Efectos de la radiactividad

En Microsiervos hemos encontrado algunas de estas informaciones. Para entender cuales son los efectos de la radiación en el cuerpo humano se puede consultar un excelente trabajo de David McCandless para Information is Beautiful: Radiation Dosage Chart, una infografía que ayuda a comprender los efectos de las diversas dosis de radiación entre 0,1 y 100.000 microSieverts.

En esta tabla la radiación máxima detectada en Fukushima por hora figura como 400 mSv, mientras que 50 mSv es el máximo que se recomienda a los trabajadores especializados en radiación en Estados Unidos. Curiosamente un valor tan cercano como 36 mSv puede atribuirse a algo que hace mucha gente, fumar paquete y medio de cigarrillos al día durante un año, o bien realizarse 5 escáneres (TAC) en un hospital, a 10 mSv por sesión. Entre otras menciones interesantes están la radiactividad debida a un plátano (0,1 µSv) o a sentarse delante de una pantalla durante un año (1 µSv).

También se puede consultar, Radiation Dose Chart, otra estupenda visualización sobre la radioactividad creada por Randall Munroe de xkcd, bastante aclaratoria.

De momento la radioactividad liberada en Fukushima es aprimadamente el 1 por ciento de toda la que se liberó en Chernóbil. Y según qué fuente se consulte, las muertes en Chernóbil atribuibles desde entonces al desastre nuclear varían entre 50 (Organización Mundial de la Salud) y 200.000 (Greenpeace) e incluso en algunos otros sitios se habla entre 4 personas y hasta un millón.

La naturaleza está formada por todo tipo de sustancias. Algunas de ellas presentan un exceso de protones o de neutrones y la única forma de corregir este desequilibrio es la radiación. Se trata pues de una propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. Existen muchos tipos de radiación, pero en el caso que nos ocupa (Fukushima), hablamos de la nuclear, cuyos efectos biológicos son muy peligrosos a determinados niveles. A menos de 100 mSv, no se espera ninguna consecuencia para el organismo pero al aumentar la dosis, el cuerpoo va presentando diferentes manifestaciones hasta llegar a la muerte. La dosis letal media es aquella a la cual cincuenta por ciento de los individuos irradiados mueren, esta es de 4 Sv (4.000 mSv).

La tabla elaborada por McCandless indica que la radiación máxima detectada en Fukushima por hora figura como 400 mSv, mientras que 50 mSv es el máximo que se recomienda a los trabajadores especializados en radiación en países como Estados Unidos. Otra de las curiosidades es que un valor tan cercano como 36 mSv se puede conseguir con una actividad tan "normal" como fumar paquete y medio de cigarrillos al día durante un año, o bien realizar cinco escáneres (TAC) en un hospital, a 10 mSv por sesión. El gráfico también muestra la famosa radiación del plátano, un alimento que contiene un 0,0117 por ciento de potasio-40 (isótopo 40K), que es radiactivo.

Como muchos otros agentes físicos, químicos o biológicos, las radiaciones ionizantes son capaces de producir daños en el organismo. La radiación actúa sobre los átomos de la materia viva, provocando en ellos principalmente una ionización. Luego esto da lugar a cambios importantes en células, tejidos, órganos, y en el individuo en su totalidad. El tipo y la magnitud del daño dependen del tipo de radiación, de su energía, de la dosis absorbida (Energía de esta radiación), de la zona afectada, y del tiempo de exposición.

Como en cualquier otro tipo de lesión, este daño en el cuerpo y sus órganos, en ciertos casos puede recuperarse la persona. Esto depende de la gravedad del caso, de la parte afectada, y del capacidad de recuperación del individuo. En la posible recuperación, la edad y el estado general de salud de la persona son factores importantes.

Durante unos cien años se ha hecho uso de las radiaciones y ha sido posible observar la respuesta de diferentes organismos sometidos a tratamiento médico, o sujetos a accidentes con las mismas. Con base a estas observaciones se tienen ahora caracterizados sus efectos.

Para los agentes farmacológicos en general y para la radiación es válida la regla de que, para obtener un efecto biológico dado, se necesita proporcionar una determinada dosis mayor que la dosis umbral. La dosis umbral es aquella que marca el límite por encima del cual se presenta un efecto, y por debajo del cual no hay efecto. Otras sustancias no tienen una respuesta de este tipo, es decir no tienen umbral, por lo tanto no hay una dosis mínima para producir un efecto.

La rapidez con la cual se absorbe la radiación es importante en la determinación de los efectos. Una dosis dada producirá menos efecto si se suministra a lo largo de un periodo de tiempo mayor, que si se aplica en una sola exposición. Esto se debe al poder de recuperación del organismo. Sin embargo se ha de tener en cuenta que esta recuperación no es total y siempre queda un efecto acumulativo.

El tiempo que pasa entre el instante en que se recibe la radiación y la manifestación de sus efectos se conoce como periodo latente. En base a esto se pueden clasificar los daños biológicos en agudos (a corto plazo), que aparecen en unos minutos, días o semanas, y diferidos (a largo plazo), que aparecen después de años, décadas y a veces en generaciones posteriores.

El deterioro biológico tiene diferentes manifestaciones en función de la dosis. A bajas dosis (menos de 100 mSv o 10 rem) no se espera observar ninguna respuesta clínica. Al aumentar a dosis mayores, el organismo va presentando diferentes manifestaciones hasta llegar a la muerte. La dosis letal media, aquella a la cual el 50% de los individuos irradiados mueren, es de 4 Sv (400 rem).

Ordinariamente, cuando se hace referencia a dosis equivalentes, se quiere indicar una dosis que se supone repartida por todo el cuerpo. Esto es importante ya que en ocasiones pueden aplicarse grandes dosis de radiación en áreas limitadas (como en radioterapia) con un daño local. Si estas mismas dosis se aplican a todo el cuerpo pueden ser letales. Por ejemplo, una persona podría recibir 10 Sv (1.000 rem) en un brazo y experimentar una lesión local, pero esa misma dosis por todo el cuerpo le causaría inexorablemente la muerte.

Cuando la radiación ionizante incide sobre un organismo vivo, el efecto a nivel celular se puede llevar a cabo en las membranas, el citoplasma, y el núcleo. Si sucede en alguna de las membranas se producen alteraciones de permeabilidad, lo que hace que puedan intercambiar fluidos en cantidades mayores que las normales. En estos casos la célula no muere, pero sus funciones de multiplicación no se llevan a cabo. En el caso en que el daño sea generalizado la célula puede morir.

En el caso en que el efecto se produzca en el citoplasma, cuya principal sustancia es el agua, al ser ésta ionizada se forman radicales químicamente inestables. Algunos de estos radicales tienden a unirse para formar moléculas de agua y moléculas de hidrógeno (H), las cuales no son nocivas para el citoplasma. Otros se combinan para formar peróxido de hidrógeno (H2O2l), el cual sí produce alteraciones en el funcionamiento de las células. La situación más crítica se presenta cuando se forma hidronio (H3O), el cual produce envenenamiento.

Cuando la radiación ionizante llega hasta el núcleo de la célula, puede producir alteraciones de los genes e inclusive rotura de los cromosomas, provocando que cuando la célula se divida lo haga con características diferentes a la célula original. Es lo que se conoce como daño genético de la radiación ionizante, que si se lleva a cabo en una célula germinal (espermatozoide u óvulo) tendrá consecuencias en los descendientes del individuo afectado.

Resumiendo, la radiación ionizante puede producir en las células, aumento o disminución de volumen, muerte, un estado latente, y mutaciones genéticas.

El hecho de que la radiación acabe provocando un cáncer depende de la dosis recibida. sin embargo, no se puede asegurar que el cáncer se presente, menos aún determinar que dosis lo provocará. Para otro tipo de efectos la gravedad aumenta con la dosis, y se produce a partir de una dosis umbral. Para dosis pequeñas no habrá efectos clínicamente detectables. Al incrementar la dosis se llega a niveles en que empiezan a evidenciarse, hasta llegar a situaciones de gravedad. Las quemaduras son efectos que dependen directamente de la dosis recibida.

El daño biológico por radiación puede manifestarse directamente en el individuo que recibe la radiación o en sus hijos. En el caso en que el daño se manifieste en el individuo irradiado se trata de un daño somático, es decir, el daño se ha circunscrito a sus células somáticas. Por otro lado, el daño a las células germinales producirá en daño en la descendencia del individuo. Se pueden clasificar los efectos biológicos en el hombre como somáticos y hereditarios. El daño en los genes de una célula somática puede producir daño a la célula hija, pero sería un efecto somático no hereditario. El término "daño genético" se refiere a los efectos causados por mutación en un cromosoma o un gen. Esto provoca un daño hereditario solamente cuando el cambio afecta a una línea germinal, es decir, cuando este cromosoma o gen pasan a formar parte efectiva del óvulo fecundado.

El síndrome de irradiación aguda es el conjunto de síntomas debidos a la exposición del cuerpo en su totalidad, o una gran parte de él, a la radiación. En estos casos el individuo tiene náuseas, vómitos, anorexia (Inapetencia por la comida), pérdida de peso, fiebre y hemorragia intestinal.

Los efectos agudos pueden ser generales o locales. Los locales pueden incluir eritema o necrosis de la piel, caída del cabello, necrosis de tejidos internos, la esterilidad temporal o permanente, la reproducción anormal de tejidos como el epitelio del tracto gastrointestinal, el funcionamiento anormal de la médula ósea roja y el bazo, o alteraciones funcionales del sistema nervioso y de otros sistemas.

Los efectos diferidos pueden ser la consecuencia de una sola exposición intensa o de una exposición más baja durante un periodo largo de tiempo. Entre éstos han de considerarse las cataratas del cristalino, el cáncer de huesos, el cáncer pulmonar, las anemias producidas por lesiones de la médula ósea, y la leucemia.

Por lo que hace a la medida de las cantidades de radiación se utilizan diferentes unidades.

Un Becquerel (Bq) es la actividad de una fuente radiactiva en la que se desintegra un núcleo por segundo. El Curie (Ci) es la unidad antigua de medida de radiactividad, definida como la actividad de in gramo del isótopo Ra-226, su equivalencia es de 1Ci = 3,7 10¹⁰ Bq.

Se emplean frecuentemente los múltiplos o submúltiplos de estas unidades, como el kilobecquerel (KBq), o el milicurie (mCi), microcurie (µCi), etc.

Un coulomb representa la unidad de carga eléctrica y equivalente a 10¹⁹ electrones. Al atravesar la materia la radiación genera cargas eléctricas. Se define en base a esta idea el Röentgen.

3.876 Röentgen (R) = 1 coulomb/kg

que representa la ionización que se produce en un kilogramo de aire.

La intensidad de una fuente de rayos gamma se mide en

Coulomb/kg segundo o R/segundo.

Pero el efecto biológico depende de la energía que absorbe un tejido biológico, los efectos de las radiaciones dependen de la energía que se absorbe por unidad de masa de cualquier material. Entonces la cantidad de dosis absorbida está definida como la energía por unidad de masa que actúa sobre el material. La unidad es el Gray (Gy), que equivale a un joule por kilogramo (En nuestro caso por Kilogramo de masa de nuestro cuerpo). Tradicionalmente se ha usado el RAD (Röentgen absorved dose), que equivale a 100 erg/gr.

La conversión de unidades es entonces:

1 Gy= 1J/kg = 10.000 erg/g = 100 rad

Pero, aunque el efecto biológico depende fuertemente de la dosis absorbida, también resulta importante cuan rápidamente se absorbe, cuan uniforme es y el tipo de radiación. Para considerar estos tres aspectos se usa, la dosis equivalente definida por:

dosis equivalente = dosis absorbida x factor de cualidad

La unidad es el sievert (Sv), aunque tradicionalmente se ha utilizado el rem (Röentgen equivalente en hombre)

1 Sv = 100 rem

El factor de cualidad tiene un valor de 1,7 para los rayos γ (Gamma), X (Equis) y β (Beta) de baja energía y de 20 para la radiación α (Alfa).

Teniendo en cuenta esto, para la radiación γ y X:

1 Gy es aproximadamente igual a 1 Sv
1 rad es aproximadamente igual a 1 rem

Muchos isótopos resultan ser radiactivos, es lo que se conoce como radioisótopo. En el núcleo de una central nuclear, al estar expuestos a elevadas dosis de radiación, muchos de sus materiales, como por ejemplo el acero de la vasija o de las tuberías, se vuelven radiactivos y se han de tratar y almacenar como tales. En el caso de una fusión del núcleo, como ha ocurrido en Fukushima el caso es peor, ya que se produce una mezcla fundida de múltiples metales radiactivos, junto con los restos del combustible, es lo que se conoce como Corium.