RB 2016-17

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Dipartimento di Morfologia, Chirurgia e Medicina Sperimentale
Corso di Studio in
TECNICHE DI RADIOLOGIA MEDICA, PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA
(Anno Accademico 2016-2017)
Corso Integrato di
Biologia e Radiobiologia:
Diagnostica per Immagini e Radioterapia
Corrado Cittanti
Sezione di Diagnostica per Immagini
Università degli Studi di Ferrara
Concetti generali
Che cos’è?
• La Radiobiologia è la disciplina
che studia gli effetti biologici
delle radiazioni ionizzanti.
Perchè studiarla?
• Lo studio della radiobiologia è mirato:
– alla ricerca di base;
– a settori applicativi quali la Radioprotezione e la
Radioterapia.
• Questi ultimi due settori differiscono in
maniera sostanziale:
– effetti indesiderati:
(Radioprotezione);
– effetti desiderati:
(Radioterapia).
cosa
cosa
fare
fare
per
per
evitarli
ottenerli
Effetti biologici
• Stimolare significa apportare o sottrarre
energia.
• Se si stimola un sistema biologico questo si
modifica.
• Cosa cerca di fare un sistema biologico
stimolato?
– cerca di mantenere lo stato in cui si trova;
– tenta di utilizzare l’energia somministrata per
scopi propri.
Risposta del sistema biologico (I)
• In cosa consiste la risposta biologica?
• E’ un processo di tipo dinamico!
entità
risposta
biologica
stimolo
tempo
Risposta del sistema biologico (II)
• La risposta biologica è l’insieme di tutte le
modificazioni del sistema osservabili nel tempo
necessario a seguire la comparsa e la scomparsa
degli effetti della stimolazione.
• La
risposta
biologica
è
rappresentata
dall’integrale della curva.
• Se
il
sistema
torna
alla
linea
di
base
la
modificazione è stata completamente reversibile.
• Tuttavia...
Risposta del sistema biologico (III)
• La risposta
irreversibile
entità
risposta
biologica
può
essere
stimolo
tempo
parzialmente
Risposta del sistema biologico (IV)
• Se ho poi una stimolazione ancora maggiore
posso avere la necrosi (o “morte”) del sistema.
• La risposta può essere, quindi, totalmente
irreversibile
stimolo
entità
risposta
biologica
tempo
Atomi e radiazioni
L’atomo (I)
• L’atomo è la parte piu piccola di un elemento che
conserva immutate le proprie caratteristiche
attraverso qualunque reazione chimica: tutta la
materia e costituita da atomi.
• Esso è costituito da un nucleo centrale formato da
un certo numero di protoni (particelle con carica
positiva) e di neutroni (particelle elettricamente
neutre), e recante quindi una carica positiva,
attorno a cui ruotano tanti elettroni (particelle con
carica negativa di valore uguale a quella del protone)
quanti sono i protoni del nucleo, in modo che il
sistema sia elettricamente neutro.
L’atomo (II)
• Il nucleo è elettricamente positivo, presenta densità
molto elevata e, pur occupando solo la centomillesima
parte circa del volume dell'atomo, costituisce la
quasi totalità della sua massa.
• E' composto da particelle, chiamate nucleoni, che si
suddividono in protoni e neutroni.
• Il Numero di Massa (A), è dato dalla somma del
numero dei neutroni (N) e del numero di protoni (Z).
A = Z + N
L’atomo (III)
• Il protone possiede una massa circa 1835 volte
maggiore di quella dell'elettrone e carica elettrica
positiva unitaria, uguale a quella di un elettrone ma
di segno opposto.
• Il numero di protoni, detto Numero Atomico o Z,
determina il numero di elettroni orbitali dell'atomo
elettricamente neutro e l'elemento chimico.
• Quindi ogni atomo che contenga un solo protone,
indipendentemente dal numero di neutroni o di
elettroni, è idrogeno, come ogni atomo con 43
protoni è un atomo di tecnezio.
I legami intra-atomici (I)
• Il neutrone possiede massa circa 1837 volte
maggiore di quella dell'elettrone e non è dotato di
carica elettrica.
• La forza che mantiene unite le particelle nucleari è
la forza nucleare (o forte), agisce all’interno del
nucleo e prevale sulla forza elettrica che altrimenti
provocherebbe la repulsione tra i protoni “positivi”.
• Con l'aumentare della massa atomica i protoni
iniziano a sentire l'effetto della repulsione
elettrostatica pertanto, aumentando il numero di
massa A, per la stabilita nucleare è necessaria una
prevalenza di neutroni rispetto ai protoni.
I legami intra-atomici (II)
• L'energia di legame necessaria alla coesione dei
nucleoni proviene dalla trasformazione di parte della
massa di questi ultimi e corrisponde alla differenza
fra la massa che hanno quando sono legati tra loro e
la somma delle masse che avrebbero se non fossero
legati.
• Tale massa mancante viene trasformata in energia di
legame secondo la nota relazione di equivalenza
massa<->energia, scoperta da Einstein:
E = m•c2
I legami intra-atomici (III)
• Gli elettroni sono particelle extranucleari che
orbitano ad alta velocita attorno al nucleo,
possiedono massa molto piu piccola delle particelle
nucleari ed una carica elettrica negativa unitaria.
• Nella configurazione energetica piu stabile gli
elettroni orbitano attorno al nucleo occupando le
orbite più interne che sono a più bassa energia.
• L'energia che lega gli elettroni al nucleo è maggiore
per quelli che occupano le orbite più vicine rispetto
a quelli più periferici; inoltre, a parità di orbita, è
maggiore per gli elementi con alto Z, i quali hanno
una carica nucleare positiva maggiore.
I legami intra-atomici (IV)
• Tale energia di legame è uguale all'energia
necessaria per rimuovere completamente l'elettrone
dall'atomo.
• Gli elettroni possono spostarsi verso orbite piu
periferiche o anche abbandonare l'atomo se viene
loro ceduta energia. Quando ciò accade l'equilibrio
energetico perturbato viene ripristinato per mezzo
dello spostamento degli elettroni da orbite a più
alto contenuto di energia verso orbite a più basso
contenuto energetico con liberazione dell'energia in
eccesso sotto forma di radiazione X "caratteristica"
o con l'emissione di un elettrone di Auger.
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