DICCIONARIO MÉDICO
Fenómeno de ionización
La ionización es el proceso por el que un átomo o una molécula pierde o gana uno o más electrones y se transforma en un ion, es decir, en una partícula con carga eléctrica neta. En el ámbito biomédico, este fenómeno es la base de la interacción entre la radiación de alta energía y los tejidos vivos, y sustenta tanto las aplicaciones diagnósticas (radiología, medicina nuclear) como las terapéuticas (radioterapia oncológica) de las radiaciones ionizantes. El término procede del griego ἰόν (ión, participio presente de ἰέναι, 'ir'), acuñado en 1834 por el físico y químico británico Michael Faraday para designar las especies que "viajan" hacia los electrodos durante la electrólisis. La noción de que un átomo pueda existir como partícula cargada se consolidó a finales del siglo XIX con los trabajos de Svante Arrhenius sobre la disociación electrolítica (1884) y el descubrimiento del electrón por J. J. Thomson en 1897. Arrhenius recibió por su teoría el Premio Nobel de Química en 1903. Para arrancar un electrón de un átomo se necesita una cantidad mínima de energía, la energía de ionización, cuyo valor depende de la posición del elemento en la tabla periódica y del estado electrónico concreto. Cuando la energía suministrada procede de un fotón (rayos X, rayos gamma, radiación ultravioleta de alta frecuencia) o de una partícula subatómica cargada (electrón, protón, partícula alfa), se habla de radiación ionizante. Cuando un haz de rayos X o de rayos gamma atraviesa un tejido, cada fotón puede interaccionar con los átomos del medio por tres vías principales: efecto fotoeléctrico, efecto Compton y producción de pares. En las dos primeras, el fotón transfiere energía a un electrón del átomo y lo expulsa, dejando un ion positivo. Ese electrón secundario, a su vez, puede ionizar otros átomos a lo largo de su trayecto, generando una cascada de ionizaciones. La molécula más abundante del organismo es el agua. Al ionizarse, produce radicales libres (sobre todo el radical hidroxilo, OH·) que son químicamente muy reactivos y capaces de dañar el ADN celular. Ese daño indirecto, mediado por los radicales del agua, es responsable de aproximadamente dos tercios de las lesiones biológicas inducidas por los rayos X. El tercio restante se debe a la ionización directa de las moléculas del ADN, que rompe enlaces covalentes de la doble hélice. Conviene no confundir ambos fenómenos. En la excitación, el electrón absorbe energía y salta a un nivel superior dentro del mismo átomo, pero no se libera; al volver a su estado original emite la energía sobrante como fotón. En la ionización, la energía recibida supera el umbral de unión del electrón y este abandona el átomo por completo. Solo la ionización produce iones y desencadena las cadenas de daño biológico que interesan en radiobiología. En química, la ionización puede producirse sin necesidad de radiación: basta con disolver una sal iónica en agua para que los iones se separen (disociación electrolítica), o con que un ácido ceda un protón al disolvente (ionización ácido-base). Estos procesos, gobernados por diferencias de electronegatividad y por el entorno del disolvente, son los que explican la conductividad eléctrica de los líquidos corporales y el mantenimiento de los gradientes iónicos transmembrana que hacen posible la excitabilidad neuronal y la contracción muscular. La ionización física, en cambio, requiere aportar energía desde fuera (radiación, campo eléctrico intenso o temperatura muy elevada) y no implica reacciones químicas entre especies distintas. Es esta segunda la que fundamenta el uso médico de las radiaciones. No. Solo la radiación cuya energía por fotón supera el umbral de ionización del medio atravesado. Los rayos X, los rayos gamma y las partículas alfa y beta son ionizantes. Las ondas de radio, la luz visible, los infrarrojos y buena parte del espectro ultravioleta carecen de energía suficiente para arrancar electrones y se clasifican como radiación no ionizante. La cámara de ionización aprovecha exactamente este fenómeno para medir la radiación. Un gas encerrado entre dos electrodos se ioniza al recibir el haz, los iones generados migran hacia los electrodos y producen una corriente eléctrica proporcional a la dosis de radiación recibida. Porque el grado de ionización de un fármaco a un pH determinado condiciona su capacidad para atravesar las membranas biológicas. Las moléculas no ionizadas (lipófilas) difunden con facilidad; las ionizadas (hidrófilas) quedan atrapadas en el compartimento acuoso. La ecuación de Henderson-Hasselbalch permite predecir esa fracción en función del pKa del fármaco y del pH del medio.Qué es la ionización
Ionización y tejidos biológicos
Distinción entre excitación e ionización
Ionización química frente a ionización física
Preguntas frecuentes
¿Toda radiación produce ionización?
¿Cuál es la relación con la cámara de ionización?
¿Por qué importa la ionización en farmacología?
Referencias
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Infografías realizadas con https://BioRender.com
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