Cuando la materia absorbe radiación, su energía puede causar ya sea excitación o ionización de ella. Se produce excitación cuando la radiación absorbida excita los electrones a estados de mayor energía o aumentan el movimiento de las moléculas haciéndolas moverse, vibrar o girar. Ocurre ionización cuando la radiación elimina un electrón de un átomo o molécula. En general la radiación que causa ionización, llamada radiación ionizante, es mucho más dañina para los sistemas biológicos que la radiación que no la causa, llamada radiación no ionizante.
Casi todos los tejidos vivos contienen al menos un 70% de agua en masa. Cuando se irradia en tejido vivo, la mayor parte de la radiación es absorbida por las moléculas de agua. Por tanto, es común definir la radiación ionizante como radiación capaz de ionizar el agua, un proceso que requiere una energía mínima de 1216 Kj/mol. Los rayos alfa, beta y gamma (lo mismo que los rayos X y la radiación ultravioleta de más alta energía) poseen una energía que sobrepasa esta cantidad y son por tanto formas de radiación ionizante.
Cuando una radiación ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de agua por lo que se forman iones H2O+ muy reactivos. Un ión H2O+ puede reaccionar con otra molécula de agua para formar un ión H3O+ y una molécula neutra OH:
H2O+ + H2O => H3O+ + OH
La inestable y muy reactiva molécula de OH es un ejemplo de radical libre, una sustancia con uno o más electrones no apareados. La presencia del electrón no apareado se suele destacar escribiendo la especie con un solo punto OH. En las células y tejidos, estas partículas pueden atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales libres, los cuales, a su vez, atacan todavía más compuestos. Así pues, la formación de un solo radical libre puede iniciar un gran número de reacciones químicas que son capaces en último término de perturbar las operaciones normales de las células. El daño que produce la radiación depende de la actividad y energía de la misma, de la duración de la exposición, del área del cuerpo afectada y de si la fuente está dentro o fuera del cuerpo. Fuera del cuerpo, los rayos gamma son particularmente dañinos, porque penetran los tejidos humanos con gran eficiencia como lo hacen los rayos X. En consecuencia, el daño que causan no está limitado a la piel. En cambio, la piel detiene casi todos los rayos alfa, y los rayos beta solo consiguen penetrar aproximadamente 1 cm. más halla de la superficie de la piel. Por lo tanto, ni uno ni otro son tan peligrosos como los rayos gamma a menos que la fuente de radiación entre de alguna manera en el cuerpo. Dentro del organismo, los rayos alfa son particularmente peligrosos porque transfieren su energía al tejido circundante e inician daños considerables. En general, los tejidos que muestran mayor daño a consecuencia de la radiación son los que se reproducen con rapidez, como la médula ósea, los tejidos formados de sangre y los nódulos linfáticos. El efecto principal de una exposición prolongada a dosis bajas de radiación es la inducción del cáncer. El cáncer es causado por daños al mecanismo regulador del crecimiento, lo que induce a la célula a reproducirse sin control. La leucemia, que se caracteriza por el crecimiento excesivo de glóbulos blancos de la sangre, es probablemente el principal de cáncer asociado a la radiación.
En vista a los efectos biológicos que nombramos, es importante determinar si algún nivel de radiación no es peligroso para los organismos. Desafortunadamente, los intentos por fijar normas realistas se han visto obstaculizadas por la falta de comprensión de los efectos de la exposición de larga duración a la radiación. Los científicos que se ocupan de fijar normas sanitarias han aplicado la hipótesis de que los efectos de la radiación son proporcionales a la exposición incluso en dosis bajas. Se supone que cualquier cantidad de radiación causa cierto riesgo de lesión y los efectos de las dosis altas se extrapolan a las más bajas. En cambio, otros científicos que consideran que existe un umbral bajo el cual la radiación representa un riesgo. Hasta que las pruebas científicas permitan definir la cuestión con cierta confianza, es más seguro suponer que incluso los niveles bajos de radiación plantean ciertos riesgos.
Lo que si podemos decir al respecto es que la radiación absorbida por un cuerpo se mide en Grays (Gy), un Gy equivale a 1 J de energía absorbido por kilogramo de materia. Para una cantidad superior a 40Gy produce un deterioro severo en el sistema vascular humano, que desemboca en un edema (acumulación de flujos) cerebral, en este caso el individuo muere en las próximas 48 Hs aproximadamente. Cuando el organismo absorbe entre 10 y 40 Gy de radiación, los trastornos vasculares son menos serios, pero se produce la pérdida de fluidos y electrolitos que pasan a los espacios intercelulares y al tracto gastrointestinal. El individuo muere en los diez días siguientes a consecuencia del desequilibrio osmótico, del deterioro de la médula ósea y de la infección terminal. Si la cantidad absorbida oscila entre 1,5 y 10 Gy, se destruye la médula ósea provocando infección y hemorragia. La persona puede morir cuatro o cinco semanas después de la exposición. Los efectos de estas radiaciones poco intensas, son los que pueden tratarse de forma eficaz. La mitad de las personas que han recibido una radiación de 3 a 3,25 Gy y que no hayan recibido tratamiento, pierden la médula ósea
La irradiación de zonas concretas del cuerpo (radiaciones accidentales) produce daños locales en los tejidos. Se lesionan los vasos sanguíneos de las zonas expuestas alterando las funciones de los órganos. Cantidades más elevadas, desembocan en necrosis (zonas de tejido muerto) y gangrena.
Las consecuencias menos graves de una radiación ionizante se manifiestan en muchos órganos, en concreto en la médula ósea, riñones, pulmones y el cristalino de los ojos, debido al deterioro de los vasos sanguíneos. Como consecuencias secundarias aparecen cambios degenerativos y funciones alteradas. No obstante, el efecto retardado más importante comparándolo con personas no irradiadas, es el aumento de la incidencia de casos de cáncer y leucemia. El aumento estadístico de leucemia y cáncer de tiroides, pulmón y mama, es significativo en poblaciones expuestas a cantidades de radiación relativamente altas (más de 1 Gy). En animales de experimentación se ha observado una reducción del tiempo de vida, aún no se ha demostrado en seres humanos.
Sería importante tener idea clara sobre las unidades de medida que empleamos para medir la exposición ellas son: el Gray y el Rad. El Gray (Gy), que es la unidad aceptada por el Sistema Internacional de dosis absorbida, corresponde a la absorción de 1 J de energía por Kilogramo de tejido. El Rad (Radiation Absorbed Dose; Dosis de Radiación Absorbida) corresponde a la absorción de 1 x 10-2 J de energía por kilogramo de tejido. Por lo tanto 1Gy =100 Rad.
El Rad es la unidad de uso más frecuente en medicina.
No todas las formas de radiación tienen la misma eficiencia para dañar material biológico. Por ejemplo; un Rad de radiación alfa puede producir más daño que un Rad de radiación beta. Para hacer la corrección a estas diferencias de dosis de radiación, se multiplica por un valor que mide el daño biológico relativo causado por la radiación. El factor de multiplicación se conoce como Efectividad Biológica Relativa de radiación y se abrevia como RBE (Relative Biological Effectiviness) La RBE es aproximadamente 1 para la radiaciones gamma y beta y aproximadamente 10 para la radiación alfa. El valor exacto de la RBE varía con la rapidez de la dosis, la dosis total y el tejido afectado.
El producto de la dosis de radiación en Rads por la RBE de la radiación proporciona la dosis efectiva en unidades de REM (Roentgen Equivalent for Men; Equivalente en Roentgen para el Hombre).
Nro de Rems = (Nro de Rads)(RBE)
La unidad en el Sistema Internacional de la dosificación efectiva es el Sievert (Sv), el cual se obtiene multiplicando la RBE por la unidad en el Sistema Internacional de dosis de radiación, el Gray, por lo tanto 1 Sv = 100 Rem.
Una exposición de 600 Rem es mortal para casi cualquier ser humano. Para poner este número en perspectiva; una radiografía dental típica significa una exposición de aproximadamente 0.5 mRem. La exposición medida para una persona en un año, debida a las fuentes naturales (llamada Radiación de Fondo) es de aproximadamente 360 mRem.
DOSIS (REM) |
EFECTO |
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0 A 25 | No hay efectos clínicos detectables. |
25 a 50 | Disminución ligera temporal de la cuenta de glóbulos blancos en la sangre. |
100 a 200 | Nauceas, descenso notable de glóbulos blancos en la sangre |
500 | Muerte de la mitad de la población expuesta menos de 30 días luego de la exposición. |