Littérature scientifique sur le sujet « Ionizzanti »

Le tecniche di imaging invasivo e non invasivo stanno assumendo un ruolo sempre più importante nella valutazione diagnostica e prognostica delle malattie cardiovascolari. La crescente consapevolezza dell’uso e dei possibili effetti collaterali da radiazioni ionizzanti, sia sui pazienti che sugli operatori, ha stimolato l’introduzione di nuovi protocolli e lo sviluppo di nuove tecnologie per ridurre la quantità di dose erogata, mantenendo inalterata la qualità finale dell’esame in oggetto. Scopo di questa review è quello di analizzare da un punto di vista clinico e tecnico le strategie migliori per ottimizzare la strategia diagnostica riducendo al massimo l’esposizione di pazienti ed operatori.

Viene esaminata l'utilità clinica della risonanza magnetica nella patologia orbitaria con particolare riguardo ai vantaggi, alle limitazioni, alle indicazioni e controindicazioni della metodica. Come è noto, la RM consente uno studio multiplanare e non invasivo delle orbite (non fa uso di radiazioni ionizzanti); inoltre, recenti progressi tecnologici hanno introdotto bobine di superficie sempre più efficienti e sequenze d'impulsi più sofisticate a tutto vantaggio della durata dei tempi di scansione, della risoluzione spaziale e di contrasto. Nella patologia del globo oculare, la RM è impiegata soprattutto nella diagnostica differenziale tra melanomi melanocitici della coroide e lesioni simulanti specialmente nei casi dubbi qualora non vi sia una concordanza tra reperti clinici, oftalmoscopici, ecografici oppure non sia conservata la trasparenza dei mezzi diottrici. La presenza di una sostanza paramagnetica come la melanina, conferisce infatti al melanoma un caratteristico comportamento di segnale: elevata intensità nella sequenza T1-dipendente e bassa intensità in quella T2-dipendente. Per quanto riguarda la patologia extrabulbare intraconica, la RM ha assunto un ruolo di primaria importanza nella diagnostica delle lesioni del nervo ottico e delle guaine meningee che lo avvolgono (plac-che di demielinizzazione, glioma, meningioma periottico). Nella patologia del cono muscolare (oftalmopatia di Graves) la RM ha dimostrato un'affidabilità equivalente a quella della TC; tuttavia, poiché la RM non fa uso di radiazioni ionizzanti, è metodica più idonea soprattutto nel caso di controlli seriati nel tempo in considerazione del fatto che il cristallino è un organo critico. Nell'ambito della patologia intra-extraconica, la RM può consentire, sulla base dell'analisi del segnale, una diagnosi differenziale tra pseudotumor infiammatorio (bassa intensità di segnale nella sequenza Spin-Echo T2-dipendente) e linfoma o metastasi orbitarie (elevato segnale nella sequenza Spin-Echo T2-dipendente) anche se è possibile che alcuni tipi di linfoma, il mieloma e certe metastasi (neuroblastoma) presentino un comportamento di segnale uguale a quello dello pseudotumor infiammatorio. Inoltre, grazie alla intrinseca sensibiltà ai fenomeni di flusso, la RM permette di dimostrare, in caso di patologia vascolare, le anomalie di decorso e di calibro dei principali vasi sanguigni orbitari (varici orbitarie, fistole carotido- cavernose ecc.) nonchè l'eventuale presenza di trombosi endoluminali. Infine, nonostante le limitazioni della RM nella valutazione delle alterazioni della compatta ossea, la metodica ha dimostrato una buona affidabilità anche nello studio delle più frequenti patologie che interessano primitivamente o secondariamente le pareti orbitarie (mucocele, tumori dei seni paraorbitari, metastasi, meningioma della grande ala sfenoidale). In questi casi la RM dimostra direttamente non solo la formazione espansiva ed i suoi rapporti con le strutture endoorbitarie, ma anche le alterazioni ossee associate. In conclusione si può affermare che, nonostante il ruolo preciso della RM nello studio della patologia orbitaria non sia ancora pienamente stabilito, questa metodica è oggi in grado di fornire, in certe situazioni patologiche, delle informazioni che non sono altrimenti disponibili.

L’ecostress si basa sulle alterazioni della cinetica regionale ed è oggi in una posizione centrale nella pratica cardiologica, con una indicazione di classe 1 per la diagnosi di coronaropatia nelle linee guida europee e americane. I test funzionali dovrebbero però esplorare anche altri aspetti della vulnerabilità fisiopatologica e prognostica del paziente, non solo la stenosi coronarica e l’ischemia inducibile. Nel protocollo stato dell’arte, lo stress eco valuta 5 diversi bersagli fisiopatologici che convergono concettualmente e logisticamente nel protocollo ABCDE. Lo step A valuta la cinetica regionale con eco bidimensionale. Lo step B valuta la congestione polmonare con le linee B all’eco polmonare. Lo step C valuta la riserva contrattile con la volumetria del ventricolo sinistro. Lo step D valuta il microcircolo coronarico con il Doppler pulsato nella coronaria discendente anteriore medio-distale. Lo step E valuta la risposta in frequenza mediante ECG. Sono finestre diagnostiche su 5 diverse riserve funzionali in un solo test: coronarica epicardica (A), diastolica (B), contrattile (C), coronarica microcircolatoria (D) e simpatica (E). Lo stress eco con protocollo ABCDE è ecumenico (adatto a tutti gli stress) e onnivoro (adatto a tutti i pazienti). L’ecocardiografia è ubiquitaria e democratica (disponibile ovunque e a chiunque), e si basa su una tecnologia sostenibile, perché a basso costo, senza radiazioni ionizzanti, e con minimo impatto ambientale.

Lo studio RM della regione sellare si avvale di una tecnica ormai standardizzata; le sequenze abitualmente realizzate sono Spin-Echo ponderate in T1 (SE T1W) (TR = 550, TE = 20, 4 acquisizioni), Field of view (FOV) <20 cm, matrice 256, secondo piani coronali e sagittali, con sezioni di 3 mm di spessore. Sezioni di spessore sottile, con alta matrice e FOV ridotto, dotate di buon rapporto segnale rumore potevano essere prodotte fino a poco tempo fa solo da apparecchi ad alto campo magnetico, ma attualmente anche dai più recenti apparecchi 0,5 T. Le sequenze Densità Protonica e T2W sono generalmente limitate allo studio di lesioni ad estensione extrasellare. I mezzi di contrasto paramagnetici vengono utilizzati sempre più frequentemente come completamento della indagine allo scopo di aumentare la sensibilità nei confronti di patologie di piccole dimensioni, introdurre ulteriori elementi di specificità e permettere una miglior delimitazione delle lesioni rispetto alle strutture viciniori. Sequenze Gradient Echo 3D, con acquisizione volumetrica, appaiono secondo i primi risultati molto promettenti 18in quanto permettono di ottenere sezioni di spessore fino ad 1 mm, ralmente contigue e senza effetti di interferenza o di volume parziale tra fette adiacenti, con possibilità di ricostruire successivamente immagini secondo piani diversi dalla orientazione originaria. In sintesi è stato possibile ottenere una buona risoluzione spaziale, necessaria per lo studio della sella e del suo contenuto, in una metodica caratterizzata da alta risoluzione di contrasto, dalla multiplanarità e dalla assenza di artefatti da osso e da amalgami dentari oltre che di radiazioni ionizzanti. Per queste ragioni la RM è attualmente l'esame di prima scelta nello studio delle patologie della regione sellare.

Esistono diversi sistemi di indagine della pervietà delle vie lacrimali (sondaggio, dacrioscintigrafia, dacriografia, dacrioTC). I sistemi suddetti presentano alcuni svantaggi, quali l'uso di radiazioni ionizzanti e la mancata ottimale valutazione dei tessuti molli circostanti. Valutazioni anatomo-patologiche hanno documentato la tollerabilità del Gd-DTPA da parte delle cellule endoteliali vascolari e dell'epitelio corneale stesso. Scopo del lavoro è quello di valutare la sensibilità della RM nella valutazione del normale ed anormale deflusso lacrimale mediante istillazione per via topica nel sacco congiuntivale di Gd-DTPA. Sono stati esaminati 6 volontari sani e 14 pazienti affetti da patologia ostruttiva delle vie lacrimali (stenosi secondaria a flogosi, mucocele, fibrosi post-chirurgica), preventivamente valutata mediante dacriocistografia o dacriocistoscintigrafia. L'indagine RM è stata effettuata mediante unità operante a 0.5T. Il mezzo di contrasto paramagnetico è stato diluito in concentrazioni dell'1% con lacrima artificiale e sono state istillate 5 gocce per sacco congiuntivale. In 4 pazienti è stata effettuata anche una incannulazione del canalicolo lacrimale inferiore. In nessuno dei volontari sani o dei pazienti esaminati è stato rilevato alcun disturbo obiettivo o soggettivo nei confronti della congiuntiva e cornea, né irritazione oculare. Nei 6 volontari sani le sequenze T1 ponderate hanno dimostrato la visualizzazione del sacco lacrimale e delle vie lacrimali. Nei pazienti con patologia ostruttiva, in 2 casi si è dimostrata una pervietà parziale delle vie lacrimali, con impcrvietà completa nei rimanenti pazienti. La dacriocistografia con RM ed uso del Gd-DTPA semplicemente istillato nel sacco congiuntivale costituisce una metodica innocua. In considerazione della frequente necessità di effettuare nei pazienti con patologia ostruttiva delle vie lacrimali un bilancio RM orbitario e dell'ottimale valutazione dei tessuti molli mediante RM, la dacriocistoscintigrafia per istillazione potrebbe costituire una interessante tecnica da aggiungere all'esame standard dell'orbita. La diluizione del mezzo di contrasto (1cc Gd-DTPA: 100 cc lacrima artificiale) ne minimizza peraltro le spese.

La TC si rivela di particolare utilità nello studio delle metastasi spinali che coinvolgono i tessuti molli paravertebrali, lo scheletro del rachide e lo spazio epidurale. L'esecuzione della TC prevede uno scout view o topogramma di localizzazione, sul quale si scelgono dei piani assiali focalizzati su un particolare livello. Le scansioni devono essere acquisite e documentate in modo da poter visualizzare sia le parti molli che le strutture scheletriche. Nelle maggior parte dei casi è sufficiente l'esame TC diretto; talora possono essere utili la TC dopo mezzo di contrasto per via endovenosa o la mielo-TC, come pure le ricostruzioni elettroniche su piani diversi da quello assiale. L'aspetto TC delle metastasi vertebrali, che sono le più frequenti, è multiforme e comprende l'osteolisi (che può essere lacunare, a tarlatura o infiltrativa), l'osteosclerosi (che può presentarsi sotto forma di orletto sclerotico, di nodulo sclerotico o di sclerosi diffusa), le deformazioni e i crolli vertebrali (che derivano dall'infiltrazione del tessuto osseo normale da parte del tessuto neoplastico, con conseguenti fratture patologiche) e lo sconfinamento extravertebrale nelle parti molli pre e paravertebrali e verso lo speco vertebrale. Le metastasi vertebrali presentano inoltre aspetti caratteristici per sede rachidea (più spesso multiple e a livello lombare) e localizzazione nell'ambito della singola vertebra (interessamento preferenziale del corpo vertebrale). Nella diagnostica delle metastasi vertebrali, la TC presenta sia vantaggi che limiti. I vantaggi, dovuti all'assenza di fenomeni di sovrapposizione, sono rappresentati dall'ottima dimostrazione di lesioni in «sedi difficili» per la radiologia convenzionale (peduncoli, processi trasversi o passaggio lombo-sacrale), dall'esatta valutazione della presenza e del numero delle lesioni, dalla migliore definizione della natura delle lesioni (valutazione densitometrica e potenziamento delle lesioni solide dopo mezzo di contrasto) e dal bilancio di estensione. I limiti della TC sono rappresentati dall'esposizione alle radiazioni ionizzanti, dalla qualità talora subottimale delle ricostruzioni elettroniche, dalla scarsa panoramicità e dall'insufficiente sensibilità (soprattutto per lesioni con estensione all'interno dello speco vertebrale) e specificità. La TC si pone in una posizione di passaggio tra le indagini cosiddette di primo livello, con scopi meramente diagnostici, e quelle di secondo livello, con finalità terapeutiche. La TC è utile, soprattutto per le lesioni ossee, nella valutazione morfologico-volumetrica della/e metastasi, nella definizione dell'estensione extravertebrale delle lesioni, nella guida alle biopsie e nell'eventuale controllo dopo radioterapia e riveste inoltre un ruolo importante nella pianificazione di ulteriori provvedimenti terapeutici (interventi chirurgici di decompressione e radioterapia).

Nella presente nota, studiamo (paragr. 1 e 2), quale completamento<br />della teoria della fotoionizzazione in atmosfera non isoterma, considerata<br />in altra nota (M che qui indicheremo con la sigla M, l'effetto<br />della curvatura terrestre sulla intensità di ionizzazione (e quindi sulla<br />densità elettronica) nei due casi in cui il gradiente verticale di temperatura<br />sia costante in tutto l'intervallo di quote considerato (caso<br />questo studiato da Gledhill e Szendrei (2 ) solo in condizioni stazionarie<br />e trascurando l'effetto della curvatura terrestre) e in quello in<br />cui il gradiente ha un valore costante e positivo con la quota fino a<br />una quota c e valore zero per quote superiori. Deduciamo inoltre<br />(paragr. 3) delle espressioni approssimate per la densità elettronica stabilendone<br />i limiti di validità e di applicabilità alla interpretazione dei<br />dati sperimentali; stabiliamo infine (paragr. 4) una relazione di validità<br />generale, nel caso stazionario e per un generico andamento della<br />temperatura con la quota, tra densità elettronica, coefficiente di ricombinazione<br />generalizzato, densità di materia e coefficiente di assorbimento<br />della radiazione monocromatica ionizzante

The aim of the study is to measure the electromagnetic fields pollution in some houses of Padova and to compare the values we obtained with limits of current law. The electromagnetic spectrum of interest is that of non-ionizing radiation, conventionally divided in low frequency (range between 0 and 300 Hz) and high frequency (range between 300 Hz and 300 GHz). In the range of low frequency radiation, the most prominent frequencies are 50 Hz, also called ELF (Extremely Low Frequency), used for the power lines that include high and medium voltage power plants, high voltage transmission lines, and substations. Inside the houses there are many sources of low-frequency radiation as well, represented by household appliances and electrical devices connected to low voltage line; recently, photovoltaic systems have been spreading in houses too. The main sources of external high frequency electromagnetic fields are fixed radiofrequencies transmitters like broadcast transmitters, mobile phone base stations, satellite systems, Wi-Fi systems, radars, etc. However, over the past 20 years the use of high-frequency devices which are very common in our houses, such as microwave ovens, cellular phones, cordless phones, Wi-Fi routers, baby-call monitors, energy saving light bulbs, alarm and anti-theft systems has increased exponentially. So we performed the magnetic field measurement inside the houses, evaluating the contribution of both internal and external sources. The measurements have been performed with the hand-held broadband analyzer of electromagnetic fields PMM 8053: using different probes, this instrument covers a range from 5 Hz to 40 GHz. For continuous measurements of low frequency electromagnetic fields, we used the Emdex II and Emdex Lite meters, which cover the frequency ranges between 40 and 800 Hz and 40 Hz and 1 kHz respectively. In order to evaluate the radiation emissions from household appliances, we measured the electromagnetic fields both near the sources and at different distances. On the contrary, to quantify the indoor pollution due to external sources (power lines, transformer stations, base radio-stations), we extended the measurements to 24 hours at least. The data obtained show that inside sources of high frequency electromagnetic fields produce quite high intensity electric fields, when measured nearby the sources (10 cm); these values in fact decrease dramatically with the distance from the source. However the values we measured never exceeded the limits set by the European Community Council Recommendation of 12 July 1999. It is useful to remember that this limit value only refers to radio frequencies effects experimentally tested, such as rising temperature in biological tissues. With regard to long-term effects from exposure to radio frequencies, the scientific scenario still presents contrasting results, so much so that IARC (International Agency for Research on Cancer) classified the use of mobile phones “possible carcinogenic to humans”. However, from a preventive point of view, it is useful to keep a "safety distance" at least when using household appliances with high emissions (eg microwave ovens), or that can be used for several hours a day, such as mobile and cordless phones or Wi-Fi systems. Data on low frequency electromagnetic radiations from household appliances do not show high values, with the exception of those observed in proximity of photovoltaic systems inverters (also over 50 µT). In this case too, the magnetic field intensity is significantly reduced, often close to or below one µT, at a distance of one meter from the source. In any case, the values collected measuring the magnetic fields are lower than the reference value of 100 µT established by the European Community in 1999. Similarly, this value is considered to be protective only for acute effects due to ELF, such as the induction of electric currents in the body. Again, in relation to long-term effects induced by electromagnetic fields, the scientific community has not drawn unambiguous conclusions, although many epidemiological studies evidenced an increased risk of getting myeloid leukemia in children living near the power lines and exposed to ELF levels higher than 0.3-0.4 µT. These findings have led the IARC to take an intermediate position, also classifying ELF as possible carcinogenic to humans. Measurements of electromagnetic fields indoor from external sources, such as mobile phone stations, are considerably low, compared both to the limit values and to the quality value of 6 V/m; moreover, they are negligible when compared to those emitted by wireless household devices, as mentioned above. On the other hand, the magnetic field values measured in houses placed under or near electric power lines, are not negligible at all: even if they are lower than the limit value of 100 µT and the attention value of 10 µT, they are close to the quality value of 3 µT. Once again, from a preventive point of view, keeping a safety distance from power lines, or laying them underground, may be useful to reduce the possible long-term effects associated with exposure to low frequency electromagnetic fields.
Lo scopo dello studio è quantificare l’inquinamento domestico da campi elettromagnetici in un campione di abitazioni all’interno del comune di Padova e di confrontarlo con i limiti di legge attualmente in vigore. Lo spettro elettromagnetico di interesse è quello delle radiazioni non ionizzanti caratterizzate da frequenza compresa tra 0 e 300 GHz. Di queste distinguiamo, per convenzione, le radiazioni elettromagnetiche a bassa frequenza comprese tra 0 Hz e 300 Hz e le alte frequenze tra 300 Hz e 300 GHz. Nell’ambito delle radiazioni a bassa frequenza quelle di maggior interesse sono le radiazioni con frequenza pari a 50 Hz chiamate anche ELF (Extremely Low Frequency), proprie della corrente alternata della rete elettrica. Quest’ultima comprende nell’ambiente esterno le linee ad alta e media tensione ossia le centrali elettriche, gli elettrodotti, e le cabine di trasformazione. All’interno delle abitazioni vi sono poi molteplici fonti di radiazioni a bassa frequenza rappresentate dagli elettrodomestici e dai dispositivi elettrici in genere collegati alla linea di bassa tensione; negli ultimi anni nelle abitazioni si stanno diffondendo nuovi dispositivi in grado di emettere radiazioni a bassa frequenza, quali gli inverter degli impianti fotovoltaici. Le principali fonti di campi elettromagnetici ad alta frequenza, esterne alle abitazioni, sono gli impianti di readiotelecomunicazione, le stazioni radio-base per la telefonia mobile, gli impianti satellitari, i sistemi wi-fi, i radar ecc. In ambiente domestico, invece, è interessante rilevare che, negli ultimi vent’anni, è andato aumentando in maniera esponenziale l’utilizzo di apparecchi emettitori di onde ad alta frequenza di uso assai comune quali forni a microonde, telefoni cellulari, telefoni cordless, router wi-fi, baby-call, lampadine a basso consumo, sistemi di allarme ed antifurto. Durante lo studio sono state condotte misure di campi elettromagnetici sia ad alta che a bassa frequenza all’interno delle abitazioni, valutando il contributo sia delle fonti interne, che da quelle esterne ad esse. La strumentazione utilizzata è costituita dall’analizzatore portatile di campi elettromagnetici a banda larga PMM 8053 che, collegato a sonde diverse, è in grado di coprire un range tra i 5 Hz e i 40 GHz. Per le misure in continuo di campi elettromagnetici a bassa frequenza, sono invece stati utilizzati i misuratori Emdex II ed Emdex Lite, che coprono intervalli di frequenza compresi tra 40 e 800 Hz e tra 40 Hz e 1 kHz rispettivamente. Al fine di valutare l’andamento dell’irraggiamento nell’intorno di apparecchi interni alle abitazioni, sono state pianificate misurazioni a distanze crescenti dalla fonte di emissione. Viceversa le misure mirate a quantificare l’inquinamento domestico dovuto alle fonti esterne alle abitazioni (elettrodotti, cabine di trasformazione, stazioni radio-base) hanno richiesto un campionamento di tipo fisso, della durata di almeno 24 ore. I valori ottenuti misurando radiazioni elettromagnetiche a bassa frequenza da sorgenti presenti all’interno delle abitazioni, quali gli elettrodomestici di uso comune, non sono significativamente alti. Fanno eccezione quelli relativamente elevati (oltre 50 µT) riscontrati in prossimità degli inverter degli impianti fotovoltaici che comunque si riducono a valori inferiori o prossimi all’1 µT, già ad un metro di distanza dall’inverter stesso. Analizzati nel loro insieme i dati raccolti nella misurazione dei campi magnetici domestici risultano inferiori al valore di riferimento di 100 µT stabilito dalla Comunità Europea nel 1999. Tale valore è da considerarsi protettivo rispetto ai soli effetti acuti dovuti agli ELF, quali l’induzione di correnti elettriche all’interno dell’organismo. Riguardo agli effetti a lungo termine indotti dai campi elettromagnetici a bassa frequenza, la comunità scientifica non è giunta a conclusioni univoche, sebbene siano noti da diversi anni gli studi internazionali che evidenziano un aumentato rischio di sviluppare leucemia infantile nelle popolazioni esposte a ELF superiori agli 0,3-0,4 µT emessi dagli elettrodotti. Tali riscontri hanno indotto l’International Agency for Research on Cancer (IARC) ad assumere una posizione prudenziale, classificando gli ELF come possibili cancerogeni per l’uomo. I dati ottenuti in relazione alle sorgenti di campi elettromagnetici ad alta frequenza presenti nelle abitazioni da noi considerate evidenziano intensità di campi elettrici non irrilevanti, se misurati in prossimità della fonte (distanza di 10 cm). Come atteso, i valori ottenuti decrescono drasticamente allontanandosi dalla sorgente e non superano in ogni caso i valori di riferimento, posti dalla Raccomandazione del Consiglio della Comunità Europea del 12 luglio 1999. Ancora una volta, tali valori limite fanno riferimento ai soli effetti acuti sperimentalmente testati, quali l’innalzamento di temperatura nei tessuti biologici indotto dalle radiofrequenze. Per quanto riguarda gli effetti a lungo termine dovuti all’esposizione a radiofrequenze, la letteratura scientifica riporta risultati discordi, tanto che la IARC si è recentemente espressa mantenendo una posizione possibilistica relativamente al rapporto tra radiofrequenze prodotte dai telefoni cellulari e neoplasie. In quest’ottica viene proposta una strategia cautelativa di assunzione di “distanze di sicurezza” almeno rispetto a quegli apparecchi le cui emissioni risultano più elevate (es. forni a microonde) o il cui utilizzo può essere protratto per diverse ore al giorno, come nell’utilizzo di telefoni cellulari o cordless o per i sistemi wi-fi. Un altro aspetto importante considerato del presente studio è rappresentato dall’irraggiamento percepito nelle abitazioni di campi elettromagnetici generati da sorgenti esterne ad esse. Le sorgenti a bassa frequenza considerate nello studio cono state le cabine di trasformazione e gli elettrodotti. I valori di campo magnetico misurati nelle abitazioni poste sotto o in prossimità degli elettrodotti risultano non trascurabili, pur sempre inferiori al limite di 100 µT e al valore di attenzione di 10 µT stabiliti dalla norma, ma prossimi in alcuni casi all’obiettivo di qualità di 3 µT. Sempre in un’ottica cautelativa, l’assunzione di distanze di sicurezza nell’istallazione delle linee dell’alta tensione, o il loro interramento, possono costituire azioni utili al fine di ridurre i possibili effetti a lungo termine legati all’esposizione a campi elettromagnetici a bassa frequenza. Per valutare l’inquinamento domestico da campi elettromagnetici ad alta frequenza dovuto a fonti esterne, sono state condotte misure in abitazioni poste in prossimità delle stazioni radio-base per la telefonia mobile. I valori ottenuti risultano decisamente contenuti, sia rispetto ai valori limiti stabiliti dalla legge, che all’obiettivo di qualità di 6 V/m. I valori misurati in queste condizioni sono peraltro del tutto trascurabili se paragonati a quelli emessi dagli apparecchi wireless o a microonde di uso comune, presenti nelle nostre abitazioni, a cui è stato precedentemente accennato.

Skin is a target organ for crucial side-effects of radiotherapy and the early effects on epidermis remain to be fully elucidated. Organotypic cultures of human skin can help in defining the early effects difficult to study in humans. To characterize our model, we performed a keratinocyte proliferation analysis in a time course study and then in irradiated samples. We evaluated the effects on terminal differentiation, intercellular adhesion and apoptosis by immunofluorescence and ultrastructural analysis. Bioptic fragments (n=8) were obtained from cosmetic surgery of young healthy women, cultured in Transwell, and harvested 24 or 48 hours after exposure to a single 2 Gy dose of gamma-rays. Epidermal proliferation progressively decreased in the time course study and significantly inhibited 24 hrs after gamma-rays. Patterns of CK10, INV, Dsg1 and Dsc1 proteins distribution were comparable in all samples. P53 was similarly detected in scattered positive keratinocytes in the spinous layer of 24 hrs samples, whilst in 48 hrs irradiated samples was expressed starting from basal layer. TEM analysis indicated that no desmosomal ultrastructural modifications occurred. In 24hrs irradiated skin the basal layer was undamaged but a condensation of intermediate filaments and apoptosis were evident in the upper spinous layers. In 48hrs irradiated skin apoptotic nuclei started from the basal layer. The epidermal homeostasis is rapidly altered by a single clinical dose of gamma-rays.

In questo lavoro di tesi sono state studiate le proprietà di intrappolamento e luminescenza dei difetti di punto nel quarzo. Tali proprietà sono usate in dosimetria retrospettiva al fine di valutare età archeologiche di reperti ceramici, età geologiche di sedimenti e radiazioni assorbite in casi di incidenti nucleari. Lo studio vuole fare chiarezza sui meccanismi specifici che governano tali proprietà nel quarzo. Nonostante il materiale sia arcinoto e già esistano applicazioni di questo materiale nei campi citati, queste ultime si basano su metodi empirici ed una teoria che possa spiegare e prevedere nel dettaglio le emissioni del quarzo è ancora incompleta. Per fare ciò, sono state sfruttate sia tecniche di luminescenza indotte, direttamente o indirettamente, da radiazioni ionizzanti quali termoluminescenza (TL) e radioluminescenza (RL), sia una tecnica che studia i difetti paramagnetici, o in generale elettroni non accoppiati, ovvero la risonanza paramagnetica elettronica (EPR). TL e RL infatti non sono in grado da sole di poter identificare quali difetti siano responsabili delle emissioni del quarzo, ma è possibile cercare correlazioni usando tecniche che invece possono osservare direttamente tali difetti, come appunto la tecnica EPR. Correlando dati di TL ed EPR è stato possibile identificare impurezze di germanio con elettroni intrappolati, in particolare le trappole per elettroni [GeO4]- e [GeO4/Li+]0, come responsabili di emissioni di TL, i cosiddetti picchi a 110 °C e 375 °C. Nel corso dello studio è stato inoltre possibile individuare un'anomalia nella stabilità termica di uno di questi centri germanio, responsabile per il picco a 110 °C, confermando comunque la correlazione tra i due segnali ma sollevando nuove possibili criticità nelle applicazioni a fini di datazione e dosimetria. Tramite gli studi EPR è stato inoltre possibile individuare nuovi centri paramagnetici mai riportati in letteratura e ne è stata caratterizzata la stabilità termica. Uno di essi è stato assegnato a un centro compensato con idrogeno interstiziale, mentre gli altri ancora necessitano una precisa assegnazione. È stata inoltre studiata la stabilità termica di centri legati a impurezze di titanio e alluminio al fine di cercare possibili correlazioni con proprietà di luminescenza. Delle possibilità sono state proposte, ma sono necessari ulteriori studi riguardo questo specifico punto. Tramite RL e TL è stato mostrato inoltre come le lunghezze d'onda di emissione del quarzo siano molto dipendenti dal tipo di campione studiato e dalla sua storia termica. In particolare, tramite TL risolta in lunghezza d'onda è stato possibile mostrare come le proprietà dei campioni studiati non siano in accordo con alcuni modelli teorici pubblicati in letteratura. Lo studio ha consentito di proporre un'alternativa, seppur finora come modello qualitativo. Tale proposta sostiene che possano esistere correlazioni spaziali tra diversi difetti di punto nel quarzo, consentendo ricombinazioni specifiche senza l'ausilio delle bande di conduzione e valenza del materiale. Benché lo studio sia ben lontano dall'aver trovato una descrizione completa nei comportamenti del quarzo, nuovi importanti tasselli sono stati aggiunti ai decenni di studi pubblicati, avvicinando la comunità scientifica al traguardo finale della comprensione dei processi di luminescenza di questo materiale.
In this thesis work, the trapping and luminescence properties of point defects in quartz have been studied. Such properties are used in retrospective dosimetry in order to evaluate the age of archaeological artefacts, the age of geological sediments and the absorbed radiation in the event of nuclear accidents. The study aims at clarifying the specific mechanisms that rule such properties in quartz. Despite being quartz a well-known material and many applications in the aforementioned fields already existing, these are based on empirical methods and a theory that can explain and predict the emissions in quartz in a detailed way is still incomplete. To do so, two luminescence techniques are used, both induced, directly or indirectly, by ionizing radiation such as thermoluminescence (TL) and radioluminescence (RL), and a technique to study paramagnetic defects, or in general unpaired electrons, that is electron paramagnetic resonance (EPR). In fact, TL and RL alone are not enough to directly identify the defects that are responsible for such emissions, but it is possible to try to correlate their data with other techniques that can directly observe such defects, such as EPR. By correlating TL and EPR data, germanium related centres with trapped electrons, specifically [GeO4]- and [GeO4/Li+]0, have been identified as responsible for the TL emissions known as the peaks at 110 °C and 375 °C. At the same time, it was also possible to identify an anomaly in the thermal stability of one of these germanium centres, responsible for the 110 °C peak, confirming the correlation of the two signals, TL and EPR, but also raising new potential critical issues in the applications for dating and dosimetry. Through EPR studies, new unreported paramagnetic centres have been identified and their thermal stability has been characterized. One of them has been assigned to a centre compensated by interstitial hydrogen, while the others are still lacking a precise labelling. The thermal stability of titanium and aluminium related centres has also been studied, in search of possible correlations with luminescence properties. Some proposals have been advanced, but further studies are needed for this last specific point. Through RL and TL, it has been shown how the emission wavelengths in quartz are very sample dependent and how they are influenced by the thermal history of the studied sample. Specifically, through wavelength resolved TL it was possible to show how the properties of the studied samples do not agree with some published theoretical models. The study was able to propose an alternative, although so far just at a qualitative level. Such proposal claims that there may be spatial correlations between point defects in quartz, allowing specific direct recombination with no passage in the conduction and valence bands of the material. Despite this study is far from having found a complete description of quartz behaviour, new important steps have been added to the huge specific literature, contributing to a deeper comprehension of the luminescence properties of this material.

Valutazione della possibilità di realizzare un macchinario radiologico che presenti al suo interno schermature di protezione contro le radiazioni ionizzanti prive di piombo (lead-free), materiale tossico e nocivo per gli individui. A questo scopo la scelta è ricaduta su tecnopolimeri radiopachi, i quali presentano le stesse caratteristiche schermanti del piombo attualmente utilizzato. Su questi tecnopolimeri sono stati effettuati test di varia natura, per andare a valutare se le loro prestazioni risultassero soddisfacenti sia dal punto di vista della radiopacità che della durata nel lungo periodo (attraverso prove accelerate).

The assessment of the risk for biological damage of an individual after overexposure to ionizing radiation due to an accident or a terroristic attack passes through the evaluation of the absorbed dose received from the person/s involved. This evaluation, corresponding also to how dangerous the overexposure is, using methodologies typical of the biological dosimetry, is done with the help of reference calibration curves and it presumes that all individuals exposed have the same individual radiosensitivity, which is true when the biological system into account are human lymphocytes of the peripheral blood (PBL). It supposes that a certain dose of radiation produces the same quantity of variation (chromosomal aberrations) in that biological system in all the exposed. The goal of this Ph.D. thesis is the application of various cytogenetic methodologies to detect in a reliable and possibly fast way chromosomal aberrations non stable (dicentrics and centromeric rings) in the lymphocytes of the human peripheral blood after gamma irradiation and the construction of calibration curves dose effect able to give rapidly a response of the absorbed dose in case of radiation accident. The time needed to give a reliable response on the absorbed dose is crucial and this is especially true in radiation emergency medicine. The objective was to standardize, develop and apply sophisticate, sensitive and reliable methodologies for the estimation of the absorbed doses after accidental gamma radiation overexposures for radiation protection purposes. Specifically, in the present study the following were performed: I. Application of the classic “golden standard” methodology of biological dosimetry which provides stimulation of the lymphocytes and Giemsa staining of the chromosomes at mitosis II. Development, consolidation and application of original methodologies in biological dosimetry using fluorescence in situ hybridization (FISH) and peptide nucleic acid (PNA) probes for painting specifically chromosome telomers and centromeres III. Application and consolidation of the method of premature chromosome condensation (PCC) where no stimulation at lymphocytes is needed IV. Development of a fast, sensitive and reliable methodology, absolutely original in the field of biological dosimetry for dose evaluation combining the PCC method with the FISH using PNA probes for centromers and telomers V. Construction for all the above methodologies, using in vitro experiments, of calibration curves dose-effect where unstable chromosomal aberrations where plotted against gamma dose given. The dose interval investigated was between 0.3 Gy and 8 Gy; more than 12.500 slides with metaphases and interphases were scored using Microscopic analysis of chromosome aberrations. Dose effect curves are linear quadratic and for their construction a minimum of 500 cells or 100 dicentrics per dose were analysed. The Poisson distribution of the chromosomal aberrations was tested for every dose and the coefficients alpha and beta of the linear quadratic equation, their errors and p value were calculated. Finally, all calibration curves obtained with the different methodologies were compared and the advantages of each methodology reported.
Per valutare il rischio di danno biologico di un individuo dopo una sovraesposizione alle radiazioni ionizzanti, un incidente o un’azione terroristica che coinvolge le radiazioni è indispensabile valutare la dose assorbita dalla persona esposta. La valutazione della dose assorbita e quindi della pericolosità di una sovraesposizione utilizzando metodologie di tipo biodosimetrico tramite curve di riferimento, presuppone che gli individui della popolazione presentino la stessa sensibilità alle radiazioni ionizzanti. Presuppone cioè che una determinata dose di radiazioni della stessa qualità produca lo stesso numero di aberrazioni cromosomiche a tutti i membri della popolazione. E’ anche noto che tra i membri della popolazione esiste una variabilità nella radiosensibilità e che esistono persone particolarmente radiosensibili. Argomento di questa tesi di dottorato è l’applicazione di varie metodiche citogenetiche per individuare aberrazioni cromosomiche non stabili, cromosomi dicentrici ed anelli con centromero nei linfociti T del sangue periferico (PBL) umano, formatisi in seguito ad esposizione a radiazioni ionizzanti da sorgente gamma emittente, nonché la costruzione di curve di calibrazione dose-effetto che possono, in caso di sovraesposizione, dare una risposta rapida ed affidabile sulla dose assorbita. La valutazione di tale dose, in caso di incidente, è di fondamentale importanza per la radioprotezione dei lavoratori che operano con radiazioni ionizzanti e, in caso di esposizione, per la popolazione. Di grande rilevanza è anche l’affidabilità e il tempo in cui tale valutazione è ottenuta soprattutto per gli interventi medici di urgenza. Si è proceduto quindi allo sviluppo, consolidamento e applicazione nel campo della dosimetria biologica di metodologie originali, sensibili e affidabili di analisi citogenetica delle aberrazioni cromosomiche (AC) per la valutazione della dose ricevuta da un individuo dopo una sovraesposizione alle radiazioni ionizzanti. Oltre all’applicazione classica della colorazione delle AC con la soluzione in Giemsa, quanto sopra riportato ha riguardato: • sviluppo, consolidamento e applicazione di metodiche originali di dosimetria biologica utilizzando la tecnica dell’ibridizzazione fluorescente in situ (FISH), con sonde peptidiche di acido nucleico (PNA) che colorano i telomeri e il centromero dei cromosomi; • sviluppo e applicazione della metodica della condensazione prematura dei cromosomi (PCC); • sviluppo di una metodica veloce, sensibile ed affidabile, assolutamente originale nel campo della dosimetria biologica, per valutare in poche ore la dose ricevuta da un individuo, ottenuta combinando la metodica della PCC e la tecnica FISH che include sonde peptidiche di acido nucleico (PNA). Con l’applicazione delle varie metodiche si è proceduto alla costruzione di apposite curve di calibrazione ove le aberrazioni cromosomiche riscontrate per cellula (esperimenti in vitro) sono riportate in funzione della dose gamma. Sono stati utilizzati i linfociti di tre donatori sani di età tra i 30 e i 50 anni. L’irraggiamento in vitro è stato effettuato presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN utilizzando una sorgente gamma (gamma beam) di 60Co con rateo di dose di 0,5 Gy/min. L’intervallo di dose, per creare le curve di calibrazione, è stato tra i 0,3 Gy e gli 8 Gy. Sono state analizzate in totale circa 12.500 cellule in metafase e interfase, con l’utilizzo di un microscopio ottico munito di fluorescenza; l’irraggiamento con raggi gamma produce nei cromosomi (dicentrici ed anelli) una distribuzione del danno di tipo Poissoniano (Edwards, 1979). Ogni curva lineare quadratica di dose-effetto è stata costruita analizzando un minimo di 500 metafasi o riscontrando 100 aberrazioni per dose (IAEA, Cytogenetic Dosimetry, 2011). Si è proceduto quindi a controllare, attraverso la verifica del test statistico u-test, che la distribuzione delle aberrazioni nelle metafasi soddisfacesse tale distribuzione per ogni dose utilizzata per costruire le curve di calibrazione; inoltre è stata verificata la corrispondenza del fit con il modello lineare quadratico f = y0+aD+bD2 utilizzando il software SigmaPlot versione 13.0 e sono stati calcolati i coefficienti del modello con i rispettivi errori standard e i valori di p value (livello di significatività assegnato, ossia una misura di evidenza contro l’ipotesi nulla) ottenendo delle stime sulla dose. Quindi, sono state costruite per ogni metodica le curve di calibrazione con limite di confidenza al 95% per stimare l’incertezza sulla dose ricevuta una volta noto il numero di aberrazioni per cellula. Le curve di calibrazione ottenute con le varie metodiche sono confrontate tra loro e discussi i vantaggi delle metodiche utilizzate. Sono state applicate diverse metodologie di dosimetria biologica e sono state costruite curve di calibrazione per ogni metodica. L’equazione per ogni curva è in grado di fornire una valutazione della dose assorbita dall’individuo in caso di esposizione accidentale alle radiazioni ionizzanti. L’applicazione, in dosimetria biologica, della tecnica della Condensazione Prematura dei Cromosomi (PCC) in combinazione con la tecnica dell’ibridizzazione fluorescente in situ (FISH) e le sonde Peptidiche di Acido Nucleico (PNA) è assolutamente originale e pochi Laboratori al mondo la applicano in questo momento. La metodica offre grandi vantaggi di rapidità, accuratezza e sensibilità quando confrontata con quelle convenzionali.

Medulloblastoma (MB) is a paediatric malignant brain tumour, sensitive to ionizing radiations (IR). However radiotherapy has detrimental effects on long-term survivors and the tumour is incurable in a third of patients, due to intrinsic radioresistance. Alterations of the Wnt pathway distinguish a molecular subgroup of MBs and nuclear beta-catenin, indicative of activated Wnt, is associated with good outcome in MB. Therefore there are increasing evidences about Wnt involvement in radio-response: IR induce activation of Wnt signalling with nuclear translocation of beta-catenin in MB cell lines. We studied effects of Wnt pathway activation in a MB cell line with p53 wild-type: UW228-1. Cells were stably transfected with a beta-catenin constitutively active and assessed for growth curves, mortality rate, invasiveness and differentiation. Firstly, activation of Wnt pathway by itself induced a slower cell growth and a higher mortality. After IR treatment, nuclear beta-catenin further inhibited cell growth, increasing mortality. Cell invasiveness was strongly inhibited by Wnt activation. Furthermore, Wnt cell population was characterized by club shaped cells with long cytoplasmic extensions containing neurofilaments, suggesting a neural differentiation of this cell line. These findings suggest that nuclear beta-catenin may leads to a less aggressive phenotype and increases radio-sensitivity in MB, accounting for its favourable prognostic value. In the future, Wnt/beta-catenin signalling will be considered as a molecular therapeutic target to develop new drugs for the treatment of MB.

Medulloblastoma (MB) is a paediatric malignant brain tumour, sensitive to ionizing radiations (IR). However radiotherapy has detrimental effects on long-term survivors and the tumour is incurable in a third of patients, due to intrinsic radioresistance. Alterations of the Wnt pathway distinguish a molecular subgroup of MBs and nuclear beta-catenin, indicative of activated Wnt, is associated with good outcome in MB. Therefore there are increasing evidences about Wnt involvement in radio-response: IR induce activation of Wnt signalling with nuclear translocation of beta-catenin in MB cell lines. We studied effects of Wnt pathway activation in a MB cell line with p53 wild-type: UW228-1. Cells were stably transfected with a beta-catenin constitutively active and assessed for growth curves, mortality rate, invasiveness and differentiation. Firstly, activation of Wnt pathway by itself induced a slower cell growth and a higher mortality. After IR treatment, nuclear beta-catenin further inhibited cell growth, increasing mortality. Cell invasiveness was strongly inhibited by Wnt activation. Furthermore, Wnt cell population was characterized by club shaped cells with long cytoplasmic extensions containing neurofilaments, suggesting a neural differentiation of this cell line. These findings suggest that nuclear beta-catenin may leads to a less aggressive phenotype and increases radio-sensitivity in MB, accounting for its favourable prognostic value. In the future, Wnt/beta-catenin signalling will be considered as a molecular therapeutic target to develop new drugs for the treatment of MB.