L'opzione nucleare e la"green economy"                   Appendice
Vivere con le radiazioni
     
 

Capitolo 1
 
Vivere con le radiazioni
 

 Capitolo 2
L'opzione nucleare e la "green economy

Capitolo 3
L'incidente di Cernobyl:
i danni maggiori  vennero dai media

Capitolo 4
Le scorie nucleari:
il è rischio inesistente

Capitolo 5
Il riprocessamento del combustibile nucleare

Capitolo 6
Le origini aristocratiche dei movimenti verdi

Capitolo 8
Il WWF in Africa

Capitolo 9
Il mondo poco pacifico
di Greenpace

 

Appendice

Nessun rischio di cancro per basse
dosi di radiazioni
Prof. Bernard L. Cohen


Una misura scientifica del rischio nucleare
Prof. Bernard L. Cohen

 

Nessun rischio di cancro per basse dosi di radiazioni
Prof. Bernard L. Cohen,
Dept.of Physics, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260
Telephone: (412)624-9245 , Fax: (412)624-9163, e-mail: blc@pitt.edu
 

Introduzione
Critica alle basi della Linear no Threshold Theory
Sfide sperimentali dirette alle basi della LNT
Effetti delle basse dosi di radiazioni sui meccanismi di difesa biologica
Risposta adattativa
Stimolazione del sistema immunitario
Andamento del rischio di cancro in relazione alla dose assorbita: dati sugli animali
Andamento del rischio di cancro in relazione alla dose assorbita: dati sugli esseri umani
I dati citati in sostegno alla teoria LNT
I dati che contraddicono la teoria LNT
Conclusioni

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Introduzione

E' affermato comunemente che ogni dose di radiazione, per quanto piccola, può causare il cancro. La base per questa affermazione è la linear-no threshold theory (LNT), letteralmente teoria lineare senza soglia, usata per calcolare il rischio di cancro in base alla dose di radiazione ionizzante assorbita. Secondo questa impostazione se 1 Gy (100 Rad) di esposizione da un rischio R, allora 0,01 Gy di esposizione da un rischio R/100, e successivamente 0,00001Gy da un rischio R/10000 e cosi via. In pratica non esiste, secondo tale teoria, la dose minima oltre la quale si ha rischio zero.
La comunità scientifica, in primis quella USA, non ha mai accettato questa impostazione. Nel 1996 più di 600 scienziati della Helth Physic Society, la principale associazione americana di protezione radiologica, fecero un documento (HPS 1996) in cui si affermava che “sotto i 10 Rad il rischio di cancro era o inesistente o troppo basso da essere osservato”. Una simile affermazione fu fatta anche dalla American Nuclear Society. Inoltre quando la Newsletter della Health Physics Society richiese ai soci un commento sulla validità della LNT ci furono 20 commenti negativi e 1 solo positivo. In una simile discussione pubblica promossa dalla associazione professionale degli operatori di radiologia americani (RADSAFE) si ebbero 118 prese di posizione contro la LNT e 12 a favore.
Anche fuori dagli USA la teoria LNT è stata apertamente criticata. In un rapporto del 2001 della Academy of Medicine francese si concluse che la teoria del LNT era senza validità e in uno studio congiunto tra la French Academy of Medicine and the French Academy of Sciences (Aurengo et al 2005) si condannò apertamente l'utilizzo della LNT.
Le agenzie governative e professionali USA sono state più lente a rifiutare questa impostazione. L’U.S National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) affermò, nella pubblicazione NCRP No. 121 del 1995, " Pochi studi sperimentali e nessuno sugli esseri umani vanno a sostegno della teoria LNT", e nella NCRP No.136 del 2001, "E' importante notare che il tasso di cancro misurato nella maggior parte della popolazione esposta a basse dosi di radiazioni non è in aumento e in molti casi appare in diminuzione".
Attualmente è stata creata anche un’associazione, la International Hormesis Society che sponsorizza una conferenza scientifica ogni anno e pubblica regolarmente una rivista scientifica e una newslletter. Lo scopo delle pubblicazioni è di analizzare le basi della teoria LNT e presentare i più recenti studi sull’argomento. Possiamo dire che questi studi insieme a quelli di (Feinendegen 2005) e (Tubiana 2005) hanno provocato una caduta notevole della credibilità della LNT.
Come mostreremo, oltre che la poca validità della teoria LNT, questi studi evidenziano anche che basse dosi di radiazioni non solo non aumentano il rischio di cancro ma sono protettive rispetto al suo insorgere.

Critica alle basi della Linear no Threshold Theory

Le basi per la Linear no Threshold Theory ( LNT), come essa emerse alla metà degli anni sessanta, sono molto semplici. Una singola particella della radiazione ionizzante può colpire il nucleo di una singola cellula del corpo umano e può iniziare il cancro. La probabilità di questo evento è misurabile e è proporzionale al numero delle particelle che colpiscono le cellule che è proporzionale alla dose assorbita. Il rischio è quindi sempre proporzionale alla dose secondo la teoria LNT.
Non viene quindi considerato un fattore cruciale. Il corpo umano possiede meccanismi di difesa biologica che non permettono alla maggioranza di questi eventi iniziali di trasformarsi in cancro (Pollycove 2001). Riassumiamo in una lista gli esempi più importanti di questo fenomeno e in particolare come funziona quando il corpo umano è irraggiato con basse dosi di radiazioni (Feinendegen 2005):
*Il nostro corpo produce enzimi che riparano il DNA danneggiato in modo molto efficiente e bassi livelli di radiazioni stimolano la produzione di questi enzimi riparatori.
*L'apopatosi è un processo attraverso il quale le cellule danneggiate praticamente "si suicidono" per evitare che riproducendosi il danneggiamento si trasmetta formando un cancro. Basse dosi di radiazioni favoriscono questo processo.
* Il sistema immunitario è importante per prevenire lo sviluppano del cancro. Ci sono molte prove che il sistema immunitario è stimolato da basse dosi di radiazioni, è invece depresso da alte dosi di radiazioni.
* I più importanti danneggiamenti al DNA sono dovuti ad agenti chimici ossidanti (reactive oxygen species -ROS); ci sono processi che eliminano questi agenti ossidanti dalle cellule e bassi livelli di radiazioni favoriscono questi processi (Kondo 1993).
* La radiazione può anche prolungare il tempo di vita di una cellula, tempo tra la creazione di una cellula tramite la mitosi e la successiva divisione della cellula stessa. I processi di riparazione dei danneggiamenti del DNA possono quindi avere più tempo per realizzarsi e possono anche essere utilizzati una maggiore varietà di processi chimici a questo scopo (Boothman 1996).
* Vari altri effetti delle basse dosi di radiazioni sulla sopravvivenza delle cellule sono stati osservati come la " ipersensitività a basse dosi", "aumento della radioresistenza " e "effetti che inducono alla morte" (Bonner 2004).

E' ormai riconosciuto che lo sviluppo del cancro è un fenomeno molto più complesso di quanto si pensasse. Il ruolo di "un effetto colletivo", dovuto alla comunicazione tra cellule vicine che avviene quando alcune di esse subiscono radiazioni è riconosciuto come un fattore importante, anche se ancora poco conosciuto e compreso. Recenti studi mostrano che in realtà sembra debba essere presa in considerazione la risposta alle radiazioni da parte dei tessuti, e anche dall'intero organo, piuttosto che delle cellule (Aurengo et al 2005).
Ci sono anche ovvie evidenze del fatto che la LNT non funziona.
Per esempio quanto un corpo viene irraggiato il numero delle cellule colpite è proporzionale alla sua massa. Il rischio di cancro secondo la teoria LNT è lo stesso sia per i 20 g di un topo che per i 70 Kg di un essere umano.
Un sistema per valutare la validità della LNT è quello di considerare, come comunemente si fa nella comunità scientifica, che una doppia rottura del filamento del DNA (double strand breaks - DSB) sia l'evento principale che causa il cancro. E’ noto che la DSB è causata da agenti chimici ossidanti endogeni (reactive oxygen species - ROS). Il danneggiamento del DNA dovuto alle radiazioni è infatti causato principalmente dai ROS che provengono in grande quantità dalla ionizzazione dell'acqua presente nelle cellule e nei tessuti durante l'irraggiamento. E' stimato che i ROS endogeni causano lo 0,1 di DSB per cellula al giorno, considerando quindi che 100 mSv (10 rem) di radiazione, che è il limite superiore delle cosiddette basse dosi di radiazioni, causi 4 DSB per cellula (Feinendegen 2005), e assumendo che il numero di casi di cancro sia proporzionale al numero di DSB, allora 100 mSv dovrebbero aumentare il rischio di cancro nella vita media di un individuo (28.000 days x 0,1 DSB/day= 2800) di solo (4 / 2800)x100 = 0,14%, mentre la teoria LNT prevede un aumento dell'1%

Sfide sperimentali dirette alle basi della LNT

Una dimostrazione diretta del fallimento delle concezioni di base della LNT viene dagli studi che analizzano gli effetti della radiazione sulla regolazione "up" e "down" dalla cellula.
L'up regulation di una cellula è l'aumento del numero dei suoi recettori per un particolare tipo di ormone in risposta a una diminuzione della sua concentrazione extracellulare o ad altri fattori esogeni. La down regulation invece è il processo inverso, cioè la diminuzione del numero di recettori per l'ormone in risposta alla persistenza dell'ormone nel liquido extracellulare. La cellula può così "regolare" l'entità della risposta all'ormone.
E' stato rilevato che insiemi diversi di geni reagiscono maggiormente ai bassi livelli di radiazioni piuttosto che a alte dosi. Per esempio in uno studio sul cervello dei topi (Yin et al 2003), 191 geni furono irradiati con una dose di 0,1 Sv, 213 geni con una radiazione di 2,0 Sv e 213 geni prima con una radiazione di 0.1 Sv e poi con una da 2 Sv. La dose di 0,1 Sv indusse i geni colpiti verso funzioni di riparazione e protezione modulando in questo senso anche i geni che operavano in processi diversi.
In uno studio simile con radiazioni a basse dosi su cellule umane fibroplastiche (Golder-Novoselsky et al 2002) fu trovato che una dose di 0,02 Sv causò il cambiamento dell'espressione di più di 100 geni, mentre una dose di 0.5 Sv non determinava alcun cambiamento. Diversi altri studi hanno poi mostrato che le alte dosi di radiazioni, che in genere sono usate per calibrare le applicazioni della LNT, non sono equivalenti alla somma di basse dosi di radiazioni che numericamente gli equivalgono (Tubiana 2005).
Esprimenti sofisticati sono anche stati studiati per osservare gli effetti su una singola particella alfa che colpisce una singola cellula (Miller 1999). E' stato trovato che la probabilità della trasformazione in cancerosa di una cellula quando N particelle colpiscono una cellula era molto più grande delle N volte la probabilità di trasformazione cancerosa di una singola cellula colpita da una particella. C'era quindi una diretta violazione della linear no threshold theory. E' quindi sbagliato assumere che il rischio di cancro di una dose alta di radiazioni ( N particelle che colpiscono una singola cellula) può essere estrapolato per calcolare il rischio a basse dosi di radiazioni (1 particella che colpisce una singola cellula).
Una chiara dimostrazione dell'esistenza di una soglia nella risposta alle radiazioni, in contrasto con la LNT, è stata trovata nei tumori indotti dalle radiazioni sulla pelle dei topi (Tanooka 2001). Per tassi di radiazioni di 1,4 Gy/settimana, 2,2 Gy/settimana e 3Gy/settimana; la percentuale di topi che sviluppavano un cancro era rispettivamente dello 0%, 35% e 100%.

Effetti delle basse dosi di radiazioni sui meccanismi di difesa biologica

Risposta adattativa

Ci sono molti esempi su come bassi livelli di radiazioni possono rafforzare i meccanismi di difesa biologica. Poiché un cancro parte sempre dal danneggiamento genetico del nucleo di una cellula, un tipo di danneggiamento studiato a lungo, è quello dell’aberrazione o mutazione cromosomica, un'alterazione nella struttura dei cromosomi. Queste alterazioni normalmente sono una conseguenza di un errore durante la divisione cellulare, da tempo è riconosciuto che una alta dose di radiazione aumenta queste aberrazioni. Studi fatti da (Shadley e Dei 1992-1993) Tabella 1, mostrano che il numero delle aberrazioni cromosomiche causate da una alta dose di radiazione veniva ridotto in modo significativo se poche ore prima le cellule erano irradiate con una bassa dose di radiazione. In un esperimento (Cai e Liu 1994) è riportato che esponendo cellule di topo a 65 cGy (1cGy=10^-2 Gy = 1 rad) si provano aberrazioni cromosomiche sul 38% delle cellule del midollo osseo e sul 12,6% degli spermatozoi. Se tale esposizione veniva preceduta tre ore prima da una esposizione di 0,1 cGy la percentuale di aberrazioni veniva ridotta del 19% e del 8,4 % rispettivamente.
Molti esperimenti di questo tipo sia in vivo che in vitro sono riportati nella letteratura scientifica e sono spiegati con il risultato della stimolazione della produzione di enzimi riparatori delle cellule da parte delle radiazioni a basso dosaggio.
Questo fenomeno è anche chiamato risposta adattativa. Il corpo si adatta agli effetti delle radiazioni sviluppando una risposta protettiva.
Esponendo infatti i linfociti dei residenti in un’area con un’alta radiazione di fondo (1cGy/anno) con quelli relativi a un’area con una radiazione di fondo normale (0,1cGy/anno) a una radiazione di 1,5 cGy (150 rad) si osserva che la frequenza delle aberrazioni cromosomiche risulta essere di 0,098 ± 0.012 per cellula nel primo gruppo e dello 0,176±0,017 per cellula nel secondo gruppo (Chiassi-Nejad M. Mortasavi SMT, Cameron JR, Niroomand RadA, Karam PA. 1993). Una differenza causata dalla risposta adattativa indotta dalle radiazioni presenti nell’area con una maggiore radiazione di fondo.
In uno studio sulle cellule umane linfoblastoidi (Coleman et al 2005), fu investigato il processo della risposta adattativa. Le cellule furono irradiate con una dose di 0.05 Sv che fu fatta seguire da un’altra dose di 2Sv, la riposta adattativa fu misurata dalla riduzione delle aberrazioni dei cromosomi. Lo scopo era quello di identificare i geni implicati nella riposta adattativa e determinare come i loro stadi di attivazione fossero determinati dalla radiazione iniziale. 143 geni furono attivati dalla dose iniziale, geni regolati in modo “up” per la sintesi delle proteine, un elemento chiave per la riparazione del DNA, e regolati in modalità “down” per la traduzione del segnale e per il metabolismo, probabilmente per conservare le risorse da devolvere alla riparazione del DNA. Molti geni associati alla riparazione del DNA, alla risposta allo stress, al controllo del ciclo cellulare e all’apoptosi furono attivati dalla radiazione iniziale. Le caratteristiche di questo processo sono sembrate molto complesse e rivolte anche verso diverse direzioni. Per esempio il gene TP53 che può agire o come promotore o come soppressore di un tumore svolge un ruolo importante anche se ancora non ben definito.
In un altro esperimento in vitro è stato trovato che l’esposizione di linfociti a raggiX di 300cGy induce una frequenza di mutazioni genetiche di15,5 10^-6 per hprt (hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase ), ma se questa esposizione è preceduta di 10 ore da un’esposizione di 1cGy, la frequenza si riduce a 5,2 10^-6 (Kelsey KT, Memisoglu A, Frenkel A, and Liber HL,1991)
In un esperimento in vivo è stato trovato che la percentuale di mutazioni letali dovute ad una esposizione di 200 cGy di raggi X su drosophila femmina (moscerino della frutta) era ridotta notevolmente se preceduta da una dose di 2cGy. Per i ceppi diversi di drosophila e differenti livelli di maturità dell’ovocita le percentuali andavano dal 42 al 27%, dall’11 al 4,5%, dal 40 al 36%, dal 32 al 12,5%, dal 42 al 30 %, dal 51 al 22%. (Fritz-Niggli H and Schaeppi-Buechi 1991).
E’ stata studiata una tecnica per osservare come il corpo umano ripara il DNA danneggiato. Tali ricerche mostrano che facendo precedere a un’esposizione di 2 Gy di radiazioni gamma una radiazione di 0,25 Gy , 4 ore prima, il tempo di riparazione del DNA passa da 100 a 50 minuti, una riduzione del 50%. Figura 1
Sono stati fatti anche studi sugli effetti delle basse radiazioni sugli ossidanti che normalmente causano le mutazioni del DNA che portano allo svilupparsi del cancro e sugli agenti antiossidanti che eliminano  tali ossidanti dalle cellule. Uno studio sulle cellule dei ratti indica che 50 cGy di raggi X aumenta la quantità degli antiossidanti (superossido dismutasi) di circa il 25 % e fa diminuire il perossido lipidico(sostanza ossidata della cellula) del 20% (Yamaoka K , 1991).
Dai dati discussi si potrebbe arguire che la risposta adattativa ad una bassa dose di radiazioni è solo in grado di proteggere da alte dose di radiazione successivamente somministrate. Ci sono dati però che dimostrano che tale risposta è efficace anche contro la formazione spontanea di un tumore da parte di cellule con una predisposizione a tale trasformazione. In uno studio (Azzam 1996) è stato mostrato che esponendo cellule di topo C3H 10T1/2 a basse dosi di radiazioni il giorno dopo si riscontrava una riduzione della formazione spontanea di trasformazioni neoplastiche del 78%. In un esperimento simile con le HeLa (cellule umane immortalizzate usate nella ricerca) (Redpath 1998), la riduzione fu del 55%.
E’ stata sollevata la questione su quanto a lungo la risposta adattava persiste dopo l’irraggiamento delle basse dosi iniziali. In un esperimento in vivo (Zaichkina et al. 2003) è stato misurato il danneggiamento dei cromosomi nelle cellule del midollo osseo dei topi, dopo essere stati irraggiati con una bassa dose di radiazione, sia spontaneamente che irraggiando in seguito con una dose molto più alta. E’ stato verificato che c’è stata una risposta adattativa efficace dopo 1, 3, 6, 9. e 12 mesi dopo la dose iniziale di 0,1 e 0,2 Gy. Una certa protezione contro l’insorgere di tumori spontanei era riscontrabile anche dopo 20 mesi.
Il funzionamento della risposta adattativa contro l’insorgere spontaneo del cancro può essere compreso dagli effetti che hanno le basse dosi di radiazioni sugli agenti chimici ossidanti (ROS). Poiché i ROS sono la causa dominante dei cancri spontanei che iniziano con un danneggiamento del DNA, riducendo la quantità di ROS e aumentando la quantità degli agenti antiossidanti SOD che eliminano i ROS dalle cellule, si ottiene una protezione contro l’insorgere spontaneo dei tumori. I risultati di uno studio sulle cellule dei topi (Yamaoka 1991) sono mostrati nella Figura 2. Si può constatare che 50 cGy di raggi X fanno diminuire la quantità di perossido lipidico ossidante del
20 % e fanno aumentare la quantità di antiossidanti SOD del 25 %. Questi effetti benefici sono apprezzabili per irraggiamenti a basse dosi fino a 100cGy. Altri studi simili sono riassunti nei rapporti di Yamaoka del 1991 e Yukawa ed al. del 2005.

Stimolazione del sistema immunitario

Gli effetti di una bassa dose di radiazioni sul sistema immunitario sono rilevanti. Essa distrugge le cellule che nella mitosi (riproduzione cellulare) riproducono il DNA danneggiato, prevenendo in questo modo il cancro. In un lavoro di (Liu S.J., 1992) sono riportate le risposte del sistema immunitario alle radiazioni Tabella 2, dove di può vedere che tale risposta aumenta per dosi di radiazioni almeno fino a 7,5 cSv.
In un lavoro del 1992 di (Makinodan T , 1992) Figura 3 si sono avuti aumenti della risposta immunitaria dell’80% in vitro e del 40% in vivo a 20 cGy e una rapido decremento di questa, ben al disotto delle cellule non irradiate, per dosi di 60cGy.
In un lavoro successivo (Liu S.J., 2003) furono analizzati ben 52 parametri della risposta immunitaria irraggiando a 10 livelli diversi il corpo di un topo allo scopo di determinare la relazione tra due diversi gruppi di parametri e l’irraggiamento. Il primo gruppo consisteva nei 20 parametri che indicano una diminuzione dell’attività del sistema immunitario (parte superiore della Figura 4, il secondo gruppo comprendeva i 32 parametri che indicano l'aumento dell’attività del sistema immunitario (parte inferiore della Figura 4 ), Si può constatare che una bassa dose di radiazioni regola verso il basso i parametri che indicano la diminuzione dell’attività del sistema immunitario e verso l’alto i parametri che indicano un aumento della riposta immunitaria. In entrambi i casi questi effetti sono rovesciati da un irraggiamento ad alte dosi di radiazioni ionizzanti. Il fatto che basse dosi di radiazioni aumentano la risposta immunitaria e alte dosi la fanno diminuire è in accordo con quanto visto nella Figura 3.
Contrariamente a quanto afferma la teoria LNT, secondo la quale il rischio di cancro dipende solo dalla dose totale assorbita, gli effetti sul sistema immunitario sono molto diversi se la stessa dose è assorbita a un basso tasso (velocemente) o a un tasso minore (lentamente).
In uno studio sugli indicatori della risposta immunologia all'irraggiamento di diversi ceppi di topi (Ina and Sakai 2005), irradiando l’intero corpo con 1,2 mGy per un'ora si è avuta una stimolazione della risposta del sistema immunologico,  Figura 5. La stessa dose di radiazioni data ad un tasso più alto ha avuto un effetto opposto.
Ulteriori informazioni sulla dipendenza dal tasso di radiazione assorbita sono state riportate in uno studio sul linfoma timico dei topi (Ina et al 2005). Alte dosi di 7.2Gy velocemente assorbite inducevano tumori nel 90 % dei topi.  Se invece i topi venivano  esposti  a radiazioni ad un tasso di 1,2mGy all'ora per 285 giorni (che fanno in totale 7.2Gy, uguale alla dose precedente), e successivamente veniva loro somministrata  la dose massiccia di  7.2Gy, solo il 43% dei topi sviluppava tumori. Questo può essere considerato come un caso estremo di risposta adattativa. La dose iniziale a basso tasso in realtà raddoppia la dose totale perché si aggiunge a quella che viene data in seguito ad un tasso più alto. Quasi tutti gli indicatori di una risposta immunitaria positiva venivano aumentati dall’irraggiamento a basse dosi, e a basso tasso, su tutto il corpo dei topi.
Il sistema immunitario si oppone al cancro e alle metastasi. In uno studio effettuato inserendo cellule tumorali nell’inguine di un topo, osservando l’andamento delle metastasi (Sakamoto 1997) si è constatato che le metastasi nel polmone si riducevano praticamente della metà irraggiando il corpo totale del topo con 16-20cGy per 15 giorni dopo l’inserimento delle cellule maligne. Al contrario irraggiando con 50 cGy si riduceva la risposta immunitario e le metastasi aumentavano
Figura 6.
In uno studio sui topi (Hashimoto 1999) ) fu mostrato che l’irraggiamento del corpo totale, ma non dei tessuti tumorali, con basse dosi di radiazioni riduceva il tasso di crescita delle metastasi e aumentava l’infiltrazione nel tumore di agenti del sistema immunitario (Makinodan and James 1990).
Tale irraggiamento riduceva inoltre anche la grandezza del tumore  (Hashimoto 1999) (Makinodan and James 1990).

Andamento del rischio di cancro in relazione alla dose assorbita:
dati sugli animali


Ci sono stati molti studi per testare la validità della teoria LNT usando come cavie animali che sono stati esposti a varie dosi di radiazioni. Un esempio di questi studi sono gli esperimenti effettuati all’Oak Ridge National Laboratory con animali trattati con diverse esposizioni ai raggi gamma. I risultati di uno di questi (Ullrich and Storer 1979) sono riportati nella Figura 7. Si può notare che il rischio di cancro a basse dose di radiazioni non segue affatto l’andamento lineare prescritto dalla teoria LNT. In questi esperimenti gli animali esposti vivevano molto più a lungo (il 40% in più) del tempo in cui si protraevano i controlli. Altri esperimenti furono effettuati presso l’Argonne National Laboratory negli anni 50’ e 60’ con iniezioni di materiale radioattivo (Finkel and Biskis 1962,1969). I risultati di uno di questi studi sul cancro alle ossa dei topi ai quali erano stati iniettati isotopi radioattivi di Calcio e Stronzio (Finkel and Biskis1968) sono riportati nella Figura 8. Questi studi, di alto valore statistico, indicano cha la LNT sovrastima il rischio di cancro per basse dosi di radiazioni e suggeriscono l’esistenza di una soglia minima di sicurezza. Analizzando più di 100 di questi esperimenti (Duport 2001), in cui furono effettuate un totale di 85000 esposizioni di animali a vari tipi di radiazioni con 45000 gruppi di controllo (non irradiati), furono rilevati 60000 casi di cancro negli animali irradiati e 12000 nei gruppi di controllo. Nei casi dove fu rilevato il cancro nei gruppi di controllo non fu osservata una riduzione del rischio di cancro nel 40% degli animali esposti ai neutroni, nel 50% esposti ai raggi X, nel 53% esposti ai raggi gamma, e nel 61% esposti alle particelle alfa.

Andamento del rischio di cancro in relazione alla dose assorbita:
dati sugli esseri umani


I dati citati in sostegno alla teoria LNT

I dati riportati dai sostenitori della linear no threshold tehory provengono in genere da studi sui tumori solidi (tutti tranne la leucemia) sui giapponesi sopravvissuti alle esplosioni nucleari. I dati di (Pierce e altri del 1996) sono mostrati nella Figura 9, dove sono riportati anche gli intervalli di errore delle misure effettuate. Se gli intervalli di errore sono ignorati i punti tracciati suggeriscono l’esistenza di una relazione lineare che arriva alla linea di dose zero delle radiazioni. Si può notare però che tali dati non sono indicativi per dosi di radiazioni al di sotto di 25 cSv. Queste conclusioni valgono sia per la probabile incidenza del cancro sia per la mortalità (Heidenreich 1997). E’ stato anche dimostrato da Cohen (1998) che prendendo in considerazione solo i primi tre punti del grafico (sotto i 20 cSv) l’andamento ha una probabilità del 20% di essere negativo (cioè il rischio decresce con l’aumentare della dose di radiazione). Sono stati pubblicati dati aggiornati del 2004 sui sopravvissuti alla bomba-A (Preston 2004), ma anche i nuovi dettagli non fanno che confermare le conclusioni prima riportate.
I dati sulla leucemia dei sopravvissuti alla bomba-A (Pierce 1996) sono riportati nella Figura 10. Il grafico suggerisce chiaramente l’esistenza di una soglia intorno ai 20 cSv, e questo fatto è ampiamente riconosciuto dall’autore e da altri osservatori.
Gli altri dati citati dai sostenitori della teoria LNT sono quelli della IARC (International Association for Research on Cancer) che provengono dall’osservazione dei lavoratori del settore delle radiazioni. Lo studio più completo (Cardis 1995) fu quello relativo a 95673 lavoratori degli USA del Canada e dell’Inghilterra. Per tutti i casi di cancro, eccetto la leucemia, furono riscontrati 3830 casi di morte, esattamente uguale ad un gruppo campione di lavoratori che non era esposto professionalmente alle radiazioni. Il livello di rischio è stato -0,07%/Sv con un intervallo di confidenza (o di fiducia) che va da -0,4/Sv a +0,3/Sv. Il che non va a favore della teoria LNT.
I dati dell’ IARC relativi ai 146 morti di leucemia mostrano un rischio crescente in relazione alla quantità di dose assorbita, e ciò è stato utilizzato più volte per sostenere la teoria del LNT. I dati sono riportati nella Tabella 3 dove si può notare che non c’è un eccesso di rischio al di sotto della dose di 40 CSv e anche per valori al disopra dei 40 cSv il rischio è basso. Le conclusioni del sostenitori della LNT si basano su una relazione di linearità tra casi di decessi e aumento della dose di radiazioni deducibile solo se si scartano arbitrariamente i primi tre punti del grafico della
Tabella 3 (in pratica occorre scartare 3 punti su 7).
Uno studio successivo dell’ IARC effettuato su 407000 lavoratori in 154 enti o ospedali in 15 paesi presenta dati non dissimili da quelli della Tabella 3. Di questi dati non vengono poi date le percentuali dei soggetti fumatori, un importante fattore di rischio per il cancro. Non venivano poi fornite informazione sull’esposizione di questi lavoratori al di fuori della loro professione. La media dell’esposizione di questi lavoratori, dovuta solo alla professione, era di 2cSv e il 90% di essi era sotto i 5cSv. La media dell’esposizione normale nella vita è di 25 cSv per le persone non occupate professionalmente nel settore radiologico, con variazioni dell’ordine dei 10 cSv che dipende dall’area geografica e dai trattamenti medici. Le radiazioni in eccesso dovute alla professione rispetto alla media di quelle assorbite dai cittadini si confonde ampiamente con le variazioni naturali di fondo. Ci sono poi considerazioni da fare sulla combinazioni di dati che provengono da fonti diverse su gruppi di persone diverse per etnia e per condizioni socioeconomiche. Se dei 15 paesi da cui provengono i dati se ne elimina 1, il Canada, l’eccesso di rischio dei lavoratori diventa statisticamente uguale a zero.
In risposta alla campagna mediatica contro l’uso pacifico dell’energia nucleare fu fatto uno studio di 10 milioni di dollari (Matanoski 1991) da parte del U.S. Center for Disease Control and Prevention sui lavoratori che operavano in 8 cantieri navali USA dove venivano rifornite le navi e sottomarini mossi da reattori nucleari. Lo studio è stato effettuato su 28.000 lavoratori di età intorno a 33 anni, comparandolo con un simile gruppo di controllo che lavorava nel rifornimento e manutenzione di navi non nucleari.. Il primo gruppo aveva un’esposizione superiore di 0.5 cSv rispetto ad una media di 5 cSv. Il tasso di mortalità per cancro del primo gruppo è stata l’85% di quella del gruppo di controllo. Le condizioni sanitarie, il tipo di lavoro, cosi come altri fattori come l’area di residenza e le condizioni socioeconomiche erano le stesse per tutti e due i gruppi, lo studio era stato progettato proprio per eliminare ogni tipo di cofattore differente nel rischio.
Diversi altri studi sono stati fatti e pubblicati sul tasso di cancro sulle persone il cui impiego implica un’esposizione alle radiazioni.
*Uno studio sui radiologi britannici comparati con medici che non operavano nella radiologia (Berrington 2001) ha mostrato che i radiologi che iniziavano a lavorare nei primi anni di questa tecnica sanitaria, quando le restrizioni all’esposizione erano molto minori di quelle di oggi, avevano una mortalità per cancro maggiore rispetto alla media. Ma per il personale che ha iniziato a lavorare dopo, tra il 1955 e il 1979, la mortalità per cancro era solo lo 0.71 % (con un intervallo di confidenza del 95/%, 0,49 - 1,00) quello dei medici che lavoravano in settori non radiologici e che quindi avevano un livello di esposizione normale, non dipendente dal lavoro.
* Uno studio sulla incidenza dei casi di cancro rispetto ai casi di morte per cancro, sui medici addetti ai raggi X in Cina (Wang 2002), studio effettuato con un gruppo di controllo formato da medici che non lavoravano nello stesso settore, ma negli stessi ospedali, ha dato i seguenti risultati. Il rischio relativo per il primo gruppo, la cui esposizione in media era di 55 cGy era di 2,4 per la leucemia e 1,2 per cancri solidi, mentre per i medici del gruppo di controllo la cui esposizione media era di 8,2 cGy il rischio risultò di 1,73 per la leucemia ( 11 casi) e 1,06 per cancri solidi (252 casi). La differenza di 1% non è statisticamente significativa.
*Negli USA uno studio su 146.000 tecnici di radiologia (Mohan 2003) in cui fu usato il totale della popolazione USA come gruppo di paragone, riportò un SMR (Standard Mortalità Ratio) dell’ 0,82% per tutti i tipi di cancro, ma c’era un aumento significativo tra i medici che avevano iniziato a lavorare prima del 1940  rispetto a quelli che avevano iniziato dopo il 1960.
Le stesse conclusioni furono tratte con uno studio del 2004 su 270.000 medici e tecnici del settore radiologico di vari paesi (Yoshinaga 2004).
*In uno studio su 22.000 lavoratori del settore nucleare effettuato dall’industria nucleare francese (Rogel 2005) fu trovato che la mortalità per il cancro era solo il 58% (90% confidence interval 0.49 to 0.68) della mortalità per il cancro della popolazione in generale della Francia.
C’è da dire, in questi casi, che occorre tenere presente anche il noto Healthy Worker Effect HWE, “effetto salutare del lavoro”. Negli Studi in cui si compara la mortalità di un settore dei lavoratori con la popolazione in generale invariabilmente il tasso di mortalità dei lavoratori è minore di quello della popolazione. Questo fatto avviene perchè nella popolazione in generale sono conteggiate anche le persone che non lavorano proprio a causa delle malattie che provocheranno la morte anticipata. Le percentuali possono essere confrontate in modo relativo con altri settori di lavoratori. Tale fenomeno però non si dovrebbe applicare ai casi delle morti per cancro che avvengono molto tempo dopo l’inizio del lavoro perché le cause che portano poi al cancro non appaiono negli esami medici fatti prima dell’impiego (Monson 1986).

I dati che contraddicono la teoria LNT

Un esempio sono i dati che vengono dalle donne canadesi esposte frequentemente ai raggi X nei sanatori per la tubercolosi (Miller 1989). I dati sono riportati nella Figura 11 dove sembra esserci una decrescita del rischio fino ad un aumento della dose di 25 cSv. I dati sul cancro al polmone tra queste donne canadesi (Howe 1995) insieme a quelli di uno studio su 10.000 individui del Massachusetts (Davis 1989) sono mostrati nella Figura 12. Anche qui vediamo che il rischio si abbassa nella zona delle basse radiazioni fino a 100cSv.
Nella Figura 12 questi dati sono comparati con quelli del cancro al polmone dei giapponesi sopravvissuti alla bomba-A. Si può notare una differenza tra i gruppi di dati molto significativa. I sopravvissuti alla bomba-A mostrano un rischio molto più alto a qualsiasi dose dispetto agli altri gruppi. Questo può essere spiegato dalla differenza tra il tasso della dose ricevuta dai sopravvissuti alla bomba-A (il breve tempo dell’esplosione e le ore o giorni rimasti nell’area contaminata) e il tasso delle radiazioni assorbite con i raggi X (ripetute radiografie effettuate nel corso di diversi anni). Questi dati in ogni caso dovrebbero farci riflettere prima di usare la teoria LNT applicando i dati dei sopravvissuti alla bomba-A per prevedere il rischio di una basso livello di radiazione assorbita  ad un basso tasso. Gli studi di (Tubiana 2005) confermano l’importanza del tasso della dose assorbita piuttosto che l’ammontare totale della dose.
Nel 1957 ci fu un’esplosione (non nucleare) in un deposito di bombe nucleari a Mavak in Siberia e ciò causò l’esposizione a una notevole dose di radiazioni delle persone nei villaggi vicini. Fu effettuato uno studio seguendo una popolazione di 7852 di abitanti di questi villaggi (Kostyuchenko 1994) e fu trovato che la mortalità per cancro risultò molto più bassa di quella dei villaggi non esposti alle radiazioni della stessa aerea. Il rapporto dei casi di cancro mortali tra la popolazione esposta e quella non esposta risultò  0,74 ± 0,07 per 4cGy e 0,61 ±  0,07 per 12 cGy e
0,72 ±  0,12 per 50 cGy. Sono stati fatti studi anchesui lavoratori che stavano nel complesso di Mavak (Koshurnikova, 2002), ma i dati riportati si riferivano a esposizioni molto alte e erano poco significativi per valutare la relazione dose-risposta a basse dose di esposizione.
La stimolazione del sistema immunitario attraverso basse dosi di radiazioni è usata su basi sperimentali per trattamenti medici del  linfoma non-Hodgkin, sia con l’esposizione di tutto il corpo del paziente che esponendo solo la metà. Un simile trattamento fu effettuato su un gruppo di pazienti approntando un gruppo di controllo (non irraggiato) simile al primo. I due gruppi avevano ricevuto, prima dell’irraggiamento, gli stessi trattamenti di chemioterapia con o senza irraggiamento ad alte dosi sui tumori, (Sakamoto,1997). Dopo nove anni  il 50% del gruppo di controllo e solo il 16% del gruppo irraggiato erano deceduti. In un altro studio dello stesso periodo (Choi,1979) effettuato usando tecniche chemioterapiche avanzate, risultò una sopravvivenza dopo 4 anni per il 74 % del gruppo irraggiato e del 52% del gruppo non irraggiato. Le informazioni riportate dalla letteratura scientifica sostengono l’uso dell’irraggiamento dell’intero corpo o della metà del corpo del paziente a basse dosi di radiazioni per stimolare la risposta immunitaria. I medici americani usano raramente questa tecnica che invece è applicata comunemente in Giappone.
Gli studi su questo argomento sono ancora in fase preliminare ma il risultati (Chen, 2004) sembrano essere molto promettenti. A Taipai e in altre aree di Taiwan, 1700 appartamenti furono costruiti usando acciaio contaminato con Colbato-60. Per 20 anni 10.000 abitanti furono così esposti in media a 40 cGy di radiazioni in eccesso rispetto alla radiazione di fondo dell’area. Dalle statistiche nazionali di Taiwan ci si doveva aspettare  normalmente per questi abitanti 320 casi di morti per cancro e, secondo la teoria LNT, si sarebbero dovuti verificare almeno altri 70 casi in più dovuti alla radiazione in eccesso. Si sono avuti invece solo 7 casi in totale di morte per cancro tra queste persone. Stime preliminari indicano che la riduzione dei casi di cancro rispetto a quelli previsti potrebbe essere del 20%, un dato molto significativo. Sarebbe importante investigare molto più precisamente su questo caso, ma le autorità locali non stanno cooperando malgrado la pressione della comunità scientifica.
Gli studi riportati fin ora riguardano esposizione dei sopravvissuti alla Bomba-A, ai raggi X, ai raggi gamma e ai neutroni. Ci sono anche dati importanti su casi di esposizioni dovute radiazioni di particelle alfa (due protoni e due neutroni).
In uno studio (Evans, 1974) sul cancro alle ossa e alla testa tra chimici e altri lavoratori professionalmente esposti a ingerire Radio, è stata riscontrata l’assenza di tumori per esposizioni sotto i 1000cGy. Per dosi intorno ai 1800, 3500, 7500 e 20.000cGy sono stati registrati invece aumenti dal 25% al 38% per ogni categoria di tumore sviluppato. Analisi elaborate di questi dati mostrano che un andamento secondo la teoria del LNT non è assolutamente sostenibile mentre occorre prendere il considerazione l’esistenza di più di una soglia.
Diversi studi hanno poi riportato che i lavoratori che hanno inalato Plutonio, esponendo così i loro polmoni, hanno poi uguale o poi bassa mortalità per il cancro ai polmoni di quelli che non sono stati esposti (Tokarskaya, 1997; Voeltz, 1983; Gilbert, 1989).
Studi che contraddicono fortemente la teoria LNT sono quelli molto approfonditi effettuati sui tassi di mortalità per cancro in relazione all’esposizione del Radon nelle case. Tali studi sono stati effettuati su 1729 contee americane, più della meta di tutto il territorio USA dove vive il 90% della popolazione (Cohen, 1995, 2005).
Nei grafici delle Figure 13a e 13c invece di mostrare un singolo punto per ogni contea, queste sono raggruppate in intervalli di esposizione al Radon (sulla linea di base è riportato poi il numero delle contee) il grafico passa per il valore medio di ogni contea. Le Figure 13b e 13d mostrano questi grafici corretti dalla presenza dei fumatori di sigarette. Da notare che se è grande la numero delle contee in un intervallo la deviazione standard è piccola.
E’ possibile vedere in tutte le Figure 13, una chiara tendenza alla decrescita del cancro ai polmoni, con o senza la correzione dei fumatori, associata alla crescita dell’esposizione al Radon. In netto contrasto con la teoria del LNT, rappresentata nel grafico dalla linea chiamata Theory.
Questi dati sono stati analizzati e depurati da 500 possibili cofattori inclusi quelli socioeconomici, geografici, ambientali e etnici (Cohen, 2000- 2005), le conclusione rimangono che la teoria LNT è troppo grossolana e non è in grado di spiegare l’andamento del rischio di cancro per basse dosi di radiazioni.
Quelli che sono stati interpretati come risultati contradditori, derivati da una serie di sette studi con gruppi di controllo (Krewski, 2005), sono mostrati nella Tabella 4. Si può vedere che statisticamente non sono riscontrabili aumenti di rischio significati tranne che per il cancro al polmone. L’andamento in questo ultimo caso suggerisce un aumento di rischio per l’esposizione al Radon, si può notare però che questo rischio non aumenta aumentando l’esposizione almeno per i 4 punti più bassi delle Figure 13, cioè a basse dosi di radiazioni.
Uno studio multiplo include molti aggiustamenti per le differenze tra gli studi del gruppo e i potenziali cofattori. Se c’è una contraddizione con le Figure 13 ognuna delle spiegazioni date a proposito sembra essere non plausibile (Cohen, 2005). Le Figure 13 non sono uno studio sulla dose - risposta sull’esposizione al Radon ma un’osservazione sperimentale con un grande valore statistico che può essere comparata con le previsioni della teoria LNT. La comparazione mostra che la teoria non funziona. La Tabella 4 invece non può essere considerato un test per la teoria LNT.

Conclusioni

Le conclusioni dai dati riportati ci portano ad affermare che la teoria LNT non è valida nella regione di basse dosi di radiazioni e che quindi non può essere usata per le previsioni dei rischio dei casi di cancro ne dei morti per questa causa. Questo significa che il rischio di cancro per la grande maggioranza della popolazione che normalmente è soggetta all’esposizione di basse dosi di radiazioni è molto più piccolo di quello che normalmente viene calcolato e che può anche essere negativo.
 

Tabella 1 Effetti della preesposizione a 5cGy su due tipi di abberrazioni di cromosomi delle cellule dei linfociti umani indotte da dosi di 400cGy 6 ore dopo (Shadley 1992)

 

dicentrics & rings      

deletions

     

donor 

400 cGy  

(5 + 400) cGy 

400 cGy 

(5+400)cGy

   

1"

136    

92

52

51

   

2"

178

120

62

46

   

3"

79

50

39

15

   

4"

172

42

46

34

   

5"

134

106

58

41

   
             
 

Tabella 2: Effetti della radiazione sulla risposta immunologica. Le differenti colonne mostrano la risposta del sistema immunologico di cavie (topi) esposte alle radiazioni di 2,5; 5 e 7,5 cGy, in percentuale rispetto a cavie (topi) non esposte a radiazioni (Liu 1992)

PFC = plaque forming cell; MLC = mixed lymphocyte culture, used as  test of T-cell function; Con A = concanavalin-A,  lectin that stimulates T-lymphocytes; NK = natural killer cells which recognize and kill tumor cells; ADCC = anti-body dependent cell mediated cytotoxicity, which assists NK activity.

Test

2,5cGy

5cGy

7.5cGy

 

PFC Reaction  

110   

143   

174

 

MLC Reaction   

109

133 

122

 

Reaction to Con A 

191 

155 

530

 

NK activity  

112  

109  

119

 

ADCC Activity

109  

128

132

 
         

Tabella 3. Morti per leucemia Studio dell'International Association for Research on Cancer (IARC) (Cardis 1995). La colonna finale riporta il rapporto tra casi osservati /casi aspettati (O/E)

Dose (cSv) Observed Expected  O/E  
0-1  72  75.7  0.95  
1-2       23  21.2  1.08  
2-5 20 21.8   0.92  
5-10 12    11.3 1.06  
10-20    9 7.8   1.15  
20-40  4   5.5   0.73  
>40 6  2.6 2.3  
 

Tabella 4. Odds ratio del cancro al polmone in relazione all'esposizione del Radon residenziale in sette studi con gruppo di controllo ( Krewski 2005).
(L'odds, corrisponde al rapporto fra il numero di volte in cui l'evento si verifica ed il numero di volte in cui l'evento non si verifica. L'Odds ratio e il rapporto tra l'Odds del gruppo esposto al Radon e l'Odds del gruppo di controllo non esposto)

Radon level (Bq/m3) Odds ratio (95% C.I.)  
<25 1,00  
25-49 1,13 (0.95-1.35)  
50-74 1,09 (0.89-1.34)  
75-99 1,16 (0.91-1.48)  
100-149 1,24 (0.96-1.60)  
150-199 1,22 (0.87-1.71)  
>199 1,37 (0.98-1.92)  

C.I. Intervallo di Confidenza

Grafici (da Figira 1 a Figura 14)

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Yukawa O et al (2005) Induction of radical scavenging ability and suppression of lipid peroxidation in rat liver microsomes following whole body low dose X-irradiation, J Radiat Biol 81:681-688

Zaichkina SI et al (2003) Low doses of radiation decrease the level of spontaneous and gamma induced chromosomal mutagenesis in bone marrow cells of mice in vivo, Rariats Biol Radioecol 43:153-155

Traduzione a cura del Dott. Giuseppe Filipponi, fisico nucleare, docente, direttore della rivista Fusione Scienza e Tecnologia

Ringraziamo il Prof. Bernard L. Cohen per aver gentilmente concesso gratuitamente la traduzione e la pubblicazione del suo saggio su questa rivista

     
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