Radiólisis

Qué es la radiólisis

Cuando un fotón o una partícula con suficiente energía atraviesa una sustancia, puede arrancar un electrón de alguno de sus átomos o moléculas. Ese electrón expulsado deja tras de sí una especie cargada e inestable, que tiende a fragmentarse en piezas más pequeñas y reactivas. A ese conjunto de reacciones de fragmentación inducidas por radiación ionizante se le llama radiólisis. El fenómeno se distingue del que produce, por ejemplo, la luz ultravioleta sobre una molécula de cloro: en ese caso el mecanismo es la fotólisis, y la energía absorbida no basta para ionizar, solo para excitar el enlace.

El vocablo une el prefijo radio-, del latín radius («rayo»), con el sufijo -lisis, que el griego λύσις (lýsis) aportó al vocabulario científico con el sentido de «disolución» o «ruptura». Hipócrates ya empleaba lysis en el siglo V antes de Cristo para describir la resolución lenta y favorable de una enfermedad, sentido que el español recuperó en el siglo XIX. La acepción química del sufijo, la que interesa aquí, es más tardía: se documenta a partir de 1902, a raíz de voces como hemólisis o bacteriólisis, y hoy comparte familia con hidrólisis, electrólisis o fotólisis.

Mecanismo: la radiólisis del agua

De todas las reacciones inducidas por radiación, la que afecta al agua es la más estudiada, y también la de mayor relevancia biológica. La radiación ioniza primero una molécula de H2O, que pierde un electrón y queda convertida en un catión inestable (H2O•+). Ese catión se descompone casi de inmediato en un protón (H+) y un radical hidroxilo (•OH). El electrón liberado, por su lado, no permanece libre: en cuestión de picosegundos queda rodeado de moléculas de agua que lo estabilizan, dando lugar al llamado electrón hidratado o acuoso.

A partir de estas especies primarias surgen otras por reacciones secundarias. El electrón hidratado puede combinarse con un protón para formar un átomo de hidrógeno (•H); dos radicales hidroxilo pueden recombinarse en peróxido de hidrógeno (H2O2), y dos átomos de hidrógeno, en hidrógeno molecular (H2). El resultado neto es una mezcla de especies muy reactivas, en su mayoría radicales libres, capaces de atacar cualquier biomolécula que encuentren a su paso. La cantidad de cada especie que se forma por unidad de energía absorbida se conoce como rendimiento radiolítico, una magnitud que la química de las radiaciones mide de forma rutinaria desde mediados del siglo pasado.

Acción directa e indirecta sobre las biomoléculas

La radiación puede dañar una molécula de dos formas distintas. En la acción directa, el fotón o la partícula ioniza átomos de la propia molécula diana, el ADN entre ellas: es el mecanismo dominante en radiaciones de alta transferencia de energía, como las partículas alfa. En la acción indirecta, en cambio, la radiación ioniza primero el agua que rodea a la molécula, y son los radicales resultantes de esa radiólisis los que difunden hasta alcanzarla y dañarla. Con radiaciones de baja transferencia de energía, como los rayos X o los rayos gamma, la acción indirecta explica la mayor parte del daño observado sobre el ADN. Distinguir ambos mecanismos no es un ejercicio académico: de ello depende, por ejemplo, si un compuesto capaz de neutralizar radicales libres resulta o no protector frente a la radiación.

Diferenciación con procesos afines

Varios sufijos comparten con la radiólisis el sentido de ruptura, pero cada uno remite a un agente distinto. La fotólisis rompe enlaces mediante luz ultravioleta o visible, un tipo de radiación no ionizante; la electrólisis lo hace mediante el paso de una corriente eléctrica a través de una disolución. La hidrólisis, pese al parecido del nombre, no depende de ninguna forma de radiación: es la ruptura de un enlace por reacción directa con una molécula de agua, sin que medie ionización alguna. Lo que define a la radiólisis, frente a todas ellas, es la naturaleza ionizante del agente que inicia la ruptura, ya proceda de una fuente radiactiva o de un generador de rayos X.

Preguntas frecuentes

¿Es la radiólisis lo mismo que la radiactividad?

No. La radiactividad es la desintegración espontánea de un núcleo atómico inestable. La radiólisis es la consecuencia química que se produce cuando esa radiación, o la procedente de una fuente artificial como un tubo de rayos X, rompe enlaces en otra molécula distinta. Puede iniciarla tanto una fuente radiactiva como un acelerador de electrones.

¿Por qué se estudia tanto la radiólisis del agua?

Porque los sistemas biológicos son mayoritariamente acuosos, de modo que casi cualquier radiación que atraviesa un tejido interacciona antes con el agua que con el ADN, las proteínas o los lípidos. Los radicales que genera esa primera interacción son los que después difunden y dañan al resto de biomoléculas.

¿Existen técnicas para observar la radiólisis en tiempo real?

Sí, la radiólisis por pulsos. Consiste en irradiar una muestra con un pulso brevísimo de electrones acelerados y registrar de inmediato el espectro de los radicales formados, antes de que se recombinen. La desarrollaron a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960 John Keene, en Mánchester, y Jack Boag, en Londres, y sigue siendo hoy la herramienta de referencia para medir rendimientos radiolíticos.

¿Tiene la radiólisis alguna aplicación fuera del organismo?

La esterilización en frío de material sanitario y de algunos alimentos se apoya en este mismo principio: la radiación ionizante induce radiólisis en los componentes esenciales de los microorganismos y los inactiva, sin recurrir al calor ni a productos químicos.

Referencias

1. Real Academia Española. -lisis. Diccionario panhispánico de dudas
2. Real Academia Española. Radio-. Diccionario de la lengua española
3. Revista Colombiana de Cardiología (Elsevier). Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
4. Wikipedia. Radiólisis