FISICA MEDICA
FISICA MEDICA
Il termine ''fisica medica'' è un'impropria traduzione dell'espressione di origine americana medical physics, "fisica della medicina". In Inghilterra sorse una polemica, protrattasi dal 1955 al 1958, intorno alla denominazione più appropriata per indicare questa specialità della fisica. In quanto scienza fondamentale, la fisica non può ammettere aggettivi qualificativi; quindi la dizione medical physics andava respinta e doveva preferirsi la dizione physics in medicine and biology. Tale infatti è il nome dell'organo ufficiale della Hospital Physicists Association fondata in Inghilterra nel 1943.
Dev'essere comunque ricordato che la f.m. non costituisce di per sé una specializzazione molto recente: fin dal 19° secolo, nell'organico dell'Ospedale Maggiore di Milano, esisteva un medico con la qualifica di ''conservatore degli apparati elettrici'' a cui erano affidati la conservazione, l'incremento e l'impiego degli apparecchi destinati all'elettrodiagnostica e all'elettroterapia. Nello stesso ospedale, nel 1898, fu creato un posto di ''medico elettricista'' a cui erano demandate tutte le attività elettrodiagnostiche ed elettroterapeutiche. Fu tuttavia in Inghilterra che la f.m. trovò, attorno al 1912, la sua prima organizzazione, allorché S. Russ iniziò la sua attività come primo hospital physicist stipendiato dal Middlesex Hospital di Londra. Contemporaneamente in Italia usciva, edito da Hoepli, un voluminoso manuale di Fisica Medica di cui era autore C. P. Goggia.
In Italia il termine f.m. è entrato nell'uso corrente da circa una decina d'anni, senza avere inizialmente una precisa connotazione. Esso designava prevalentemente l'insegnamento impartito da un fisico presso una facoltà medica piuttosto che l'attività di un fisico nel contesto di un ambiente medicoospedaliero. I medici, anche in un recente passato, hanno svolto un ruolo di utenti della fisica, fruendo dei metodi e delle tecniche proprie di questa disciplina. In tal senso il ricercatore fisico era rimasto per lungo tempo estraneo ai problemi centrali delle scienze mediche, mentre il fisico che aveva modo d'inserirsi in ambiente medico lo faceva in qualità di tecnico specializzato nell'uso di complicati strumenti indispensabili al clinico. Successivamente, però, i fisici medici tesero ad affidare i compiti esecutivi a tecnici non laureati, riservando per sé la ricerca di fisica fondamentale o applicata alla biologia e alla radiobiologia. I ricercatori iniziarono quindi a usare il termine f.m. in occasione di congressi e di lavori aventi in comune l'applicazione della fisica alla medicina, senza, per altro, una compiuta organizzazione dal punto di vista interdisciplinare. Una situazione evolutasi abbastanza rapidamente in ragione della necessità, comune a tutte le scienze in generale, di una compartecipazione a livello sia concettuale che tecnico.
Attualmente il termine f.m. designa dunque un settore della fisica che sviluppa la ricerca relativa ai problemi della salute dell'uomo valendosi dei principi e dei metodi propri della fisica. La fisica sta in tal modo progressivamente integrando la medicina con un apporto che finisce con il condizionarne lo stesso sviluppo e con l'accelerare il processo di trasformazione della f.m. in una scienza specifica. Basti pensare, per es., che la fisica ha offerto alla medicina non solo un solido complesso di leggi universali valide anche per gli organismi viventi, ma pure il concetto di struttura, nel senso di ordine peculiare delle parti, come modello d'interpretazione della cellula. Sorge così una più stretta collaborazione concettuale tra fisico e medico volta ad affrontare i vari problemi di carattere metodologico sorti con l'impiego e il progresso delle nuove tecniche. È infatti soprattutto a livello di concetti e di metodi che la f.m. dà il suo contributo alla medicina, apportando grandi vantaggi e consentendo l'impostazione e la soluzione di problemi clinici in termini strettamente scientifici.
Viene delineandosi in tal modo una scienza autonoma di cui si rende necessario fissare l'oggetto e i limiti in modo che non si sovrapponga ad altre discipline o alle scienze tradizionali, ma intrattenga con esse una fitta serie di relazioni. In figura è riportato uno schema che illustra i legami tra la f.m. e un complesso di altre discipline.
Da questa fitta serie di relazioni deriva un gran numero di campi di possibile attività della f.m.: metrologia (grandezze e unità di misura), ideazione, collaudo e taratura di apparecchi e strumenti di misura; rappresentazione dei piani d'irradiazione; dosimetria fisica: misura e valutazione delle dosi; radionuclidi: ricevimento, manipolazioni e controllo di contaminazioni; sorveglianza fisica della protezione, normalizzazione e statistica, radioterapia, interazione delle radiazioni elettromagnetiche con i tessuti neoplastici, ecc.
Per quanto riguarda il settore ospedaliero i campi di attività della f.m. sono estremamente numerosi. Ci limiteremo a ricordare, oltre al reparto più noto, la radiologia, quello della medicina generale, i cui possibili argomenti di studio e campi di attività riguardano: studio della dinamica dei gas e dei liquidi, analisi dei gas, spirometria, endoscopia, endofotografia, densimetria, microscopia, micro-fotografia, cromatografia, elettrometria, magnetismo e paramagnetismo, termometria, crioscopia, tonometria, pletismografia, fotometria, densitometria, calorimetria, fluorimetria, polarimetria, spettroscopia, spettrografia, spettrofotometria, dinamometria, principi generali del metodo grafico, calcolatori, strumentazione, medicina spaziale, ecc.
Oltre che in diversi campi di attività, è possibile pensare a una suddivisione della f.m. in grandi linee dal punto di vista della fisica, per es.: fisica dei sistemi biologici; fisica delle radiazioni; fisica oncologica; bioimmagini; strumentazione biomedica e controlli di qualità.
Per fisica dei sistemi biologici s'intendono tutte le problematiche nelle quali, per la comprensione di fenomeni complessi tipici dei sistemi biologici, è dominante l'aspetto fisico, e nelle quali i metodi d'indagine sono quelli della fisica, tanto per impostazione metodologica quanto per l'uso di tecniche sperimentali.
La fisica delle radiazioni si occupa di descrivere e misurare le interazioni tra radiazioni ionizzanti e non-ionizzanti e materia vivente. In particolare esegue stime o misure della dose di radiazioni assorbite dall'organismo irradiato; mette a punto strumentazioni che riguardano la metrologia primaria delle radiazioni ionizzanti e precisamente l'unità di esposizione: gli strumenti che misurano l'esposizione devono essere riferiti, attraverso un'opportuna catena di taratura, a campioni primari riconosciuti. Il fatto che, oltre all'effetto benefico, le radiazioni ionizzanti inducano anche effetti negativi, ha fatto nascere inoltre una specializzazione, la radioprotezione, che si occupa della prevenzione degli effetti dannosi della radiazione ionizzante. È stato del resto l'impiego delle radiazioni ionizzanti in diagnostica e radioterapia a rendere necessaria, fin dall'inizio, la presenza del fisico accanto al medico, venendo a influire sullo stesso sviluppo di nuove tecnologie d'impiego medico. Le problematiche connesse con le radiazioni hanno avuto rilevanza nell'aprire, tra fisica e medicina, nuovi e diversi rapporti di collaborazione.
Da uno di questi è nata la fisica oncologica, intendendo con questo termine quella parte della f.m. che studia l'interazione tra varie forme di radiazioni elettromagnetiche (ionizzanti e non) e i tessuti neoplastici, nel tentativo di distruggere le cellule maligne senza danneggiare il tessuto sano. Esempi di questi studi sono la fototerapia, l'ipertermia indotta da micro-onde, l'inattivazione cellulare mediante radiazione Mössbauer. Nella fototerapia vengono impiegati particolari componenti, detti fotoattivatori, che possiedono la caratteristica di accumularsi principalmente nei tessuti patologici e, una volta esposti all'azione della luce, di produrre reazioni chimiche letali per la cellula che li ospita. Nell'ipertermia si sfrutta l'azione del calore per la distruzione delle cellule maligne: le cellule neoplastiche presentano infatti una maggiore sensibilità alle temperature elevate che non le cellule normali. A tal fine vengono utilizzate micro-onde per produrre un riscaldamento localizzato della regione dove ha sede la massa neoplastica. L'inattivazione cellulare mediante radiazione Mössbauer accoppia la capacità distruttiva delle radiazioni ionizzanti (raggi gamma) alla selettività verso le cellule tumorali. È una metodologia recentissima, ancora in fase iniziale di sperimentazione. La radiazione gamma prodotta da una sorgente Mössbauer viene assorbita in grande misura solo da alcuni isotopi specifici (isotopi Mössbauer), mentre ha relativamente poco effetto sul resto. La terapia consiste nel portare selettivamente sulle cellule neoplastiche questi isotopi bersaglio e quindi irraggiare la massa con la radiazione gamma Mössbauer. Poiché l'effetto è grande solo per i siti che contengono i bersagli, cioè nelle cellule tumorali, si può avere in linea di principio la distruzione selettiva della massa.
L'area delle bioimmagini comprende le metodiche in grado di misurare in vivo e rappresentare, sotto forma di immagini, la distribuzione e la variazione spazio-temporale di variabili fisiche, funzionali o biochimiche. Convenzionalmente viene suddivisa in area delle tecniche ionizzanti (medicina nucleare, radiologia, TAC) e in area delle tecniche non-ionizzanti (RMN, ultrasuoni, termografia, biomagnetismo). In ognuna di queste ha pure rilevanza l'elaborazione o display delle immagini anche indipendentemente dallo specifico contesto applicativo. In quest'area sono presenti competenze scientifiche di diversa provenienza: fisica, ingegneria, medicina, informatica, chimica, biologia, anche se, in generale, è difficile enucleare uno specifico contributo disciplinare, in quanto si risolve in una compenetrazione di ruoli che, molto spesso, è il miglior indice del successo dell'integrazione interdisciplinare e, allo stesso tempo, fondamentale requisito dell'avanzamento e sviluppo dell'area.
Con il termine ''strumentazione biomedica'' si indicano apparati e dispositivi finalizzati a fornire un supporto strumentale a chi opera per la salute dell'uomo. Il termine è comprensivo delle apparecchiature per analisi chimico-cliniche di laboratorio, delle apparecchiature e strumenti per la protezione sanitaria e la prevenzione del rischio (in ambiente di lavoro e per la popolazione civile) e degli apparati medicali veri e propri. Di particolare importanza è il laser, che trova in medicina molte applicazioni, quali la microchirurgia, gli interventi all'occhio, la sterilizzazione, la distruzione di tumori, ecc.
Per controlli di qualità s'intende quell'insieme di norme, procedure, criteri di progetto, ecc., miranti a garantire le prestazioni di un'apparecchiatura e ad assicurare che queste prestazioni rimangano integre nel corso del tempo. Fanno parte di questo settore anche le attività di ricerca sull'affidabilità e sicurezza delle apparecchiature e sulle standardizzazioni, con la connessa attività normativa. Si pensi, per es., al problema della sicurezza del paziente e alle correlazioni che tale problema pone fra controlli di qualità e affidabilità delle apparecchiature e normative.