La Radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896. El descubrimiento tuvo lugar de una forma casi ocasional: Becquerel realizaba investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio y descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio recibió el nombre de radiactividad.

El descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes fueron las realizadas por el matrimonio Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio, ambos en 1898.

La naturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de la radiactividad fueron estudiados en Inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente, y por Frederick Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida podía ser de tres tipos: alfa, beta y gamma, y que al final del proceso el átomo radiactivo original se había transformado en un átomo de naturaleza distinta. También se dice que el átomo radiactivo ha experimentado una desintegración.

Hoy sabemos que la radiactividad es una reacción nuclear de “descomposición espontánea”; es decir, un nucleido inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una “radiación”. El nucleido hijo (el que resulta de la desintegración) pude no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido estable. Se dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.

Digamos, por último, que son radiactvos todos los isótopos de los elementos con número atómico igual o mayor a 84 (el polonio es el primero de ellos), y que hoy se obtienen en el laboratorio isótopos radiactivos de elementos cuyos isótopos naturales son estables; es la llamada radiactividad artificial. El descubrimiento de la radiactividad artificial la llevó a cabo en 1934 el matrimonio francés Joliot-Curie, formado por Fréderic Joliot e Irene Curie, hija de los esposos Curie.

Sabemos que la radiación emitida por una desintegración puede ser de tres tipos: alfa, beta y gamma; además también hay que considerar hoy la emisión de neutrones:

• La radiación alfa está formada por núcleos del isótopo 4 de helio, es decir está constituida por una radiación corpuscular, en la que cada corpúsculo está formado por dos protones y dos neutrones. Ello significa que tiene una masa atómica de 4 unidades y una carga eléctrica de 2 unidades positivas. Estos protones y neutrones formaban antes parte del núcleo que se ha desintegrado.

• La radiación beta está constituida por electrones, lo que significa que es también de naturaleza corpuscular, en la que cada corpúsculo tiene una masa atómica de 1/1800 aproximadamente, y una carga de 1 unidad negativa. Posteriormente, se descubrió la radiación beta positiva, semejante a la beta pero con carga positiva. Está formada por positrones procedentes de transformación de un protón en un neutrón.

• La radiación gamma es de naturaleza electromagnética, semejante a la luz ordinaria, pero con mucho menor longitud de onda. Es, por lo tanto, de naturaleza ondulatoria, carente de masa en reposo y de carga. Esta radiación tampoco existía antes en el núcleo, sino que es energía que se emite como consecuencia de un reajuste energético de núcleo.

• La fisión espontánea, así como en la fisión inducida y en otras reacciones nucleares, se produce una radiación de neutrones, formada por estas partículas, con masa de 1 unidad de masa atómica y sin carga.

El término radiación se emplea genéricamente para designar las partículas materiales que se propagan en el espacio. Determinadas radiaciones son capaces de producir partículas cargadas (iones) a su paso por la materia, por lo que reciben el nombre genérico de radiaciones ionizantes. En unos casos la radiación está formada por partículas cargadas que poseen energía cinética suficiente para producir iones en su colisión co los átomos que encuentran a su paso; en otros casos la radiación está formada por partículas no cargadas que pueden dar lugar a la liberación de partículas ionizantes.

Las personas están expuestas continuamente a radiaciones ionizantes. De éstas radiaciones unas proceden de la propia naturaleza, sin que el hombre haya intervenido en su producción; otras están originadas por acciones ocasionadas por el hombre.

Las primeras constituyen el fondo radiactivo natural. Podemos distinguir tres causas de este fondo radiactivo:

Radiaciones que recibimos diariamente.

Como promedio, el 15% de la dosis procedente del fondo natural que recibe una persona en España se debe a la radiación cósmica, el 20% a la radiación terrestre, el 15% al propio organismo y el 50% al radón.

Las causas artificiales de radiación se deben a la exposición a diversas fuentes de origen no natural, como son las exploraciones radiológicas con fines médicos, las esferas luminosas de relojes, la televisión en color, los viajes en avión (en este caso se debe a la mayor dosis de radiación cósmica que se recibe durante el vuelo a gran altura), el poso radiactivo procedentes de las explosiones nucleares en la atmósfera que tuvieron lugar en el pasado, las emisiones de las centrales térmicas de carbón, cuyos humos contienen isótopos radiactivos; y las instalaciones nucleares.

Dentro de las causas artificiales la principal fuente de irradiación son las exploraciones radiológicas, que en los países desarrollados dan lugar a unas dosis sobre la población semejantes a la radiación cósmica. Las centrales nucleares producen una dosis prácticamente nula sobre el público en general y una dosis muy pequeña y controlada sobre el personal de la central.

Para estudiar las acciones de la radiación sobre un objeto sometido a ella se ha definido la magnitud dosis absorbida, que se define como la energía que transfiere la radiación a la unidad de masa del material irradiado. La unidad de dosis absorbida en el Sistema Internacional es el gray, cuyo símbolo es Gy. Se define como la dosis de radiación que transfiere una energía de 1 julio a 1 kilogramo de material irradiado.

En el estudio sobre los efectos biológicos de las radiaciones se observa que tales efectos no dependen sólo de la dosis absorbida sino del tipo de radiación empleado, es decir, dosis iguales de radiaciones diferentes producen unos efectos distintos. Para tener en cuenta esto se define una nueva magnitud, la dosis equivalente, que es el producto de la dosis absorbida por un factor de ponderación para cada tipo de radiación, con objeto de homogeneizar las distintas clases de radiación.

El mal uso de las radiaciones ionizantes puede ser peligroso para los seres vivos, por lo que en toda actividad en la que pueda producirse una irradiación a partir de una fuente de radiación o de una contaminación radiactiva, es necesario asegurarse que las personas y otros seres vivos que se desea proteger no reciben una dosis que pueda originarles riesgos radiactivos. De esto se ocupa la protección radiológica, que se define como el conjunto de normativa, métodos y acciones que se toman para evitar dichos riesgos y daños. La protección radiológica se ocupa también de establecer los límites de emisiones radiactivas al medio ambiente y la medida de la radiactividad en éste.

Al referirse a los efectos de la radiación sobre un organismo vivo no solamente hay que considerar la dosis equivalente, sino cual es el órgano que la recibe, ya que no es lo mismo irradiar uno u otro órgano del cuerpo o irradiar el organismo entero. Hay que tener en cuenta que las sucesivas dosis absorbidas por una persona a lo largo del tiempo se suman en lo que se refiere a sus efectos.

Las radiaciones se pueden emplear para producir un efecto beneficioso en las personas: las radiaciones X y gamma se usan con efectos curativos en el tratamiento de tumores en la técnica denominada radioterapia; también en medicina se emplean la radiación X o los isótopos radiactivos con fines diagnósticos, en las especialidades de radiología y medicina nuclear. Pueden citarse otros ejemplos de utilización biológicas de las radiaciones, que no están relacionados con la salud de las personas pero sí con su bienestar, como es el caso de la inducción de mutaciones genéticas en cereales para mejorar el rendimiento de las cosechas o la calidad de las proteínas contenidas en el grano.

Ahora bien, las radiaciones pueden producir daños o implicar riesgos para los seres vivos, aunque también aquí hay que matizar que los efectos producidos por la radiación dependen de las dosis recibidas. Con dosis muy altas se produce la muerte del individuo; con dosis menores, pero todavía altas, se producen lesiones tanto más grave cuanto mayor es la dosis; las dosis bajas no producen necesariamente un daño sino que hacen aumentar la probabilidad de que se origine el daño, en función de la dosis recibida.

La exposición de los seres vivos a las radiaciones ionizantes producen diversos efectos biológicos a consecuencia de absorción de la energía de la radiación por el ser vivo. Los cambios producidos pueden estudiarse a nivel celular, de órgano o tejido, o del organismo considerado en su conjunto.

En las células se producen ionizaciones y excitaciones que dan lugar a reacciones químicas, que originan alteraciones en el funcionamiento de la célula. Estas alteraciones, dependiendo de la dosis recibida, pueden producir fallos o retrasos en la reproducción de la célula o incluso su muerte. La sensibilidad de las células frente a las radiaciones varía mucho según el tipo de célula; es mucho mayor en las células menos diferenciadas y con mayor capacidad de división celular y depende también del momento del ciclo celular en el que se produce la irradiación, siendo la célula más radiosensible las fases de división en comparación con las de reposo celular.

Formas de contaminación interna.

Vías de transferencia y eliminación.

Si consideramos los efectos de la radiación sobre un órgano o un tejido, ellos estarán en relación con el tipo de población celular que compone el tejido; los efectos sobre la salud del individuo dependerán del papel fisiológico que juegue el órgano o tejido. Se denominan órganos críticos aquellos que se ven más afectados por la radiación y dan lugar a consecuencias más graves para el organismo. Los principales órganos críticos son:

• La médula ósea, donde se producen las células sanguíneas.

• El intestino delgado, en el que se realizan los procesos de absorción y digestión de los alimentos.

• Las gónadas, donde se producen y maduran las células germinales.

Los efectos de la absorción de una gran dosis de radiación por el conjunto del organismo recibe el nombre de síndrome de irradiación, cuyas manifestaciones clínicas están en función de las dosis recibidas y reflejan el daño producido sobre la médula ósea, el intestino y el sistema nervioso central.

Los efectos biológicos de las radiaciones pueden clasificarse con arreglo a diferentes criterios. Los tres más usuales son la clasificación respecto a:

Las dosis altas de radiación producen efectos inmediatos o tempranos de tipo causal. Cuando la dosis es muy elevada, superior a 100 Gy se origina la muerte del individuo, en un breve plazo (afectan al sistema nervioso central); si la dosis está comprendida entre 10 y 50 Gy el fallecimiento tiene lugar entre 1 y 2 semanas después de la irradiación (afecta al sistema gastrointestinal); las dosis entre 3 y 5 Gy produce el fallecimiento de al 50% de las personas irradiadas en un plazo de 1 a 2 meses (afecta a la médula ósea).

Con dosis inferiores se producen alteraciones en diversos órganos y tejidos, que luego van seguidos de una reparación y cicatrización de los mismos. Los órganos genitales son particularmente sensibles a la radiación, dosis de 2 Gy en los testículos pueden producir una esterilidad definitiva, y dosis de 0.1 Gy una esterilidad temporal. El ovario es algo menos sensible, por lo que la esterilidad no se produce con dosis inferiores a los 3 Gy.

De las estructuras del globo ocular, el cristalino es el más sensible a la radiación pudiendo opacificarse para producir cataratas, las cuales pueden evolucionar a ceguera. El feto es prácticamente vulnerable a las radiaciones por la inmadurez de sus tejidos, por lo que deben extremarse las precauciones para evitar la posible exposición en el caso de la mujer gestante.

Cuando una persona está sometida a la irradiación de una fuente externa, la dosis de radiación que se recibe igual al producto de la tasa de dosis por el tiempo durante el cuál se está expuesto a la radiación. La protección contra la irradiación por una fuente externa se consigue mediante la combinación de tres factores:

• Las radiaciones alfa son absorbidas fácilmente por todos los cuerpos, basta para ello unos centímetros de aire o algunas centésimas de milímetro de agua.

• La radiación beta, aunque algo menos penetrante, se absorbe también con facilidad, bastando para ello algunos metros de aire, unos milímetros de agua, o un sólido delgado.

• La radiación gamma, es muy penetrante, por lo que, necesita blindajes de un material pesado, como puede ser el plomo o el hormigón, de gran espesor.

• Los neutrones son también muy penetrantes, sin que sean absorbidos por el aire. Los compuestos de algunos elementos químicos, como el boro y el cadmio, son buenos absorbentes de neutrones.

Poder penetrante de los distintos tipos de radiaciones.

En las centrales nucleares el reactor está rodeado de un fuerte blindaje, que absorbe gran parte de la radiación gamma y los neutrones. La central se divide en áreas, según los niveles de radiación que hay en ellas. El acceso al interior de aquellas áreas en las que el nivel de radiación es apreciable está rigurosamente controlado. En el exterior de la central el nivel de radiación es nulo (en teoría).

Como consecuencia de accidentes o explosiones nucleares puede producirse la irradiación y contaminación de personas. En el caso de contaminación externa, la conducta que se sigue está encaminada a eliminarla y evitar que se incorpore al organismo a través de las heridas, orificios naturales, o inhalación, en el caso de atmósferas contaminantes. Las medidas consisten en quitar la ropa almacenándola en bolsas de plástico, duchado con agua tibia y jabón neutro, en el caso de que la contaminación sea difusa, o simple lavado de las zonas contaminada, en el caso de que ésta se reduzca a áreas definidas. El lavado y enjuague se repiten las veces necesarias, controlando con un detector que la descontaminación sea lo más perfecta posible. En el caso de heridas y para evitar la incorporación de los agentes contaminantes a través de vasos linfáticos y sanguíneos, es conveniente la compresión de las venas próximas a las heridas y el lavado de las mismas con suero fisiológico.

Medidor de la radiactividad corporal.

Las medidas de descontaminación interna son más complejas y están en relación con las características metabólicas y capacidad difusora del radisótopo, sus características físicas, así como la vía de entrada y tropismo especial por determinados órganos. Las primeras medidas que se toman tienden a favorecer la eliminación de los radionucleidos.

Como habíamos mencionado las radiaciones ionizantes tienen múltiples aplicaciones en el campo de la medicina. La especialidad denominada radiología utiliza los rayos X procedentes de un tubo de rayos catódicos, para la realización múltiples tipos de exploraciones radiológicas diagnósticas. En la especialidad de medicina nuclear se manejan diferentes tipos de isótopos no encapsulados, que son administrados al paciente. En el campo de la terapia las radiaciones ionizantes se emplean para el tratamiento de tumores malignos, dando lugar a la especialidad de la radioterapia.

Además de en estas tres especialidades, las radiaciones ionizantes procedentes de isótopos radiactivos se utilizan ampliamente en el campo de la investigación médica.

El radiodiagnóstico es el método diagnóstico que consiste en la obtención de imágenes del organismo por medio de un equipo de rayos X. En la actualidad son posibles estudios de esqueleto, tórax, abdomen, sistema nervioso, …, de forma que no hay órgano que se escape a este tipo de exploraciones.

La imagen radiológica se produce al atravesar el haz de rayos X la zona que se desea explorar y ser absorbidos los rayos X de manera diferente por los tejidos, obteniéndose un haz emergente que presenta variaciones de intensidad, las cuales se hacen visibles mediante sistemas de imagen en pantalla.

La medicina nuclear es una especialidad médica que utiliza las radiaciones ionizantes procedentes de los radisótopos para la realización de estudios morfológicos y funcionales de numerosos órganos (permite la representación espacial del órgano, denominada gammagrafía), así como para las determinaciones radioanalíticas de numerosas sustancias contenidas en el organismo.

Aunque la medicina nuclear es una especialidad fundamentalmente diagnóstica los radisótopos no encapsulados pueden utilizarse como medio de tratamiento en aplicaciones puntuales, hablándose entonces de radioterapia metabólica. Esta consiste en administrar una dosis relativamente de sustancia radiactiva en forma líquida por medio de inyección o ingestión para que se acumule en el órgano tratado. La aplicación más frecuente es el tratamiento de pacientes con cáncer de tiroides.

Prácticamente todas las especialidades médicas pueden beneficiarse de la medicina nuclear:

• En la especialidad de endocrinología tiene gran interés los estudios gammagráficos tiroideos, junto con las determinaciones hormonales útiles para el estudio de estos órganos, problemas de crecimiento, desarrollo sexual, etc.

Gammagrafía cardíaca que muestra una zona de infarto de miocardio.

• En la especialidad de cardiología las aplicaciones se centran en el diagnóstico de las alteraciones de circulación cardíaca que producen cuadros como las anginas o infartos de miocardio.

• Los estudios pulmonares permiten estudiar la vascularización y ventilación pulmonar.

• Las exploraciones del aparato digestivo son muy variadas (estudios de la función de esófago y estómago, hepáticos, …).

• La función y morfología del riñón y vías urinarias pueden valorarse mediante técnicas isotópicas que ponen de manifiesto procesos renales, viabilidad de transplantes, …

• En pacientes con traumatismos, infecciones o tumores en los huesos, la gammagrafía ósea permite el diagnóstico de estos procesos.

Estudio tridimensional de hígado y bazo con isótopos (derecha).

Gammagrafías óseas de columna y pelvis (izquierda).

• Los estudios funcionales del sistema nervioso central son muy útiles en la valoración de pacientes con diversos tipos de demencias, epilepsias, enfermedades vasculares o tumorales, en las cuales los estudios con diferentes isótopos permiten la visualización de zonas funcionalmente afectadas que no pueden diagnosticarse de ninguna otra manera.

• Dentro del campo de las aplicaciones analíticas de laboratorio tienen gran interés los estudios hormonales endocrinológicos, así como la determinación de los marcadores tumorales. También se aplican en el estudio de pacientes con enfermedades alérgicas, hepatitis, control antidoping y diferentes estudios sanguíneos.

La radioterpia es la especialidad médica que utiliza la administración de radiaciones ionizantes con fines curativos para la destrucción de tejidos malignos o tumores.

La radiosensibilidad de las células está en relación directa con su diferenciación y capacidad de reproducción, siendo más sensible las células menos diferenciadas y con mayor ritmo de crecimiento. Como las células de los tejidos tumorales cumplen estas condiciones, dichos tumores pueden ser sometidos a la acción de las radiaciones que producirán la muerte de los tejidos tumorales, sobreviviendo los tejidos sanos circundantes que son más radioresistentes.

En el tratamiento de tumores malignos la radioterapia puede utilizarse sola o asociada a otros medios terapéuticos como la cirugía o la quimioterapia.

Además de con fines curativos, la radioterapia puede como terapéutica paliativa en pacientes incurable. En estos casos la administración de radiación produce un descenso del volumen tumoral, aliviando los síntomas del paciente y mejorando su calidad de vida.

Dentro de la radioterapia se pueden diferenciar dos ramas:

Además de las múltiples aplicaciones en el campo de la medicina las radiaciones nucleares pueden ser utilizadas en beneficio del hombre para mejorar su calidad de vida.

En el pasado tuvieron lugar procesos tales como la formación de rocas, erupciones volcánicas, las glaciaciones, etc. Para reconstruir la cronología de este pasado geológico, es necesario disponer de un reloj que nos indique el tiempo transcurrido. Para ello se utilizan los relojes atómicos, que son los únicos sistemas naturales capaces de proporcionar una lectura absoluta del tiempo transcurrido (el carbono-14 se emplea para datar la edad de objetos prehistóricos). Los relojes atómicos han permitido al hombre construir esa ciencia de la naturaleza que es la geocronología.

En ocasiones una pequeña fuente radiactiva puede sustituir a un laboratorio de análisis clínico, como por ejemplo en el control automático de impurezas en las materias primas aportadas a un proceso industrial, o en el análisis elemental de los estratos atravesados por un sondeo. En la testificación nuclear de los sondeos petrolíferos se hace descender una sonda que contiene una fuente radiactiva y un detector que exploran la composición litológica del subsuelo.

Otra aplicación de isótopos es la radiografía industrial, que pretende verificar, mediante rayos X o radiación gamma, la calidad de los componentes de los sistemas tecnológicos. Se trata, como en la radiografía médica, de “ensayos no destructivos”, de modo que si la imagen radiográfica es satisfactoria, el componente pueda ser dado por bueno sin haber sufrido merma alguna en su integridad física.

Las radiaciones nucleares, especialmente la radiación gamma, tienen una aplicación de gran alcance para la humanidad, la conservación de alimentos por irradiación, en la que se saca partido a la propiedad esterilizante de las radiaciones (destrucción de microorganismos), al retardo enzimático de la maduración de frutas, inhibición de la germinación de semillas, etc.

La irradiación es un procedimiento más en el acondicionamiento de alimentos, como la cocción, congelación, salado, …, pudiéndose utilizar una mezcla de ellos. Muchos conservantes químicos (bromuro de metilo, dibromoetileno, …) están siendo sustituidos por la irradiación con fotones gamma del cobalto-60.

La irradiación de alimentos tiene actualmente dos vertientes principales de desarrollo: la reducción de perdidas de alimentos tras su recolección, y la mejora de la calidad sanitaria de los alimentos.

En cuanto a la reducción de pérdidas pueden citarse:

• La irradiación de fruta fresca, para eliminar insectos (mosca de la fruta, sobre todo).

• La destrucción de larvas en cereales, legumbres y semillas.

• La inhibición de la brotación en bulbos y tubérculos (patata, cebolla, ajo, etc.), que detiene el proceso germinativo espontáneo.

Las patatas y cebollas irradiadas (izquierda) pueden conservarse

almacenadas durante más tiempo que las no irradiadas (derecha).

La otra vertiente tiende hacia el cumplimiento de especificaciones microbiológicas en los alimentos, que muchas veces son portadores de cantidades inaceptables de gérmenes patógenos (salmonella, trichina, etc.). también se aplica a la higienización de especias y en la preparación de dietas especiales para enfermos con escasas defensas inmunológicas.

Los isótopos radiactivos también pueden ser utilizados como trazadores radiactivos del elemento químico al que pertenecen. Algunos ejemplos del empleo de los trazadores radiactivos son:

• En agricultura se pueden estudiar las relaciones nutriente-suelo-planta, con especial referencia a abonos, insecticidas, etc.

• En biología se pueden determinar pequeñísimas concentraciones de enzimas, hormonas, drogas, etc, mediante la técnica del radinmunoanálisis (RIA).

• En farmacología se puede estudiar el metabolismo de los fármacos, antes de utilizar su uso público, y de los metabolitos y reacciones secundarias a que dan lugar.

• En hidrología se pueden medir caudales de río y alimentación de turbinas, o fugas en pantanos, dinámica de sedimentos, etc.

También podemos hablar de los generadores isótopicos de electricidad, que contienen un radionucleido confinado en una cápsula metálica, cuyas radiaciones son absorbidas integramente en las paredes de la misma. Por lo tanto, la cápsula es equivalente a una pequeña fuente de calor. A esta fuente calorífica se acopla un circuito para generar una corriente eléctrica de una gran duración, dependiendo del período del radionucleido. Un ejemplo en la vida cotidiana es el marcapasos, que utiliza baterías de litio de larga duración (10 años).

Las radiaciones nucleares también pueden ser utilizadas en la restauración de objetos artísticos, para descubrir falsificaciones artísticas e históricas, para la esterilización de buena parte de los utensilios de uso médico y para multitud de aplicaciones inimaginables.

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