Medicina Nuclear y efectos de la radiación en el organismo

Medicina Nuclear y efectos de la radiación en el organismo

7 marzo, 2017 0 By Ensambledeideas

Te recomendamos la lectura previa de los primeros tres artículos de la serie Radiactividad:

RADIACTIVIDAD

RAYOS ALPHA, BETA Y GAMMA

Serie de decaimiento radiactivo

Tiempo de Vida Media

Radiactividad Artificial / Transmutación nuclear

Aceleradores de partículas / Fisión y Fusión Nuclear

Centrales Nucleares

La radiación se usa mucho en medicina, para destrucción selectiva intencional de tejidos, como tumores. Los riesgos son considerables, pero si la enfermedad resulta mortal sin tratamiento, todo riesgo es preferible. Los isótopos producidos en forma artificial se usan con frecuencia como fuentes de radiación. Esos isótopos tienen varias ventajas sobre los isótopos radiactivos naturales. Pueden tener vidas medias más cortas, y una actividad mayor, en forma correspondiente. Se pueden elegir isótopos que emitan la clase de radiación que se desee. Algunos isótopos artificiales se han sustituido por haces de fotones y electrones producidos en aceleradores lineales.

            La medicina nuclear es un campo de aplicación en expansión. Los isótopos radiactivos tienen casi las mismas configuraciones electrónicas y el comportamiento químico que los isótopos estables del mismo elemento. Pero la ubicación y concentración de los isótopos radiactivos se puede detectar fácilmente con mediciones de la radiación que emiten. Un ejemplo conocido es el uso de yodo (I) radiactivo en estudios de tiroides. Casi todo el yodo que se ingiere se elimina o se almacena en la tiroides, y las reacciones químicas en el organismo no discriminan entre el isótopo inestable 131I y el estable 127I. Una cantidad diminuta de 131I se alimenta o inyecta en el paciente, y la rapidez con que se concentra en la tiroides es una medida de la función de ella. La vida media es 8,02 días, por lo que no hay riesgos duraderos de radiación. Al usar detectores de barrido más complicados también se puede obtener una imagen de la tiroides, que revela agrandamientos y otras anormalidades. Este procedimiento es una clase de autorradiografía, comparable a fotografiar el filamento incandescente de una bombilla eléctrica usando la luz emitida por el mismo filamento. Si este proceso descubre nódulos cancerosos en la tiroides, se pueden destruir usando cantidades mucho mayores de 131I.

            Otro núclido útil en la medicina nuclear es el tecnecio-99 (99Tc), formado en un estado excitado por el decaimiento β del molibdeno (99Mo). El tecnecio decae en su estado fundamental emitiendo un fotón de rayo γ con 143 keV de energía. La vida media es 6,01 horas, excepcionalmente larga para una emisión gamma. (El estado fundamental del 99Tc también es inestable y su vida media es de 2,11 x 105 años; decae por emisión β al núclido estable de 99Ru.) La química del tecnecio es tal que se puede fijar con facilidad a moléculas orgánicas que se absorben en diversos órganos del cuerpo. Una pequeña cantidad de esas moléculas portadoras del tecnecio se inyecta a un paciente, y para producir una imagen se usa un detector de barrido, o cámara gamma; la imagen producida se llama scintigrama o escintigrama, y revela qué partes del cuerpo absorben esta molécula emisora γ. Esta técnica, en la cual el 99Tc funciona como trazador radiactivo, desempeña un papel importante en la localización de cánceres, embolias y otros cuadros patológicos.

escintigrama
Escintigrama

1.

            Las técnicas del trazador tienen muchas otras aplicaciones. El tritio (3H), un isótopo radiactivo del hidrógeno, se usa para marcar moléculas en reacciones orgánicas complejas; las marcas radiactivas en moléculas de plaguicida, por ejemplo, pueden usarse para rastrear su paso en las cadenas alimenticias. En el mundo de la maquinaria se puede usar hierro radiactivo para estudiar el desgaste de pistones. Hasta los fabricantes de detergentes para lavandería han probado la eficacia de sus productos usando mugre radiactiva.

            También hay muchos efectos de la radiación que son útiles, como el fortalecimiento de polímeros por enlazamientos cruzados, esterilización de utensilios quirúrgicos, dispersión de electricidad estática indeseable en el aire, así como ionización intencional del aire en detectores de humo. También se están usando los rayos gamma para esterilizar y preservar algunos productos alimenticios.

            En alimentos, la irradiación es un método de conservación comparable al frío o el calor. Consiste en exponer el alimento a la acción de las radiaciones ionizantes durante un cierto lapso, que es proporcional a la cantidad de energía que deseemos que aquel absorba. De acuerdo con la energía entregada, se pueden lograr distintos efectos: retardar o inhibir la brotación de papas, cebollas y ajos, descontaminar hierbas y especias, retardar la maduración de frutas tropicales, demorar la senescencia de champiñones y espárragos, eliminar microorganismos de diversas frutas y verduras. Todo ello sin afectar la calidad de los alimentos. Esto último es muy importante ya que la creencia popular tiende a pensar que si un alimento fue irradiado, al ingerirlo estamos recibiendo radiactividad. En realidad, cuando se dispone a consumir estos alimentos, ya no queda nada de radiación.

            Por otro lado, a menudo se difunde información sobre los riesgos por exposición a la radiación, a largo plazo, como causa de diversos cánceres y defectos genéticos, y se ha debatido ampliamente el asunto de si hay algún nivel “seguro” de exposición a la radiación. Estudios recientes sugieren que las exposiciones, aunque sean extremadamente pequeñas, causan riesgos; pero es muy difícil reunir estadísticas confiables sobre los efectos de dosis bajas. Se ha aclarado que todo uso para diagnóstico en medicina debe estar precedido por una estimación muy cuidadosa del riesgo en relación con el posible beneficio.

      En nuestro artículo Centrales Nucleares, se lee:  

Otro asunto muy debatido es el de los riesgos de radiación por las centrales eléctricas nucleares. El nivel de radiación causado por ellas no es despreciable. Sin embargo, para hacer una evaluación racional de los riesgos, debemos comparar esos niveles con las alternativas, como las centrales eléctricas alimentadas por carbón. Los riesgos a la salud del humo del carbón son graves y están bien documentados, y se cree que la radiactividad natural en ese humo es unas 100 veces mayor que el de una central nuclear que funcione en forma correcta, de igual capacidad. Pero la comparación no es tan simple; también hay que considerar la posibilidad de un accidente nuclear y el grave problema de desechar de manera segura los residuos radiactivos de las plantas nucleares. Es claramente imposible eliminar todos los riesgos para la salud. La meta debería ser tratar de adoptar una actitud racional hacia el problema de minimizar el riesgo de todas las fuentes. La radiación ionizante es una espada de dos filos: impone riesgos muy graves para la salud pero también brinda muchos beneficios a la humanidad, incluyendo diagnósticos y tratamientos de enfermedades y una gran variedad de técnicas analíticas.

Al examinar la cadena de desintegración del 238U, vemos que la vida media del uranio, vemos que la vida media del 222Rn es de 3,82 días. El radón de A = 222 se produce en forma continua, por el decaimiento del 226Ra, que existe en cantidades diminutas en las rocas y el suelo sobre los que se construyen las casas. Es un caso de equilibrio dinámico, donde la cantidad de producción es igual a la cantidad de decaimiento.

Como se observa en el gráfico anterior, un riesgo serio para la salud en algunas áreas es la acumulación del 222Rn en las casas; es un gas inerte, incoloro, inodoro y radiactivo. La razón por la que el 222Rn constituye un mayor riesgo que los demás elementos de la serie de desintegración del 238U es que es un gas. Durante su corta vida media de 3,82 días puede migrar del suelo y penetrar en casas. Si un núcleo de 222Rn se desintegra en los pulmones, emite una partícula α dañina, y su núcleo derivado, el 218Po, que no es químicamente inerte y probablemente permanezca en los pulmones hasta que se desintegre, emite otra partícula α dañina recorriendo la serie radiactiva del 238U.

La intensidad de la radiación depende del número de desintegraciones, así como de la energía y del tipo de la radiación emitida. El efecto biológico de la radiación depende de la parte del cuerpo irradiado y del tipo de radiación. De los tres tipos de radiación nuclear, las partículas alpha tienen el menor poder de penetración y son, por lo tanto, las menos dañinas desde el punto de vista biológico. Las partículas beta penetran más que las alpha, pero menos que los rayos gamma. Sin embargo, si se ingieren emisores α o β, sus efectos nocivos se agravan de manera notable porque los órganos están constantemente sujetos a la radiación dañina a muy corto alcance. Por ejemplo, el estroncio-90, un emisor β, puede reemplazar el calcio de los huesos, donde provoca mayor daño.

Cuando el agua se irradia con rayos gamma, se llevan a cabo las siguientes reacciones:

El electrón (en su forma hidratada) puede reaccionar subsecuentemente con el agua o con un ion hidrógeno para formar hidrógeno atómico, y con el oxígeno para producir el ion superóxido, O2:

En los tejidos, los iones superóxido y otros radicales libres atacan las membranas celulares y una gran variedad de compuestos orgánicos, como enzimas y moléculas de ADN. Los compuestos orgánicos, por supuesto, pueden ser ionizado directamente y destruidos por la radiación de alta energía.

Desde hace mucho tiempo, se ha sabido que la exposición a la radiación de alta energía puede inducir cáncer en los humanos y en otros animales. El cáncer se caracteriza por el crecimiento celular incontrolado. Por otra parte, también está bien establecido que el cáncer puede ser destruido por radiación con un tratamiento apropiado. En la radioterapia debe buscarse una conciliación. La radiación a la que está expuesto el paciente debe ser suficiente para destruir las células de cáncer sin matar demasiadas células normales, con la esperanza de no inducir otra forma de cáncer.

El daño por radiación a los sistemas vivos se clasifica generalmente como somático o genético. Los daños somáticos son aquellos que afectan al organismo durante su vida. La quemaduras de Sol, las erupciones de la piel, el cáncer y las cataratas son ejemplos de daños somáticos. Los daños genéticos se refieren a cambios heredados o a mutaciones de los genes. Por ejemplo, una persona cuyos cromosomas han sido dañados o alterados por acción de su exposición a la radiactividad puede tener descendientes deformes.

Curiosidades:

Fuentes de radiación comunes: Porcentaje de las fuentes de radiactividad a las que un humano promedio está sometido diariamente, en Estados Unidos. El 82% del total corresponde a radiación de origen natural. El 18% restante es por actividad humana.

Se puede analizar también la radiactividad presente en sustancias y productos muy comunes de la vida cotidiana. Para ello, te recomendamos la lectura de las siguientes notas:

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  1. From http://www.fsfb.org.co/?q=node/1368