4.1 Mecanismos de interacción de la radiación con el tejido vivo

Hasta ahora hemos estudiado los conceptos y unidades asociados a intensidad de fuente de radiación, exposición y dosis depositada. En esta sección nos preocuparemos por el efecto final de la radiación (en el sentido biológico). Esto no es fácil de cuantificar. Puede ser útil recordar primero la gran diferencia existente entre el mundo del núcleo (y las radiaciones que emite) y el mundo de las capas externas de electrones.

La biologıa se basa en la quımica, y el mundo quımico es el mundo de las capas externas de electrones. Todas las moléculas, incluyendo las que toman parte en los procesos biológicos, deben sus caracterısticas a las interacciones que ocurren entre los electrones externos de sus átomos. Los enlaces establecidos por estas interacciones tienen energıas de ligadura de varios eV, hasta, como mucho, $\sim 10$ eV. En la escala de energıas que caracteriza las interacciones nucleares, tales energıas parecen completamente despreciables (recuérdese que el nucleón está ligado al núcleo en promedio por una energıa de $\sim 7$ MeV).

Tal comparación muestra que muchas veces ``pequeño'' no significa ``despreciable''. Después de todo son los enlaces quımicos los que configuran nuestro mundo. En este nuestro entorno, el rango de energıa de 1 a 10 eV puede muy bien considerarse ``normal'', mientras que las partıculas de muy alta energıa que penetran en este mundo ``normal'' desde el núcleo son las excepciones.

Cuando una partıcula $\alpha$ de alta energıa, un núcleo de retroceso, o incluso un electrón dispersado por un rayo $\gamma$ atraviesan la materia, que está tejida por las ligaduras de los electrones externos, es como si una bala de cañón atravesara una telaraña. Si la partıcula está cargada, su campo eléctrico rompe las ligaduras electrónicas y deja a su paso una traza de iones y electrones. Después de que la partıcula haya pasado, la mayor parte de estos iones se recombinan. No obstante esta recombinación es parcialmente aleatoria y no hay garantıa de que de que se formen las ligaduras originales. La densidad de las ligaduras perturbadas depende de la carga y la velocidad de la partıcula incidente. Por ejemplo, la probabilidad de que se rompa un enlace se incrementa si la fuerza perturbadora actúa durante mucho tiempo. Por lo tanto, mientras más pesada, y por tanto, mas lenta, sea la partıcula cargada (como las partıculas $\alpha$ y los núcleos de retroceso), más densa será la traza de enlaces rotos a su paso (más que, por ejemplo, un haz de electrones).

En cambio, las partıculas sin carga no dejan ninguna traza hasta el momento en que interaccionan (probabilısticamente). En este punto generarán una partıcula cargada (usualmente un electrón en el caso de rayos $\gamma$), y dicha partıcula cargada se disipará posteriormente produciendo una traza de iones. Por lo tanto, la traza de un rayo $\gamma$ es una sucesión de cortas trazas (generadas por electrones) separadas por distancias relativamente grandes.

Por lo tanto, debe quedar claro a estas alturas que la cantidad de ``daño'' producido por la radiación sobre el tejido biológico depende, no sólo de la cantidad total de energıa depositada, sino también de la naturaleza de las trazas de iones que dejan las partıculas a su paso. En efecto, las trazas consistentes en una densa concentración de iones son las más peligrosas. Por lo tanto es útil clasificar las radiaciones ionizantes en base a una razón de deposición de energıa denominada transferencia lineal de energıa o LET. La LET se define como la energıa depositada por unidad de longitud de recorrido de la radiación, es decir:

$$LET= \frac{dE}{dx}.$$

Este parámetro puede variar sustancialmente para diferentes tipos de radiación. Por ejemplo, la LET para una partıcula $\alpha$ de 1 MeV es $\sim$ 70 keV/$\mu\rm m$, mientras que es sólo de $\sim$ 0.2 keV/$\mu\rm m$ para un electrón con la misma energıa. Las $\alpha$ y otras partıculas pesadas son radiación de alta LET, mientras que los electrones son radición de baja LET.