Organs and radiosensitivity

The effects of radiation from the organs of our body are very varied, since between the different types of cells and tissues there are
are considerable differences in radiosensitivity.

This depends on a number of factors, such as the type of radiation (UVB and αlpha rays are more harmful to the skin but can not
penetrate more deeply because of their mass; γ-rays are more harmful to the deep organs), the dose of
radiation, the state of hydration and oxygenation of the tissue, the replicating rhythm of tissue cells (labile cells,
stable or perennial), and the anatomical position of the organ.

Hydration and oxygenation status

The more oxygenated and hydrated an organ is, the more radiosensitive it is, since radiation has an ionizing effect.
on the water causing a homolytic splitting with formation of free radicals (H° and OH°) that can affect a
cellular molecule or another molecule of water amplifying the damage to the formation of radical peroxide and peroxide of
hydrogen.

Cellular type

The cell type is also important because, although the time required for mitosis between a cell and
another, it can vary the number of mitoses that a cellular type goes through.
In fact, cells are more radiosensitive during mitosis, since they lack the nucleus and enzymes that envelop DNA during
protein synthesis, factors that play a protective and filtering role; moreover, during mitosis the DNA is superspiralized to
form chromosomes and therefore the energy transferred by the radiation affects multiple DNA structures simultaneously. In
addition, if a radiation affects the cell in phase G2, it will have greater detrimental effects than a radiation that
affects the cell in phase G1, as the time available to repair the damage and prevent death during mitosis
is reduced. For all these reasons, it follows that a cell that divides frequently will result much more radiosensitive and
if irradiated, she'll have a very pronounced chance of dying.

Depth of an organ

Finally the depth of an organ is a protective factor against radiation, therefore deeper organs are,
for this parameter, more radio-resistant.
In the light of these cellular characteristics, the organs can be divided into radio-resistant organs, organs with
intermediate radiosensitivity and radiosensitive organs.

Radio-resistant organs

Radio-resistant organs can only be compromised in their structure by radiation exceeding 5000 Rads.
These organs are: CNS, muscles, kidney, liver and bones. The CNS is extremely radio-resistant because it is characterized by
stable cells, at low proliferative rate, both because protected by the skull, which absorbs and screens most of the
radiation; the muscles, despite hydration and oxygenation, have stable cells, and for this reason are
The kidney, as well as the liver, even though many hydrate, are deep organs, not much
and stable cells; and finally, bones, despite the fact that they have rapidly growing cells and a considerable amount of
hydration, are deeply localized and are covered with hydroxyapatite that shields radiation.

Organs with intermediate radiosensitivity

Organs with intermediate radiosensitivity may be impaired in their structure/function and by radiation.
between 2500 Rads and 5000 Rads.
This category includes growing bones and cartilage (typical of children), skin and vascular endothelium.
Growing bones and cartilages, due to rapid proliferation, have different radiosensitivities compared to
corresponding tissues of the adult. The skin is very superficial and therefore very exposed, and is then characterized by intense
proliferation, however it is keratinized and has a low degree of hydration. The endothelium, on the other hand, is very hydrated and has a low degree of hydration.
oxygenated, but consisting of stable cells.

Radiosensitive organs

The radiosensitive organs are compromised in their structure and function by radiation below 2500 Rads. These organs
include the epithelium of the gastrointestinal mucosa, bone marrow and immune system cells and cells
germinating testicles.
The gastrointestinal epithelium, despite being deeply localized, has a high degree of hydration and is
made up of labile cells, peculiarities that make it radiosensitive; the germinal cells of the testicles are superficial (a
difference of the ovary) and are subjected to very intense mitotic activity; in the same way the bone marrow, although it is
protected from hydroxyapatite, is strongly hydrated and oxygenated: in fact, the hematopoietic system can be considered
the most radiosensitive organ.

Finally, it should be emphasized that the radiosensitivity of a tissue is not an absolute value, but it can vary according to the
physiological and pathological conditions in which the tissue can be found: for example, an oxygen insufflation at the level of
a tumor that is not very radiosensitive, such as a hepatocarcinoma, may make the tissue may be susceptible to radiation; at the same time
so, following a hepatectomy, the hepatocytes increase their proliferative rhythm and therefore will be more sensitive to the
radiation.

Evil from rays

It constitutes a severe syndrome due to the exposure of a large part of the body surface to a high dose of
radiation, below 10000 Rads, since a higher dose would lead to a very rapid death, characterized by
from the inability to highlight clinical manifestations.

It is a biphasic syndrome, as it has an early peak (after 1-2 days) with the cerebrovascular syndrome and a peak
late with gastrointestinal syndrome (around the 5th day after exposure).
In particular, the different syndromes that characterize radiation sickness are: cerebrovascular vascular syndrome, the syndrome
gastrointestinal, hematopoietic syndrome and burns.

Cerebrovascular syndrome

The cerebrovascular syndrome is the first clinical manifestation found, although it is particularly
radio-resistant.
Hypovolemic shock and inspissatio sanguinis, due to vasodilation and increased capillary permeability caused by
by the heat of the radiation, reduce cerebral perfusion, and the brain goes into suffering. In addition, radiation affects
the lipids that make up the myelin sheath of the axons, causing lipid peroxidation: the axons come as follows
demyelinated, and alterations in nerve conduction occur.

Gastrointestinal syndrome

The gastrointestinal syndrome, on the other hand, occurs at a later stage, and involves the epithelial cells in rapid
proliferation of the stomach and intestines. The first lesions on these cells are already visible after 6-12 hours (through
intestinal biopsy), but initially do not result in clinical manifestations, which take place much later than the
(5-6 days) and are frequently the cause of death in the patient.

Radiation causes progressive cellular damage to the gastrointestinal epithelium, accompanied by phenomena
degenerative diseases and impairment of bowel function. More specifically, three types of consequences are identified:

the entry of bacterial flora into the circulation, which exploits the lack of epithelial cells, resulting in bacteremia, and
increased risk of sepsis. In addition, there is a loss of fluids and electrolytes and a lack of absorption of nutrients.

The clinical manifestations are therefore: intense gastrointestinal pain, nausea, vomiting, diarrhea and anorexia with death from
dehydration within 4-5 days.

Radiation burns

Skin burns differ significantly from heat burns. In heat burns, in fact, the skin is damaged.
the most superficial part of the epithelium, while the underlying germination layer is not reached by heat and keeps the epithelium in good condition.
its full regenerative capacity. On the contrary, ionizing radiation, being more penetrating,
reach the rapidly growing germination layer, which becomes the target on which they concentrate most
the harmful effects of radiation: the cells of the malpighian layer die as a result of the direct action of heat,
while the cells of the germination state, the stem cells, die from mitotic death and consequently the damage
is repaired more slowly because the replicative potential of the skin is compromised. The lack
of the superficial layer of the skin makes the patient more susceptible to infections
The damage is also amplified by the vascular alterations that occur during irradiation and that prevent the correct
healing of the lesions.

Haematopoietic syndrome

Haematopoietic syndrome is a severe pancytopenia caused by the extreme sensitivity of the marrow to radiation.
It occurs immediately (6-12 hours after irradiation) but for the first 5/6 days does not provide clinical manifestations. For
moderate irradiation in fact (below 500 RADs) the hematopoietic system has a functional slowdown, maintaining the
its regenerative capacity: the effect of radiation is therefore transient and reversible. However, if the amount of radiation is
relevant, it may cause spinal cord aplasia, with total loss of spinal cord function and clinical manifestations such as
anemia, haemorrhagic diathesis, and immunodeficiency. It should be noted that, immunodeficiency, occurs just when the
patient, because of the gastrointestinal syndrome, presents bacteremia and infections, greatly worsening the situation.

Organi e Radiosensibilità

Gli effetti delle radiazioni degli organi del nostro organismo sono molto vari, poiché tra i differenti tipi cellulari e tessuti vi
sono notevoli differenze di radiosensibilità.

Questa dipende da una serie di fattori, come il tipo di radiazione (raggi UVB e αlfa sono più dannosi per la cute ma non possono
penetrare più profondamente a causa della loro massa; i raggi γ sono più dannosi per gli organi profondi), la dose di
radiazione, lo stato di idratazione e di ossigenazione del tessuto, il ritmo replicativo delle cellule del tessuto (cellule labili,
stabili o perenni), e la posizione anatomica dell’organo.

Stato idratazione e ossigenazione

Più un organo è ossigenato e idratato e più è radiosensibile, dal momento che le radiazioni hanno un effetto ionizzante
sull’acqua determinando una scissione omolitica con formazione di radicali liberi (H° e OH°) che possono colpire una
molecola cellulare o un'altra molecola di acqua amplificando il danno per la formazione di radicale perossido e perossido di
idrogeno.

Tipo cellulare

Anche il tipo cellulare è importante perché, sebbene non possa variare il tempo richiesto per la mitosi tra una cellula e
un'altra, può variare il numero di mitosi a cui un tipo cellulare va incontro.
Infatti, le cellule sono più radiosensibili durante la mitosi, poiché prive di nucleo e degli enzimi che avvolgono il DNA durante
la sintesi proteica, fattori che svolgono un ruolo protettivo e di filtro; inoltre, durante la mitosi il DNA è superspiralizzato a
formare cromosomi e pertanto l’energia trasferita dalla radiazione colpisce più strutture del DNA contemporaneamente. In
aggiunta, se una radiazione colpisce la colpisce la cellula in fase G2, avrà effetti lesivi maggiori rispetto a una radiazione che
colpisce la cellula in fase G1, in quanto il tempo a disposizione per riparare il danno e prevenire la morte durante la mitosi
è ridotto. Per tutti questi motivi, ne deriva che una cellula che si divide frequentemente risulterà molto più radiosensibile e
se sottoposta a radiazioni, avrà una probabilità di andare incontro a morte molto accentuata.

Profondità di un organo

Infine la profondità di un organo è un fattore protettivo nei confronti delle radiazioni, pertanto organi più profondi sono,
per questo parametro, più radioresistenti.
Alla luce di queste caratteristiche cellulari, gli organi possono essere divisi in organi radioresistenti, organi con
radiosensibilità intermedia e organi radiosensibili.

Organi Radioresistenti

Gli organi radioresistenti possono essere compromessi nella loro struttura solo da irradiazioni superiori a 5000 Rads.
Tali organi sono: il SNC, i muscoli, rene, fegato ed ossa. Il SNC è estremamente radioresistente sia perché caratterizzato da
cellule stabili, a basso ritmo proliferativo, sia perché protetto dal cranio, che assorbe e scherma la maggior parte delle
radiazioni; i muscoli, nonostante l’idratazione e l’ossigenazione, presentano cellule stabili, e per tale motivo vengono
annoverati tra gli organi radioresistenti; il rene, così come il fegato, anche se molti idratati, sono organi profondi, poco
ossigenati e con cellule stabili; infine, le ossa, nonostante presentino cellule in rapida proliferazione e una notevole
idratazione, sono localizzate profondamente e sono ricoperte da idrossiapatite che scherma le radiazioni.

Organi con Radiosensibilità intermedia

Gli organi con radiosensibilità intermedia possono essere compromessi nella loro struttura/funzione e da radiazioni
comprese tra i 2500 Rads e 5000 Rads.
Fanno parte di questa categoria le ossa e la cartilagine in accrescimento (tipiche del bambino), la cute e l’endotelio vasale.
Le ossa e le cartilagini in accrescimento, a causa della rapida proliferazione, hanno radiosensibilità differente rispetto ai
corrispondenti tessuti dell’adulto. La cute è molto superficiale e quindi molto esposta, ed è poi caratterizzata da intensa
proliferazione, tuttavia è cheratinizzata ed ha un basso grado di idratazione. L'endotelio invece è molto idratato e
ossigenato, ma costituito da cellule stabili.

Organi radiosensibili

Gli organi radiosensibili sono compromessi nella loro struttura e funzione da radiazioni inferiori ai 2500 Rads. Tali organi
comprendono l’epitelio della mucosa gastrointestinale, il midollo osseo e le cellule del sistema immunitario e le cellule
germinative dei testicoli.
L’epitelio gastrointestinale nonostante sia localizzato profondamente, presenta un elevato grado di idratazione ed è
costituito da cellule labili, peculiarità che lo rendono radiosensibile; le cellule germinative dei testicoli sono superficiali (a
differenza dell’ovaio) e sono sottoposte ad intensissima attività mitotica; allo stesso modo il midollo osseo, nonostante sia
protetto dall’idrossiapatite, è fortemente idratato e ossigenato: infatti, il sistema ematopoietico può essere considerato
l’organo più radiosensibile.

Infine, è da sottolineare come la radiosensibilità di un tessuto non sia un valore assoluto, bensì essa può variare in base alle
condizioni fisiologiche e patologiche nelle quali il tessuto si può trovare: ad esempio, un insufflazione di ossigeno a livello di
un tumore poco radiosensibile, come un epatocarcinoma, può rendere il tessuto può suscettibile alle radiazioni; allo stesso
modo, in seguito a un’epatectomia, gli epatociti aumentano il loro ritmo proliferativo e pertanto saranno più sensibili alle
radiazioni.

Male da raggi

Costituisce una grave sindrome dovuta all’esposizione di gran parte della superficie corporea ad una elevata dose di
radiazioni, al di sotto dei 10000 Rads, poiché una dose superiore porterebbe ad una morte assai rapida, caratterizzata
dall’impossibilità di evidenziare manifestazioni cliniche.

È una sindrome bifasica, in quanto presenta un picco precoce (dopo 1-2 giorni) con la sindrome cerebro-vascolare e un picco
tardivo con la sindrome gastrointestinale (attorno al 5° giorno dopo l’esposizione).
In particolare, le diverse sindromi che caratterizzano il male da raggi son: la sindrome cerebro vascolare, la sindrome
gastrointestinale, la sindrome ematopoietica e le ustioni.

Sindrome Cerebrovascolare

La sindrome cerebrovascolare è la prima manifestazione clinica riscontrabile, nonostante sia particolarmente
radioresistente.
Lo shock ipovolemico e l'inspissatio sanguinis, dovute ad una vasodilatazione e aumentata permeabilità capillare causate
dal calore della radiazione, riducono la perfusione cerebrale, e il cervello entra in sofferenza. Inoltre, la radiazione colpisce
i lipidi che compongono la guaina mielinica degli assoni, causando perossidazione lipidica: gli assoni vengono così
demielinizzati, e si verificano delle alterazioni nella conduzione nervosa.

Sindrome gastrointestinale

La sindrome gastrointestinale invece subentra in un secondo momento, e coinvolge le cellule epiteliali in rapida
proliferazione dello stomaco e dell’intestino. Le prime lesioni su queste cellule sono riscontrabili già dopo 6-12 ore (tramite
biopsia intestinale), ma inizialmente non determinano manifestazioni cliniche, le quali subentrano molto più tardivamente
(5-6 giorni) e sono frequentemente causa di morte nel paziente.

Le radiazioni causano un danno cellulare progressivo dell’epitelio gastrointestinale, accompagnato da fenomeni
degenerativi e compromissioni della funzione dell’intestino. Più in particolare, si individuano tre tipi di conseguenze:

l’entrata della flora batterica in circolo, la quale sfrutta la mancanza delle cellule epiteliali, con conseguente batteriemia, e
aumentato rischio di sepsi. Inoltre, si verificano la perdita di fluidi ed elettroliti e un mancato assorbimento di nutritivi.

Le manifestazioni cliniche sono pertanto: intensi dolori gastrointestinali, nausea, vomito, diarrea e anoressia con morte per
disidratazione entro 4-5 gg.

Ustioni da radiazioni

Le ustioni cutanee si differenziano notevolmente dalle ustioni da calore. Nelle ustioni da calore infatti, viene danneggiata la
parte più superficiale dell’epitelio, mentre il sottostante strato germinativo non viene raggiunto dal calore e mantiene
completamente la sua capacità rigenerativa. Al contrario, le radiazioni ionizzanti, essendo maggiormente penetranti,
raggiungono lo strato germinativo in rapida proliferazione, il quale diventa il bersaglio su cui si concentrano maggiormente
gli effetti lesivi delle radiazioni: le cellule dello strato malpighiano vanno incontro a morte per azione diretta del calore,
mentre le cellule dello stato germinativo, le cellule staminali, muoiono per morte mitotica e di conseguenza il danno
superficiale viene riparato con più lentezza, perché il potenziale replicativo della cute viene compromesso. La mancanza
dello strato superficiale della cute rende il paziente più suscettibile alle infezioni
Il danno è inoltre amplificato dalle alterazioni vascolari che avvengono in corso di irradiazione e che impediscono la corretta
guarigione delle lesioni.

Sindrome ematopoietica

La sindrome ematopoietica consiste in una grave pancitopenia causata dall’estrema sensibilità del midollo alle radiazioni.
Insorge immediatamente (6-12 ore dall’irradiazione) ma per i primi 5/6 giorni non fornisce manifestazioni cliniche. Per
irradiazioni moderate infatti (sotto i 500 RADs) il sistema ematopoietico ha un rallentamento funzionale, mantenendo le
sue capacità rigenerative: l’effetto delle radiazioni è perciò transitorio e reversibile. Tuttavia, se la quantità di radiazioni è
rilevante, essa può causare aplasia midollare, con totale perdita di funzionalità midollare e manifestazioni cliniche come
anemia, diatesi emorragica e immunodeficienza. È da sottolineare che, l’immunodeficienza, si manifesta proprio quando il
paziente, a causa della sindrome gastrointestinale, presenta batteriemia e infezioni, aggravando notevolmente la situazione.

Fonti/Sources

medmedicine

msdmanuals

focus

Immagini/Pictures

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