Gli effetti delle radiazioni sulle cellule viventi variano a seconda del tipo, dell’intensità dell’esposizione e della cellula. Ai nostri scopi, “radiazione” si riferisce a un’emissione di energia ionizzante, come neutroni, fotoni e particelle cariche di alta energia come i raggi gamma. Esistono diversi tipi, tra cui la radiazione cosmica proveniente dallo spazio, la radiazione terrestre emessa da elementi radioattivi nel terreno e quella prodotta dall’uomo, come quella emessa dalla detonazione di una bomba atomica.
Le cellule viventi in realtà gestiscono una discreta quantità di radiazioni; circa 360 millirems all’anno negli Stati Uniti, per esempio. I millirem, per inciso, sono unità di un dosaggio; sono usati per calcolare i risultati dell’esposizione da cose come i raggi X negli ospedali. Il livello di esposizione letale varia da individuo a individuo e dipende dal tipo di esposizione; una singola esposizione è letale a circa 300,000 millirem, ad esempio, mentre possono essere tollerati dosaggi più elevati se sono il risultato di esposizioni prolungate nel tempo.
A bassi livelli, il danno da radiazioni può essere riparato da cellule viventi senza effetti negativi. Dosi più elevate possono far sterilizzare una cellula o interferire con la capacità di una cellula di riprodursi correttamente, causando mutazioni. Molti tumori, ad esempio, sono collegati all’esposizione alle radiazioni che confonde le cellule, provocandone la mutazione e la riproduzione rapida. A dosi estremamente elevate, le radiazioni causano la morte cellulare, attraverso un processo chiamato termalizzazione, che fondamentalmente cucina una cellula dall’interno verso l’esterno.
L’esposizione può causare danni alle cellule in due modi diversi. Nel primo senso, l’azione di radiazione diretta, danneggia direttamente una molecola; come ad esempio quando le radiazioni interferiscono con una molecola di DNA, causando danni alle cellule. Può anche causare danni indiretti, ionizzando le molecole, trasformandole in composti potenzialmente tossici che interagiscono con molecole sane e causano danni. Ossigeno, idrogeno, azoto e carbonio sono tutti molto vulnerabili alla ionizzazione; sfortunatamente per le cellule viventi, questi elementi costituiscono una grande quantità di un organismo vivente.
A dosi molto elevate, le radiazioni causeranno ingenti danni agli organi e ai tessuti, che è troppo esteso per essere riparato dall’organismo. Ciò provoca la sindrome da radiazioni acute, nota anche come malattia da radiazioni. Questa condizione è spesso estremamente dolorosa e spiacevole e porta alla morte. A dosi più basse, il danno causato può essere a un livello più sottile e può manifestarsi come cancro o attraverso difetti alla nascita causati da danni ai tessuti riproduttivi più avanti nella vita. Alcune cellule sono particolarmente vulnerabili ai danni, in particolare le cellule che si moltiplicano rapidamente; questo è il motivo per cui le donne in gravidanza devono fare attenzione alle fonti di radiazioni, poiché possono danneggiare il feto in via di sviluppo.
Una delle cause più pericolose delle radiazioni sono gli isotopi radioattivi, poiché questi isotopi si accumulano nel corpo ed emettono radiazioni, in contrasto con l’esposizione singola a particelle radioattive come quelle emesse in una radiografia. Per questo motivo, le persone che lavorano intorno agli isotopi radioattivi devono essere molto attenti e quelli utilizzati in procedure come l’imaging medico hanno emivite molto brevi, il che significa che si decompongono rapidamente e sono espresse dal corpo.