Efecto radiactivo

Qué es el efecto radiactivo

La radiactividad es el fenómeno físico por el que los núcleos atómicos inestables se transforman en otros más estables emitiendo radiación. Cada emisión libera partículas o fotones con energía suficiente para ionizar los átomos del medio. El «efecto radiactivo» agrupa las consecuencias de esa emisión: la ionización del entorno, los cambios químicos que se derivan de ella y, cuando el medio irradiado es un ser vivo, las alteraciones que la ionización produce en las biomoléculas, especialmente en el ADN.

La palabra procede del latín radius, «rayo», con el sufijo -activus, formado sobre agere («actuar»). El término fue acuñado por Marie Curie en el mismo cambio de siglo en que su marido, Pierre, y ella, junto con Henri Becquerel, describían y cuantificaban por primera vez el fenómeno. Los tres compartieron el Premio Nobel de Física de 1903 por el descubrimiento y la caracterización de la radiactividad natural. Marie Curie recibiría después un segundo Nobel, esta vez de Química, en 1911.

Fase física: ionización y excitación

Toda emisión radiactiva libera al menos una de estas partículas: partículas alfa (núcleos de helio, muy ionizantes pero de poco recorrido), partículas beta (electrones o positrones), fotones gamma o neutrones. Al atravesar un medio material, esas partículas ceden su energía a los electrones atómicos del entorno. Si la energía transferida supera la energía de enlace, el electrón escapa del átomo y se produce un ion. Se está produciendo un efecto de ionización. Si la energía transferida es menor, el electrón sube a un nivel superior sin salir del átomo: es una excitación.

Las partículas alfa, con carga doble y masa cuatro mil veces mayor que la del electrón, depositan mucha energía en muy poco recorrido: pocas decenas de micrómetros bastan para agotar toda su energía en el tejido. Los electrones beta llegan a atravesar unos milímetros de tejido antes de detenerse. Los fotones gamma pueden recorrer decenas de centímetros. La densidad de ionización que producen a lo largo de su trayecto (la llamada transferencia lineal de energía) es la magnitud que gobierna después el daño biológico específico de cada tipo de radiación.

Fase química: radicales libres

La ionización de una molécula de agua libera un electrón y deja una molécula de agua cargada positivamente, muy reactiva. En cuestión de nanosegundos se generan radicales libres, principalmente el radical hidroxilo (·OH), el hidrógeno atómico (H·) y el electrón hidratado. Son especies con un electrón desapareado que reaccionan con casi cualquier biomolécula cercana. En un tejido con un setenta por ciento de agua, la mayor parte de la energía cedida por la radiación se transforma primero en ionización del agua y solo en un segundo tiempo en daño a otras moléculas.

Los radicales libres reaccionan preferentemente con el ADN por su tamaño, su localización nuclear y su papel en la conservación de la información genética. Se estima que en las condiciones habituales del tejido irradiado, entre el sesenta y el setenta por ciento del daño al ADN es indirecto (mediado por radicales libres del agua), y el resto es directo (ionización dentro de la propia molécula de ADN).

Fase biológica: daño al ADN y respuesta celular

Las lesiones que la ionización produce en el ADN son muy variadas: modificaciones de bases, roturas de una hebra, roturas de las dos hebras simultáneamente, entrecruzamientos entre hebras y entre ADN y proteínas. La rotura doble es la lesión más relevante desde el punto de vista biológico. La célula dispone de sistemas de reparación eficientes, pero cuando las roturas son múltiples y espaciadas en pocos nanómetros, la reparación puede fallar. Los desenlaces posibles son tres: reparación correcta, sin consecuencias; reparación errónea con mutación estable en la descendencia celular; o muerte celular por incapacidad de completar la mitosis.

A escala de organismo, la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) distingue dos grandes categorías de consecuencias. Los efectos deterministas son los que aparecen a partir de un umbral concreto y cuya gravedad crece con la exposición. Requieren la muerte de un número elevado de células y afectan a tejidos u órganos completos. Ejemplos clásicos: el eritema cutáneo, la esterilidad transitoria, las cataratas radioinducidas, el síndrome hematopoyético agudo y, en el límite, el síndrome agudo por irradiación. Los efectos estocásticos son los que no requieren umbral: su probabilidad aumenta con la exposición pero su gravedad no. Incluyen el aumento de riesgo de cáncer y las alteraciones hereditarias, y se manifiestan con latencias de años o de décadas.

Fuentes de exposición y magnitudes usadas para cuantificar

El ser humano vive inmerso en un fondo natural de radiactividad procedente de radionucleidos primordiales (uranio, torio, potasio-40), de sus descendientes (radón inhalado, sobre todo) y de la radiación cósmica. UNSCEAR cifra la contribución mundial de esa exposición natural en 2,4 milisieverts al año por persona; el Consejo de Seguridad Nuclear la estima en 2,6 milisieverts para la población española, con el radón como componente mayoritario. A esa exposición se añade la de origen médico (principalmente imagen radiológica y radioterapia oncológica), la ocupacional en trabajadores expuestos y la vinculada a episodios accidentales o industriales concretos.

Para cuantificar el efecto se utilizan tres magnitudes principales, definidas por la ICRP y expresadas en las unidades del sistema internacional. La primera mide la energía cedida por la radiación por unidad de masa del tejido irradiado y se expresa en gray. La segunda pondera esa energía por la eficacia biológica del tipo concreto de radiación (alfa, beta, gamma, neutrones) y se expresa en sievert. La tercera integra las contribuciones a los distintos órganos ponderadas por su radiosensibilidad relativa. Las tres son herramientas de la protección radiológica y forman parte del vocabulario técnico habitual de las publicaciones oficiales de la ICRP.

Aplicaciones médicas

La medicina utiliza el efecto radiactivo en tres campos principales, todos ellos con un marco de indicación y de control específicos que exceden el ámbito de esta entrada del diccionario. La imagen radiológica se apoya en la ionización diferencial que producen los rayos X al atravesar los tejidos. La radioterapia oncológica aprovecha la capacidad de la radiación para dañar el ADN de las células tumorales. La medicina nuclear utiliza radiofármacos que emiten radiación desde dentro del organismo, tanto para imagen como para aplicaciones terapéuticas selectivas.

Diferenciación con términos vecinos

Radiactividad. Propiedad física de los núcleos inestables de emitir radiación. Es la causa; el «efecto radiactivo» es el conjunto de consecuencias.

Radiación ionizante. Concepto más amplio: incluye tanto la emitida por núcleos radiactivos como la producida artificialmente por generadores de rayos X y aceleradores. El efecto radiactivo se refiere específicamente a la primera.

Contaminación radiactiva. Presencia indeseada de material radiactivo en superficies, alimentos, agua o tejidos vivos. Es una circunstancia que puede dar lugar a exposición prolongada; el efecto radiactivo describe lo que esa exposición produce.

Preguntas frecuentes

¿Quién descubrió la radiactividad?

Henri Becquerel, en 1896, al observar que unas sales de uranio velaban placas fotográficas sin exposición previa a la luz. Marie y Pierre Curie extendieron el trabajo, aislaron el polonio y el radio, y acuñaron el término «radiactividad». Los tres recibieron el Premio Nobel de Física en 1903.

¿La radiactividad es siempre artificial?

No. La mayor parte de la radiactividad que rodea al ser humano es natural: potasio-40 en los alimentos, uranio y torio en el suelo, radón en el aire de las viviendas, radiación cósmica en la atmósfera. Los radionucleidos artificiales, generados por la actividad humana desde mediados del siglo XX, se suman a ese fondo natural.

¿Qué diferencia un efecto determinista de uno estocástico?

El efecto determinista tiene un umbral: por debajo de cierto nivel de exposición no ocurre, y por encima aparece con una gravedad que crece con la exposición. El efecto estocástico no tiene umbral definido: la probabilidad de que aparezca aumenta con la exposición, pero su gravedad, cuando aparece, no depende de esa cantidad. Los primeros afectan a tejidos completos; los segundos actúan a nivel celular y molecular.

¿A qué exposición está sometido normalmente el ser humano?

Alrededor de 2,4 milisieverts al año como promedio mundial, según UNSCEAR. En España se estima 2,6 milisieverts, en torno a la mitad procedente del radón que se acumula en el interior de las viviendas. Las exposiciones médicas y ocupacionales se añaden a ese fondo natural.

¿El daño al ADN se repara siempre?

No siempre. La célula dispone de mecanismos de reparación muy eficaces para las lesiones simples y para las roturas de una sola hebra. Las roturas dobles y las lesiones agrupadas en pocos nanómetros son más difíciles de reparar y pueden dejar mutaciones estables o llevar a la muerte de la célula. La radiobiología moderna es, en buena parte, el estudio detallado de esos mecanismos y de sus límites.

Referencias

1. Consejo de Seguridad Nuclear. La protección radiológica en el medio sanitario.
2. Nobel Prize Outreach. The Nobel Prize in Physics 1903: Becquerel, Pierre Curie y Marie Curie.
3. Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo. Radiaciones ionizantes. Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo.
4. Ministerio para la Transición Ecológica. Revista Ambienta. Radiación natural.