassa dose di irradiazione è una risposta complessiva del tessuto, la relazione dose-risposta può avere soglie e isteresi , ed essere anche in forma di "J" con soglia effetto o forma "n" con risposta eccessiva a basse dosi. L'unica cosa certa è che, se questo effetto è generalizzato e ha un impatto sufficiente, la logica che giustifica il modello lineare senza soglia, che presuppone tra l'altro l'aggiunta di risposte indipendenti di ogni cellula isolata, non ha una reale giustificazione, il che renderebbe è impossibile estrapolare a basse dosi di irradiazione gli effetti osservati a dosi più elevate.

Radioprotezione nel campo delle basse dosi

Dibattito sull'effetto delle basse dosi

Sostenitori e oppositori dell'ipotesi lineare senza soglia

I primi standard di radioprotezione fissano un limite di 0,2 rad/giorno (cioè 2 mGy/giorno); e nessuno ha mai osservato alcun problema di salute causato dal rispetto di questo limite. Questa prima norma è stata messa in discussione negli anni Cinquanta, non sulla base di nuovi risultati scientifici, ma con l'obiettivo politico di porre fine ai test nucleari atmosferici, facendo leva sulla paura ispirata dalle basse dosi di benzina.

L'uso del modello lineare (più esattamente il modello lineare-quadratico) senza soglia è stato sostenuto fin dagli anni '70 dalla stragrande maggioranza dei comitati di esperti in epidemiologia e radioprotezione: il Consiglio Nazionale delle Ricerche (NRC) dell'Académie des sciences o il National Council on Radiation Protection and Measurements  ( NCRP) negli Stati Uniti, il Comitato scientifico delle Nazioni Unite per lo studio degli effetti delle radiazioni ionizzanti nelle Nazioni Unite . Questo modello è anche supportato, o almeno accettato secondo il principio di precauzione , da grandi agenzie ufficiali di sanità pubblica: la Health Protection Agency  (en) UK, l' Environmental Protection Agency americana, la Canadian Nuclear Safety Commission .

Tuttavia, il consenso sull'uso di questo modello nel campo della radioprotezione non significa che corrisponda alla verità. Più sfumata la posizione dell'Organizzazione Mondiale della Sanità sulla modellizzazione degli agenti cancerogeni in generale: "La scelta del modello di estrapolazione dipende dallo stato attuale delle nostre conoscenze sui meccanismi della cancerogenesi, e non esiste un metodo matematico universale che può essere considerato perfettamente adatto a questo problema. "

Per quanto riguarda gli emettitori di raggi X e , l' Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) dell'OMS ritiene che: “In assenza di dati affidabili sugli effetti delle basse dosi, si presume frequentemente che l'estrapolazione a basse dosi debba essere lineare e nessuna soglia. Questa ipotesi rimane controversa, con alcuni che sostengono che in effetti esiste una soglia, altri che i rischi effettivi sono superiori a quelli previsti da una relazione lineare, mentre altri ancora sostengono che esposizioni basse potrebbero essere vantaggiose. "

Al contrario, il modello lineare senza soglia ha anche i suoi avversari, in primis l' industria nucleare . Infatti, se la dose più piccola può essere pericolosa, nessuna misura di protezione è mai sufficiente ei costi salgono in proporzione. Dai costi della radioprotezione a quelli dei rifiuti in discarica, compresa la questione degli scarichi, dal riconoscimento dei tumori radioindotti come malattie professionali all'indennizzo per i residenti esposti alle ricadute dei test nucleari ( downwinders  (in) ), le quote finanziarie sono enormi.

Ad esempio, negli Stati Uniti da diversi decenni infuria un dibattito tra diverse agenzie governative sull'obiettivo della decontaminazione da puntare ai vecchi siti di test nucleari in Nevada . Infatti i costi di decontaminazione ammontano a 35 milioni di dollari se vogliamo ridurre la radioattività ambientale a 1 mSv/anno, 100 milioni di dollari per scendere a 0,25 mSv/anno e raggiungere 1 miliardo di dollari se puntiamo ad un obiettivo ideale di 50 μSv. / anno. Come puoi facilmente immaginare, le associazioni professionali nell'industria nucleare sono fortemente contrarie al modello lineare senza soglia e finanziano attivamente ricerche che potrebbero dimostrare che basse dosi sono innocue o addirittura benefiche.

Per come è stato utilizzato, il modello lineare senza soglia ha sollevato interrogativi anche tra i fisici responsabili della sua implementazione. Applicare il principio ALARA , infatti, è un lavoro infinito e poco gratificante: quando abbiamo raggiunto i limiti normativi di 20 mSv/anno, dobbiamo ottimizzare per puntare a 15, poi a 10, poi a 5 e così via. Al diminuire del rischio teorico, sulla base di un modello teorico di estrapolazione che nessuno può garantire se è corretto, alcuni si chiedono se questi budget e questo lavoro siano davvero giustificati. Questa preoccupazione è stata espressa in modo molto esplicito nel 1979 da uno dei principali oppositori del modello lineare senza soglia, il fisico nucleare BL Cohen:

“Si stima che ridurre il limite di esposizione di un fattore dieci costerebbe all'industria nucleare $ 500 milioni all'anno e non ridurrebbe nemmeno la dose collettiva; ridistribuirebbe solo quella dose a più persone. Ma anche se si eliminasse ogni esposizione, difficilmente si potrebbe giustificare la spesa di 500 milioni di dollari per salvare 10 vite quando si può salvare una vita per ogni 25.000 dollari investiti in un programma di screening medico o per ogni 100.000 dollari investiti in dispositivi di sicurezza sulle auto. o autostrade. "

Ad estensione di queste considerazioni, alcune associazioni professionali di radiofisici, e prima fra tutte l'American Health Physics Society , si sono ufficialmente schierate contro l'utilizzo del modello lineare senza soglia inferiore a 50 mSv. In Francia, questo modello è stato contestato anche dalla fine degli anni '90 da due Accademie:

Il rapporto congiunto delle accademie francesi

Approvato nel 2005 quasi all'unanimità dall'Accademia francese delle scienze e dell'Accademia di medicina , afferma che “non è giustificato utilizzare una relazione lineare senza soglia (RLSS) per stimare il rischio cancerogeno di basse dosi. " (...) " la relazione lineare senza soglia può costituire un utile strumento pragmatico per fissare le regole della radioprotezione per dosi maggiori di dieci mSv; ma, non essendo basato su concetti biologici corrispondenti alle nostre attuali conoscenze, non può essere utilizzato senza precauzione per stimare per estrapolazione l'effetto di dosi basse e soprattutto molto basse (<10 mSv). “ Proveniente da un gruppo di lavoro guidato dai professori André Aurengo e Maurice Tubiana , questo rapporto ha suscitato scalpore nel dibattito sulle basse dosi contestando i risultati del Consiglio nazionale delle ricerche e della Commissione internazionale per la protezione radiologica . Il rapporto conclude che recenti lavori in radiobiologia e carcinogenesi suggeriscono l'esistenza di una relazione dose-effetto non lineare, con una soglia di dose al di sotto della quale non si osserva alcun effetto, o addirittura mostra un effetto ormetico .

Questo modello si basa infatti su due assunzioni implicite, che sono:

1. consistenza della probabilità di mutazione (per dose unitaria) indipendentemente dalla dose e dalla velocità di dose;
2. indipendenza delle cellule nei tessuti, che consente al processo di cancerogenesi, dopo essere stato avviato in una cellula, di evolvere indipendentemente dalle cellule circostanti.

Ma un organismo differisce da un dosimetro o da una pellicola fotografica in due punti: il rapporto dose-effetto non è necessariamente lineare, può includere soglie al di sotto delle quali la natura o l'efficacia dei meccanismi di difesa può cambiare radicalmente. e soprattutto una cellula o un organismo pluricellulare sono sistemi regolati complessi, capaci in una certa misura di autoripararsi e di mantenere il proprio funzionamento nonostante i disturbi interni o esterni.

Sapevamo che l'efficienza della riparazione del DNA è migliore a basse dosi , ma le Accademie considerano qui che, mostrando l'entità di queste differenze, abbiamo ora rimosso ogni base scientifica per estrapolazioni da alte dosi a basse dosi. I dati sperimentali mostrano che l'efficacia dei sistemi di riparazione varia con la dose o il rateo di dose, a causa di vari meccanismi (attivazione dei sistemi di riparazione, arresto temporaneo del ciclo, aumento dell'efficacia della riparazione quando il numero di lesioni è piccolo, ecc.) .

La messa in discussione della validità dei presupposti su cui si basa l'approccio lineare senza soglia non significa che non vi sia alcun effetto cancerogeno per basse dosi, e infatti i dati non consentono di escludere un effetto cancerogeno. Tuttavia, questo effetto può essere molto più piccolo per dose unitaria di quanto previsto dalla teoria lineare senza soglia. Ad esempio, potrebbe esserci una relazione dose-effetto senza soglia ma non lineare con un notevole calo di efficacia per dosi inferiori a dieci mSv, e un effetto banale per dosi dell'ordine di un mSv o inferiori. Alcuni ipotizzano addirittura che la sovrapposizione di effetti soglia potrebbe portare a effetti di ormesi , dove piccole irradiazioni avrebbero effettivamente effetti benefici sulla salute.

Prosegue dunque il dibattito aperto ufficialmente dalle accademie francesi nel 2005. Nel 2005, subito dopo questo rapporto, uno studio epidemiologico dell'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro si è concentrato su più di 400.000 lavoratori nucleari esposti a basse dosi di radiazioni, ma non alle dosi molto basse usuali in radiologia diagnostica (mediana: 19 mSiev) . Gli articoli pro o contro il modello lineare senza soglia continuano ad apparire regolarmente senza che nessuno dei campi cambi posizione in modo significativo.

Ipotesi di un effetto ormesi

Secondo il rapporto delle accademie francesi, “la metanalisi che è stata fatta sui risultati degli esperimenti sugli animali mostra nel 40% di questi studi una riduzione della frequenza spontanea dei tumori negli animali dopo basse dosi, un'osservazione che era stata trascurata perché non sapevamo come spiegarlo. " Questi risultati non supportano una relazione lineare senza soglia, ma suggeriscono invece un effetto di ormesi (effetto opposto di un agente che è tossico ad alte dosi ma ha un effetto favorevole a piccole dosi protettore).

Le radiazioni dell'ordine di mGy hanno generalmente un duplice effetto sulle cellule e sul loro DNA. Da un lato, c'è una bassa probabilità che il DNA venga danneggiato e questa probabilità aumenta con la dose. L'altro effetto deriva dalla risposta adattativa della cellula contro qualsiasi danno significativo al DNA, indipendentemente dalla fonte. Se le cellule esposte a una dose bassa (1 cGy) di raggi X vengono successivamente esposte a una dose elevata (1 Gy), si osserva solo la metà delle rotture del DNA normalmente osservate a questa dose elevata. Questa protezione adattativa stimola il sistema di protezione e riparazione delle cellule. La risposta appare entro poche ore e può durare giorni o addirittura mesi. Si satura poi diminuisce bruscamente oltre le dosi di circa cento mGy, e non appare più oltre i 500 mGy.

A basse dosi di irradiazione, il vantaggio di questa risposta adattativa potrebbe superare il danno primario indotto sul DNA: un'irradiazione puntiforme dell'ordine di cGy stimolerebbe la radioresistenza e diminuirebbe l'effetto di altre dosi.

Secondo alcuni esperti come G. Meyniel (1998) “questo corpus di presunzioni sempre più serrato e articolato mostra che oggi, tenendo conto dei dati epidemiologici e delle condizioni sperimentali oggettive, è necessario informare la società per provare a giocare abbattere i pericoli dell'esposizione a basse dosi”.

Regioni ad alta radioattività naturale

In queste regioni, generalmente designate con gli acronimi inglesi HLNRA ( High Levels of Natural Radiation Areas ) o HBRA ( High Background Radiation Areas ), l'ambiente è fonte di un'esposizione annua superiore a 5 mSv/anno ( ovvero il doppio dell'esposizione media annua , tutte le sorgenti combinate nel mondo (2,4 mSv).

Così a Ramsar ( Iran ), gli abitanti dei quartieri ad alta radioattività (circa 2.000 persone) sono sottoposti a dosi che possono superare i 100  mSv/anno , con una media di 10  mSv/anno e un massimo stimato di 260  mSv/anno . All'età di quarant'anni, un abitante di una cinquantina di case in cui la dose raggiungeva i 100  mSv/anno riceveva una dose cumulativa maggiore di 4 sievert  ; secondo il modello lineare senza soglia, dovrebbero dichiarare il 20% in più di tumori (rispetto agli abitanti normalmente esposti). Non si osserva nulla di simile. Ma la coorte colpita è troppo piccola e non ci sono dati affidabili sull'epidemiologia del cancro in questa popolazione. Uno studio caso-controllo ha anche riscontrato in Ramsar un tasso di infertilità femminile tre volte superiore rispetto al gruppo di controllo selezionato, ma anche il tasso di studi universitari è tre volte superiore, essendo questi due fattori significativamente correlati.

La regione di Yangjiang (Cina) è più radioattiva della media, a causa delle sabbie contenenti monazite (un minerale di torio ). Quasi 80.000 persone sono esposte a un rateo di dose di circa 6,4 mSv/anno, 4 mSv/anno al di sopra della media mondiale. È stato oggetto di ripetuti studi. Lo studio statistico dell'eccesso relativo di cancro non mostra un effetto statisticamente significativo. Il tasso di cancro tende addirittura ad essere inferiore alla media. Uno studio (2000) su 125.079 soggetti rispetto a un gruppo di controllo in 1,7 milioni di uomini/anno e 1003 decessi per cancro, ha riscontrato un rischio relativo di 0,99 (intervallo di confidenza: da 0,87 a 1, 14) o nessun aumento del rischio, il rischio calcolato applicando il LNT si situa a 1.2, quindi al di sopra dell'intervallo di confidenza. Ma l'interpretazione di questi risultati deve essere prudente, perché lo studio è di tipo "ecologico" senza misurazione individuale dell'esposizione alle radiazioni e piccole differenze nello stile di vita, in particolare sul numero di fumatori o sul tasso di fumo. per la discrepanza.

Gli studi condotti nelle regioni HBRA mostrano spesso anomalie microbiologiche ma senza un aumento significativo del rischio di cancro, il che contraddice il modello lineare senza soglia. La presa in considerazione di questi risultati rimane complicata dalla mancanza di dati epidemiologici affidabili nelle regioni situate nei paesi emergenti o in via di sviluppo .

Lo studio dei liquidatori di Chernobyl

I 600.000 liquidatori intervenuti sul luogo del disastro di Chernobyl hanno ricevuto una dose media di circa 100 millisievert (da 10 a 500 mSv).

L'incidenza dei tumori (esclusa la tiroide) non sembra essere significativamente diversa nei liquidatori e nel resto della popolazione: studi riportano un lieve aumento dei tumori nei liquidatori e altri studi concludono una leggera diminuzione. I tumori della tiroide possono essere aumentati tra i liquidatori, ma non è stata trovata alcuna convincente relazione dose-risposta (tuttavia, sembra esserci una relazione con il tempo di residenza nei territori contaminati).

L'incidenza della leucemia è aumentata tra i liquidatori (l'anno successivo all'incidente), ma i primi risultati complessivi sono stati incoerenti dal punto di vista del rapporto dose-risposta. La mancanza di una relazione dose-effetto potrebbe essere dovuta a imprecisioni nel monitoraggio dosimetrico: ricostruendo a posteriori la dosimetria dei liquidatori piuttosto che utilizzando dati provenienti da registri ufficiali, gli autori trovano infatti una correlazione statistica tra la dose assorbita e il rischio di leucemia .
Se i primi studi indicavano piuttosto un "effetto lavoratore sano" , i liquidatori sembrano soffrire a lungo termine di altri disturbi, principalmente cataratta indotta da radiazioni, problemi cardiovascolari e disturbi psicologici ( sindrome post-traumatica , depressione , suicidio ). Per i problemi cardiovascolari, permane il dubbio tra una possibile origine indotta dalle radiazioni e un legame con uno stile di vita rischioso (alcolismo, fumo, sovrappeso).

Il dibattito sul radon

Il prof. Cohen era un fisico dell'Università di Pittsburgh specializzato nella gestione e nell'interramento delle scorie nucleari. Negli anni '80 , ha testato il modello lineare senza soglia confrontando il tasso di cancro ai polmoni e l'esposizione al radon per 1.601 contee che coprono quasi il 90% della popolazione degli Stati Uniti. Mostra che il rischio relativo di cancro ai polmoni diminuisce quando aumenta il livello di radon. Ciò contraddice il modello lineare senza soglia testato (il modello BEIR IV del 1988), la deviazione raggiunge 20 deviazioni standard. Questo studio esamina il possibile effetto di 54 fattori socioeconomici e 7 variabili geografiche o climatiche, senza identificare una variabile esplicativa. Osservazioni simili sono state fatte in Francia o in altri paesi durante gli anni '90.

Tuttavia, possiamo dire che c'è un effetto ormetico  ? In teoria, da uno studio ecologico, no perché anche quando si esclude l'effetto di alcuni potenziali fattori esplicativi (qui, tabacco e tenore di vita), la natura stessa dello studio non garantisce che tutti i potenziali fattori esplicativi siano stati presi in considerazione. Ma secondo il prof. Cohen, anche se la sua esistenza rimane logicamente possibile, il ritratto del robot di un fattore esplicativo benefico che agisce accidentalmente nella direzione opposta alla concentrazione di radon sarebbe molto restrittivo:

• Deve essere altamente correlato con il cancro del polmone , ad un livello paragonabile a quello del fumo , ma non è stato ancora identificato;
• Deve essere fortemente e negativamente correlato con il livello di radon ambientale  ;
• Non dovrebbe essere correlato con nessuna delle 54 variabili socio-economiche esaminate dallo studio;
• Deve rimanere valido in molte regioni geografiche, indipendentemente dall'altitudine o dal clima.

Se ammettiamo i risultati di questo studio, la spiegazione naturale per il risultato statistico è che la stimolazione di un meccanismo biologico da parte del radon compensa ampiamente l'induzione di tumori annunciata dalla teoria, e che il radon agisce in pratica come un agente protettivo, ridurre il rischio di cancro nell'intervallo di basse dosi e bassi tassi di dose. Di conseguenza, questi risultati mettono in dubbio i meriti delle politiche di controllo del radon attuate altrove, il che porta a un dibattito. Dopo più di 20 anni di dibattito (soprattutto negli Stati Uniti), molti esperti e organismi ufficiali considerano il ragionamento del professor Cohen per essere corretto, tra cui il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l' Environmental Protection Agency , il Centro internazionale di ricerca sul cancro della WHO , eccetera. In Europa, la maggior parte delle linee guida ufficiali sul radon ignorano il lavoro di Cohen.

Questi studi statistici sono chiamati studi ecologici perché confrontano popolazioni che si suppone abbiano le stesse caratteristiche ma che vivono in ambienti diversi. Sono contrari agli studi epidemiologici di coorti (dove una determinata popolazione, scelta per essere rappresentativa, viene individuata a priori e seguita nel tempo), che sono molto più precisi, ma molto più costosi. È riconosciuto in epidemiologia che gli studi di tipo ecologico non possono servire come base per le relazioni dose-effetto, perché non consentono l'accesso alle dosi ricevute individualmente, e che l'effetto reale di una dose media generalmente non è lo stesso del effetto medio di una dose reale: fenomeni di non linearità e/o accoppiamento tra fattori possono portare a effetti molto diversi dall'effetto reale, fino a 1' inverso. È su queste basi, tra l'altro, che la comunità degli epidemiologi rifiuta gli studi ecologici, sostenendo che per natura questi studi non consentono una conclusione affidabile.

Cohen ha sempre ritenuto di aver tenuto correttamente conto di possibili bias statistici , in particolare quelli legati al fumo , bias regolarmente invocato dalla comunità degli epidemiologi, i quali mostrano su modelli teorici che può facilmente portare ad un'inversione dei risultati.

Tuttavia, il professor Cohen ritiene che l'argomento avanzato dagli epidemiologi sia errato perché il suo studio mira a testare l'ipotesi lineare senza soglia, non a valutare l'effetto cancerogeno del radon e un possibile effetto ormesi. L'ipotesi lineare senza soglia equivale appunto a dire che il rischio di cancro è direttamente proporzionale alla dose ricevuta. Possiamo quindi dimostrare matematicamente che in questa particolare ipotesi, la dose media determina direttamente il rischio medio, perché - per ipotesi - in questo caso è stato escluso un effetto non lineare. Pertanto, secondo il prof. Cohen, se l'ipotesi lineare senza soglia è corretta, uno studio ecologico deve trovare il risultato annunciato; e poiché il risultato annunciato non viene trovato, è perché l'ipotesi lineare senza soglia è errata. Il prof. Cohen conclude che se non possiamo dire quale sia l'effetto reale (poiché uno studio ecologico non lo consente), possiamo dire che l'ipotesi lineare senza soglia non è valida per basse dosi di irraggiamento.

In breve, per il prof. Cohen, "l'esistenza di un tale ipotetico fattore esplicativo è irrealistica"; per i suoi detrattori, il fattore esplicativo è semplicemente una considerazione errata del fumo e dello spostamento della popolazione nello studio di Cohen. In particolare per la IARC , risultati comparabili in 3 studi sono stati invalidati una volta presi in considerazione dati più precisi, 8 casi studio su minori ed esposizione residenziale al radon danno valori incompatibili con il suo risultato per livelli di “esposizione equivalenti, così che” il peso delle prove disponibili mostra che le analisi ecologiche di Cohen possono essere escluse". Una nuova valutazione del rischio radon ha concluso che il rischio aumenta per un'esposizione domestica inferiore a 200 Bq/m3 per 25 anni, concludendo che il radon è il 2° fattore di rischio dopo il tabacco

Edifici contaminati a Taiwan

A Taiwan , negli anni '80, sono stati costruiti nuovi edifici con acciaio riciclato fortemente contaminato da cobalto-60 (emivita 5,2714 anni), esponendo circa diecimila persone a dosi medie di 400  mSv (con per il 10% i più esposti, una dose tasso spesso notevolmente superiore a 15 mSv/anno). Nel 2004, uno studio ha stimato che secondo il modello lineare senza soglia si sarebbero dovuti osservare per questa popolazione negli ultimi 20 anni circa 232 tumori fatali spontanei più un eccesso di 70 tumori fatali indotti da radiazioni, ma che ne sono stati osservati solo 7. in tutto e per tutto, quindi solo il 3% della cifra attesa. Gli autori concludono che l'esposizione cronica a radiazioni deboli migliora le difese naturali ( ormesi ) contro il cancro, contrariamente a quanto l'ipotesi LNT (Linear No-Threshold model) avrebbe portato ad aspettarsi. Tuttavia, per determinare il tasso "teorico" di cancro, gli autori di questo studio non hanno analizzato l'effetto della distribuzione per età dei residenti, a cui non hanno avuto accesso, e che avevano ipotizzato essere identica a quella del popolo di Taiwan.

Nel 2006 , un lavoro più approfondito si è concentrato su una coorte di 7.271 abitanti, 141 hanno sviluppato cancro o leucemia, 95 dei quali sono presi in considerazione per uno studio statistico. Il numero di tumori osservati (141 in tutto, 95 ritenuti inclusi 82 ​​tumori solidi) è superiore di un fattore 10 rispetto alla cifra di 7 tumori mortali pubblicata dall'AEC. Gli autori osservano che tutti i tumori solidi messi insieme, il rischio è infatti significativamente ridotto tra gli abitanti rispetto a una popolazione normale, con 82 tumori selezionati contro i 110 previsti. Tuttavia, osservano che gli abitanti degli edifici contaminati hanno un rischio significativamente alto di cancro alla tiroide e marginalmente alto di leucemia (esclusa la leucemia linfoide cronica ). Gli autori concludono che lo studio iniziale ha considerato solo statistiche incomplete, non ha adeguato correttamente i suoi numeri alla composizione della coorte e che il tempo di esposizione è ancora troppo breve per questo tipo di studio.

Nel 2008 i risultati epidemiologici sugli abitanti degli edifici contaminati sono stati integrati da una stima del rischio radioindotto per un'esposizione di 100  mSv , basata sullo studio di 117 tumori selezionati tra 165 casi osservati. Che si tratti di tutti i tumori combinati o di tutti i tumori solidi combinati, non vi è alcun aumento significativo del rischio complessivo di cancro. D'altra parte, il rischio di leucemia è significativamente correlato alla dose e potrebbe essere presente una relazione dose-risposta per il cancro al seno.

Gli abitanti hanno anche sviluppato effetti non cancerosi:

• anomalie citogenetiche e del sistema immunitario  ;
• i cristallini dei bambini cresciuti in questi edifici continuano a diventare gradualmente torbidi (evoluzione verso una cataratta indotta dalle radiazioni), a più di un decennio dal loro trasferimento;
• lo sviluppo fisico dei ragazzi esposti a più di 60 mSv è stato rallentato, con un significativo rapporto dose-risposta.

Questioni di politica sanitaria

Dosi collettive

L'uso più controverso della legge lineare senza soglia è calcolare il numero di tumori causati da una dose di radiazioni molto bassa a cui è esposta una popolazione molto ampia. In teoria, la relazione lineare senza soglia permette di calcolare una dose collettiva , espressa in persone sievert, dove una dose bassa viene moltiplicata per la popolazione che la subisce. Nell'ipotesi lineare, infatti, otterremo lo stesso risultato esponendo venti milioni di persone a un microsievert, o ventimila persone a un millisievert, o venti persone a un sievert: in tutti i casi, la dose collettiva di venti persone · Sievert porterà a un ulteriore cancro (5% di cancro per sievert). In genere, se la popolazione francese (60 milioni di abitanti) è esposto a una radioattività media di 2,5  milli sievert per anno (l'esposizione media alle radiazioni naturali), e che l'esposizione alle radiazioni provoca un eccesso di tumori del 5% dei tumori per sievert, questa esposizione provoca complessivamente 60 × 10 6 × 2,5 × 10 -3 × 5% = 7.500 tumori all'anno, ovvero il 2,3% dei tumori osservati.

Nel 1973 , il comitato dell'Accademia americana delle scienze specializzato nello studio degli effetti biologici delle radiazioni (BEIR) aveva stimato che la radioattività naturale poteva indurre 6.000 morti per cancro all'anno negli Stati Uniti (circa il doppio, se si tiene conto tumori non fatali in quel momento), ma questo tipo di valutazione può essere rivalutato se si prendono in considerazione modelli più recenti.

Il rapporto congiunto dell'Accademia delle Scienze e dell'Accademia di Medicina dell'aprile 2005 è stato pubblicato in risposta a uno studio (2004) sulla stima della proporzione di tumori attribuibili alla radiodiagnostica costruito sull'ipotesi di linearità senza soglia del rapporto tra rischio del cancro e la dose di radiazioni ionizzanti. Questo studio ha concluso che dallo 0,6 al 3% dei tumori sono attribuibili alla radiodiagnosi, ma se la relazione lineare senza soglia è infondata, queste stime sarebbero solo costruzioni della mente.

Il dilemma è ovvio se prendiamo, ad esempio, la presenza domestica di gas radon . Secondo gli studi disponibili, e sulla base del modello lineare senza soglia, è considerata la seconda causa di cancro ai polmoni dopo il fumo, responsabile dal 5 al 12% di questi tumori, e provocando tra i 1000 e i 3000 decessi per anno in Francia, tra l'altro perché le corrispondenti basse dosi di irradiazione riguardano una popolazione molto numerosa. In questa logica è logico voler ridurre il più possibile il radon degli edifici e delle abitazioni. Se l'effetto opposto suggerito dal lavoro del Prof. Cohen non fosse solo un artefatto statistico, una tale politica sarebbe infatti dannosa per la popolazione.

Valutazione del beneficio/rischio in radiologia medica

Ogni anno in Francia vengono effettuati circa 50 milioni di esami radiologici che forniscono una media di 1 millisievert all'anno per ogni francese. A seconda della funzione utilizzata, possiamo dedurre, o che potrebbero indurre qualche migliaio di tumori, o che non presentano alcun pericolo significativo.

La valutazione del rapporto tra beneficio e rischio è imposta in radiologia dalla direttiva europea 97-43. I possibili rischi nell'intervallo di dosaggio degli esami radiologici (da 0,1 a 5 mSv; fino a 20 mSv per alcuni esami) devono essere stimati tenendo conto dei dati radiobiologici e degli esperimenti sugli animali. Tuttavia, secondo gli oppositori del modello lineare senza soglia, i meccanismi biologici sono diversi per dosi inferiori a poche decine di mSv e per dosi superiori. L'utilizzo di una relazione empirica validata solo per dosi superiori a 200 mSv potrebbe quindi, sovrastimando i rischi, fare a meno di esami atti a fornire al paziente informazioni utili. Potrebbe anche nella radioprotezione portare a conclusioni errate.

Il rischio dipende dall'età del paziente poiché è a distanza: uno scanner multisezione a 80 anni non ha praticamente alcun rischio (il paziente ha tutte le possibilità di morire per qualcos'altro nei prossimi quarant'anni). Questo non è il caso di un adolescente.

Costi di decontaminazione

I decisori che si trovano di fronte al problema dei rifiuti radioattivi o del rischio di contaminazione devono riesaminare la metodologia utilizzata per valutare i rischi di dosi molto basse e dosi erogate con un tasso molto basso. Se gli effetti delle basse dosi di irradiazione sulla salute non fossero solo deboli (e quindi difficilmente individuabili) ma nulli o praticamente nulli al di sotto di un livello che resta da definire (ipotesi soglia), molte aree di policy pubbliche in questo ambito non avrebbero una giustificazione scientifica e dovrebbe essere completamente rivista.

Basse dosi, elettronica e nanotecnologie

L'effetto di basse dosi su scala nanometrica è di interesse anche nel campo della microelettronica (compresi i rivelatori elettronici che non devono fornire misure distorte dalla radioattività stessa).
La miniaturizzazione dei componenti li rende più sensibili alle modifiche che avvengono su scala atomica e suscettibili di produrre errori nel funzionamento di alcuni chip elettronici , sistemi di memoria o software che li utilizzano.
È stato condotto un esperimento con apparecchiature Intel in un ambiente molto povero di radiazioni sul fondo di una cavità scavata in uno strato profondo di sale per lo stoccaggio di scorie radioattive (quasi 500 metri di profondità sotto il deserto di Chihuahua negli Stati Uniti), quindi da essere il meno esposto alle radiazioni ambientali (soprattutto alfa), solari e cosmiche (soprattutto neutroni). Si trattava anche di verificare se le deboli radiazioni emesse dai materiali come quelli della scheda madre o il silicio dei chip fossero responsabili di questi piccoli errori, e in quale proporzione. Il funzionamento di una SRAM a 45 nm è stato quindi testato per un anno, portando Intel a concludere che oltre il 90% delle particelle ionizzanti che causano questi piccoli errori nel funzionamento dei chip provengono dall'ambiente e non dal silicio, che è alla base della questione della schermatura elettromagnetica delle apparecchiature sensibili.

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Appendici

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Articoli Correlati

• Radiobiologia
• Protezione dalle radiazioni
• Fisica medica
• Radiazione ionizzante
• Irradiazione
• Sindrome acuta da radiazioni
• Effetti stocastici
• Irradiazione professionale
• Sievert
• trizio
• Il disastro di Chernobyl
• Bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki
• TDRA (per " Teoria dell'azione della doppia radiazione ")

link esterno

• Comprendere meglio le basse dosi , l'Istituto per la protezione dalle radiazioni e la sicurezza nucleare
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