Apéndice 4. Efectos Negativos de las Radiaciones
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Introducción
INMEDIATAMENTE después del descubrimiento de los rayos X y del fenómeno de la radiactividad, algunos médicos y científicos de otras ramas vislumbraron la posibilidad de utilizar las propiedades de las radiaciones en sus campos respectivos.
Esperanzas y decepciones
Las lesiones que generalmente sufrían los físicos que trabajaban con rayos X o con radioelementos, indujeron a los médicos a pensar que si los tejidos sanos sufrían alteraciones a causa de la acción de una radiación, los tejidos patológicos debían ser igualmente dañados. Sin embargo, la falta de selectividad y de control de las radiaciones, en los comienzos de su utilización, y la ignorancia en un principio de las dosis que podían ser fatales, daban lugar en muchas ocasiones a lesiones en tejidos sanos, por lo que a veces se conseguían efectos contrarios a los que se esperaban. Muchos cánceres y enfermedades cutáneas fueron curados, pero otros muchos fueron provocados sobre personas que en alguna ocasión habían sido sometidas a una u otra radiación. Así, eran muy frecuentes dermitis y cánceres de piel en científicos, médicos y obreros que pudieran manejar o estar en contacto frecuente con fuente de rayos X o radioelementos.
No obstante, rápidamente se descubrió la capacidad protectora del plomo, lo cual hizo disminuir el número de accidentes sin que por ello se eliminaran totalmente.
Sin embargo, la utilización en medicina del poder de penetración de los rayos X y γ fundamentalmente, alcanzó en seguida un desarrollo espectacular, por la posibilidad de «ver» en el interior de los seres humanos ciertas lesiones en los huesos y órganos, que hasta el momento no se podían detectar más que por auscultación y el tacto, o por el método drástico de la cirugía. La utilización masiva de los rayos X, sobre todo, que eran los más accesibles por el costo o el secreto político, dio lugar a numerosos accidentes en la piel de enfermos y médicos, ya que entre estos últimos, eran escasos aquellos que utilizaban guantes y delantales protectores, y es evidente que los médicos se hacían tanto más vulnerables cuanto que eran los que normalmente estaban mayor tiempo sometidos a la acción de la radiación.
Especialmente graves eran las alteraciones que que producían en los fetos que habían sido observados con alguna frecuencia con rayos X en su período de gestación.
El precio demasiado elevado de los aparatos de rayos X o de las fuentes de radiaciones ±o γ, al limitar su instalación evitó no pocas lesiones, pero por otra parte, desgraciadamente, numerosos pacientes no pudieron ser curados de otras enfermedades al no poder ser detectado el mal a su debido tiempo.
Alteraciones genéticas y funcionales
Los efectos de las radiaciones sobre los tejidos y sobre las células vivas son múltiples y se manifiestan en modificaciones histológicas y fisiológicas, pudiendo llegar hasta la muerte de la célula o del organismo. Se les designa con el nombre de radiolesiones. No podemos hacer una exposición detallada de los procesos fisicoquímicos y bioquímicos intermedios, muy complejos y todavía poco comprendidos, que tienen lugar desde la absorción de la radiación hasta la producción de lesiones.
Estas lesiones son consecuencia de las alteraciones que las radiaciones producen sobre los átomos y moléculas constitutivas de las células, a las que se añaden las alteraciones funcionales de los tejidos y, eventualmente, los efectos debidoa a las sustancias tóxicas producidas por la radiación.
Se ha conseguido descubrir que la presencia de oxígeno en algunos casos tiene una influencia importante sobre los efectos de la radiación. Así, los rayos X son más sensibles a la presencia de oxígeno que los neutrones, y éstos, más que los rayos a. Es una sucesión que cabría esperar cuando se trata de las interacciones de radicales. Las modificaciones genéticas —retardo de crecimiento, esterilidad, letalidad—, producidas por la irradiación sobre granos de centeno, son hasta 40 veces más importantes con un bombardeo con neutrones acelerados que con rayos X; sin embargo, la eficacia de estos últimos aumenta considerablemente en presencia de oxígeno, en tanto que la influencia de este gas es muy débil en el caso de los neutrones.
La sensibilidad de los sujetos biológicos a las radiaciones es muy variable. Las dosis mínimas para provocar anomalías varían generalmente entre 10 y 106 r, pero a veces dosis más débiles, del orden de fracciones de roentgen, son capaces de producir efectos sobre microorganismos. Los porcentajes de mitosis pueden ser modificados por una dosis de rayos X del orden de un roentgen, y sin embargo, ciertos animales unicelulares, los paramecios, pueden absorber hasta 500.000 r sin que su vida parezca afectada.
Ya en 1906 se sabía que la radiosensibilidad de un tejido es tanto más grande cuanto su grado de diferenciación es menor, al tiempo que los tejidos de proliferación activa son particularmente sensibles. Sin embargo, a veces pueden aparecer factores que pongan en duda estas reglas. No obstante, se ha llegado a clasificar los tejidos por orden de fragilidad decreciente: tejidos linfoideos, médula ósea, mucosa intestinal, glándulas sexuales, producciones epidérmicas, revestimientos cutáneos y ojos.
El tiempo transcurrido entre la absorción de la radiación y la respuesta del organismo vivo varía con la dosis y la naturaleza de la lesión, desde pocos minutos a algunas horas para la ruptura cromosómica, y hasta varios meses para la carcinogénesis.
Aunque la dosis sea insuficiente para provocar un efecto mortal, las alteraciones se manifiestan en anomalías que afectan a la división, crecimiento y diferenciación celular, encontrándose el núcleo aparentemente más sensible que el citoplasma. Los cromosomas se rompen uno a uno en varios puntos y los segmentos que resultan sufren reorganizaciones e intercambios diversos. Las aberraciones aparecen al cabo de algunos minutos u horas después de la irradiación, pero, latentemente, el período puede ser mucho más largo y la naturaleza de las aberraciones depende de la fase en que se encuentre la mitosis que sufre la radiación.
El número de anomalías producidas en los cromosomas es menor en ausencia de oxígeno; por otra parte, las radiaciones de ionización más intensa (α, neutrones) son más eficaces que las radiaciones electromagnéticas (γ, X). Por último, se puede añadir que la actividad que sigue a la radiación es más importante para los tejidos animales que para los vegetales.
Entre los casos interesantes de efectos letales, cabe destacar las inactivaciones provocadas en microorganismos, tales como los virus y bacteriófagos. Los virus, que son organismos reproductibles y cristalizables, podrían situarse en un lugar intermedio entre los seres vivos y no vivos, o al menos representando uno de los escalones menos complejos de los seres vivos. Los de más pequeñas dimensiones pueden ser inactivados por una sola ionización o por sus efectos indirectos. Los de tamaño más grande poseen una estructura que se puede distinguir al microscopio electrónico y su inactividad con una sola ionización es sólo posible en el caso de que la radiación afecte a la parte radiosensible.
En 1927, Müller observó que las moscas del vinagre sometidas a una radiación, presentan transformaciones estructurales de diferentes tipos que son transmisibles a las generaciones siguientes. Las experiencias realizadas sobre las drosophilas y los ratones demuestran que el rendimiento por unidad de dosis absorbida es independiente de la radiación y es además acumulativo. Los rendimientos obtenidos por una dosis de débil intensidad durante tiempo muy largo, aunque se lleve a efecto de forma discontinua, son los mismos que los obtenidos con una fuente muy intensa durante períodos muy cortos, siempre que la energía absorbida sea la misma en los dos casos.
En el caso de que se pudieran extrapolar estas observaciones a los seres humanos, y la mayoría de los genetistas piensan que es posible, el desarrollo de la energía nuclear y el eventual aumento del nivel medio de ionización sobre la tierra podrían tener consecuencias muy graves para las generaciones futuras.
Ese nivel se ha estimado en 0,1 r por año al nivel del mar y a él se le atribuyen las mutaciones «espontáneas» que se producen en el hombre y los animales. La característica principal es el predominio casi total de modificaciones desfavorables, malformaciones, enfermedades y otras taras congénitas.
A consecuencia de la selección natural, los genetistas piensan que en la actualidad se habría establecido un equilibrio en la especie humana entre los factores hereditarios indeseables, nuevamente adquiridos, y aquellos eliminados por la desaparición del individuo o de su familia. Pero si este equilibrio fuera seriamente perturbado como consecuencia del aumento de la radiactividad de la atmósfera o del suelo, no solamente aumentaría el número de individuos enfermos y condenados de la especie, sino que toda la especie humana se resentiría peligrosamente en mayor o menor grado. A pesar de los pocos datos directos que puedan existir sobre el hombre, todos los genetistas están de acuerdo en reconocer este peligro.
Las divergencias de opinión (si es que las hay, y es posible que a veces aparezcan debido a factores ajenos a los puramente científicos) surgen solamente cuando se trata de evaluar la dosis máxima permitida ante la inminencia de su aparición. Müller y otros especialistas posteriores han estimado que las dosis no deberían sobrepasar 20 a 25 r y aun menos, lo cual supone que el porcentaje de mutaciones espontáneas actual quedaría multiplicado por 1,25.
Aunque este grave problema genético exista, ello no debería impedir el desarrollo y las aplicaciones pacíficas de la energía nuclear, racionalmente conducidas. Pero la multiplicación inconsiderada de las explosiones nucleares, en cualquiera de sus formas, constituye un peligro real no sólo para la próxima generación, sino para la nuestra. Deben tomarse precauciones importantes para la protección de las personas que manejan productos radiactivos o que se encuentran en la proximidad de éstos, incluso en los exámenes radioscópicos y radiográficos de los seres humanos, de los que a veces se hace verdadero abuso. El problema de la seguridad del funcionamiento en las pilas atómicas, así como la eliminación o reciclado de los desechos de forma que no ponga en peligro la población actual ni las generaciones futuras, está muy lejos de ser resuelto favorablemente de un modo total, lo cual debe inducir a una prudencia más grande en las posibles nuevas instalaciones y a una vigilancia más severa en las ya existentes.
Mas si la ciencia manejase estas posibilidades adecuadamente, pueden obtenerse resultados muy favorables: una pequeña fracción de las mutaciones espontáneas mejoran el estado del individuo con relación a la media de la especie. En lo que se refiere a plantas y animales sobre los que la experimentación es posible, se pueden inducir mutaciones por radiaciones que mejorasen el rendimiento de la agricultura y la ganadería.
Las aberraciones que se observan con dosis elevadas y que pueden ser letales, afectan tanto al núcleo como al citoplasma de las células y su origen puede estar tanto en las alteraciones de los cromosomas como en transformaciones químicas. Así, con ayuda de fósforo radiactivo se ha observado que la velocidad de incorporación de este elemento en los ácidos nucléicos del hígado, bazo, ríñones y otros tejidos de individuos irradiados con rayos X es mucho más pequeña que en los tejidos no irradiados.
Desde hace tiempo se sabe que los eritroblastos son uno de los elementos celulares más radiosensibles. Con ayuda de hierro radiactivo, se ha podido demostrar que las radiaciones afectan a la eritropoiesis y a la asimilación del hierro. La inhibición se produce a las 24 horas y con dosis de 5 r solamente. De ello resulta una disminución del número de glóbulos rojos (eritrocitos) acompañada de un empobrecimiento de la hemoglobina y, a veces, de una hemolisis. La dosis mínima para la aparición de la anemia en el perro es de 300 a 200 r.
El funcionamiento del sistema nervioso central y de algunos mecanismos neuroendocrinos son también más o menos perturbados por la radiactividad, lo cual se ha podido poner en evidencia con ayuda de electroencefalogramas, cuyos gráficos son modificados incluso por dosis muy pequeñas. Por otra parte, se observa también una disminución del porcentaje de anticuerpos séricos, disminuyendo la capacidad inmunológica del individuo con dosis del orden de 400 r.
Desde el comienzo de las investigaciones sobre radioelementos, aparecieron en algunos investigadores (Becquerel, los Curie, Thomson entre otros muchos) radiodermitis y sarcomas y, en alguno, la caída total del cabello. Más tarde ha habido numerosos casos de gravedad del llamado mal de radiaciones penetrantes que se manifiesta bajo forma de cánceres profesionales, tanto en los obreros como en los técnicos de las industrias radiactivas, fabricación de cuadros luminosos o de ampollas de rayos X, así como en radiólogos, radioquímicos y antiguos enfermos que fueron sometidos a estas radiaciones. Las lesiones aparecen siempre en las regiones que han sido expuestas directamente a las radiaciones. Los cánceres se presentan en las zonas en las que hay ya alteraciones especiales de la piel, procedentes, muchas veces, de antiguas radiaciones, y hay que tener presente que los períodos de latencia son generalmente muy largos; pueden variar desde cuatro a treinta años.
A título experimental se han provocado cánceres de piel en los animales sometiéndolos a radiaciones X o tubos de radon o radio; más tarde han sido utilizadas radiaciones γ y de isótopos radiactivos de Ca, Sr, Ba, etc.; pero a pesar de todo, el mecanismo de la radiocarcinogénesis es tan desconocido como el del cáncer natural, encontrándonos en la misma oscuridad que por lo que se refiere a la regresión de tumores por radiación.
Aplicaciones clínicas y terapéuticas
Los primeros ensayos con vistas a la utilización médica de los rayos de radio siguieron inmediatamente a su descubrimiento. Las primeras enfermedades tratadas fueron las de la piel como el herpes, úlceras superficiales, etc. Ya en 1897 L. Frend, en Viena, utilizó los rayos X en la terapéutica y consiguió la depilación de un nebus piloso en un enfermo de cuatro años, introduciendo así la roentgenterapia; más tarde, en Estocolmo, se conseguía la primera regresión de un cáncer de piel por medio de los rayos X. Los Curie, en 1901, hacen una donación de radio al hospital de San Luis de París, especializado en enfermedades de la piel; el doctor Danlos lo utiliza para el tratamiento de un lupus eritematoso, con lo que introduce la curioterapia. Desde entonces las aplicaciones médicas del radio han aumentado constantemente. Se designó curioterapia a la rama de la medicina que concierne a la utilización médica de radioelementos, por analogía con la roentgenterapia, que utiliza los rayos X. El conjunto de las técnicas terapéuticas de radiación ha recibido el nombre de radioterapia.
La Radioterapia externa utiliza rayos electromagnéticos penetrantes.
La Curioterapia interna recurría a los emisores α naturales que se administraban en débiles cantidades por ingestión, inyección, inhalación (gas radon) o incluso bajo forma de baños radiactivos.
En la curioterapia externa se utilizan esencialmente los rayos γ del mesotorio y del radio. Este último fue sin duda alguna el elemento radiactivo más utilizado; sin embargo, esa fuente se va reemplazando por el cobalto radiactivo (período de 5,3 años, γ de 1,17) del que puede hacerse bombas (pacíficas) del orden de un kilocurio en un pequeño volumen.
Las primeras observaciones con este isótopo, es decir, con el cobalto, fueron realizadas en la Unión Soviética, sobre 2.000 enfermos. El tratamiento con cobalto radiactivo conducía a alteraciones mucho menores en los tejidos vecinos a los neoplasmas que las producidas por los rayos γ del radio o mesotorio. El 137Cs radiactivo (33 años) es también muy utilizado a pesar de que la radiación γ es mucho menos penetrante.
El reactor nuclear, en tanto que fuente de neutrones, puede ser utilizado para el tratamiento de un cáncer. Esta terapéutica se basa en la utilización de un flujo radiante constituido por partículas pesadas que poseen una energía considerable, las cuales proceden de la serie de desintegraciones producida por la acción de neutrones sobre átomos «blanco», cuidadosamente escogidos e introducidos previamente en el organismo. Debido al débil alcance de las partículas pesadas es posible asegurar una radiación selectiva. Entre los elementos más utilizados como blanco figuran el boro (10B) que es por el que se tiene más preferencia, aunque a veces se utilice también el 6Li y el 235U.
Por otra parte, con ayuda de los «trazadores», se ha podido constatar la fijación selectiva de algunos radioelementos sobre los tejidos. De esta forma, se ha logrado introducir en la curioterapia interna los emisores β artificiales, especialmente el radiofósforo 32P y el radioiodo 131I. Este último se fija preferentemente sobre la glándula tiroides, y administrándolo a los enfermos de cáncer de tiroides, se han observado frecuentemente regresiones en los cánceres metastáticos y a veces incluso su esterilización. Desgraciadamente esas mejorías están muy lejos de ser generales y definitivas y no se excluye el riesgo de intoxicación por radiaciones.
La causa principal de la falta de éxito es la disminución de la retención del halógeno por el enfermo a medida que avanza el grado de cancerización. El iodo es un agente regulador de la síntesis de la tiroxina, y la ausencia o insuficiencia de la tiroxina en el organismo disminuye el consumo de oxígeno, a consecuencia de lo cual el metabolismo general se hace más lento. La glándula tiroides es la que realiza la síntesis de la tiroxina y la que distribuye la hormona en el cuerpo. El empleo de iodo radiactivo como trazador ha permitido evaluar la cantidad de iodo retenido por el tiroides y se ha llegado a destruir la glándula en algunos animales sin afectar a los demás órganos.
Otro campo en el que el uso de los trazadores ha alcanzado un desarrollo considerable es en el estudio de la leucemia, enfermedad en el curso de la cual el número de glóbulos rojos disminuye provocando una anemia que lleva consigo la muerte. Esta enfermedad fue tratada por rayos X, pero se observó que llega un momento en que la terapia no tenía efecto alguno. El hecho de que el fósforo radiactivo se deposite de un modo selectivo sobre los huesos y la médula ósea, que son precisamente los centros de formación de glóbulos blancos, dejó entrever la eficacia en el tratamiento de las leucemias. Los resultados experimentales mostraron que, efectivamente, el elemento radiactivo, abandonando la circulación, se fija de un modo selectivo en los tejidos y en las células que son el agente principal de la policitemia verdadera, la leucemia y las afecciones en los nudos linfáticos. Numerosos enfermos afectados de policitemia verdadera o de otros tipos de leucemia crónica han sido tratados con algún éxito con fósforo radiactivo, el cual era administrado en solución en forma de fosfatos por inyección o en el hueso. La tasa de glóbulos blancos en un enfermo con leucemia crónica descendía de 200.000 a 10.000 tras la administración de tres dosis de 32P. Este tratamiento se ha mostrado eficaz en las policitemias verdaderas, pero su acción es prácticamente nula en las leucemias agudas. Hay que señalar que los enfermos no son nunca curados totalmente aunque el tratamiento puede renovarse cuando los síntomas reaparecen.
Con relación a la roentgenterapia, la curioterapia interna con 32P, en los casos en que ésta se muestra más favorable, presenta la ventaja de una mayor simplicidad y comodidad de tratamiento, pero todavía no se tiene la certeza de que la selectividad de fijación sea tan absoluta como para no presentar peligro para las células sanas.
La extensión y la gravedad de una lesión como consecuencia de las raciones ionizantes sobre los organismos vivos varía de una especie a otra, de un tejido a otro, del estado de desarrollo, del estado fisiológico, etc.
Hay que tener presente que el período de latencia puede llegar a varios días, alcanzándose la tasa de muerte segura para el hombre a partir de los 600 r, pero ya a partir de dosis del orden de 400 r se destruye el 50 por 100 del organismo, pudiendo ser mortales dosis de 200 r. La muerte inmediata no llega más que con la absorción de 50.000 r.
Diversos organismos médicos internacionales han estimado que la dosis máxima a la cual una persona, por necesidades profesionales, puede exponerse de un modo continuo es, para los rayos X y γ, de 0,1 por día a 0,3 por semana. Las dosis máximas tolerables en la ingerencia de radioisótopos y la concentración máxima en el aire y agua varían según la naturaleza de la radiación, de su período y de la facilidad del organismo para eliminar el emisor.
En la actualidad, muchos efectos letales de las radiaciones han sido superados por las técnicas de radiografía, con lo cual el paciente queda sometido por un tiempo mucho más corto a la acción de una radiación y el personal sanitario queda más al abrigo de accidentes. Por otra parte, el descubrimiento de la bomba (pacífica) de Cobalto por los científicos soviéticos, ha aumentado la selectividad y el control de las dosis a aplicar en el tratamiento de cánceres, al mismo tiempo que el personal trabaja con un aparato mucho más manejable.
Como en otros campos, los métodos sensibles a la radiactividad, esencialmente a la activación, son extremadamente preciosos en toxicología y en farmacología, en la búscada de elementos que se encuentren normal o accidentalmente en el organismo (cobalto, zinc, arsénico, etc.).
El contenido de As en la piel puede ser determinado en los pacientes que sufren de un tumor de origen arsenical. La técnica del examen del arsénico en los cabellos de las víctimas de un envenenamiento es práctica corriente en la medicina legal, aunque todavía no tiene garantías suficientes.
Uno de los aspectos más importantes es el estudio del metabolismo en condiciones patológicas, por una parte, y por otra bajo la acción de productos tóxicos o medicamentos. Según el problema planteado, los medicamentos son marcados o no, y en este último caso, el átomo radiactivo se encontrará sobre las sustancias metabolizadas. Con ayuda del carbono radiactivo 14C, se ha demostrado que la eliminación de un aminoácido marcado en el carbono carboxílico, tiene lugar con velocidades diferentes en un animal enfermo de tumores y un animal de laboratorio sano, en tanto que esa velocidad es la misma si el carbono radiactivo se encuentra en el grupo metilo. La presencia de un tumor en las glándulas mamarias estimula en los tejidos normales el metabolismo del ácido desoxirribonucleico marcado con 32P. Vemos, pues, que con este sistema pueden hacerse test que ayuden a detectar la presencia de tejidos neoplásicos.
En la leucemia, se ha utilizado el radiofósforo como trazador, el cual, inyectado en la vena de un sujeto normal, es eliminado principalmente por las orinas hasta el 25-50 por 100, en los cuatro a seis primeros días. El individuo enfermo elimina solamente el 5 por 100 en el mismo período. Por otra parte, parece ser que puede distinguirse entre el enfermo de un tumor maligno, cáncer de pulmón, y el de un tumor benigno, por la diferente tendencia del fósforo radiactivo a fijarse en los tejidos.
Otras aplicaciones médicas importantes de los isótopos radiactivos es la del hierro radiactivo en el estudio de las anemias y la del sodio en la velocidad de circulación de la sangre (radiocardiografía). También en el estudio del metabolismo de la vitamina D, en los enfermos de raquitismo, administrando isótopos radiactivos del fósforo, calcio y estroncio. La distribución de nicotina marcada nos demuestra la absorción selectiva de la misma por ciertos tejidos, normales o no. Por último, mencionaremos la utilización del iodo radiactivo para el diagnóstico de desórdenes del tiroides, hipertiroiditis y carcinomas.
Aplicaciones en bioquímica y fisiología
Las aplicaciones de los indicadores realizadas en bioquímica y fisiología son innumerables y tanto más fecundas porque dan una respuesta inmediata a problemas que serían irresolubles de otra forma. Hervey, premio Nobel, fue el primero en utilizar el método de los indicadores radiactivos aplicado a la fisiología.
Uno de los métodos con indicadores más espectaculares es el que utiliza el isótopo de carbono radiactivo 14C en el estudio del mecanismo de la fotosíntesis. En efecto, la asimilación del gas carbónico por las plantas verdes con formación de hidratos de carbono y formación de oxígeno, constituye una larga cadena de transformaciones químicas, catalizadas por enzimas que pasa por numerosos productos intermedios. Es mucho más compleja de lo que deja entrever la ecuación estequiométrica:
La reacción es la inversa del proceso de respiración y es endotérmica. La energía necesaria es suministrada por la luz absorbida por el pigmento clorofila.
Gracias a la utilización de gas carbónico con el carbono marcado 14CO2, se descubrió que la clorofila no actuaba solamente como sensibilizador físico, sino que participaba en las ecuaciones químicas, puesto que se encontró radiactiva. Por otra parte, otras teorías atribuían a la clorofila el papel de transportador de hidrógeno en un proceso de oxirreducción. Esta transferencia no ha sido probada, ya que las experiencias efectuadas en el agua deuterada o tritada, prueban que el isótopo activo no se incorporaba al pigmento.
De un modo general, gracias al empleo de los trazadores, se ha conseguido elucidar numerosos pasos dentro de esa cadena de transformaciones y ya existen esquemas bastante completos del camino recorrido por el carbono radiactivo en las diferentes reacciones.
Los problemas de la biosíntesis de ácidos nucleicos, macromoléculas de extrema complejidad, han sido igualmente abordados por varios investigadores administrando al bazo purinas, pirimidinas, etc. marcadas con carbono radiactivo u otros isótopos activos que nos tracen el camino de las reacciones. Este mismo método ha sido utilizado en la biosíntesis de la hemoglobina y nos ha permitido establecer el mecanismo de formación de numerosas moléculas intermedias (porfirina, p.e.) a partir de moléculas simples (gliocola o acetatos), e identificar el origen de Jos diversos átomos de carbono en la molécula.
El isótopo radiactivo 11C, a pesar de su corto período de desintegración (21 minutos), fue utilizado con éxito antes de disponer fácilmente de carbono 14. El 11C fue usado para examinar la eliminación del monóxido de carbono, gas del tufo de los braseros, inhalado en cantidades poco tóxicas.
La industria de la fermentación artificial y la extensión de la aplicación en medicina de los fermentadores, tuvo una importante ayuda en los isótopos radiactivos. Utilizando trazadores se pudo identificar el origen de cada carbono en la obtención del ácido láctico, a partir de la fermentación de la glucosa por la acción del Lactobacillus cassei. Experiencias análogas fueron realizadas sobre la fermentación del ácido acético con dióxido de carbono, marcado por carbono 14, mostrando que el metano formado tenía únicamente del 0,5 al 2 por 100 de la actividad, con lo cual se podía deducir que este gas era producido por la descomposición del mismo ácido acético.
Los trabajos de Shoenheimer (1935-42) sobre ácidos grasos, aminoácidos e hidratos de carbono marcados con deuterio, 15N o 23P (isótopos radiactivos del nitrógeno y del fósforo) introducidos en los organismos vivos, han puesto claramente en evidencia el carácter esencialmente dinámico de los procesos de síntesis y de transformación en los órganos y los tejidos. Atomos y moléculas, que se encuentran localizados en un momento dado sobre una célula u órgano, pasan más o menos rápidamente bajo otras formas a otras moléculas u órganos como consecuencia de un proceso de renovación, formación, degradación y reconstrucción. Experiencias posteriores demostraron que estos cambios perpetuos, estos equilibrios dinámicos, se extienden a todos los tejidos, incluso huesos y dientes, aunque para estos últimos la velocidad de renovación sea más lenta.
Si incorporamos en los alimentos un ácido graso deuterado, el deuterio aparece rápidamente en los ácidos grasos de todos los órganos. Si el alimento contiene caseína con citrato amónico marcado con nitrógeno pesado, éste se encontrará después en todos los aminoácidos del cuerpo (con excepción de la lisina), en la creatina de los músculos, en el ácido hipúrico de la orina, etc. Esta aparición es mucho más rápida si el animal está sometido a un régimen pobre de proteínas, pero incluso para un régimen alimenticio equilibrado en proteínas, prosigue la migración del trazador.
Siguiendo la velocidad de asimilación del trazador, se puede calcular que la mitad de las proteínas se renuevan en el hígado, en el caso de las ratas adultas, el cabo de cinco o siete días. En el caso de los perros, esa renovación se produce en el plasma sanguíneo al cabo de quince días y mucho más lentamente en los músculos.
También se pudo diferenciar el comportamiento de los distintos aminoácidos. Así, la tirosina, cede su 15N sobre todo a las proteínas del hígado y en menor proporción al plasma, encontrándonos con el fenómeno inverso en el caso de la leucina. La renovación de la mitad del colesterol se hace en un ratón en tres semanas.
Ya que el estudio del empleo de isótopos radiactivos en bioquímica sería exhaustivo, destaquemos finalmente el empleo del 32P en virtud del importante papel que el fósforo juega en el metabolismo de los hidratos de carbono, de los ácidos nucleicos en la respiración, en la contracción muscular, en la circulación de la sangre, etc. Es, pues, comprensible que el fósforo radiactivo juegue un papel importante en la bioquímica moderna.
Aplicaciones técnicas de los isótopos
Con el descubrimiento de los isótopos radiactivos, se dio un avance extraordinario, ya que su utilización como trazadores aportó la solución a infinidad de problemas que de otro modo hubieran permanecido insolubles. El camino seguido por determinados átomos en las diferentes síntesis biológicas y, en consecuencia, el tratamiento con isótopos radiactivos de numerosas anomalías en el funcionamiento de los órganos vitales fue su aspecto más espectacular.
No obstante, otros muchos enigmas de la ciencia y de la técnica menos sensacionales quedarían resueltos con el uso de trazadores. Así, el descubrimiento de yacimientos acuíferos tan vitales para los países con escasez de agua; seguridad en las perforaciones y conductos petrolíferos; el cálculo del momento en que se produjo la aparición de vida sobre la tierra; el de la temperatura en que se encontraban los mares en eras geológicas pasadas etc., fueron problemas que han encontrado estimable ayuda en el empleo de los isótopos radiactivos o en la proporción en que se encuentran en los fósiles.
Finalmente, el descubrimiento de las series radiactivas abrió el camino para el cálculo aproximado de la edad de los minerales.
Para terminar, hablaremos de la inmensa fuente de energía que resulta de la desintegración de los elementos radiactivos.
Condiciones climáticas en eras pasadas sobre la tierra
La composición química de la Tierra y del Sol, así como la de todos los cuerpos celestes, refleja la estabilidad relativa de los núcleos. Está por lo tanto ligada a la estructura nuclear y a las condiciones físicas que han conducido a los constitutivos elementales de la materia a asociarse y formar los núcleos de los átomos que conocemos. El empleo de los métodos de análisis químico, cada vez más sensibles a la introducción de métodos físicos (espectroscopia, radiactividad, rayos X, masa), han permitido profundizar en el conocimiento del estudio de la composición química de yacimientos y de capas muy profundas de la Tierra, su comportamiento físico-químico en el curso del tiempo, su edad, etc. Por ejemplo, hoy es generalmente aceptado que los meteoritos están genéticamente ligados al sistema solar, constituyendo, bien fragmentos de un gran planeta, bien cascotes de la colisión entre asteroides (planetas menores cuyas órbitas están situadas entre las de Marte y Júpiter).
Según las variaciones de la presencia de isótopos de oxígeno, se ha podido estudiar la temperatura geológica de la formación de carbonato en el fondo de los mares. En efecto, el reparto de 18O en el agua y carbonatos, fosfatos o silicatos varía con la temperatura. El coeficiente es 0,176 por 100 y por cada grado para los carbonatos. Así, cuando un animal marino con concha o esqueleto carbonatado se encuentra vivo en contacto con el agua, el contenido de 18O de su carbonato depende de la temperatura ambiente. Cuando murió, el fósil cayó en el fondo del océano y si las condiciones del ambiente eran favorables para impedir el intercambio isotópico (concha espesa y bien conservada), la composición isotópica del carbonato sería actualmente la misma que en la era geológica. La determinación de la relación 18O/16O nos ha servido para determinar la temperatura en la cual vivía el animal hace millones de años. A pesar del cuidado que hay que tener en la elección de las muestras, este método puede darnos informaciones aproximadas de las condiciones climáticas de eras pasadas.
Del estudio de la relación azufre pesado-azufre normal, se ha podido deducir que se manifestó una actividad biológica muy intensa en los mares hace 200 ó 300 millones de años y que el funcionamiento biogénico comenzó hace 700 u 800 millones de años. En estas fechas debieron aparecer las bacterias sulfuradas autótrofas, que tenían como única fuente de carbono el dióxido de carbono y los carbonatos.
Edad de la tierra
Las fuentes primarias de los radioelementos son minerales de uranio y torio. En los minerales bien conservados, el uranio y el torio están equilibrados con sus descendientes radiactivos. En la familia del uranio, el término que tiene el período más largo (con excepción de los isótopos de éste) es el jonio (230Th) de 8,2 · 104 años. Se alcanza el equilibrio con un acercamiento del 1 por 100, tras siete períodos, es decir, 574.000 años y con una aproximación del 1 por 100 tras diez períodos, es decir 820.000 años.
El tiempo de obtención del equilibrio en la serie del torio es más corto, y su descendiente de vida más larga, el mesotorio (isótopo 228Ra), tiene un período de seis a siete años. Por otra parte, se puede conocer la cantidad en el equilibrio de todos los radioelementos de una serie, conociendo la cantidad de uno de ellos. Hay que exceptuar, evidentemente, la presencia de isótopos estables, producto de las desintegraciones: 206Pb, 207Pb, 208Pb, 4He, los cuales se acumulan en los minerales radiactivos a medida que el uranio y el torio se van desintegrando. Midiendo el contenido de radio en profundidades diferentes, se ha podido conocer las concentraciones de uranio y de jonio y calcular la edad del sedimento. Este método, aunque posteriormente ha sido criticado sería aplicable a los sedimentos de menos de 400.000 años, es decir, con edad inferior a cuatro o cinco períodos del jonio.
Más tarde han ido surgiendo métodos más avanzados para calcular la edad de los minerales teniendo en cuenta la proporción de los isótopos estables del Pb y la cantidad de He acumulada en relación con las cantidades presentes de los primeros elementos de cada familia.
Actualmente se han perfeccionado las medidas, habiéndose encontrado en la antigua Rodesia minerales de uranio con 2,62·109 años de edad, midiendo la relación 217Pb/216Pb. Con ayuda del método de Baranov (208Pb/232Th), se han calculado edades más elevadas, 5,1 · 109 años. En la actualidad se estima que la edad de la Tierra es de 5 a 5,3 millones de años.
Petróleo
Los trazadores son ampliamente utilizados para localizar las pérdidas en las pipe-lines. Haciendo circular en los conductos un líquido radiactivo, se puede seguir su camino con un contador, lo que permite reparar rápidamente una avería.
Otro problema que se ha podido resolver con la ayuda de minerales radiactivos es el que se plantea cuando en la perforación de un pozo se debe atravesar una capa de agua. Se hace necesario reforzar la pared del pozo con cemento, y para asegurar la solidez de la construcción se añade al cemento carnotita o cualquier otro mineral radiactivo. Con la ayuda de un contador podremos medir el espesor de la pared y su solidez, eliminando así los problemas que la presencia del agua pudiera acarrear.
Una aplicación muy importante de los trazadores en los problemas de la industria petrolífera es el estudio del caudal de la mezcla de tres fases: petróleo, agua y gas, a través de las diversas capas porosas que deben atravesar. De la naturaleza de este proceso dependen en gran medida el agotamiento, a un plazo más o menos largo, de las reservas. Utilizando trazadores en solución, se puede determinar la permeabilidad de los terrenos a los distintos fluidos, la velocidad del flujo y su localización.
Por último, citaremos un campo importantísimo para los países que sufren deficiencia de agua, la hidrología, ya que se utilizan los isótopos marcados para seguir el curso de eventualess ríos subterráneos, lagos, etc., y localizar así su situación, profundidad, problemas de bombeo, etc.
