1. Progetto di Cittadinanza e Costituzione
Alunno: Fiucci Giorgia Classe: 5F
LA RADIOTERAPIA, DALLA DESCRIZIONE DEI PRINCIPI FISICI AD ESSA COLLEGATI ALLA DESCRIZIONE
DEL SUO FUNZIONAMENTO E DEL SUO APPARATO IN AMBITO MEDICO
ANALISI DELLA RADIOTERAPIA IN AMBITO FISICO
Sin dalla nascita della fisica subatomica e in seguito delle particelle elementari, la fisica e la medicina
hanno costantemente interagito, ottenendo straorinari risultati. Grazie al dialogo fra queste discipline
si sviluppano giorno dopo giorno tecniche e strumenti fondamentali per la diagnosi medica e per la
terapia di cura che cercano di contrastare il tumore. Alcune di queste metodologie utilizzate sono i
raggi X, la risonanza magnetica e la TAC. La cooperazione fra la fisica e la medicina è tuttora molto
importante non solo sulla società in genere ma anche sullo sviluppo di alcuni settori industriali.
La radioterapia è un particolare tipo di terapia fisica che utilizza le radiazioni, in genere i raggi X, nella
cura dei tumori.
Questi raggi, denominati raggi X, vennero scoperti l’8 novembre 1895 dal fisico tedesco Wilhelm Conrad
Röntgen e la loro scoperta e’ considerata l’inizio del contributo della fisica moderna alla medicina. Nel
1886 i fisici Crookes e Thomson effettuarono degli esperimenti sui gas rarefatti, chiusi all’interno di
tubi di vetro vuoti all’interno. Ogni tubo, chiamato in seguito tubo di Crookes, e’ costituito da due
elettrodi all’estremità’ collegati rispettivamente con il polo positivo (anodo) e polo negativo (catodo) di
un generatore di corrente. Una volta acceso il generatore la parete del tubo viene colpita da radiazioni
(luminescenza verdastra) provenienti dal catodo verso l’anodo : Goldestein chiamò queste radiazioni
raggi catodici.
L’8 novembre 1895, il fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen, mentre svolgeva alcuni esperimenti con
il tubo di Crookes, scoprì la radiazione elettromagnetica nell'intervallo di frequenza oggi noto come
raggi X. Egli si accorse che, mentre i raggi catodici andavano ad incidere sul tubo,
contemporaneamente un pannello fluorescente posto vicino il tubo diventava luminoso. Fece diversi
esperimenti e scoprì che pur coprendo il tubo con un pezzo di cartone la fluorescenza non scomparve.
Riuscì ,in questo modo, a fotografare l’ombra delle ossa e della fede nunziale di sua moglie. Röntgen
chiamò queste radiazioni, in grado di penetrare quasi tutti i materiali, radiazioni "X", proprio per
indicare che era ancorano di tipo sconosciuto. Il nome rimase sempre lo stesso (raggi X), anche se
molti dei suoi colleghi suggerirono di chiamarli "raggi di Röntgen" . Grazie a questa scoperta nel 1901
egli ricevette il primo Premio Nobel per la fisica. I raggi X sono onde elettromagnetiche formate dalla
simultanea propagazione di un campo magnetico (B) e un campo elettrico (E) tra loro perpendicolari.
Fu il fisico J.C. Maxwell colui che, intorno alla metà del XIX secolo, scoprì che una carica elettrica
oscillante produce un campo elettrico e un campo magnetico tra loro perpendicolari che si propagano
2. sotto forma di onde. Ogni onda elettromagnetica e’ caratterizzata dal suo periodo T, dalla sua
ampiezza A e vengono classificate in base alla loro lunghezza d’onda.
DESCRIZIONE DEL MECCANISMO DELLA RADIOTERAPIA
L’evoluzione della radioterapia nel corso del tempo ha permesso ai medici di essere sempre più
precisi nell’osservazione, nell’identificazione e nella cura dei tumori. La radioterapia consiste
nell'indirizzare radiazioni o particelle ionizzanti verso la massa tumorale, in modo da danneggiare il
patrimonio genetico delle cellule malate e impedire in questo modo che esse proliferino. Quando una
cellula viene irradiata, gli atomi delle molecole che la compongono vengono “ionizzati” ovvero almeno
un elettrone viene espulso dall’atomo.
Le radiazioni ionizzanti impiegate in radioterapia sono raggi X e raggi γ a elevata energia. I primi sono
prodotti da strumenti specifici chiamati acceleratori lineari per radioterapia, mentre i secondi sono
emessi da isotopi radioattivi. I fasci di particelle possono essere costituiti da protoni, neutroni o ioni
positivi. Le cellule tumorali sono cellule in rapida evoluzione e, per poter arrestarle, bisogna penetrare
all’interno del paziente con sufficiente energia (di 5-20 MeV di energia), in modo da spezzare
entrambe le eliche del Dna di questa cellula. Le cellule sane possiedono meccanismi di difesa in grado
di riparare eventuali danni al loro DNA, mentre, nelle cellule tumorali, questi meccanismi sono meno
efficienti, perciò un danno al DNA è più facilmente letale.
Nel momento in cui avviene l’iterazione fra le cellule malate del paziente e il fascio di fotoni sfruttati
dalla radioterapia, quest’ultimi penetrano nel corpo del paziente e hanno una probabilità
esponenziale decrescete di interagire all’interno di esso. I fotoni dei raggi X colpiscono gli elettroni dei
tessuti, rilasciando tutta la loro energia, e li mettono in movimento. Questi elettroni percorrono uno o
due centimetri nei tessuti e ionizzano gli atomi delle molecole di DNA nelle cellule che incontrano,
disattivando così il funzionamento dei loro geni. Infatti, mentre le cellule sane sono dotate di
particolari meccanismi che permettono loro di sistemare eventuali danni che possono avvenire sul loro
DNA, le cellule tumorali dispongono di meccanismi molto meno efficienti, per cui un danno ad esse
può essere mortale. Le radiazioni ionizzanti generano nelle cellule radicali liberi, che danneggiano il
dna della cellula ospite (la cellula tumorale) ed essa non e’ in grado di opporsi.
3. L’Energia Lineare Trasferita (LET) e’ una misura dell’energia trasferita ad un materiale per unità di
lunghezza unitaria attraversato da particelle ionizzanti. Questa grandezza si riferisce solo all’energia
trasferita al materiale nei pressi della zone di passaggio delle particelle. Pertanto vengono trascurati
tutti gli elettroni secondari della ionizzazione con energia superiore ad un certo valore Γ, in quanto
elettroni con un’energia molto grande compiono un percorso anch’esso molto lungo e si fermano
troppo lontane dalla traccia della particella ionizzante principale.
Possiamo definire la LET nel modo seguente:
dove EΓ indica l’energia persa a causa delle interazioni di natura elettronica meno l’energia cinetica di
tutti gli elettroni secondari con energia maggiore di Γ. Nella dosimetria, che studia le quantità di
radiazioni ionizzanti che bisogna rilasciare nell’organismo a seconda dell’intervento, delle
caratteristiche del paziente e del luogo in cui si trova il tumore, la LET `e espressa in KeV/µm.
SVANTAGGIO DELLA RADIOTERAPIA
Lo svantaggio della radioterapia e’ che la maggior parte di energia rilasciata può andare a colpire anche
tessuti sani, danneggiandoli. Uno dei tessuti maggiormente a rischio e’ il rivestimento più esterno del
nostro corpo, la pelle, che la radiazione deve per forza oltrepassare per giungere al tumore. Per
mitigare il più possibile questo problema, nel momento della radiazione, si concentrano il maggior
numero di fasci in modo da massimizzare la dose rilasciata sul tumore rispetto a quella data ai tessuti
sani attraversata dai fasci, modulando direzione e intensità dei fasci. Quindi la strategia applicata e’
quella di trasmettere le radiazioni al corpo del paziente non sempre dalla stessa direzione ma da tante
direzioni diverse che abbiamo in comune, al centro, la regione che si intende bombardare . In questo
modo, la regione che si intende bombardare viene colpita da ogni fascio. Gli altri tessuti sani vengono
colpiti solo da una parte del fascio, ricevendo in tal modo meno radiazione. Nonostante ciò , bisogna
tener conto che le radiazioni ionizzanti costituiscono una delle possibili cause dell’insorgenza di un
tumore secondario. L’efficacia della radioterapia, dunque, e’ limitata dalla probabilità di insorgenza di
tumore secondario nei tessuti sani che vengono attraversati da fascio di radiazioni. La comparsa del
tumore può avvenire dai venti ai trent'anni dopo la fine del trattamento radioterapico.
DESCRIZIONE DELL’APPARATO
Gli elettroni che producono i raggi X, per poter penetrare arrestare la riproduzione delle cellule tumorali
all’interno del corpo del paziente, vengono portati all’energia necessaria mediante una macchina
acceleratrice chiamata acceleratore lineare (LINAC) di elettroni. Un acceleratore lineare e’ contenuto
all'interno di un bunker nel quale sono presenti diversi strumenti : il lettino di trattamento, i laser di
4. posizionamento, il sistema di portal imaging, il circuito televisivo e i comandi, il sistema di tracking ottico.
La struttura è completata dai comandi e i monitor, presenti in all'esterno del bunker nella sala comandi. Le
componenti fondamentali del LINAC invece sono :
Il Magnetron che fornisce l'onda elettromagnetica acceleratrice;
Il cannone di elettroni il quale produce elettroni di circa 50 keV, per effetto fotoelettrico.
La sezione acceleratrice (guida d’onda) attraverso la quale gli elettroni prodotti dal cannone
vengono accelerati, su di un'onda elettromagnetica, sino ad acquisire l'energia desiderata.
L'elemento accelerante è costituito da una cavità, divisa in un certo numero di sezioni, in cui si trova un
campo elettrico oscillante a frequenza sincrona con il passaggio dei pacchetti. Qui i campi
elettromagnetici acceleranti vengono eccitati attraverso una guida d'onda che convoglia la potenza fornita
da un magnetron.
Con l’utilizzo di acceleratori lineari gli elettroni vengono accelerati in un intervallo energetico tra 4-5 MeV e
25 MeV. Nella figura si osserva un acceleratore lineare (LINAC), che fornisce ai fotoni o agli elettroni
un’energia di 25 MeV. I fasci di elettroni sono caratterizzati da un percorso nel tessuto che dipende
dall’energia iniziale del fascio di particelle, oltre il quale si ha una coda di bassa intensità, dovuta ai fotoni
prodotti per bremsstrahlung.
5. Da come si evince nella figura il percorso massimo degli elettroni, espresso in centimetri, e’ praticamente
equivalente a metà dell’energia iniziale del fascio, espressa in MeV. Inoltre, a differenza dei protoni i quali
rilasciano molta energia poco prima che si stanno per fermare, la dose massima di energia degli elettroni e’
rilasciata all’inizio di tale percorso. Pertanto i fasci di elettroni sono adatti al trattamento di tumori
superficiali o semiprofondi. Per quanto riguarda i fotoni si evince che dopo un massimo nei pressi della
superficie, la dose relativa diminuisce esponenzialmente andando a finire molto in profondità. Quindi
anche i fotoni sono utilizzati per tumori più superficiali.
Il Gray (e’) l’unita’ di misura della quantità di radiazione nella radioterapia e un Gray corrisponde ad una
radiazione che deposita un joule di energia per Kg di materia. Questa varia a seconda del tipo di cancro da
trattare e dallo stato di avanzamento in cui si trova. Normalmente, la dose media per il trattamento di un
tumore va dai 60 agli 80 Gy ; ovviamente la dose viene suddivisa e somministrata in diversi intervalli di
tempo.
OBIETTIVI E TECNICHE DELLA RADIOTERAPIA
La radioterapia in base alla tipologia di tumore e alla sua localizzazione, può essere impiegata per diversi
fini. A tal proposito la radioterapia può essere classificata in :
Radioterapia a scopo curativo (radioterapia radicale): ha lo scopo di distruggere tutte le cellule
tumorali per ed eliminare del tutto la malattia.
Radioterapia preoperatoria (radioterapia neoadiuvante): è impiegata per ridurre le dimensioni
della massa tumorale che deve essere asportata al fine di consentire un intervento chirurgico
Radioterapia postoperatoria (radioterapia adiuvante): in alcuni casi, dopo che il paziente ha
subìto un intervento chirurgico, per ridurre la possibilità che il tumore si ripresenti è consigliato
6. un trattamento di questo tipo in modo da eliminare ogni traccia residua del tumore.
Radioterapia intraoperatoria ( IORT): è utilizzata durante l'operazione per attaccare porzioni di
cellule tumorali non asportabili chirurgicamente, o per erogare le radiazioni direttamente nella
zona in cui il tumore si è sviluppato in modo da evitare possibili recidive e risparmiare i tessuti
sani.
Radioterapia corporea totale (TBI): questa tipologia di trattamento e’utilizzata nei pazienti
affetti da patologie neoplastiche ematologiche, quali leucemie o linfomi, che in seguito
dovranno sottoporsi al trapianto di cellule staminali o di midollo osseo per distruggere le cellule
malate. Quest’ultime, in seguito al trapianto, saranno poi rimpiazzate da nuove
cellule linfatiche o sanguigne.
Radioterapia palliativa: questa tipologia di terapia e’molto efficace nel controllare i sintomi e
ridurre il dolore causato da questa malattia, cercando di migliorare la qualità’di vita del
paziente.
La radioterapia spesso `e accompagnata da altri tipi di interventi: molto frequentemente e’ accompagnata
da un’operazione chirurgica e sempre meno frequentemente dalla chemioterapia. Statisticamente, mentre
con l’operazione chirurgica nel 25% dei casi si riesce nell’intento di debellare il tumore, con la
chemioterapia le possibilità di riuscita scendono al 10%, con alte probabilità che il tumore si riformi nel giro
di 5 anni.
CONCLUSIONE
Nonostante la radiografia abbia origini molto lontane, al giorno d’oggi e’ una terapia ampliamente utilizzata
e la sua importanza deriva dalle sue numerose applicazioni in ambito medico. In Italia circa la metà dei
tumori sono trattati con radioterapia proprio perche l’evoluzione nel corso degli anni della radioterapia ha
permesso ai medici di essere sempre più precisi nell’identificazione e nella cura dei tumori, in particolare
di quelli superficiali.
SITOGRAFIA
https://www.sbai.uniroma1.it/sites/default/files/ADE_FisicaMedica_2020_01_13.pdf
http://pcbat1.mi.infn.it/~battist/Battistoni_bergamo2008_gb.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=Lz6q7THg8BQ
http://cdlfbari.cloud.ba.infn.it/wp-content/uploads/file-manager/CIF/Triennale/Tesi%20di%20laurea/09-
10-CIANI%20Giovanni.pdf
https://it.wikipedia.org/wiki/Radioterapia
