Ciencia y Tecnología de las Radiaciones

Introducción

El conocimiento popular sobre este tema parece recaer casi únicamente en las notas periodísti- cas sobre las 2 bombas atómicas estalladas al fin de la Segunda Guerra Mundial (Japón, 1945) o por el accidente ocurrido en la vetusta central nucleoeléctrica N0 4 de Chernobil (Ucrania, 1986).

Todos los elementos radiactivos, como las radiaciones, existen en nuestro planeta desde antes de la aparición de la vida. Hubo radiación en el "big bang" (la gran explosión), que dio origen al universo hace unos 5 mil millones de años y se dispersó por el cosmos, por lo tanto se confirma que los materia– les radiactivos forman parte de la Tierra desde su formación.

Hoy, igual que entonces, los rayos cósmicos que bañan nuestro planeta son los responsables de esa radiación natural llegada desde el exterior después de viajar durante miles de años.

Una estrella en las diversas etapas de la evolución emite rayos X y gamma, protones, neutrones o núcleos más pesados que se desplazan por el espacio a la velocidad de la luz. La probabilidad de chocar con la Tierra es pequeña porque cada galaxia contiene unos 100 mil millones de estrellas y se calcula que existen cientos de miles de millones de galaxias en el universo.

En noviembre de 1895 el físico alemán Wilhelm Konrad von Röentgen (1845-1923) descubrió los rayos X, radiaciones con una serie de peculiaridades desconocidas hasta ese momento. Tal revelación fue condecorada con el Premio Nobel de Física en 1901.

Wilhelm von Röentgen

Interesado en el descubrimiento de Röentgen, el científico francés Antoine Henri Becquerel (1852-1908) buscaba averiguar si algunos materiales expuestos a la radiación solar son capaces de emi- tir rayos X. Un nublado día de febrero de 1896, este investigador colocó el mineral a ensayar en un cajón junto a algunas placas fotográficas; cuando al día siguiente buscó esas láminas, verificó que estaban al- teradas (veladas). Es obvio que la radiación, luego llamada "X", que interactuó con las placas provenía de ese mineral que fue identificado como uranio. Becquerel se hizo merecedor del Premio Nobel de Físi- ca en 1903 por el descubrimiento de la radiactividad.

Este hallazgo inspiró a otros investigadores para la búsqueda de nuevas sustancias capaces de emitir radiaciones.

Antoine Henri Becquerel

En 1898, Marie Sklodowska (1867-1934) y su marido Pierre Curie (1859-1906) descubrieron que a medida que el uranio emitía radiación se transformaba en otros elementos a los que denominaron polonio (referenciando al país natal de la investigadora) y radio, "el elemento brillante". Esta física polaca acuño la palabra "radiactividad" y recibió el Premio Nobel de Química en 1911, aunque en 1903 los Curie junto con Becquerel habían sido distinguidos con el premio Nobel de Física por sus aportes al conoci- miento del uranio. Al pronunciar su discurso en dicho evento, Pierre Curie dijo: "No es difícil concebir que en manos criminales el radio pueda ser muy peligroso". Y mas tarde agregó: "pienso que los nuevos descubrimientos acarrea- rán mas beneficios que daños a la Humanidad".

Marie y Pierre Curie en su laboratorio

Becquerel pudo comprobar en si mismo los efectos de las radiaciones nucleares al olvidar en los bolsillos de su chaqueta un tubo de vidrio con radio, lo que le produjo lesiones en la piel. Marie Curie murió de una enfermedad en sangre producida por prolongadas exposiciones a la radiación. Estos ac- cidentes que padecieron decenas de aquellos pioneros, ocurrieron porque todavía no se conocían los alcances de esta herramienta. Fuera de esta consideración se encuentra Pierre Curie que falleció al ser atropellado por un carruaje.

Los citados descubrimientos marcaron el comienzo de la "era atómica" y su evolución fue impul- sada por sucesivas revelaciones, entre las que se destacan:

• La teoría de la relatividad de Albert Einstein (1905).

• El modelo atómico de Ernest Rutherford (1911).

• La radiactividad artificial por el matrimonio Irene Curie y Federico Juliot (hija y yerno del matrimonio Curie, 1934). Premio Nobel de Química, 1935.

• Fisión nuclear por Otto Hahn (1939) y Lise Meitner.

• Primera reacción controlada en cadena por Enrico Fermi (1942).

Desde comienzos del siglo XX, a la radiación natural o "de fondo" se le ha sumado la que el ser humano creó para satisfacer sus necesidades e intereses. Esa radiación producida artificialmente corres- ponde al 13% de la radiación total promedio registrada hoy en el mundo; el 87% restante es de origen natural.

En este sentido, en algunas regiones de Italia, Francia, India y Nigeria, los niveles de radiación emitidos por determinadas fuentes terrestres, son mayores al aire libre que los promedios observados en el resto del mundo. Esto se debe a que ese suelo contiene una concentración infrecuentemente alta de radioisótopos. En algunas zonas costeras y calles de los estados de Espíritu Santo y Río de Janeiro (Brasil) se detectan niveles de radiactividad desde superiores hasta muy superiores respecto de los guarismos promedio de otras áreas.

Recibimos radiaciones naturales independientemente del lugar en el que estemos, ya sea en la casa, en la oficina, en el campo, en el bosque, en el mar, en la calle, en el colegio, en un vehículo. La cantidad de radiación natural absorbida por un ser humano en cualquier lugar del mundo, se estima que no ha variado demasiado.

Debido a que en las construcciones se utilizan materiales similares en su composición a los del suelo del lugar y a que la población pasa mucho tiempo en su interior, es importante conocer las dosis recibidas por la radiación proveniente de las paredes, piso y techo. En casas de ladrillo, hormigón o pie- dra, la irradiación en el interior es 30 ó 40% mayor que en el exterior debido a la radiación emitida por el radón presente en los materiales de construcción. Este fenómeno no se aprecia en las casas realizadas en madera.

Durante el viaje en avión se recibe una dosis de radiación mayor, ya que hay menos protección contra los rayos cósmicos. Un pasajero que vuela a 12 mil metros durante 1 hora, recibe una dosis de radiación mayor que la que absorbe de la actividad nuclear en 1 año.

En nuestro organismo también hay radiación. La irradiación interna se debe a la inhalación de polvo o humo que contenga en suspensión partículas radiactivas, así como a la consumición de agua y alimentos que tengan incorporado algún elemento inestable.

El resto de la radiación absorbida, alrededor del 20%, proviene de las actividades humanas de las cuales la más conocida tal vez sea la aplicación médica, por los beneficios que reporta su uso en el diagnóstico (exploraciones en los órganos, seguimiento de hormonas) y en el tratamiento de enfermeda- des oncológicas.

Probablemente se conozcan menos los usos de la radiación en la investigación y la industria ya que es muy magra la divulgación del conocimiento, los descubrimientos científicos básicos y el desarrollo tecnológico en el campo nuclear pacífico. La inspección de soldaduras, la detección de grietas en metal forjado o burbujas en las fundiciones, la esterilización de materiales descartables, la datación y conserva- ción de antigüedades, el control de insectos dañinos y de microorganismos patógenos, la medición de caudales de agua, el mejoramiento de utilidades en algunos polímeros, inhibición del brote en papas, ajos y cebollas, figuran entre sus numerosas aplicaciones.

Átomos, isotopos y radiaciones

La materia está constituida por combinaciones de elementos, sustancias indivisibles por méto- dos convencionales. En la naturaleza hay 92 elementos identificados (hidrógeno, oxígeno, carbono, fós- foro, calcio, etc.), los cuales se diferencian entre si por la estructura de sus átomos.

Según el modelo de Rutherford Böhr, cada uno de estos átomos presenta un núcleo con partí-culas cargadas positivamente, llamadas protones, cuya cantidad nos indica el número atómico.

Alrededor del núcleo giran partículas, los electrones, con carga negativa quienes son atraídos por la carga positiva de los protones. La cantidad de electrones de un átomo es igual al número de pro- tones que están en el núcleo y determinan las propiedades químicas de los átomos.

Los átomos en su núcleo también contienen neutrones, que son partículas neutras (sin carga) que parecen ejercer un efecto estabilizador. La cantidad de protones (número atómico) más la cantidad de neutrones que hay en el núcleo, nos da el peso atómico de un elemento.

Los átomos que difieren entre sí por su peso atómico pero no por su número atómico, son los isótopos de un elemento. El comportamiento químico de los isótopos es semejante porque detentan el mismo número de electrones y protones, pero pueden tener diferente cantidad de neutrones. La mayoría de los elementos tienen varias formas isotópicas.

2 ó más átomos forman partículas: las moléculas. Están adheridas por fuerzas de atracción mu- tua con carga eléctrica desigual.

El núcleo del átomo de un isótopo es estable, es decir no registra cambios durante el transcurrir del tiempo. Pero cuando el núcleo del átomo de un isótopo es inestable, libera energía en su camino a una forma estable: se los llama radioisótopos o isótopos radiactivos. Algunos se encuentran en la naturaleza, mientras que otros son producidos artificialmente, pero todos se desintegran generando radiación nuclear, lo que indica que continuamente todos los seres vivos o no, reciben radiaciones. La radiación puede definirse entonces como energía en tránsito de un lugar a otro y aunque todas las for- mas de radiación pueden ser nocivas, la atención siempre fue dirigida hacia un tipo de radiación de ele-vada energía capaz de originar partículas (iones) a partir de los átomos en los que incide y que recibe por ello el nombre de radiación ionizante.

Radiaciones ionizantes

Las radiaciones son ionizantes cuando producen directa o indirectamente iones al atravesar la materia. Cuando esa radiación penetra un sustrato produce efectos, apreciándose transformaciones pro-gresivas en el material durante la aplicación y en algunos casos las mismas continúan después de fina- lizado el tratamiento. Esos cambios son directamente proporcionales a la dosis de radiación absorbida (cantidad de energía necesaria para producir un efecto dentro del sustrato que la absorbió).

Las radiaciones ionizantes son de origen nuclear y electromagnética de alta energía (rayos x y gamma [??) donde los electrones son expulsados de las moléculas, formándose fragmentos moleculares muy reactivos.

La radiación x y ? no es selectiva, por consiguiente todos los componentes del sustrato absorben la misma cantidad de energía para una determinada dosis de radiación. Estas radiaciones ionizan la ma- teria que atraviesan, es decir provocan desprendimiento de electrones de los átomos y si éstos están for- mando moléculas en células, afectará al organismo del cual forma parte.

TIPOS DE RADIACIONES

Radiación alfa (?): son partículas cargadas positivamente que se detienen en menos de 3 centímetros de aire ó 1 hoja de papel porque presentan una elevada pérdida de energía por unidad de longitud recorrida Al ser poco penetrantes, no generan problemas de exposición como radiación externa, pero representan alto riesgo de contaminación interna.

Radiación beta (?): su capacidad de penetración es mayor que las partículas ? y se necesitan algunas decenas de metros de aire o algunos milímetros de aluminio para detenerlas. Como en el caso anterior, no acarrean problemas graves de radiación externa, pero sí representan riesgo de contaminación interna

Radiación gamma (?): de naturaleza electromagnética, semejante a la luz o a la radiación X, pero con menor longitud de onda y de naturaleza ondulatoria. Esta radiación tampoco existía antes en el núcleo, sino que es energía que se emite como consecuencia de un reajuste energético del núcleo. Es una radiación de origen nuclear que produce ionización y tiene gran poder de penetración; los blindajes más efectivos son plomo, agua y hor- migón. que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos.

Neutrones: la radiación ionizante por neutrones consiste en neutrones libres producidos como resultado de la fisión o la fusión nuclear y liberados a partir de moléculas e isótopos estables. Estos neutrones li- bres reaccionan con los núcleos de otras moléculas estables para formar nuevos isótopos a partir de moléculas no isotópicas, que en su momento producen radiación. Esto resultará en una reacción en cadena emitiendo peligrosas y dañinas radiaciones sobre grandes espacios. Son muy penetrantes y pueden ser detenidos por materiales con hidrógeno, parafina sólida o acrílico.

Radiación equis (X): son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que los rayos gamma, pero difieren en su origen. La diferencia fundamental con aquellos es su origen ya que estos surgen a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos na- turalmente. Los rayos X son una radiación ionizante porque al interactuar con la materia produce la ioni- zación de los átomos de la misma, es decir, origina partículas con carga (iones). Se utilizan en medicina, industria e investigación.

RADIOISOTOPOS COMO TRAZADORES

Se pueden añadir pequeñas cantidades de una sustancia radiactiva a los materiales que se van a tratar y seguir el proceso a que se los somete. Algunas aplicaciones típicas de los trazadores radiac- tivos en le industria son: ventilación (caudales), mezclas (fluidos, polvos, gases), flujo (velocidad en tuberías, transporte de materiales), fugas (detección en tuberías subterráneas) desgaste (velocidad de desgaste de un motor).

Se han atizado trazadores en fábricas para comprobar el rendimiento de equipos y aumentar la producción por ahorro d energía y mejor empleo de materias primas.

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA

Este fenómeno resulta de la transferencia de energía hacia el material posicionado frente a la fuente emisora. Durante esta acción el haz que impacta en el sustrato sufre una disminución de su ener- gía según atraviesa el medio absorbente.

Cuando un haz penetra un medio, pueden ocurrir 3 episodios:

1) que pase sin encontrar oposición (no hay transferencia de energía).

2) que interactúe con un electrón, o

3) que interactúe con un núcleo.

Si el medio absorbente es un tejido vivo, sobreviene un daño biológico.

El poder ionizante de las radiaciones electromagnéticas

Un rayo x o ? incide sobre los electrones orbitales de un átomo. Como la energía de la radiación es mayor que la energía que liga los electrones a sus órbitas, el electrón es arrancado y sale disparado con gran energía cinética provocando ionizaciones secundarias al desprender otros electrones; se inicia así una reacción en cadena hasta que la energía del fotón se nivela con la del medio.

Las fuentes con energía superior a 12 MeV son inductoras de radiactividad. Esto significa que al exponer a su radiación a un determinado sustrato, los primeros activan sus isótopos transformándolos en pequeñas pilas radiactivas. Este es el principal motivo por el cual sólo se pueden emplear en forma se- gura fuentes isotópicas de cobalto 60 (60Co, 1.2 MeV) y cesio 137 (137Cs, 0.6 MeV) o bien máquinas emisoras de rayos X hasta 5 MeV y aceleradores de electrones hasta 10 MeV.

Con estas energías es imposible que haya inducción de radiactividad y solo encontramos cam- bios en el material después de la interacción de la radiación con este. O sea que todo objeto irradiado en instalaciones diseñadas para este cometido, presenta condiciones de seguridad absoluta en este aspec- to, por lo cual quedan invalidadas todas las consideraciones que se realicen desde sectores que susten- tan posiciones fundamentalistas antinucleares.

Radiación no ionizante

También existe esta forma de radiación que es producida por ondas de radio y televisión, micro- ondas, telefonía celular, etc. Al penetrar la materia le transfiere su energía excitando las moléculas y ha- ciéndolas vibrar.

Respecto de este tipo de radiaciones en seres vivos, siempre se habló de su inocuidad pero esta opinión nunca fue unánime entre los científicos ya que muchas investigaciones han demostrado que tam- bién existen efectos no térmicos que hasta ahora no se han tenido en cuenta. 

Las radiaciones no ionizantes que se reconocen como más perjudiciales son las emitidas por los tendidos eléctricos de alta tensión y sus estaciones transformadoras. Aún no hay coincidencia entre los investigadores sobre las consecuencias del uso inadecuado de la telefonía móvil, tanto las emitidas por los teléfonos como las procedentes de sus antenas; mientras tanto las empresas proveedoras del servi- cio, no se expresan a este respecto.

Efectos de las microondas en animales de laboratorio

Se advirtió una vinculación entre microondas y diferentes tipos de desórdenes en diversas inves-tigaciones, las que han puesto de manifiesto cómo influyen estas sobre los tejidos de los seres vivos.  Los animales requieren microelectricidad para desarrollar sus funciones vitales. Por los nervios se transmite corriente eléctrica: el electroencefalograma y el electrocardiograma registran la actividad eléc- trica del cerebro y del corazón para estudiar su funcionamiento. D. Hyland (Universidad de Warwick, GB) afirma que las ondas utilizadas por los teléfonos móviles son de la misma frecuencia que las ondas cerebrales ?.  Una de las principales vías es a través de un aumento de la permeabilidad de la membrana neu- ronal, porque las microondas provocan una dilatación de sus poros facilitando el paso de sustancias que no deberían entrar a esas células.

Otra vía de influencia es a través de la melatonina (hormona producida por la glándula pineal), una de cuyas funciones es regular los ritmos de sueño y vigilia. Su alteración genera irregularidades fun- cionales y otras consecuencias.

Algunos experimentos han demostrado que las radiaciones de baja intensidad producen roturas en las cadenas de ADN.

Qué es la radiactividad ?

La radiación electromagnética tiene su origen en los cambios del estado de las capas electróni- cas de los átomos y solamente la radiación más energética proviene del núcleo. Un núcleo inestable tiende a convertirse en otro más estable, expulsando energía en forma de partículas o de radiación elec- tromagnética ?. Esos átomos naturalmente inestables son denominados radiactivos.

Se llama pues radiactividad a la particularidad de algunos materiales para emitir radiación ioni- zante.

Todas las sustancias radiactivas tienen una vida media característica, algunas muy larga y otras extremadamente corta. Así, mientras el Uranio 238 (238U) tiene una vida media de 4.5 x 109 años, la del Carbono 11 (11C) es de tan solo 11 minutos.

La historia de la radiactividad empieza con los alquimistas, quienes practicaban una química que era más arte que ciencia, asunto que los aferró al deseo de enriquecerse rápidamente. Mientras tanto las investigaciones científicas y los experimentos se continuaron a lo largo del tiempo para conocer mejor este campo en lo más íntimo de su esencia.

La radiactividad no se puede percibir por el olfato, el gusto, el tacto, el oído ni la vista. En el siglo pasado hemos aprendido a detectarla, medirla y controlarla porque puede dañar las células del organis- mo; la exposición a altos niveles, es nociva y hasta fatal.

Algunos elementos radiactivos responsables de la radiación natural terrestre son el tritio ([3H], isótopo natural del hidrógeno), el carbono 14 ([14 C], isótopo radiactivo del carbono) y el berilio 7 ([7Be] que se produce en las altas capas de la atmósfera y cae a la Tierra junto con el Tritio).

El potasio, esencial para la vida, se incorpora al organismo a través de la alimentación; el 0.02% del po- tasio natural es potasio 40 [40K], emisor de radiación ???y ???con una vida media de 1.248 x 109 años. Entre los otros núcleos radiactivos que son ingeridos con los alimentos se encuentra el radio 226 [226Ra] y el polonio 210 [210Po].

La carne de reno en regiones del Ártico contiene una concentración elevada de polonio 210, de- bido a que estos animales consumen líquenes que acumulan este elemento y para decenas de miles de personas esta carne es la base de su alimentación. Mediciones realizadas en la sangre, huesos y placenta de esos habitantes, revelan aumentos de los niveles de dosis en un factor aproximado de 10 en comparación con habitantes de zonas con otros hábitos alimentarios.

Entre los elementos que ingresan al organismo por las vías respiratorias se encuentran el uranio, el torio y los isótopos polonio 210 y plomo 210. Todos estos elementos son sólidos y su inhalación ocurre al respirar polvo o humo a cuyos componentes se han adherido.

Pero la fuente principal de irradiación interna la constituye la inhalación del radón [86Rn], un gas noble producto de la desintegración del radio. Este elemento se produce también por la desintegración del uranio y del torio y se transforma en una partícula ? y un núcleo de polonio. Cuando el radón está en el aire que respiramos, parte sale con la espiración y el resto decae en los pulmones; el núcleo de polo- nio, que es sólido y radiactivo, se puede quedar adherido al tejido pulmonar y desde ahí continuar emi- tiendo radiación.

Grandes cantidades de radón se encuentran en las minas de uranio y en regiones con suelos que contienen uranio y torio.

En zonas cálidas, la ventilación constante de las viviendas humildes reduce la concentración de radón en el interior, mientras que lo opuesto ocurre en climas con temperaturas extremas donde el uso de calefacción en invierno y refrigeración en verano, tiende a disminuir la ventilación de los ambientes. Esto lo podemos apreciar cuando dejamos nuestra vivienda por un periodo de tiempo prolongado con las ventanas y puertas cerradas: al llegar percibimos un olor característico que no se debe solo a cuestiones relacionadas con nuestra manera de vivir. Ese olor, que desaparece con la ventilación, se debe a la presencia de radón.

RADIACION PROMOVIDA POR EL HOMBRE

Los investigadores descubrieron la manera de producir radiación hace varias décadas y debido a que actualmente son innumerables sus usos, en este segmento describiremos algunas de las aplicacio-

nes más importantes.

Como consecuencia del uso de la radiación, puede ocurrir que algunas personas que trabajan en el empleo de esta herramienta reciben dosis adicionales a las originadas en las fuentes naturales. La

exposición mas generalizada a radiación producida por el ser humano, ocurre en los exámenes radiológi- cos por los rayos X; los valores promedio para una población dependen de la frecuencia con que los indi- viduos se someten a estos estudios. En los países industrializados se toma 1 radiografía cada 2 habitan- tes por año, mientras que en el resto del mundo la frecuencia es 10 veces menor; la dosis individual va- ría de una persona a otra. Si bien se aprecia una tendencia médica mundial a aumentar el empleo de ra- diografías, afortunadamente la dosis correspondiente a cada análisis tiende a disminuir debido a nuevas técnicas, principalmente por el diseño de los equipos, al mejor entrenamiento de los técnicos radiólogos y a la imposición de reglas de seguridad más estrictas.

Para otras prácticas de diagnóstico, como la medicina nuclear, se aplican dosis mucho menores que los exámenes radiológicos. Por el contrario, la radioterapia se aplica en una zona localizada del pa- ciente oncológico y debido a que esta radiación es recibida por un paciente cuya vida está en riesgo, se considera que cualquier efecto no deseado y temporario que pudiera causarle el tratamiento (mareos, vómitos), es irrelevante frente a la expectativa beneficiosa del tratamiento.

Después de estos, el segundo lugar entre las fuentes de radiación no natural lo ocupan los ensa- yos con el arsenal nuclear realizados desde 1945. Más de 500 explosiones, casi todas de parte de Esta- dos Unidos, la ex URSS, Gran Bretaña, Francia, India y China, han inyectado toneladas de material ra- diactivo en la atmósfera. Estos núcleos inestables pueden permanecer durante años en suspensión, dis- tribuyéndose alrededor de todo el planeta; luego caen al suelo como "lluvia radiactiva" (Fallout) e irradian a los seres vivos, externamente desde el suelo e internamente cuando son ingeridos o inhalados.

Los núcleos más importantes que se producen durante la detonación de un artefacto nuclear son el carbono 14, cesio 137, zirconio 95 y estroncio 90.

En 1963 se firmó el Tratado de Prohibición de Ensayos Atmosféricos que limita las pruebas a só-lo las subterráneas, sin escape de radiactividad al ambiente. Pero como no todos los países firmaron el tratado, se sospecha que algunos pueden haber realizado ensayos atmosféricos posteriores a esa fecha.

Debido a la larga vida media de determinados radioisótopos residuales de una explosión nuclear, seguimos recibiendo la herencia de los ensayos ocurridos hace 30 ó 40 años.

Los niveles máximos de dosis debidos a estas pruebas se registraron en 1962, cuando alcanza- ron casi el 10% de los valores de la radiación natural. Gracias al reducido número de ensayos atmosfé- ricos recientes, hoy la dosis de radiación recibida es casi despreciable comparada con la de origen natural.

La radiación emitida luego de estas detonaciones afecta a todo el planeta, siendo los únicos be- neficiados las industrias y laboratorios dedicados al multimillonario negocio de la guerra.

La siguiente fuente de radiación que consideraremos es la empleada para producir energía eléc- trica. En la actualidad hay más de 400 reactores de potencia en funcionamiento en 26 países, que produ- cen aproximadamente 16% de la electricidad utilizada en el mundo.

Existen varios aparatos que utilizan fuentes radiactivas para su funcionamiento, como los relojes o equipos científicos con esferas luminosas, estabilizadores de tensión, dispositivos antiestáticos para reducir la acumulación de carga, detectores de humo, vidrios que contienen torio o uranio como pigmen- tos, etc., todos los que durante su funcionamiento normal y sujetos a un mantenimiento adecuado, pro- ducen niveles de irradiación insignificantes.

Hay actividades humanas que, sin estar relacionadas con el uso de la radiación, ocasionan dosis adicionales muy menores para los individuos que las practican. La combustión del carbón para la elabo- ración de un irresistible asado, libera al ambiente y en parte se fija en todo lo que está sobre la parrilla, los elementos radiactivos uranio y torio que están presentes naturalmente en ese material combustible.

La agrupación de estos 2 elementos en las cenizas producidas en una usina termoeléctrica es mayor que la concentración natural en la corteza terrestre, por lo que este mecanismo de producción de energía eléctrica hace que en los alrededores de la planta exista contaminación radiactiva (además de otras formas de contaminación como humo y olores) mayores que los valores normales. Solamente con la utilización de sistemas de retención como los electrofiltros, se conseguiría disminuir la emisión de ceniza a niveles aceptables, es decir inferiores al 1% de la cantidad que es emitida sin esos elementos.

Efectos biológicos producidos por la radiación ionizante: radiobiología

Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son el resultado final de las inter- acciones físicas y excitación de los fotones o partículas con los átomos que la componen.

Pueden ser agudos cuando aparecen poco tiempo después de la exposición a la radiación o crónicos, que ocurren varios años mas tarde.

Mecanismo del daño por radiación

La ocurrencia de los efectos biológicos de las radiaciones es directamente proporcional a la do-

sis de radiación aplicada, es decir a la energía absorbida por la materia. El daño es creciente a medida

que aumenta la dosis.

La radiación causa ionizaciones en las moléculas que componen las células, al separar electro- nes de los átomos. Los iones formados también pueden reaccionar con otros elementos presentes y oca- sionarles daños de diferente tipo y magnitud.

A bajas dosis las células reparan la lesión con rapidez. Los efectos directos suelen ser reversi- bles ya que pueden producir daños que se evidencian como disfunciones no permanentes: se los conoce como efectos fisiológicos. Por esto, las primeras manifestaciones de una exposición a la radiación se evidencian como cambios funcionales.

A dosis mayores aparecen daños bioquímicos permanentes con lesiones anatómicas, los que se producen más rápidamente si hay alta actividad metabólica y como las células no pueden restaurar los daños, se generan lesiones permanentes y mueren. Si las células que sufren cambios permanentes lo- gran dividirse, es muy probable que den células hijas anormales. En el peor de los casos, si estas células no son eliminadas por los mecanismos de reconocimiento de proteínas extrañas, en animales superiores pueden dar lugar a un cáncer.

A dosis todavía más elevadas, las células deterioradas no pueden ser reemplazadas a velocidad suficiente como para que los tejidos y órganos ejerzan su función de forma adecuada, apareciendo dis- tintas enfermedades que tienen un amplio espectro de manifestaciones dependiendo de la dosis de ra- diación recibida, del estado previo del individuo irradiado y de su manejo posirradiación.  Si las alteraciones ocurren en las células del organismo, aparecen las lesiones somáticas. Cuando se daña un cromosoma, se producen aberraciones cromosómicas (mutaciones) y si el deterioro se muestra en los genes, se manifiestan mutaciones genéticas.

La mayor radiosensibilidad se observa en el núcleo de la célula, puntualmente en la molécula de

ADN y se ve exacerbada durante la mitosis. Los efectos de las radiaciones son característicos en cada

etapa del ciclo mitótico que se encuentre la célula. Si está en reposo, la muerte súbita post irradiación ocurre cuando la misma intenta dividirse. La sensibilidad de las células a las radiaciones también depen- de de la edad, del tipo de célula, de las condiciones pre y postirradiación, de la temperatura, humedad, contenido de agua, concentración de oxígeno y otras variables.

Radicales libres

Un radical libre es cualquier átomo o molécula que posee un electrón desparejo y tiene gran ca- pacidad para reaccionar con las moléculas cercanas, a quienes les pueden causar cambios químicos y estructurales que lleguen a la pérdida de su función. Como en la naturaleza todo tiende a la estabilidad, también pueden combinarse con moléculas de estado semejante (otros radicales libres) y formar una nueva molécula, no natural.

Los radicales libres más abundantes en la naturaleza son los de oxígeno pues en gran parte se producen en el curso de la respiración celular, en muchos procesos patológicos, etc. y por supuesto, por radiación. 

La radiación al interactuar con los tejidos vivos, puede presentar las siguientes características:

– Aleatoriedad: la interacción de la radiación con las células ocurre al azar, es decir un fotón o partícula puede llegar a una célula o a otra, dañarla o no y si ocurre una lesión puede ser en el núcleo o en el citoplasma.

– No selectividad: la radiación no se dirige a alguna determinada zona o sea que la interacción puede ocurrir al azar en cualquier parte de la célula.

– Carácter lesivo: la acción de las radiaciones ionizantes sobre las células siempre produce algún daño y nunca un beneficio directo.

– Inespecificidad: los cambios visibles producidos en las células, tejidos y órganos no son particulares, no se pueden distinguir de los daños producidos por otro trauma es decir no son específicos.

– Latencia: las alteraciones biológicas por radiación en una célula pueden no ser inmediatas y demandan desde pocos minutos (precoces) hasta meses o años en hacerse visibles (tardíos), a lo que se le llama "período de latencia"; este fenómeno depende del tiempo de exposición y de la dosis.

En este caso los efectos pueden ser:

– Estocásticos: son aleatorios, probabilísticos y pueden aparecer luego de la exposición a bajas dosis de radiación ionizante. No necesitan dosis umbral determinada para producirse aunque al incrementarse la misma, aumenta la probabilidad de aparición de estos efectos que suelen ser tardíos. Un efecto esto- cástico son las mutaciones genéticas.

– No estocásticos: en este caso se requiere una dosis umbral para producirlos, por debajo de la cual

la probabilidad de su aparición es muy baja y con efectos precoces. La respuesta no estocástica (la gra-vedad de un episodio varía en función de la dosis) de un tejido, depende del grado de

lesión de sus células.

Desde el punto de vista biológico estos efectos pueden ser:

– Somáticos: afectan a las células germinales de un individuo que ha sido sometido a radiaciones ionizantes.

– Hereditarios o genéticos: se manifiestan en la descendencia del individuo irradiado porque ocurren lesiones (mutaciones) en sus espermatozoides u óvulos.

También pueden clasificarse como teratogénicos, cuando afectan gravemente al feto durante la gestación. 

Las radiaciones no producen enfermedades características, sino un aumento en la ocurrencia

de patologías que se presentan de manera "natural". Se vinculan con la edad, el ambiente y la alimenta- ción del animal o vegetal al que pertenecen los seres tratados.

En una célula se observa mayor radiosensibilidad en el núcleo que en el citoplasma, puntual- mente en la molécula de ADN y durante la mitosis; esto depende de la temperatura, la humedad, la edad y el tipo de célula.

Naturaleza de la lesión

Toda célula expuesta a radiaciones ionizantes es perturbada, alterándose su calidad biológica. Las lesiones se desarrollan por medio de mecanismos tan complejos, que es difícil establecer su natura- leza, básicamente porque las radiaciones no son selectivas.

Solo para tener una idea de esta complejidad, consideremos las más de 2000 reacciones por mi- crón cúbico que ocurren al irradiar un sustrato con una fuente de 60Co, a una dosis de 10 Gy.

Desarrollo de una lesión

Como se ha visto, la radiación proveniente de una fuente radiactiva es una energía que actúa cuando es absorbida por un sustrato dado, produce cambios a nivel molecular y si es un medio biológico modifica componentes de la célula.

Todos los cambios se registran en microsegundos, pero un organismo tarda cierto tiempo (según sus características y la dosis absorbida) en evidenciarlos. Es decir, las lesiones bioquímicas aparecen más

rápidamente que los daños anatómicos.

Factores que condicionan el desarrollo de una lesión

Sobre las lesiones ocasionadas por radiación, se consideran: los factores que la producen y los factores que la reparan.

La supervivencia de una célula irradiada es inversamente proporcional a su actividad después del tratamiento. Además, mientras no haya estímulos, las lesiones casi no se reconocen. Con el aumento de

la temperatura y de la concentración de oxígeno en el medio, aparecen los daños; a baja temperatura y en

anoxia o hipoxia el perjuicio está latente.

– Efecto del oxígeno

El primer estudio sobre la influencia del oxígeno en la magnitud de la lesión por radiaciones corresponde a Holthusen (1921), quien encontró que los huevos del gusano Ascaris irradiados en anoxia eran más resistentes a los rayos X que los tratados en aire.

El oxígeno (O2) influye durante la irradiación de sistemas biológicos al transformarse por efecto de las mismas en ozono (O3).

Se conoce la toxicidad del oxígeno en altas concentraciones, debido a su característica oxidante. Obviamente, la presencia de ozono (gas prooxidante) formado en el medio por radiaciones, incrementa ta- les consecuencias.

– Influencia de la temperatura