Valentín Cardona Ramírez
26 de marzo de 2001
En un trabajo publicado y titulado: “Teoría Biofísica del Cáncer”, se encontraron ecuaciones importantes que describen la enfermedad del cáncer.
Ahora vuelvo sobre ese trabajo, pero esta vez lo hago, porque en este artículo se calcula la probabilidad de que un cáncer sea inducido por irradiación de células vivas de un organismo humano, pero que se destruyen y mueren por los efectos biológicos ionizantes como rayos-x.
En otro trabajo publicado y titulado “Biotermodinámica de la célula humana”, se encontraron ecuaciones que describen el comportamiento termodinámico de la célula.
En este artículo de la célula humana se considera también como un sistema químico abierto que contiene agua, vapor de agua y sustancias como proteínas que interaccionan múltiples veces. Y, esas interacciones moleculares y atómicas originan la vida de la célula.
Las proteínas solas no tienen vida, pero la dinámica de las interacciones entre sus componentes dan origen a la vida de las células; por eso la célula tiene vida. La propiedad de la dinámica de muchas interacciones entre moléculas y átomos de que están compuestas las células emerge como producto la vida de la célula. Las proteínas sin interacciones mismas no tienen capacidad de originar vida en célula. Y, la vida de la célula emerge como secuencia de esas interacciones
INTERACCIÓN DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA CON LA MATERIA VIVA.
En la interacción radiación X y radiación Gamma (g) con los átomos de moléculas de sustancias que contienen las células humanas, se originan tres Efectos fundamentales: Efecto Fotoeléctrico, Efecto Compton y Producción de Pares.
El primero es la Interacción de un rayo-x o un fotón Gamma Incidente sobre los electrones de un átomo absorbente, el fotón Incidente desaparece totalmente porque cede toda su energía al electrón que de desplaza con gran energía cinética es decir, un fotoelectrón. El origen más probable del fotoelectrón es en las capas electrónicas interiores K, L. El fotoelectrón desplazado resulta con una energía Es dada por la ecuación de Einstein:
Es = hu – Eb, donde h es la constante de Planck, u es la frecuencia de la radiación Incide; Eb es la energía de enlace de la capa donde se origina el fotoelectrón.
Después de la salida del fotoelectrón, las capas electrónicas del átomo que cedió el electrón se “rearreglan”. Por ejemplo, si un fotoelectrón es emitido de la capa K, uno de la capa L bajará a la K, emitiendo un fotón (rayo-x de fluorescencia), cuya energía es igual a la diferencia de la energía de la capa L y la K, un electrón de la capa M bajará a la capa L, emitiendo otro fotón de energía equivalente a la diferencia de la capa L y M, otro electrón bajará de la capa N a la M y así sucesivamente. El fotoelectrón, cede su energía cinética al interior de la célula como cualquier electrón rápido. El proceso fotoeléctrico, es el predominante de interacción para rayos-x de baja energía y para sustancias absorbentes de alto número atómico.
Para que tenga lugar el Efecto Fotoeléctrico se necesita que el fotón incidente tenga una energía de 0.1 Men. Es decir, que con esta energía el Efecto Fotoeléctrico es dominante en la interacción de radiación electromagnética como rayo-X y rayos gamma con la célula.
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Efecto fotoeléctrico
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EFECTO COMPTON
En el Efecto Compton, el fotón Incidente Interacciona con un electrón orbital, cediendo sólo parte de su energía a la vez que es desviado en un ángulo θ. Mientras mayor es el ángulo de desviación, mayor es la energía cedida al electrón (aunque la relación no es lineal). Esta energía cedida al electrón, va desde casi cero a grandes fracciones de la energía del rayo-X. La energía que no es cedida al electrón, la conserva el fotón desviado y tiene una frecuencia del fotón incidente.
A menudo el Efecto Compton, es el mecanismo predominante de interacción en el rango de energías típicas que emiten los radioisótopos.
La descripción matemática relativista de este proceso es sencilla, larga y laboriosa, pero omito hacerlo porque con lo dicho es suficiente para entender este proceso.
El Efecto Compton tiene lugar cuando la energía del fotón incidente es del orden de 1.0 Men.
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Efecto Compton
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PRODUCCIÓN DE PARES
Si la energía de los rayos-X o rayos gamma, excede el doble de la energía equivalente a la masa del electrón ( 1.022 MeV), entonces el proceso de Producción de Pares es energéticamente posible y por tanto, este proceso es sólo variable para rayos-x de alta energía. En esta interacción ( en la cual forma parte el campo coulombiano del núcleo de los átomos), el fotón desaparece y es reemplazado por la energía cinética del electrón y el positrón. El electrón el positrón, ceden su energía al medio interior de la célula (como ya fue visto), pero mientras el electrón se recombina con el medio, el positrón toma un electrón del medio para producir la aniquilación de pares.
El Efecto Producción de pares tiene lugar para una energía de 1.02 Men, es decir que con esta energía el Efecto es dominante.
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Efecto Producción de pares
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IMPORTANCIA RELATIVA DE CADA EFECTO
La importancia relativa de los tres procesos descritos anteriormente, está convenientemente ilustrada para diferentes tipos de sustancias absorbentes de la célula y energías de rayos-x y rayos gamma. La línea de la izquierda, representa la energía en la cual la absorción fotoeléctrica y la dispersión Compton son igualmente probables. Las tres áreas del gráfico, definen el predominio de cada proceso de interacción.
En el proceso de interacción de los rayos-x con la célula, tienen lugar los efectos fundamentales ya descritos. En ellos se observa que el electrón es dispersado y sale de un ángulo con respecto a la dirección recta del movimiento, y el fotón incidente es atenuado, pierde energía y en su trayectoria, sigue interaccionando hasta detenerse al ceder su energía.
IMPORTANCIA DE CADA EFECTO
Esto sucede también cuando los rayo-x chocan con otros átomos de moléculas como el agua que hay en la célula. Unos rayos son absorbidos por el cuerpo de la célula otros son dispersados y otros son atenuados. Los rayos-x dispersados son los que afectan a la célula debido a su alta energía .
MOLECULAS
Es conveniente agregar en la interacción de radiación electromagnética (rayos-X) con las células vivas, Los electrones que se desplazan por los tres efectos arriba mencionados, los electrones llevan una cantidad de energía cinética y al interaccionar con la célula lo hacen a tres niveles:
- Con la membrana.
- Con el citoplasma.
- Con el núcleo.
A nivel membrana se producen alteraciones osmóticas en el intercambio de sustancias al interior de la célula originando la salida del citoplasma, esto provoca aumento o disminución del tamaño de las células y causa interrupción de las funciones de duplicación.
Si la interacción es a nivel citoplasma, que lo compone el 70% de agua y vapor de agua, entonces la interacción se lleva a cabo con moléculas de agua tienen dos hidrógenos unidos por enlace covalente con un átomo de oxigeno, de modo que los electrones rompen las moléculas de agua tal que sucede esto:
- electrón
H2O 
H+ + OH- - electrón H2O H- + OH+
- electrón H2O H-o – O- + OH-o
Las reacciones a) y b) forman moléculas de agua por sus diferentes cargas eléctricas, esto sucede así:
H+ + OH- H2O
H- + OH+ H2O
También puede producir moléculas de hidrógeno mediante la unión de dos radicales:
H+ + H- H2
En el caso c) la interacción de los electrones con el núcleo, aquí no hay producción de iones como en el caso a) y b), sólo hay producción de radicales libres que llevan un electrón el cual se comparte con otro electrón y forman el enlace y son más reactivos que los iones y producen las siguientes reacciones:
HOo + OHo H2O2 Peróxido de hidrógeno.
Ho + O2o HO2 Radical hidroperóxido.
Ho + H2Oo H3O+ Hidronio.
El peróxido de hidrógeno biológicamente es muy dañino y produce alteraciones en el funcionamiento celular.
A nivel citoplasma, la reacción producida provoca la muerte de la célula o la mantiene en esta latente, donde se puede realizar la mitosis.
Cuando la radiación electromagnética Gamma o radiación X de alta energía interacciona con un átomo, a la molécula de DNA y por Efecto Compton desplaza un electrón del átomo. Este electrón desplazado lleva alta energía cinética relativista y colisiona con uno de los enlaces de la molécula de DNA está alterada y el gen al cual pertenece está dañado. Este daño producirá un efecto biológico en los cromosomas y así, al dividirse la célula alterada llega a producir células alteradas con funcionamiento diferente a la célula madre.
Los efectos biológicos que se originan por radiación-X y radiación gamma son: efectos genéticos, efectos estocásticos o probabilísticos y efectos deterministas.
Son efectos estocásticos o probabilísticos los que pueden o no inducir leucemia u otros cánceres y enfermedades hereditarias, si aumenta la cantidad de radiación recibida por un individuo expuesto a radiaciones, el organismo desarrollará clonas de células somáticas modificadas, que pueden sobrevivir o ser eliminadas por defensas del organismo humano. Esto puede ocurrir en un periodo de latencia relativamente largo en el desarrollo de una condición maligna en donde la proliferación de células modificadas es incontrolable e inducen cáncer.
La probabilidad de que resulte un cáncer post-radiación dependerá del número de clonas
Existentes y la malignidad dependerá de la dosis de radiación recibida por la célula, mientras que la severidad estará influenciada por el tipo y localización de la condición maligna. El proceso aparece al azar y depende de la sensibilidad de los organismos a la inducción de cáncer por radiación.
Ahora me referiré sobre un trabajo experimental que realicé hace 40 años, en el encontré la manera y atrapé un haz de electrones como se observa todavía a simple vista en la fotografía.
( fig. 1)
En el experimento utilicé materia no viva, usé como material la lucita de forma rectangular de densidad del orden del valor del agua y con medidas de 9 cm de largo, 6.5 cm de ancho, 2.5 cm de espesor y pulido a espejo. En casi el extremo largo y sobre el espesor, hice incidir un haz de electrones de 5 MeV, dicho haz quedó atrapado, penetró 5 cm de profundidad y de ancho 1.6 cm. La forma es de un arbolito. Tiene un tronco donde incidió el haz de electrones, tiene un tallo y miles de ramas muy delgadas y finas que son las trayectorias que siguieron los electrones del haz incidente.
El árbol es semejante a un pino muy delgado que crece muy alto. Este árbol quedó impreso en la estructura cristalina de la lucita y al observarse en un microscopio se ve que cada tallo de las ramas y principalmente el tallo grueso del árbol, está quemado debido a la energía de los electrones que destruyeron la estructura.
Es importante decir que detalles impresos en la lucita se ven a simple vista del ojo humano, sin embargo al microscopio común y corriente se observan las trayectorias de electrones.
Este haz de electrones permanece aún en mi poder y al cabo de 40 años de haber sido atrapado, está igual y se observa en más de tres dimensiones girando en lucita. El daño causado en la lucita es permanente. Y, en el caso de tejido humano los efectos genéticos son efectos deterministas, es decir, necesariamente suceden.
En ese mismo experimento y en el mismo rectángulo de lucita, pero sobre el espesor del lado 6.5 cm ancho, hice incidir otro haz de electrones de la misma energía y quedó atrapado en forma de otro arbolito con tronco, tallo y ramaje de 3.5 cm de ancho y de 4 cm de alto. El ramaje es de un árbol ancho con tallo de ramas muy delgadas y finas. Ese ramal desapareció a los 10 años de haber sido atrapados y por estas fechas y esas ramas tienen 2 cm de ancho y de largo menos de 1 cm. Muy apenas se ven a simple vista haciendo algún esfuerzo; todo lo demás ha desaparecido.
Estos hechos observados tienen su interpretación si uno extrapola estos resultados al daño causado en la estructura molecular del tejido humano inhomogéneo por electrones producidos cuando los electrones o radiación ionizante como rayos-x, son utilizados en el tratamiento de la enfermedad del cáncer o en el diagnóstico médico con rayos-x. Si fuera posible observa la destrucción del tejido destruido, se observaría lo mismo que se observa en la lucita. Pero aún más en efectos agudos por radiación dependiendo de la dosis recibida por personas ocupacionalmente expuesta o en accidentes por radiación, los efectos estocásticos, efectos deterministas y dependiendo de las defensas del organismo humano, el daño o destrucción celular puede ser regenerado cuando la lesión es débil, tal como el caso del arbolito que despareció debido a la regeneración de la estructura molecular de la lucita tardó 10 años en desaparecer tal como lo afirmo arriba.
En el caso del arbolito que día a día aún se observa la lesión, permanece igual a través de 40 años. Este hecho, si se extrapola a tejido humano, los efectos son irreversibles y causan daño mortal y genético a lo largo plazo como sucede con la descendencia de los habitantes japoneses que sufrieron daños irreversibles que aún hoy conocemos.
