magnetita en el cuerpo humano, consecuencias potenciales y
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TRABAJO FIN DE PERIODO FORMATIVO DE
DOCTORADO
MAGNETITA EN EL CUERPO
HUMANO CONSECUENCIAS
POTENCIALES Y
CARACTERIZACIOacuteN BAacuteSICA
DE LA MAGNETITA
BIOGEacuteNICA NANOMEacuteTRICA
2013
UNIVERSIDAD POLITEacuteCNICA DE CARTAGENA Luis Gineacutes Garciacutea Peacuterez
I
CONTENIDO
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO 1
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA 4
2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 9
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS 9
211 Radiacioacuten Ionizante 9
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas) 11
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas) 13
22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE 14
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten 17
23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES 18
3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 23
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE 23
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y MICROONDAS 28
321 Efectos Teacutermicos 29
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos 30
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS 33
4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO 43
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR 43
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor 43
412 Mecanismos de Ganancia de Calor 46
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA 46
421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio 48
5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 49
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES 49
511 Los Magnetosomas 51
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 52
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo 56
522 La Ferritina 57
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales 58
53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA 60
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro 60
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos Neurodegenerativos 61
II
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas 62
534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones 63
6 LA MAGNETITA MINERAL 67
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL 67
62 DEFINICIOacuteN 68
63 PROPIEDADES GENERALES 69
631 La Moleacutecula de la Magnetita 69
632 La Celda Unitaria de la Magnetita 69
633 Cristalizacioacuten 71
634 Algunas Propiedades Baacutesicas 71
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral 73
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 73
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas 73
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura 75
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica 76
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 77
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo 77
652 Tipos de Magnetismo 78
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita 79
654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura 80
7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 81
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS 81
711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas 82
712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita 85
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y TAMANtildeOS 86
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica 89
73 PRINCIPALES APLICACIONES 90
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES 92
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad 92
742 Diferencias en el Moacutedulo de Young 94
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas 94
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas 94
75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 97
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K 97
752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz 98
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz 98
754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T 99
III
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 99
761 Permeabilidad Magneacutetica 99
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica 100
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal 102
8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN 105
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 105
82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 106
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 108
84 LA MAGNETITA MINERAL 109
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 110
9 FUTUROS TRABAJOS 113
10 REFERENCIAS 115
IV
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global 2
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro 3
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica 4
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos 5
Figura 5 Radiacioacuten gamma 10
Figura 6 Partiacutecula alfa 10
Figura 7 Partiacuteculas beta 10
Figura 8 Partes de una ceacutelula 18
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
18
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena 21
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico 23
Figura 12 Efecto Compton 24
Figura 13 Produccioacuten de pares 24
Figura 14 Modelo de cabeza humana del Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda) plano
coronal y leyenda (abajo-derecha) 48
Figura 15 Magnetosoma de la bacteria magnetotaacutectica 51
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de magnetita
y maghemita del cerebelo humano 55
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano 56
Figura 18 Escaacutener de microscopio de fuerza magneacutetica (MEM) de material de placa de
hipocampo humano mostrando una respuesta magneacutetica dipolar 61
Figura 19 Magnetitas 68
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y 2
tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro 69
Figura 21 Estructura del grupo de la espinela 69
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada en caras 70
Figura 23 Celda unitaria de la magnetita 70
Figura 24 Octaedro 71
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble 71
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica de la magnetita con la temperatura 76
V
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita a bajas temperaturas 76
Figura 28 Isotropiacutea de la conductividad de la magnetita a temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la temperatura de transicioacuten 76
Figura 29 Tipos de magnetismo 78
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar 1χmol en funcioacuten de la temperatura
para MnFe2O4 y Fe3O4 80
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido con magnetita a partir de queroseno (a) y
con aceite comestible (b) 85
Figura 32 Comportamiento de un ferrofluido con un 21 de magnetita y preparado en
aceite comestible 85
Figura 33 Cristales de magnetita producidos hidroteacutermicamente a 250 oC 87
Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC 88
Figura 35 Fotografiacutea HREM de partiacuteculas de magnetita sintetizada 88
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita 88
Figura 37 Difractograma de rayos X de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y patroacuten
de la magnetita (b) 89
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita Fe3O4+δ 94
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha) 95
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b) Imaacutegnes
HRTEM observadas en el eje de la zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las partiacuteculas
magneacuteticas 96
Figura 41 Representaciones de las variaciones de la parte real de la permitividad (41a) la
conductividad (41b) y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas (41c) al variar la frecuencia
de 102
a 106 Hz a una temperatura constante de 300K utilizando en ambos ejes
escalas logariacutetmicas 97
Figura 42 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura medida a 1
MHz 98
Figura 43 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la temperatura e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz 98
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K 99
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La liacutenea
corresponde a la ecuacioacuten de Froumlhlisch-Kennelly 100
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en polvo 100
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe 101
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de magnetita nanomeacutetrica de 30 nm 101
VI
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de magnetita cuacutebica al aplicar un campo
magneacutetico en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes tamantildeos (de izquierda a
derecha 01μm 02 μm 05 μm 07 μm 10 μm) 101
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica 102
Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute 104
VII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro 3
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell 6
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos 7
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM
guidelines Health Physics 74 494-522 (1998) 14
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa) 16
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos 26
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida 28
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex cerebral y
el cerebelo de cada cerebro 53
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las concentraciones
de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal 59
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano 59
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control 64
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras
cerebrales 66
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012 93
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias 97
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la celda unitaria
temperatura de transicioacuten magneacutetica y magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4 102
IX
OBJETIVO Y RESUMEN
El presente trabajo de investigacioacuten tiene como objetivo la recopilacioacuten de informacioacuten que
sirva para determinar en trabajos posteriores las probabilidades si es que las hay de que la
exposicioacuten a un campo electromagneacutetico actualmente permitido y evaluado como inofensivo
para el cuerpo humano pueda tener alguacuten efecto cuando se tiene en cuenta la presencia de
magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico Por ejemplo el efecto de la generacioacuten de un nano-clima
podriacutea tener consecuencias graves en cuanto a desencadenante de reacciones quiacutemicas
bioloacutegicas
Para ello se introduce en primer lugar dentro de la exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos
en los seres vivos algunas de las aplicaciones que pueden afectar a los tejidos bioloacutegicos una visioacuten desde la Organizacioacuten Mundial de la Salud acerca de la normativa vigente y seguridad en materia de radiacioacuten no ionizante y una revisioacuten de los materiales bioloacutegicos a tener en cuenta
junto con algunos ejemplos de simulaciones
A continuacioacuten se realiza una recopilacioacuten de los efectos bioloacutegicos detectados como
consecuencia de la exposicioacuten a los diferentes campos electromagneacuteticos tanto ionizantes
como no ionizantes distinguieacutendose entre efectos teacutermicos ateacutermicos y no teacutermicos y una
aproximacioacuten a los meacutetodos de compensacioacuten del calentamiento de los que dispone el cuerpo
humano y que pueden estar apantallando algunos de los efectos bioloacutegicos pero tambieacuten
pudiendo provocar sobreesfuerzos en otras zonas como el hipotaacutelamo
Posteriormente se expone la presencia de magnetita en los seres vivos (magnetita biogeacutenica) y
en el cuerpo humano y la relacioacuten encontrada entre algunas enfermedades neurodegenerativas
(Parkinson Alzheimer paraacutelisis supranuclear progresiva y neuroferritinopatiacutea) y las
concentraciones de hierro en el organismo
A partir de lo anterior y habiendo introducido en primer lugar la magnetita como uno de entre
los dieciseacuteis oacutexidos hidroacutexidos y oacutexido-hidroacutexidos de hierro presentes en la naturaleza el
trabajo se centra en determinar las principales propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la magnetita
incidiendo en las caracteriacutesticas de su moleacutecula celda unitaria y propiedades cristalograacuteficas y
en las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Finalmente puesto que la magnetita biogeacutenica hallada es en su mayoriacutea de tamantildeo
nanomeacutetrico resulta imprescindible centrar la atencioacuten en las nanopartiacuteculas de magnetita
para seguidamente incidir sobre sus procesos de siacutentesis sus principales usos y aplicaciones
principales caracteriacutesticas y propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
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1 INTRODUCCIOacuteN
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son no magneacuteticos
(diamagneacuteticos y paramagneacuteticos) Sin embargo tambieacuten existen materiales ferromagneacuteticos
como la magnetita (Fe3O4) que podriacutea interactuar hasta un milloacuten de veces maacutes frente a un
campo magneacutetico externo En 1992 Kirschivink y colaboradores [1][2]
identifican la presencia
de minerales magneacuteticos presumiblemente magnetita y maghemita en el cerebro del cuerpo
humano Es por ello que se ha incluido en primer lugar a modo de introduccioacuten en el apartado
11 unas nociones baacutesicas acerca de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro su ubicacioacuten en el
sistema global y su intereacutes multidisciplinar
Ante este hallazgo ha surgido repetidamente en el transcurso de los antildeos la pregunta de si los
diferentes campos electromagneacuteticos a los que se expone el cuerpo humano pueden afectar de
alguna manera a los cristales de magnetita que pudieran encontrarse en el cuerpo humano y
provocar asiacute efectos no necesariamente nocivos en el organismo Es por ello que en la
presente introduccioacuten se ha incluido una informacioacuten baacutesica de campos electromagneacuteticos y
dosimetriacutea (apartado 12) Como se veraacute maacutes adelante las relaciones encontradas entre
algunas enfermedades neurodegenerativas y las concentraciones de Fe en el cuerpo humano
son cuanto menos inquietantes
Finalmente se ha de tener en cuenta que las muestras de magnetita encontradas en los
organismos y en el cuerpo humano tienen en general tamantildeo nanomeacutetrico Como se veraacute maacutes
adelante muchos materiales cambian sus caracteriacutesticas al reducir su tamantildeo hasta esta escala
nanomeacutetrica Ello representa un reto antildeadido ya que es la razoacuten por la que tambieacuten resultaraacute
imprescindible una introspeccioacuten en el campo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO
Son compuestos comunes en la naturaleza y disponibles en el laboratorio Estaacuten presentes en
casi todas las partes del sistema global atmoacutesfera pedosfera biosfera hidrosfera y litosfera
y participan en las interrelaciones entre ellas
La figura 1 [3]
esquematiza la localizacioacuten de los oacutexidos de hierro en la Tierra a partir de
menas rocas y el agua
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Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global
Inicialmente la formacioacuten de oacutexidos de FeIII
se relacionaba predominantemente con las rocas
magmaacuteticas tanto en ambiente terrestre como marino Luego se han de tener en cuenta los
procesos de redistribucioacuten entre los subsistemas del sistema global que incluyen el
transporte mecaacutenico a traveacutes de la erosioacuten del aire y del agua desde la pedosfera hacia la
hidrosfera y la atmoacutesfera y lo que es maacutes importante la disolucioacuten de FeII y precipitacioacuten
oxidativa en otro subsistema
La formacioacuten de minerales de hierro y la precipitacioacuten de oacutexidos de hierro en biologiacutea son
ejemplos importantes de redistribucioacuten El ser humano participa en estos procesos no soacutelo
como organismo vivo sino tambieacuten como un consumidor del metal de hierro y sus oacutexidos
para diferentes propoacutesitos El resultado general de todos estos procesos es un incremento de
la presencia de oacutexidos de hierro en el sistema global a expensas de las rocas magmaacuteticas
primarias
La consecuencia loacutegica de la amplia distribucioacuten de los oacutexidos de hierro es que muchas
disciplinas diferentes se han interesado en ellos En la figura 2 se esquematiza la naturaleza
multidisciplinar de las investigaciones que se han realizado sobre los oacutexidos de hierro
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Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro
Hay 16 oacutexidos de hierro [3]
los cuales pueden ser oacutexidos hidroacutexidos u oacutexido-hidroacutexidos
aunque de forma geneacuterica se les llama oacutexidos de hierro los cuales se han listado en la tabla 1
Los oacutexidos de hierro estaacuten compuestos de Fe junto con O yo OH La mayoriacutea de los
compuestos de hierro estaacuten en estado trivalente Tres compuestos entre ellos la magnetita
contienen FeII Los oacutexidos de hierro constituyen paquetes cerrados de aniones (normalmente
en configuracioacuten hexagonal o cuacutebica) cuyos huecos se llenan parcialmente con Fe divalente o
trivalente predominantemente en configuracioacuten octaeacutedrica y en algunos casos tetraeacutedrica
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro
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12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA
Los campos electromagneacuteticos son una combinacioacuten de campos de fuerza eleacutectricos y
magneacuteticos Tienen lugar tanto de forma natural como debido a la actividad humana [4]
La
figura 3 representa la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica a lo largo de una direccioacuten de
propagacioacuten al tiempo que los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten en fase es decir toman
valores extremos y valores nulos al mismo tiempo
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica
En el medio en que vivimos hay campos electromagneacuteticos en todo lugar y tiempo pero son
invisibles para el ojo humano Por ejemplo los campos eleacutectricos se producen por
acumulacioacuten de cargas eleacutectricas en determinadas zonas de la atmoacutesfera por efecto de las
tormentas mientras que el campo magneacutetico terrestre provoca la orientacioacuten de las agujas de
los compases en direccioacuten norte-sur y paacutejaros y peces lo utilizan para orientarse La figura 4
muestra para un espectro electromagneacutetico a diferentes frecuencias y loacutegicamente de
longitudes de onda la penetracioacuten de los campos electromagneacuteticos en la atmoacutesfera asiacute como
la temperatura en Kelvin y grados Celsius a la que los cuerpos emiten la onda maacutes
intensamente
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Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos
Ademaacutes de las fuentes naturales en el espectro electromagneacutetico hay fuentes artificiales Por
ejemplo para diagnosticar la rotura de un hueso se utilizan los rayos X el suministro
eleacutectrico lleva asociados campos electromagneacuteticos de frecuencia baja y se usan diferentes
tipos de ondas de radio de frecuencia maacutes alta para transmitir informacioacuten ya sea por medio
de antenas de televisioacuten estaciones de radio o estaciones base de telefoniacutea moacutevil
Consideremos ahora el ejemplo de la exposicioacuten a la radiacioacuten solar El Sol da calor y luz
que puede provocar quemaduras si la exposicioacuten es suficientemente prolongada (efecto del
tiempo de exposicioacuten) para que la melanina no pueda protegernos (la melanina es un
pigmento que da al pelo y a la piel su color y que nos protege frente a las radiaciones
ultravioleta ndashUV- y visible) Podemos controlar sus efectos utilizando gafas de sol
sombreros ropas etc (medidas de prevencioacuten frente a la intensidad de exposicioacuten) Algunos
efectos de esta radiacioacuten pueden ser nocivos pero otros pueden ser altamente beneficiosos
para la salud
Un efecto bioloacutegico de un campo electromagneacutetico ocurre cuando la exposicioacuten al mismo
causa alguacuten efecto fisioloacutegico detectable en un sistema vivo Este efecto puede o no llevar a
un efecto nocivo Por tanto es esencial diferenciar entre efecto bioloacutegico y efecto nocivo
Los efectos sobre la salud positivos y negativos son frecuentemente resultado de efectos
bioloacutegicos que se acumulan sobre un cierto espacio temporal y que ademaacutes dependen de la
dosis recibida
Los campos electromagneacuteticos pueden propagarse a traveacutes de cualquier medio dieleacutectrico o
magneacutetico y quedan definidos matemaacuteticamente por las ecuaciones de Maxwell A
continuacioacuten se expone en la tabla 2 las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial asiacute
como su ley predecesora y las denominadas ecuaciones constitutivas
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Ley precedente Forma diferencial de la ecuacioacuten de Maxwell
Ley de Gauss
nabla
Ley de Gauss para el campo
magneacutetico nabla
Ley de Faraday
Ley de Ampere
generalizada
Ecuaciones constitutivas
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell
Siendo
= densidad de flujo o induccioacuten magneacutetica (Wbm2)
= densidad de flujo o desplazamiento eleacutectrico (Cm2)
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
= intensidad de campo magneacutetico (Am)
= densidad superficial de corriente (Am2)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
ε = permitividad eleacutectrica (Fm)
μ = permeabilidad magneacutetica (Hm)
Radiacioacuten ionizante y no ionizante [5]
Las ondas electromagneacuteticas son transportadas por
partiacuteculas llamadas cuantos de luz Los cuantos de luz de ondas con frecuencias maacutes altas
(longitudes de onda maacutes cortas) transportan maacutes energiacutea que los de las ondas de menor
frecuencia (longitudes de onda maacutes largas) Algunas ondas electromagneacuteticas transportan
tanta energiacutea por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moleacuteculas
De las radiaciones que componen el espectro electromagneacutetico los rayos gamma que emiten
los materiales radioactivos los rayos coacutesmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se
conocen como laquoradiacioacuten ionizanteraquo
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energiacutea suficiente para romper los enlaces
moleculares se conocen como laquoradiacioacuten no ionizanteraquo
Las fuentes de campos electromagneacuteticos artificiales que constituyen una parte fundamental
de las sociedades industriales (electricidad microondas y campos de radiofrecuencia) estaacuten
en el extremo del espectro electromagneacutetico correspondiente a longitudes de onda
relativamente largas y frecuencias bajas y su radiacioacuten es no ionizante
Frecuencia de resonancia El fenoacutemeno de resonancia se manifiesta cuando una onda
interactuacutea con un sistema cuya frecuencia propia o fundamental es igual o un muacuteltiplo entero
de la frecuencia de la oscilacioacuten La frecuencia propia del sistema es la frecuencia
fundamental en alguno de sus modos de vibracioacuten
Un ejemplo cotidiano Cuando se impulsa un columpio con un nintildeo sentado si se considera
el columpio como un peacutendulo eacuteste tiene una frecuencia propia dada por el peso del nintildeo sin
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importar la amplitud de la oscilacioacuten es decir sin importar la altura que alcanza el nintildeo al
columpiarse Cuando otra persona impulsa al nintildeo en el columpio cada vez que pasa por su
posicioacuten eacutesta ejerce su fuerza una vez por ciclo por lo que la frecuencia de la fuerza
impulsora es igual a la frecuencia propia del sistema columpio-nintildeo y la amplitud de
oscilacioacuten aumenta (fuerza y movimiento estaacuten en fase estaacuten en resonancia)
A nivel de campos electromagneacuteticos el acoplo de los campos y la distribucioacuten interna de
energiacutea absorbida son funciones del tamantildeo forma orientacioacuten y propiedades dieleacutectricas
(permitividad y conductividad baacutesicamente) de los seres vivos
Dosimetriacutea Electromagneacutetica Establece la relacioacuten entre una distribucioacuten de campos
electromagneacuteticos libre de perturbaciones y los campos inducidos dentro de los tejidos
bioloacutegicos El fenoacutemeno de exposicioacuten es muy diferente en situaciones de campo proacuteximo y
campo lejano El cuerpo humano extrae energiacutea fundamentalmente del campo eleacutectrico La
TAE (Tasa de Absorcioacuten Especiacutefica) o SAR (Specific Absorption Rate) es la cantidad que
describe la potencia de absorcioacuten de los campos electromagneacuteticos en los tejidos
expresados en vatios por kilogramo [6]
TAE =
Wm
3 TAE = =
WKg
Siendo
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
σ = conductividad eleacutectrica (Sm -siemens por metro- o Ω-1
middotm-1
)
Para un oacutergano concreto la potencia recibida es P =
m = masa (Kg)
El efecto bioloacutegico mejor detectado de la absorcioacuten de un campo electromagneacutetico en los
seres vivos es un incremento de la temperatura T por lo que se suele asociar
TAE = c
c = calor especiacutefico (Jmiddotkg
-1middotK
-1)
No obstante esta relacioacuten puede resultar bastante maacutes compleja en los seres vivos por los
efectos termorreguladores
Por otro lado se presenta en la tabla 3 con respecto a la cuantificacioacuten de la exposicioacuten a
muacuteltiples fuentes electromagneacuteticas los liacutemites actuales establecidos teniendo en cuenta las
sumas de cada fuente detectada con diferente formulacioacuten seguacuten el organismo
NRPB
le 1
le 1
le 1
ICNIRP
+
le 1
+
le 1
NRPB (National Radiological Protection Board)
ICNIRP (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection)
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos
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2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
En este capiacutetulo se realiza una recopilacioacuten de las fuentes principales y aplicaciones que se
hacen de los campos electromagneacuteticos y que pueden afectar en diferentes formas y grados a
los tejidos bioloacutegicos tanto en radiacioacuten ionizante como no ionizante Posteriormente se
expone un resumen de las directrices en cuanto a radiacioacuten no ionizante y la evaluacioacuten de la
exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos Finalmente se realiza una introduccioacuten a los
diferentes tipos de materiales bioloacutegicos que se han de tener en cuenta en la exposicioacuten a los
campos electromagneacuteticos y se citan algunos ejemplos de simulaciones
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS
211 Radiacioacuten Ionizante
Radiacioacuten ultravioleta (UV) Soacutelo pueden originar ionizacioacuten en determinadas
circunstancias Para distinguir este tipo de radiacioacuten de la radiacioacuten que siempre causa
ionizacioacuten se establece un liacutemite energeacutetico inferior arbitrario para la radiacioacuten ionizante
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)
Equipos de Difraccioacuten de Rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina
principalmente con objetivos diagnoacutesticos Los rayos X usados en difraccioacuten [7]
tienen
longitudes de onda en el rango 05 ndash 25 Aring siendo el angstrom (1Aring = 10-10
m) Los rayos X
se producen cuando una partiacutecula cargada eleacutectricamente con suficiente energiacutea cineacutetica es
frenada raacutepidamente Habitualmente las partiacuteculas utilizadas son los electrones y la radiacioacuten
se obtiene en un dispositivo conocido como tubo de rayos X que contiene una fuente de
electrones y dos electrodos metaacutelicos
El alto voltaje entre los electrodos dirige los electrones hacia el aacutenodo ndasho blanco- y al
golpear sobre eacutel con una elevada velocidad producen rayos X en el punto de impacto que se
irradian en todas direcciones La mayor parte de la energiacutea cineacutetica de los electrones que
golpean el blanco se convierte en calor y uacutenicamente menos de un 1 se transforma en rayos
X
La difraccioacuten es esencialmente un fenoacutemeno de dispersioacuten al interactuar los rayos X con la
materia Se produce cuando algunos fotones del haz incidente son desviados sin peacuterdida de
energiacutea constituyendo la radiacioacuten dispersada exactamente con la misma longitud de onda λ
que la radiacioacuten incidente
Rayos Gamma Los rayos gamma maacutes energeacuteticos se han observado en los rayos coacutesmicos
Se producen en la desintegracioacuten radiactiva normalmente con el objetivo de producir
energiacutea en reactores nucleares y en aplicaciones meacutedicas como fuentes de radioterapia
aunque tambieacuten se usan con fines militares
La radiacioacuten gamma como muestra esquemaacuteticamente la figura 5 es radiacioacuten
electromagneacutetica emitida por un nuacutecleo cuando experimenta una transicioacuten de un estado de
energiacutea maacutes alta a un estado energeacutetico maacutes bajo El nuacutemero de protones y neutrones del
nuacutecleo no variacutea en estas transiciones
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Los rayos gamma se emiten a menudo inmediatamente despueacutes de una desintegracioacuten alfa o
beta en la que el nuacutecleo haya quedado en un estado de mayor energiacutea Los rayos gamma
tambieacuten pueden ser el resultado de la captura de un neutroacuten y de la dispersioacuten inelaacutestica de
partiacuteculas subatoacutemicas por nuacutecleos
Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen
alcances definidos en la materia los rayos
gamma experimentan una atenuacioacuten
exponencial a medida que atraviesan la materia
(si no se tiene en cuenta la acumulacioacuten de
energiacutea que resulta de la dispersioacuten de los
rayos gamma dentro de un material)
Figura 5 Radiacioacuten gamma
2111 Partiacuteculas Alfa Partiacuteculas Beta y Neutrones
Partiacuteculas alfa Estas partiacuteculas son el conjunto de dos
protones y dos electrones como se representa en la figura
6 Tienen su origen en el nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo
en proceso de desintegracioacuten y consiste en un
acercamiento ocasional de dos protones y dos neutrones
que se mueven lentamente atrapando electrones y
asemejando la estructura del helio [8]
Tienen una carga
eleacutectrica positiva y alta densidad de ionizacioacuten (7 MeV)
a pesar de lo cual viajan muy poco (10cms) y son
detenidas por una peliacutecula de agua papel o la piel
Figura 6 Partiacutecula alfa
Partiacuteculas beta Estaacuten formadas por electrones que
vienen del nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo en
desintegracioacuten Las partiacuteculas beta tienen una carga
negativa y en algunas ocasiones se desprenden tambieacuten
partiacuteculas con la misma masa del electroacuten pero con carga
positiva (positrones) Viajan a una alta velocidad y tienen
una energiacutea de 4MeV o mayor Su capacidad de
penetracioacuten es mayor que las partiacuteculas alfa pero su
poder de ionizacioacuten es menor Penetran 4 cm en madera y
hasta 13 cm en piel [8]
La figura 7 representa
esquemaacuteticamente las partiacuteculas beta
Figura 7 Partiacuteculas beta
Neutrones Por lo general los neutrones no son emitidos como resultado directo de la
desintegracioacuten radiactiva natural sino que se producen durante reacciones nucleares [8]
Los reactores nucleares son los que generan neutrones con mayor abundancia Los reactores
nucleares producen neutrones cuando los nuacutecleos del uranio que constituye el combustible
nuclear se desdoblan o fisionan De hecho la produccioacuten de neutrones es esencial para
mantener la fisioacuten nuclear en un reactor
Los aceleradores de partiacuteculas y las fuentes especiales de neutrones tambieacuten producen
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neutrones Los aceleradores de partiacuteculas producen neutrones mediante la aceleracioacuten de
partiacuteculas cargadas como protones o electrones hasta que alcanzan altas energiacuteas para
bombardear con ellas los nuacutecleos estables de un blanco Las partiacuteculas que pueden resultar
de estas reacciones nucleares no son uacutenicamente neutrones
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas)
Radiacioacuten Ultravioleta (RUV) Por su longitud de onda se distingue entre UVA (315 a 400
nm) UVB (280 a 315 nm) y UVC (100 a 280 nm) Entre las fuentes artificiales maacutes
importantes de exposicioacuten humana estaacuten las siguientes [9]
Soldadura al arco industrial La principal fuente de exposicioacuten potencial a la RUV es la
energiacutea radiante de los equipos de soldadura al arco Los niveles de RUV en torno al
equipo de soldadura son muy altos y pueden producirse lesiones oculares y cutaacuteneas
graves en un tiempo de 3 a 10 minutos de exposicioacuten a distancias visuales de unos pocos
metros La proteccioacuten de ojos y piel es obligatoria
Laacutemparas de RUV industriales y en el puesto de trabajo Muchos procesos industriales y
comerciales tales como el curado fotoquiacutemico de tintas pinturas y plaacutesticos requieren la
utilizacioacuten de laacutemparas que emiten una radiacioacuten intensa en la regioacuten del UV
Laacutemparas de luz negra Son laacutemparas especializadas que emiten predominantemente en la
regioacuten UV y por lo general se utilizan para pruebas no destructivas con polvos
fluorescentes para la autentificacioacuten de billetes bancarios y documentos y para efectos
especiales en publicidad y discotecas No plantean ninguacuten riesgo de exposicioacuten
considerable para las personas excepto en ciertos casos de piel fotosensibilizada
Tratamiento meacutedico Las laacutemparas de RUV se utilizan en medicina para diversos fines de
diagnoacutestico -normalmente UVA- y terapeacuteuticos Los niveles de exposicioacuten del paciente
variacutean considerablemente seguacuten el tipo de tratamiento y las laacutemparas UV empleadas en
dermatologiacutea requieren una utilizacioacuten cuidadosa por parte del personal
Laacutemparas RUV germicidas La RUV con longitudes de onda en el intervalo de 250-265
nm es la maacutes eficaz para esterilizacioacuten y desinfeccioacuten dado que corresponde a un nivel
maacuteximo en el espectro de absorcioacuten del ADN Como fuente UV se utilizan con frecuencia
tubos de descarga de mercurio de baja presioacuten ya que maacutes del 90 de la energiacutea radiada
se emite en la liacutenea de 254 nm(UVC)
Bronceado cosmeacutetico Se trata de las camas solares para broncearse por medio de
laacutemparas especiales que emiten principalmente UVA aunque tambieacuten algo en de UVB
El uso habitual de una cama solar puede contribuir considerablemente a la exposicioacuten
cutaacutenea anual de una persona al UV Asiacute mismo el personal que trabaja en salones de
bronceado puede resultar expuesto a bajos niveles
Alumbrado general Las laacutemparas fluorescentes son de uso habitual en el lugar de trabajo
y domeacutestico Estas laacutemparas emiten pequentildeas cantidades de RUV y solo contribuyen en
un pequentildeo porcentaje a la exposicioacuten anual de una persona a la radiacioacuten UV
Radiofrecuencias (RF) Y Microondas (MW) Entre las aplicaciones de las MW y RF
podemos nombrar las estaciones de radio y televisioacuten comunicaciones punto-punto en
microondas comunicaciones moacuteviles de todo tipo (celulares de onda corta etc)
radioaficionados navegacioacuten (mariacutetima y aeacuterea) aplicaciones radar (militares y civiles)
hornos microondas (para cocinar y aplicaciones industriales) amplificadores en
compatibilidad electromagneacutetica y metrologiacutea
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Los elementos baacutesicos de un sistema de RFMW son generadores o fuentes de RFMW
liacuteneas de transmisioacuten (elementos utilizados para transportar la energiacutea del generador a la
antena y baacutesicamente pueden ser cables coaxiales liacuteneas planas o guiacuteas de onda) y las
antenas (dispositivos que acoplan el circuito que genera la energiacutea electromagneacutetica al
espacio libre por donde se propaga la energiacutea electromagneacutetica que posteriormente recogeraacute
otra antena)
En cuanto a los diferentes sistemas dependiendo de las aplicaciones podemos nombrar los
siguientes [9]
[5]
Transmisores de televisioacuten y radio terrestres Las estaciones de radio y televisioacuten emiten
sus sentildeales a traveacutes de antenas de AM (amplitud modulada) FM (frecuencia modulada)
VHF (Very High Frecuency) y UHF (Ultra High Frecuency) Normalmente las sentildeales de
radio AM emiten entre 535-1700 KHz y las de FM entre 87-108 MHz
Sistemas de radar La palabra radar es un acroacutenimo utilizado por la marina estadounidense
en 1942 que significa deteccioacuten y alcance viacutea radio (radio detecting and ranging) y por
supuesto desarrollado uacutenicamente con fines militares aunque despueacutes su utilidad se
expandioacute a otros aacutembitos El radar mide la intensidad y tiempo que tarda en volver un
pulso que enviacutea una antena y que choca en un blanco De esa informacioacuten se obtiene la
distancia a la que se encuentra Se enviacutean alrededor de 1500 pulsos de alta potencia por
segundo con una anchura de 10-50 μs Asiacute mismo son comunes los radares de traacutefico que
a traveacutes del efecto Doppler calculan la velocidad a la que avanza un moacutevil Los primeros
radares de efecto Doppler funcionaban a 10525 GHz dentro de la banda X
Posteriormente se usaron a frecuencias de 2415 GHz (en banda milimeacutetrica) En la
actualidad se utilizan en la banda de 337-36 GHz Estos radares emiten una sentildeal de deacutebil
potencia en forma de onda continua (CW) en lugar de pulsos y las potencias son del orden
de 10 a 100 mW siendo un valor tiacutepico 15 mW que es considerado una sentildeal de deacutebil
Estaciones de sateacutelites terrestres Un sateacutelite es un transmisor receptor que es lanzado por
un cohete y colocado en oacuterbita alrededor de la Tierra sometido a la atraccioacuten
gravitacional Sus funciones son muacuteltiples telefoacutenicas meteoroloacutegicas deteccioacuten en la
Tierra y lejana televisioacuten y radio y en plataformas para sistema global de
posicionamiento (GPS) Son muy comunes las antenas paraboacutelicas para plataformas de
televisioacuten digital que reciben sentildeal enviada por las situadas en sateacutelites en oacuterbita
geoestacionaria a 36000 Kms de la Tierra
Comunicaciones microondas Las comunicaciones punto a punto entre antenas con
ldquovisioacutenrdquo directa es una forma de comunicacioacuten utilizada habitualmente en
radiocomunicaciones Las antenas de comunicacioacuten de microondas emiten y reciben
sentildeales de relativamente baja potencia a traveacutes de distancia no muy grandes
Normalmente las antenas empleadas son muy directivas de forma que existe muy poca
sentildeal en otra direccioacuten que no sea la del camino directo entre dos antenas
Equipos moacuteviles de radio Estos sistemas (no los celulares actuales) son los maacutes antiguos
sistemas de comunicacioacuten sin cable Comenzoacute en USA en 1921 operando a 2MHz de
forma experimental para los departamentos de policiacutea y no empezaron de forma praacutectica
hasta los antildeos 40
Equipos buscadores Son equipos que avisan cuando reciben una sentildeal emitida por una
antena Su utilidad ha disminuido con la llegada de la telefoniacutea celular pero auacuten sigue
siendo una buena opcioacuten en determinados sectores Las frecuencias de las sentildeales pueden
estar entre 16-150 KHz para lugares de menos de 4 hectaacutereas en las bandas de HF (26-31
MHz) o VHF (49 MHz) en la de UHF (459 MHz) para edificios e industrias
Habitualmente los transmisores se colocan en lo alto de los edificios
Comunicaciones celulares (telefoniacutea moacutevil) Este es un tipo de comunicacioacuten de banda
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limitada analoacutegica o digital en la que una persona se comunica viacutea radio a traveacutes de un
terminal moacutevil con una antena que estaacute situada relativamente cerca de eacutel Su crecimiento
ha sido brutal es estos pocos uacuteltimos antildeos comenzando en los antildeos 80 con la primera
generacioacuten de moacuteviles con tecnologiacutea analoacutegica Posteriormente se inicioacute la tecnologiacutea
digital lo que supuso una mejora en las prestaciones y servicios ofrecidos Se ha utilizado
el sistema GSM (Global System for Mobile Comunication) y la estandarizacioacuten llevoacute a
una tercera generacioacuten de moacuteviles denominada UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) que en Europa se localiza en la banda de 2 GHz
Sistemas de comunicacioacuten personal Aquiacute se engloban todos aquellos sistemas de
comunicacioacuten personal sin cable
Otros sistemas Se engloban todos aquellos sistemas que no se utilizan para la
comunicacioacuten personal Asiacute la energiacutea de RF en el rango de 3 a 300 MHz se utiliza para
distintos procesos industriales de calentamiento Asimismo aprovechando la habilidad de
la energiacutea de microondas para penetrar en un medio material se utilizan para muchas
aplicaciones los hornos microondas En particular en los hogares se utilizan hornos
microondas operando a una frecuencia de 245 GHz
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas)
Los campos eleacutectrico y magneacutetico de muy baja frecuencia (ELF) -de 0 a 300 Hz- se
encuentran comuacutenmente en nuestro entorno [9]
[5]
En los hogares las fuentes de estos campos son por ejemplo mantas eleacutectricas
calentadores de agua secadores de pelo afeitadoras eleacutectricas televisiones terminales de
video sistemas de muacutesica sistemas de aire acondicionado tubos fluorescentes
frigoriacuteficos estufas y cualquier otro electrodomeacutestico
En los lugares de trabajo son comunes fuentes de radiacioacuten ELF tales como ordenadores
maacutequinas de fax copiadoras luces fluorescentes impresoras scanner centralitas
telefoacutenicas motores y otros dispositivos eleacutectricos
Normalmente la discusioacuten sobre los efectos se restringe al campo magneacutetico que es
producido por corrientes alternas o campos variantes en el tiempo cuya intensidad y
direccioacuten cambien de forma regular Estos campos provienen principalmente de fuentes
creadas por el hombre especialmente de servicios de potencia eleacutectrica electrodomeacutesticos y
sistemas de comunicacioacuten
Es muy comuacuten citar el campo estaacutetico magneacutetico generado por la Tierra como fuente de
especial atencioacuten Sin embargo hay que considerar que su comparacioacuten con los campos
provocados artificialmente no es adecuada debido a que la influencia en la materia es
bastante diferente entre un campo estaacutetico y uno variable en el tiempo [9]
La variacioacuten del campo magneacutetico con la distancia a la fuente que lo crea depende del tipo
de fuente [9]
Asiacute si la fuente es un simple hilo conductor el campo variacutea como 1r Si el
campo lo provocan un par de hilos conductores entonces la variacioacuten es 1r2 Si la fuente es
un lazo de corriente como lo que ocurre en los transformadores de la mayoriacutea de los
electrodomeacutesticos y ordenadores la variacioacuten es como 1r3 Otro tipo de fuente es la creada
por las liacuteneas de alta tensioacuten Eacutestas son transmitidas mediante liacuteneas de distribucioacuten de tres
hilos Cada uno de ellos lleva una corriente desfasada de los demaacutes en 120ordm que se llama
circuito balanceado En este caso el campo magneacutetico es proporcional a 1r2 y si la liacutenea no
estaacute balanceada entonces el campo variacutea como 1r
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22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE
Las normas que previenen la exposicioacuten excesiva a los campos electromagneacuteticos (CEM)
presentes en el entorno existen de forma similar a otras normas establecidas para proteger
nuestra salud (aditivos alimentarios concentraciones de productos quiacutemicos en agua
contaminantes del aire etc)
Cada paiacutes establece sus propias normas nacionales relativas a la exposicioacuten a CEM Sin
embargo la mayoriacutea de estas normas nacionales se basan en las recomendaciones de la
Comisioacuten Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) Esta
organizacioacuten no gubernamental reconocida formalmente por la OMS evaluacutea los resultados
de estudios cientiacuteficos realizados en todo el mundo Basaacutendose en un anaacutelisis en profundidad
de todas las publicaciones cientiacuteficas la ICNIRP elabora unas directrices en las que
establece liacutemites de exposicioacuten recomendados las cuales se revisan perioacutedicamente y en
caso necesario se actualizan
El siguiente cuadro (tabla 4) [5]
resume los liacutemites recomendados de exposicioacuten actualizados
en 1998 por la ICNIRP correspondientes a los tipos de tecnologiacuteas que han causado
preocupacioacuten en la sociedad la electricidad en el hogar las estaciones base de telefoniacutea
moacutevil y los hornos de microondas
Frecuencia de
la red eleacutectrica
europea
Frecuencia de estaciones
base de telefoniacutea moacutevil
Frecuencia de los hornos
de microondas
Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 18 GHz 245 GHz
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Campo
magneacutetico
(microT)
Densidad de
potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Liacutemites de
exposicioacuten
para la
poblacioacuten
5 000 100 45 9 10
Liacutemites de
exposicioacuten
ocupacionales
10 000 500 225 45
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM guidelines
Health Physics 74 494-522 (1998)
Los liacutemites de exposicioacuten recomendados de algunos paiacuteses de la ex Unioacuten Sovieacutetica y los de
paiacuteses occidentales pueden llegar a diferenciarse en un factor de maacutes 100 Con la
globalizacioacuten del comercio y la raacutepida penetracioacuten de las telecomunicaciones en todo el
mundo ha surgido la necesidad de disponer de normas universales Las normas futuras se
basaraacuten en los resultados del Proyecto Internacional sobre campos electromagneacuteticos de la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS)
Un liacutemite recomendado no define de forma exacta el liacutemite entre la seguridad y el peligro
No existe un nivel uacutenico por encima del cual la exposicioacuten se convierte en peligrosa para la
salud sino que el riesgo potencial para la salud aumenta de forma gradual con el nivel de
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exposicioacuten de las personas Las directrices marcan un determinado umbral por debajo del
cual la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos se considera segura seguacuten los conocimientos
de la ciencia No se deduce de forma automaacutetica que por encima del liacutemite indicado la
exposicioacuten sea perjudicial
Para fijar los liacutemites de exposicioacuten los estudios cientiacuteficos deben identificar el umbral en el
que se manifiestan los primeros efectos sobre la salud cuyos experimentos deben basarse en
estudios con animales
Los estudios en animales [9]
llamados in vivo tienen por objeto determinar los efectos
bioloacutegicos de campos eleacutectrico y magneacutetico sobre animales completos Las investigaciones
en animales expuestos a agentes toacutexicos sospechosos son importantes para la prediccioacuten de
la potencial toxicidad en los humanos y en la confirmacioacuten de los efectos indicados por los
estudios epidemioloacutegicos Tambieacuten proporcionan una informacioacuten muy valiosa para estimar
los niveles a los que la toxicidad puede ocurrir Los estudios en animales son muy
importantes pues pueden ser la base para elaborar modelos fiables en los que examinar coacutemo
los campos electromagneacuteticos influyen en la causa del riesgo El proceso usual es exponer a
los animales a un CEM y observar si desarrollan riesgos en su salud caacutencer u otras
enfermedades Estos experimentos en si mismos hay que tomarlos con mucha cautela en el
sentido en que los animales podriacutean no exhibir las mismas respuestas sensibilidad y
propiedades que los humanos a los paraacutemetros de la exposicioacuten
Frecuentemente se producen en los animales cambios sutiles de comportamiento a niveles
bajos de exposicioacuten que preceden a cambios draacutesticos en la salud con niveles altos El
comportamiento anormal es un indicador muy sensible de la existencia de una respuesta
bioloacutegica este comportamiento anormal se ha seleccionado como el miacutenimo efecto
perjudicial para la salud observable Las directrices recomiendan prevenir la exposicioacuten a
campos electromagneacuteticos a niveles en los que se producen cambios de comportamiento
perceptibles
Este umbral de cambios de comportamiento no es igual al liacutemite recomendado sino que la
ICNIRP aplica un factor de seguridad de 10 en el caacutelculo de los liacutemites de exposicioacuten
ocupacionales y un factor de 50 para obtener el valor recomendado para la poblacioacuten
general Asiacute por ejemplo en los intervalos de frecuencia de radio y microondas los niveles
maacuteximos que probablemente experimentaraacute en el entorno o en el hogar son al menos 50
veces menores que el umbral en el que se manifiestan los primeros cambios de
comportamiento en animales
La razoacuten por la que los liacutemites de exposicioacuten para la poblacioacuten general son maacutes estrictos que
los liacutemites para la poblacioacuten expuesta por motivos ocupacionales es que eacutesta uacuteltima estaacute
formada por adultos que generalmente estaacuten sometidos a condiciones de campos
electromagneacuteticos conocidas y recibe formacioacuten sobre los riesgos potenciales y sobre coacutemo
tomar precauciones adecuadas mientras que en la poblacioacuten general hay personas de todas
las edades y con diversos estados de salud que en muchos casos no saben que estaacuten
expuestos a CEM
Las directrices o normas no se pueden establecer actualmente basaacutendose en especulaciones
sobre los posibles efectos a largo plazo sobre la salud Del conjunto de los resultados de
todas las investigaciones no puede deducirse que los campos electromagneacuteticos produzcan
efectos a largo plazo sobre la salud como el caacutencer
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Las directrices se establecen para la poblacioacuten media y no pueden tener en cuenta
directamente las necesidades de una minoriacutea de personas potencialmente maacutes sensibles Por
ejemplo las directrices sobre contaminacioacuten atmosfeacuterica no se basan en las necesidades
especiales de las personas asmaacuteticas De forma similar las directrices sobre campos
electromagneacuteticos no estaacuten disentildeadas para proteger a las personas de las interferencias en los
dispositivos electroacutenicos meacutedicos implantados como los marcapasos cardiacuteacos Por el
contrario estas personas deben solicitar a los fabricantes y al meacutedico que ha implantado el
dispositivo que les asesore sobre el tipo de exposiciones que deben evitar
El siguiente cuadro (tabla 5) [5]
indica las fuentes maacutes comunes de campos
electromagneacuteticos Todos los valores son niveles maacuteximos de exposicioacuten de la poblacioacuten
por lo que normalmente la poblacioacuten estaacute sometida a una exposicioacuten mucho menor
Fuente Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Densidad de flujo
magneacutetico (microT)
Campos naturales 200 70 (campo magneacutetico
terrestre)
Red eleacutectrica (en hogares que no estaacuten
proacuteximos a liacuteneas de conduccioacuten eleacutectrica)
100 02
Red eleacutectrica (bajo liacuteneas principales de
conduccioacuten eleacutectrica)
10 000 20
Trenes y tranviacuteas eleacutectricos 300 50
Pantallas de televisioacuten y computadora (en la
posicioacuten del usuario)
10 07
Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten (Wm2)
Transmisores de televisioacuten y radio 01
Estaciones base de telefoniacutea moacutevil 01
Radares 02
Hornos de microondas 05
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa)
En situaciones cotidianas la mayoriacutea de las personas no se ven expuestas a campos
electromagneacuteticos superiores a los liacutemites recomendados Los niveles de exposicioacuten tiacutepicos
son muy inferiores a estos liacutemites Sin embargo en ocasiones una persona puede exponerse
durante un periacuteodo corto a niveles que se aproximan o incluso superan los niveles
recomendados Seguacuten la ICNIRP para tener en cuenta los efectos acumulados la exposicioacuten
a los campos de frecuencia de radio y de microondas se debe calcular como promedio
durante un determinado periacuteodo las directrices establecen que dicho periacuteodo debe ser de seis
minutos y se consideran aceptables las exposiciones a corto plazo superiores a los liacutemites
Seguacuten las directrices la exposicioacuten a campos eleacutectricos y magneacuteticos de frecuencia baja no
se calcula como promedio en el tiempo sino que se incorpora el factor de acoplamiento El
acoplamiento se refiere a la interaccioacuten entre los campos eleacutectricos y magneacuteticos y el cuerpo
expuesto a la radiacioacuten y es funcioacuten del tamantildeo y forma del cuerpo el tipo de tejido y la
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orientacioacuten del cuerpo con respecto al campo
Las directrices deben ser conservadoras la ICNIRP siempre supone un acoplamiento
maacuteximo del campo a la persona expuesta Por consiguiente los liacutemites recomendados
proporcionan una proteccioacuten maacutexima Por ejemplo aunque las intensidades del campo
magneacutetico de las secadoras de pelo y de las maacutequinas de afeitar superan aparentemente los
valores recomendados el acoplamiento extremadamente deacutebil entre el campo y la cabeza
impide la induccioacuten de corrientes eleacutectricas que podriacutean superar los liacutemites recomendados
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten
La evaluacioacuten de la exposicioacuten es la determinacioacuten o estimacioacuten de la magnitud y
frecuencia de ocurrencia de la exposicioacuten para un individuo o grupo a un agente del medio
ambiente [9]
Ello es clave para los estudios epidemioloacutegicos si los epidemiologistas no
pueden evaluar la exposicioacuten de los individuos a un agente ldquosospechosordquo no podraacuten
determinar la influencia de ese agente sobre la salud o la enfermedad
Siempre que estamos en contacto con un agente medioambiental (en el aire el agua la
comida etc) estamos expuestos a ese agente Algunos factores son beneficiosos otros
perjudiciales y otros ninguna de las dos cosas y ello baacutesicamente dependiendo de la
duracioacuten de la exposicioacuten Es muy uacutetil diferenciar entre exposicioacuten y dosis
Exposicioacuten se refiere uacutenicamente a la medida de un agente sin un particular conocimiento
de aquellas caracteriacutesticas del agente que influyen en la salud
Dosis se refiere a la evaluacioacuten de una caracteriacutestica particular de la exposicioacuten que es
significativa respecto a la salud En los estudios de salud los investigadores intentan
medidas de dosis pero en ausencia de las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que son
significativas tienen que medir la exposicioacuten y usarla como una aproximacioacuten a la dosis
Para entender mejor esto consideremos el caso de la radiacioacuten ionizante de rayos X Una
placa que detecta la radiacioacuten X mide la exposicioacuten a un individuo pero difiacutecilmente es
una medida de la dosis Sabemos que la razoacuten a la que ocurre la exposicioacuten es importante
y la placa no da esa informacioacuten Tambieacuten se sabe que el aacuterea de exposicioacuten es importante
y la placa no nos dice si la exposicioacuten corresponde al aacuterea de la placa o al cuerpo entero
Por ello es importante conocer la dosis es decir las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que
sean significativas
Existen medios para determinar la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos pero no de medir
la dosis Cuando la evidencia del dantildeo de la exposicioacuten a un agente ambiental es inequiacutevoca
se toman medidas preventivas auacuten cuando se tenga poco conocimiento de coacutemo ldquofuncionardquo
el mecanismo
En el caso de CEM muchos cientiacuteficos consideran los estudios epidemioloacutegicos como
equiacutevocos El motivo en parte es que no se conocen todos los mecanismos (es decir ldquocomo
funcionanrdquo) que describen la interaccioacuten del campo electromagneacutetico con tejidos y ceacutelulas
Si se quieren disentildear estudios epidemioloacutegicos mejores a partir de los cuales resolver el
problema de los riesgos se deben hacer mejores trabajos en cuanto a la evaluacioacuten de la
exposicioacuten y eso probablemente no sucederaacute hasta que se pueda contestar a las cuestiones
acerca de los mecanismos
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23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES
Es necesario conocer algunas caracteriacutesticas
de las ceacutelulas y tejidos en el cuerpo humano
para poder entender sus mecanismos
asociados de interaccioacuten [9]
Cada ser humano
estaacute constituido por billones de ceacutelulas vivas
que se agrupan entre siacute para formar un
oacutergano con unas ciertas funciones asignadas
Ceacutelulas Las ceacutelulas tienen diferentes
tamantildeos (las de los muacutesculos pueden ser de
unos pocos miliacutemetros y las nerviosas de un
metro) La figura 8 representa los elementos
generales que constituyen una ceacutelula Las
ceacutelulas estaacuten formadas por la membrana que
mantiene a la ceacutelula unida el citoplasma que
Figura 8 Partes de una ceacutelula
es una especie de gel en el interior de la membrana y normalmente el nuacutecleo No todas las
ceacutelulas tienen nuacutecleo Dentro del citoplasma existen diferentes tipos de estructuras maacutes
pequentildeas que realizan ciertas funciones metaboacutelicas
Las ceacutelulas son estructuras complejas con superficies cargadas Las ceacutelulas contienen
moleacuteculas y aacutetomos cargados que pueden cambiar su orientacioacuten y movimiento cuando se
encuentran expuestos a una fuerza electromagneacutetica En la figura 9 se muestra un caso para
el campo eleacutectrico a la izquierda se muestra una ceacutelula en reposo y a la derecha una ceacutelula
bajo la influencia de un campo eleacutectrico
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
Las cargas se redistribuyen la ceacutelula sigue siendo neutra pero es una estructura polar Las
interacciones del campo electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico se efectuacutean a traveacutes de
las ceacutelulas y se categorizan en interacciones con la membrana celular con el citoplasma y
con el nuacutecleo Estas interacciones dependen entre otras cosas de la frecuencia
Los nuacutecleos de las ceacutelulas contienen la mayoriacutea de la informacioacuten hereditaria en los
cromosomas y los genes Las ceacutelulas crecen cambian y se reproducen en un proceso
continuo llamado mitosis que comienza en el nuacutecleo a traveacutes de una duplicacioacuten e igual
distribucioacuten de los cromosomas Las ceacutelulas sin nuacutecleo no se pueden dividir mientras que
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otras sufren de mitosis frecuentemente como por ejemplo las de los embriones Por ello es
especialmente importante la proteccioacuten a campos electromagneacuteticos durante el embarazo A
su vez el proceso de mitosis tiene cuatro fases profase metafase anafase y telofase El
periacuteodo entre las divisiones se llama fase de reposo
Hay diferentes procesos en la mitosis celular que podriacutean verse afectados por la radiacioacuten
electromagneacutetica y existe un amplio campo de investigacioacuten en el estudio de los procesos
que afectan a los cromosomas durante la mitosis afectada por un campo electromagneacutetico
Tejidos Las ceacutelulas se agrupan y combinan con otros materiales para formar tejidos Existen
cuatro tipos de tejidos epitelial conectivo muscular y nervioso
El tejido epitelial consta de ceacutelulas con una o varias capas Realizan funciones de
proteccioacuten y regulacioacuten de la secrecioacuten o absorcioacuten de materiales
El tejido conectivo consta de ceacutelulas y materiales no vivos como fibras y sustancias
gelatinosas que sostienen y conectan tejidos celulares al esqueleto El tejido conectivo
contiene muchas de las sustancias intercelulares que desarrollan la importante labor de
transportar materiales entre ellas Ejemplos de estos tejidos son los huesos y los
cartiacutelagos
El tejido muscular consta de ceacutelulas que van desde 1 a 40 miliacutemetros de longitud con 40
μm (1μ=10-6
metros) de diaacutemetro Estos tejidos contienen una gran cantidad de sangre
El tejido nervioso controla y gobierna toda la actividad corporal y consta de ceacutelulas
nerviosas o neuronas Las neuronas tienen largas proyecciones llamadas axones y que son
anaacutelogas a liacuteneas de transmisioacuten y enviacutean informacioacuten al sistema nervioso central desde
diferentes receptores de informacioacuten
Ademaacutes merecen especial atencioacuten los siguientes conceptos [9]
Material geneacutetico El genoma humano que es una secuencia quiacutemica que contiene la
informacioacuten baacutesica del cuerpo humano consiste en una cadena de ADN y estaacute asociado a
las moleacuteculas proteiacutenicas Estaacute organizado en estructuras llamadas cromosomas El ADN
es una macromoleacutecula compleja compuesta por dos cadenas o heacutelices que se entrelazan
entre siacute formando una doble heacutelice Cada cadena estaacute formada por millones de eslabones
llamados nucleoacutetidos o bases nitrogenadas Ambas heacutelices estaacuten unidas entre siacute a nivel de
los eslabones complementarios de cada heacutelice por parejas La secuencia de los pares de
bases es lo que determina el coacutedigo geneacutetico
Seguacuten el orden que sigan esos pares de bases se codifica una funcioacuten u otra o
simplemente no se codifica nada El ADN de la ceacutelula se organiza en cromosomas Cada
cromosoma es una moleacutecula muy larga de ADN Cada vez que una ceacutelula se divide en
dos el genoma entero se duplica en humanos y otros organismos complejos esa
duplicacioacuten se realiza en el nuacutecleo La miacutenima secuencia de ADN que es capaz de
codificar una funcioacuten o una estructura completa se denomina GEN Cada moleacutecula de
ADN contiene muchos genes unidad funcional y fiacutesica fundamental de la herencia
Un gen es una secuencia ordenada de nucleoacutetidos localizados en una cierta posicioacuten de un
cromosoma especiacutefico y que codifica la informacioacuten final Podemos pensar en los genes
como la informacioacuten de un ordenador que se estructura en unidades de informacioacuten
llamados bits Los genes son las unidades de informacioacuten del ADN que se utilizan para
construir las proteiacutenas entre otras cosas del cuerpo humano Se estima que el genoma
humano tiene al menos 100000 genes El nuacutecleo de la mayoriacutea de las ceacutelulas humanas
contiene dos conjuntos de cromosomas provenientes cada uno de ellos del padre y de la
madre El ser humano tiene su ADN organizado en 23 pares de cromosomas distintos es
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decir 46 cromosomas Cada conjunto de 23 cromosomas tiene 22 autoacutenomos y dos
cromosomas sexuales X e Y Los cromosomas contienen aproximadamente partes
iguales de proteiacutenas y ADN
Transporte de calcio Los iones de calcio son partiacuteculas cargadas que tienen un papel
vital en varios procesos celulares El calcio es un componente criacutetico en la comunicacioacuten
intercelular en el cuerpo y un regulador del crecimiento celular El mantenimiento de una
oacuteptima concentracioacuten de calcio es muy importante
Actividad de las enzimas Como otras proteiacutenas las enzimas consisten de largas cadenas
de aminoaacutecidos que se mantienen unidas Estaacuten presentes en todas las ceacutelulas vivas y
tienen una funcioacuten esencial en el control de los procesos metaboacutelicos
Hormonas Las hormonas son sustancias quiacutemicas que se transportan en la sangre de un
oacutergano a otro y alteran la actividad funcional y algunas veces la estructura de algunos
oacuterganos
Los biosistemas como generadores de campos electromagneacuteticos [12]
Hoy en diacutea no hay
duda de que los campos electromagneacuteticos pueden afectar a los biosistemas en diferentes
niveles ni de que no sean capaces de generar campos electromagneacuteticos Y hay una pequentildea
duda acerca de que los biosistemas sean generadores de campos electromagneacuteticos La
cuestioacuten principal es si los biosistemas utilizan los CEM para una interaccioacuten decidida
(comunicacioacuten) y si es asiacute en queacute nivel del organismo sucederaacute La cantidad de datos que
soporta la uacuteltima idea se construye con tanta rapidez como el incremento de preguntas que se
necesitan resolver
Uno de los principales problemas en esta liacutenea de investigacioacuten tiene su origen en la falta de
reproductibilidad tiacutepica que ya los cientiacuteficos estaacuten acostumbrados a observar en sus
experimentos Muchos cientiacuteficos culpan estas discrepancias a factores de confusioacuten
conocidos como propiedades geofiacutesicas del lugar del experimento gestioacuten de tiempos y
eacutepoca del antildeo del experimento iluminacioacuten o condiciones del laboratorio y factores
cosmofiacutesicos Lo anterior sin mencionar que el propio cientiacutefico es un biosistema y por lo
tanto un generador de UPE (ultraweak photon emission) medible como indican estudios
desde 2005 a 2009 [13] [14] [15] [16] [17]
que puede inintencionadamente influir en el proceso
experimental durante la manipulacioacuten de las muestras
La cuestioacuten primordial es ldquoiquestpor queacute deberiacutea importarnos si las ceacutelulas interactuacutean viacutea
CEMrdquo si la existencia de la comunicacioacuten celular a distancia resultara ser cierta tendriacutea un
impacto sustancial sobre la comprensioacuten de la biologiacutea y la investigacioacuten bioloacutegica Dominar
e influir el sistema de sentildeales a distancia en los biosistemas podriacutea abrir un completo
horizonte nuevo en nuestra aproximacioacuten a la biologiacutea y sus aplicaciones en biologiacutea y
medicina podriacutean ser asombrosas [10]
Simulaciones Los campos eleacutectrico y magneacutetico que interaccionan con el cuerpo debidos a
una fuente proacutexima pueden causar dos tipos de efectos bioloacutegicos teacutermicos y no teacutermicos
Los efectos del campo magneacutetico variacutean con la frecuencia y son probablemente maacutes
importantes en tejidos bioloacutegicos con pequentildeas cantidades de magnetita de tamantildeo
nanomeacutetrico
En la figura 10 se presenta una simulacioacuten robotizada del efecto bioloacutegico de la telefoniacutea
moacutevil sobre un modelado de cuerpo humano Simplificando el modelado del cuerpo de un
animal como un dieleacutectrico con peacuterdidas la cantidad de energiacutea absorbida es funcioacuten de la
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longitud de onda de la radiacioacuten recibida
Para un cuerpo humano de altura 175 metros
y peso 70 Kgs la maacutexima absorcioacuten se
produce aproximadamente a unos 70 MHz
En contraste para un ratoacuten de 55 cms de
largo y 15 gramos de peso la frecuencia de
resonancia es de 25 GHz aproximadamente [9]
La frecuencia de resonancia ademaacutes de la
eficiencia de acoplo del campo al cuerpo
depende de la orientacioacuten de la dimensioacuten
maacutes larga del cuerpo con la direccioacuten de
polarizacioacuten del campo electromagneacutetico En
general el maacuteximo acoplo se produce cuando
esa dimensioacuten es paralela a la direccioacuten en la
que vibra el campo eleacutectrico
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto
bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena
Por estas dependencias se ha introducido el concepto de SAR y tener asiacute una normalizacioacuten
Asiacute por ejemplo a la frecuencia de resonancia de 77 MHz un modelo humano en forma de
esferoide tendriacutea una SAR de 0022 WKg por cada vatiom2 de potencia incidente mientras
que un modelo de ratoacuten con frecuencia de resonancia 25 GHz tendriacutea un SAR de 012 WKg
para la misma densidad de potencia
Otra dependencia esencial para ver la dificultad en la absorcioacuten de energiacutea electromagneacutetica
es la dependencia de la conductividad eleacutectrica con la frecuencia
Por otro lado ademaacutes de todas estas dependencias es necesario apuntar otra que indica que
la distribucioacuten de energiacutea interna absorbida tambieacuten depende de la longitud de onda y de las
propiedades dieleacutectricas del medio En ciertas condiciones se pueden excitar modos
complejos en el cuerpo debido a muacuteltiples reflexiones que provocan la aparicioacuten de una onda
estacionaria y dando lugar a distribuciones no uniformes de energiacutea conocidos como ldquopuntos
calientesrdquo o ldquohot spotsrdquo
Simulaciones con implantes A pesar de que las simulaciones simplifiquen la realidad
pueden aportar resultados uacutetiles En 2012 Adamos Kyriakou y colaboradores [11]
publicaron
los resultados de una investigacioacuten acerca de si las personas con dispositivos meacutedicos
implantados estaacuten protegidas seguacuten las guiacuteas de seguridad de CEM actuales en un rango de
10 a 100 MHz realizando simulaciones de los propios dispositivos implantados y
concluyeron que estas personas no estaacuten intriacutensecamente protegidas y necesitan especial
consideracioacuten en las guiacuteas de seguridad
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3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS
ELECTROMAGNEacuteTICOS
A continuacioacuten se describiraacuten con maacutes detalle algunos de los bioefectos y sus mecanismos
descritos seguacuten el rango de frecuencia que dividiremos en ionizantes radiofrecuencia y
microondas (RFMW) y en baja frecuencia
El efecto maacutes evidente de la energiacutea electromagneacutetica es el calentamiento de los tejidos En
consecuencia los liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos de radiofrecuencia y de
microondas se establecen con el fin de prevenir los efectos sobre la salud ocasionados por el
calentamiento localizado o de todo el organismo El cumplimiento de las directrices asegura
que los efectos de calentamiento son suficientemente pequentildeos para que no sean
perjudiciales
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE
Los fotones de los rayos X y gamma interactuacutean con la materia y causan ionizacioacuten de al
menos tres maneras diferentes
Efecto fotoeleacutectrico Es la interaccioacuten de un fotoacuten que incide sobre los electrones de
un aacutetomo [8]
representado en la figura 11 El fotoacuten cede toda su energiacutea a un electroacuten y
desaparece totalmente desprendieacutendose el electroacuten (llamado fotoelectroacuten) del aacutetomo Se
realiza en las capas electroacutenicas interiores (k l m y n) y el fotoelectroacuten resulta con una
Energiacutea cineacutetica Ec = h υ Ee
donde h es la constante de Plank υ es la frecuencia de la radiacioacuten incidente y Ee es la
energiacutea de enlace de la capa donde se originoacute
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico
Efecto Compton Los fotones de energiacutea intermedia interactuacutean fundamentalmente
mediante el efecto Compton [8]
en virtud del cual el fotoacuten y un electroacuten colisionan
esencialmente como partiacuteculas El fotoacuten continuacutea su trayectoria en una nueva direccioacuten
con su energiacutea disminuida mientras que el electroacuten liberado parte con el resto de la
energiacutea entrante (menos la energiacutea de unioacuten del electroacuten al aacutetomo o a la moleacutecula) como
se representa en la figura 12
En este proceso la energiacutea interactuacutea con un electroacuten orbital del aacutetomo como si eacuteste fuera
un electroacuten libre debido a que la energiacutea de enlace del electroacuten es mucho menor que la
energiacutea del fotoacuten incidente El electroacuten recibe parte de la energiacutea del fotoacuten y es emitido en
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un aacutengulo α en tanto que el fotoacuten con energiacutea reducida es dispersado con un aacutengulo ndashα
Figura 12 Efecto Compton
Produccioacuten de pares La produccioacuten de pares soacutelo es posible con fotones cuya energiacutea
sea superior a 102 MeV Sin embargo cerca este valor el efecto Compton predomina
todaviacutea La produccioacuten de pares [8]
predomina con energiacuteas maacutes altas Tal como se
representa en la figura 13 el fotoacuten desaparece y en su lugar aparece una pareja electroacuten-
positroacuten (este fenoacutemeno soacutelo ocurre en la proximidad de un nuacutecleo por consideraciones
de conservacioacuten del momento cineacutetico y de la energiacutea) La energiacutea cineacutetica total del par
electroacuten-positroacuten es igual a la energiacutea del fotoacuten menos la suma de las energiacuteas de la masa
residual de electroacuten y positroacuten (102 MeV)
Figura 13 Produccioacuten de pares
Tras su descubrimiento por Roentgen en 1895 los rayos X fueron introducidos con tanta
rapidez para el diagnoacutestico y tratamiento de las enfermedades que casi en seguida
comenzaron a encontrarse lesiones debidas a exposicioacuten excesiva a la radiacioacuten entre los
primeros radioacutelogos que todaviacutea no eran conscientes de sus riesgos Las primeras lesiones
fueron sobre todo reacciones cutaacuteneas en las manos de quienes trabajaban con los primeros
equipos de radiologiacutea pero ya en el primer decenio se habiacutean comunicado otros tipos de
lesioacuten incluidos los primeros caacutenceres atribuidos a la radiacioacuten
En el curso del siglo transcurrido desde estos primeros hallazgos el estudio de los efectos
bioloacutegicos de la radiacioacuten ionizante ha recibido un impulso permanente como consecuencia
del uso cada vez mayor de la radiacioacuten en medicina ciencia e industria asiacute como de las
aplicaciones paciacuteficas y militares de la energiacutea atoacutemica
El resultado es que los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten se han investigado maacutes a fondo que
los de praacutecticamente cualquier otro agente ambiental El desarrollo de los conocimientos
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sobre los efectos de la radiacioacuten ha determinado el perfeccionamiento de medidas para
proteger la salud humana contra muchos otros peligros medioambientales ademaacutes de la
radiacioacuten
Naturaleza y mecanismos de los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten [8]
Deposicioacuten de energiacutea A diferencia de otras formas de radiacioacuten la radiacioacuten
ionizante es capaz de depositar suficiente energiacutea localizada para arrancar electrones de
los aacutetomos con los que interactuacutea Asiacute cuando la radiacioacuten colisiona al azar con aacutetomos y
moleacuteculas al atravesar ceacutelulas vivas da lugar a iones y radicales libres que rompen los
enlaces quiacutemicos y provoca otros cambios moleculares que dantildean las ceacutelulas afectadas
La distribucioacuten espacial de los fenoacutemenos ionizantes depende del factor de ponderacioacuten
radioloacutegica (wR) de la radiacioacuten
Efectos sobre el ADN Cualquier moleacutecula de la ceacutelula puede ser alterada por la
radiacioacuten pero el ADN es el blanco bioloacutegico maacutes criacutetico debido a la redundancia
limitada de la informacioacuten geneacutetica que contiene Una dosis absorbida de radiacioacuten de 2
Gray (Gy) podriacutea originar centenares de lesiones en sus moleacuteculas de ADN e incluso la
muerte celular La mayoriacutea de lesiones son reparables pero las producidas por una
radiacioacuten ionizante concentrada (por ejemplo un protoacuten o una partiacutecula alfa) son en
general menos reparables que las generadas por una radiacioacuten ionizante dispersa (por
ejemplo un rayo X o un rayo gamma) Por lo tanto las radiaciones ionizantes
concentradas (alta TLE) tienen por lo comuacuten un mayor efecto bioloacutegico relativo (EBR)
que las radiaciones ionizantes dispersas (baja TLE) en casi todas las formas de lesioacuten
Cabe en este punto las definiciones de Gray (Gy) y Sievert (Sv) Gray es la medida de la
dosis absorbida por la materia radiada a razoacuten de 1 julio por Kg mientras que Sievert es
la medida de la dosis eficaz o equivalente que es 1 Gy multiplicado por un factor de
ponderacioacuten consustancial a cada radiacioacuten (fotones protones electrones neutrones
partiacuteculas alfa iones pesados) y oacutergano (goacutenadas meacutedula oacutesea pulmoacuten estoacutemago
hiacutegado piel hellip) [12]
Efectos sobre los genes El dantildeo del ADN que queda sin reparar o es mal reparado puede
manifestarse en forma de mutaciones cuya frecuencia parece aumentar como una funcioacuten
lineal de la dosis El hecho de que la tasa de mutaciones parezca ser proporcional a la
dosis se considera indicativo de que una sola partiacutecula ionizante que atraviese el ADN es
suficiente en principio para causar una mutacioacuten En las viacutectimas del accidente de
Chernoacutebil la relacioacuten dosis-respuesta de las mutaciones de la glicoforina de ceacutelulas de la
meacutedula oacutesea es muy similar a la observada en supervivientes de la bomba atoacutemica
Efectos sobre los cromosomas Las lesiones por radiacioacuten del aparato geneacutetico pueden
causar tambieacuten cambios en el nuacutemero y la estructura de los cromosomas modificaciones
cuya frecuencia se ha observado que aumenta con la dosis en trabajadores expuestos en
supervivientes de la bomba atoacutemica y en otras personas expuestas a la radiacioacuten ionizante
La relacioacuten dosis-respuesta para las aberraciones cromosoacutemicas en linfocitos de sangre
humana se ha determinado con bastante exactitud de manera que la frecuencia de
aberraciones en esas ceacutelulas puede servir de dosiacutemetro bioloacutegico uacutetil
Efectos sobre la supervivencia celular Entre las reacciones maacutes tempranas a la
irradiacioacuten figura la inhibicioacuten de la divisioacuten celular que aparece en seguida tras la
exposicioacuten aunque su grado y duracioacuten variacutean con la dosis Si bien la inhibicioacuten de la
mitosis es caracteriacutesticamente pasajera la lesioacuten radioloacutegica de genes y cromosomas
puede ser letal para las ceacutelulas en divisioacuten que en conjunto son muy sensibles a la
radiacioacuten
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Medida en teacuterminos de capacidad de proliferacioacuten la supervivencia de las ceacutelulas en
divisioacuten tiende a disminuir exponencialmente con el aumento de la dosis de manera que
1-2 Gy bastan por lo general para reducir la poblacioacuten superviviente en alrededor del
50
Efectos sobre los tejidos Las ceacutelulas maduras que no estaacuten en divisioacuten son relativamente
radiorresistentes pero las que se dividen dentro de un tejido son radiosensibles por lo que
la irradiacioacuten intensiva puede matar un nuacutemero suficiente para que el tejido se atrofie
La rapidez de esta atrofia depende de la dinaacutemica de la poblacioacuten celular dentro del tejido
afectado es decir en oacuterganos caracterizados por un recambio celular lento como el
hiacutegado y el endotelio vascular el proceso es tiacutepicamente mucho maacutes lento que en oacuterganos
caracterizados por un recambio celular raacutepido como la meacutedula oacutesea la epidermis y la
mucosa intestinal
Por otra parte conviene subrayar que si el volumen de tejido irradiado es lo bastante
pequentildeo o si la dosis se acumula con la lentitud suficiente la gravedad de la lesioacuten puede
reducirse notablemente por la proliferacioacuten compensatoria de las ceacutelulas supervivientes
Efectos agudos Como
muestra la tabla 6 los
efectos agudos de la
radiacioacuten se deben sobre
todo a la deplecioacuten
(disminucioacuten de liacutequidos)
de ceacutelulas progenitoras en
los tejidos afectados y soacutelo
pueden inducirse por dosis
lo bastante grandes para
matar muchas de estas
ceacutelulas
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos
Por este motivo tales efectos se consideran de naturaleza no estocaacutestica o determinista
en contraste con los efectos mutaacutegenos y canceriacutegenos de la radiacioacuten que se consideran
fenoacutemenos estocaacutesticos resultantes de alteraciones moleculares aleatorias en ceacutelulas
individuales que aumentan como funciones lineales sin umbral de la dosis Las lesiones
agudas de los tipos que predominaban en los primeros trabajadores expuestos y en los
pacientes tratados inicialmente con radioterapia han desaparecido praacutecticamente gracias a
las mejoras introducidas en las precauciones de seguridad y en los meacutetodos de
tratamiento Sin embargo la mayoriacutea de los pacientes tratados con radiacioacuten en la
actualidad experimentan tambieacuten alguna lesioacuten del tejido normal irradiado
Ademaacutes siguen ocurriendo accidentes radioloacutegicos graves Por ejemplo entre 1945 y
1987 se informoacute de unos 285 accidentes en reactores nucleares ocurridos en diversos
paiacuteses en los que resultaron irradiadas maacutes de 1350 personas 33 de ellas con resultado
mortal El accidente de Chernoacutebil por siacute solo liberoacute material radiactivo suficiente para
exigir la evacuacioacuten de decenas de millares de personas y animales domeacutesticos del aacuterea
circundante y originoacute enfermedades radioloacutegicas y quemaduras en maacutes de 200 personas
entre componentes de equipos de emergencia y bomberos de las que 31 fallecieron
Los efectos a largo plazo del material radiactivo liberado sobre la salud no pueden
predecirse con certeza pero las estimaciones de los riesgos resultantes de efectos
canceriacutegenos basadas en modelos de incidencia de dosis sin umbral suponen que pueden
producirse hasta 30000 muertes adicionales por caacutencer en la poblacioacuten del hemisferio
norte durante los 70 proacuteximos antildeos a consecuencia del accidente aunque es probable que
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los casos adicionales de caacutencer en cualquier paiacutes sean demasiado escasos para permitir su
deteccioacuten epidemioloacutegica
Menos catastroacuteficos pero mucho maacutes numerosos que los accidentes de reactores han sido
los accidentes en que han intervenido fuentes de rayo gamma meacutedicas e industriales que
tambieacuten han sido causa de lesiones y peacuterdida de vidas Por ejemplo la eliminacioacuten
inadecuada de una fuente de radioterapia de cesio 137 en Goiacircnia Brasil en 1987 originoacute
la irradiacioacuten de docenas de viacutectimas cuatro de las cuales murieron
Las reacciones agudas de los tejidos maacutes radiosensibles son de intereacutes general por lo que se
describen brevemente en las secciones siguientes
Piel Las ceacutelulas de la capa germinal de la epidermis son muy sensibles a la radiacioacuten En
consecuencia la raacutepida exposicioacuten de la piel a una dosis de 6 Sievert (Sv) o maacutes provoca
eritema (enrojecimiento) de la zona expuesta que aparece dentro del primer diacutea suele
durar unas cuantas horas y va seguido al cabo de dos a cuatro semanas de una o maacutes
oleadas de un eritema maacutes profundo y prolongado asiacute como de depilacioacuten (peacuterdida de
pelo) Si la dosis supera los 10 a 20 Sv en dos o cuatro semanas pueden surgir ampollas
necrosis y ulceracioacuten seguidas de fibrosis de la dermis y los vasos subyacentes que
pueden desembocar en atrofia y una segunda oleada de ulceracioacuten meses o antildeos despueacutes
El factor de ponderacioacuten de la piel es de 1Sv = (001 Fr) Gr siendo Fr el factor de
ponderacioacuten del tipo de radiacioacuten
Meacutedula oacutesea y tejido linfoide Los linfocitos tambieacuten son muy radiosensibles una dosis
de 2 a 3 Sv irradiada en poco tiempo a todo el cuerpo puede destruir un nuacutemero suficiente
de ellos para que disminuya el recuento de linfocitos perifeacutericos y la respuesta inmunitaria
se deteriore en pocas horas Las ceacutelulas hematopoyeacuteticas de la meacutedula oacutesea tienen una
sensibilidad similar a la radiacioacuten y su deplecioacuten con una dosis comparable es suficiente
para causar granulocitopenia y trombocitopenia en las tres a cinco semanas siguientes Si
la dosis es mayor estas disminuciones del recuento de granulocitos y plaquetas pueden
ser lo bastante graves para originar hemorragia o una infeccioacuten mortal El factor de
ponderacioacuten de la meacutedula oacutesea es 012
Intestino Las ceacutelulas progenitoras del epitelio que reviste el intestino delgado tambieacuten
tienen extraordinaria sensibilidad a la radiacioacuten La exposicioacuten aguda a 10 Sv disminuye
su nuacutemero en grado suficiente para causar la denudacioacuten de las vellosidades intestinales
suprayacentes en unos diacuteas La denudacioacuten de una superficie grande de la mucosa puede
dar lugar a un siacutendrome fulminante similar a la disenteriacutea que causa raacutepidamente la
muerte El factor de ponderacioacuten por defecto para los oacuterganos es 005
Goacutenadas Los espermatozoides maduros pueden sobrevivir a dosis grandes (100 Sv)
pero los espermatogonios son tan radiosensibles que una dosis de soacutelo 015 Sv aplicada
raacutepidamente a ambos testiacuteculos basta para causar oligospermia y una dosis de 2 a 4 Sv
puede provocar esterilidad permanente Tambieacuten los ovocitos son radiosensibles Una
dosis raacutepida de 15 a 20 Sv aplicada a ambos ovarios origina esterilidad temporal y una
dosis mayor esterilidad permanente en funcioacuten de la edad de la mujer en el momento de
la exposicioacuten El factor de ponderacioacuten de las goacutenadas es 020
Aparato respiratorio El pulmoacuten no es muy radiosensible pero la exposicioacuten raacutepida a
una dosis de 6 a 10 Sv puede hacer que en la zona expuesta se desarrolle neumoniacutea aguda
en el plazo de uno a tres meses Si se afecta un volumen grande de tejido pulmonar el
proceso puede originar insuficiencia respiratoria al cabo de unas semanas o conducir a
fibrosis pulmonar en meses o antildeos despueacutes El factor de ponderacioacuten de los pulmones es
012
Cristalino del ojo Las ceacutelulas del epitelio anterior del cristalino que continuacutean
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dividieacutendose toda la vida son relativamente radiosensibles El resultado es que una
exposicioacuten raacutepida del cristalino a una dosis superior a 1 Sv puede generar en unos meses
la formacioacuten de una opacidad polar posterior microscoacutepica y 2 a 3 Sv recibidos en una
sola exposicioacuten breve (o la exposicioacuten a 55 a 14 Sv acumulada a lo largo de meses)
pueden producir cataratas que dificulten la visioacuten
Otros tejidos En comparacioacuten con los tejidos ya mencionados la sensibilidad de otros
tejidos del cuerpo a la radiacioacuten es en general bastante inferior aunque el embrioacuten
constituye una notable excepcioacuten Conviene destacar que la radiosensibilidad de cualquier
tejido aumenta cuando se encuentra en estado de crecimiento raacutepido
Lesioacuten radioloacutegica de todo el cuerpo La exposicioacuten raacutepida de una parte importante del
cuerpo a una dosis superior a 1 Gy puede producir el siacutendrome de radiacioacuten agudo que
comprende
(1) Fase inicial prodroacutemica malestar general anorexia naacuteuseas y voacutemitos
(2) Periacuteodo latente
(3) Fase principal de enfermedad La fase principal de la enfermedad adopta por lo
general una de las formas siguientes seguacuten la localizacioacuten predominante de la lesioacuten
radioloacutegica hematoloacutegica gastrointestinal cerebral o pulmonar
(4) Recuperacioacuten o muerte
Lesioacuten radioloacutegica localizada A diferencia de las manifestaciones cliacutenicas de la lesioacuten
radioloacutegica aguda de todo el cuerpo que suelen ser dramaacuteticas e inmediatas la reaccioacuten a
la irradiacioacuten muy localizada tanto si procede de una fuente de radiacioacuten externa como de
un radionucleido depositado en el interior del cuerpo
tiende a evolucionar con
lentitud y a producir
pocos siacutentomas o signos
a menos que el volumen
de tejido irradiado yo la
dosis sean relativamente
grandes como muestra
la tabla 7
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y
MICROONDAS
En cuanto a los efectos bioloacutegicos de la RFMW se han desarrollado un nuacutemero significativo
de estudios que exploran la posible relacioacuten entre la exposicioacuten a la radiacioacuten de campos
RFMW y las enfermedades incluyendo el caacutencer Sin embargo todaviacutea deberaacute de pasar un
tiempo hasta que se tengan los resultados finales de la mayoriacutea de los estudios
Baacutesicamente existen tres tipos de efectos bioloacutegicos a estas frecuencias efectos de nivel alto
(teacutermicos) de nivel medio (ateacutermicos) y de nivel bajo (no teacutermicos)
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Los efectos teacutermicos [8]
son los que causan un
aumento de la temperatura debido a la energiacutea absorbida de un campo electromagneacutetico Si la
termorregulacioacuten no interviene se habla de efecto ateacutermico
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321 Efectos Teacutermicos
La fuerza producida por un campo eleacutectrico sobre un cuerpo cargado tales como los iones
moacuteviles del cuerpo produce que eacutestos se muevan y la resistencia a ese movimiento hace que
el cuerpo se caliente El aumento de temperatura se compensa por la termorregulacioacuten
conducida por el flujo de la sangre La relacioacuten entre el aumento de temperatura y la SAR es
muy complicada debido principalmente a lo complicado de modelar la influencia del flujo de
sangre sobre la transferencia de calor
Un resultado obvio de la radiacioacuten de RFMW es el calentamiento del cuerpo humano a pesar
de sus procesos propios de termorregulacioacuten Estos efectos son conocidos desde las primeras
investigaciones en efectos terapeacuteuticos realizadas por los ldquopadresrdquo del electromagnetismo en
el siglo XIX Los efectos teacutermicos tienen implicaciones significativas en la salud humana y
estaacuten relacionados con las corrientes inducidas El calentamiento es la interaccioacuten primordial
de los campos de RFMW especialmente a frecuencias por encima de 1MHz Por debajo el
efecto dominante es el de las corrientes inducidas
Los efectos teacutermicos se pueden definir como una deposicioacuten de energiacutea mayor que la
capacidad termorregulatoria del cuerpo humano Si una persona se calienta por alguna fuente
externa a una razoacuten maacutes elevada puede ocurrir un dantildeo teacutermico Los efectos teacutermicos estaacuten
fuertemente influidos por la temperatura ambiente y la humedad relativa El calor inducido
en el cuerpo aumenta con la masa del cuerpo al menos para animales pequentildeos
El cuerpo humano intenta regular su temperatura debido a un aumento teacutermico a traveacutes de la
respiracioacuten y el intercambio de calor viacutea flujo sanguiacuteneo Las partes del cuerpo que tienen
menos riego sanguiacuteneo son las maacutes afectadas por los efectos teacutermicos debido a que la
termorregulacioacuten tiene una menor capacidad de accioacuten
Los sistemas bioloacutegicos alteran su funcionamiento debido al cambio de temperatura
Temperaturas elevadas tienen efectos como cataratas incremento de la presioacuten arterial
veacutertigo y mareos debilidad desorientacioacuten o naacuteuseas Efectos teacutermicos adversos tales
como cataratas y quemaduras en la piel se producen con exposiciones a campos de
RFMW con densidades de potencia muy altas y por encima de 1000 Wm2 Estos valores
no se encuentran nunca cerca de fuentes de RFMW convencionales aunque siacute pueden
existir cerca de transmisores de alta potencia tales como radares militares
Efectos geneacuteticos Los agentes que pueden dantildear el ADN de las ceacutelulas se dice que tienen
un potencial carcinoacutegeno y se llaman genotoxinas o que tienen actividad genotoacutexica
El concepto de dantildeo de ADN como base para la formacioacuten del caacutencer estaacute puesto en tela
de juicio por la evidencia de que el caacutencer puede provenir de factores que no actuacutean
directamente sobre el ADN
Si los campos de RFMW no son directamente mutageacutenicos existe siempre la cuestioacuten de
si pueden incrementar el desarrollo de ceacutelulas malignas o alterar otros procesos que
produzcan cambios en el material geneacutetico Relacionado con esto estaacute la preocupacioacuten
acerca de los efectos sobre la salud a exposiciones prolongadas a campos de RFMW de
bajo nivel
Los investigadores creen que los cambios geneacuteticos soacutelo se producen en presencia de un
aumento sustancial de la temperatura observaciones que estaacuten en total acuerdo con la
interpretacioacuten de que la energiacutea de RFMW no causa dantildeo directo en el ADN debido a la
poca energiacutea asociada a sus fotones
Estudios en ceacutelulas (in vitro) Aunque la radiacioacuten no ionizante no puede dantildear el
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ADN de la misma forma que lo hace la ionizante es probable que la exposicioacuten a
campos de RFMW pueda producir alguna alteracioacuten en procesos celulares lo que
indirectamente puede afectar a la estructura de ADN Por tanto los estudios en ceacutelulas
(in vitro) son esenciales para interpretar los resultados experimentales Sin embargo la
criacutetica a estos estudios se basa en el hecho de indicar dantildeos en el ADN y ademaacutes en
que los estudios en su gran mayoriacutea no han sido replicados Son multitud los estudios
celulares unos mostrando efectos y otros no Probablemente el maacutes famoso fue el
realizado por Lai y Singh en 1995 [18]
en la Universidad de Washington en Seattle con
frecuencias de 245 GHz (las de los hornos de microondas) y con valores de SAR de
12 Wkg vieron efectos en las ceacutelulas del cerebro de ratas Eso produjo una gran
controversia en las compantildeiacuteas de telefoniacutea moacutevil (la frecuencia de los moacuteviles de
tercera generacioacuten la famosa UMTS estaacute en torno a esa frecuencia y las de GSM
cercanas) y preocupacioacuten entre los usuarios pues pareciacutea que se encontraba una
conexioacuten con datos ciertamente sin comprobar entre los teleacutefonos moacuteviles y el caacutencer
de cerebro Sin embargo no parece haber otros estudios que respalden estos resultados
Estudios en animales (in vivo) Tambieacuten se han realizado estudios en animales en los
que es maacutes difiacutecil de controlar los paraacutemetros pero pueden dar una mejor valoracioacuten de
las posibles consecuencias De nuevo existe controversia entre diferentes estudios
Como resumen de los estudios geneacuteticos podemos decir que los estudios experimentales
especialmente los celulares sobre exposicioacuten a campos de RFMW no han dado indicios
de evidencia genotoacutexica a menos que la potencia incidente fuera suficiente para causar
dantildeos teacutermicos Por otro lado hay muy pocos resultados positivos sobre efectos geneacuteticos
de radiacioacuten de RFMW de baja intensidad de entre los que algunos resultados no han
sido replicados o bien no han sido confirmados cuando han sido replicados por otros
autores
Proliferacioacuten celular La perturbacioacuten del ciclo normal celular es un posible signo de
crecimiento incontrolado de ceacutelulas cancerosas Se han descrito incrementos soacutelo en el
caso en que haya calentamiento e incluso otros estudios no encontraron estos
incrementos
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos
La radiacioacuten electromagneacutetica puede producir efectos no teacutermicos
[8] En general pueden
surgir cambios detectables soacutelo si el efecto del campo eleacutectrico con el medio bioloacutegico
expuesto a un campo electromagneacutetico no estaacute enmascarado por el ruido teacutermico
El ruido teacutermico es un movimiento aleatorio debido a la energiacutea teacutermica que todos los
cuerpos tienen al poseer una temperatura por encima del cero absoluto (-273ordmC o 0 Kelvin)
Fueacute identificado por Jonson en 1928 Es debido al movimiento aleatorio de los electrones
originado por su energiacutea teacutermica Este movimiento da lugar a una corriente aleatoria y debido
a ella en bornes de una resistencia aparece una tensioacuten de ruido Vn El valor medio de la
tensioacuten de ruido es siempre nulo pero no su valor eficaz La energiacutea producida por un campo
de radiofrecuencia en general es menor que el ruido teacutermico bioloacutegico[8]
y por tanto su efecto
no teacutermico quedariacutea completamente enmascarado
Polarizacioacuten celular Un mecanismo no teacutermico proviene de las moleacuteculas que se polarizan
con el campo eleacutectrico pudiendo producirse atracciones eleacutectricas entre ellas como se vioacute
anteriormente Otro mecanismo no teacutermico estaacute asociado al movimiento de corriente a traveacutes
de las membranas que tienen un comportamiento fuertemente no lineal es decir cuando se
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aplica una tensioacuten a una membrana la corriente no es proporcional a ella pudiendo afectar a
las funciones de la membrana
Frecuencias resonantes Es posible que ciertos tejidos bioloacutegicos reaccionen muy
sensiblemente a ciertas frecuencias resonantes y se deberiacutean estudiar estas situaciones En cuanto a los efectos de la radiacioacuten de nivel bajo y medio
[8] se trata de ver si estos niveles
de potencia pueden causar cambios bioloacutegicos dantildeinos en ausencia de un aumento
demostrable de la temperatura Sobre este aspecto existe alguna controversia Todos estos
efectos se producen con valores de SAR inferiores a 2Wkg
Se han descrito muchos en la literatura pero baacutesicamente casi todos hablan de efectos
neuronales morfoloacutegicos actividad neurotransmisora y de las enzimas concentracioacuten de
iones y efectos sobre el metabolismo Sobre este tema existe todaviacutea mucha discrepancia
entre los investigadores Algunos consideran probados estos efectos y otros consideran que
no estaacute probada de ninguna manera la conexioacuten entre los efectos no teacutermicos dantildeinos y la
radiacioacuten de bajo nivel
Telefoniacutea moacutevil Respecto a la aplicacioacuten de los resultados obtenidos sobre los efectos de la
RFMW correspondiente a la telefoniacutea moacutevil hay que tener una enorme precaucioacuten Parece
claro que no existe en la actualidad una gran cantidad de datos que permitan concluir si la
exposicioacuten a campos de RFMW durante el uso normal de un teleacutefono moacutevil puede producir
o no efectos nocivos sobre la salud Puesto que paraacutemetros de la RFMW tales como
frecuencia intensidad duracioacuten modulacioacuten forma de onda etc son esenciales para
determinar la respuesta bioloacutegica es necesario investigar mucho maacutes en la interaccioacuten de
tales paraacutemetros con la respuesta de la sentildeal de un moacutevil en condiciones normales
Algunos investigadores dan por cientiacuteficamente probados los efectos bioloacutegicos no teacutermicos
de campos de RFMW de niveles intermedios y bajos Otros investigadores sin embargo no
confirman la opinioacuten anterior asegurando que esos resultados son meramente especulativos
afirmando que haya o no conexioacuten entre los efectos y la exposicioacuten a campos de RFMW
eacutestos soacutelo se producen a niveles mucho mayores de los que se encuentran en aplicaciones de
telecomunicaciones
Los diferentes organismos encargados de elaborar los liacutemites a la exposicioacuten de CEM no han
tenido hasta ahora en cuenta la proteccioacuten frente a efectos no teacutermicos y ateacutermicos debido a
la poca evidencia cientiacutefica que existe en este aspecto
Los efectos no teacutermicos tambieacuten dependen fuertemente de factores de propagacioacuten de la onda
electromagneacutetica como la modulacioacuten y la frecuencia En la mayoriacutea de los casos los
mecanismos de los efectos no se conocen todaviacutea Es importante conocer coacutemo se propaga la
energiacutea de RFMW a traveacutes de un cuerpo bioloacutegico Y coacutemo se distribuye la energiacutea
electromagneacutetica por el cuerpo y coacutemo se dispersa por el cuerpo especialmente si el aumento
de temperatura no es medible por ser muy pequentildeo
A continuacioacuten se indicaraacuten algunos efectos maacutes significativos relacionados en la literatura
sobre el tema pero deben ser entendidos con bastante cautela
Sistema nervioso Una revisioacuten de la literatura sobre efectos de campos de RFMW de
niveles intermedios y bajos muestran que la exposicioacuten a niveles de SAR bajos (siempre
menores que 2Wkg) bajo ciertas condiciones pueden afectar al sistema nervioso
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incluyendo efectos morfoloacutegicos electrofisioloacutegicos en la actividad neurotransmisora y
en el metabolismo
Sistema inmunoloacutegico Tambieacuten se han descrito efectos sobre el sistema inmunoloacutegico
sobre la morfologiacutea de los genes y los cromosomas concentracioacuten de iones morfologiacutea
celular etc Algunos de estos efectos nombrados han sido refutados por otros autores por
lo que la situacioacuten al respecto no es clara
Enzimas Se estima que la RFMW modulada de bajo nivel puede afectar la actividad
intracelular de las enzimas Algunos estudios han detectado evidencias de cambios en esta
actividad
Hormonas La influencia de los campos de RFMW pueden influir sobre la concentracioacuten
de hormonas en la sangre
Funciones de la membrana Las ceacutelulas poseen un voltaje a traveacutes de sus membranas y
utilizan iones de calcio para muchos de los procesos de regulacioacuten en las ceacutelulas Una
alteracioacuten del campo eleacutectrico sobre la superficie de las ceacutelulas cambia la eficiencia de su
comportamiento Algunos estudios han encontrado cambios en la concentracioacuten de iones
de calcio lo que se relaciona con las alteraciones en el funcionamiento de la membrana
Catalizador de caacutencer en animales Como la exposicioacuten a campos de RFMW no se
considera causante directo de carcinogeacutenesis la investigacioacuten se centra maacutes bien en sus
posibles efectos catalizadores de ayuda a la proliferacioacuten de caacutencer
Para hacernos una idea de coacutemo son estos estudios y que caracteriacutesticas tienen podemos
nombrar el realizado en la Universidad de Washington un centenar de ratas se expusieron
a radiacioacuten de RFMW de 245 GHz modulada por una sentildeal de 800 Hz durante 25 meses
215 horas al diacutea y con una SAR aproximada en los animales de 04 Wkg Las ratas
expuestas tuvieron un aumento significativo de tumores malignos respecto al grupo de
control [19]
Tambieacuten existe un conjunto de estudios realizados sobre animales tratados con
carcinoacutegenos quiacutemicos Observemos que todos los estudios someten a los animales a
radiaciones extremadamente prolongadas
Otros estudios Los estudios se han centrado en efectos sobre la morfologiacutea del cerebro
(soacutelo se han encontrado efectos a intensidades altas) sobre la morfologiacutea del ojo y sobre
cambios en el comportamiento
o Aprendizaje espacial y memoria Como ejemplo en 2004 Jean-Christophe Cassel
Brigitte Cosquer Rodrigue Galani y Niels Kuster [20]
experimentaron que una
exposicioacuten corporal completa realizada a ratas a 245 GHz no afectaba en absoluto sus
capacidades de aprendizaje espacial y memoria mediante lo que se conoce como
laberinto de brazo radial
o Memoria a corto plazo Sin embargo una investigacioacuten posterior (2010) realizada por
MP Ntzouni A Stamatakis F Stylianopoulou y LH Margaritis sobre los efectos de
la radiacioacuten de los moacuteviles en la memoria a corto plazo de los ratones [21]
indica que si
bien en exposiciones agudas no se detectan efectos cuando la exposicioacuten es croacutenica
afecta de forma significativa a su memoria a corto plazo
o Ondas cerebrales de personas Un estudio [22]
realizado por Jose Luis Relova Sonia
Pertega Jose Antonio Vilar Elena Lopez-Martin Manuel Peleteiro y Francisco Ares-
Pena en 2010 sobre la exposicioacuten del cerebro a la radicacioacuten de los moacuteviles sugiere
que los campos electromagneacuteticos pueden modular la actividad de las redes
neuronales asiacute como que los pacientes epileacutepticos pueden ser especialmente sensibles
a la radiacioacuten electromagneacutetica En concreto en primer lugar se ratifica que la
exposicioacuten a CEM de los moacuteviles incrementa en todos los individuos (epileacutepticos y no
epileacutepticos) la actividad en frecuencia alfa (relacionado con la velocidad de procesado
de la informacioacuten y la capacidad cognitiva) pues este punto ha sido ya estudiado por
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otros autores Y en segundo lugar se detecta ademaacutes para los pacientes epileacutepticos un
incremento de la actividad de ondas beta y gamma (implicadas en la coordinacioacuten
subyacente de los procesos neuronales de percepcioacuten cognitivos y de atencioacuten) o Barrera Hematoencefaacutelica (sistema fisioloacutegico que separa el cerebro de la meacutedula
espinal de vital importancia para la salud ya que cualquier interrupcioacuten o trastorno de
este sistema puede tener graves consecuencias) En una revisioacuten de estudios [23]
realizada por Anne Perrin Celine Cretallaz Alice Collin Christine Amourette y
Catherine Yardin en 2010 enfocada sobre 16 artiacuteculos de 2005 a 2009 [24] [25] [26] [27] [28]
[29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] de los cuales 3 fueron in vitro 11 in vivo y 2 en
personas se detectoacute una calidad metodoloacutegica muy heterogeacutenea En detalle y aparte su
metodologiacutea los estudios aportaron pruebas no convincentes del efecto de la
exposicioacuten a bajos niveles de radiofrecuencia sobre la integridad de la barrera
hematoencefaacutelica (BBB) Ademaacutes algunos estudios con metodologiacutea correcta sugeriacutean
que no habiacutea efectos para un SAR de maacutes de 6 WKg en incluso de 20 WKg para
exposiciones agudas
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS
Los campos electromagneacuteticos de frecuencia baja (ELF) inducen corrientes en el organismo
pero tambieacuten las pueden generar diversas reacciones bioquiacutemicas del propio organismo Las
ceacutelulas o tejidos no podraacuten detectar ninguna corriente inducida por debajo de este nivel de
generacioacuten propio En consecuencia a frecuencias bajas las directrices aseguran que las
corrientes inducidas por los campos electromagneacuteticos son menores que las corrientes
naturales del organismo
Recordemos que la electricidad es la fuente de energiacutea maacutes comuacuten en el mundo debido a la
facilidad con que se genera y se transmite allaacute donde se necesita Desde el principio del siglo
XX la industria basada en la electricidad y sus tecnologiacuteas relacionadas han sido una parte
fundamental de nuestra sociedad Debido a que la electricidad es usada universalmente y
juega un papel esencial en la economiacutea y desarrollo de las naciones la posibilidad de que los
campos eleacutectrico y magneacutetico sean perjudiciales para los trabajadores y consumidores es una
materia que merece especial atencioacuten y estudio
Durante mucho tiempo los investigadores han intentado diversas teoriacuteas de interaccioacuten de
frecuencias de ELF Aunque la radiacioacuten de ELF no puede romper debido a su baja energiacutea
ninguacuten enlace quiacutemico por deacutebil que sea existen mecanismos de interaccioacuten bien definidos [9]
que muestran la interaccioacuten con los tejidos bioloacutegicos sin necesidad de romper enlace
alguno
Los campos eleacutectricos pueden crear fuerzas sobre moleacuteculas cargadas o neutras o sobre
sistemas celulares dentro de sistemas vivos Estas fuerzas pueden causar movimiento de
partiacuteculas cargadas o inducir tensiones entre las membranas celulares
Los campos magneacuteticos tambieacuten pueden producir fuerzas sobre estructuras celulares pero
como la mayoriacutea de los medios bioloacutegicos son no magneacuteticos estas fuerzas son muy
pequentildeas
Ademaacutes los campos magneacuteticos pueden producir campos eleacutectricos en el interior de los
cuerpos
Aunque los campos eleacutectrico y magneacutetico ocurren juntos la mayoriacutea de los estudios
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uacutenicamente se centran en los efectos del campo magneacutetico El argumento es que el campo
magneacutetico es muy difiacutecil de apantallar y penetra mucho maacutes faacutecilmente en los edificios y en
el cuerpo humano que el campo eleacutectrico
Campo interno y externo acoplo Existen diversos mecanismos de interaccioacuten propuestos
en la literatura Pero antes es necesario entender la relacioacuten entre el campo fuera y en el
interior de un sistema bioloacutegico (acoplo) que depende fuertemente de la frecuencia
El campo eleacutectrico en el interior de un tejido bioloacutegico es mucho menor que fuera
habitualmente en varios oacuterdenes de magnitud Eso significa que por ejemplo el cuerpo
humano es un buen apantallamiento del campo eleacutectrico es decir no lo deja ldquopasarrdquo
Consideacuterese el caso de un cuerpo humano bajo exposicioacuten a un campo de ELF
eleacutectricamente el acoplo es muy pequentildeo por ejemplo un campo eleacutectrico externo de 1
KVm (1000 Vm) puede inducir un campo interno de 1mVm (que es 10-3
Vm) lo que
significa una reduccioacuten de 1 milloacuten Este valor de campo eleacutectrico es el tiacutepico bajo una
liacutenea de alta tensioacuten Ademaacutes este campo eleacutectrico crea una corriente de conduccioacuten en el
interior del cuerpo unos cuantos oacuterdenes de magnitud inferior a las corrientes creadas
naturalmente por el corazoacuten nervios o muacutesculos
Sin embargo los tejidos bioloacutegicos son medios no magneacuteticos lo que significa que el
campo magneacutetico externo es praacutecticamente el mismo que en el interior La mayor parte
del debate sobre liacutemites aceptables sobre campos de ELF estaacute expresado en teacuterminos del
campo magneacutetico
Se han propuesto diferentes mecanismos de interaccioacuten con el campo electromagneacutetico pero
no todos estaacuten suficientemente bien establecidos Fundamentalmente los mecanismos
propuestos son corrientes eleacutectricas inducidas efectos directos sobre materiales bioloacutegicos
magneacuteticos y efectos sobre radicales libres
Corrientes inducidas por el campo magneacutetico En el rango de ELF un material bioloacutegico
es un medio conductor Debido a sus caracteriacutesticas morfoloacutegicas las ceacutelulas presentan por
debajo de 100 Hz un comportamiento baacutesicamente resistivo y muy poco inductivo Un
posible mecanismo de interaccioacuten del campo electromagneacutetico con sistemas vivos que se ha
propuesto teoacutericamente es la habilidad del campo magneacutetico para estimular corrientes
circulares (eddy currents) en las membranas de las ceacutelulas y en los fluidos de los tejidos que
circulan en un bucle cerrado que descansa en un plano perpendicular a la direccioacuten del
campo magneacutetico Esta corriente se puede calcular usando las ecuaciones de Faraday y
Laplace sin necesidad de resolver las ecuaciones de Maxwell Por tanto en el interior de un
medio bioloacutegico se inducen corrientes y campos eleacutectricos debido al campo magneacutetico
La obtencioacuten de estas corrientes es complicada y soacutelo puede hacerse a traveacutes de simulaciones
numeacutericas Soacutelo en supuestos sencillos es decir modelando el cuerpo como un medio
homogeacuteneo la corriente puede obtenerse de forma analiacutetica
Asiacute la densidad de corriente en un camino circular alrededor de un campo magneacutetico
sinusoidal se puede obtener de la ley de Faraday y resulta ser
J = π σ r B f A m2
siendo σ la conductividad en Sm r el radio del lazo o bucle B la induccioacuten magneacutetica en
Teslas y f la frecuencia en Hz
Xi y Stuchly en 1994 [40]
hicieron caacutelculos basados en modelos anatoacutemicos humanos
eleacutectricamente refinados y obtuvieron densidades de corrientes de 2mAm2
para campos de
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100μT a 60 Hz A frecuencias por encima de 100 KHz las corrientes inducidas producen
calentamiento del sistema bioloacutegico expuesto En el rango de las ELF el calentamiento de
tejidos no es problema pero si la corriente inducida es muy grande hay riesgo de estimular
ceacutelulas eleacutectricamente excitables como las neuronas A frecuencias menores de
aproximadamente 100 KHz las corrientes necesarias para calentar sistemas bioloacutegicos son
mayores que las corrientes necesarias para excitar neuronas y otras ceacutelulas eleacutectricamente
excitables
Sustancias biomagneacuteticas Todos los organismos vivos estaacuten compuestos esencialmente de
compuestos orgaacutenicos diamagneacuteticos pero tambieacuten estaacuten presentes algunas moleacuteculas
paramagneacuteticas (por ejemplo el oxiacutegeno O2) y microestructuras y estructuras
ferromagneacuteticas (hemoglobina magnetita) Estas microestructuras se comportan como
pequentildeos imanes que estaacuten influenciados por campos externos que modifican su contenido
de energiacutea y se encuentran en bacterias y otros elementos bioloacutegicos pequentildeos
El cerebro humano [2]
contiene estos elementos que responden al campo magneacutetico aplicado
orientaacutendose con eacutel y creando alguacuten efecto bioloacutegico Los campos de ELF pueden crear
efectos bioloacutegicos actuando como se ha descrito pero para ello se necesitan campos
magneacuteticos muy grandes de al menos 2 a 5 μT
Radicales libres Los radicales libres son aacutetomos o moleacuteculas con al menos un electroacuten
desapareado Estos electrones son muy inestables y peligrosos porque normalmente los
electrones vienen en pares Estos electrones hacen que los radicales libres choquen con otras
moleacuteculas a las que pueden arrancar electrones lo que causa que cambie su estructura
pudieacutendolas convertir a su vez en radicales libres que puede ademaacutes prolongarse como una
reaccioacuten en cadena Los radicales libres son muy reactivos y existen durante cortos periacuteodos
de tiempo (tiacutepicamente menor que 1 ns) pero su efecto es extremo pues puede dantildear la
cadena de ADN
Los campos magneacuteticos estaacuteticos pueden influir en la respuesta de reacciones quiacutemicas entre
pares de radicales libres Puesto que el periacuteodo de vida de los radicales libres es muy
pequentildeo y los campos de ELF tienen un periacuteodo muy alto baacutesicamente actuacutean para estos
casos como los campos estaacuteticos
Campos magneacuteticos con intensidades menores que 50μT no producen efectos bioloacutegicos
significativos en radicales libres esto si no se tiene en cuenta las sustancias biomagneacuteticas
pues cualquier efecto se antildeadiriacutea al campo geoestacionario que variacutea entre 30 y 70 μT
Membrana celular y enlace quiacutemico El campo eleacutectrico de baja frecuencia puede excitar
la membrana celular causando efectos nocivos A frecuencias de liacuteneas de alta tensioacuten el
valor liacutemite de la densidad de corriente para producir efectos nocivos es de alrededor de 10
mAm2 que se corresponde con un valor del campo eleacutectrico en los tejidos de 100 Vm
Muchos cientiacuteficos opinan que la membrana celular juega un papel esencial en los
mecanismos de interaccioacuten ente el campo electromagneacutetico y los tejidos bioloacutegicos El
mecanismo teoacuterico propuesto por los cientiacuteficos concluye que las ceacutelulas son estructuras bio-
electroquiacutemicas que interactuacutean con su entorno de varias formas entre las que se incluyen
interacciones mecaacutenicas teacutermicas quiacutemicas bioquiacutemicas y eleacutectricas El Dr William Ross [41][42][43]
(Universidad de California) asegura que los iones especialmente los iones de calcio
podriacutean jugar un papel similar al de un enlace quiacutemico entre el campo electromagneacutetico y los
procesos de la vida
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Como conclusioacuten de los tres mecanismos biofiacutesicos nombrados (corrientes inducidas efectos
directos sobre los materiales bioloacutegicos magneacuteticos y efectos sobre radicales libres) podemos
decir que para que haya efectos nocivos notables es necesario intensidades de campo
electromagneacutetico importantes y en cualquier caso mucho mayores de las que habitualmente
existen en nuestro entorno Sin embargo para entender los efectos bio-electro-quiacutemicos se
necesita conocer maacutes sobre coacutemo el campo de ELF afecta a los procesos de la vida Los
investigadores creen que hay que hacer una clara distincioacuten entre esos tres bioefectos y el
proceso de efectos bio-electro-quiacutemicos de manera que el efecto de campos ELF deacutebiles hay
que encontrarlo fuera del aacutembito de la fiacutesica convencional
Estudios sobre ELF y caacutencer En la literatura sobre bioefectos de campos de ELF existen
estudios sobre diferentes efectos sobre la salud sin embargo al que maacutes atencioacuten se le ha
prestado es a su posible relacioacuten con la induccioacuten del caacutencer [9]
Mecanismos del caacutencer El caacutencer es un teacutermino que describe al menos 200 enfermedades
diferentes todas ellas con la caracteriacutestica comuacuten de un crecimiento incontrolado de las
ceacutelulas
El caacutencer es un caso de mitosis incontrolada en el que las ceacutelulas se dividen de forma
incontrolada y crecen fuera de todo control Esencialmente el caacutencer es por tanto un
desorden geneacutetico a nivel celular siendo un fallo en las propias ceacutelulas maacutes que en el cuerpo
entero Las causas de muchos caacutenceres son desconocidas y son muchos los factores de
influencia en el riesgo de contraer caacutencer Cada uno de los factores de riesgo conocidos tales
como el tabaco alcohol radiacioacuten ionizante y otros contribuyen a tipos de caacutencer
especiacuteficos El riesgo de caacutencer estaacute relacionado con muchas causas
El riesgo con amianto estaacute relacionado con la longitud y dureza de las fibras
El riesgo con partiacuteculas en el aire estaacute relacionado con su tamantildeo y su propensioacuten para
fijarse en los pulmones
La luz visible rompe enlaces en los procesos de fotosiacutentesis aunque ello no parece
relacionado con el caacutencer
La radiacioacuten de origen solar como la radiacioacuten ultravioleta UV (especialmente la UVB)
estaacute asociada con el riesgo de contraer caacutencer de piel y melanoma maligno
Sin embargo ya sabemos que la energiacutea de un fotoacuten de campos de baja frecuencia es
insuficiente para romper enlaces quiacutemicos En general los caacutenceres potencialmente
asociados a exposicioacuten a campo electromagneacutetico son leucemia y tumores de pecho y
cerebrales
Carcinogeacutenesis La transformacioacuten de ceacutelulas sanas en ceacutelulas malignas es un proceso
complejo que incluye al menos tres etapas distintas debidas a deformaciones en el material
geneacutetico de las ceacutelulas El proceso global se denomina modelo de carcinogeacutenesis multietapa
El caacutencer humano es el resultado de la acumulacioacuten de varios cambios geneacuteticos y
epigeneacuteticos en una poblacioacuten de ceacutelulas dada y se inicia por un dantildeo en la cadena de
ADN Al agente que causa tal efecto se le llama genotoxina Es altamente improbable que
un simple dantildeo geneacutetico en las ceacutelulas cause caacutencer Para ello se necesita una serie de
dantildeos geneacuteticos La genotoxina puede afectar a maacutes de un tipo de ceacutelulas y por tanto
causar maacutes de un tipo de caacutencer Un agente epigeneacutetico es algo que incrementa la
probabilidad de causar caacutencer por un agente genotoacutexico No existen ensayos estaacutendares
para la actividad epigeneacutetica y por tanto no hay una manera faacutecil de predecir si una agente
presenta tal actividad
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Los efectos genotoacutexicos de campos de ELF han sido ampliamente estudiados No se ha
confirmado ninguacuten cambio celular significativo baja exposiciones a campos de ELF con
niveles usuales Los estudios muestran que los campos de ELF no causan ni dantildeo en el
ADN ni aberraciones cromosoacutemicas ni mutaciones ni transformaciones en las ceacutelulas ni
formacioacuten de micronuacutecleos ni efectos mutageacutenicos a niveles comparables a los que existen
en el ambiente habitual Soacutelo unos pocos estudios han comunicado genotoxicidad de
estudios experimentales en animales pero la mayoriacutea no han reproducido fielmente las
condiciones ambientales o no han sido replicados
Otros estudios han indicado que los campos de ELF podriacutean tener alguna actividad
epigeneacutetica Los mayores inconvenientes de los resultados provenientes de los estudios
experimentales es que la mayoriacutea de ellos no han sido replicados y su repeticioacuten por otros
autores es la uacutenica manera de comprobacioacuten de los resultados Por otro lado los resultados
necesitan estar apoyados en mecanismos confirmados lo que claramente no estaacute todaviacutea
disponible
La conclusioacuten final de un gran nuacutemero de estudios [9]
en este campo es que exposiciones a
campo eleacutectrico y magneacutetico con intensidades menores a 01mT no producen ninguacuten cambio
celular significativo tales como actividad genotoacutexica o epigeneacutetica Sin embargo unos pocos
estudios siacute han encontrado evidencia de actividad epigeneacutetica Tambieacuten para campos
superiores a 01 mT pueden existir efectos nocivos
Hipoacutetesis de la melatonina [9]
Una posible interaccioacuten bajo investigacioacuten es que la
exposicioacuten a campos de ELF suprime la produccioacuten de melatonina que es una hormona
producida por la glaacutendula pineal localizada en una zona profunda del cerebro La melatonina
se produce principalmente por la noche y se libera mediante el flujo sanguiacuteneo a traveacutes del
cuerpo
La melatonina llega a casi todas las ceacutelulas del cuerpo humano destruyendo los radicales
libres ademaacutes de regular a otras actividades como los ciclos menstruales femeninos el ritmo
cardiacuteaco el suentildeo el estado de aacutenimo y la geneacutetica La secrecioacuten de melatonina decrece con
la edad siendo maacutexima en la nintildeez y su produccioacuten es esencial para el sistema inmunoloacutegico
protegiendo al cuerpo de infecciones y de las ceacutelulas cancerosas Si el nivel de melatonina
decrece diversos tipos de caacutenceres pueden proliferar
Como se veraacute a continuacioacuten algunos estudios han concluido que los ELF pueden tener
alguacuten efecto relevante en el caacutencer a traveacutes de una serie de subprocesos Maacutes concretamente
los CEM reduciriacutean la melatonina lo que puede producir efectos geneacuteticos que provocariacutean
ceacutelulas cancerosas defectos inmunoloacutegicos crecimiento anormal y finalmente caacutencer
Es conocido que la melatonina se ve afectada por la luz [9]
Por ejemplo las mujeres ciegas
tiacutepicamente tienen maacutes nivel de melatonina que las videntes y la incidencia del caacutencer de
mama es mucho menor Otras frecuencias de la energiacutea electromagneacutetica diferente a la del
visible pueden tambieacuten tener influencia en la generacioacuten de melatonina El intereacutes baacutesico en
la melatonina de muchos cientiacuteficos es que podriacutea servir de base para explicar algunos
estudios epidemioloacutegicos
Diversos laboratorios han encontrado reduccioacuten de melatonina en ceacutelulas animales y
personas expuestos a campos de ELF siendo un efecto que depende fuertemente del periacuteodo
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de exposicioacuten y de la intensidad del campo
En 1995 Selmaoui y colaboradores [44]
realizaron un estudio con ratones expuestos a
campos de 50 Hz con intensidades de 1 10 y 100 μTeslas durante 12 horas o durante 30
diacuteas durante 18 horas al diacutea Se observoacute un decrecimiento en la melatonina para los
ratones expuestos 30 diacuteas (un 40 de reduccioacuten) y en los expuestos 12 horas a 100μT (un
20 de reduccioacuten) Para un 1μT no se observoacute reduccioacuten en ninguacuten caso
Seguacuten Michael H Repacholi (World Health Organization 1998) en 1987 Stevens [45]
propuso una relacioacuten entre la exposicioacuten a campos ELF (5060 Hz) y la carcinogeacutenesis a
traveacutes de la accioacuten del campo sobre la secrecioacuten de melatonina Se reportoacute una inhibicioacuten
de la secrecioacuten de melatonina y un descenso de la actividad de las enzimas involucradas
en el metabolismo de la melatonina con exposicioacuten a ELF o campos magneacuteticos estaacuteticos
alternados raacutepidamente
Pero tambieacuten existen estudios en los que no se ha encontrado esa reduccioacuten
En 1995 Rogers y sus colaboradores [46]
sometieron a monos a campos eleacutectricos de 60
kVm y magneacuteticos de 50μT o de 30 kVm y 100μT de 60 Hz durante 12 horas al diacutea y 6
semanas No encontraron ninguna evidencia de reduccioacuten en la melatonina
Graham y colaboradores en 2000 [47]
no encontraron efectos entre hombres joacutevenes
voluntarios expuestos a campos de 60 Hz de 283μT
Ninguacuten estudio ha determinado los efectos en el metabolismo de la melatonina provocados
por niveles bajos de corriente continua o campos de RF de amplitud modulada Estos efectos
deberiacutean investigarse
Los posibles efectos sobre diferentes actividades del cuerpo se resumen a continuacioacuten [9]
Material geneacutetico Mucha de la investigacioacuten en efectos bioloacutegicos de los CEM se ha
dedicado a encontrar si la exposicioacuten a campos de ELF puede dantildear el ADN o inducir
mutaciones en eacutel Generalmente se cree que la energiacutea asociada con campos de ELF no es
suficiente para causar un dantildeo directo en el ADN sin embargo debe entenderse que pueden
ser posibles efectos indirectos que cambien los procesos en las ceacutelulas que puedan producir
un dantildeo en el ADN Por otro lado campos de ELF con intensidades muy superiores a las
habituales en el ambiente pueden producir cambios en la siacutentesis del ADN cambiar la
distribucioacuten molecular o inducir aberraciones cromosoacutemicas Sin nombrar ninguacuten estudio en
particular en general los cambios mutageacutenicos soacutelo se observan a intensidad de campo
magneacutetico alta
Transporte de calcio El fenoacutemeno de liberacioacuten de iones de calcio Ca++
de las ceacutelulas por
exposicioacuten de campos de ELF es conocido especialmente en el cerebro y las ceacutelulas
linfaacuteticas Niveles elevados de Ca++ se han encontrado con niveles tanto bajos como altos de
campo en cultivos celulares y animales El exceso de Ca++
puede causar perturbaciones en la
actividad hormonal Sin embargo muchos cientiacuteficos no estiman tan importante el papel del
Ca++
en el caacutencer y la leucemia aunque se conoce que las ceacutelulas segregan iones de calcio a
las ceacutelulas circundantes como un mensaje para bloquear el desarrollo celular
Seguacuten R Glaser M Michalsky y R Schramek(1998) [48]
a partir de 400 pruebas no hay
efectos claros para esta actividad para campos magneacuteticos superiores pico a pico a 26 mT y
frecuencias de 45Hz a 12kHz ni para campos eleacutectricos superiores a 150 Vm a frecuencias
de 15 45 100 y 500 Hz y 1 2 5 y 10 Kz existiendo importantes desviaciones estadiacutesticas
de resultados a frecuencias de 45 740 y 1040 Hz
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Actividad de las enzimas Existen estudios [9]
sobre la influencia de los campos de ELF
sobre las enzimas
Hormonas Muchos estudios [9]
han demostrado los efectos sobre las hormonas de campos
de ELF
Sistema inmunoloacutegico El sistema inmunoloacutegico no parece que se vea alterado por campos
de ELF de niveles bajos
Comunicacioacuten intercelular Las interacciones intercelulares juegan un papel primordial en
el desarrollo del sistema nervioso de todos los organismos Las sentildeales quiacutemicas y eleacutectricas
a traveacutes de las membranas son las responsables de las comunicaciones intercelulares Los
campos de ELF pueden cambiar las propiedades de la membrana de las ceacutelulas modificar las
funciones celulares e interferir en la transferencia de informacioacuten intercelular
Efectos no cancerosos Los efectos no cancerosos del campo de ELF en estudios in vitro no
son tan numerosos como los anteriores Se han estudiado efectos sobre la divisioacuten y
crecimiento celular para campos del orden de unos pocos Vm o deacutecimas de mT
Tambieacuten se han estudiado efectos asociados con la exposicioacuten de embriones a campos de
ELF La importancia de estos estudios es que se han realizado conjuntamente en seis
laboratorios de cuatro paiacuteses Con campos de 100 Hz y sentildeales pulsadas (de corta duracioacuten)
se encontroacute un 6 de incremento en el nuacutemero de embriones anormales
Estudios sobre caacutencer en animales
No existe ninguna evidencia en ninguacuten estudio de que campos de ELF de baja intensidad
puedan causar caacutencer en animales
Existe un estudio [9]
sobre animales tratados con un iniciador quiacutemico que ha encontrado
un gran nuacutemero de tumores en ellos cuando son sometidos a campos magneacuteticos de
intensidades medias
Otros estudios en roedores sometidos a campos de ELF con valores de campo magneacutetico
de 100μT mostraron crecimiento en los tumores de mama pero no una mayor incidencia
en su presencia
Basaacutendonos en los estudios realizados es posible concluir que no hay una evidente conexioacuten
que ligue la exposicioacuten a campos de ELF con niveles del orden de los que existen en el
ambiente habitual con el caacutencer en animales Para campos magneacuteticos altos se ha visto en
ciertos estudios una relacioacuten positiva en la incidencia sobre el caacutencer
Otros estudios en animales [9]
Sobre la incidencia de campos de ELF en animales
estudiando sus efectos sobre enfermedades no cancerosas existen tambieacuten muchos estudios
Se han realizado estudios en ratas y ratones midiendo la influencia de campos de ELF en su
presioacuten sanguiacutenea actividad funcional y celular y resistencia del sistema inmunoloacutegico El
valor del campo magneacutetico era de 2 200 y 1000μT a 60Hz y la exposicioacuten era continua No
se encontraron efectos significativos No hay una evidencia de que la exposicioacuten a campos
de ELF cause cambios en los animales Algunos estudios han indicado algunos cambios en
el comportamiento social de monos pero la recomendacioacuten en este sentido es continuar con
los estudios
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Estudios en humanos Los efectos de campos de ELF podriacutean ser estudiados en humanos
con seguridad y con efectividad sobre voluntarios a pesar de las limitaciones en la duracioacuten
de la exposicioacuten y los tipos de pruebas que se les puedan hacer Estos estudios se centran en
los efectos que pueden ocurrir durante un tiempo que va de unos minutos a algunas semanas
Estudios maacutes extensos en el tiempo son muy difiacuteciles si no imposibles por la dificultad de
controlar la exposicioacuten
La seleccioacuten de mecanismos fisioloacutegicos para analizar estaacute tambieacuten limitada a aquellos que
se puedan medir por meacutetodos no invasivos o miacutenimamente invasivos Por otro lado estos
estudios tienen ciertas ventajas pues se centran directamente en la especie ldquocorrectardquo
evitando extrapolacioacuten de resultados obtenidos de otras especies
Los estudios con humanos voluntarios pueden ayudar a definir dosimetriacutea y tipos de
respuesta a los resultados dados por los estudios epidemioloacutegicos y podriacutean guiar aacutereas de
investigacioacuten en animales en los que hubiera que recurrir a meacutetodos y mecanismos maacutes
invasivos
Es conocido que muchas personas han dado a conocer diferentes efectos sobre la salud
debidos a exposiciones de campos de ELF tales como dolores de cabeza cambios
cardiovasculares cambios en el comportamiento confusioacuten depresioacuten dificultad en la
concentracioacuten perturbaciones del suentildeo malas digestiones etc Las fuentes esenciales en
este campos son las encuestas a las personas que viven cerca de fuentes potenciales de
campos de ELF pruebas de laboratorio y datos epidemioloacutegicos
Efectos en el comportamiento El sistema nervioso central es un lugar de potencial
interaccioacuten con los campos de ELF debido a la sensibilidad eleacutectrica de sus tejidos El
sistema nervioso central estaacute compuesto de nervios perifeacutericos la meacutedula espinal y el
cerebro y su labor es controlar la transferencia de informacioacuten entre los organismos y el
entorno y tambieacuten controla los procesos internos La posibilidad de que los campos de
ELF afecten al sistema nervioso central y en especial al cerebro causando efectos
adversos en el comportamiento y las capacidades cognitivas ha sido una preocupacioacuten
constante en los diferentes estudios No hay resultados concluyentes
Efectos en el sistema cardiovascular El corazoacuten es un oacutergano bioeleacutectrico El
electrocardiograma es el diagnoacutestico esencial de los cardioacutelogos para determinar la
condicioacuten del corazoacuten Densidades de corriente alrededor de 01 mAm2 pueden estimular
tejidos mientras que corrientes de 1 Am2 interfieren con la accioacuten del corazoacuten causando
fibrilacioacuten ventricular [9]
Sensibilidad eleacutectrica La sensibilidad eleacutectrica tambieacuten conocida como
hipersensibilidad electromagneacutetica o electrosensibilidad es un desorden neuroloacutegico con
siacutentomas de tipo aleacutergico que estaacute relacionado con los CEM Algunos individuos se
muestran maacutes sensibles a ciertas frecuencias reaccionando cuando se encuentran en las
proximidades de fuentes electromagneacuteticas Los siacutentomas de la electrosensibilidad pueden
incluir dolores de cabeza irritacioacuten en los ojos nauseas irritaciones en la piel debilidad
fatiga peacuterdida de concentracioacuten dificultad de respirar trastornos del suentildeo etc Algunos
autores consideran que este siacutendrome es puramente psicosomaacutetico [9]
Shocks y microshocks Un mecanismo de interaccioacuten ente los campos de ELF y los
tejidos vivos es la estimulacioacuten directa de ceacutelulas y membranas Esto prueba la capacidad
del cuerpo humano para percibir corrientes eleacutectricas que con toda probabilidad puedan
producir shocks o microshocks dependiendo de la intensidad de la corriente Por
microshock se entiende arritmias cardiacuteacas producidas por corrientes de baja intensidad
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que pasan a traveacutes del corazoacuten El teacutermino shock se utiliza para describir todos los dantildeos
importantes de la corriente eleacutectrica que pueden causar peacuterdida de conciencia y graves
quemaduras o a perder la vida Shocks ocurren maacutes frecuentemente en personas que tocan
un objeto conductor grande como un motor cuando no estaacute aislado de tierra Se estima [9]
que el umbral para la densidad de corriente para la estimulacioacuten de ceacutelulas excitables es
de 1 mAm2 A frecuencias de ELF esto se corresponde con un campo eleacutectrico en el
interior del cuerpo de 100 Vm El campo eleacutectrico necesario para producir un shock es
comparable con el que se necesita para producir calor El valor miacutenimo para el shock se
incrementa con la frecuencia Por tanto a bajas frecuencias el shock es el dantildeo liacutemite y a
frecuencias grandes el calentamiento y las quemaduras pueden ocurrir a intensidades de
campo bajas antes de dar lugar a un shock
Como cierre de este apartado se reproduce la conclusioacuten de un artiacuteculo [49]
que revisa los
efectos de los CEM
ldquoSe han llevado a cabo un gran nuacutemero de estudios experimentales y epidemioloacutegicos para
dilucidar efectos asociados a la exposicioacuten de las personas a CEM de ELF y RF No hay
evidencia convincente de que se dantildee el ADN No obstante muchos estudios han aportado
pruebas de que los CEM de relativamente baja intensidad son capaces de interactuar con
muchas moleacuteculas ceacutelulas y procesos sisteacutemicos asociados a la carcinogeacutenesis mutageacutenesis
y teratogeacutenesis No estaacute claro coacutemo estos estudios se interpretaraacuten en teacuterminos de riesgos
para la salud puacuteblica Uno de los principales problemas es la ausencia de un mecanismo de
interaccioacuten biofiacutesico de aceptacioacuten general que pueda explicar los efectos bioloacutegicos
reportados sin violar los principios fiacutesicos baacutesicos Ademaacutes se han dado casos de intentos
de reproducir algunos de los hallazgos clave en laboratorios que no han tenido eacutexito Las
dificultades en reproducir los experimentos de CEM pueden ser debidos en parte al hecho
de que no se hayan reproducido tambieacuten de forma exacta todos los detalles del experimento
No obstante estas dificultades de repetitividad podriacutean indicar que los posibles efectos de
los CEM son sutiles ya que los efectos fuertes no seriacutean sensibles a pequentildeas variaciones en
los detalles de los experimentos Pero la sutileza de los efectos no necesariamente significa
que sean insignificantes Debido al gran nuacutemero de personas expuestas incluso efectos
sutiles pueden resultar importantes para la salud puacuteblicardquo (J Juutilainene S Lang 1997)
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4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO
Como se puede comprobar los efectos teacutermicos ya conocidos [50]
de las radiaciones de campos
electromagneacuteticos artificiales no se recogen normalmente entre las causas probables de
ganancia de calor ni de fiebre Ello es debido a que las directrices y normativas que regulan la
exposicioacuten a CEM para la poblacioacuten general velan por que esto no suceda a pesar de la
posibilidad de que ocurran accidentes
Todas las valoraciones de efectos no teacutermicos (no asiacute los ateacutermicos) pasan por alto el
fenoacutemeno de la termorregulacioacuten
Termorregulacioacuten La termorregulacioacuten es la capacidad del cuerpo para regular su
temperatura Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura
La temperatura normal del cuerpo de una persona variacutea dependiendo de su sexo actividad
reciente consumo de alimentos y liacutequidos hora del diacutea y en las mujeres de la fase del ciclo
menstrual en la que se encuentren La temperatura corporal normal de acuerdo con la
Asociacioacuten Meacutedica Americana (American Medical Association) puede oscilar entre 365 y
372 degC El cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37ordmC mientras que la temperatura
cutaacutenea es de 335ordmC
La temperatura con que la sangre llega al hipotaacutelamo seraacute el principal determinante de la
respuesta corporal a los cambios climaacuteticos ya que el hipotaacutelamo es el centro integrador que
funciona como termostato y mantiene el equilibrio entre la produccioacuten y la peacuterdida de calor Si
la temperatura disminuye aumenta la termogeacutenesis y los mecanismos conservadores del calor
El mantenimiento de la temperatura corporal ademaacutes depende del calor producido por la
actividad metaboacutelica y el perdido por los mecanismos corporales asiacute como de las condiciones
ambientales La termogeacutenesis o generacioacuten de la temperatura se realiza por dos viacuteas
Raacutepida termogeacutenesis fiacutesica producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo
sanguiacuteneo perifeacuterico
Lenta termogeacutenesis quiacutemica de origen hormonal y movilizacioacuten de sustratos procedentes
del metabolismo celular
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor
El cuerpo siempre estaacute perdiendo calor ya sea por factores ambientales o por procesos
bioloacutegicos externos o internos Una vez producido el calor es transferido y repartido a los
distintos oacuterganos y sistemas [50]
Mecanismos externos
Conveccioacuten Asiacute se pierde el 12 del calor Ocurre en todo fluido hace que el aire
caliente ascienda y sea reemplazado por aire maacutes friacuteo La ropa disminuye la peacuterdida Si
existe una corriente de aire (viento o ventilador mecaacutenico) se produce una convencioacuten
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forzada y la trasferencia es mayor Si no hay aire maacutes fresco para hacer el reemplazo el
proceso se detiene Esto sucede por ejemplo en una habitacioacuten pequentildea con muchas
personas
Radiacioacuten emitida Como todo cuerpo con temperatura mayor que 265 degC los seres
vivos tambieacuten irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagneacuteticas Es el
proceso en que maacutes se pierde calor el 60 [50]
La radiacioacuten es la propagacioacuten de energiacutea
a traveacutes del espacio vaciacuteo sin requerir presencia de materia Asiacute es como el Sol que estaacute
mucho maacutes caliente que los planetas y el espacio de alrededor nos trasmite su energiacutea y
nos transmite su calor
Conduccioacuten En este proceso se pierde el 3 del calor si el medio circundante es aire a
temperatura normal Es la transferencia de calor por contacto con el aire la ropa el agua
u otros objetos (una silla por ejemplo) Si la temperatura del medio circundante es
inferior a la del cuerpo la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (peacuterdida) si no la
transferencia se invierte (ganancia) Si el medio circundante es agua la transferencia
aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisioacuten teacutermica del agua es
mayor que el del aire
Evaporacioacuten Peacuterdida del 22 del calor corporal mediante el sudor debido a que el
agua tiene un elevado calor especiacutefico y para evaporarse necesita absorber calor y lo
toma del cuerpo el cual se enfriacutea Una corriente de aire que reemplace el aire huacutemedo por
el aire seco aumenta la evaporacioacuten La evaporacioacuten de agua en el organismo se produce
por los siguientes mecanismos
o Evaporacioacuten insensible o perspiracioacuten se realiza en todo momento y a traveacutes de los
poros de la piel siempre que la humedad del aire sea inferior al 100 Tambieacuten se
pierde agua a traveacutes de las viacuteas respiratorias
o Evaporacioacuten superficial formacioacuten del sudor por parte de las glaacutendulas sudoriacuteparas
que estaacuten distribuidas por todo el cuerpo pero especialmente en la frente palmas de
manos pies zona axilar y puacutebica
Cuando la temperatura ambiental excede a la corporal el calor se gana por el
metabolismo radiacioacuten conveccioacuten y conduccioacuten y solo se pierde por la evaporacioacuten
asociada al sudor El grado de humedad del aire influye en la peacuterdida de calor por
sudoracioacuten ya que cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de
calor podraacute eliminarse por este mecanismo
La adaptacioacuten del organismo a temperaturas extremas es fundamental en los deportes en los
que se requiere un trabajo continuo (carreras de fondo ciclismo carreras de esquiacute natacioacuten
de aguas abiertas) Es necesario un conocimiento detallado sobre la influencia que ejercen el
calor y el friacuteo en el organismo del deportista sobre todo durante la ejecucioacuten de cargas de
entrenamiento y de competicioacuten de gran magnitud asiacute como nociones acerca de los
mecanismos y de las viacuteas de suministro utilizables para conseguir una eficaz adaptacioacuten
individual a temperaturas altas y bajas
La aclimatacioacuten del organismo del deportista a los cambios de temperatura del medio
ambiente estaacute orientada baacutesicamente a la disipacioacuten de calor cuando la temperatura es alta y
a mantener el calor si la temperatura es baja Del total de energiacutea generada por el organismo
de una persona entre un 60 y un 80 se transforma en calor que va al medio y el resto
entre 20 y 40 se transforma en energiacutea uacutetil para el trabajo
Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel la conservacioacuten del balance
teacutermico no supone ninguacuten problema para el organismo de la persona ya que la peacuterdida de
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calor se facilita por la suma de la conveccioacuten y la radiacioacuten siendo las peacuterdidas por
conduccioacuten marginales
En el ejercicio la intensidad de trabajo determina una mayor produccioacuten de calor y esta
carga de calor es tan grande que este mecanismo aunque es el primero en activarse no
alcanza para eliminar el calor circulante que la sangre lleva hasta la piel En estas
condiciones el uacutenico medio del que dispone el cuerpo para liberarse del calor es la
evaporacioacuten Para ello se activan las glaacutendulas sudoriacuteparas que seraacuten las encargadas de
eliminar el calor por medio del sudor Por lo tanto la evaporacioacuten es la forma maacutes eficaz que
el organismo tiene para disipar el calor durante el ejercicio y la posibilidad de realizar este
trabajo de termorregulacioacuten con eficacia es crucial para el deportista
Mecanismos internos (controlados por el organismo) Pueden ser voluntarios (sacarse ropa o
desabrigarse ndashcorteza cerebral- o involuntarios Estos uacuteltimos son
Sudoracioacuten Cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva se enviacutea informacioacuten al
aacuterea preoacuteptica ubicada en el cerebro por delante del hipotaacutelamo Eacuteste desencadena la
produccioacuten de sudor El cuerpo humano puede perder hasta 15 litros de sudor por hora
Transpiracioacuten insensible Cada persona en promedio pierde 800 ml de agua
diariamente Eacutesta proviene de las ceacutelulas e impregna la ropa que adquiere el olor
caracteriacutestico
Vasodilatacioacuten Cuando la temperatura corporal aumenta los vasos perifeacutericos se dilatan
y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel para enfriarse Por eso despueacutes de un
ejercicio la piel se enrojece ya que estaacute maacutes irrigada
Termoacutelisis para controlar la temperatura nuestro organismo utiliza mecanismos fiacutesicos
de disipacioacuten cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado Estos mecanismos pueden
tener control fisioloacutegico o no tales como la orina heces aire expirado e ingesta de
alimentos friacuteos con los que podemos reducir la temperatura pero nuestro metabolismo
apenas intervendraacute
Por el contrario cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiologiacutea se produce
vasodilatacioacuten los vasos sanguiacuteneos de la piel se dilatan intensamente Una vasodilatacioacuten
plena puede aumentar la transferencia de energiacutea hacia la piel hasta 8 veces
o Termoacutelisis intensa cuando la temperatura central del cuerpo es mayor que el nivel
criacutetico se produce una mayor peacuterdida de calor por evaporacioacuten (sudoracioacuten) Un
aumento adicional de 1degC en la temperatura corporal provoca suficiente sudoracioacuten
para eliminar 10 veces la produccioacuten basal de calor del cuerpo Muchos animales
inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a
que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoriacutea no presentan
glaacutendulas sudoriacuteparas por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo el mecanismo del
jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiracioacuten muy
superficial que colabora con la raacutepida evaporacioacuten del agua de las superficies mucosas
especialmente la saliva en la lengua
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412 Mecanismos de Ganancia de Calor
Mecanismos externos (radiacioacuten)
Radiacioacuten directa del sol La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor
como radiacioacuten infrarroja Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92
Irradiacioacuten desde la atmoacutesfera La atmoacutesfera actuacutea como una pantalla amplificadora
frente a las radiaciones provenientes del Sol y hace incidir las radiaciones infrarrojas
directamente sobre el cuerpo
Mecanismos internos Estos pueden ser voluntarios (abrigarse ndashcorteza cerebral- o
involuntarios Estos uacuteltimos son
Vasoconstriccioacuten En el hipotaacutelamo posterior existe el centro nervioso simpaacutetico
encargado de enviar sentildeales que causa una disminucioacuten del diaacutemetro de los vasos
sanguiacuteneos cutaacuteneos eacutesta es la razoacuten por la cual la gente palidece con el friacuteo
Piloereccioacuten La estimulacioacuten del sistema nervioso simpaacutetico provoca la contraccioacuten de
los muacutesculos erectores ubicados en la base de los foliacuteculos pilosos lo que ocasiona que
se levanten Esto cierra los poros y evita la peacuterdida de calor Tambieacuten crea una capa densa
de aire pegada al cuerpo evitando perder calor por conveccioacuten esto es un signo geneacutetico
de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa
de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno)
Espasmos musculares o tiritones La musculatura esqueleacutetica se escapa del control
voluntario y queda sometido al hipotaacutelamo El friacuteo produce contracciones musculares
involuntarias que aumentan el tono muscular o contraccioacuten basal que tienen los
muacutesculos y si es maacutes intenso produce un temblor perceptible Estas contracciones
consumen energiacutea que se transforma en calor
Termogeacutenesis Nuestra fuente permanente de calor es la actividad metaboacutelica basal al
favorecer el temblor la excitacioacuten simpaacutetica de produccioacuten de calor y la secrecioacuten de
hormonas tiroideas Durante los escalofriacuteos la produccioacuten de calor puede aumentar 4 oacute 5
veces por estimulacioacuten del hipotaacutelamo posterior en el aacuterea llamada ldquocentro motor
primario del temblorrdquo Las sentildeales que provocan el temblor van por la meacutedula espinal y a
traveacutes de las motoneuronas anteriores llegan al muacutesculo esqueleacutetico aumentando su tono
o Termogeacutenesis quiacutemica este mecanismo bioloacutegico es muy simple la noradrenalina y la
adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular pero
tambieacuten el enfriamiento (accioacuten sobre el aacuterea preoacuteptica hipotalaacutemica anterior) aumenta
la produccioacuten de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides)
Esta a su vez estimula la produccioacuten de hormonas tiroideas lo que aumenta el
metabolismo celular de todo el cuerpo
o Termogeacutenesis fiacutesica la estimulacioacuten de los centros simpaacuteticos del hipotaacutelamo posterior
causan vasoconstriccioacuten cutaacutenea La vasoconstriccioacuten perifeacuterica favorece la
conservacioacuten de la temperatura de la sangre circulante al desplazarla a los tejidos maacutes
profundos
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA
Hipotaacutelamo El hipotaacutelamo tiene un doble sistema de regulacioacuten de la temperatura [50]
Regioacuten preoacuteptica del hipotaacutelamo anterior centro que regula el exceso de calor
Hipotaacutelamo posterior centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de friacuteo y la
peacuterdida de calor Conserva y mantiene la temperatura corporal Son las ceacutelulas de la
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regioacuten posterior (conservadora de calor) las que predeterminan la temperatura de 37ordmC La
norma para los centros es una temperatura de 368 + 04 ordmC
Si la temperatura disminuye con respecto a la norma aumenta la termogeacutenesis Si la
temperatura aumenta con respecto a la norma se activa la termoacutelisis
Receptores teacutermicos El funcionamiento fisioloacutegico de los receptores cutaacuteneos estaacute entre 33ordm
y 25ordmC de forma que cuando la temperatura cutaacutenea es de 29ordmC praacutecticamente no hay
sudoracioacuten
Neurotransmisores Existen tambieacuten algunos neurotransmisores que actuacutean a nivel de los
centros Asiacute por ejemplo la serotonina estimula al centro de la termogeacutenesis y las
catecolaminas estimulan al centro de la termoacutelisis
Alteracioacuten de la Regulacioacuten Teacutermica
Fiebre ldquoEstado de elevacioacuten de la temperatura central la cual a menudo pero no
necesariamente hace parte de la respuesta de un organismo pluricelular a la invasioacuten de
organismos vivos o materia inanimada reconocidas como patogeacutenicas o extrantildeas por el
hueacutespedrdquo A esta definicioacuten se debe agregar que dicho aumento en la temperatura central
es debido a un aumento en el punto de ajuste hipotalaacutemico en el cual las respuestas
homeostaacuteticas del individuo se encuentran intactas
Hipertermia Aumento en la temperatura en el cual el control estrecho ejercido por el
hipotaacutelamo se encuentra abolido es decir que a diferencia de la fiebre es un estado en el
que la homeostasis se encuentra deteriorada
Causas de la Fiebre
Golpes de calor El liacutemite de calor que puede aumentar el humano estaacute relacionado con
la humedad ambiental Asiacute si el ambiente es seco y con viento se pueden generar
corrientes de conveccioacuten que enfriacutean el cuerpo Por el contrario si la humedad ambiental
es alta no se producen corrientes de conveccioacuten y la sudoracioacuten disminuye el cuerpo
comienza a absorber calor y se genera un estado de hipertermia Esta situacioacuten se agudiza
maacutes auacuten si el cuerpo estaacute sumergido en agua caliente
En el humano se produce una aclimatacioacuten a las temperaturas altas asiacute nuestra
temperatura corporal puede llegar a igualar la del ambiente sin peligro de muerte Los
cambios fiacutesicos que conducen a esta aclimatacioacuten son el aumento de la sudoracioacuten el
incremento del volumen plasmaacutetico y la disminucioacuten de la peacuterdida de sal a traveacutes del
sudor
Enfermedades infecciosas Es el caso de las bacterias que generan toxinas que afectan al
hipotaacutelamo aumentando el termo estado Afecta a los mecanismos de ganancia de calor
los cuales se activan Los compuestos quiacutemicos que generan aumento de temperatura son
los piroacutegenos (virus productos bacterianos endotoxinas complejos inmunes)
Lesiones cerebrales Al practicar cirugiacuteas cerebrales se puede causar dantildeo
involuntariamente en el hipotaacutelamo el cual controla la temperatura corporal Esta
alteracioacuten ocurre tambieacuten por tumores que crecen en el cerebro especiacuteficamente en el
hipotaacutelamo de manera que el termostato corporal se dantildea desencadenando estados
febriles graves Cualquier lesioacuten a esta importante estructura puede alterar el control de la
temperatura corporal ocasionando fiebre permanente
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421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio
En 2009 [51]
MA Garciacutea J Valenzuela y
D Saacutenchez del Dpto de Tecnologiacuteas de
la Informacioacuten y Comunicaciones de la
Universidad Politeacutecnica de Cartagena
realizaron simulaciones 2D de un plano
coronal de cabeza humana extraiacutedo del
Proyecto Humano Visible (PHV) como
muestra la figura 14 La simulacioacuten
contemplaba los tejidos cerebrales de
usuarios de telefoniacutea moacutevil en la banda
GSM 1800 por lo que la exposicioacuten
simulada era de 1 W a frecuencia de
1800 MHz
La combinacioacuten mediante software
propio de las ecuaciones de Maxwell y
de un modelo termorregulatorio humano
proporcionoacute tanto la TAE (tasa de
absorcioacuten especiacutefica) como los
incrementos de temperatura asociados a
la exposicioacuten electromagneacutetica para
todos los tejidos del modelo a lo largo de
la direccioacuten de propagacioacuten para varias
distancias entre el dipolo y la cabeza
Figura 14 Modelo de cabeza humana del
Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda)
plano coronal y leyenda (abajo-derecha)
Ello sin tener en cuenta factores como sudoracioacuten respiracioacuten peacuterdidas de calor variables en
los pulmones capilaridad vasodilatacioacuten flujo sanguiacuteneo o metabolismo variables ritmo
cardiacuteaco o alteraciones en la propia respuesta termorregulatoria debidas a que se incremente
la temperatura en el hipotaacutelamo
En cuanto a las conclusiones en primer lugar se ha de tener en cuenta que habriacutea que
extrapolar el modelo a 3D pero se obtuvieron resultados muy interesantes como
La naturaleza protectora del craacuteneo
Incrementos teacutermicos por encima de 1 grado Celsius en tejidos del cerebro
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5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son clasificados como no-
magneacuteticos bien sea diamagneacuteticos (repelidos deacutebilmente por un campo magneacutetico como el
agua en casi todas las sustancias grasas) o paramagneacuteticos (atraiacutedos deacutebilmente hacia el
campo magneacutetico como la desoxihemoglobina en las ceacutelulas sanguiacuteneas) Para los materiales
de estos tipos la influencia fiacutesica directa del campo magneacutetico terrestre es extraordinariamente
deacutebil ya que la energiacutea de interaccioacuten magneacutetica es muchos oacuterdenes de magnitud por debajo
de la energiacutea teacutermica de base (interna de la materia) kT (donde k es la constante de Boltzman
y T la temperatura absoluta) [1]
No obstante existen otros materiales denominados ferromagneacuteticos que interactuacutean muy
fuertemente con el campo magneacutetico terrestre A diferencia de las sustancias diamagneacuteticas y
paramagneacuteticas las acciones mecaacutenico-cuaacutenticas sobre electrones no pareados con los
materiales ferromagneacuteticos fuerzan los momentos magneacuteticos de los electrones (magnetones
de Bohr) a formar alineaciones de rango elevado Los momentos magneacuteticos de cada
magnetoacuten de Bohr en tales cristales se suman vectorialmente y en algunos materiales un
cristal de tan soacutelo unas pocas decenas de nanoacutemetros de tamantildeo tendraacute energiacutea de interaccioacuten
magneacutetica con el campo magneacutetico terrestre de 50 micro-teslas (μT) [1]
en exceso de energiacutea
teacutermica de base
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES
Seguacuten Lowenstam y Weinel en 1989 [52]
ya se habiacutean identificado al menos 12 minerales de
hierro en los organismos aunque soacutelo dos de ellos han sido encontrados tambieacuten precipitados
en los vertebrados Estos son la ferrihidrita (5Fe2O3 9H2O) que es el mineral que se
encuentra en la moleacutecula ferritina y la sustancia denominada frecuentemente en la literatura
meacutedica como hemosiderina y la magnetita (Fe3O4) De estos materiales la ferrihidrita es
paramagneacutetica mientras que la magnetita posee una variedad de ferromagnetismo
denominado ferrimagnetismo
A voluacutemenes similiares [2]
estas propiedades hariacutean que la magnetita interactuara sobre 106
veces maacutes con los campos magneacuteticos externos que con cualquier material bioloacutegico La
magnetita es tambieacuten el uacutenico compuesto metaacutelico conocido fabricado por organismos vivos
y tiene la conductividad eleacutectrica maacutes alta que cualquier otro material celular
Debido a que la magnetita es el uacutenico material biogeacutenico conocido en organismos superiores
que es ferromagneacutetico a temperatura ambiente es importante revisar brevemente la historia
de su descubrimiento en animales y queacute se conoce de su distribucioacuten filogeneacutetica
(clasificacioacuten de las especies seguacuten su proximidad evolutiva) y funcioacuten bioloacutegica
Heinz A Lowenstam (1962) [53]
fue quien descubrioacute la magnetita precipitada
bioquiacutemicamente como material de recubrimiento en la raacutedula (estructura que se localiza
en la base de la boca y la concha de los moluscos) de los chitones (moluscos marinos de la
clase Polyplacophora) Eacutel y sus colaboradores fueron capaces de demostrar el origen
bioloacutegico de este material a traveacutes de una variedad de estudios de trazado radio-isotoacutepico y
mediante el examen detallado de la ultra-estructura de la boca Antes de este
descubrimiento el origen de la magnetita soacutelo se concebiacutea en rocas iacutegneas o metamoacuterficas
sometidas a altas temperaturas y presiones En los chitones la magnetita sirve para
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endurecer las capas dentales capacitaacutendolos para extraer y comer algas de los sustratos
rocosos maacutes superficiales (unos pocos miliacutemetros) En 1985 Nesson y Lowenstam [54]
publicaron los resultados de los anaacutelisis ultra-estructurales e histoloacutegicos detallados de la
formacioacuten de la magnetita en la raacutedula y apuntaron que el proceso comienza con un
transporte inicial de hierro metaboacutelico al extremo posterior del saco de la raacutedula Este
hierro se deposita como mineral ferrihidrita en una malla orgaacutenica previamente formada de
material proteiacutenico formando una o dos filas distintas de dientes rojizos A traveacutes de alguacuten
proceso la ferrihidrita se convierte raacutepidamente en magnetita a traveacutes de una reaccioacuten
acoplada con reduccioacuten de hierro y re-cristalizacioacuten
La bacteria magnetotaacutectica fue el segundo organismo en que se encontroacute magnetita
biogeacutenica [55]
Se precipitoacute cristales de magnetita de tamantildeo sub-micromeacutetrico en una
vacuola de membrana fosfoliacutepida intracelular formando estructuras denominadas
ldquomagnetosomasrdquo que se describen en el apartado 511 Las cadenas de estos
magnetosomas actuacutean como simples agujas de compaacutes que pasivamente dirigen a las
ceacutelulas de la bacteria en alineaciones con el campo magneacutetico terrestre y les permiten
buscar la zona micro-aerofiacutelica en la interfaz agualodo de la mayoriacutea de los ambientes
acuosos naturales Estas bacterias nadan hacia el norte magneacutetico en el hemisferio norte
hacia el sur magneacutetico en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador
geomagneacutetico aunque en el ecuador las densidades de poblacioacuten son mucho maacutes bajas [2]
Los magnetosomas basados en magnetita se han encontrado tambieacuten en las algas
magnetotaacutecticas eucarioacuteticas en que cada ceacutelula contiene varios miles de cristales La
greigita mineral ferrimagneacutetica (Fe3S4) tambieacuten ha sido descubierta posteriormente en los
magnetosomas de un primitivo grupo de bacterias
Una recopilacioacuten extensiva de los 30 antildeos anteriores a los antildeos 90 [2]
demuestra que muchos
organismos poseen la habilidad bioquiacutemica de precipitar la magnetita mineral ferrimagneacutetica
(Fe3O4) y la greigita (Fe3S4) En teacuterminos de su distribucioacuten filogeneacutetica la biomineralizacioacuten
de la magnetita estaacute particularmente esparcida habieacutendose documentado en moacutenera
protozoos y animales con un registro foacutesil hasta el periacuteodo Precaacutembrico Dentro del reino
animal se conoce dentro de moluscos artroacutepodos y cordados y se sospecha en muchos otros
grupos En los microorganismos y peces cadenas lineales de cristales de magnetita enlazados
por membrana (magnetosomas) forman estructuras descritas como ldquomagnetos bioloacutegicos de
barrardquo
El movimiento del material ferromagneacutetico encontrado en los organismos como respuesta a
los campos magneacuteticos externos ha de tenerse en cuenta en principio en los efectos
magneacuteticos a nivel celular tales como la alineacioacuten magneacutetica de la bacteria magnetotaacutectica y
algas o la respuesta magnetotaacutectica de las abejas Bajo ciertas condiciones los movimientos
inducidos de los magnetosomas pueden ser suficientemente capaces para abrir
mecaacutenicamente los canales ioacutenicos de las trans-membranas sensitivas que por otro lado
tienen el potencial de influir en un amplio rango de procesos celulares
Aunque el conocimiento de las funciones bioloacutegicas de la magnetita es todaviacutea incompleto en
la boca de chitoacuten sirve como un agente que aporta dureza ndash es el material biogeacutenico conocido
maacutes duro formado por un organismo En los microorganismos la magnetita es responsable de
la respuesta magnetotaacutectica de la bacteria y del alga eucarioacutetica La magnetita tambieacuten parece
estar involucrada en la habilidad de muchos animales para usar el campo geomagneacutetico como
direccioacuten de orientacioacuten o navegacioacuten las cadenas de magnetosomas en el salmoacuten que se
parecen muchiacutesimo a aquellas de bacterias y algas podriacutean utilizarse con este propoacutesito El
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trabajo conductual realizado con abejas por H Schiff y G Canal [56]
que demuestra que la
buacutesqueda del norte puede cambiarse al sur con un breve pulso magneacutetico confirma que un
material ferromagneacutetico como la magnetita forma parte del sistema sensorial magneacutetico de la
abeja
Aparte de las funciones de la magnetita descritas anteriormente existe un problema antildeadido
la magnetita se sabe [2]
que se forma comuacutenmente en una variedad de tejidos para los que la
funcioacuten sensorial es bastante improbable ndash tumores en ratones y humanos por ejemplo
Incluso muchos de los cristales de magnetita extraiacutedos del cerebro humano muestran
caracteriacutesticas que podriacutean ser efectos de disolucioacuten De ahiacute que se sospeche que la magnetita
tiene todaviacutea roles desconocidos en la bioquiacutemica eucarioacutetica (ceacutelulas con nuacutecleo) quizaacutes
como una fuente localizada de hierro para activar enzimas basadas en hierro Los altos niveles
de magnetita en los tumores que crecen raacutepidamente en ratones atisban que pueden tener un
rol en la divisioacuten celular
Aunque el hierro juega un papel importante en praacutecticamente todos los organismos vivos -
principalmente a traveacutes del transporte electroacutenico debido a su capacidad para cambiar la
valencia- tiene una capacidad bioloacutegica bastante limitada y en algunas situaciones puede
resultar toacutexico para las ceacutelulas Por esta razoacuten es necesario para los organismos segregar
hierro en una forma no toacutexica
511 Los Magnetosomas
En 1975 Blakemore [55]
descubrioacute que ciertas
bacterias se orientaban seguacuten el campo magneacutetico
terrestre
Son orgaacutenulos presentes en las bacterias procariotas
magnetotaacutecticas Contienen entre 15 y 20 cristales
de magnetita que juntos actuacutean como una bruacutejula
para orientar las bacterias magnetotaacutecticas en los
campos geomagneacuteticos lo que simplifica la
buacutesqueda de sus ambientes preferidos de
microaerofilia Cada cristal de magnetita dentro de
un magnetosoma estaacute rodeado por una bicapa
lipiacutedica y proteiacutenas solubles La membrana que los
rodea contiene fospoliacutepidos [2]
proteiacutenas y
glicoliacutepidos
Figura 15 Magnetosoma de la
bacteria magnetotaacutectica
En la mayoriacutea de las bacterias magnetotaacutecticas los magnetosomas estaacuten dispuestos en una o
maacutes cadenas como puede observarse en la figura 15
En general los cristales magnetosomas tienen alta pureza quiacutemica [1]
rangos estrechos de
tamantildeo las especies especiacuteficas de morfologiacuteas de cristal y exhiben un reacutegimen especiacutefico
dentro de la ceacutelula Estas caracteriacutesticas indican que la formacioacuten de magnetosomas estaacute
bajo el control bioloacutegico preciso y es mediada por biomineralizacioacuten Las bacterias
magnetotaacutecticas mineralizan de oacutexido de hierro los cuales contienen cristales de magnetita
(Fe3O4) o magnetosomas de sulfuro de hierro que contienen cristales de greigita (Fe3S4) Se
han identificado tambieacuten otros minerales de sulfuro de hierro en magnetosomas de sulfuro
de hierro
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La morfologiacutea de las partiacuteculas de cristales de magnetosomas variacutea pero es coherente dentro
de las ceacutelulas de una sola especie o cepa bacteriana magnetotaacutecticas [1]
Tres morfologiacuteas
cristalinas generales han sido reportadas en las bacterias magnetotaacutecticas
maacutes o menos cuacutebico
alargado prismaacutetico (maacutes o menos rectangular)
forma de diente bala o punta de flecha
Los cristales de menor tamantildeo son superparamagneacuteticos es decir no permanentemente
magneacuteticos a temperatura ambiente y las paredes de dominio se forman en cristales maacutes
grandes
La funcioacuten de los magnetosomas en la ceacutelula bacteriana es la de orientar en el campo
magneacutetico existente El magnetosoma puede permitir a la bacteria ir fijando su posicioacuten con
respecto al norte pudiendo trazar una ruta a traveacutes del campo magneacutetico hacia zonas de
distintas concentraciones de oxiacutegeno y de nutrientes
La mayoriacutea de las bacterias que producen los magnetosomas se engloban en los geacuteneros
Magnetospirillum o Magnetococcus Las bacterias del geacutenero Magnetospirillum son
bacterias con forma de sacacorchos (espirilos) Gram negativas perteneciente al grupo
taxonoacutemico de las alfa-proteobacterias Son anaerobios facultativos o microaeroacutefilos y viven
en zonas de transicioacuten entre zonas anoxigeacutenicas y zonas oxigenadas Su haacutebitat predilecto
son las zonas huacutemedas enfangadas o sedimentos marinos donde existen ambientes ricos en
azufre y escasos en oxiacutegeno
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
Antes de 1992 [1][2]
en los estudios de imaacutegenes de resonancia magneacutetica (MRI) y
almacenamiento ioacutenico se asumiacutea universalmente que no habiacutea materiales magnetizados
permanentemente (ferromagneacuteticos) presentes en los tejidos humanos Una asuncioacuten similar
se habiacutea realizado en praacutecticamente todas las valoraciones biofiacutesicas del riesgo humano
asociado con la exposicioacuten a campos magneacuteticos de frecuencia extremadamente baja (ELF)
y por estudios criacuteticos epidemioloacutegicos que sugeriacutean una conexioacuten entre los campos
magneacuteticos deacutebiles de frecuencia de suministro eleacutectrico y varios desoacuterdenes de salud
humana Estos anaacutelisis se enfocaron en los efectos colaterales de la induccioacuten eleacutectrica o
posibles interacciones diamagneacuteticas y paramagneacuteticas De ahiacute que la asuncioacuten impliacutecita de
los estudios del pasado de que los tejidos humanos estaacuten libres de material ferromagneacutetico
necesita ser valorada de nuevo criacuteticamente y testeada experimentalmente
El descubrimiento en los antildeos 80 de que los tejidos humanos tambieacuten contienen trazas de
magnetita podriacutea tener implicaciones biomeacutedicas importantes La magnetita ha sido el primer
material verdaderamente novedoso descubierto como un precipitado bioquiacutemico en tejidos
humanos desde el comienzo de la ciencia meacutedica ndashtodo en el cuerpo humano desde los
huesos hasta los tejidos maacutes blandos se consideraba diamagneacutetico o paramagneacutetico [52]
Aunque la cantidad total de magnetita en un cuerpo humano adulto es pequentildea (unos pocos
cientos de microgramos) hay varios millones de cristales por gramo interactuando
fuertemente con los campos magneacuteticos externos Como los efectos a nivel celular pueden a
menudo conducir a efectos globales particularmente en los sistemas neuroloacutegico e
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inmunoloacutegico es importante para la salud humana conocer queacute hace este material en los
tejidos humanos y coacutemo se forma
No obstante se considera que las investigaciones previas a 1992 sobre la magnetita biogeacutenica
en tejidos humanos no fueron del todo concluyentes En 1992 Joseph L Kirschvink y
colaboradores [1]
reportaron que los tejidos humanos poseen cristales similares de magnetita
biogeacutenica con un miacutenimo estimado entre 5 y 100 millones de cristales de dominio simple
por gramo en los tejidos del cerebro humano Los extractos de partiacuteculas magneacuteticas del
tejido solubilizado examinados con TEM (microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten) de alta
resolucioacuten y difraccioacuten electroacutenica identificaron minerales la solucioacuten soacutelida magnetita-
maghemita con muchas morfologiacuteas de cristal y estructuras parecidas a aquellas precipitadas
por bacterias magnetotaacutecticas y peces
Muestras de tejidos En sus experimentos utilizaron material del cerebro humano
obtenido entre 12 a 14 horas postmortem del Consorcio Centro de Investigacioacuten de la
Enfermedad de Alzhemier de California del Sur Se tomaron muestras de siete cerebros de
pacientes de edad media 65 antildeos desde 48 a 88 antildeos Se sospechaba que cuatros de ellos
padeciacutean Alzheimer Se incluyeron muestras tanto de aacutereas corticales cerebrales como de
cerebelo de los siete cerebros Se obtuvieron ademaacutes de los anteriores en un caso cerebro
y dura espinal ganglio basal y cerebro medio y en otro caso bulbos olfativos sinus
sagital superior y tentorium de la dura
Magnetometriacutea Las sub-muestras de las medidas magneacuteticas se retiraron de los tejidos
utilizando herramientas similares en un laboratorio libre de polvo protegido
magneacuteticamente Las medidas de los materiales ferromagneacuteticos se realizaron utilizando
un magnetoacutemetro que empleaba dispositivos superconductores de interferencia cuaacutentica
(SQUID) sesgado a radiofrecuencias RF disentildeado para medir el momento ferromagneacutetico
total de las muestras situadas dentro de la bobina de Helmholtz
Resultados de Magnetometriacutea Todos los tejidos examinados teniacutean magnetizaciones
remanentes isoteacutermicas (IRMs) que saturaban al aplicar campos de aproximadamente 300
mT una caracteriacutestica propia de las series de magnetita-maghemita La habilidad de ganar
o perder magnetizacioacuten remanente en estos experimentos es una caracteriacutestica definitiva
de los materiales ferromagneacuteticos La tabla 8 muestra los valores medios de cada cerebro
La magnetizacioacuten media indica el equivalente a unos 4 ng de magnetita por cada gramo
de tejido En contraste los valores medios para las meninges de tres cerebros (tabla 4) son
casi 20 veces mayor o de unos 70 ngg En comparacioacuten las medidas de IRM de los
cubitos de hielo des-ionizados arrojan un ruido de fondo de unos 05 ngg
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex
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cerebral y el cerebelo de cada cerebro
En la tabla 8 los datos de IRM saturado se han expresado en μA m2 kg
-1 (peso huacutemedo)
(media plusmnSD) Las muestras occipitales eran de las aacutereas de Brodman (BA) 17 18 y 19 las
muestras temporales eran de BA 20 21 y 22 las muestras parietales eran de BA 31 2 5
y 7 y las muestras frontales eran de BA 4 y 6 Los tamantildeos de las muestras iban de los
05 g a 22 g Las meninges de las muestras cerebrales 1 2 y 6 fueron analizadas aparte La
teacutecnica del cubito de hielo se utilizoacute para todas las meninges y para los tejidos cerebrales
2 y para 7 de las 11 muestras del 1 No se detectaron diferencias en los resultados al
utilizar esta teacutecnica Las concentraciones de magnetita fueron estimadas teniendo en
cuenta que la remanencia de saturacioacuten deberiacutea ser exactamente la mitad de la
magnetizacioacuten de saturacioacuten para una dispersioacuten de cristales de dominio simple Los
cerebros 1 a 4 eran de pacientes normales los cerebros 5 y 6 eran de pacientes con
Alzheimer confirmado y el cerebro 7 era de un paciente con sospecha de Alzheimer
Hubo una consistencia considerable en las medidas IRM tanto para los tejidos cerebrales
como de las meninges Hubo una pequentildea diferencia en IRM de un aacuterea del cortex
cerebral a otra en el cerebro versus cortex del cerebelo Las diferencias entre tejidos de
cerebros normales y aquellos con sospecha o Alzheimer confirmado fueron despreciables
Las aacutereas de cerebro que se reportaron previamente con un contenido alto de hierro
incluiacutean el nuacutecleo dentado ganglio basal y aacutereas de cerebro medio Las muestras de estas
aacutereas no teniacutean mayor contenido de partiacuteculas magneacuteticas que las del cerebelo o del
cortex cerebral
Los valores de coercitividad magneacutetica (resistencia a la desimanacioacuten) media eran de
aproximadamente 30 mT pero con rangos desde 12 mT (piacutea del cerebelo) a 50 mT
(ganglio basal) dentro del rango de coercitividad para la magnetita de dominio simple En
cuanto a las distribuciones de coercitividad medida por adquisicioacuten de IRM y su
desmagnetizacioacuten y la relativamente lenta tendencia a adquirir un ARM (magnetizacioacuten
remanente anhisteacuterica) sugiere que las partiacuteculas in situ estaacuten en pequentildeos grupos que
interactuacutean La comparacioacuten con las muestras de control de las bacterias sugiere entre 50
a 100 partiacuteculas por agrupacioacuten [1]
Resultados de Extraccioacuten y Microscopiacutea Electroacutenica La figura 16 muestra dos
morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas extraiacutedas Los tamantildeos
de grano eran bimodales con 62 de los 70 cristales medidos en el rango de 10 a 70 nm y
los restantes 8 con tamantildeos 90 a 200 nm Las medidas de las sombras TEM de 62 de las
partiacuteculas maacutes pequentildeas en un agregado muestra un tamantildeo medio de 334plusmn152 nm El
valor medio estaba sesgado hacia los tamantildeos mayores debido a que el procedimiento de
extraccioacuten discriminaba contra partiacuteculas muy pequentildeas que se mueven maacutes lentamente a
traveacutes del liacutequido La relacioacuten entre forma y tamantildeo para todas las partiacuteculas medidas cae
dentro de los campos superparamagneacuteticos y de dominio simple para la magnetita El
volumen estimado de los cristales realizado asumiendo formas de partiacuteculas equivalentes
implica que las partiacuteculas maacutes grandes se componen de un maacuteximo de aproximadamente
85 de la magnetita Se estimoacute que los tejidos cerebrales contienen un miacutenimo de 5
millones de cristales por gramo distribuidos en clases discretas de 50000 a 100000 De
forma similar las meninges contienes un miacutenimo de 100 millones de cristales por gramo
en clases de 1 a 2 millones
Los anaacutelisis de rayos x de dispersioacuten de energiacutea de los cristales dieron picos consistentes
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de Fe con picos de Cu variable (de las rejillas TEM de cobre) y menor de Si Ca y Cl
(probablemente contaminantes de los envases) La mezcla de oacutexidos Fe-Ti que estaacuten
normalmente presentes al menos en cantidades de traza en los minerales magneacuteticos
formados geoloacutegicamente no se detectaron en ninguno de los cristales cerebrales
examinados Los patrones de micro-difraccioacuten electroacutenica indexada de los cristales
individuales y agregados de partiacuteculas arrojaron la caracteriacutestica d-espacial de la
magnetita (Fe3O4) con partiacuteculas maacutes pequentildeas que mostraban una oxidacioacuten variable
hacia el radical de solucioacuten soacutelida ferrimagneacutetica maghemita (γ-Fe2O3) Esta oxidacioacuten
probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten como se observa comuacutenmente en
las magnetitas de grano muy fino
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de
magnetita y maghemita del cerebelo humano
(A) Agrupacioacuten de pequentildeas partiacuteculas del cerebelo
(B) Imagen TEM de alta resolucioacuten de maghemita muestra el patroacuten de interseccioacuten
111 y bordes 02 con elongacioacuten en la direccioacuten de mallado [111]
(C) Patroacuten de difraccioacuten electroacutenica indexado del aacuterea seleccionada de este cristal
tomado en la zona lt211gt Los anillos de difraccioacuten para un agregado de pequentildeos
cristales confirma la identificacioacuten de magnetita-maghemita
(D) Una de las partiacuteculas de magnetita de mayor tamantildeo
La Figura 16A es una imagen de una agrupacioacuten de partiacuteculas pequentildeas del cerebelo y la
Figura 16B muestra una imagen TEM de alta resolucioacuten de un cristal de maghemita de
dominio simple bien ordenado en la zona [211] Muestra caracteriacutesticas tiacutepicas de los
cristales de magnetita formados dentro de las membranas de los magnetosomas y son muy
similares a las partiacuteculas de dominio simple de las estructuras de cadenas de magnetosomas
presentes en los tejidos dermo-etmoidales del salmoacuten La Figura 16C muestra el patroacuten de
ubicacioacuten de difraccioacuten electroacutenica indexada del cristal
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La Figura 16D muestra una de las partiacuteculas mayores de aproximadamente 200 nm Otras
partiacuteculas pueden tener hasta 600 nm de diaacutemetro La microdifraccioacuten electroacutenica indica que
estas partiacuteculas estaacuten dominadas por un cristal simple con partiacuteculas maacutes pequentildeas
ocasionalmente adheridas a su superficie Su tamantildeo y forma medidos las situacutea dentro del
campo estable de dominio simple Estas partiacuteculas tienen energiacuteas de orientacioacuten magneacutetica
en el campo geomagneacutetico de 20 a 150 veces mayor que la energiacutea teacutermica kT
Desde el descubrimiento de la magnetita en el cerebro humano se han extraiacutedo partiacuteculas de
este material y se han visualizado y caracterizado magneacutetica y morfoloacutegicamente a traveacutes del
microscopio electroacutenico de transmisioacuten (TEM) (Figura 17) y magnetometriacutea de dispositivos
superconductores de interferencia cuaacutentica (SQUID) Las partiacuteculas son generalmente
menores de 200 nm y en la mayoriacutea de los casos son del orden de unas pocas decenas de
nanoacutemetros
Seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de
2001 [57]
mientras que algunas partiacuteculas
muestran bordes disueltos otras mantienen
las caras cristalinas originales y todas las
partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente
puras (esto es comuacuten en la magnetita
biogeacutenica) Morfoloacutegicamente las partiacuteculas
son similares a aquellas observadas en la
bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis
magneacutetico de las muestras de masa de tejido
indica que las partiacuteculas se presentan
generalmente en grupos que interactuacutean
magneacuteticamente
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita
biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano
Aunque la ferritina es el principal mecanismo para el almacenamiento de hierro en el
cerebro el trabajo experimental de los antildeos 90 demostraron la presencia de otra forma de
hierro en el tejido cerebral humano la magnetita biogeacutenica (Fe3O4) Se veraacuten maacutes adelante
algunas de las consecuencias potenciales de la presencia de magnetita en el tejido con
enfermedad neurodegenerativa
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo
El hierro divalente juega una funcioacuten crucial en la reaccioacuten de Fenton conduciendo al estreacutes
oxidativo En 1988 Sofic y colaboradores [58]
encontraron altas concentraciones de hierro
divalente en la sustancia negra (SN) Debido a que tales concentraciones altas de hierro
divalente seriacutean muy peligrosas para las ceacutelulas la confirmacioacuten de este hallazgo era
esencial y el espectroscopio de Moumlssbauer es probablemente el mejor meacutetodo para
determinar el ratio de Fe2+
Fe3+
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011 [59]
los estudios de Moumlssbauer mostraron
que no habiacutea sentildeal del hierro divalente y la simulacioacuten computarizada indica que la sentildeal no
es detectable por debajo del 5 del hierro total Las concentraciones elevadas de hierro
divalente encontradas por Sofic y alumnos podriacutean explicarse por el meacutetodo que utilizaron en
sus investigaciones Los tejidos eran homogeacuteneos en presencia de pepsina y aacutecido
hidrocloacuterico Cuando se prepararon las muestras de esta forma el hierro trivalente pudo
reducirse a ferroso Es maacutes el espectroscopio de Moumlssbauer para muestras tratadas de esta
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forma dio el espectro del hierro divalente
Durante deacutecadas se ha considerado el estreacutes oxidativo [59]
como un factor importante en el
proceso de la neurodegeneracioacuten Esta teoriacutea propone que un exceso de radicales libres
conduce a la muerte de las ceacutelulas nerviosas El desequilibrio puede ser causado tanto por
una produccioacuten creciente de radicales libres como por una neutralizacioacuten insuficiente de los
organismos carrontildeeros El cerebro humano parece ser particularmente vulnerable a los dantildeos
por estreacutes oxidativo debido a su alta concentracioacuten de liacutepidos y aacutecidos grasos no saturados a
su relativamente alta concentracioacuten de hierro y a la baja concentracioacuten de enzimas capaces de
desactivar las especies de oxiacutegeno reactivo (ROS) La presencia de dantildeos debido al estreacutes
oxidativo puede demostrarse por la presencia de altas concentraciones de productos de
oxidacioacuten como el malonildialdehido y el glicol timina Los radicales libres son generados
entre otros a traveacutes de la reaccioacuten de Fenton en la que el hierro divalente juega un papel
importante
Fe2+
+ H2O2 rarr Fe3+
+ OH + OH-
Como la mayoriacutea del hierro en el cerebro humano estaacute presente como hierro destinado a la
ferritina es obvio que cualquier cambio en la estructura o funcioacuten de la ferritina puede
relacionarse con el dantildeo oxidativo [59]
522 La Ferritina
Las ferritinas fueron identificadas sobre los antildeos 40 y desde entonces se han podido
caracterizar bastante bien Se encuentran en casi todos los sistemas bioloacutegicos con una
remarcable conservacioacuten de la estructura y capacidad para oxidar e incorporar hierro Las
propiedades de las ferritinas en animales plantes y bacterias han sido sujeto de numerosos
estudios y de un reciente estudio completo en Biochimica Biophysica Acta (1800 8 2010) [60]
En el cuerpo humano tanto en el cerebro como en la mayoriacutea de los organismos el hierro se
almacena principalmente en el nuacutecleo de la proteiacutena de almacenamiento de hierro ferritina
La ferritina [59]
es una celda esferoidal hueca de 12 nm de diaacutemetro compuesta de 24
subunidades El hueco central de la celda es de 8 nm de diaacutemetro y estaacute ocupado
habitualmente por el biomineral de hierro ferrihidrita un oacutexido de hierro hidratado
(5Fe2O39H2O) que generalmente contiene soacutelo Fe(III) Esta es la forma en que se almacena
la mayor parte del hierro en el cuerpo
Su funcioacuten principal es almacenar hierro celular de forma dinaacutemica [59]
protegiendo la ceacutelula
del dantildeo potencial de los radicales de hierro y permitir la liberacioacuten del metal seguacuten la
demanda celular
El cuerpo humano tiene tres genes de ferritina funcional FTH en el cromosoma 11 codifica
la cadena pesada citosoacutelica (cadena-H) de 183 aminoaacutecidos FTL en el cromosoma 19
codifica la cadena ligera citosoacutelica (cadena-L) de 175 aminoaacutecidos y la menos introacuten (regioacuten
dentro de un gen) FTMT del cromosoma 5 que codifica el precursor de la ferritina
mitocondrial (FtMt) de 242 residuos
El nuacutecleo de ferrihidrita de la ferritina [59]
es capaz de almacenar correctamente maacutes de 4500
aacutetomos de hierro que en condiciones normales se mantienen no-reactivas frente a otras
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moleacuteculas dentro de la ceacutelula debido al aprisionamiento de la misma proteiacutena La captacioacuten
se cree que se hace principalmente a traveacutes de un proceso de oxidacioacuten en que el Fe(II)
altamente toacutexico es capturado dentro de la proteiacutena y oxidado para ser almacenado como
Fe(III) menos toacutexico en forma de ferrihidrita Como la cantidad de hierro almacenado en el
nuacutecleo de la ferritina es de alguna forma variable los incrementos de hierro observados
durante los exaacutemenes histoloacutegicos de tejido neurodegenerativo pueden ser debidos al
aumento de aacutetomos de hierro almacenados en el nuacutecleo de la proteiacutena Mientras que el
incremento del nuacutemero de aacutetomos de hierro en el nuacutecleo de la ferritina habriacutea de tenerse en
cuenta para algunos excesos de hierro observados en exaacutemenes histoloacutegicos otra forma de
hierro aparece presente la cual podriacutea tener consecuencias significativas para la progresioacuten
de las enfermedades neurodegenerativas y su deteccioacuten temprana
Si el nuacutecleo de la ferritina llega a saturarse o la ferritina funcionara de forma anoacutemala el
mecanismo oxidacioacuten del Fe(II) se perderiacutea Este proceso podriacutea conducir a la formacioacuten de
magnetita biogeacutenica que es mucho maacutes magneacutetica (ferrimagneacutetica) que la ferrihidrita
(antiferromagneacutetica superparamagneacutetica a temperatura corporal) y contiene mallas
alternativas de Fe(II) toacutexico y Fe(III) menos toacutexico
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales
Patoloacutegicamente las enfermedades neurodegenerativas que pueden ser causadas por estreacutes
oxidativo [59]
-Alzheimer (AD) Parkinson (PD) y parkinsonismos atiacutepicos- tienen lugar en
aacutereas definidas del cerebro humano El coacutertex hipocampo (Hip) es la regioacuten cerebral maacutes
afectada en las primeras fases de AD el PD involucra la sustancia negra (SN) y en
parkinsonismos atiacutepicos otros ganglios basales (pe globus pallidus GP) tambieacuten son
afectados Por consiguiente la mayoriacutea de los estudios que investigan la etiologiacutea de la
neurodegeneracioacuten analizan estas estructuras Se han utilizado bastantes meacutetodos fiacutesicos
quiacutemicos y bioquiacutemicos para averiguar las propiedades de la ferritina y de otras moleacuteculas
vinculadas al hierro en Hip SN y GP humanos algunos de ellos son el espectroscopio de
Moumlssbauer (MS) microscopio electroacutenico (EM) y el ensayo inmuno-absorbente ligado a
enzimas (ELISA)
El espectroscopio de Moumlssbauer MS es un meacutetodo fiacutesico basado en la emisioacuten de
resonancia sin contraste y absorcioacuten de rayos gamma descubierto en 1958 por Rudolf
Moumlssbauer (galardonado con el Premio Nobel en fiacutesica por este descubrimiento en
1961) Se utiliza principalmente para cuantificar los compuestos que contienen hierro
pero tambieacuten en muestras bioloacutegicas y tejidos humanos Este meacutetodo permite una
identificacioacuten inequiacutevoca de los compuestos que contienen hierro con una evaluacioacuten
del ratio de hierro divalente versus trivalente y concentracioacuten de hierro total de la
muestra
El microscopio electroacutenico se ha utilizado para determinar el diaacutemetro de los nuacutecleos de
hierro dentro de la ferritina y de la hemosiderina y para la identificacioacuten de las formas de
hierro dentro del nuacutecleo de hierro
El ensayo inmuno-absorbente ligado a enzimas ELISA se ha utilizado para determinar las
concentraciones de las cadenas H y L de la ferritina en la SN GP e Hip
El espectro de Moumlssbauer de los tejidos cerebrales humanos normales sugiere que casi todos
los aacutetomos de hierro forman grupos e interactuacutean magneacuteticamente a bajas temperaturas [59]
Los paraacutemetros obtenidos de Moumlssbauer de todos los espectros medidos sugieren que en
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todas las muestras que se han investigado el hierro estaacute presente como hierro de ferritina
Si se asume que la mayoriacutea del hierro en los tejidos cerebrales humanos normales estaacute
asociado a la ferritina averiguar la composicioacuten de las sub-unidades de la ferritina parece
convertirse en una investigacioacuten necesaria para los proacuteximos pasos Las concentraciones de
ferritinas H y L en SN GP y Hip se determinaron mediante ELISA basado en anticuerpos
monoclonales especiacuteficos y calibrado con homopoliacutemeros de ferritina H y L Estos
resultados junto con las concentraciones de hierro total en la ferritina del espectro de
Moumlssbauer son los que se muestran en la Tabla 9 La uacuteltima columna de la tabla muestra el
ratio entre la concentracioacuten de Fe y el total de las concentraciones de ferritina H y L de la
muestra Este ratio refleja el llenado de las cavidades de la ferritina por los aacutetomos de hierro
El valor de este ratio se correlaciona con el diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina
determinado por el microscopio electroacutenico
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las
concentraciones de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal
Otra cuestioacuten es el posible rol de la hemosiderina en el proceso de la neurodegeneracioacuten La
hemosiderina es un producto de la degradacioacuten de la ferritina y se detecta en el cerebro
humano Se ha aislado hemosiderina de la SN humana y esto ha permitido su investigacioacuten
mediante el microscopio electroacutenico que demuestra que los nuacutecleos de hierro son
significativamente maacutes pequentildeos que los de la ferritina (20 plusmn 05 nm vs 37 plusmn 05 nm)
Queda por investigar coacutemo la hemosiderina podriacutea interferir en el proceso de la
neurodegeneracioacuten
Las diferencias estructurales de las ferritinas de diferentes oacuterganos e incluso de varias partes
del cerebro pueden afectar a la cristalizacioacuten del nuacutecleo de hierro de la ferritina Estudios
maacutes detallados de los nuacutecleos de hierro de la ferritina de SN GP Hip e hiacutegado con el
microscopio electroacutenico muestran diferencias significativas Los resultados se han
presentado junto con el ratio HL en la tabla 10
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano
Como se puede ver el decremento del diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina estaacute
acompantildeado por un incremento del ratio HL Se postula que esto puede ser un reflejo de las
diferencias locales del ratio del metabolismo del hierro [59]
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53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro
En el cuerpo humano la disrupcioacuten del metabolismo normal del hierro en el cerebro es una
caracteriacutestica de varios desoacuterdenes neurodegenerativos [57]
como la enfermedad de Alzheimer
(AD) Parkinson (PD) y la paraacutelisis supranuclear progresiva (PSP)
Por ejemplo se sabe que en los pacientes de Alzheimer ocurre una acumulacioacuten de hierro
excesiva particularmente en las placas AD y los niveles totales de hierro son elevados en el
hipocampo amiacutegdala nuacutecleo basal de Meynert y el cortex cerebral Estos elevados niveles
de hierro en el tejido neurodegenerativo no se correlacionan con niveles elevados de ferritina
o de la proteiacutena de transporte de hierro extracelular transferrina De hecho se ha reportado
una reduccioacuten de transferrina en algunas regiones de los cerebros de pacientes AD y PD
indicando movilidad y segregacioacuten de hierro reducidas
Algunos estudios [57]
han mostrado que hay varias formas de hierro que pueden jugar un rol
significativo en los procesos bioquiacutemicos que conducen a la progresioacuten de estas
enfermedades Se cree principalmente que es resultado del estreacutes oxidativo ndash la generacioacuten
de radicales libres a traveacutes de la reaccioacuten Fenton No obstante otros resultados sugieren que
la ferritina podriacutea actuar modulando la formacioacuten de los filamentos tau en PSP (aunque no
existen indicaciones fiables de niveles anormales de ferritina en el tejido neurodegenerativo)
y que el hierro podriacutea promover agregados de betaA4
Aunque la asociacioacuten de concentraciones anoacutemalas de hierro con el tejido neurodegenerativo
estaacute bien documentada particularmente en AD los meacutetodos anteriores a 2001 para ensayar
con el hierro en tejidos enfermos generalmente son especiacuteficamente ioacutenicos han tenido una
resolucioacuten espacial pobre y proporcionaron una informacioacuten cuantitativa poco fiable [57]
Posteriormente se han realizado algunos progresos en el anaacutelisis de hierro en alta resolucioacuten
de tejidos de AD (Smith y otros) Estos mostraron utilizando teacutecnicas de tentildeido de hierro
modificado que el hierro activo redox estaacute fuertemente asociado con las placas AD y los
ovillos neurofibrilares Este trabajo tambieacuten demostroacute que el hierro asociado a lesiones es
distinto del hierro segregado en la ferritina y proporcionoacute la evidencia indirecta de la
presencia de Fe(II) en el tejido de AD
Si bien esta teacutecnica ofrece una resolucioacuten mejorada todaviacutea no es posible identificar la forma
estructural del hierro o la distribucioacuten mapeada del Fe(II) De manera que las anomaliacuteas del
hierro asociadas con la enfermedad neurodegenerativa no estaacuten bien caracterizadas y la
forma estructuralmolecular del exceso de hierro en las placas AD y tejido neurodegenerativo
en general no se conocen
No obstante la investigacioacuten en este campo [57]
comienza a ver algo de luz sobre el rol del
hierro Por ejemplo un trabajo realizado por Floor E [61]
publicado en el antildeo 2000 demostroacute
una mayor conexioacuten entre los niveles altos de hierro en el ganglio basal y el estreacutes oxidativo
en los pacientes de Parkinson
Una disrupcioacuten del metabolismo del hierro y un incremento de hierro en la misma regioacuten del
cerebro tambieacuten implica las enfermedades de Huntington y Alzheimer y la acumulacioacuten de
hierro se ha asociado a la microgliosis y se ha correlacionado con el dantildeo incrementado a la
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regioacuten CA1 del hipocampo a traveacutes de las interacciones hierro-zinc en los modelos de
enfermedades neurodegenerativas
Deberiacutea apreciarse no obstante que algunos resultados han mostrado que la presencia de
nucleoacutesidos oxidados en las neuronas no parece estar relacionada con material de placa senil
ni ovillos neurofibrilares en el Alzheimer aunque hay indicaciones de que el hierro es una
fuente significativa de dantildeo oxidativo
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos
Neurodegenerativos
Los estudios experimentales preliminares realizados por el equipo de Jon Dobson y Carmen
Quintana (Instituto de Microelectroacutenica de Madrid) [57]
sugieren que esta magnetita biogeacutenica
puede encontrarse en las placas AD placas seniles y filamentos tau anoacutemalos extraiacutedos de
tejidos PSP Ademaacutes los anaacutelisis de muestras relativamente grandes (varios gramos) de tejido
AD realizados por el equipo de Kirschvink indican la presencia de magnetita yo maghemita
aunque las placas se fueron analizadas de forma separada
En 1995 se utilizoacute un microscopio de fuerza magneacutetica (MFM) para examinar una muestra de
tejido del hipocampo que conteniacutea material de plaqueta Este material opaco exhibiacutea una
respuesta como la de un dipolo consistente con la presencia de material magneacutetico como la
magnetita yo la maghemita (ambas tienen propiedades magneacuteticas similares) (Figura 18) La
ferritina que es superparamagneacutetica (no tiene un comportamiento como el de un magneto a
temperatura corporal) no produciriacutea una respuesta tal
Figura 18 Escaacutener de
microscopio de fuerza
magneacutetica (MEM) de
material de placa de
hipocampo humano
mostrando una respuesta
magneacutetica dipolar
A finales de 1999 se utilizoacute un microscopio HR-TEM y un espectroscopio de peacuterdida de
energiacutea electroacutenica para examinar la ferritina en filamentos helicoidales pareados de tejido
AD y ferritina ligada a filamentos tau anoacutemalos en paraacutelisis supranuclear progresiva neuro-
degenerativa Los resultados dieron indicaciones preliminares de la presencia de oacutexido de
hierro cuacutebico dentro de la cavidad de la proteiacutena ferritina con espectro similar al de los
estaacutendares de magnetita maghemita sinteacuteticas
Como se discutioacute previamente es posible que la ferritina pueda actuar como un precursor en
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la formacioacuten de magnetita biogeacutenica en el cuerpo humano quizaacute a traveacutes de una sobrecarga
de hierro en el nuacutecleo y la ruptura de la funcioacuten normal de la proteiacutena Esto estaacute avalado por la
evidencia de que haya magnetita dentro de la cavidad de la ferritina
Si la presencia de magnetita biogeacutenica en las placas de AD y tejido neurodegenerativo se
confirma tendriacutea consecuencias importantes para la comprensioacuten de la progresioacuten de las
enfermedades neurodegenerativas ndashincluso posiblemente tambieacuten su inicio- y permitiriacutea una
deteccioacuten y diagnoacutestico temprano
La magnetita biogeacutenica puede jugar un papel en el inicio y progresioacuten de la enfermedad
neurodegenerativa mediante la produccioacuten de radicales libres que dantildearan el tejido en el lugar
de la acumulacioacuten de magnetita Niveles elevados de hiero libre en el tejido cerebral afectado
de Alzheimer se han supuesto como posible causa de la degeneracioacuten neuronal a traveacutes de los
procesos de radicales libres viacutea reaccioacuten Fenton No obstante las nanopartiacuteculas de magnetita
y maghemita muestran tener un efecto sustancial en la generacioacuten de radicales libres
Experimentos anteriores demostraron que los complejos hierro-oxiacutegeno pueden ser un
catalizador maacutes efectivo para los radicales libres dantildeinos en los tejidos cerebrales que la
reaccioacuten Fenton
Estos efectos se han conseguido a traveacutes de campos magneacuteticos fuertes locales generados
mediante partiacuteculas de magnetita biogeacutenica que estabilizan estados triplet durante las
reacciones bioquiacutemicas que tienen lugar a su alrededor Esto conduce a la produccioacuten de
radicales libres que dantildeariacutean la membrana y cambios en los resultados de la reaccioacuten Incluso
campos magneacuteticos relativamente deacutebiles podriacutean influir fuertemente sobre los resultados de
la reaccioacuten Ademaacutes Fe(II) en la magnetita puede ser oxidado con facilidad (formando
maghemita) y este proceso junto con los efectos de campo magneacutetico local pueden influir en
la produccioacuten y agregacioacuten de β-amiloides Esto es particularmente relevante si se considera
que existen estudios que muestran que el hierro promueve la agregacioacuten de β-amiloides
peacuteptidos in vitro y que los β-amiloides potencian la formacioacuten de radicales libres al
estabilizarse el hierro ferroso [57]
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas
Ademaacutes de las implicaciones potenciales para la progresioacuten de la enfermedad existen tambieacuten
posibles beneficios en la presencia de magnetita en tejidos neurodegenerativos [57]
La
deteccioacuten temprana es uno de los objetivos principales en los esfuerzos de la investigacioacuten en
neurodegeneracioacuten y uno de los meacutetodos que se consideran actualmente es el uso de imaacutegenes
de resonancia magneacutetica MRI Habitualmente en pacientes maacutes avanzados las imaacutegenes MR
muestran regiones de hiperintensidad debida a la atrofia del aacuterea afectada del cerebro
Mientras que este meacutetodo puede ser bueno en la identificacioacuten de enfermedades
neurodegenerativas tales como el Alzheimer cuando se observa la enfermedad ya se ha
desarrollado significativamente desde sus estados iniciales
Si la magnetita estaacute presente en las placas y tejido neurodegenerativo estos meacutetodos podriacutean
adaptarse para buscar regiones en que hubiera acumulacioacuten de magnetita en sujetos que
puedan tener predisposicioacuten a estas enfermedades Ello podriacutea conducir a teacutecnicas para la
deteccioacuten de las enfermedades neurodegenerativas en una fase maacutes temprana que la posible
actualmente en que el tejido atrofiado ya se encuentra en estados avanzados de la enfermedad
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534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones
5341 Neurodegeneracioacuten con Acumulacioacuten de Hierro en el Cerebro
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011
[59] la neurodegeneracioacuten con acumulacioacuten
de hierro en el cerebro (NBIA) es un grupo de desoacuterdenes cognitivos y extrapiramidales
progresivos que incluyen el anteriormente denominado siacutendrome de Hallervorden-Spatz la
neuroferritinopatiacutea y la aceruloplasminemia El epoacutenimo original para esta enfermedad
reconocioacute el trabajo de los neuropatoacutelogos alemanes Julius Hallervorden y Hugo Spatz El
nuevo teacutermino NBIA es maacutes favorable a la luz de las poco eacuteticas actividades de Hallervorden
y Spatz antes y durante la Segunda Guerra Mundial
Las NBIAs estaacuten caracterizadas por la acumulacioacuten de hierro predominantemente en el globus
pallidus asiacute como esferoides axonales extensivas en varias regiones del cerebro Estudios
recientes indican muacuteltiples causas geneacuteticas y la enfermedad puede ocurrir tambieacuten sin un
respaldo geneacutetico evidente La forma geneacutetica maacutes frecuente es la pantotenato kinasa-2
asociado a neurodegeneracioacuten (PKAN) con una mutacioacuten en el gen de la pantotenato kinasa-2
(PKAN2) Otras formas estaacuten asociadas con una mutacioacuten en los genes de fosfolipasa A2
(PLA2G6) FTL (neuroferritinopatiacutea) CP (aceruloplasminemia) FA2H (hidroxilasa 2 de
aacutecido graso) y ATP13A2 (ATPasa tipo 13A2)
La PKAN claacutesica se caracteriza por su aparicioacuten a edad temprana y raacutepida progresioacuten a
menudo asociada con mutaciones sin sentido o de desplazamiento del marco Rasgos
caracteriacutesticos son distonia disartria parkinsonismo espasticidad hiperreflexia
retinopatiacutea pigmentaria y posibles impedimentos cognitivos La PKAN atiacutepica se
caracteriza por una aparicioacuten maacutes tardiacutea y lenta progresioacuten y a menudo estaacute asociada a
mutaciones sustitutivas de PANK2 La mayoriacutea de los individuos con PKAN muestran
acumulaciones de hierro cerebral en el GP y SN en escaneos MRI de T2-ponderados que
forman un grafo muy caracteriacutestico conocido como ldquoojo de tigrerdquo Maacutes recientemente se
ha demostrado que una regulacioacuten baja de PANK2 en ceacutelulas de cultivo alteroacute el status de
hierro con un gran incremento en la ferroportina ndash proteiacutean exportadora del hierro celular-
y decremento en la ferritina
Un segundo tipo de NBIA es causado por la mutacioacuten del gen PLA2G6 que codifica la
enzima fosfolipasa A2 independiente de calcio que cataliza la hidroacutelisis de los
glicerofosfoliacutepidos Defectos en la fosfolipasa A2 conducen a una serie de fenotipos Las
mutaciones PLA2G6 estaacuten asociados a praacutecticamente todos los casos de distrofia
neuroaxonal infantil pero soacutelo a unos pocos casos de neurodegeneracioacuten idiopaacutetica con
acumulacioacuten de hierro cerebral Las caracteriacutesticas cliacutenicas y neuropatoloacutegicos presentan
una conexioacuten entre PLA2G6 y PD
La aceruloplasminemia un desorden del metabolismo del hierro con ausencia completa de
la actividad de la ferroxidasa ceruloplasmina estaacute causado por mutaciones en el gen CP
que codifica la ceruloplasmina Curiosamente esta proteiacutena es conocida por asistir a la
ferroportina en el mecanismo de la exportacioacuten de hierro celular en el cerebro pero no
hay datos de coacutemo pueda afectar a la ferritina en el cerebro Las sentildeales neuroloacutegicas
tiacutepicas incluyen impedimento cognitivo dyskinesia craneofacial ataxia cerebelar y
degeneracioacuten retinal Ademaacutes los pacientes muestran ausencia de ceruloplasmina serica y
alguna combinacioacuten de las siguientes baja concentracioacuten de cobre serico baja
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concentracioacuten de hierro serico alta concentracioacuten de ferrtina serica e incremento de la
concentracioacuten de hierro hepaacutetico El diagnostico estaacute soportado por un MRI caracteriacutestico
que encuentra intensidades bajas anormales que reflejan la acumulacioacuten de hierro en el
cerebro (estriato taacutelamo nuacutecleo dentado) e hiacutegado en imaacutegenes ponderadas de T1 y T2
La neuroferritinopatiacutea es predominantemente un desorden en el movimiento heredado
caracterizado por la deposicioacuten de hierro y ferritina en el cerebro niveles de ferrtina de
serita baja o normal y valores cliacutenicos variables elevados Cliacutenicamente los siacutentomas
tienen un espectro muy amplio desde chorea a distonia o caracteriacutesticas parkinsonianas
tiacutepicas y perturbaciones de funciones cognitivas La neuroferritinopatiacutea es una enfermedad
de progresioacuten lenta que aparece en adultos caracterizada por la formacioacuten de agregados de
ferritina y agrupaciones de hierro en el cerebro y otros oacuterganos FTL es el uacutenico gen
actualmente conocido asociado a la neuroferritinopatiacutea La mayoriacutea de las mutaciones son
inserciones de uno o dos nucleoacutetidos en el gen FTL que causa un desplazamiento y
modifica el teacutermino-C de FTL Estas modificaciones alteran las propiedades fiacutesicas y
funcionales de las ferritinas causando un desequilibrio en la homeostasis de hierro del
cerebro
Las mutaciones patogeacutenicas en el gen FTL se cree que reducen la capacidad de la ferritina
para almacenar hierro resultando como consecuencia un exceso de hierro en las neuronas
cerebrales Estas ceacutelulas pueden responder produciendo maacutes ferritina en un intento de
gestionar el hierro libre El exceso de hierro y ferritina acumulado en el cerebro
particularmente en el ganglio basal provoca desoacuterdenes de movimiento y otros cambios
neuroloacutegicos vistos en la neuroferritinopatiacutea Las neuroferritinopatiacuteas representan una
evidencia directa de que los cambios en la estructura de la ferritina causan un
almacenamiento de hierro deficiente y pueden conducir a una neurodegeneracioacuten con
dantildeo neuronal probablemente causado por un exceso de hierro laacutebil maacutes que por los
agregados de hierro y ferritina
5342 La Enfermedad de Parkinson (PD)
La enfermedad de Parkinson PD es un desorden progresivo con un cuadro cliacutenico tiacutepico y
patologiacutea que involucra principalmente la SN con agregados de a-sinucleina y formacioacuten de
cuerpos de Lewy La hipoacutetesis de que el incremento de la concentracioacuten de hierro en la SN es
una de las causas de PD se formuloacute en 1989 [59]
Esta hipoacutetesis estaba soportada por los datos
experimentales que mostraban un incremento de hierro en la sustancia negra SN
parkinsoniana Pero tambieacuten se publicaron datos mostrando que no se incrementaba la
concentracioacuten de hierro en la SN parkinsoniana comparada con otras de control La tabla 11
presenta los resultados de varios estudios en que se evaluacutea la concentracioacuten del hierro total en
SN Parece que no hay una evidencia concluyente para un incremento sustancial de la
concentracioacuten de hierro total en SN parkinsoniano [59]
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control
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Esto no excluye un posible rol del hierro en el proceso ya que puede afectar no en su cantidad
total pero siacute en su forma como hierro laacutebil que dispara la neurodegeneracioacuten viacutea quiacutemica de
Fenton Al evaluar la concentracioacuten de hierro laacutebil en Parkinson y control de la SN se detectoacute
un incremento de hierro laacutebil Es importante destacar que la cantidad de este hierro laacutebil es
pequentildea sobre 12000 del total del hierro tanto en PD como en control
Una cuestioacuten importante es la fuente de hierro en PD para la reaccioacuten de Fenton En la
literatura se han considerado dos fuentes posibles neuromelanina y ferritina [59]
Neuromelanina La neuromelanina de la SN podriacutea jugar un papel doble Al inicio del
proceso la neuromelanina quelata el hierro en exceso pero con la progresioacuten de la
enfermedad cuando la concentracioacuten de hierro en la neuromelanina alcanza un nivel
criacutetico eacutesta libera el hierro causando estreacutes oxidativo Es difiacutecil confirmar esta hipoacutetesis
desde que el hierro se une a la neuromelanina durante la preparacioacuten de la muestra para la
determinacioacuten del hierro Tampoco el espectro de Moumlssbauer obtuvo ninguna sentildeal de
muestras no pretratadas de SN parkinsonianos ni de control que pudiera atribuirse a la
neuromelanina
Ferritina Una evidencia importante para la posible involucracioacuten de la ferritina en la
patogeacutenesis de la neurodegeneracioacuten en PD viene del MS El espectro de la ferritina en
PD muestra una asimetriacutea mayor que en los controles Esta diferencia no puede ser
relacionada a hierro que no sea de la ferritina ya que las concentraciones de este son
demasiado pequentildeas para ser detectadas mediante MS Por consiguiente puede postularse
que en PD el hierro de la SN es empacado dentro de la ceacutelula de ferritina de una manera
ligeramente diferente al de control que podriacutea ser debido a una diferencia en la estructura
de ferritina de PD frente a la de control Existe alguna controversia en la literatura en
cuanto al cambio de concentracioacuten de ferritina en SN parkinsoniano comparado con el de
control Aproximadamente 5 -10 de los individuos de maacutes de 60 antildeos tienen Cuerpos
de Lewy (LB) en su SN A estos sujetos se les refiere como casos incidentales de cuerpos
de Lewy (ILB) El ILB se cree que es un pre-siacutentoma del Parkinson Koziorowski y
alumnos encontraron bajas concentraciones de ferritina L en ILB y en PD comparado con
los controles La ferritina H en PD es mayor que en ILB y los controles
Bajos niveles de ferritina L en PD y ILB como en las mutaciones del gen FTL en
neuroferritinopatiacutea pueden reducir la capacidad de la ferritina para almacenar hierro
resultando una liberacioacuten del mismo En la neuroferritinopatiacutea las mutaciones en el gen
FTL afectan al plegamiento y estabilidad de la proteiacutena incrementando la sensibilidad y
capacidad del hierro intracelular para el estreacutes oxidativo y el dantildeo del DNA En general
se acepta que el estreacutes oxidativo juega un rol importante en la patogeacutenesis de PD
5343 La Paraacutelisis Supranuclear Progresiva (PSP)
La PSP es un desorden parkinsoniano atiacutepico asociado con la rigidez axial progresiva
paraacutelisis de la mirada vertical disartria y disfagia Sus sentildeales patoloacutegicas son atrofia peacuterdida
de neuronas y gliosis en el cortex ganglio basal y nuacutecleo del tronco encefaacutelico Las neuronas
afectadas muestran acumulacioacuten de ovillos neurofibrilares derivados de microtuacutebulos
asociados a la proteiacutena tau a la que estaacute asociada la ferritina A diferencia de PD PSP no ha
sido estudiada intensamente para el hierro Se demostroacute en los primeros estudios que habiacutea un
incremento del total de concentracioacuten de hierro en la SN de PSP utilizando el espectroscopio
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de plasma acoplado inductivamente y se sugirioacute en estudios maacutes recientes la posibilidad de
que hubiera un exceso de hierro en el ganglio basal de estos pacientes utilizando
nanodifraccioacuten electroacutenica y microscopiacutea electroacutenica de alta resolucioacuten Ademaacutes un estudio
de MS encontroacute un incremento de un 50 de la concentracioacuten total de hierro en GP y SN
aislada de cerebros PSP sobre los de control Hay una correlacioacuten significativa entre la
concentracioacuten de hierro en GP y SN en cerebros de PSP que sugiere un mecanismo similar de
destruccioacuten en ambas estructuras [59]
El coeficiente de asimetriacutea del espectro de Moumlssbauer
era significativamente superior en GP de PSP que en GP de control que puede reflejar la
cristalizacioacuten diferente del hierro dentro de la ferritina en PSP
5344 La Enfermedad de Alzheimer (AD)
Se trata de un desorden neurodegenerativo progresivo que afecta a las funciones cognitivas
El cortex del hipocampo es el aacuterea del cerebro mayormente afectada en la fase temprana de la
enfermedad asiacute como el estreacutes oxidativo Smith y alumnos encontraron acumulaciones de
hierro en placas seniles y ovillos neurofibrilares en cerebros de pacientes AD Se podriacutea
especular que como el cortex hipotalaacutemico estaacute ya fisioloacutegicamente en alto riesgo de estreacutes
oxidativo la desregulacioacuten de hierro podriacutea ser el punto de inicio en esta enfermedad
neurodegenerativa con cambios en los niveles de ferritina que pueden conllevar un
incremento de la capacidad de hierro para la reaccioacuten de Fendon Galazka-Friedman y
colaboradores utilizaron diferentes meacutetodos para evaluar el hierro y los compuestos ligados al
hierro en los tejidos Hip humanos Los resultados de estos estudios se presentan en la tabla
12
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras cerebrales
Los paraacutemetros de Moumlssbauer obtenidos para todas las muestras sugeriacutean que la mayor parte
del hierro estaacute asociado a la ferritina La concentracioacuten media de hierro determinada por MS
en las muestras Hip de Alzheimer determinadas por absorcioacuten atoacutemica eran mayores que las
de control Las concentraciones de las cadenas H y L de ferritina en Alzheimer eran ambas
superiores a las de control
Connor y alumnos [62]
tambieacuten encontraron que el ratio HL en el cortex era mayor que en la
sustancia negra y se detectoacute una disminucioacuten de la concentracioacuten de la ferritina L en el cortex
y en la sustancia negra en pacientes con Alzheimer y Parkinson La disminucioacuten en la
concentracioacuten de ferritina L en el cortex de pacientes con Alzheimer fue mayor que en la
sustancia negra de pacientes con Parkinson
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6 LA MAGNETITA MINERAL
En este capiacutetulo una vez realizada la introduccioacuten a los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro se
presenta la magnetita como mineral su generacioacuten geoloacutegica natural sus propiedades
generales cristalograacuteficas fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas asiacute como propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas cerrando el capiacutetulo con algunas de sus principales aplicaciones
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL
La geacutenesis geoloacutegica natural de la magnetita tiene lugar en un origen magmaacutetico accesorio en
casi todas las rocas baacutesicas y otros como por diferenciacioacuten magmaacutetica pegmatiacutetico
neumatoliacutetico de metamorfismo de contacto exhalativo volcaacutenico hidrotermal y
sedimentario
En cuanto a yacimientos de magnetita eacutesta es frecuente en ambientes de tipos diversos Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna Suecia
En Espantildea [63]
- Los cristales octaeacutedricos mejor formados presentando recrecimientos se encuentran en
San Pablo de los Montes (Toledo) como producto de meteorizacioacuten y en placeres
- Econoacutemicamente los yacimientos maacutes importantes radican en los Cotos Wagner y Vivaldi
de la provincia de Leoacuten
- Estaacute citado en las arenas de las riacuteas gallegas principalmente en la de Vigo y Viveros
(Pontevedra)
- Tambieacuten de igual forma en las playas de Marbella (Maacutelaga) y Cabo de Gata (Almeriacutea)
- De cierta importancia es la mineralizacioacuten de Cala (Huelva) lo mismo que las de la
provincia de Sevilla y las de Burguillos del Cerro (Badajoz)
- Cabe destacar tambieacuten El Escorial (Madrid) Jerez de los Caballeros y Zafra (Badajoz)
Naralaacutezaro (Sevilla) Os Civis (Leacuterida) Campos (Asturias) Cehegiacuten (Murcia) y Sierra
Almagrera (Almeriacutea)
En la Regioacuten de Murcia [64]
- En la Sierra de Cartagena se localizan mineralizaciones masivas en el denominado manto
silicatado o de magnetita que se caracteriza por su contenido en sulfuros siderita cuarzo y
greenalita entre otros Algunos ejemplares de estas zonas son muy magneacuteticos por lo que
pueden ser considerados como imanes naturales
- En el Cabezo Gordo (Torre Pacheco) aparecen importantes mineralizaciones en las rocas
metamoacuterficas del complejo Nevado-Filaacutebride junto con otros oacutexidos e hidroacutexidos de
hierro donde hay ejemplares masivos y octaedros de hasta 2 cm Algo semejante ocurre en
algunas minas de la Sierra de Enmedio (Lorca) aquiacute aparecen ejemplares masivos
asociados a mineralizaciones de oligisto y goethita en rocas del complejo Alpujaacuterride
- En los materiales triaacutesicos (facies Keuper) del norte de Ulea aparecen cristales octaeacutedricos
aislados de cerca de los 3 cm
- Pero el yacimiento maacutes importante de este mineral en la regioacuten se localiza en Cehegiacuten
donde aparecen importantes mineralizaciones asociadas a ofitas Fueron objeto de diversas
explotaciones cuyos restos se localizan desde el paraje del Chaparral hasta los Bantildeos de
Gilico En esta zona la magnetita aparece asociada a pirita y calcopirita o a cloritas
localizaacutendose masas granulares con pequentildeos octaedros y rombododecaedros de tamantildeo
centimeacutetrico en las fracturas de la ofita
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62 DEFINICIOacuteN
La magnetita Fe3O4 es un mineral
[65] negro
ferrimagneacutetico que contiene tanto FeII como Fe
III
constituido por oacutexido ferroso-difeacuterrico (veacuteanse las
figuras 19a y 19b) Junto con la titanomagnetita es el
responsable de las propiedades magneacuteticas de las rocas
objeto de los estudios paleomagneacuteticos Es caracteriacutestico
que este material tenga propiedades magneacuteticas en su
estado puro (veacutease la figura 19c)
Designacioacuten La magnetita pertenece a la categoriacutea de
los minerales oacutexidos del grupo de las espinelas
Etimologiacutea [66]
Probablemente derivada del nombre de
la localidad griega de Magnesia en Macedonia Una
faacutebula de Plinio atribuiacutea el nombre al de un pastor de
nombre Magnes que descubrioacute el mineral al observar
que se adheriacutea a los clavos de su calzado
Sinoacutenimos ICSD 65339 piedra imaacuten (cuando se
presenta con polaridad natural) piedra de Heacutercules
mineral de hierro magneacutetico PDF 19-629 Eacutestos reflejan
la diversidad de disciplinas que se han podido interesar
en este mineral
Seguacuten la Asociacioacuten Mineraloacutegica Internacional (IMA)
la magnetita se clasifica como
Especies vaacutelidas (Pre-IMA) 1845
Clasificacioacuten de Strunz 4BB05
Clasificacioacuten de Dana 07020203
Foacutermula aprobada Fe2+
(Fe3+
)2ordm4
Figura 19 Magnetitas
19a Magnetita
Figura 19b Magnetita de Isla de
Ischia (Italia)
Figura 19c Magnetita de
Cartagena (Espantildea)
Forma de presentarse Mineral accesorio comuacuten en rocas iacutegneas y metamoacuterficas Puede ser
producido biogeacutenicamente por una amplia variedad de organismos Frecuentemente en
cristales octoeacutedricos raramente en dodecaeacutedricos Masivo o diseminado en agregados
granudos compactos tambieacuten en arenas sueltas magneacuteticas de color pardo oscuro Una
variedad particular la constituye la valentinesita combinacioacuten de magnetita con cuarzo
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63 PROPIEDADES GENERALES
631 La Moleacutecula de la Magnetita
La magnetita [3]
difiere de la mayoriacutea del resto de oacutexidos de hierro en que es un oacutexido mixto
de FeII y Fe
III Su foacutermula es Fe3O4 Fe
2+OFe2
3+O3 o como Y[YX]O4 donde X = Fe
II Y =
FeIII
y los corchetes denotan ubicaciones octaeacutedricas (M ubicaciones) Entre el FeII y el Fe
III
se distribuyen 8 ubicaciones tetraeacutedricas (T ubicaciones) donde los iones trivalentes
ocupan ambas ubicaciones tetraeacutedricas y octaeacutedricas
En la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
En la figura 20(izquierda) se representa una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3
octaedros y 2 tetraedros mientras que en la figura 20(derecha) la configuracioacuten es tan soacutelo
de 2 octaedros y 1 tetraedro
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y
2 tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro
632 La Celda Unitaria de la Magnetita
Los principales detalles de la estructura de la
magnetita se establecieron en 1915 siendo uno
de las primeras estructuras minerales a las que
se aplicaron los rayos X La magnetita [3]
presenta estructura cristalina de espinela
inversa -que puede observarse en la figura 21-
y es isoestructural con otros compuestos como
el Jacobsite (FeIII
MnII Fe
III O4)
Magnesioferrita (Fe Mg Fe O4) y Ulvoespinela
(Fe2 Ti O4) Existen sustituciones de Fe por
magnesio y manganeso El vanadio tambieacuten
puede reemplazar al hierro dando lugar a la
Coulsonita
Figura 21 Estructura del grupo de la
espinela
Algunas de sus caracteriacutesticas son
Sistema cristalino Cuacutebico
o Clase normal o hexoctaedro
o Siacutembolo H-M 4m 2m o m3m (3 ejes cuaternarios + 3 planos de simetriacutea
perpendiculares + 4 ejes ternarios + 6 ejes binarios + 6 planos de simetriacutea
O Oxiacutegeno
Fe Hierro (octaedro)
Fe Hierro (tetraedro)
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perpendiculares + 1 centro de simetriacutea)
o Red de Bravais cuacutebica centrada en las
caras (F) como se muestra en la figura
22 Tiene una celda unitaria cuacutebica
centrada en las caras de 32 iones O2-
que se distribuyen regularmente en
paquetes cerrados cuacutebicos a lo largo del
[111]
o Grupo espacial Fd3m
Dimensiones de celda
o La longitud de la arista de la celda
unitaria es a = 08396nm 83963Aring
Unidades de foacutermula por unidad de celda
o Z = 8 La celda unitaria contiene 8
moleacuteculas de magnetita
El volumen de la celda unitaria es V =
59080 Aring3
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada
en caras
En esta estructura la
mitad de los cationes de
FeIII
ocupan huecos
tetraeacutedricos mientras que
la otra mitad de los
cationes FeIII
y todos los
FeII ocupan huecos
octaeacutedricos Estos huecos
tetraeacutedricos y octaeacutedricos
se generan debido al
empaquetamiento de
aniones oacutexido seguacuten el
esquema representado en
la figura 23 Figura 23 Celda unitaria de la magnetita
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633 Cristalizacioacuten
El octaedro (figura 24) es una forma compuesta de 8 triaacutengulos
equilaacuteteros Dichas caras en forma de triaacutengulos interceptan a los
tres ejes cristalograacuteficos a la misma distancia su forma de
notacioacuten de 111 Los minerales comuacutenmente exhiben la
misma forma octaeacutedrica simple como es el caso de la magnetita
y tambieacuten de la cromita franklinita espinela pirocloro cuprita
oro y diamante En ocasiones la fluorina pirita y galena toman
esta forma
Figura 24 Octaedro
La magnetita geoloacutegica natural se presenta comuacutenmente [3]
como cristales octaeacutedricos
limitados por planos 111 y menos frecuentemente rombo-dodecaeacutedricos aunque puede
presentarse en otras formas (figura 25) La simetriacutea ocurre sobre el plano 111
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble
634 Algunas Propiedades Baacutesicas
Propiedades Oacutepticas Existen diferentes sistemas para cuantificar el color y asistir en la
comparacioacuten de colores entre los maacutes importantes existen dos sistemas de CIE-Lab y la
clasificacioacuten de colores de Munsell Brevemente los sistemas CIE estaacuten basados en el
principio de la tricromaticidad debido a que el ojo humano responde a soacutelo 3 componentes de
color correspondientes a los valores de triestiacutemulo X Y y Z Los valores de triestiacutemulo
pueden ser computerizados a partir del espectro reflejante y pueden convertirse
matemaacuteticamente a coordenadas para crear un espacio de color uniforme En el sistema CIE-
LAB estas coordenadas cartesianas son L(brillo o valor) a(rojo-verde) y b(amarillo ndash
azul) de forma que todos los colores pueden expresarse como combinacioacuten de L a y b
Existen instrumentos para una medida raacutepida de las componentes L a y b La saturacioacuten
de color viene dada por y el matiz por el arctan (ba)
En las ciencias geoloacutegicas el color se mide habitualmente utilizando el sistema de
clasificacioacuten de Munsell [3]
Este sistema define el color en funcioacuten del matiz H (posicioacuten del
color en el espectro) cantidad o croma C (pureza del matiz desde el gris al color puro) y valor
V(brillo del color en una escala que va desde el blanco al negro)
Color Negro grisaacuteceo negro metaacutelico
o Seguacuten la clasificacioacuten de Munsell negro
o Color RL (reflected light) Gris con tinte marroacuten
Raya Negra
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Brillo Metaacutelico
Iacutendice de refraccioacuten n =242
Isotroacutepico
Transparencia Opaco
Luminiscencia no fluorescente
El moacutedulo de Young o de elasticidad de la magnetita cristalina simple Fe3O4 es Emagn = 248
GPa en la direccioacuten lt111gt 230 GPa en la direccioacuten lt110gt y 208 GPa en la direccioacuten
lt110gt En su forma policristalina Emagnpc = 2258 GPa y se constata una disminucioacuten del
moacutedulo de Young en presencia de Co o Mn
Dureza 55 a 6 Hoja de cuchillo Ortoclase
Densidad 518 gcm3
Exfoliacioacuten Imperfecta Fractura Sub concoidea - Fracturas desarrolladas en materiales
fraacutegiles caracterizados por un punto y superficies curvas Tenacidad quebradiza
Radiactividad GRapi = 0 (Gamma Ray American Petroleum Institute) La magnetita no es
radiactivo
Peso molecular 23154 gm
La magnetita pulverizada es soluble en clorhiacutedrico concentrado
Composicioacuten
Contiene el 3103 de FeO y el 6897 Fe2O3
Hierro 7236 Fe 3103 FeO
6897 Fe2O3
Oxiacutegeno 2764 O
________ _______
10000 10000 = TOTAL OXIDO
Punto de fusioacuten 1583 a 1597 oC
Punto de ebullicioacuten 2623 oC
Calor de fusioacuten 13816 KJmol
Calor de descomposicioacuten 6050 KJmol
Calor de vaporizacioacuten 298 KJmol
Energiacutea libre estaacutendar de formacioacuten Δ -10126 KJmol
Producto de solubilidad log (Fe+2
)3 (H)
8 (e
-)2 357
Sustitucioacuten de cationes [3]
Aunque la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica debido a un submallado de FeIII
con
deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede tambieacuten ser reemplazado parcial o
completamente por otros iones divalentes como el MnII Ni
II Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
El ajuste de los iones hueacutespedes en las estructura es asistido por la flexibilidad del oxiacutegeno
que lo rodea el cual puede expandirse o contraerse para acomodar cationes que difieran en
tamantildeo al FeII La sustitucioacuten de cationes viene acompantildeada de cambios en la longitud de la
arista de la celda unitaria
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En la siacutentesis de magnetitas [3]
se sintetizaron magnetitas sustituidas que conteniacutean maacutes de
001 metales de transicioacuten a 90 oC Las curvas de disolucioacuten indicaban que Co Ni y Zn se
distribuiacutean aleatoriamente dentro de la estructura y reemplazaban el FeII octaeacutedrico En
contraste a lo anterior Cu Mn y Cd se concentraban cerca de la superficie de los
cristales Tras convertir estas magnetitas a maghemita se formaba alrededor del cristal una
zona libre exterior a partir de los elementos de traza indicando que el Fe oxidado habiacutea
migrado y formado una nueva capa de maghemita dejando los elementos de traza en el
interior
Cuando se convirtioacute la magnetita a hematite los elementos de traza divalentes eran
expulsados debido a su valencia y tamantildeo y se concentraban en las capas superficiales
del oacutexido mientras que Cr y Mn compatibles con la estructura corundum permaneciacutean
en la hematite
Las magnetitas sustituidas [3]
preparadas a pH 12 desde ferrihidrita conteniacutean maacutes de 01
molmol de Mn Cu Co o Ni Los productos proporcionaron desde magnetitas con bajos
niveles de sustitucioacuten a totalmente sustituidas MFe2O4 (ferritas)
Cuando en la magnetita hay sustituciones de Ca aumenta la arista de la celda unitaria y si
hay sustituciones de aluminio disminuye el tamantildeo de la celda y baja el punto de Curie [3]
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral
La magnetita fue el primer material magneacutetico que el hombre observoacute en la naturaleza y el
primero que utilizoacute tecnoloacutegicamente al introducir con su uso mejoras cruciales en los
sistemas de orientacioacuten para la navegacioacuten (en particular con el desarrollo de la bruacutejula) Es
uno de los oacutexidos de hierro maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentra naturalmente en
muy diversos ambientes razoacuten por la cual presenta intereses especiales en diferentes campos
como se pretende ilustrar con alguacuten detalle a continuacioacuten
Importante mena de hierro Junto con la hematita es una de las menas maacutes importantes al
contener un 72 de hierro (es el mineral con maacutes contenido en hierro)
Como material de construccioacuten se usa como antildeadido natural de alta densidad en
hormigones especialmente para proteccioacuten radioloacutegica
En calderas industriales la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas
aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire huacutemedo a temperatura ambiente se
oxide lentamente y forme oacutexido feacuterrico Esta estabilidad de la magnetita a altas
temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera Es por
ello que se hacen tratamientos quiacutemicos en las calderas industriales que persiguen formar
en el interior de los tubos capas continuas de magnetita
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas
La configuracioacuten electroacutenica [3]
del Fe+3
es 1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 mientras que la del Fe
+2 es
1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
6 Para los oacutexidos de hierro son precisamente los electrones del Fe de la
capa 3d los que determinan sus propiedades electroacutenicas magneacuteticas e inclusive algunas
espectroscoacutepicas de ahiacute que los orbitales con estos electrones tengan un mayor intereacutes
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Un orbital es la regioacuten del espacio ocupada por un electroacuten simple o por un par de electrones
Seguacuten el principio de exclusioacuten de Pauli el maacuteximo nuacutemero de electrones en un orbital
cualquiera es 2 y donde esto se consigue los electrones han de tener spin (momento angular
intriacutenseco) opuesto El spin del electroacuten influye fuertemente en las propiedades magneacuteticas
de un compuesto
Hay 5 orbitales d disponibles cada uno con una orientacioacuten espacial diferente En un aacutetomo
aislado estos 5 orbitales estaacuten degenerados por ejemplo sus energiacuteas son iguales En el nivel
maacutes bajo de energiacutea el Fe3+
tiene 5 electrones d desapareados y el Fe2+
tiene 2 electrones
apareados y 4 desapareados
En relacioacuten con su estructura los dos lugares de catioacuten diferentes ndash (A) tetraeacutedrica ocupada
por Fe3+
y (B) octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados
magneacuteticos interpuestos La estructura espinela inversa de la magnetita resulta del hecho de
que el CFSE (crystal field stabilitation energy) del Fe2+
es mayor para la coordinacioacuten
octaeacutedrica que para la tetraeacutedrica asiacute que el Fe2+
ocupa preferentemente los lugares
octaeacutedricos Para el Fe3+
el CFSE es cero tanto para la coordinacioacuten octaeacutedrica como para la
tetraeacutedrica de forma que este ioacuten no tiene preferencia alguna por el tipo de coordinacioacuten
El principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos En los
uacuteltimos sitios los electrones estaacuten teacutermicamente deslocalizados sobre los iones de Fe2+
y
Fe3+
Es esta deslocalizacioacuten la responsable de la alta conductividad de la magnetita
Densidad electroacutenica 489 gmcc
Iacutendice de fermiones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten semientero responsable de casi toda
la masa) 001
Iacutendice de bosones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten entero) 099
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eleacutectrico o magneacutetico la
presioacuten la radiacioacuten que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre
El hematite wuumlstite maghemita y magnetita son semiconductores [3]
En concreto la
magnetita muestra casi todas las propiedades metaacutelicas Para que un compuesto sea
semiconductor la caracteriacutestica principal es que la separacioacuten entre la banda de valencia de
los orbitales y la banda de conduccioacuten sea menor de 5 eV y esta condicioacuten se encuentra para
los oacutexidos anteriores
En la mayoriacutea de los oacutexidos de hierro con propiedades semiconductoras la excitacioacuten
electroacutenica se consigue por irradiacioacuten con luz visible de un longitud de onda adecuada (1 eV
= 1000 cm-1
- fotoconductividad)
Fotoelectricidad de la magnetita
Efecto de absorcioacuten fotoeleacutectrico (Pe) 2214 barnselectron
Pe = (Z36
10)00025 Z = Nuacutemero atoacutemico del aacutetomo
Pemin = Ai = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i en el mineral
Zi = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i Pi = valor Pe del aacutetomo i
Efecto fotoeleacutectrico (U) Pemin x ρe (densidad electroacutenica) = 10832 barnscc
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En un semiconductor intriacutenseco por ejemplo cuando el cristal se encuentra a temperatura
ambiente algunos electrones pueden absorber la energiacutea necesaria para saltar a la banda de
conduccioacuten dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia Obviamente el
proceso inverso tambieacuten se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado
energeacutetico correspondiente a la banda de conduccioacuten a un hueco en la banda de valencia
liberando energiacutea A este fenoacutemeno se le denomina recombinacioacuten
Sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacioacuten de pares e-h y de
recombinacioacuten se igualan de modo que la concentracioacuten global de electrones y huecos
permanece constante Siendo n la concentracioacuten de electrones (cargas negativas) y p la
concentracioacuten de huecos (cargas positivas) se cumple que ni = n = p
A ni se le denomina concentracioacuten intriacutenseca del semiconductor y es funcioacuten exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento
Si a un semiconductor intriacutenseco se le antildeade un pequentildeo porcentaje de impurezas es decir
elementos trivalentes o pentavalentes el semiconductor se denomina extriacutenseco y se dice
que estaacute dopado
Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones)
Un semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos)
La magnetita puede considerarse como casi un metal deficiente con huecos en los espacios
octaeacutedricos Como semiconductor tanto tipo p como n [3]
presenta una barrera de energiacutea
potencial de tan soacutelo 01 eV (de ahiacute que la magnetita tenga la resistividad maacutes baja de todos
los oacutexidos) siendo su longitud de onda de excitacioacuten de 103 cm
-1
Su conductividad de entre 102-10
3 Ω
-1 cm
-1 es casi metaacutelica En la arista del octaedro
compartido los iones de Fe2+
y Fe3+
en las posiciones octaeacutedricas estaacuten muy cercanos y
como resultado los huecos pueden migrar faacutecilmente de Fe2+
a Fe3+
y facilita una buena
conductividad
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura
A temperaturas por encima de TV~120 K (llamada temperatura de Verwey) los electrones en
los sitios octaeacutedricos se encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones Fe3+ y Fe2+
(en el fenoacutemeno conocido como electron hopping) lo que da lugar a la alta conductividad
eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas
(TVerwey = 120K ~ 153C) lt T lt (859K ~ 586C)
En la figura 26 puede observarse [67]
coacutemo la conductividad en (Ω cm)-1
aumenta significativamente (pasando
de menos de 50 a 250) hasta
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aproximadamente los 400K en que
comienza a disminuir en menor grado
hasta que pierde su comportamiento
ferrimagneacutetico a la temperatura de
859K con un valor proacuteximo a 200 A
temperaturas superiores el valor de la
conductividad se estabiliza En 1939
el cientiacutefico holandeacutes Evert Verwey [67]
descubrioacute que la conductividad
eleacutectrica de la magnetita disminuye
abrupta y dramaacuteticamente a bajas
temperaturas A unos -150 degC el
mineral metaacutelico se convierte en un
aislante
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita con la temperatura
Por debajo de la temperatura de Verwey se produce un ordenamiento de la configuracioacuten de
los iones de Fe2+
y Fe3+
en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten electroacutenica
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica
La anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita aumenta desde la temperatura de
transicioacuten (1194 plusmn 03 K) a 95K para permanecer praacutecticamente constante [68]
a temperaturas
inferiores La figura 27 representa la anisotropiacutea de la conductividad de una muestra de
magnetita de cristales sinteacuteticos formando una barra rectangular de 1cm de longitud y paralela
a la direccioacuten [110] tras enfriarla en dos campos magneacuteticos de orientacioacuten diferente Sin
embargo por encima de la transicioacuten la conductividad eleacutectrica de la magnetita presentoacute
propiedad isotroacutepica La figura 28 muestra la conductividad entre la temperatura ambiente y
la de transicioacuten para dos muestras con forma de barra rectangular en las direcciones [111] y
[110]
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita a bajas temperaturas
Figura 28 Isotropiacutea de la
conductividad de la magnetita a
temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la
temperatura de transicioacuten
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Se destaca que a temperaturas proacuteximas a la del cuerpo humano (37degC aproximadamente
310K) la variacioacuten de la conductividad respecto a la temperatura sigue siendo significativa
con un valor aproximado a 25 103 Sm que lo ubica dentro del rango de los conductores
eleacutectricos casi metaacutelicos [69]
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo
Los principales paraacutemetros utilizados para caracterizar las propiedades magneacuteticas de los
soacutelidos son la susceptibilidad magneacutetica la permeabilidad y el momento magneacutetico [3]
Cuando una sustancia se situacutea dentro de un campo magneacutetico de fuerza H (unidades Teslas)
la intensidad de magnetizacioacuten J (por ejemplo el momento magneacutetico de la muestra por
unidad de volumen [A m-1
o J T-1
m-3
] se relaciona con H a traveacutes de la susceptibilidad
magneacutetica k de la sustancia J = k H
La susceptibilidad magneacutetica puede expresarse en teacuterminos de volumen como k (m3
m-3
o J
T-2
m-3
) o de masa χ (m3 kg
-1 o J T
-2 kg
-1)
La densidad o flujo de las liacuteneas de fuerza en un soacutelido situado en un campo magneacutetico H se
denomina induccioacuten magneacutetica B definida seguacuten la siguiente relacioacuten B = μ (H + J)
La tendencia de las liacuteneas magneacuteticas de fuerza a pasar a traveacutes de un medio en relacioacuten a la
tendencia a pasar a traveacutes del vaciacuteo es la permeabilidad magneacutetica μ Este es uno de los
paraacutemetros que distingue un material diamagneacutetico de una sustancia paramagneacutetica
La permeabilidad se define como μ = μo (1 + k) donde μo es la permeabilidad en el vaciacuteo
La permeabilidad magneacutetica [70]
es la relacioacuten entre la induccioacuten magneacutetica y la intensidad
del campo magneacutetico es respecto al magnetismo lo que la conductividad es respecto a la
electricidad Es una propiedad del material y asiacute cuando se emplean fuentes electromotrices
(EM) el voltaje inducido en un conductor bajo la superficie variacutea no soacutelo en la relacioacuten del
campo magneacutetico sino tambieacuten con la permeabilidad magneacutetica del conductor De la
ecuacioacuten de Maxwell nabla se desprende que las corrientes inducidas son
multiplicadas por el factor en Hm (henrios por metro)
El momento magneacutetico m es un teacutermino utilizado para cuantificar las propiedades magneacuteticas
de una sustancia No se mide directamente pero se obtiene de la medida de la susceptibilidad
molar con la que se relaciona de la siguiente forma
χ = μ0
donde N es el nuacutemero de Avogadro y k la constante de Boltzman El momento magneacutetico
fundamental es el magnetoacuten de Bohr β tal que
β =
= 92732 10
-24 A m
2
donde e y me son la carga y masa del electroacuten respectivamente
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La expresioacuten del momento magneacutetico puede reducirse a m = 283
Las unidades del momento magneacutetico son JuliosTesla aunque a veces se expresa en
magnetones de Bohr
652 Tipos de Magnetismo
La figura 29 representa los diferentes tipos de magnetismo
[3] El diamagnetismo es la
propiedad baacutesica de tolas sustancias a repeler un campo magneacutetico La susceptibilidad
magneacutetica k de una sustancia diamagneacutetica es pequentildea negativa e independiente de la
temperatura (-10-6
)
Figura 29 Tipos de magnetismo
a) ferromagnetismo b) antiferromagnetismo c) ferrimagnetismo d) esperomagnetismo
Las sustancias paramagneacuteticas son atraiacutedas hacia un campo magneacutetico Dichas sustancias
poseen electrones no pareados que estaacuten aleatoriamente orientados en diferentes aacutetomos
Cada aacutetomo ioacuten o moleacutecula de una sustancia paramagneacutetica puede visualizarse como un
pequentildeo imaacuten con su propio momento magneacutetico inherente La aplicacioacuten de un campo
magneacutetico causa un alineamiento parcial de estos imanes paralelos al campo La
susceptiblidad magneacutetica es positiva y pequentildea (0 a 001) variacutea con la temperatura y su
comportamiento puede describirse seguacuten la ley de Curie-Weiss
χM =
siendo CM y TC la constante de Curie y la temperatura de Curie respectivamente y T es la
temperatura
La dependencia de la temperatura de χM es el resultado de dos fuerzas opuestas cuando la
temperatura aumenta la alineacioacuten incrementada por los momentos magneacuteticos enla
sustancia se opone mediante vibraciones teacutermicas maacutes fuertes de ahiacute que χM decrezca Bajo
una cierta temperatura (Neacuteel o Curie) que depende de cada oacutexido los oacutexidos de hierro
transitan hacia un estado ordenado magneacuteticamente y se convierten en ferromagneacuteticos
anitferromagneacuteticos ferrimagneacuteticos o esperomagneacuteticos
La temperatura de transicioacuten se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagneacuteticos y
ferrimagneacuteticos y temperatura de Neacuteel (TN) para sustancias antiferromagneacuteticas
Las sustancias ferro y ferrimagneacuteticas son fuertemente atraiacutedas por un campo magneacutetico En
una sustancia ferromagneacutetica la alineacioacuten de los spines de los electrones es paralela Tienen
un momento magneacutetico neto gran permeabilidad magneacutetica y susceptibilidad magneacutetica
positiva y de valores altos (001 ndash 106) Al aumentar la temperatura los momentos
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magneacuteticos y la susceptibilidad bajan raacutepidamente
En sustancias antiferromagneacuteticas los spines de los electrones tienen momentos magneacuteticos
iguales y estaacuten alineados de una forma antiparalela Tienen un momento magneacutetico global 0
permeabilidad positiva y una positiva pero baja susceptibilidad (0 ndash 01) Al incrementar la
temperatura normalmente aumenta la susceptibilidad debido a que el ordenamiento
antiparalelo se desequilibra
Las sustancias ferrimagneacuteticas tienen en comuacuten con las antiferromagneacuteticas en que existe
antiparalelismo pero los diferentes spines tienen momentos diferentes de forma que un
material ferrimagneacutetico tienen un momento magneacutetico resultante
El supermagnetismo resulta de una anisotropiacutea magneacutetica por ejemplo debido a la existencia
de direcciones cristalograacuteficas preferidas a lo largo de las cuales los spines de los electrones
se alinean maacutes faacutecilmente y la sustancia se magnetiza con maacutes facilidad La direccioacuten
preferida para esta faacutecil magnetizacioacuten es a lo largo del eje o juego de ejes cristalograacuteficos
por ejemplo para la magnetita a lo largo de las direcciones [111]
El esperomagnetismo es una propiedad por la que algunos materiales amorfos o pobremente
ordenados que contienen enlaces metal-O-metal que si el metal lleva momento magneacutetico
puede dar soporte a reaccione de super-intercambio
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita
El fuerte magnetismo de la magnetita se debe a un fenoacutemeno de ferrimagnetismo los
momentos magneacuteticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran
fuertemente acoplados por interacciones antiferromagneacuteticas pero de forma que en cada
celda unidad resulta un momento magneacutetico no compensado La suma de estos momentos
magneacuteticos no compensados fuertemente acoplados entre siacute es la responsable de que la
magnetita sea un imaacuten [3]
Temperatura de Curie 859 oK (a partir de la cual el material pasa a ser paramagneacutetico)
Magnetizacioacuten de saturacioacuten (σS a 300 K) 92 - 100 A m2 kg
-1 o J T
-1 kg
-1
Constante de anisotropiacutea (Keff) 104 ndash 10
5 J m
-3
Constante de restriccioacuten magneacutetica (λ) 35 10-6
Susceptibilidad magneacutetica (K = MH) en el SI 1200x103 a 19200x10
3
Los dos lugares de catioacuten diferente en la estructura ndash (A) tetraeacutedrica ocupada por Fe3+
y (B)
octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados magneacuteticos
interpuestos Por debajo de TC los momentos magneacuteticos de los sitios A y B son antiparalelos
y en suma las magnitudes de los tipos de estos momentos magneacuteticos son desiguales
causando el ferrimagnetismo La disposicioacuten de spin se escribe como Fe3+
[Fe3+
Fe2+
] O4 El
principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos
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654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura
El comportamiento ferrimagneacutetico de la magnetita ocurre a temperatura ambiente por debajo
de la Temperatura de Curie TC que en el caso de la magnetita es de 859 K Por encima de
eacutesta el material tiene un comportamiento paramagneacutetico
El paramagnetismo se produce cuando las moleacuteculas de una sustancia tienen un momento
magneacutetico permanente El campo magneacutetico externo produce un momento que tiende a
alinear los dipolos magneacuteticos en la direccioacuten del campo La agitacioacuten teacutermica aumenta con la
temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magneacutetico En las sustancias
paramagneacuteticas la susceptibilidad magneacutetica es positiva pero muy pequentildea comparada con la
unidad
En la figura 30 se representa el valor
inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura
tanto para MnFe2O4 como para la
magnetita Fe3O4 [71]
Las asiacutentotas
para altas temperaturas se exponen
con pendientes acordes a las
constantes de Curie Puede
observarse coacutemo la susceptibilidad
de la magnetita toma valores
proacuteximos a 002 para 900K y 001
para 1000K como se indicaba
anteriormente valores positivos pero
muy pequentildeos comparados con la
unidad
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura para MnFe2O4 y
Fe3O4
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7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS
Las nanopartiacuteculas [72]
son partiacuteculas cuya caracteriacutestica principal es su tamantildeo que es del
orden del nanoacutemetro esto es 10-9
metros hasta unos 100nm Como referencia los aacutetomos
pueden estar entre los 01 a 04 nm
La sola caracteriacutestica del tamantildeo hace variar otras caracteriacutesticas que se asumiacutean como
propias del elemento o material especiacutefico Un ejemplo que puede aportar una idea
significativa es el de una macropieza de metal en una esfera de 2cm de diaacutemetro soacutelo una
pequentildeiacutesima proporcioacuten de ella (1 entre 10 millones de aacutetomos) forman la capa superficial En
una partiacutecula nanomeacutetrica de 10 nm de diaacutemetro el 10 de sus aacutetomos estaacuten en la capa
superficial y esto se incrementa hasta un 50 en partiacuteculas de 2 nm
Las propiedades mecaacutenicas de los materiales como la resistencia y maacutes en concreto la dureza
y la resistencia a la friccioacuten de los metales pueden incrementarse enormemente al bajar a
nivel nano el tamantildeo del grano
En cuanto a las propiedades quiacutemicas es evidente que cuando se trabaja con nanopartiacuteculas la
superficie aumenta enormemente respecto al mismo material a escala macro Muchos
catalizadores de reacciones quiacutemicas se han sintetizado a escala nano para mejorar sus
prestaciones hasta el punto de que incluso el oro arquetipo de material inerte a escala
nanomeacutetrica es un excelente catalizador para la oxidacioacuten del monoacutexido de carbono (CO)
Respecto a las propiedades magneacuteticas es conocido que el hierro es un material magneacutetico y
sin embargo un trozo de hierro puro no se magnetiza Se puede probar que eacuteste no atraeraacute a
una bola de hierro Por el contrario la bola seraacute atraiacuteda por un imaacuten Y sin embargo si se
situacutea la bola entre el imaacuten y el trozo de hierro inicial la bola seraacute atraiacuteda hacia el hierro
perdieacutendose esta propiedad al alejar el imaacuten Es decir ante un imaacuten el hierro se magnetiza
tanto que supera el magnetismo del imaacuten y esta propiedad revierte al alejarse el imaacuten
La fuente del magnetismo son sus aacutetomos constituyentes que disponen de diminutos imanes
dipolares permanentes cuya fuerza se denomina momento magneacutetico del aacutetomo En estos
materiales la fuerte interaccioacuten entre los aacutetomos alinea los imanes atoacutemicos para producir
magnetizacioacuten macroscoacutepica pero no es eacuteste su estado habitual ya que por lo general el
hierro puro no es un imaacuten quedando los momentos magneacuteticos compensados para minimizar
la energiacutea
Sin embargo esta compensacioacuten se rompe al llegar a un tamantildeo criacutetico (aproximadamente 100
nm) en que los momentos magneacuteticos dejan de compensarse y actuacutean en un uacutenico sentido
comportaacutendose el trozo de hierro como un fuerte imaacuten permanente
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711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas son en general reactivamente superiores a las
micropartiacuteculas magneacuteticas (MMPs) ya que reaccionan mucho maacutes raacutepidamente y sin
necesidad de agitar la mezcla Loacutegicamente ello estaacute vinculado a su mayor ratio superficie
por volumen [72]
Al mismo tiempo su magnetizacioacuten de saturacioacuten (MS) es un paraacutemetro importante que
permite que las MNPs puedan ser manipuladas mediante un campo magneacutetico externo Los
metales puros (Fe Co Ni) los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
ferromagnetos tipo espinela (MeOFe2O3 Me=Fe Co Mg Zn Mn Ni etc) y aleaciones
(FePt FeCo FePd CoPt MnAl CoPt3 etc) son candidatos a construcciones de MNPs
biofuncionales Entre ellos la magnetita la maghemita y FePt son los materiales maacutes
empleados debido a su alta MS y estabilidad quiacutemica
Generacioacuten natural Las nanopartiacuteculas se encuentran habitualmente en la Tierra En la
atmoacutesfera por ejemplo las generan los volcanes y los incendios forestales En los oceacuteanos las
generan las fosas hidrotermales Tambieacuten algunas bacterias y moluscos generan
nanopartiacuteculas e incluso las explosiones de supernovas en el espacio generan nanopartiacuteculas
Las nanopartiacuteculas afectan al clima quizaacute la mayor contribucioacuten de las nanopartiacuteculas al
clima sea que sirven de nuacutecleo de condensacioacuten de las nubes es decir contribuyen
fuertemente a la formacioacuten de las nubes de forma que una nanopartiacutecula de 100 nm puede
condensar una nube de 10 μm que a su vez se transformaraacute en una gota de lluvia de 05 mm
Siacutentesis Una simple vela encendida produce a traveacutes de la combustioacuten nanopartiacuteculas de
carbono de diaacutemetro aproximado a 10 nm [72]
y la tinta india posteriormente china en el
2700 adc conteniacutea nanopartiacuteculas de carbono es suspensioacuten
Pero la siacutentesis de nanopartiacuteculas ya se ha estructurado en meacutetodos Bottom-Up y Top-Down
En los meacutetodos Bottom-Up en primer lugar se identifica la nanopartiacutecula de intereacutes para
luego producir y ensamblar el dispositivo requerido mientras que en los meacutetodos Top-Down
se parte de un material macro para crear una estructura o dispositivo
Entre los meacutetodos Bottom-Up se desarrollan los que usan vapor supersaturado los que
producen las nanopartiacuteculas en vaciacuteo por seleccioacuten de tamantildeo en aerosoles siacutentesis quiacutemica
en liacutequidos en suspensioacuten etc y entre los meacutetodos Top-Down baacutesicamente se realiza por
litografiacutea de haz de electrones (EBL) y utilizando haces de iones focalizados (FIB)
El tamantildeo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas (MNPs) de 1 a 100 nm puede aproximarse al de
las biomacromoleacuteculas lo que permite interactuar con ellas mucho mejor que las partiacuteculas
de escalas superiores Por ello la biocompatibilidad de las MNPs seraacute un requisito a tener en
cuenta seleccionando aquellas que no sean toacutexicas o al menos las de menor toxicidad
Preparacioacuten modificacioacuten de la superficie y funcionalizacioacuten de las NNPs [73]
Preparacioacuten de MNPs (algunos ejemplos claacutesicos de bioseparacioacuten) La coprecipitacioacuten
quiacutemica de Fe2+
y Fe3+
en solucioacuten de H2O en presencia alcalina (NaOH o NH3H2O) para
sintetizar nanopartiacuteculas de los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
es quizaacute el meacutetodo maacutes faacutecil y utilizado
La descomposicioacuten teacutermica y reduccioacuten de precursores organometaacutelicos (acetilacetonatos
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metaacutelicos M(acac)n M=Fe Mn Co Ni Cr n=2 o 3 acac=acetelilacetonato
cupferronatos metaacutelicos MxCupx M=ion metaacutelico Cup=N-nitrosofenilhidroxilamina
pentacarbonilos de hierro) la siacutentesis de microemulsioacuten (agua en aceite WO aceite en
agua OW) y la siacutentesis hidroteacutermica son ejemplos tiacutepicos de siacutentesis de MNPs
Frente a los anteriores otros meacutetodos de siacutentesis como por spray y pirolisis laser
sonoquiacutemica y sol-gel recientemente existe un creciente intereacutes en utilizar las MNPs
originadas por bacterias para aplicaciones bioloacutegicas (magnetosomas) Un beneficio del
uso de MNPs originadas bioloacutegicamente es su superior biocompatibilidad ya que estaacuten
rodeadas de una membrana de liacutepido que contiene fosfoliacutepidos
Modificacioacuten de la superficie de las MNPs Mantener la estabilidad en el tiempo de las
MNPs sin aglomeracioacuten ni precipitacioacuten es todaviacutea un reto perdiendo a veces incluso sus
propiedades superparamagneacuteticas Por ello en la mayoriacutea de procesos para evitar esta
inestabilidad se recurre a aislar el nuacutecleo magneacutetico del entorno mediante una funda
protectora Ademaacutes a traveacutes de estos procesos esta caacutepsula protectora se selecciona de
forma que aumente la funcionalidad de las MNPs seguacuten la aplicacioacuten deseada
Un ejemplo es a traveacutes de surfactantes cuidadosamente seleccionados que reducen la
tensioacuten superficial como el aacutecido laurico el aacutecido miristico el aacutecido oleacuteico el aacutecido
dodecilbencenosulforico etc eficientes con MNPs solubles en agua
Con el fin de prevenir la agregacioacuten de MNPs se utilizan los poliacutemeros tanto naturales
como sinteacuteticos que abren una puerta hacia lo que parece un rango ilimitado de
posibilidades en la incorporacioacuten de propiedades especiacuteficas a las MNPs Macromoleacuteculas
originales naturales celulosas dextran gelatinas agarosa y carragenina se utilizan en
biomedicina
Tambieacuten se utilizan materiales inorgaacutenicos como carbono plata oro y silicio para
encapsular las MNPs de forma que a la vez que proporcionan estabilidad a las
nanopartiacuteculas en soluciones acuosas son muy uacutetiles como agentes bioloacutegicos y quiacutemicos
En los uacuteltimos antildeos se ha estudiado muchas pequentildeas moleacuteculas orgaacutenicas con el fin de
dar estabilidad y funcionalidad a las MNPs El aacutecido ciacutetrico es el ejemplo tiacutepico utilizado
para la magnetita Fe3O4 en el rango de 8 a 10 nm
Principales usos [73]
Las nanopartiacuteculas se aplican mediante la denominada nanotecnologiacutea
incremental para producir materiales avanzados con propiedades especiacuteficas a sus uso
gracias al cambio de propiedades de los materiales a escala nanomeacutetrica
Hoy en diacutea ya se estaacuten usando en los dispositivos de almacenamiento de datos (en paquetes
de nanopartiacuteculas) pero la capacidad de utilizar las nanopartiacuteculas individualmente
aumentariacutea la densidad de almacenamiento enormemente
Un punto cuaacutentico generalmente es una nanoestructura semiconductora que confina el
movimiento en las tres direcciones espaciales de los electrones de la banda de conduccioacuten
los huecos de la banda de valencia o excitones (pares de enlaces de electrones de conduccioacuten
de banda y huecos de banda de valencia) En el mundo macroscoacutepico los puntos cuaacutenticos
pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana o estar disueltos en un liacutequido Sin
embargo esa sustancia ha sido elaborada en el laboratorio partiendo de unos pocos aacutetomos
con teacutecnicas que manipulan la materia a escalas de nanoacutemetros Los puntos cuaacutenticos se
utilizan en
Optoelectroacutenica Con los puntos cuaacutenticos de materiales semiconductores como arseniuro
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de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos laacuteser emisores de luz maacutes eficientes que los
usados hoy en lectores de CD y de coacutedigos de barras
Biomedicina En forma de cristales independientes pero manteniendo su fundamento y sus
propiedades fiacutesicas Los puntos cuaacutenticos emiten luz brillante y muy estable Con ellos se
obtienen imaacutegenes de mucho contraste usando laacuteseres menos potentes y no existe el temor
de que se apaguen Ademaacutes la longitud de onda tan especiacutefica a la que brillan evita las
superposiciones y permite tentildeir a la vez muchas maacutes estructuras que con los meacutetodos de
tincioacuten tradicionales
Paneles solares experimentales La tercera generacioacuten de ceacutelulas fotovoltaicas usa entre
otras posibilidades las superficies con puntos cuaacutenticos El rendimiento es mayor que las
ceacutelulas de primera y segunda generacioacuten y su fabricacioacuten es maacutes econoacutemica Un punto
poliacutemero cuaacutentico funcionando podriacutea colocar eventualmente a la electricidad solar en
una posicioacuten econoacutemica igual a la electricidad del carboacuten Si esto pudiera hacerse seriacutea
revolucionario
Nuevos sistemas de iluminacioacuten con un rendimiento maacutes eficiente
Uno de los saltos tecnoloacutegicos en la nanotecnologiacutea de evolucioacuten (nanotecnologiacutea que trata
de construir nanopartiacuteculas que de forma individual realicen alguna funcioacuten especiacutefica uacutetil)
ha sido el desarrollo de nanopartiacuteculas simples que pueden funcionar como transistores
insertables modularmente en dispositivos electroacutenicos
Aplicaciones de las MNPs [73]
Aislamiento de ceacutelulas con MNPs Para una separacioacuten efectiva las ceacutelulas de intereacutes han
de ser etiquetadas con MNPs extriacutensecas para lograr el contrate suficiente de
susceptibilidad magneacutetica respecto a las otras ceacutelulas y al medio a excepcioacuten de la bacteria
magnetotaacutectica que contiene MNPs intriacutensecas en sus propias ceacutelulas que no necesitan
etiquetado
Extraccioacuten de proteiacutenas con MNPs El aislamiento y purificacioacuten de proteiacutenas
tradicionalmente se ha realizado mediante repeticioacuten de procesos como electroforesis
filtracioacuten centrifugacioacuten y cromatografiacutea hasta alcanzar una calidad miacutenima Para superar
sus limitaciones se han desarrollado teacutecnicas de separacioacuten mediante afinidad magneacutetica
intercambio ioacutenico e hidrofoacutebico Es evidente que en estos uacuteltimos procesos se obtendraacuten
mejores resultados con MNPs que con MMPs
Extraccioacuten de aacutecidos nucleacuteicos con MNPs La extraccioacuten de ADNARN estaacute siendo un
paso fundamental para estudios de diagnosis terapia y anaacutelisis geneacutetico La extraccioacuten de
aacutecidos nucleacuteicos en fase soacutelida magneacutetica comparada con los meacutetodos convencionales
ofrece claras ventajas tanto en tiempo de proceso como en requisitos quiacutemicos coste
econoacutemico y facilidad de automatizacioacuten
Las nanopartiacuteculas pueden interacturar con los organismos vivos [72]
En general en las
aplicaciones meacutedicas actuales basadas en nanopartiacuteculas eacutestas estaacuten destinadas a localizar
tipos especiacuteficos de ceacutelulas (normalmente ceacutelulas tumorales) y realicen alguna accioacuten
como eliminarlas o mostrarlas en una resolucioacuten muy alta para diagnosis
Una forma diferente de alcanzar el objetivo es incorporar el medicamento a nanopartiacuteculas
magneacuteticas de forma que puedan ser dirigidas y concentradas en el lugar objetivo
mediante un campo magneacutetico externo
En el tratamiento de tumores por hipertermia las nanopartiacuteculas magneacuteticas pueden elevar
la temperatura de las ceacuteluclas canceriacutegenas con el fin de eliminarlas
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712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita
Los ferrofluidos [74]
forman parte de una nueva clase de materiales magneacuteticos Estos
consisten en nanopartiacuteculas magneacuteticas coloidales dispersas y estabilizadas en un liacutequido
portador y que presentan propiedades de fluido y magneacuteticas por lo que son de gran
importancia tecnoloacutegica
Ciclo de histeacuteresis de ferrofluido de magnetita [74]
Para un ferrofluido a partir de
queroseno o de aceite comestible se observa que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es
directamente proporcional al aumento en la concentracioacuten de magnetita seguacuten graacuteficas de la
figura 31
En los preparados con queroseno se obtiene un rango de magnetizacioacuten especiacutefica entre 73 y
1337 emug y en los preparados con aceite comestible se obtiene un rango de 549 a 189
emug dependiendo de las concentraciones de magnetita de cada preparado Es interesante
observar el comportamiento de estos ferrofluidos al acercar un magneto como puede
comprobarse en la figura 32 El ferrofluido responde inmediatamente al acercarle un magneto
debido a la alineacioacuten de las partiacuteculas e incrementando la viscosidad del ferrofluido Este
vuelve a su estado inicial al retirar el magneto
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido
con magnetita a partir de queroseno (a) y con
aceite comestible (b)
Figura 32 Comportamiento de un
ferrofluido con un 21 de
magnetita y preparado en aceite
comestible
Actualmente entre sus aplicaciones se pueden mencionar algunas como sellos magneacuteticos en
motores como lubricantes en discos magneacuteticos instrumentos para memoria oacuteptica y
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giroscopios Otras aplicaciones son en instrumentos magneacuteticos como bocinas tintas
magneacuteticas para cheques bancarios unidades de refrigeracioacuten magneacutetica etc Los ferrofluidos
tambieacuten tienen aplicaciones en medicina como por ejemplo liberadores de medicinas para
restringir el flujo sanguiacuteneo en determinadas partes del cuerpo y actuacutean como material opaco
para el diagnoacutestico de imaacutegenes usando rayos X o resonancia magneacutetica nuclear
Una forma de obtener partiacuteculas de magnetita para posteriormente obtener un ferrofluido es a
traveacutes de la teacutecnica de coprecipitacioacuten quiacutemica [74]
que consiste en mezclar una solucioacuten de
cloruro feacuterrico (FeCl36H2O) y cloruro ferroso (FeCl24H2O) al 01 M con agitacioacuten mecaacutenica
a una velocidad de 2000 rpm La relacioacuten molar de FeCl3FeCl2 se obtiene constante con un
valor de 21
Esta solucioacuten se calienta hasta una temperatura de 70 oC inmediatamente se aumenta la
velocidad de agitacioacuten hasta 7500 rpm y se agrega raacutepidamente una solucioacuten de hidroacutexido de
amonio (NH4OH) al 10 en volumen formaacutendose instantaacuteneamente un precipitado oscuro
que son las nanopartiacuteculas de magnetita
Este precipitado ha de lavarse varias veces con agua destilada para eliminar los iones de Cl- y
el hidroacutexido de amonio remanente que inhiben la adsorcioacuten de las moleacuteculas del estabilizador
que se usaraacute para la preparacioacuten del ferrofluido Las nanopartiacuteculas de magnetita lavadas han
de mantenerse en suspensioacuten para facilitar su uso en la preparacioacuten del ferrofluido
Preparacioacuten de un ferrofluido con magnetita [74]
Se puede llevar a cabo mediante el
meacutetodo de peptizacioacuten Utilizando aacutecido oleico como surfactante queroseno o aceite
comestible como liacutequido portador y la magnetita en suspensioacuten como material magneacutetico En
primer lugar se prepara una solucioacuten de magnetitaaacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible
y se pone a calentar a 70 ndash 75 oC con agitacioacuten constante a 450 rpm hasta que se evapora el
agua residual que conteniacutea la magnetita y se forma una pasta (tiempo aproximado 6 horas)
Despueacutes se agrega una solucioacuten de aacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible hasta obtener
el ferrofluido estable (aprox 4 horas) a la misma temperatura y velocidad de agitacioacuten
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y
TAMANtildeOS
La siacutentesis en sistemas acuosos [3]
a temperaturas inferiores a 100 oC produce un fino
granulado (lt01 μm) de cristales cuacutebicos u octaeacutedricos redondeados Son ejemplos la
oxidacioacuten de soluciones Fe2+
a pH neutro viacutea verdiacuten y la precipitacioacuten directa de las
soluciones mezcla de Fe2+
Fe3+
a pH 4-6
La magnetita se puede obtener a partir de un proceso de siacutentesis basado en la adicioacuten de una
base a una disolucioacuten acuosa de sales feacuterricas y ferrosa [75]
La reaccioacuten se realiza mediante
i Se mezcla 40 ml de una disolucioacuten 1 moll de FeCl3 y 10 ml de otra disolucioacuten 2 moll de
FeCl2 y 2 moll de HCl
ii La mezcla se vierte poco a poco con una pipeta que llega hasta el fondo del recipiente en
500 ml de otra disolucioacuten 07 moll de NH4OH mientras esta uacuteltima se mantiene en
agitacioacuten mecaacutenica
iii Se mantiene la agitacioacuten durante 20 minutos y posteriormente se elimina el sobrenadante
mediante decantacioacuten magneacutetica
iv Una vez obtenidas las partiacuteculas de magnetita es necesario asegurara la estabilidad de las
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suspensiones en disolucioacuten acuosa Para ello hay que tener en cuenta que la estabilidad
depende del pH de la suspensioacuten con la que se va a trabajar
o Si el medio es baacutesico las partiacuteculas se dispersan en una disolucioacuten acuosa 1 moll de
hidroacutexido de tetrametilamonio
o Por el contrario si es aacutecido el precipitado obtenido despueacutes de la decantacioacuten
magneacutetica se dispersa en una disolucioacuten 2 moll de aacutecido percloacuterico
v Despueacutes la suspensioacuten de magnetita obtenida se centrifuga y se redispersa en agua
desionizada hasta alcanzar el pH final deseado en la suspensioacuten resultante
Una siacutentesis hidroteacutermica de magnetita [3]
habitualmente produce cristales octaeacutedricos
simples que pueden llegar a ser del orden de 10
nm como puede comprobarse en la figura 33 en
la que los cristales de magnetita se han
producido hidroteacutermicamente a 250 oC a partir
de una solucioacuten 001 M Fe2(SO4)3 en presencia
de 04 M trietanolamina 24 M NaOH y 085 M
N2H4
En presencia de mineralizadores como 01 M HI
o 2 M NH4Cl y a 0207 MPa y 416-800 oC la
magnetita crece en cristales cuyas formas son
combinacioacuten de roacutembico dodecaedro (formas
101) estando los cristales maacutes redondeados de
lo normal Con aacutecido foacutermico se pueden producir
cristales de 01-02 mm [3]
Figura 33 Cristales de magnetita
producidos hidroteacutermicamente a 250 oC
Una descomposicioacuten hidroteacutermica de quelatos Fe-TEA en presencia de hidracina (180 oC)
produce octaedros polidispersos microscoacutepicos Se pueden obtener esferas y octaedros
uniformes y de mayor tamantildeo (003-11 μm) si el verdiacuten se oxida con KNO3 a 90 oC y pH 6-
10
La magnetita obtenida a partir de Fe(OH)2 en una solucioacuten muy baacutesica forma cubos de mayor
tamantildeo que con verdiacuten a pH 85 forma pequentildeos y gruesos platos y que a partir de
soluciones FeIIFe
III a pH 13 cristaliza partiacuteculas de 5 nm La coagulacioacuten inicial de las
partiacuteculas primarias es seguida de una recristalizacioacuten de contacto dentro de los agregados
esfeacutericos Las esferas formadas cuando el Fe2+
se encuentra en exceso sobre el OH- a pH 12
forma cristales cuacutebicos
La magnetita producida por reduccioacuten seca de hematite mantiene la forma y tamantildeo de las
partiacuteculas originales de hematite obtenieacutendose magnetitas tanto esfeacutericas como en listones [3]
Las magnetitas sustituidas con metal (Mn Co Cu Ni) se obtienen a partir de ferrihidritas
sustituidas con metal a pH 12 son cuacutebicas y de 10 a 50 nm de grosor Las magnetitas que
crecen mediante una oxidacioacuten lenta de verdiacuten a pH 6 en presencia de fosfato 005-010
molmol se presentan en octaedros bien definidos con planos 111 suaves
La figura 34 [3]
(izquierda) muestra cristales redondeados de magnetita obtenida con una
lenta oxidacioacuten (150 diacuteas) de una solucioacuten 005 M FeCl2 a pH 117 y temperatura ambiente
mientras que la figura 34 (derecha) magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten de una
solucioacuten 05 M FeSO4 con KNO3 en 143 M KOH a 90 oC
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Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC
En la figura 35 puede verse una de las
fotografiacuteas obtenidas en un microscopio
electroacutenico de transmisioacuten de alta resolucioacuten
HREM (STEM Philips CM20) de las partiacuteculas
de magnetita sintetizadas se ha realizado un
histograma midiendo el diaacutemetro de
aproximadamente 250 partiacuteculas [75]
El diaacutemetro medio obtenido es de 111plusmn20
nm como muestra la figura 36 En dichas
fotografiacuteas tambieacuten se observa que la forma de
las partiacuteculas es aproximadamente esfeacuterica
Figura 35 Fotografiacutea HREM de
partiacuteculas de magnetita sintetizada
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita
Superficie especiacutefica Tambieacuten se determinoacute
[75] la superficie especiacutefica de estas partiacuteculas de
magnetita mediante absorcioacuten de N2 por el meacutetodo BET multipunto con un aparato
Quantasorb Jr Quantachrome (USA) El valor obtenido fue de 422 m2g
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Estructura cristalina La estructura de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas
mediante coprecipitacioacuten quiacutemica se
determina mediante difraccioacuten de rayos X
empleando el meacutetodo de Debye-Scherrer
Se adjunta un ejemplo (figura 37) [74]
en
el que se ha utilizado un difractoacutemetro
Siemens D-5000 usando radiacioacuten CuKα
(25 mA 35 kV) en un rango de medicioacuten
de 10 a 80 grados angulares en la escala
de 2θ con una velocidad de barrido de
002 grados angulares por segundo Se
observa la correspondencia entre ambos
espectros
Figura 37 Difractograma de rayos X de las
partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y
patroacuten de la magnetita (b)
Si el tamantildeo de partiacutecula y la distribucioacuten del tamantildeo de los cristales de magnetita son
similares la morfologiacutea del cristal afecta coercitivamente en el orden
esferasltcubosltoctaedros [3]
alineados con el incremento del nuacutemero de ejes magneacuteticos a lo
largo de estas series de formas Controlando las condiciones de precipitacioacuten y de ahiacute el
tamantildeo de la partiacutecula y su morfologiacutea se pueden producir magnetitas con rangos coercitivos
del orden de 24 a 20 kAm-1
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas que son uacutenicas debido a sus elementos estructurales y
funcionales tienen varias aplicaciones novedosas La popularidad y practicidad de los
materiales de nanopartiacuteculas crean la necesidad de un meacutetodo de siacutentesis que produzca
partiacuteculas de calidad en cantidades considerables En 2005 Yeary LW Ji-Won Moon
Love LJ Thompson JR y colaboradores [76]
describieron un meacutetodo que utiliza siacutentesis
bacterial para crear nanopartiacuteculas de magnetita Se incuboacute la cepa de la bacteria termofiacutelica
Thermoanaerobacter ethanolicus TOR-39 bajo condiciones anaeroacutebicas a 65ordmC durante dos
semanas en una solucioacuten acuosa que conteniacutea iones de Fe de un precursor de la magnetita
(akaganeita) Las partiacuteculas de magnetita se formaron fuera de las ceacutelulas bacterianas Se
verificoacute el tamantildeo y morfologiacutea de la partiacutecula mediante scattering de luz dinaacutemica
difraccioacuten de rayos X y microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten Los cristales teniacutean un
tamantildeo medio de 45 nm Se caracterizaron las propiedades magneacuteticas utilizando el
magnetoacutemetro SQUID y se observoacute una magnetizacioacuten de saturacioacuten de 77 emug a 5K
Estos resultados son comparables a aquellos obtenidos de nanopartiacuteculas de magnetita
sintetizada quiacutemicamente
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73 PRINCIPALES APLICACIONES
Las aplicaciones de la magnetita nanomeacutetrica son muy diversas distinguieacutendose entre
aquellas de origen natural yo bioloacutegico y las aplicaciones que el ser humano ha realizado A
continuacioacuten se exponen un conjunto de ambos tipos [77]
Un interesante tema entre bioacutelogos y naturalistas ha sido el de los meacutetodos de orientacioacuten de
especies como aves abejas tortugas y peces durante sus procesos migratorios Muchas clases
de ceacutelulas y especies animales pueden sintetizar sus propios cristales de magnetita
En efecto una de las bruacutejulas maacutes pequentildeas conocidas tiene lugar en las llamadas bacterias
magnetotaacutecticas que contienen del orden de medio centenar de nanopartiacuteculas de magnetita
con diaacutemetros de entre 20 y 150 nanoacutemetros que forman estructuras magneacuteticas de entre 1 y
3 microacutemetros de largo [55]
[78]
Estas estructuras se encuentran alineadas en el interior de las
ceacutelulas por medio de la accioacuten de una proteiacutena Es el caso por ejemplo de la
Magnetospirillium magnetotacticum [79]
Son amplios los estudios en este campo y muacuteltiples los reportes de identificacioacuten de
magnetita en los oacuterganos de diversas especies [80]
[81] [82]
En 1999 se informoacute el
descubrimiento de un oacutergano que podriacutea funcionar como una bruacutejula magneacutetica interna una
liacutenea de cristales de magnetita en la nariz de una especie de trucha [83]
Han sido de tal relevancia los hallazgos que hoy se cree que la magnetita es el material
universal usado por todas las especies de animales que pueden orientarse aunque persiste la
creencia en muchos investigadores de que los animales podriacutean tener maacutes de un oacutergano de
navegacioacuten [84]
Por otro lado en el campo de la cultura y los estudios en paleontologiacutea tambieacuten se ha
sugerido otra posibilidad muy llamativa Se trata de utilizar los resultados de estudios sobre
magnetitas en bacterias halladas en excavaciones y cuevas para determinar condiciones
ambientales temperaturas e incluso direcciones de los campos magneacuteticos terrestres en
eacutepocas ancestrales Esta posibilidad nace de un hecho interesante dado su caraacutecter
magneacutetico la magnetita que se usaba como pigmento en las pinturas rupestres puede retener
informacioacuten precisa sobre la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre en el momento en que
se grabaron por medio del proceso de ldquocongelamientordquo de los momentos magneacuteticos del
material durante el secado de las pinturas rupestres [85] [86] [87]
Otro aspecto en el que la magnetita ha tenido un papel altamente relevante es el relacionado
con estudios de oacutexidos de hierro en ambientes extraterrestres Hay numerosos reportes en los
que se devela la presencia de magnetita en Marte y otros lugares del sistema solar Se ha
encontrado incluso en el famoso meteorito ALH84001 y se ha relacionado su presencia con
foacutesiles de microorganismos como indicativo posible de la presencia de vida en el pasado en
Marte [88] [89] [90]
Otra de las uacutetiles aplicaciones actuales de los materiales ferrimagneacuteticos como la magnetita
corresponde a los ferrofluidos Dentro de los usos llamativos de los ferrofluidos se puede
citar su empleo en ejes de rotacioacuten de discos duros ayudando a mantener sellos de polvo en
los ejes y previniendo desperfectos y mal funcionamiento por contaminantes Tambieacuten se
usan en sistemas de sonido como bocinas y parlantes elementos que presentan vibracioacuten y
transformacioacuten de impulsos eleacutectricos en ondas sonoras Asiacute mismo como componentes de
amortiguamiento en motores dado que ciertas piezas pueden quedar suspendidas en el
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ferrofluido con cuyo uso se evita la necesidad de soportes y se disminuyen los efectos de
vibracioacuten por contactos directos entre partes del motor
Una aplicacioacuten muy valiosa para la industria y los procesos de reciclaje consiste en la
separacioacuten de metales de desperdicio Actualmente se emplean grandes tanques llenos con
ferrofluidos ante todo basados en magnetita en los que se sumergen los residuos de chatarra
metaacutelica de diferentes industrias La separacioacuten de los diferentes metales se logra
controlando la densidad (o la viscosidad) del ferrofluido por medio de la variacioacuten de la
temperatura y la aplicacioacuten de campos magneacuteticos de intensidad variable Con esto se logra
que trozos de diferentes metales floten en instantes distintos (dependiendo de la densidad del
ferrofluido) permitiendo su extraccioacuten y recuperacioacuten de manera diferenciada Tambieacuten se
ha implementado el uso de los ferrofuidos en sensores de aceleracioacuten o ldquoaceleroacutemetrosrdquo
dispositivos en los que se registran cambios en la posicioacuten de un imaacuten que levita sobre el
ferrofluido Ademaacutes presentan aplicaciones oacutepticas en cuanto exhiben propiedades como
birrefringencia magneacutetica y dicroiacutesmo con ellos se disentildean interruptores o switches oacutepticos y
obturadores Una maacutes es la posibilidad de usarlos en el campo de la seguridad bancaria al
emplearse en el desarrollo de tintas magneacuteticas lectores y medios de grabacioacuten magneacutetica
Como aplicaciones maacutes llamativas y sorprendentes en el creciente campo de la biomedicina
podemos citar diversos estudios sobre el uso de nanopartiacuteculas de magnetita como agente de
contraste en imaacutegenes de resonancia magneacutetica para efectos de diagnoacutestico meacutedico [91] [92]
y
como agente de transporte y dosificacioacuten eficaz de medicamentos en lo que en ingleacutes se
conoce como ldquodrug targeting deliveryrdquo [93]
En este caso el concepto consiste en generar
sistemas ldquointeligentesrdquo de dosificacioacuten con caracteriacutesticas especiales como la posibilidad de
controlar el desprendimiento de una droga ndasho cualquier sustancia activandash por medio de la
produccioacuten de un estiacutemulo externo tal como un cambio de temperatura o de pH
Generalmente la estructura de la sustancia que se aplica es del tipo core-shell consistente en
un nuacutecleo o core de material magneacutetico como magnetita y una corteza de recubrimiento o
shell de alguacuten poliacutemero biocompatible (termosensible y biodegradable) [94] [95] [96]
Por sus caracteriacutesticas biocompatibles la magnetita es quizaacute uno de los oacutexidos maacutes
empleados en aplicaciones biomeacutedicas El rasgo de ldquotermosensiblerdquo es muy importante si se
requiere controlar la zona o lugar de descarga y la cantidad de medicamento de acuerdo con
alguacuten patroacuten especiacutefico de dosificacioacuten Estos materiales ldquointeligentesrdquo se pueden guiar a las
ubicaciones deseadas por medio de campos magneacuteticos externos y luego generar un cambio
de temperatura aplicando un campo magneacutetico alterno en la zona afectada de forma que se
realice la liberacioacuten del medicamento De esta manera puede incrementarse de forma
sustancial la eficiencia en su transporte y al mismo tiempo disminuir efectos secundarios no
deseados por aplicacioacuten indiscriminada en otras porciones de tejido vecino [97] [98] [99]
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado en usos biomeacutedicos sobre animales en las que se
emplean partiacuteculas con nuacutecleos de oacutexidos con recubrimientos de azuacutecares para atacar algunos
tipos de caacutencer localizados Asiacute estas partiacuteculas ingresan en las ceacutelulas cancerosas y
mediante la aplicacioacuten de campos magneacuteticos alternos se induce hipertermia en la regioacuten
afectada aumentando la temperatura por unos minutos a unos 45 degC debido a la friccioacuten
generada por el movimiento de las partiacuteculas con la consecuente eliminacioacuten del tejido
afectado [100]
Cabe mencionar los trabajos maacutes recientes del Grupo de Magnetismo del Centro Atoacutemico de
Bariloche en Argentina en forma conjunta con la Facultad de Medicina de la Universidad de
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Buenos Aires Alliacute han avanzado en una teacutecnica para tratar el problema de desprendimiento
de retina La idea es insertar un imaacuten pequentildeo en la parte posterior del ojo afectado y luego
inyectar una solucioacuten de nanopartiacuteculas de magnetita que resultan atraiacutedas por el imaacuten y en
su trayectoria empujan la retina devolvieacutendola a su posicioacuten normal Este es un tratamiento
promisorio que ya se ha probado con eacutexito en animales estaacute en la fase inicial de la
experimentacioacuten en ojos humanos
Por otro lado uno de los aspectos maacutes recientes hacia los que se ha dirigido la atencioacuten es
que la magnetita ha resultado un excelente candidato para usos en el campo de la
espintroacutenica debido al alto grado de polarizacioacuten en una de las sub-bandas de espiacuten en el
nivel de Fermi a temperatura ambiente [101] [102] [103] [104]
brindando la posibilidad de obtener
corrientes de espines altamente polarizadas Este es un novedoso campo de la nanotecnologiacutea
relacionado con la dinaacutemica y procesos de transferencia de informacioacuten basados en el
transporte del espiacuten (en lugar de la carga eleacutectrica) de un sistema para disentildear dispositivos
funcionales Entre las motivaciones para trabajar en el campo de la espintroacutenica estaacute la
creciente demanda puacuteblica por incrementar cada vez maacutes la velocidad y disminuir el tamantildeo
de los dispositivos electroacutenicos ademaacutes entre los potenciales beneficios se cuenta la
posibilidad de desarrollar computadores en los que una uacutenica unidad se utilice como
dispositivo de coacutemputo y almacenamiento con menores niveles de consumo o aun maacutes la
posibilidad de disentildear dispositivos conceptualmente innovadores en los que se combinen las
prestaciones funcionales conocidas con algunas otras novedosas
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad
A pesar de que la magnetita nanomeacutetrica se utiliza en numerosos campos de investigacioacuten
como se veraacute posteriormente y eacutesta se puede adquirir por ejemplo en solucioacuten acuosa o de
tolueno faacutecilmente en el mercado en precios que oscilan entre los 150 a 350 euro5ml es
destacable la carencia de informacioacuten respecto a sus propiedades tanto fiacutesicas y quiacutemicas
como de estabilidad y reactividad como se puede comprobar en la tabla 13 A continuacioacuten
se lista algunos detalles de la ficha de datos de seguridad de una solucioacuten de nanopartiacuteculas
magnetitas de 10 nm de tamantildeo medio y de 5 mgmL en agua (Sigma-Aldrich 2012) [105]
con
las siguientes propiedades
concentration 5 mgmL in H2O
magnetization gt45 emugat 4500 Oe
avg part size 10 nm
particle size 9-11 nm (TEM)
density 0865 gmL at 25 degC
Composicioacuteninformacioacuten sobre los componentes
Mezclas
Sinoacutenimos Magnetic iron oxide nanocrystals
Formula Fe3O4
Peso molecular 23153 gmol
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Aldrich - 725358 Pagina 2 de 6
Componente Clasificacioacuten Concentracioacuten
Triiron tetraoxide
No CAS 1317-61-9 Skin Irrit 2 Eye Irrit 2 STOT
No CE 215-277-5 SE 3 H315 H319 H335 lt 10
Xi R363738
Propiedades Fiacutesicas y Quiacutemicas
Informacioacuten sobre propiedades fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas
a) Aspecto Estado fiacutesico liacutequido
b) Olor sin datos disponibles
c) Umbral olfativo sin datos disponibles
d) pH sin datos disponibles
e) Punto de fusioacuten punto de congelacioacuten
sin datos disponibles
f) Punto inicial de ebullicioacuten e intervalo de
ebullicioacuten sin datos disponibles
g) Punto de inflamacioacuten
sin datos disponibles
h) Tasa de evaporacioacuten
sin datos disponibles
i) Inflamabilidad (soacutelido gas)
sin datos disponibles
j) Inflamabilidad superiorinferior o liacutemites
explosivos sin datos disponibles
k) Presioacuten de vapor sin datos disponibles
l) Densidad de vapor sin datos disponibles
m) Densidad relativa sin datos disponibles
n) Solubilidad en agua
sin datos disponibles
o) Coeficiente de reparto n-octanolagua
sin datos disponibles
p) Temperatura de autoinflamacioacuten
sin datos disponibles
q) Temperatura de descomposicioacuten
sin datos disponibles
r) Viscosidad sin datos disponibles
s) Propiedades explosivas
sin datos disponibles
t) Propiedades comburentes
sin datos disponibles
Otra informacioacuten de seguridad
sin datos disponibles
Estabilidad y reactividad
Reactividad sin datos disponibles
Estabilidad quiacutemica sin datos disponibles
Posibilidad de reacciones peligrosas
sin datos disponibles
Condiciones que deben evitarse
sin datos disponibles
Materiales incompatibles
sin datos disponibles
Productos de descomposicioacuten peligrosos
Otros productos de descomposicioacuten
peligrosos sin datos disponibles
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012
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742 Diferencias en el Moacutedulo de Young
Moacutedulo de Young E o de elasticidad
longitudinal (Kester y col 1999) [106]
Se obtiene el moacutedulo de Young en
funcioacuten de la temperatura de oxidacioacuten
para la magnetita Fe3O4+δ Como se
presenta en la figura 38 eacuteste primero
decrece con la temperatura de
oxidacioacuten llegando a un miacutenimo a 150 oC y obtenieacutendose el maacuteximo a 230
oC
Y luego vuelve a decrecer hasta los 300 oC Al principio de la oxidacioacuten el
moacutedulo de Young es de 180 GPa para
la magnetita nanocristalina no
existiendo una influencia significativa
en presencia de Co o Mn a escala
nanomeacutetrica
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita
Fe3O4+δ
Se ha de recordar del apartado 634 Algunas Propiedades Baacutesicas que el moacutedulo de
Young de la magnetita cristalina simple Fe3O4 tiene valores acotados de 208 a 248 GPa
seguacuten la direccioacuten disminuyendo en presencia de Co o Mn
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas
Seguacuten Joseph L Kirschvink y colaboradores [1]
los cristales magnetosomas tienen alta
pureza quiacutemica Las magnetitas bacterianas tienden a ser de oacutexido de hierro bastante puro
con concentraciones no detectables del elemento titanio que estaacute presente tiacutepicamente en la
magnetita producida geoloacutegicamente
Por otra parte seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de 2001 [57]
mientras que algunas
partiacuteculas muestran bordes disueltos otras mantienen las caras cristalinas originales y todas
las partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente puras refirieacutendose a la magnetita biogeacutenica
humana
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas
Los cristales de magnetita formados dentro de las vesiacuteculas magnetosoacutemicas tienen aparte
de la pureza dos caracteriacutesticas principales que las distinguen de las magnetitas formadas en
procesos geoloacutegicos [1]
bull Cristalizacioacuten Las magnetitas inorgaacutenicas normalmente son pequentildeos cristales
octaeacutedricos a menudo con dislocaciones de mallado y otros defectos de cristal Sin
embargo los estudios utilizando el microscopio electroacutenico de alta resolucioacuten (HR-TEM)
revelan que las magnetitas bacterianas son cristales casi perfectos normalmente
alargados en la direccioacuten [111] La elongacioacuten de los cristales biogeacutenicos en la direccioacuten
[111] sirve para maximizar el momento magneacutetico neto de la partiacutecula y
presumiblemente es el resultado de la seleccioacuten natural de sus propiedades magneacuteticas
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Morfoloacutegicamente las partiacuteculas de magnetita en el cuerpo humano [57]
son similares a
aquellas observadas en la bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis magneacutetico de las muestras
de masa de tejido indica que las partiacuteculas se presentan generalmente en grupos que
interactuacutean magneacuteticamente
bull Tamantildeo de cristal Las magnetitas inorgaacutenicas tienden a tener distribuciones de tamantildeo
seguacuten la normal-logariacutetmica Sin embargo los cristales de magnetita bacteriana estaacuten
restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a 500 nm [1]
En concreto seguacuten Jing Yang y colaboradores [107]
los cristales de los magnetosomas son
tiacutepicamente 35-120 nm de largo que los hace de un solo dominio y por consiguiente
tienen el maacuteximo momento magneacutetico posible por unidad de volumen para una
composicioacuten dada
Seguacuten se indicoacute en el apartado 52 Biomineralizacioacuten de Magnetita en el Cuerpo Humano se
han encontrado dos morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas
extraiacutedas Los tamantildeos de grano eran bimodales
62 de los 70 cristales medidos (8857) se encontraban en el rango de 10 a 70 nm con un
tamantildeo medio de 334nm (sesgado hacia mayores debido al procedimiento de extraccioacuten) y
una amplia dispersioacuten de plusmn152 nm
8 de los 70 cristales (1143) teniacutean tamantildeos 90 a 200 nm
Las caracteriacutesticas citadas de las magnetitas biogeacutenicas son compartidas por los cristales de
magnetita extraiacutedos de la bacteria magnetotaacutectica y del salmoacuten y por algunas de las extraiacutedas
posteriormente de tejidos blandos del cerebro humano [1]
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha)
La figura 39 realiza una comparativa de imaacutegenes de Microscopiacutea Electroacutenica de Transicioacuten
de Alta Resolucioacuten (HR-TEM) de magnetitas bacteriana y humana Noacutetese las caras
correctamente expresadas 111 cubriendo ambas terminaciones de la partiacutecula Eacutesta es una
caracteriacutestica comuacuten de los cristales de magnetita formados dentro de vacuolas de membrana
de bicapa-liacutepida y se desconoce la magnetita geoloacutegica de este tamantildeo
Sin embargo tambieacuten hay diferencias La imagen HR-TEM de la magnetita bacteriana
muestra varias series de bordes de mallado del cristal (finas liacuteneas) que corresponden a tres
series de planos 111 espaciados una distancia de 48 Aring En el cristal de origen humano hay
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un patroacuten de bordes de mallado de dos 111 intersecando y uno 11 (48 Aring y 29 Aring
respectivamente) con un alargamiento de la partiacutecula en la direccioacuten [111]
En una revisioacuten [108]
de 2008 sobre la
formacioacuten de la magnetita bacteriana y su
aplicacioacuten Atsushi Arakaki y colaboradores
proponen la siguiente morfologiacutea (cubo-
octaedro) de cristal a partir de las imaacutegenes
de microscopiacutea electroacutenica de transicioacuten
realizadas de cristales de magnetita
extraiacutedos de la bacteria Magnetospirillum
magneticum AMB-1 (figura 40)
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M
magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b)
Imaacutegnes HRTEM observadas en el eje de la
zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las
partiacuteculas magneacuteticas
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75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K
La permitividad eleacutectrica compleja (εr = εrsquor - i εrsquorsquor) se ha medido [109]
para magnetitas de
tamantildeo nanomeacutetrico (muestras homogeacuteneas de 30 nm de tamantildeo) a 300 K para un intervalo
de frecuencias comprendido entre 100 Hz y 1 MHz
Como puede verse en la figura 41a la parte real de la
permitividad se mantiene praacutecticamente constante en
gran parte del intervalo de frecuencias aumentando
para frecuencias bajas y disminuyendo fuertemente
para frecuencias altas
Concretamente otros estudios de 2010 realizados por
Kong y colaboradores [110]
arrojan datos muy
inferiores de permitividad eleacutectrica εrsquor en magnetitas
de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm) a
temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 49 - 48
La conductividad de la magnetita nanomeacutetrica
permanece constante en la figura 41b aumentando
ligeramente al aumentar la frecuencia al final del
intervalo
No obstante estos resultados de conductividad son
muy inferiores a los obtenidos para magnetitas
micromeacutetricas 102 ndash 10
3 (Ωcm)
-1 [3] y maacutes
concretamente 25 103 Sm
[67] a 300K frente a 15
middot10-3
Sm en magnetitas nanomeacutetricas [109]
lo que
evidencia que la magnetita pasa a ser un
semiconductor en tamantildeos nanomeacutetricos
En la figura 41c la tangente de peacuterdidas disminuye
casi linealmente al aumentar la frecuencia
estabilizaacutendose a frecuencias elevadas
Los estudios mencionados anteriormente [59]
arrojan
datos muy similares para la tangente de peacuterdidas en
magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm)
a temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 034 - 022
Figura 41 Representaciones de las
variaciones de la parte real de la
permitividad (41a) la conductividad
(41b) y la tangente de peacuterdidas
eleacutectricas (41c) al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K
utilizando en ambos ejes escalas
logariacutetmicas
De los graacuteficos representados anteriormente se pueden tomar los siguientes valores (tabla 14)
de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas para diferentes oacuterdenes de magnitud de
frecuencias
ν (Hz) 102
103
104
105
106
εr 400 200 200 200 100
σ (Ωm)-1
14 middot10-3
15 middot10-3
15 middot10-3
16 middot10-3
60 middot10-3
tanδ 700 100 10 1 07
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias
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752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz
Estudios [109]
publicados en 2010 (figura 42)
muestran la variacioacuten de la constante
dieleacutectrica (parte real de la permitividad) de
muestras homogeacuteneas de magnetita de 30 nm
de tamantildeo al variar la temperatura de 200K a
300K para una frecuencia de 1 MHz
Como se observa al tomar escala logariacutetmica
en la representacioacuten de la constante dieleacutectrica
el valor aumenta de forma lineal con la
temperatura mostrando a 300K un valor
proacuteximo a 100 No obstante este valor soacutelo es
vaacutelido para la frecuencia de 1MHz y habraacute que
tener en cuenta otros valores dependiendo de la
frecuencia
Figura 42 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura
medida a 1 MHz
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz
La figura 43 muestra la variacioacuten de la
constante dieleacutectrica (parte real de la
permitividad) de muestras homogeacuteneas de
magnetita de 30 nm de tamantildeo al variar la
temperatura de 200K a 300K para una
frecuencia de 3906 Hz con campos
magneacuteticos nulo y de 05 teslas [109]
Como puede verse el valor de la constante
dieleacutectrica aumenta al aumentar el campo
magneacutetico de forma progresiva entre los 200
y los 230K y luego entre 230K y 300K
mantiene un cierto paralelismo respecto a los
valores sin campo magneacutetico
Figura 43 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica con la temperatura e influencia
de campo magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz
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754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T
La figura 44 muestra la representacioacuten de
las variaciones de la parte real de la
permitividad de las muestras de
magnetita de 30 nm al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K al
someter al material a un campo
magneacutetico de 0 y 05 teslas [109]
Como puede verse en dicha figura las
variaciones respecto a la existencia o no
de campo magneacutetico son miacutenimas
Cabe destacar el detalle del efecto
magnetocapacitativo MC en la figura 44
que mide precisamente la diferencia
relativa porcentual de la permitividad en
presencia de un campo magneacutetico
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica
con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K
MC () = 100 middot (εr (H=05T) - εr (H=0T) ) εr (H=0T)
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
761 Permeabilidad Magneacutetica
En la praacutectica considerando que las maacuteximas susceptibilidades auacuten de los materiales
magneacuteticos raras veces son mayores de 02 cgsu Por lo tanto los valores de la
permeabilidad son apreciablemente mayores que la unidad soacutelo en casos muy raros Por ello
el efecto de es muy ligero en general excepto en la magnetita concentrada ( ) [70]
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En la figura 45 se puede ver la curva de
primera imanacioacuten para una distribucioacuten de
magnetitas nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm
con una media de 111 nm de grosor
obtenida con un dispositivo DSM-8
Magnetosusceptometer (Francia) [75]
Los
datos de la curva de magnetizacioacuten se
pueden ajustar a la ley de Froumlhlisch-
Kennelly
M = χ
χ
Donde χi es la susceptibilidad magneacutetica
inicial (Hrarr0) y MS es la magnetizacioacuten de
saturacioacuten Los valores correspondientes al
mejor ajuste de los datos de la figura a la
ecuacioacuten anterior son
MS = 448plusmn9 kAm (1kAm=4π Oe -Oersted)
χi = 903 plusmn 012
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La
liacutenea corresponde a la ecuacioacuten de
Froumlhlisch-Kennelly
De este modo la permeabilidad magneacutetica inicial de las partiacuteculas de magnetita es
= 1+ χi = 1003 plusmn 012
Que es un valor muy superior al arriba indicado para magnetita no nanomeacutetrica
concentrada
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica
La magnetita en polvo tiene un
comportamiento tiacutepico de un material
superparamagneacutetico es decir con
cero coercitividad La figura 46
muestra el graacutefico del ciclo de
histeacuteresis de la magnetita en polvo con
una magnetizacioacuten especiacutefica de
saturacioacuten de 732 emug [74]
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en
polvo
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La figura 47 recoge la variacioacuten de la
magnetizacioacuten de muestras de
magnetita en funcioacuten del campo
magneacutetico medida a temperatura
ambiente [109]
Como se puede
observar la magnetizacioacuten se
incrementa al aumentar la intensidad
del campo magneacutetico aplicado hasta
alcanzar praacutecticamente el punto de
saturacioacuten cerca del campo maacuteximo
de plusmn1 Tesla
Cabe sentildealar que la magnetizacioacuten
maacutexima de estas muestras [109]
es
inferior a los valores encontrados en la
bibliografiacutea (~80 emug) [71]
como es
de esperar para partiacuteculas con un
tamantildeo menor que el del
monodominio (~70 nm)
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas
de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de
magnetita nanomeacutetrica de 30 nm
Ademaacutes y como se puede ver en el
detalle de la Figura 48 las partiacuteculas
de magnetita auacuten muestran un
pequentildeo campo coercitivo (HC) de
unos 20 Oe para muestras con un
tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm
Por otro lado mientras diferentes
simulaciones realizadas en 1995 [111]
(figura 49) de magnetitas muestran un
endurecimiento magneacutetico al
disminuir el tamantildeo de grano dese
1μm hasta 100 nm la figura 48 revela
una magnetizacioacuten suave para
magnetitas de 30nm lo que en
principio parece incoherente salvo si
se considera que mientras en la figura
49 van aumentando las propiedades de
dominio simple conforme disminuye
el tamantildeo de grano en la figura 49
con un tamantildeo de grano de magnetita
no biogeacutenica de 30nm se considera
que el material ha sobrepasado el
rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades
superparamagneacuteticas
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de
magnetita cuacutebica al aplicar un campo magneacutetico
en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes
tamantildeos (de izquierda a derecha 01μm 02 μm
05 μm 07 μm 10 μm)
Sin embargo los datos de permeabilidad magneacutetica de magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico
(entre 20 y 50 nm) tambieacuten se ha medido en unidades cgs [110]
a temperatura ambiente
(~300K) y a altas frecuencias (1 ndash 20 GHz) obtenieacutendose un valor de lo que
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infiere la peacuterdida del comportamiento magneacutetico a altas frecuencias frente a los datos
anteriores
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal
Las magnetitas inorgaacutenicas tienen propiedades magneacuteticas desde superparamagnetismo (en
partiacuteculas menores de 6 nm y hasta de 30 nm [75]
) a de dominio muacuteltiple en funcioacuten del
tamantildeo
En la siacutentesis de la magnetita por precipitacioacuten mezclando soluciones de FeCl24H2O y 7 M
de NH4OH a 80-90 oC se puede controlar el tamantildeo de la partiacutecula variando la concentracioacuten
del cloruro ferroso para obtener partiacuteculas del rango de 5 a 100 nm [112]
En la tabla 15 se
muestran los
resultados
experimentales a 5
K de coacutemo variacutean el
volumen de celda
unitaria la
temperatura de
transicioacuten magneacutetica
y la magnetizacioacuten
de saturacioacuten de la
magnetita para
distintas muestras
con tamantildeo desde
64 a 914 nm
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la
celda unitaria temperatura de transicioacuten magneacutetica y
magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4
A dicha temperatura la magnetizacioacuten es maacutexima para las partiacuteculas de 10 nm Se concluye [112]
que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es maacutexima para nanopartiacuteculas del orden de 10 nm
como puede observarse en la figura 50
Se ha de tener en cuenta que mientras que
las muestras M28 y M32 estaacuten en fase
sencilla las M34 y M37 de mayor tamantildeo
de grano contienen Fe2O3 como fase de
impureza (12 y 7 respectivamente)
Recientes investigaciones (CSIC 2012) [113]
han demostrado que la magnetita
conserva su orden ferrimagneacutetico
(imanacioacuten) estable con un espesor de tan
soacutelo 1 nm y al menos hasta 200 oC lo que
supone un avance para su posible uso en
espintroacutenica tecnologiacutea relacionada con el
almacenamiento y el tratamiento de la
informacioacuten Podriacutea tratarse del imaacuten
(oacutexido de hierro imantado) maacutes delgado
estudiado hasta la fecha
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del
campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica
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Para el caso de magnetitas biogeacutenicas es decir aquellas cuyo origen se encuentra en los seres
vivos a continuacioacuten se lista algunas caracteriacutesticas magneacuteticas de las magnetitas biogeacutenicas
en funcioacuten de su origen y tamantildeo
Los cristales de magnetita bacteriana estaacuten restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a
500 nm con formas que los confinan a un campo de estabilidad magneacutetica de dominio
simple
Los cristales de menor tamantildeo (lt 30 nm) tienen un dominio simple tambieacuten pero no
presentan en general estabilidad magneacutetica debido a la agitacioacuten teacutermica y presentan un
comportamiento superparamagneacutetico es decir no permanentemente magneacuteticos a
temperatura ambiente
Los cristales de mayor tamantildeo (gt 500 nm) muestran estructuras de dominio muacuteltiple
La mayoriacutea de los cristales de magnetosomas documentados en la literatura tienen un
rango de tamantildeo de 35ndash120 nm [114]
y estaacuten por encima de la franja de tamantildeo SPSSD
(SP = superparamagneacutetica SSD = magneto estable de dominio simple) para granos
individuales de magnetita cuacutebica esto es 25ndash30 nm [115]
aunque hay documentacioacuten por
ejemplo Aratoacute y colaboradores en 2005 [116]
de cristales de magnetosomas que caen bien
dentro de la regioacuten superparamagneacutetica ya que se reportoacute cristales de magnetosomas de
menos de 20 nm de longitud [117]
Seguacuten se representa en la figura 51 se ha combinado los estudios realizados [117]
para el
liacutemite de la zona SP a SSD (tiempo de relajacioacuten tm=60s y cadena alineada en
configuracioacuten lt111gt) con los modelos de Muxworthy amp Williams [118]
para el tamantildeo de
transicioacuten de SD a MD (multidominios)
Utilizando el formato de Butler amp Banerjee de 1975 [119]
se muestra la longitud (eje
longitudinal) mejor que el volumen frente a los diferentes ratios axiales de elongacioacuten
del grano (AR ejes transversallongitudinal o anchuralongitud) para cristales individuales
paralelepiacutepedos de magnetitas
El uso de la longitud facilita la comparacioacuten con Butler amp Banerjee [119]
pero la figura es
algo maacutes compleja de entender debido a que al movernos horizontalmente sobre la figura
el volumen del grano cambia esto es existe un cambio tanto de forma como de volumen
que contribuyen a la banda criacutetica De ahiacute que el tamantildeo de bloqueo crece con la
elongacioacuten Para granos que no interactuacutean existe un rango de tamantildeo de grano marcado
por dmin y dmax donde ambos estados SD y MD son posibles
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Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute
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8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
Durante deacutecadas los cientiacuteficos han intentado explicar coacutemo interacciona el campo
electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico auacuten cuando eacuteste no tenga energiacutea suficiente
como para ionizar un aacutetomo o inducir calor Soacutelo en el caso de la radiacioacuten ionizante se
evidencia rotundo acuerdo entre los cientiacuteficos acerca de los graves efectos bioloacutegicos que
provoca su exposicioacuten
Sistemas bioloacutegicos y campos electromagneacuteticos Las bases de la interaccioacuten
electromagneacutetica con un medio material fueron resueltas hace maacutes de un siglo a traveacutes de las
ecuaciones de Maxwell Sin embargo la aplicacioacuten de estas bases a un sistema bioloacutegico es
muy complicada debido a la extrema complejidad y muacuteltiples niveles de organizacioacuten de los
organismos vivos ademaacutes de la gran variedad de propiedades eleacutectricas de los tejidos
bioloacutegicos
Hoy diacutea no existe la menor duda de que los campos electromagneacuteticos afectan a los sistemas
bioloacutegicos ni de que los sistemas bioloacutegicos sean capaces de generar campos
electromagneacuteticos Las investigaciones en este sentido incluive ya estaacuten enfocadas en si los
sistemas bioloacutegicos son capaces de utilizar los campos electromagneacuteticos que generan con
alguacuten fin especiacutefico
No obstante muchas simulaciones sobre los efectos de los CEM en la cabeza humana la
simplifican aproximaacutendola a un dieleacutectrico con peacuterdidas pasando por alto cuestiones ya no
soacutelo caracteriacutesticas de los diferentes tejidos sino otras de tipo funcional como la
termorregulacioacuten o la emisioacuten de ondas cerebrales
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Cuando la termorregulacioacuten hace que la
temperatura no aumente cualquier efecto bioloacutegico se dice que es no teacutermico lo que
realmente es un efecto teacutermico enmascarado en el que el organismo lucha por mantener su
temperatura ya que la propia termorregulacioacuten es su efecto teacutermico
Como comparativa supongamos el caso de un vehiacuteculo con control de velocidad que se
programa a velocidad constante al subir una carretera inclinada la velocidad se mantiene
invariable pero el motor trabaja maacutes el consumo se dispara y los neumaacuteticos sufren mayor
desgaste Si el vehiacuteculo pierde la velocidad establecida es porque es incapaz de mantenerla a
pesar de sus recursos de regulacioacuten cineacutetica
Cuando en un ser vivo aumenta la temperatura tan soacutelo 1 oC se dice que tiene fiebre y lo que
se espera como causa probable es un golpe de calor o una enfermedad infecciosa Puesto que
los efectos maacutes evidentes de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos son los
teacutermicos y a diferencia con la materia inerte existen procesos termorreguladores se evidencia
la necesidad de investigarlos en profundidad coacutemo actuacutean frente a un efecto teacutermico
provocado por un campo electromagneacutetico y maacutes auacuten si son afectados funcionalmente por el
propio campo electromagneacutetico En este punto juega un papel fundamental el hipotaacutelamo
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82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS
Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MW) En relacioacuten a los efectos bioloacutegicos de las
radiofrecuencias y microondas muchos de los estudios experimentales publicados en revistas
y reuniones cientiacuteficas presentan el inconveniente de no proporcionar suficientes detalles
sobre las condiciones de exposicioacuten La mayoriacutea de los efectos citados en la literatura no se
relacionan directamente con enfermedades humanas o su relacioacuten es cuanto menos dudosa
debido a la falta de explicacioacuten y conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten En
cualquier caso es esencial entender que la falta de evidencia sobre posibles efectos adversos
para la salud no es igual a la evidencia de que no exista ninguacuten efecto De la misma forma es
imposible demostrar la inocuidad del campo electromagneacutetico por lo que la pregunta que
debemos hacernos no es si la radiacioacuten electromagneacutetica es inocua para la salud sino bajo
queacute niveles la ciencia no ha encontrado ninguacuten efecto nocivo y por tanto a la luz del
conocimiento cientiacutefico no producen efectos nocivos en la salud
El balance de los estudios disponibles no propone que los campos de RFMW causen caacutencer
u otras enfermedades aunque siacute exista alguna evidencia sobre efectos en las funciones
bioloacutegicas incluyendo las cerebrales que puedan ser inducidas por radiacioacuten de RFMW a
niveles comparables con los asociados a los habituales de la telefoniacutea moacutevil
Hasta el momento sin embargo no hay evidencia de que esos efectos bioloacutegicos desarrollen
riesgos para la salud No se sabe con absoluta seguridad cuaacuteles son los efectos de exposicioacuten
prolongada a campos de RFMW ni si son acumulativos
El resultado de un efecto acumulativo es sustancial en los efectos sobre la salud La larga
exposicioacuten acumulativa es el producto del tiempo y la exposicioacuten personal media como el
efecto de la radiacioacuten ionizante por ejemplo los rayos X que es acumulativo
Merece la pena destacar que los campos de RFMW modulados (mezclados con una sentildeal de
menor frecuencia) o pulsados (transmisioacuten a intervalos de tiempo muy pequentildeos) parece ser
que producen maacutes efectos
Claramente se necesitan maacutes estudios y anaacutelisis bien realizados independientes e
imparciales y asiacute conseguir un avance significativo en el conocimiento del comportamiento
los sistemas vivos que ademaacutes debe de ser difundido al puacuteblico en general Todo esto
implica la necesidad de invertir esfuerzos para poder realizar evaluaciones precisas de las
fuentes de campo electromagneacutetico maacutes habituales en nuestro entorno
Finalmente podemos decir que los efectos de la radiacioacuten de RFMW son soacutelo una amenaza
si la dosis de radiacioacuten es muy alta En el caso de la mayoriacutea de las fuentes de RFMW de
nuestro entorno habitual especialmente las correspondientes a la telefoniacutea moacutevil la dosis no
es alta La deteccioacuten de respuestas bioloacutegicas a exposiciones de bajo nivel requiere el disentildeo
de procedimientos de investigacioacuten muy sensibles lo que puede crear una gran posibilidad de
producir resultados contradictorios Estas investigaciones dependen fuertemente de la
habilidad y experiencia de los investigadores involucrados siendo necesario que los
resultados que se obtengan sean comparados con investigaciones bien estructuradas de
laboratorios independientes de equipos expertos
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Conflicto de intereses En 2010 [120]
Lotte E van Nierop Martin Roumloumlsli Matthias Egger y
Anke Hussa publicaron una actualizacioacuten de una revisioacuten sobre 59 estudios sobre los efectos
bioloacutegicos producidos por los moacuteviles publicados entre 1995 y 2005 y se detectoacute que los
estudios financiados por las industrias eran los menos propensos a reportar efectos de la
radiacioacuten de los moacuteviles sobre la salud Se actualizoacute con los estudios realizados de 2005 a
2009 extrayendo financiaciones conflictos de intereacutes y resultados De los 75 estudios
adicionales el 12 fueron financiados por la industria el 44 por las administraciones y el
19 de financiacioacuten mixta no estando clara la financiacioacuten en el 25 de ellos Los hallazgos
previos fueron confirmados los estudios financiados por la industria volvieron a ser los maacutes
reacios a reportar efectos en sus resultados Es interesante que la proporcioacuten de estudios
indicando efectos declinoacute en el periacuteodo de 1995 a 2009 independientemente de los fondos de
financiacioacuten Las fuentes de financiacioacuten y los conflictos de intereses son importantes en este
campo de investigacioacuten
Frecuencias bajas y muy bajas (ELF) En conjunto de la literatura disponible sobre
efectos bioloacutegicos de campos de ELF no se deducen resultados adversos sobre la salud Esto
significa que la preocupacioacuten puacuteblica sobre estos efectos no estaacute basada en pruebas
cientiacuteficamente establecidas
Por otro lado establecer tales pruebas es muy difiacutecil La falta de conexioacuten entre los
resultados experimentales (in vitro o in vivo) datos en humanos y los mecanismos de
interaccioacuten complica en gran manera las conclusiones Dada la complejidad de los
organismos vivos es muy difiacutecil aplicar el conocimiento de esas fuentes
Los estudios celulares dan un conocimiento de las alteraciones fisioloacutegicas potenciales a
nivel celular baacutesico debido a la exposicioacuten y otros efectos siendo necesario evaluar los
efectos sobre la salud humana de la exposicioacuten prolongada a campos de ELF
Sin embargo existe cierta dificultad para extrapolar evidencias de los estudios en animales a
otras especies aunque es plausible aceptar que ciertos efectos ocurridos en una especie
incrementa el indicio de que se puedan producir efectos similares en otras especies Muchas
de las evidencias experimentales justifican moderadamente una relacioacuten causal entre la
exposicioacuten a campos de ELF ambientales y cambios en la funcioacuten bioloacutegica Sin embargo la
falta de consistencia debilita la creencia de que esta asociacioacuten sea realmente debida a los
campos de ELF Por tanto no es posible de estudios experimentales demostrar la existencia
de ese riesgo
Soacutelo es posible probar que bajo ciertas condiciones de exposicioacuten existe un efecto Para
conseguir una posible prueba se necesitaraacute mejor control de la exposicioacuten a los campos de
ELF incluyendo efectos transitorios incrementar los estudios en animales y simular de
forma maacutes fiable los efectos en humanos reales y asimismo incrementar los estudios en
personas con incidencia directa en los efectos que podriacutean llevar a alteraciones de la salud
Aunque la evaluacioacuten de riesgos estaacute generalmente basada en datos experimentales de
sistemas bioloacutegicos es necesaria la consideracioacuten de posibles mecanismos por dos razones
baacutesicas
Los datos experimentales de efectos de campos de radiofrecuencia son inconsistentes y
fragmentados en muchos aspectos de manera que una comprensioacuten de los mecanismos
biofiacutesicos sobre los efectos estudiados puede ayudar a racionalizar y entender los datos
Es necesario extrapolar datos desde una condicioacuten de exposicioacuten a otras y para una
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extrapolacioacuten fiable es necesario un entendimiento de los mecanismos
Por lo tanto el conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten es esencial para identificar
procesos apropiados de dosimetriacutea para predecir las relaciones dosis-respuesta para disentildear
mejores experimentos y para servir de base para determinar si ciertos niveles de exposicioacuten
provocan dantildeos en los tejidos bioloacutegicos
Respecto a la exposicioacuten a radiacioacuten de ELF ocurre a distancias mucho menores que la
longitud de onda Esto tiene importantes implicaciones porque bajo tales condiciones se
tratan como componentes independientes La situacioacuten es sustancialmente diferente de la que
ocurre en la radiacioacuten a campos de RFMW en donde los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten
indisolublemente unidos Esta es la razoacuten por la que a estas frecuencias las investigaciones se
han centrado en los efectos de un campo o el otro
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La magnetita biogeacutenica se ha encontrado en muchos organismos desde bacterias a
vertebrados superiores incluyendo el cuerpo humano Donde se ha estudiado maacutes
ampliamente forma cristales de dominio simple (permanentemente magneacutetico) dentro de
vacuolas de bicapa-liacutepida denominadas magnetosomas a menudo alineadas
El hallazgo de cristales de magnetita (Fe3O4) en el cerebro humano ha sido uno de los
descubrimientos mineralogeneacuteticos maacutes importantes de la uacuteltima deacutecada J L Kirschvink
hizo puacuteblica en 1992 -mediante su ya trabajo claacutesico Magnetite biomineralization in the
human brain- la presencia en el cerebro humano de minerales de la familia de la magnetita-
maghemita cuyas morfologiacuteas y estructuras se asemejan a los precipitados por bacterias
magnetotaacutecticas No obstante posteriormente y a traveacutes del espectroscopio de Moumlssbauer se
demostroacute que la maghemita (Fe267O4 o bien γ-Fe2O3) no era sino uno de sus productos
tiacutepicos de oxidacioacuten Esta oxidacioacuten probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten
de las muestras
Se ha estimado que en la mayoriacutea de los tejidos del cerebro humano hay un miacutenimo de cinco
millones de cristales de magnetita por gramo y maacutes de 100 millones de cristales por gramo
para la piacutea y dura Si a esto le antildeadimos que los cristales de magnetita se encuentran en el
cerebro constituyendo grupos de entre 50 y 100 partiacuteculas parece evidente concluir que todo
cerebro humano estaacute caracterizado por unas determinadas propiedades magneacuteticas Como era
de esperar el descubrimiento de la magnetita en el cerebro ha hecho que la controversia
sobre los efectos generados por la exposicioacuten continuada de los seres vivos a determinados
campos eleacutectricos magneacuteticos o electromagneacuteticos se abriera de nuevo
Desde otra perspectiva de investigacioacuten se sabe por ejemplo que existe un sentido
magneacutetico en varias especies y que la base de este sentido y su papel determinante en los
desplazamientos migratorios se basa en la existencia de materiales ferri y ferromagneacuteticos
en el cerebro
El descubrimiento de la magnetita del cerebro no soacutelo ha supuesto un marco comuacuten de
investigacioacuten donde convergen distintas disciplinas cientiacuteficas (medicina mineralogiacutea fiacutesica
etceacutetera) sino que ha abierto nuevas liacuteneas para el estudio de los procesos de
biomineralizacioacuten y para comprender mejor determinados tipos de interacciones entre el
cerebro humano y el medio que nos rodea
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Existen indicadores de que tambieacuten hay en los tejidos partiacuteculas magneacuteticas agrupadas maacutes
grandes El origen de eacutestas permanece sin conocerse habieacutendose incluso afirmado
recientemente que praacutecticamente todo el hierro de un cerebro humano normal estaacute en la
ferritina Aunque de forma general el Fe se encontrariacutea bajo la forma de ferrihidrita (5Fe2O3
9H2O) se ha reportado que incluso dentro de la ferritina podriacutean crecer partiacuteculas de
magnetita y tambieacuten a partir de nuacutecleos con ferritina seguida de una disfuncioacuten celular Maacutes
concretamente anaacutelisis recientes de microscopiacutea electroacutenica de la ferritina de tejidos
afectados de la enfermedad de Alzheimer indican que se pueden formar oacutexidos de hierro
dentro de la proteiacutena relacionada con la patogeacutenesis
Existen varios caminos que conducen a la neurodegeneracioacuten Uno de estos es el dantildeo por
estreacutes oxidativo a traveacutes de la quiacutemica de Fenton La ferritina puede jugar un papel
importante en este proceso particularmente cuando las mutaciones o su desregulacioacuten
conducen a incapacitar la retencioacuten del hierro dentro de la ferritina El hierro que no es
retenido puede comenzar la produccioacuten de radicales libres en cantidades excesivas En la
enfermedad de Parkinsosn (PD) y en neuroferritinopatiacutea hay un defecto de cadenas L de
ferritina que puede disminuir en concentracioacuten (PD) o ser defectuosa (neuroferritinopatiacutea)
conduciendo hacia un exceso de hierro laacutebil En la enfermedad de Alzheimer (AD) hay un
suave incremento del ratio de las cadenas de ferritina HL En la paraacutelisis supranuclear
progresiva (PSP) parece ser muy diferente y caracterizada por un incremento importante de
la concentracioacuten total de hierro en el tejido afectado Desafortunadamente no se conocen
datos hasta la fecha sobre cualquier cambio en la ferritina que pueda concernir tanto al ratio
de las cadenas de ferritina HL como a la estructura del nuacutecleo de hierro
84 LA MAGNETITA MINERAL
La magnetita mineral conocido desde la antiguumledad debido a su propiedad magneacutetica como
oacutexido de hierro es un material comuacuten en la naturaleza
Su magnetismo y comportamiento como semiconductor eleacutectrico viene derivado de la
estructura de sus aacutetomos constituyentes y estaacute perfectamente definida tanto su estructura
molecular Fe3O4 como la de su celda unitaria cuacutebica centrada en caras constituida por 8
moleacuteculas Habitualmente cristaliza formando octaedros si bien puede presentarse formando
cubos e incluso formas maacutes redondeadas y alargadas dependiendo del tamantildeo y proceso de
siacutentesis del cristal
Hoy en diacutea existen diferentes meacutetodos artificiales para sintetizar magnetita nanomeacutetrica
siendo los maacutes comunes los de coprecipitacioacuten quiacutemica Aunque la magnetita
estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05 frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica
debido a un submallado de FeIII
con deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede
tambieacuten ser reemplazado parcial o completamente por otros iones divalentes como el MnII
NiII Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
En cuanto a las propiedades eleacutectricas la magnetita es un semiconductor aunque por debajo
de los 119K (temperatura de transicioacuten de Verwey) es aislante Conforme aumenta la
temperatura aumenta tambieacuten la conductividad hasta aproximadamente los 400K luego
disminuye y finalmente se estabiliza a los 859K con un valor proacuteximo a los 200 (Ω cm)-1
La
conductividad presenta anisotropiacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten e isotropiacutea por
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encima de la misma es decir a temperatura ambiente es isotroacutepica
Respecto a las propiedades magneacuteticas la magnetita es paramagneacutetica a temperaturas
superiores a la Temperatura de Curie (Tc = 859 oK) siendo ferrimagneacutetica por debajo de la
misma En la propiedad ferrimagneacutetica aunque existe antiparalelismo tiene un momento
magneacutetico resultante Ademaacutes existe una direccioacuten preferente de magnetizacioacuten a lo largo de
la direccioacuten [111] presentando anisotropiacutea a temperatura ambiente La susceptibilidad
magneacutetica de la magnetita variacutea con la temperatura tomando valores proacuteximos a 002 para
900K y 001 para 1000K es decir valores positivos pero pequentildeos comparados con la
unidad
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
La geacutenesis bioloacutegica de la magnetita es decir la magnetita generada por los seres vivos no la
fabrica sino a escala nanomeacutetrica y sus propiedades auacuten en estudio pueden diferir de la
magnetita de mayor tamantildeo Por ejemplo el moacutedulo de elasticidad o de Young de la magnetita
es de 225 GPa frente a los soacutelo 180 GPa para la magnetita nanocristalina su grado de pureza
es mayor en nanocristales biogeacutenicos y su comportamiento magneacutetico puede pasar de ser
ferrimagneacutetico a superparamagneacutetico (una combinacioacuten de ferromagneacutetico y paramagneacutetico)
cuando su tamantildeo es nanomeacutetrico
La magnetita nanomeacutetrica tiene como principales ventajas frente a otras nanopartiacuteculas
magneacuteticas su alta magnetizacioacuten de saturacioacuten y estabilidad quiacutemica a las que hay que
antildeadir sus caracteriacutesticas biocompatibles lo que convierte en un verdadero foco de atencioacuten
en investigacioacuten aflorando multitud de aplicaciones tanto a nivel industrial como tecnoloacutegico
y de biomedicina y pudiendo surgir nuevos retos como la investigacioacuten de la interaccioacuten de
los campos electromagneacuteticos y la magnetita nanomeacutetrica ubicada en los seres vivos
En cuanto a las propiedades eleacutectricas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico se ha tabulado
las variaciones de la permitividad la conductividad y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas a
330K de 100 Hz y 1 MHz La permitividad tambieacuten variacutea con la temperatura y con el campo
magneacutetico habieacutendose documentado varios trabajos al respecto
Finalmente en el capiacutetulo dedicado a las propiedades magneacuteticas se ha evidenciado por
ejemplo que mientras que la bibliografiacutea aporta valores para la permeabilidad magneacutetica de
para magnetita no nanomeacutetrica concentrada para una distribucioacuten de magnetitas
nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm con una media de 111 nm de grosor la permeabilidad
magneacutetica inicial registrada es de 1003
Es interesante comprobar que incluso a nivel nanomeacutetrico la magnetita tiene propiedades que
variacutean en funcioacuten del tamantildeo de la partiacutecula como la magnetizacioacuten de saturacioacuten
habieacutendose comprobado en 2012 que la magnetita nanomeacutetrica puede mantener estables sus
propiedades magneacuteticas incluso en partiacuteculas de tan soacutelo 1 nm de grosor
No obstante otros ciclos de histeacuteresis reportados indican que mientras que la magnetita en
polvo tiene un comportamiento superparamagneacutetico las partiacuteculas de magnetita auacuten muestran
un pequentildeo campo coercitivo (HC) de unos 20 Oe (1kAm=4π Oe -Oersted) para muestras con
un tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm Por otro lado diferentes simulaciones de magnetitas
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muestran un endurecimiento magneacutetico al disminuir el tamantildeo de grano dese 1μm hasta 100
nm
La explicacioacuten de lo anterior podriacutea ser el aumento de las propiedades de dominio simple
conforme disminuye el tamantildeo de grano hasta que con un tamantildeo de grano de magnetita no
biogeacutenica de 30nm el material habriacutea sobrepasado el rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades superparamagneacuteticas
La clasificacioacuten del comportamiento magneacutetico de las nanopartiacuteculas de magnetita sinteacutetica
difiere tambieacuten de la reportada para magnetitas nanomeacutetricas de origen biogeacutenico en que un
cristal de proporcioacuten cuacutebica (no alargado) de 70 nm es SSD+MD (SSD = magneto estable de
dominio simple MD = multidominio) mientras que los de 30 nm sigue siendo de dominio
simple Asiacute pues el origen de la magnetita tambieacuten puede ser un paraacutemetro diferencial de
algunas de sus propiedades magneacuteticas
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9 FUTUROS TRABAJOS
En este trabajo de investigacioacuten se ha partido de tres aacutereas diferentes
En primer lugar se atiende a los campos electromagneacuteticos sus efectos bioloacutegicos y los
meacutetodos de compensacioacuten de calor de que dispone el cuerpo humano Este aacuterea es
interesante porque indica coacutemo pueden afectar los campos electromagneacuteticos a los seres
vivos auacuten sin tenerse en cuenta la presencia de materiales magneacuteticos
Este aacuterea tiene un amplio abanico de investigaciones pendientes Cada vez son maacutes las
aplicaciones que se realizan y que emiten campos electromagneacuteticos con diferentes
objetivos En el campo de las directrices en cuanto a radiacioacuten es previsible que con el
avance de las investigaciones eacutestas lleguen a tener en cuenta no soacutelo los efectos teacutermicos y
de variaciones conductuales en los animales sino otros efectos de caraacutecter fisioloacutegico Por
ejemplo el hecho de que el cuerpo humano no aumente su temperatura frente a un campo
electromagneacutetico no significa que el hipotaacutelamo no esteacute trabajando para que asiacute sea
Por otro lado y en segundo lugar los estudios de Kirschvink en 1992 demostraron la
presencia de magnetita en el ser humano Este punto se ha desarrollado partiendo de la
magnetita que se haya podido detectar en otros organismos y finaliza presentando los
uacuteltimos descubrimientos acerca de las conexiones entre las concentraciones de hierro en el
cuerpo humano y las enfermedades neurodegenerativas
Respecto a este aacuterea queda mucho por investigar Sirvan de ejemplo la definicioacuten de las
relaciones exactas entre la ferritina y la biomineralizacioacuten de la magnetita en el cuerpo
humano o la definicioacuten de las funciones de la magnetita en el cerebro Sin embargo es un
aacuterea que a priori escapa a una investigacioacuten basada en las tecnologiacuteas industriales
En tercer lugar este trabajo recopila las caracteriacutesticas generales y propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas de la magnetita Sin embargo al constatarse el tamantildeo nanomeacutetrico de los
cristales de magnetita encontrados en el cuerpo humano se hace necesaria la investigacioacuten
de las nanopartiacuteculas magneacuteticas y maacutes concretamente de las caracteriacutesticas y propiedades
eleacutectricas y magneacuteticas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico
Dentro de este aacuterea de investigacioacuten se encauza el presente trabajo de investigacioacuten dentro
de las tecnologiacuteas industriales a traveacutes de la simulacioacuten del comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica de caracteriacutesticas similares a las detectadas en el cuerpo humano
No obstante para ello seriacutea necesario todaviacutea resolver algunas definiciones como son
Se han extraiacutedo los valores de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas
eleacutectricas de la magnetita nanomeacutetrica para diferentes oacuterdenes de frecuencias (de 102 a 10
6
Hz) Sin embargo queda pendiente su homoacutelogo en cuanto a propiedades magneacuteticas
(permeabilidad magneacutetica y tangente de peacuterdidas)
Se ha de revisar si hay otras propiedades que puedan afectar al comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica A modo de ejemplos la magnetoestriccioacuten o inclusive
comportamientos derivados de la teoriacutea cuaacutentica Es probable que la respuesta sea negativa
precisamente en estos dos casos por ejemplo un cristal cuacutebico de unos 30 nm de arista
estariacutea conteniendo unas 36 celdas unitarias de magnetita por arista lo que lleva a 46656
celdas dentro del cristal Puesto que cada celda contiene 8 moleacuteculas de Fe3O4 finalmente
se tendriacutean unos 2612736 aacutetomos de Fe y O cifra muy superior a la habitual en teoriacutea
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cuaacutentica No obstante una revisioacuten maacutes completa de eacutestas y otras propiedades es
aconsejable
Es muy interesante definir el comportamiento teacutermico de la magnetita nanomeacutetrica Por
ejemplo su calor especiacutefico junto con las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas podriacutean
concluir en una simulacioacuten frente a un campo electromagneacutetico en la generacioacuten de un
aumento de temperatura de orden nanomeacutetrico (nanoclima) Si esto se comprobara en
primer lugar y luego se confirmara podriacutea tener serias repercusiones en cuanto a la
concepcioacuten actual de los efectos de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos ya
que un aumento de temperatura en un espacio nanomeacutetrico podriacutea catalizar reacciones
bioquiacutemicas no previstas
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ELSEVIER C R Physique 11 (2010) 622ndash627
I
CONTENIDO
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO 1
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA 4
2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 9
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS 9
211 Radiacioacuten Ionizante 9
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas) 11
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas) 13
22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE 14
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten 17
23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES 18
3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 23
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE 23
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y MICROONDAS 28
321 Efectos Teacutermicos 29
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos 30
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS 33
4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO 43
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR 43
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor 43
412 Mecanismos de Ganancia de Calor 46
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA 46
421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio 48
5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 49
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES 49
511 Los Magnetosomas 51
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 52
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo 56
522 La Ferritina 57
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales 58
53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA 60
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro 60
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos Neurodegenerativos 61
II
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas 62
534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones 63
6 LA MAGNETITA MINERAL 67
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL 67
62 DEFINICIOacuteN 68
63 PROPIEDADES GENERALES 69
631 La Moleacutecula de la Magnetita 69
632 La Celda Unitaria de la Magnetita 69
633 Cristalizacioacuten 71
634 Algunas Propiedades Baacutesicas 71
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral 73
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 73
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas 73
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura 75
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica 76
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 77
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo 77
652 Tipos de Magnetismo 78
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita 79
654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura 80
7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 81
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS 81
711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas 82
712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita 85
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y TAMANtildeOS 86
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica 89
73 PRINCIPALES APLICACIONES 90
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES 92
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad 92
742 Diferencias en el Moacutedulo de Young 94
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas 94
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas 94
75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 97
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K 97
752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz 98
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz 98
754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T 99
III
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 99
761 Permeabilidad Magneacutetica 99
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica 100
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal 102
8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN 105
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 105
82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 106
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 108
84 LA MAGNETITA MINERAL 109
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 110
9 FUTUROS TRABAJOS 113
10 REFERENCIAS 115
IV
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global 2
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro 3
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica 4
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos 5
Figura 5 Radiacioacuten gamma 10
Figura 6 Partiacutecula alfa 10
Figura 7 Partiacuteculas beta 10
Figura 8 Partes de una ceacutelula 18
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
18
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena 21
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico 23
Figura 12 Efecto Compton 24
Figura 13 Produccioacuten de pares 24
Figura 14 Modelo de cabeza humana del Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda) plano
coronal y leyenda (abajo-derecha) 48
Figura 15 Magnetosoma de la bacteria magnetotaacutectica 51
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de magnetita
y maghemita del cerebelo humano 55
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano 56
Figura 18 Escaacutener de microscopio de fuerza magneacutetica (MEM) de material de placa de
hipocampo humano mostrando una respuesta magneacutetica dipolar 61
Figura 19 Magnetitas 68
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y 2
tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro 69
Figura 21 Estructura del grupo de la espinela 69
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada en caras 70
Figura 23 Celda unitaria de la magnetita 70
Figura 24 Octaedro 71
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble 71
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica de la magnetita con la temperatura 76
V
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita a bajas temperaturas 76
Figura 28 Isotropiacutea de la conductividad de la magnetita a temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la temperatura de transicioacuten 76
Figura 29 Tipos de magnetismo 78
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar 1χmol en funcioacuten de la temperatura
para MnFe2O4 y Fe3O4 80
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido con magnetita a partir de queroseno (a) y
con aceite comestible (b) 85
Figura 32 Comportamiento de un ferrofluido con un 21 de magnetita y preparado en
aceite comestible 85
Figura 33 Cristales de magnetita producidos hidroteacutermicamente a 250 oC 87
Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC 88
Figura 35 Fotografiacutea HREM de partiacuteculas de magnetita sintetizada 88
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita 88
Figura 37 Difractograma de rayos X de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y patroacuten
de la magnetita (b) 89
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita Fe3O4+δ 94
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha) 95
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b) Imaacutegnes
HRTEM observadas en el eje de la zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las partiacuteculas
magneacuteticas 96
Figura 41 Representaciones de las variaciones de la parte real de la permitividad (41a) la
conductividad (41b) y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas (41c) al variar la frecuencia
de 102
a 106 Hz a una temperatura constante de 300K utilizando en ambos ejes
escalas logariacutetmicas 97
Figura 42 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura medida a 1
MHz 98
Figura 43 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la temperatura e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz 98
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K 99
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La liacutenea
corresponde a la ecuacioacuten de Froumlhlisch-Kennelly 100
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en polvo 100
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe 101
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de magnetita nanomeacutetrica de 30 nm 101
VI
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de magnetita cuacutebica al aplicar un campo
magneacutetico en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes tamantildeos (de izquierda a
derecha 01μm 02 μm 05 μm 07 μm 10 μm) 101
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica 102
Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute 104
VII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro 3
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell 6
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos 7
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM
guidelines Health Physics 74 494-522 (1998) 14
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa) 16
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos 26
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida 28
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex cerebral y
el cerebelo de cada cerebro 53
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las concentraciones
de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal 59
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano 59
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control 64
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras
cerebrales 66
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012 93
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias 97
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la celda unitaria
temperatura de transicioacuten magneacutetica y magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4 102
IX
OBJETIVO Y RESUMEN
El presente trabajo de investigacioacuten tiene como objetivo la recopilacioacuten de informacioacuten que
sirva para determinar en trabajos posteriores las probabilidades si es que las hay de que la
exposicioacuten a un campo electromagneacutetico actualmente permitido y evaluado como inofensivo
para el cuerpo humano pueda tener alguacuten efecto cuando se tiene en cuenta la presencia de
magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico Por ejemplo el efecto de la generacioacuten de un nano-clima
podriacutea tener consecuencias graves en cuanto a desencadenante de reacciones quiacutemicas
bioloacutegicas
Para ello se introduce en primer lugar dentro de la exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos
en los seres vivos algunas de las aplicaciones que pueden afectar a los tejidos bioloacutegicos una visioacuten desde la Organizacioacuten Mundial de la Salud acerca de la normativa vigente y seguridad en materia de radiacioacuten no ionizante y una revisioacuten de los materiales bioloacutegicos a tener en cuenta
junto con algunos ejemplos de simulaciones
A continuacioacuten se realiza una recopilacioacuten de los efectos bioloacutegicos detectados como
consecuencia de la exposicioacuten a los diferentes campos electromagneacuteticos tanto ionizantes
como no ionizantes distinguieacutendose entre efectos teacutermicos ateacutermicos y no teacutermicos y una
aproximacioacuten a los meacutetodos de compensacioacuten del calentamiento de los que dispone el cuerpo
humano y que pueden estar apantallando algunos de los efectos bioloacutegicos pero tambieacuten
pudiendo provocar sobreesfuerzos en otras zonas como el hipotaacutelamo
Posteriormente se expone la presencia de magnetita en los seres vivos (magnetita biogeacutenica) y
en el cuerpo humano y la relacioacuten encontrada entre algunas enfermedades neurodegenerativas
(Parkinson Alzheimer paraacutelisis supranuclear progresiva y neuroferritinopatiacutea) y las
concentraciones de hierro en el organismo
A partir de lo anterior y habiendo introducido en primer lugar la magnetita como uno de entre
los dieciseacuteis oacutexidos hidroacutexidos y oacutexido-hidroacutexidos de hierro presentes en la naturaleza el
trabajo se centra en determinar las principales propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la magnetita
incidiendo en las caracteriacutesticas de su moleacutecula celda unitaria y propiedades cristalograacuteficas y
en las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Finalmente puesto que la magnetita biogeacutenica hallada es en su mayoriacutea de tamantildeo
nanomeacutetrico resulta imprescindible centrar la atencioacuten en las nanopartiacuteculas de magnetita
para seguidamente incidir sobre sus procesos de siacutentesis sus principales usos y aplicaciones
principales caracteriacutesticas y propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Paacutegina 1 de 124
1 INTRODUCCIOacuteN
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son no magneacuteticos
(diamagneacuteticos y paramagneacuteticos) Sin embargo tambieacuten existen materiales ferromagneacuteticos
como la magnetita (Fe3O4) que podriacutea interactuar hasta un milloacuten de veces maacutes frente a un
campo magneacutetico externo En 1992 Kirschivink y colaboradores [1][2]
identifican la presencia
de minerales magneacuteticos presumiblemente magnetita y maghemita en el cerebro del cuerpo
humano Es por ello que se ha incluido en primer lugar a modo de introduccioacuten en el apartado
11 unas nociones baacutesicas acerca de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro su ubicacioacuten en el
sistema global y su intereacutes multidisciplinar
Ante este hallazgo ha surgido repetidamente en el transcurso de los antildeos la pregunta de si los
diferentes campos electromagneacuteticos a los que se expone el cuerpo humano pueden afectar de
alguna manera a los cristales de magnetita que pudieran encontrarse en el cuerpo humano y
provocar asiacute efectos no necesariamente nocivos en el organismo Es por ello que en la
presente introduccioacuten se ha incluido una informacioacuten baacutesica de campos electromagneacuteticos y
dosimetriacutea (apartado 12) Como se veraacute maacutes adelante las relaciones encontradas entre
algunas enfermedades neurodegenerativas y las concentraciones de Fe en el cuerpo humano
son cuanto menos inquietantes
Finalmente se ha de tener en cuenta que las muestras de magnetita encontradas en los
organismos y en el cuerpo humano tienen en general tamantildeo nanomeacutetrico Como se veraacute maacutes
adelante muchos materiales cambian sus caracteriacutesticas al reducir su tamantildeo hasta esta escala
nanomeacutetrica Ello representa un reto antildeadido ya que es la razoacuten por la que tambieacuten resultaraacute
imprescindible una introspeccioacuten en el campo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO
Son compuestos comunes en la naturaleza y disponibles en el laboratorio Estaacuten presentes en
casi todas las partes del sistema global atmoacutesfera pedosfera biosfera hidrosfera y litosfera
y participan en las interrelaciones entre ellas
La figura 1 [3]
esquematiza la localizacioacuten de los oacutexidos de hierro en la Tierra a partir de
menas rocas y el agua
Paacutegina 2 de 124
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global
Inicialmente la formacioacuten de oacutexidos de FeIII
se relacionaba predominantemente con las rocas
magmaacuteticas tanto en ambiente terrestre como marino Luego se han de tener en cuenta los
procesos de redistribucioacuten entre los subsistemas del sistema global que incluyen el
transporte mecaacutenico a traveacutes de la erosioacuten del aire y del agua desde la pedosfera hacia la
hidrosfera y la atmoacutesfera y lo que es maacutes importante la disolucioacuten de FeII y precipitacioacuten
oxidativa en otro subsistema
La formacioacuten de minerales de hierro y la precipitacioacuten de oacutexidos de hierro en biologiacutea son
ejemplos importantes de redistribucioacuten El ser humano participa en estos procesos no soacutelo
como organismo vivo sino tambieacuten como un consumidor del metal de hierro y sus oacutexidos
para diferentes propoacutesitos El resultado general de todos estos procesos es un incremento de
la presencia de oacutexidos de hierro en el sistema global a expensas de las rocas magmaacuteticas
primarias
La consecuencia loacutegica de la amplia distribucioacuten de los oacutexidos de hierro es que muchas
disciplinas diferentes se han interesado en ellos En la figura 2 se esquematiza la naturaleza
multidisciplinar de las investigaciones que se han realizado sobre los oacutexidos de hierro
Paacutegina 3 de 124
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro
Hay 16 oacutexidos de hierro [3]
los cuales pueden ser oacutexidos hidroacutexidos u oacutexido-hidroacutexidos
aunque de forma geneacuterica se les llama oacutexidos de hierro los cuales se han listado en la tabla 1
Los oacutexidos de hierro estaacuten compuestos de Fe junto con O yo OH La mayoriacutea de los
compuestos de hierro estaacuten en estado trivalente Tres compuestos entre ellos la magnetita
contienen FeII Los oacutexidos de hierro constituyen paquetes cerrados de aniones (normalmente
en configuracioacuten hexagonal o cuacutebica) cuyos huecos se llenan parcialmente con Fe divalente o
trivalente predominantemente en configuracioacuten octaeacutedrica y en algunos casos tetraeacutedrica
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro
Paacutegina 4 de 124
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA
Los campos electromagneacuteticos son una combinacioacuten de campos de fuerza eleacutectricos y
magneacuteticos Tienen lugar tanto de forma natural como debido a la actividad humana [4]
La
figura 3 representa la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica a lo largo de una direccioacuten de
propagacioacuten al tiempo que los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten en fase es decir toman
valores extremos y valores nulos al mismo tiempo
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica
En el medio en que vivimos hay campos electromagneacuteticos en todo lugar y tiempo pero son
invisibles para el ojo humano Por ejemplo los campos eleacutectricos se producen por
acumulacioacuten de cargas eleacutectricas en determinadas zonas de la atmoacutesfera por efecto de las
tormentas mientras que el campo magneacutetico terrestre provoca la orientacioacuten de las agujas de
los compases en direccioacuten norte-sur y paacutejaros y peces lo utilizan para orientarse La figura 4
muestra para un espectro electromagneacutetico a diferentes frecuencias y loacutegicamente de
longitudes de onda la penetracioacuten de los campos electromagneacuteticos en la atmoacutesfera asiacute como
la temperatura en Kelvin y grados Celsius a la que los cuerpos emiten la onda maacutes
intensamente
Paacutegina 5 de 124
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos
Ademaacutes de las fuentes naturales en el espectro electromagneacutetico hay fuentes artificiales Por
ejemplo para diagnosticar la rotura de un hueso se utilizan los rayos X el suministro
eleacutectrico lleva asociados campos electromagneacuteticos de frecuencia baja y se usan diferentes
tipos de ondas de radio de frecuencia maacutes alta para transmitir informacioacuten ya sea por medio
de antenas de televisioacuten estaciones de radio o estaciones base de telefoniacutea moacutevil
Consideremos ahora el ejemplo de la exposicioacuten a la radiacioacuten solar El Sol da calor y luz
que puede provocar quemaduras si la exposicioacuten es suficientemente prolongada (efecto del
tiempo de exposicioacuten) para que la melanina no pueda protegernos (la melanina es un
pigmento que da al pelo y a la piel su color y que nos protege frente a las radiaciones
ultravioleta ndashUV- y visible) Podemos controlar sus efectos utilizando gafas de sol
sombreros ropas etc (medidas de prevencioacuten frente a la intensidad de exposicioacuten) Algunos
efectos de esta radiacioacuten pueden ser nocivos pero otros pueden ser altamente beneficiosos
para la salud
Un efecto bioloacutegico de un campo electromagneacutetico ocurre cuando la exposicioacuten al mismo
causa alguacuten efecto fisioloacutegico detectable en un sistema vivo Este efecto puede o no llevar a
un efecto nocivo Por tanto es esencial diferenciar entre efecto bioloacutegico y efecto nocivo
Los efectos sobre la salud positivos y negativos son frecuentemente resultado de efectos
bioloacutegicos que se acumulan sobre un cierto espacio temporal y que ademaacutes dependen de la
dosis recibida
Los campos electromagneacuteticos pueden propagarse a traveacutes de cualquier medio dieleacutectrico o
magneacutetico y quedan definidos matemaacuteticamente por las ecuaciones de Maxwell A
continuacioacuten se expone en la tabla 2 las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial asiacute
como su ley predecesora y las denominadas ecuaciones constitutivas
Paacutegina 6 de 124
Ley precedente Forma diferencial de la ecuacioacuten de Maxwell
Ley de Gauss
nabla
Ley de Gauss para el campo
magneacutetico nabla
Ley de Faraday
Ley de Ampere
generalizada
Ecuaciones constitutivas
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell
Siendo
= densidad de flujo o induccioacuten magneacutetica (Wbm2)
= densidad de flujo o desplazamiento eleacutectrico (Cm2)
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
= intensidad de campo magneacutetico (Am)
= densidad superficial de corriente (Am2)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
ε = permitividad eleacutectrica (Fm)
μ = permeabilidad magneacutetica (Hm)
Radiacioacuten ionizante y no ionizante [5]
Las ondas electromagneacuteticas son transportadas por
partiacuteculas llamadas cuantos de luz Los cuantos de luz de ondas con frecuencias maacutes altas
(longitudes de onda maacutes cortas) transportan maacutes energiacutea que los de las ondas de menor
frecuencia (longitudes de onda maacutes largas) Algunas ondas electromagneacuteticas transportan
tanta energiacutea por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moleacuteculas
De las radiaciones que componen el espectro electromagneacutetico los rayos gamma que emiten
los materiales radioactivos los rayos coacutesmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se
conocen como laquoradiacioacuten ionizanteraquo
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energiacutea suficiente para romper los enlaces
moleculares se conocen como laquoradiacioacuten no ionizanteraquo
Las fuentes de campos electromagneacuteticos artificiales que constituyen una parte fundamental
de las sociedades industriales (electricidad microondas y campos de radiofrecuencia) estaacuten
en el extremo del espectro electromagneacutetico correspondiente a longitudes de onda
relativamente largas y frecuencias bajas y su radiacioacuten es no ionizante
Frecuencia de resonancia El fenoacutemeno de resonancia se manifiesta cuando una onda
interactuacutea con un sistema cuya frecuencia propia o fundamental es igual o un muacuteltiplo entero
de la frecuencia de la oscilacioacuten La frecuencia propia del sistema es la frecuencia
fundamental en alguno de sus modos de vibracioacuten
Un ejemplo cotidiano Cuando se impulsa un columpio con un nintildeo sentado si se considera
el columpio como un peacutendulo eacuteste tiene una frecuencia propia dada por el peso del nintildeo sin
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importar la amplitud de la oscilacioacuten es decir sin importar la altura que alcanza el nintildeo al
columpiarse Cuando otra persona impulsa al nintildeo en el columpio cada vez que pasa por su
posicioacuten eacutesta ejerce su fuerza una vez por ciclo por lo que la frecuencia de la fuerza
impulsora es igual a la frecuencia propia del sistema columpio-nintildeo y la amplitud de
oscilacioacuten aumenta (fuerza y movimiento estaacuten en fase estaacuten en resonancia)
A nivel de campos electromagneacuteticos el acoplo de los campos y la distribucioacuten interna de
energiacutea absorbida son funciones del tamantildeo forma orientacioacuten y propiedades dieleacutectricas
(permitividad y conductividad baacutesicamente) de los seres vivos
Dosimetriacutea Electromagneacutetica Establece la relacioacuten entre una distribucioacuten de campos
electromagneacuteticos libre de perturbaciones y los campos inducidos dentro de los tejidos
bioloacutegicos El fenoacutemeno de exposicioacuten es muy diferente en situaciones de campo proacuteximo y
campo lejano El cuerpo humano extrae energiacutea fundamentalmente del campo eleacutectrico La
TAE (Tasa de Absorcioacuten Especiacutefica) o SAR (Specific Absorption Rate) es la cantidad que
describe la potencia de absorcioacuten de los campos electromagneacuteticos en los tejidos
expresados en vatios por kilogramo [6]
TAE =
Wm
3 TAE = =
WKg
Siendo
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
σ = conductividad eleacutectrica (Sm -siemens por metro- o Ω-1
middotm-1
)
Para un oacutergano concreto la potencia recibida es P =
m = masa (Kg)
El efecto bioloacutegico mejor detectado de la absorcioacuten de un campo electromagneacutetico en los
seres vivos es un incremento de la temperatura T por lo que se suele asociar
TAE = c
c = calor especiacutefico (Jmiddotkg
-1middotK
-1)
No obstante esta relacioacuten puede resultar bastante maacutes compleja en los seres vivos por los
efectos termorreguladores
Por otro lado se presenta en la tabla 3 con respecto a la cuantificacioacuten de la exposicioacuten a
muacuteltiples fuentes electromagneacuteticas los liacutemites actuales establecidos teniendo en cuenta las
sumas de cada fuente detectada con diferente formulacioacuten seguacuten el organismo
NRPB
le 1
le 1
le 1
ICNIRP
+
le 1
+
le 1
NRPB (National Radiological Protection Board)
ICNIRP (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection)
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos
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2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
En este capiacutetulo se realiza una recopilacioacuten de las fuentes principales y aplicaciones que se
hacen de los campos electromagneacuteticos y que pueden afectar en diferentes formas y grados a
los tejidos bioloacutegicos tanto en radiacioacuten ionizante como no ionizante Posteriormente se
expone un resumen de las directrices en cuanto a radiacioacuten no ionizante y la evaluacioacuten de la
exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos Finalmente se realiza una introduccioacuten a los
diferentes tipos de materiales bioloacutegicos que se han de tener en cuenta en la exposicioacuten a los
campos electromagneacuteticos y se citan algunos ejemplos de simulaciones
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS
211 Radiacioacuten Ionizante
Radiacioacuten ultravioleta (UV) Soacutelo pueden originar ionizacioacuten en determinadas
circunstancias Para distinguir este tipo de radiacioacuten de la radiacioacuten que siempre causa
ionizacioacuten se establece un liacutemite energeacutetico inferior arbitrario para la radiacioacuten ionizante
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)
Equipos de Difraccioacuten de Rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina
principalmente con objetivos diagnoacutesticos Los rayos X usados en difraccioacuten [7]
tienen
longitudes de onda en el rango 05 ndash 25 Aring siendo el angstrom (1Aring = 10-10
m) Los rayos X
se producen cuando una partiacutecula cargada eleacutectricamente con suficiente energiacutea cineacutetica es
frenada raacutepidamente Habitualmente las partiacuteculas utilizadas son los electrones y la radiacioacuten
se obtiene en un dispositivo conocido como tubo de rayos X que contiene una fuente de
electrones y dos electrodos metaacutelicos
El alto voltaje entre los electrodos dirige los electrones hacia el aacutenodo ndasho blanco- y al
golpear sobre eacutel con una elevada velocidad producen rayos X en el punto de impacto que se
irradian en todas direcciones La mayor parte de la energiacutea cineacutetica de los electrones que
golpean el blanco se convierte en calor y uacutenicamente menos de un 1 se transforma en rayos
X
La difraccioacuten es esencialmente un fenoacutemeno de dispersioacuten al interactuar los rayos X con la
materia Se produce cuando algunos fotones del haz incidente son desviados sin peacuterdida de
energiacutea constituyendo la radiacioacuten dispersada exactamente con la misma longitud de onda λ
que la radiacioacuten incidente
Rayos Gamma Los rayos gamma maacutes energeacuteticos se han observado en los rayos coacutesmicos
Se producen en la desintegracioacuten radiactiva normalmente con el objetivo de producir
energiacutea en reactores nucleares y en aplicaciones meacutedicas como fuentes de radioterapia
aunque tambieacuten se usan con fines militares
La radiacioacuten gamma como muestra esquemaacuteticamente la figura 5 es radiacioacuten
electromagneacutetica emitida por un nuacutecleo cuando experimenta una transicioacuten de un estado de
energiacutea maacutes alta a un estado energeacutetico maacutes bajo El nuacutemero de protones y neutrones del
nuacutecleo no variacutea en estas transiciones
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Los rayos gamma se emiten a menudo inmediatamente despueacutes de una desintegracioacuten alfa o
beta en la que el nuacutecleo haya quedado en un estado de mayor energiacutea Los rayos gamma
tambieacuten pueden ser el resultado de la captura de un neutroacuten y de la dispersioacuten inelaacutestica de
partiacuteculas subatoacutemicas por nuacutecleos
Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen
alcances definidos en la materia los rayos
gamma experimentan una atenuacioacuten
exponencial a medida que atraviesan la materia
(si no se tiene en cuenta la acumulacioacuten de
energiacutea que resulta de la dispersioacuten de los
rayos gamma dentro de un material)
Figura 5 Radiacioacuten gamma
2111 Partiacuteculas Alfa Partiacuteculas Beta y Neutrones
Partiacuteculas alfa Estas partiacuteculas son el conjunto de dos
protones y dos electrones como se representa en la figura
6 Tienen su origen en el nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo
en proceso de desintegracioacuten y consiste en un
acercamiento ocasional de dos protones y dos neutrones
que se mueven lentamente atrapando electrones y
asemejando la estructura del helio [8]
Tienen una carga
eleacutectrica positiva y alta densidad de ionizacioacuten (7 MeV)
a pesar de lo cual viajan muy poco (10cms) y son
detenidas por una peliacutecula de agua papel o la piel
Figura 6 Partiacutecula alfa
Partiacuteculas beta Estaacuten formadas por electrones que
vienen del nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo en
desintegracioacuten Las partiacuteculas beta tienen una carga
negativa y en algunas ocasiones se desprenden tambieacuten
partiacuteculas con la misma masa del electroacuten pero con carga
positiva (positrones) Viajan a una alta velocidad y tienen
una energiacutea de 4MeV o mayor Su capacidad de
penetracioacuten es mayor que las partiacuteculas alfa pero su
poder de ionizacioacuten es menor Penetran 4 cm en madera y
hasta 13 cm en piel [8]
La figura 7 representa
esquemaacuteticamente las partiacuteculas beta
Figura 7 Partiacuteculas beta
Neutrones Por lo general los neutrones no son emitidos como resultado directo de la
desintegracioacuten radiactiva natural sino que se producen durante reacciones nucleares [8]
Los reactores nucleares son los que generan neutrones con mayor abundancia Los reactores
nucleares producen neutrones cuando los nuacutecleos del uranio que constituye el combustible
nuclear se desdoblan o fisionan De hecho la produccioacuten de neutrones es esencial para
mantener la fisioacuten nuclear en un reactor
Los aceleradores de partiacuteculas y las fuentes especiales de neutrones tambieacuten producen
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neutrones Los aceleradores de partiacuteculas producen neutrones mediante la aceleracioacuten de
partiacuteculas cargadas como protones o electrones hasta que alcanzan altas energiacuteas para
bombardear con ellas los nuacutecleos estables de un blanco Las partiacuteculas que pueden resultar
de estas reacciones nucleares no son uacutenicamente neutrones
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas)
Radiacioacuten Ultravioleta (RUV) Por su longitud de onda se distingue entre UVA (315 a 400
nm) UVB (280 a 315 nm) y UVC (100 a 280 nm) Entre las fuentes artificiales maacutes
importantes de exposicioacuten humana estaacuten las siguientes [9]
Soldadura al arco industrial La principal fuente de exposicioacuten potencial a la RUV es la
energiacutea radiante de los equipos de soldadura al arco Los niveles de RUV en torno al
equipo de soldadura son muy altos y pueden producirse lesiones oculares y cutaacuteneas
graves en un tiempo de 3 a 10 minutos de exposicioacuten a distancias visuales de unos pocos
metros La proteccioacuten de ojos y piel es obligatoria
Laacutemparas de RUV industriales y en el puesto de trabajo Muchos procesos industriales y
comerciales tales como el curado fotoquiacutemico de tintas pinturas y plaacutesticos requieren la
utilizacioacuten de laacutemparas que emiten una radiacioacuten intensa en la regioacuten del UV
Laacutemparas de luz negra Son laacutemparas especializadas que emiten predominantemente en la
regioacuten UV y por lo general se utilizan para pruebas no destructivas con polvos
fluorescentes para la autentificacioacuten de billetes bancarios y documentos y para efectos
especiales en publicidad y discotecas No plantean ninguacuten riesgo de exposicioacuten
considerable para las personas excepto en ciertos casos de piel fotosensibilizada
Tratamiento meacutedico Las laacutemparas de RUV se utilizan en medicina para diversos fines de
diagnoacutestico -normalmente UVA- y terapeacuteuticos Los niveles de exposicioacuten del paciente
variacutean considerablemente seguacuten el tipo de tratamiento y las laacutemparas UV empleadas en
dermatologiacutea requieren una utilizacioacuten cuidadosa por parte del personal
Laacutemparas RUV germicidas La RUV con longitudes de onda en el intervalo de 250-265
nm es la maacutes eficaz para esterilizacioacuten y desinfeccioacuten dado que corresponde a un nivel
maacuteximo en el espectro de absorcioacuten del ADN Como fuente UV se utilizan con frecuencia
tubos de descarga de mercurio de baja presioacuten ya que maacutes del 90 de la energiacutea radiada
se emite en la liacutenea de 254 nm(UVC)
Bronceado cosmeacutetico Se trata de las camas solares para broncearse por medio de
laacutemparas especiales que emiten principalmente UVA aunque tambieacuten algo en de UVB
El uso habitual de una cama solar puede contribuir considerablemente a la exposicioacuten
cutaacutenea anual de una persona al UV Asiacute mismo el personal que trabaja en salones de
bronceado puede resultar expuesto a bajos niveles
Alumbrado general Las laacutemparas fluorescentes son de uso habitual en el lugar de trabajo
y domeacutestico Estas laacutemparas emiten pequentildeas cantidades de RUV y solo contribuyen en
un pequentildeo porcentaje a la exposicioacuten anual de una persona a la radiacioacuten UV
Radiofrecuencias (RF) Y Microondas (MW) Entre las aplicaciones de las MW y RF
podemos nombrar las estaciones de radio y televisioacuten comunicaciones punto-punto en
microondas comunicaciones moacuteviles de todo tipo (celulares de onda corta etc)
radioaficionados navegacioacuten (mariacutetima y aeacuterea) aplicaciones radar (militares y civiles)
hornos microondas (para cocinar y aplicaciones industriales) amplificadores en
compatibilidad electromagneacutetica y metrologiacutea
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Los elementos baacutesicos de un sistema de RFMW son generadores o fuentes de RFMW
liacuteneas de transmisioacuten (elementos utilizados para transportar la energiacutea del generador a la
antena y baacutesicamente pueden ser cables coaxiales liacuteneas planas o guiacuteas de onda) y las
antenas (dispositivos que acoplan el circuito que genera la energiacutea electromagneacutetica al
espacio libre por donde se propaga la energiacutea electromagneacutetica que posteriormente recogeraacute
otra antena)
En cuanto a los diferentes sistemas dependiendo de las aplicaciones podemos nombrar los
siguientes [9]
[5]
Transmisores de televisioacuten y radio terrestres Las estaciones de radio y televisioacuten emiten
sus sentildeales a traveacutes de antenas de AM (amplitud modulada) FM (frecuencia modulada)
VHF (Very High Frecuency) y UHF (Ultra High Frecuency) Normalmente las sentildeales de
radio AM emiten entre 535-1700 KHz y las de FM entre 87-108 MHz
Sistemas de radar La palabra radar es un acroacutenimo utilizado por la marina estadounidense
en 1942 que significa deteccioacuten y alcance viacutea radio (radio detecting and ranging) y por
supuesto desarrollado uacutenicamente con fines militares aunque despueacutes su utilidad se
expandioacute a otros aacutembitos El radar mide la intensidad y tiempo que tarda en volver un
pulso que enviacutea una antena y que choca en un blanco De esa informacioacuten se obtiene la
distancia a la que se encuentra Se enviacutean alrededor de 1500 pulsos de alta potencia por
segundo con una anchura de 10-50 μs Asiacute mismo son comunes los radares de traacutefico que
a traveacutes del efecto Doppler calculan la velocidad a la que avanza un moacutevil Los primeros
radares de efecto Doppler funcionaban a 10525 GHz dentro de la banda X
Posteriormente se usaron a frecuencias de 2415 GHz (en banda milimeacutetrica) En la
actualidad se utilizan en la banda de 337-36 GHz Estos radares emiten una sentildeal de deacutebil
potencia en forma de onda continua (CW) en lugar de pulsos y las potencias son del orden
de 10 a 100 mW siendo un valor tiacutepico 15 mW que es considerado una sentildeal de deacutebil
Estaciones de sateacutelites terrestres Un sateacutelite es un transmisor receptor que es lanzado por
un cohete y colocado en oacuterbita alrededor de la Tierra sometido a la atraccioacuten
gravitacional Sus funciones son muacuteltiples telefoacutenicas meteoroloacutegicas deteccioacuten en la
Tierra y lejana televisioacuten y radio y en plataformas para sistema global de
posicionamiento (GPS) Son muy comunes las antenas paraboacutelicas para plataformas de
televisioacuten digital que reciben sentildeal enviada por las situadas en sateacutelites en oacuterbita
geoestacionaria a 36000 Kms de la Tierra
Comunicaciones microondas Las comunicaciones punto a punto entre antenas con
ldquovisioacutenrdquo directa es una forma de comunicacioacuten utilizada habitualmente en
radiocomunicaciones Las antenas de comunicacioacuten de microondas emiten y reciben
sentildeales de relativamente baja potencia a traveacutes de distancia no muy grandes
Normalmente las antenas empleadas son muy directivas de forma que existe muy poca
sentildeal en otra direccioacuten que no sea la del camino directo entre dos antenas
Equipos moacuteviles de radio Estos sistemas (no los celulares actuales) son los maacutes antiguos
sistemas de comunicacioacuten sin cable Comenzoacute en USA en 1921 operando a 2MHz de
forma experimental para los departamentos de policiacutea y no empezaron de forma praacutectica
hasta los antildeos 40
Equipos buscadores Son equipos que avisan cuando reciben una sentildeal emitida por una
antena Su utilidad ha disminuido con la llegada de la telefoniacutea celular pero auacuten sigue
siendo una buena opcioacuten en determinados sectores Las frecuencias de las sentildeales pueden
estar entre 16-150 KHz para lugares de menos de 4 hectaacutereas en las bandas de HF (26-31
MHz) o VHF (49 MHz) en la de UHF (459 MHz) para edificios e industrias
Habitualmente los transmisores se colocan en lo alto de los edificios
Comunicaciones celulares (telefoniacutea moacutevil) Este es un tipo de comunicacioacuten de banda
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limitada analoacutegica o digital en la que una persona se comunica viacutea radio a traveacutes de un
terminal moacutevil con una antena que estaacute situada relativamente cerca de eacutel Su crecimiento
ha sido brutal es estos pocos uacuteltimos antildeos comenzando en los antildeos 80 con la primera
generacioacuten de moacuteviles con tecnologiacutea analoacutegica Posteriormente se inicioacute la tecnologiacutea
digital lo que supuso una mejora en las prestaciones y servicios ofrecidos Se ha utilizado
el sistema GSM (Global System for Mobile Comunication) y la estandarizacioacuten llevoacute a
una tercera generacioacuten de moacuteviles denominada UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) que en Europa se localiza en la banda de 2 GHz
Sistemas de comunicacioacuten personal Aquiacute se engloban todos aquellos sistemas de
comunicacioacuten personal sin cable
Otros sistemas Se engloban todos aquellos sistemas que no se utilizan para la
comunicacioacuten personal Asiacute la energiacutea de RF en el rango de 3 a 300 MHz se utiliza para
distintos procesos industriales de calentamiento Asimismo aprovechando la habilidad de
la energiacutea de microondas para penetrar en un medio material se utilizan para muchas
aplicaciones los hornos microondas En particular en los hogares se utilizan hornos
microondas operando a una frecuencia de 245 GHz
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas)
Los campos eleacutectrico y magneacutetico de muy baja frecuencia (ELF) -de 0 a 300 Hz- se
encuentran comuacutenmente en nuestro entorno [9]
[5]
En los hogares las fuentes de estos campos son por ejemplo mantas eleacutectricas
calentadores de agua secadores de pelo afeitadoras eleacutectricas televisiones terminales de
video sistemas de muacutesica sistemas de aire acondicionado tubos fluorescentes
frigoriacuteficos estufas y cualquier otro electrodomeacutestico
En los lugares de trabajo son comunes fuentes de radiacioacuten ELF tales como ordenadores
maacutequinas de fax copiadoras luces fluorescentes impresoras scanner centralitas
telefoacutenicas motores y otros dispositivos eleacutectricos
Normalmente la discusioacuten sobre los efectos se restringe al campo magneacutetico que es
producido por corrientes alternas o campos variantes en el tiempo cuya intensidad y
direccioacuten cambien de forma regular Estos campos provienen principalmente de fuentes
creadas por el hombre especialmente de servicios de potencia eleacutectrica electrodomeacutesticos y
sistemas de comunicacioacuten
Es muy comuacuten citar el campo estaacutetico magneacutetico generado por la Tierra como fuente de
especial atencioacuten Sin embargo hay que considerar que su comparacioacuten con los campos
provocados artificialmente no es adecuada debido a que la influencia en la materia es
bastante diferente entre un campo estaacutetico y uno variable en el tiempo [9]
La variacioacuten del campo magneacutetico con la distancia a la fuente que lo crea depende del tipo
de fuente [9]
Asiacute si la fuente es un simple hilo conductor el campo variacutea como 1r Si el
campo lo provocan un par de hilos conductores entonces la variacioacuten es 1r2 Si la fuente es
un lazo de corriente como lo que ocurre en los transformadores de la mayoriacutea de los
electrodomeacutesticos y ordenadores la variacioacuten es como 1r3 Otro tipo de fuente es la creada
por las liacuteneas de alta tensioacuten Eacutestas son transmitidas mediante liacuteneas de distribucioacuten de tres
hilos Cada uno de ellos lleva una corriente desfasada de los demaacutes en 120ordm que se llama
circuito balanceado En este caso el campo magneacutetico es proporcional a 1r2 y si la liacutenea no
estaacute balanceada entonces el campo variacutea como 1r
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22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE
Las normas que previenen la exposicioacuten excesiva a los campos electromagneacuteticos (CEM)
presentes en el entorno existen de forma similar a otras normas establecidas para proteger
nuestra salud (aditivos alimentarios concentraciones de productos quiacutemicos en agua
contaminantes del aire etc)
Cada paiacutes establece sus propias normas nacionales relativas a la exposicioacuten a CEM Sin
embargo la mayoriacutea de estas normas nacionales se basan en las recomendaciones de la
Comisioacuten Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) Esta
organizacioacuten no gubernamental reconocida formalmente por la OMS evaluacutea los resultados
de estudios cientiacuteficos realizados en todo el mundo Basaacutendose en un anaacutelisis en profundidad
de todas las publicaciones cientiacuteficas la ICNIRP elabora unas directrices en las que
establece liacutemites de exposicioacuten recomendados las cuales se revisan perioacutedicamente y en
caso necesario se actualizan
El siguiente cuadro (tabla 4) [5]
resume los liacutemites recomendados de exposicioacuten actualizados
en 1998 por la ICNIRP correspondientes a los tipos de tecnologiacuteas que han causado
preocupacioacuten en la sociedad la electricidad en el hogar las estaciones base de telefoniacutea
moacutevil y los hornos de microondas
Frecuencia de
la red eleacutectrica
europea
Frecuencia de estaciones
base de telefoniacutea moacutevil
Frecuencia de los hornos
de microondas
Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 18 GHz 245 GHz
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Campo
magneacutetico
(microT)
Densidad de
potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Liacutemites de
exposicioacuten
para la
poblacioacuten
5 000 100 45 9 10
Liacutemites de
exposicioacuten
ocupacionales
10 000 500 225 45
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM guidelines
Health Physics 74 494-522 (1998)
Los liacutemites de exposicioacuten recomendados de algunos paiacuteses de la ex Unioacuten Sovieacutetica y los de
paiacuteses occidentales pueden llegar a diferenciarse en un factor de maacutes 100 Con la
globalizacioacuten del comercio y la raacutepida penetracioacuten de las telecomunicaciones en todo el
mundo ha surgido la necesidad de disponer de normas universales Las normas futuras se
basaraacuten en los resultados del Proyecto Internacional sobre campos electromagneacuteticos de la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS)
Un liacutemite recomendado no define de forma exacta el liacutemite entre la seguridad y el peligro
No existe un nivel uacutenico por encima del cual la exposicioacuten se convierte en peligrosa para la
salud sino que el riesgo potencial para la salud aumenta de forma gradual con el nivel de
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exposicioacuten de las personas Las directrices marcan un determinado umbral por debajo del
cual la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos se considera segura seguacuten los conocimientos
de la ciencia No se deduce de forma automaacutetica que por encima del liacutemite indicado la
exposicioacuten sea perjudicial
Para fijar los liacutemites de exposicioacuten los estudios cientiacuteficos deben identificar el umbral en el
que se manifiestan los primeros efectos sobre la salud cuyos experimentos deben basarse en
estudios con animales
Los estudios en animales [9]
llamados in vivo tienen por objeto determinar los efectos
bioloacutegicos de campos eleacutectrico y magneacutetico sobre animales completos Las investigaciones
en animales expuestos a agentes toacutexicos sospechosos son importantes para la prediccioacuten de
la potencial toxicidad en los humanos y en la confirmacioacuten de los efectos indicados por los
estudios epidemioloacutegicos Tambieacuten proporcionan una informacioacuten muy valiosa para estimar
los niveles a los que la toxicidad puede ocurrir Los estudios en animales son muy
importantes pues pueden ser la base para elaborar modelos fiables en los que examinar coacutemo
los campos electromagneacuteticos influyen en la causa del riesgo El proceso usual es exponer a
los animales a un CEM y observar si desarrollan riesgos en su salud caacutencer u otras
enfermedades Estos experimentos en si mismos hay que tomarlos con mucha cautela en el
sentido en que los animales podriacutean no exhibir las mismas respuestas sensibilidad y
propiedades que los humanos a los paraacutemetros de la exposicioacuten
Frecuentemente se producen en los animales cambios sutiles de comportamiento a niveles
bajos de exposicioacuten que preceden a cambios draacutesticos en la salud con niveles altos El
comportamiento anormal es un indicador muy sensible de la existencia de una respuesta
bioloacutegica este comportamiento anormal se ha seleccionado como el miacutenimo efecto
perjudicial para la salud observable Las directrices recomiendan prevenir la exposicioacuten a
campos electromagneacuteticos a niveles en los que se producen cambios de comportamiento
perceptibles
Este umbral de cambios de comportamiento no es igual al liacutemite recomendado sino que la
ICNIRP aplica un factor de seguridad de 10 en el caacutelculo de los liacutemites de exposicioacuten
ocupacionales y un factor de 50 para obtener el valor recomendado para la poblacioacuten
general Asiacute por ejemplo en los intervalos de frecuencia de radio y microondas los niveles
maacuteximos que probablemente experimentaraacute en el entorno o en el hogar son al menos 50
veces menores que el umbral en el que se manifiestan los primeros cambios de
comportamiento en animales
La razoacuten por la que los liacutemites de exposicioacuten para la poblacioacuten general son maacutes estrictos que
los liacutemites para la poblacioacuten expuesta por motivos ocupacionales es que eacutesta uacuteltima estaacute
formada por adultos que generalmente estaacuten sometidos a condiciones de campos
electromagneacuteticos conocidas y recibe formacioacuten sobre los riesgos potenciales y sobre coacutemo
tomar precauciones adecuadas mientras que en la poblacioacuten general hay personas de todas
las edades y con diversos estados de salud que en muchos casos no saben que estaacuten
expuestos a CEM
Las directrices o normas no se pueden establecer actualmente basaacutendose en especulaciones
sobre los posibles efectos a largo plazo sobre la salud Del conjunto de los resultados de
todas las investigaciones no puede deducirse que los campos electromagneacuteticos produzcan
efectos a largo plazo sobre la salud como el caacutencer
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Las directrices se establecen para la poblacioacuten media y no pueden tener en cuenta
directamente las necesidades de una minoriacutea de personas potencialmente maacutes sensibles Por
ejemplo las directrices sobre contaminacioacuten atmosfeacuterica no se basan en las necesidades
especiales de las personas asmaacuteticas De forma similar las directrices sobre campos
electromagneacuteticos no estaacuten disentildeadas para proteger a las personas de las interferencias en los
dispositivos electroacutenicos meacutedicos implantados como los marcapasos cardiacuteacos Por el
contrario estas personas deben solicitar a los fabricantes y al meacutedico que ha implantado el
dispositivo que les asesore sobre el tipo de exposiciones que deben evitar
El siguiente cuadro (tabla 5) [5]
indica las fuentes maacutes comunes de campos
electromagneacuteticos Todos los valores son niveles maacuteximos de exposicioacuten de la poblacioacuten
por lo que normalmente la poblacioacuten estaacute sometida a una exposicioacuten mucho menor
Fuente Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Densidad de flujo
magneacutetico (microT)
Campos naturales 200 70 (campo magneacutetico
terrestre)
Red eleacutectrica (en hogares que no estaacuten
proacuteximos a liacuteneas de conduccioacuten eleacutectrica)
100 02
Red eleacutectrica (bajo liacuteneas principales de
conduccioacuten eleacutectrica)
10 000 20
Trenes y tranviacuteas eleacutectricos 300 50
Pantallas de televisioacuten y computadora (en la
posicioacuten del usuario)
10 07
Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten (Wm2)
Transmisores de televisioacuten y radio 01
Estaciones base de telefoniacutea moacutevil 01
Radares 02
Hornos de microondas 05
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa)
En situaciones cotidianas la mayoriacutea de las personas no se ven expuestas a campos
electromagneacuteticos superiores a los liacutemites recomendados Los niveles de exposicioacuten tiacutepicos
son muy inferiores a estos liacutemites Sin embargo en ocasiones una persona puede exponerse
durante un periacuteodo corto a niveles que se aproximan o incluso superan los niveles
recomendados Seguacuten la ICNIRP para tener en cuenta los efectos acumulados la exposicioacuten
a los campos de frecuencia de radio y de microondas se debe calcular como promedio
durante un determinado periacuteodo las directrices establecen que dicho periacuteodo debe ser de seis
minutos y se consideran aceptables las exposiciones a corto plazo superiores a los liacutemites
Seguacuten las directrices la exposicioacuten a campos eleacutectricos y magneacuteticos de frecuencia baja no
se calcula como promedio en el tiempo sino que se incorpora el factor de acoplamiento El
acoplamiento se refiere a la interaccioacuten entre los campos eleacutectricos y magneacuteticos y el cuerpo
expuesto a la radiacioacuten y es funcioacuten del tamantildeo y forma del cuerpo el tipo de tejido y la
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orientacioacuten del cuerpo con respecto al campo
Las directrices deben ser conservadoras la ICNIRP siempre supone un acoplamiento
maacuteximo del campo a la persona expuesta Por consiguiente los liacutemites recomendados
proporcionan una proteccioacuten maacutexima Por ejemplo aunque las intensidades del campo
magneacutetico de las secadoras de pelo y de las maacutequinas de afeitar superan aparentemente los
valores recomendados el acoplamiento extremadamente deacutebil entre el campo y la cabeza
impide la induccioacuten de corrientes eleacutectricas que podriacutean superar los liacutemites recomendados
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten
La evaluacioacuten de la exposicioacuten es la determinacioacuten o estimacioacuten de la magnitud y
frecuencia de ocurrencia de la exposicioacuten para un individuo o grupo a un agente del medio
ambiente [9]
Ello es clave para los estudios epidemioloacutegicos si los epidemiologistas no
pueden evaluar la exposicioacuten de los individuos a un agente ldquosospechosordquo no podraacuten
determinar la influencia de ese agente sobre la salud o la enfermedad
Siempre que estamos en contacto con un agente medioambiental (en el aire el agua la
comida etc) estamos expuestos a ese agente Algunos factores son beneficiosos otros
perjudiciales y otros ninguna de las dos cosas y ello baacutesicamente dependiendo de la
duracioacuten de la exposicioacuten Es muy uacutetil diferenciar entre exposicioacuten y dosis
Exposicioacuten se refiere uacutenicamente a la medida de un agente sin un particular conocimiento
de aquellas caracteriacutesticas del agente que influyen en la salud
Dosis se refiere a la evaluacioacuten de una caracteriacutestica particular de la exposicioacuten que es
significativa respecto a la salud En los estudios de salud los investigadores intentan
medidas de dosis pero en ausencia de las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que son
significativas tienen que medir la exposicioacuten y usarla como una aproximacioacuten a la dosis
Para entender mejor esto consideremos el caso de la radiacioacuten ionizante de rayos X Una
placa que detecta la radiacioacuten X mide la exposicioacuten a un individuo pero difiacutecilmente es
una medida de la dosis Sabemos que la razoacuten a la que ocurre la exposicioacuten es importante
y la placa no da esa informacioacuten Tambieacuten se sabe que el aacuterea de exposicioacuten es importante
y la placa no nos dice si la exposicioacuten corresponde al aacuterea de la placa o al cuerpo entero
Por ello es importante conocer la dosis es decir las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que
sean significativas
Existen medios para determinar la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos pero no de medir
la dosis Cuando la evidencia del dantildeo de la exposicioacuten a un agente ambiental es inequiacutevoca
se toman medidas preventivas auacuten cuando se tenga poco conocimiento de coacutemo ldquofuncionardquo
el mecanismo
En el caso de CEM muchos cientiacuteficos consideran los estudios epidemioloacutegicos como
equiacutevocos El motivo en parte es que no se conocen todos los mecanismos (es decir ldquocomo
funcionanrdquo) que describen la interaccioacuten del campo electromagneacutetico con tejidos y ceacutelulas
Si se quieren disentildear estudios epidemioloacutegicos mejores a partir de los cuales resolver el
problema de los riesgos se deben hacer mejores trabajos en cuanto a la evaluacioacuten de la
exposicioacuten y eso probablemente no sucederaacute hasta que se pueda contestar a las cuestiones
acerca de los mecanismos
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23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES
Es necesario conocer algunas caracteriacutesticas
de las ceacutelulas y tejidos en el cuerpo humano
para poder entender sus mecanismos
asociados de interaccioacuten [9]
Cada ser humano
estaacute constituido por billones de ceacutelulas vivas
que se agrupan entre siacute para formar un
oacutergano con unas ciertas funciones asignadas
Ceacutelulas Las ceacutelulas tienen diferentes
tamantildeos (las de los muacutesculos pueden ser de
unos pocos miliacutemetros y las nerviosas de un
metro) La figura 8 representa los elementos
generales que constituyen una ceacutelula Las
ceacutelulas estaacuten formadas por la membrana que
mantiene a la ceacutelula unida el citoplasma que
Figura 8 Partes de una ceacutelula
es una especie de gel en el interior de la membrana y normalmente el nuacutecleo No todas las
ceacutelulas tienen nuacutecleo Dentro del citoplasma existen diferentes tipos de estructuras maacutes
pequentildeas que realizan ciertas funciones metaboacutelicas
Las ceacutelulas son estructuras complejas con superficies cargadas Las ceacutelulas contienen
moleacuteculas y aacutetomos cargados que pueden cambiar su orientacioacuten y movimiento cuando se
encuentran expuestos a una fuerza electromagneacutetica En la figura 9 se muestra un caso para
el campo eleacutectrico a la izquierda se muestra una ceacutelula en reposo y a la derecha una ceacutelula
bajo la influencia de un campo eleacutectrico
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
Las cargas se redistribuyen la ceacutelula sigue siendo neutra pero es una estructura polar Las
interacciones del campo electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico se efectuacutean a traveacutes de
las ceacutelulas y se categorizan en interacciones con la membrana celular con el citoplasma y
con el nuacutecleo Estas interacciones dependen entre otras cosas de la frecuencia
Los nuacutecleos de las ceacutelulas contienen la mayoriacutea de la informacioacuten hereditaria en los
cromosomas y los genes Las ceacutelulas crecen cambian y se reproducen en un proceso
continuo llamado mitosis que comienza en el nuacutecleo a traveacutes de una duplicacioacuten e igual
distribucioacuten de los cromosomas Las ceacutelulas sin nuacutecleo no se pueden dividir mientras que
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otras sufren de mitosis frecuentemente como por ejemplo las de los embriones Por ello es
especialmente importante la proteccioacuten a campos electromagneacuteticos durante el embarazo A
su vez el proceso de mitosis tiene cuatro fases profase metafase anafase y telofase El
periacuteodo entre las divisiones se llama fase de reposo
Hay diferentes procesos en la mitosis celular que podriacutean verse afectados por la radiacioacuten
electromagneacutetica y existe un amplio campo de investigacioacuten en el estudio de los procesos
que afectan a los cromosomas durante la mitosis afectada por un campo electromagneacutetico
Tejidos Las ceacutelulas se agrupan y combinan con otros materiales para formar tejidos Existen
cuatro tipos de tejidos epitelial conectivo muscular y nervioso
El tejido epitelial consta de ceacutelulas con una o varias capas Realizan funciones de
proteccioacuten y regulacioacuten de la secrecioacuten o absorcioacuten de materiales
El tejido conectivo consta de ceacutelulas y materiales no vivos como fibras y sustancias
gelatinosas que sostienen y conectan tejidos celulares al esqueleto El tejido conectivo
contiene muchas de las sustancias intercelulares que desarrollan la importante labor de
transportar materiales entre ellas Ejemplos de estos tejidos son los huesos y los
cartiacutelagos
El tejido muscular consta de ceacutelulas que van desde 1 a 40 miliacutemetros de longitud con 40
μm (1μ=10-6
metros) de diaacutemetro Estos tejidos contienen una gran cantidad de sangre
El tejido nervioso controla y gobierna toda la actividad corporal y consta de ceacutelulas
nerviosas o neuronas Las neuronas tienen largas proyecciones llamadas axones y que son
anaacutelogas a liacuteneas de transmisioacuten y enviacutean informacioacuten al sistema nervioso central desde
diferentes receptores de informacioacuten
Ademaacutes merecen especial atencioacuten los siguientes conceptos [9]
Material geneacutetico El genoma humano que es una secuencia quiacutemica que contiene la
informacioacuten baacutesica del cuerpo humano consiste en una cadena de ADN y estaacute asociado a
las moleacuteculas proteiacutenicas Estaacute organizado en estructuras llamadas cromosomas El ADN
es una macromoleacutecula compleja compuesta por dos cadenas o heacutelices que se entrelazan
entre siacute formando una doble heacutelice Cada cadena estaacute formada por millones de eslabones
llamados nucleoacutetidos o bases nitrogenadas Ambas heacutelices estaacuten unidas entre siacute a nivel de
los eslabones complementarios de cada heacutelice por parejas La secuencia de los pares de
bases es lo que determina el coacutedigo geneacutetico
Seguacuten el orden que sigan esos pares de bases se codifica una funcioacuten u otra o
simplemente no se codifica nada El ADN de la ceacutelula se organiza en cromosomas Cada
cromosoma es una moleacutecula muy larga de ADN Cada vez que una ceacutelula se divide en
dos el genoma entero se duplica en humanos y otros organismos complejos esa
duplicacioacuten se realiza en el nuacutecleo La miacutenima secuencia de ADN que es capaz de
codificar una funcioacuten o una estructura completa se denomina GEN Cada moleacutecula de
ADN contiene muchos genes unidad funcional y fiacutesica fundamental de la herencia
Un gen es una secuencia ordenada de nucleoacutetidos localizados en una cierta posicioacuten de un
cromosoma especiacutefico y que codifica la informacioacuten final Podemos pensar en los genes
como la informacioacuten de un ordenador que se estructura en unidades de informacioacuten
llamados bits Los genes son las unidades de informacioacuten del ADN que se utilizan para
construir las proteiacutenas entre otras cosas del cuerpo humano Se estima que el genoma
humano tiene al menos 100000 genes El nuacutecleo de la mayoriacutea de las ceacutelulas humanas
contiene dos conjuntos de cromosomas provenientes cada uno de ellos del padre y de la
madre El ser humano tiene su ADN organizado en 23 pares de cromosomas distintos es
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decir 46 cromosomas Cada conjunto de 23 cromosomas tiene 22 autoacutenomos y dos
cromosomas sexuales X e Y Los cromosomas contienen aproximadamente partes
iguales de proteiacutenas y ADN
Transporte de calcio Los iones de calcio son partiacuteculas cargadas que tienen un papel
vital en varios procesos celulares El calcio es un componente criacutetico en la comunicacioacuten
intercelular en el cuerpo y un regulador del crecimiento celular El mantenimiento de una
oacuteptima concentracioacuten de calcio es muy importante
Actividad de las enzimas Como otras proteiacutenas las enzimas consisten de largas cadenas
de aminoaacutecidos que se mantienen unidas Estaacuten presentes en todas las ceacutelulas vivas y
tienen una funcioacuten esencial en el control de los procesos metaboacutelicos
Hormonas Las hormonas son sustancias quiacutemicas que se transportan en la sangre de un
oacutergano a otro y alteran la actividad funcional y algunas veces la estructura de algunos
oacuterganos
Los biosistemas como generadores de campos electromagneacuteticos [12]
Hoy en diacutea no hay
duda de que los campos electromagneacuteticos pueden afectar a los biosistemas en diferentes
niveles ni de que no sean capaces de generar campos electromagneacuteticos Y hay una pequentildea
duda acerca de que los biosistemas sean generadores de campos electromagneacuteticos La
cuestioacuten principal es si los biosistemas utilizan los CEM para una interaccioacuten decidida
(comunicacioacuten) y si es asiacute en queacute nivel del organismo sucederaacute La cantidad de datos que
soporta la uacuteltima idea se construye con tanta rapidez como el incremento de preguntas que se
necesitan resolver
Uno de los principales problemas en esta liacutenea de investigacioacuten tiene su origen en la falta de
reproductibilidad tiacutepica que ya los cientiacuteficos estaacuten acostumbrados a observar en sus
experimentos Muchos cientiacuteficos culpan estas discrepancias a factores de confusioacuten
conocidos como propiedades geofiacutesicas del lugar del experimento gestioacuten de tiempos y
eacutepoca del antildeo del experimento iluminacioacuten o condiciones del laboratorio y factores
cosmofiacutesicos Lo anterior sin mencionar que el propio cientiacutefico es un biosistema y por lo
tanto un generador de UPE (ultraweak photon emission) medible como indican estudios
desde 2005 a 2009 [13] [14] [15] [16] [17]
que puede inintencionadamente influir en el proceso
experimental durante la manipulacioacuten de las muestras
La cuestioacuten primordial es ldquoiquestpor queacute deberiacutea importarnos si las ceacutelulas interactuacutean viacutea
CEMrdquo si la existencia de la comunicacioacuten celular a distancia resultara ser cierta tendriacutea un
impacto sustancial sobre la comprensioacuten de la biologiacutea y la investigacioacuten bioloacutegica Dominar
e influir el sistema de sentildeales a distancia en los biosistemas podriacutea abrir un completo
horizonte nuevo en nuestra aproximacioacuten a la biologiacutea y sus aplicaciones en biologiacutea y
medicina podriacutean ser asombrosas [10]
Simulaciones Los campos eleacutectrico y magneacutetico que interaccionan con el cuerpo debidos a
una fuente proacutexima pueden causar dos tipos de efectos bioloacutegicos teacutermicos y no teacutermicos
Los efectos del campo magneacutetico variacutean con la frecuencia y son probablemente maacutes
importantes en tejidos bioloacutegicos con pequentildeas cantidades de magnetita de tamantildeo
nanomeacutetrico
En la figura 10 se presenta una simulacioacuten robotizada del efecto bioloacutegico de la telefoniacutea
moacutevil sobre un modelado de cuerpo humano Simplificando el modelado del cuerpo de un
animal como un dieleacutectrico con peacuterdidas la cantidad de energiacutea absorbida es funcioacuten de la
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longitud de onda de la radiacioacuten recibida
Para un cuerpo humano de altura 175 metros
y peso 70 Kgs la maacutexima absorcioacuten se
produce aproximadamente a unos 70 MHz
En contraste para un ratoacuten de 55 cms de
largo y 15 gramos de peso la frecuencia de
resonancia es de 25 GHz aproximadamente [9]
La frecuencia de resonancia ademaacutes de la
eficiencia de acoplo del campo al cuerpo
depende de la orientacioacuten de la dimensioacuten
maacutes larga del cuerpo con la direccioacuten de
polarizacioacuten del campo electromagneacutetico En
general el maacuteximo acoplo se produce cuando
esa dimensioacuten es paralela a la direccioacuten en la
que vibra el campo eleacutectrico
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto
bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena
Por estas dependencias se ha introducido el concepto de SAR y tener asiacute una normalizacioacuten
Asiacute por ejemplo a la frecuencia de resonancia de 77 MHz un modelo humano en forma de
esferoide tendriacutea una SAR de 0022 WKg por cada vatiom2 de potencia incidente mientras
que un modelo de ratoacuten con frecuencia de resonancia 25 GHz tendriacutea un SAR de 012 WKg
para la misma densidad de potencia
Otra dependencia esencial para ver la dificultad en la absorcioacuten de energiacutea electromagneacutetica
es la dependencia de la conductividad eleacutectrica con la frecuencia
Por otro lado ademaacutes de todas estas dependencias es necesario apuntar otra que indica que
la distribucioacuten de energiacutea interna absorbida tambieacuten depende de la longitud de onda y de las
propiedades dieleacutectricas del medio En ciertas condiciones se pueden excitar modos
complejos en el cuerpo debido a muacuteltiples reflexiones que provocan la aparicioacuten de una onda
estacionaria y dando lugar a distribuciones no uniformes de energiacutea conocidos como ldquopuntos
calientesrdquo o ldquohot spotsrdquo
Simulaciones con implantes A pesar de que las simulaciones simplifiquen la realidad
pueden aportar resultados uacutetiles En 2012 Adamos Kyriakou y colaboradores [11]
publicaron
los resultados de una investigacioacuten acerca de si las personas con dispositivos meacutedicos
implantados estaacuten protegidas seguacuten las guiacuteas de seguridad de CEM actuales en un rango de
10 a 100 MHz realizando simulaciones de los propios dispositivos implantados y
concluyeron que estas personas no estaacuten intriacutensecamente protegidas y necesitan especial
consideracioacuten en las guiacuteas de seguridad
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3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS
ELECTROMAGNEacuteTICOS
A continuacioacuten se describiraacuten con maacutes detalle algunos de los bioefectos y sus mecanismos
descritos seguacuten el rango de frecuencia que dividiremos en ionizantes radiofrecuencia y
microondas (RFMW) y en baja frecuencia
El efecto maacutes evidente de la energiacutea electromagneacutetica es el calentamiento de los tejidos En
consecuencia los liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos de radiofrecuencia y de
microondas se establecen con el fin de prevenir los efectos sobre la salud ocasionados por el
calentamiento localizado o de todo el organismo El cumplimiento de las directrices asegura
que los efectos de calentamiento son suficientemente pequentildeos para que no sean
perjudiciales
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE
Los fotones de los rayos X y gamma interactuacutean con la materia y causan ionizacioacuten de al
menos tres maneras diferentes
Efecto fotoeleacutectrico Es la interaccioacuten de un fotoacuten que incide sobre los electrones de
un aacutetomo [8]
representado en la figura 11 El fotoacuten cede toda su energiacutea a un electroacuten y
desaparece totalmente desprendieacutendose el electroacuten (llamado fotoelectroacuten) del aacutetomo Se
realiza en las capas electroacutenicas interiores (k l m y n) y el fotoelectroacuten resulta con una
Energiacutea cineacutetica Ec = h υ Ee
donde h es la constante de Plank υ es la frecuencia de la radiacioacuten incidente y Ee es la
energiacutea de enlace de la capa donde se originoacute
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico
Efecto Compton Los fotones de energiacutea intermedia interactuacutean fundamentalmente
mediante el efecto Compton [8]
en virtud del cual el fotoacuten y un electroacuten colisionan
esencialmente como partiacuteculas El fotoacuten continuacutea su trayectoria en una nueva direccioacuten
con su energiacutea disminuida mientras que el electroacuten liberado parte con el resto de la
energiacutea entrante (menos la energiacutea de unioacuten del electroacuten al aacutetomo o a la moleacutecula) como
se representa en la figura 12
En este proceso la energiacutea interactuacutea con un electroacuten orbital del aacutetomo como si eacuteste fuera
un electroacuten libre debido a que la energiacutea de enlace del electroacuten es mucho menor que la
energiacutea del fotoacuten incidente El electroacuten recibe parte de la energiacutea del fotoacuten y es emitido en
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un aacutengulo α en tanto que el fotoacuten con energiacutea reducida es dispersado con un aacutengulo ndashα
Figura 12 Efecto Compton
Produccioacuten de pares La produccioacuten de pares soacutelo es posible con fotones cuya energiacutea
sea superior a 102 MeV Sin embargo cerca este valor el efecto Compton predomina
todaviacutea La produccioacuten de pares [8]
predomina con energiacuteas maacutes altas Tal como se
representa en la figura 13 el fotoacuten desaparece y en su lugar aparece una pareja electroacuten-
positroacuten (este fenoacutemeno soacutelo ocurre en la proximidad de un nuacutecleo por consideraciones
de conservacioacuten del momento cineacutetico y de la energiacutea) La energiacutea cineacutetica total del par
electroacuten-positroacuten es igual a la energiacutea del fotoacuten menos la suma de las energiacuteas de la masa
residual de electroacuten y positroacuten (102 MeV)
Figura 13 Produccioacuten de pares
Tras su descubrimiento por Roentgen en 1895 los rayos X fueron introducidos con tanta
rapidez para el diagnoacutestico y tratamiento de las enfermedades que casi en seguida
comenzaron a encontrarse lesiones debidas a exposicioacuten excesiva a la radiacioacuten entre los
primeros radioacutelogos que todaviacutea no eran conscientes de sus riesgos Las primeras lesiones
fueron sobre todo reacciones cutaacuteneas en las manos de quienes trabajaban con los primeros
equipos de radiologiacutea pero ya en el primer decenio se habiacutean comunicado otros tipos de
lesioacuten incluidos los primeros caacutenceres atribuidos a la radiacioacuten
En el curso del siglo transcurrido desde estos primeros hallazgos el estudio de los efectos
bioloacutegicos de la radiacioacuten ionizante ha recibido un impulso permanente como consecuencia
del uso cada vez mayor de la radiacioacuten en medicina ciencia e industria asiacute como de las
aplicaciones paciacuteficas y militares de la energiacutea atoacutemica
El resultado es que los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten se han investigado maacutes a fondo que
los de praacutecticamente cualquier otro agente ambiental El desarrollo de los conocimientos
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sobre los efectos de la radiacioacuten ha determinado el perfeccionamiento de medidas para
proteger la salud humana contra muchos otros peligros medioambientales ademaacutes de la
radiacioacuten
Naturaleza y mecanismos de los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten [8]
Deposicioacuten de energiacutea A diferencia de otras formas de radiacioacuten la radiacioacuten
ionizante es capaz de depositar suficiente energiacutea localizada para arrancar electrones de
los aacutetomos con los que interactuacutea Asiacute cuando la radiacioacuten colisiona al azar con aacutetomos y
moleacuteculas al atravesar ceacutelulas vivas da lugar a iones y radicales libres que rompen los
enlaces quiacutemicos y provoca otros cambios moleculares que dantildean las ceacutelulas afectadas
La distribucioacuten espacial de los fenoacutemenos ionizantes depende del factor de ponderacioacuten
radioloacutegica (wR) de la radiacioacuten
Efectos sobre el ADN Cualquier moleacutecula de la ceacutelula puede ser alterada por la
radiacioacuten pero el ADN es el blanco bioloacutegico maacutes criacutetico debido a la redundancia
limitada de la informacioacuten geneacutetica que contiene Una dosis absorbida de radiacioacuten de 2
Gray (Gy) podriacutea originar centenares de lesiones en sus moleacuteculas de ADN e incluso la
muerte celular La mayoriacutea de lesiones son reparables pero las producidas por una
radiacioacuten ionizante concentrada (por ejemplo un protoacuten o una partiacutecula alfa) son en
general menos reparables que las generadas por una radiacioacuten ionizante dispersa (por
ejemplo un rayo X o un rayo gamma) Por lo tanto las radiaciones ionizantes
concentradas (alta TLE) tienen por lo comuacuten un mayor efecto bioloacutegico relativo (EBR)
que las radiaciones ionizantes dispersas (baja TLE) en casi todas las formas de lesioacuten
Cabe en este punto las definiciones de Gray (Gy) y Sievert (Sv) Gray es la medida de la
dosis absorbida por la materia radiada a razoacuten de 1 julio por Kg mientras que Sievert es
la medida de la dosis eficaz o equivalente que es 1 Gy multiplicado por un factor de
ponderacioacuten consustancial a cada radiacioacuten (fotones protones electrones neutrones
partiacuteculas alfa iones pesados) y oacutergano (goacutenadas meacutedula oacutesea pulmoacuten estoacutemago
hiacutegado piel hellip) [12]
Efectos sobre los genes El dantildeo del ADN que queda sin reparar o es mal reparado puede
manifestarse en forma de mutaciones cuya frecuencia parece aumentar como una funcioacuten
lineal de la dosis El hecho de que la tasa de mutaciones parezca ser proporcional a la
dosis se considera indicativo de que una sola partiacutecula ionizante que atraviese el ADN es
suficiente en principio para causar una mutacioacuten En las viacutectimas del accidente de
Chernoacutebil la relacioacuten dosis-respuesta de las mutaciones de la glicoforina de ceacutelulas de la
meacutedula oacutesea es muy similar a la observada en supervivientes de la bomba atoacutemica
Efectos sobre los cromosomas Las lesiones por radiacioacuten del aparato geneacutetico pueden
causar tambieacuten cambios en el nuacutemero y la estructura de los cromosomas modificaciones
cuya frecuencia se ha observado que aumenta con la dosis en trabajadores expuestos en
supervivientes de la bomba atoacutemica y en otras personas expuestas a la radiacioacuten ionizante
La relacioacuten dosis-respuesta para las aberraciones cromosoacutemicas en linfocitos de sangre
humana se ha determinado con bastante exactitud de manera que la frecuencia de
aberraciones en esas ceacutelulas puede servir de dosiacutemetro bioloacutegico uacutetil
Efectos sobre la supervivencia celular Entre las reacciones maacutes tempranas a la
irradiacioacuten figura la inhibicioacuten de la divisioacuten celular que aparece en seguida tras la
exposicioacuten aunque su grado y duracioacuten variacutean con la dosis Si bien la inhibicioacuten de la
mitosis es caracteriacutesticamente pasajera la lesioacuten radioloacutegica de genes y cromosomas
puede ser letal para las ceacutelulas en divisioacuten que en conjunto son muy sensibles a la
radiacioacuten
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Medida en teacuterminos de capacidad de proliferacioacuten la supervivencia de las ceacutelulas en
divisioacuten tiende a disminuir exponencialmente con el aumento de la dosis de manera que
1-2 Gy bastan por lo general para reducir la poblacioacuten superviviente en alrededor del
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Efectos sobre los tejidos Las ceacutelulas maduras que no estaacuten en divisioacuten son relativamente
radiorresistentes pero las que se dividen dentro de un tejido son radiosensibles por lo que
la irradiacioacuten intensiva puede matar un nuacutemero suficiente para que el tejido se atrofie
La rapidez de esta atrofia depende de la dinaacutemica de la poblacioacuten celular dentro del tejido
afectado es decir en oacuterganos caracterizados por un recambio celular lento como el
hiacutegado y el endotelio vascular el proceso es tiacutepicamente mucho maacutes lento que en oacuterganos
caracterizados por un recambio celular raacutepido como la meacutedula oacutesea la epidermis y la
mucosa intestinal
Por otra parte conviene subrayar que si el volumen de tejido irradiado es lo bastante
pequentildeo o si la dosis se acumula con la lentitud suficiente la gravedad de la lesioacuten puede
reducirse notablemente por la proliferacioacuten compensatoria de las ceacutelulas supervivientes
Efectos agudos Como
muestra la tabla 6 los
efectos agudos de la
radiacioacuten se deben sobre
todo a la deplecioacuten
(disminucioacuten de liacutequidos)
de ceacutelulas progenitoras en
los tejidos afectados y soacutelo
pueden inducirse por dosis
lo bastante grandes para
matar muchas de estas
ceacutelulas
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos
Por este motivo tales efectos se consideran de naturaleza no estocaacutestica o determinista
en contraste con los efectos mutaacutegenos y canceriacutegenos de la radiacioacuten que se consideran
fenoacutemenos estocaacutesticos resultantes de alteraciones moleculares aleatorias en ceacutelulas
individuales que aumentan como funciones lineales sin umbral de la dosis Las lesiones
agudas de los tipos que predominaban en los primeros trabajadores expuestos y en los
pacientes tratados inicialmente con radioterapia han desaparecido praacutecticamente gracias a
las mejoras introducidas en las precauciones de seguridad y en los meacutetodos de
tratamiento Sin embargo la mayoriacutea de los pacientes tratados con radiacioacuten en la
actualidad experimentan tambieacuten alguna lesioacuten del tejido normal irradiado
Ademaacutes siguen ocurriendo accidentes radioloacutegicos graves Por ejemplo entre 1945 y
1987 se informoacute de unos 285 accidentes en reactores nucleares ocurridos en diversos
paiacuteses en los que resultaron irradiadas maacutes de 1350 personas 33 de ellas con resultado
mortal El accidente de Chernoacutebil por siacute solo liberoacute material radiactivo suficiente para
exigir la evacuacioacuten de decenas de millares de personas y animales domeacutesticos del aacuterea
circundante y originoacute enfermedades radioloacutegicas y quemaduras en maacutes de 200 personas
entre componentes de equipos de emergencia y bomberos de las que 31 fallecieron
Los efectos a largo plazo del material radiactivo liberado sobre la salud no pueden
predecirse con certeza pero las estimaciones de los riesgos resultantes de efectos
canceriacutegenos basadas en modelos de incidencia de dosis sin umbral suponen que pueden
producirse hasta 30000 muertes adicionales por caacutencer en la poblacioacuten del hemisferio
norte durante los 70 proacuteximos antildeos a consecuencia del accidente aunque es probable que
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los casos adicionales de caacutencer en cualquier paiacutes sean demasiado escasos para permitir su
deteccioacuten epidemioloacutegica
Menos catastroacuteficos pero mucho maacutes numerosos que los accidentes de reactores han sido
los accidentes en que han intervenido fuentes de rayo gamma meacutedicas e industriales que
tambieacuten han sido causa de lesiones y peacuterdida de vidas Por ejemplo la eliminacioacuten
inadecuada de una fuente de radioterapia de cesio 137 en Goiacircnia Brasil en 1987 originoacute
la irradiacioacuten de docenas de viacutectimas cuatro de las cuales murieron
Las reacciones agudas de los tejidos maacutes radiosensibles son de intereacutes general por lo que se
describen brevemente en las secciones siguientes
Piel Las ceacutelulas de la capa germinal de la epidermis son muy sensibles a la radiacioacuten En
consecuencia la raacutepida exposicioacuten de la piel a una dosis de 6 Sievert (Sv) o maacutes provoca
eritema (enrojecimiento) de la zona expuesta que aparece dentro del primer diacutea suele
durar unas cuantas horas y va seguido al cabo de dos a cuatro semanas de una o maacutes
oleadas de un eritema maacutes profundo y prolongado asiacute como de depilacioacuten (peacuterdida de
pelo) Si la dosis supera los 10 a 20 Sv en dos o cuatro semanas pueden surgir ampollas
necrosis y ulceracioacuten seguidas de fibrosis de la dermis y los vasos subyacentes que
pueden desembocar en atrofia y una segunda oleada de ulceracioacuten meses o antildeos despueacutes
El factor de ponderacioacuten de la piel es de 1Sv = (001 Fr) Gr siendo Fr el factor de
ponderacioacuten del tipo de radiacioacuten
Meacutedula oacutesea y tejido linfoide Los linfocitos tambieacuten son muy radiosensibles una dosis
de 2 a 3 Sv irradiada en poco tiempo a todo el cuerpo puede destruir un nuacutemero suficiente
de ellos para que disminuya el recuento de linfocitos perifeacutericos y la respuesta inmunitaria
se deteriore en pocas horas Las ceacutelulas hematopoyeacuteticas de la meacutedula oacutesea tienen una
sensibilidad similar a la radiacioacuten y su deplecioacuten con una dosis comparable es suficiente
para causar granulocitopenia y trombocitopenia en las tres a cinco semanas siguientes Si
la dosis es mayor estas disminuciones del recuento de granulocitos y plaquetas pueden
ser lo bastante graves para originar hemorragia o una infeccioacuten mortal El factor de
ponderacioacuten de la meacutedula oacutesea es 012
Intestino Las ceacutelulas progenitoras del epitelio que reviste el intestino delgado tambieacuten
tienen extraordinaria sensibilidad a la radiacioacuten La exposicioacuten aguda a 10 Sv disminuye
su nuacutemero en grado suficiente para causar la denudacioacuten de las vellosidades intestinales
suprayacentes en unos diacuteas La denudacioacuten de una superficie grande de la mucosa puede
dar lugar a un siacutendrome fulminante similar a la disenteriacutea que causa raacutepidamente la
muerte El factor de ponderacioacuten por defecto para los oacuterganos es 005
Goacutenadas Los espermatozoides maduros pueden sobrevivir a dosis grandes (100 Sv)
pero los espermatogonios son tan radiosensibles que una dosis de soacutelo 015 Sv aplicada
raacutepidamente a ambos testiacuteculos basta para causar oligospermia y una dosis de 2 a 4 Sv
puede provocar esterilidad permanente Tambieacuten los ovocitos son radiosensibles Una
dosis raacutepida de 15 a 20 Sv aplicada a ambos ovarios origina esterilidad temporal y una
dosis mayor esterilidad permanente en funcioacuten de la edad de la mujer en el momento de
la exposicioacuten El factor de ponderacioacuten de las goacutenadas es 020
Aparato respiratorio El pulmoacuten no es muy radiosensible pero la exposicioacuten raacutepida a
una dosis de 6 a 10 Sv puede hacer que en la zona expuesta se desarrolle neumoniacutea aguda
en el plazo de uno a tres meses Si se afecta un volumen grande de tejido pulmonar el
proceso puede originar insuficiencia respiratoria al cabo de unas semanas o conducir a
fibrosis pulmonar en meses o antildeos despueacutes El factor de ponderacioacuten de los pulmones es
012
Cristalino del ojo Las ceacutelulas del epitelio anterior del cristalino que continuacutean
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dividieacutendose toda la vida son relativamente radiosensibles El resultado es que una
exposicioacuten raacutepida del cristalino a una dosis superior a 1 Sv puede generar en unos meses
la formacioacuten de una opacidad polar posterior microscoacutepica y 2 a 3 Sv recibidos en una
sola exposicioacuten breve (o la exposicioacuten a 55 a 14 Sv acumulada a lo largo de meses)
pueden producir cataratas que dificulten la visioacuten
Otros tejidos En comparacioacuten con los tejidos ya mencionados la sensibilidad de otros
tejidos del cuerpo a la radiacioacuten es en general bastante inferior aunque el embrioacuten
constituye una notable excepcioacuten Conviene destacar que la radiosensibilidad de cualquier
tejido aumenta cuando se encuentra en estado de crecimiento raacutepido
Lesioacuten radioloacutegica de todo el cuerpo La exposicioacuten raacutepida de una parte importante del
cuerpo a una dosis superior a 1 Gy puede producir el siacutendrome de radiacioacuten agudo que
comprende
(1) Fase inicial prodroacutemica malestar general anorexia naacuteuseas y voacutemitos
(2) Periacuteodo latente
(3) Fase principal de enfermedad La fase principal de la enfermedad adopta por lo
general una de las formas siguientes seguacuten la localizacioacuten predominante de la lesioacuten
radioloacutegica hematoloacutegica gastrointestinal cerebral o pulmonar
(4) Recuperacioacuten o muerte
Lesioacuten radioloacutegica localizada A diferencia de las manifestaciones cliacutenicas de la lesioacuten
radioloacutegica aguda de todo el cuerpo que suelen ser dramaacuteticas e inmediatas la reaccioacuten a
la irradiacioacuten muy localizada tanto si procede de una fuente de radiacioacuten externa como de
un radionucleido depositado en el interior del cuerpo
tiende a evolucionar con
lentitud y a producir
pocos siacutentomas o signos
a menos que el volumen
de tejido irradiado yo la
dosis sean relativamente
grandes como muestra
la tabla 7
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y
MICROONDAS
En cuanto a los efectos bioloacutegicos de la RFMW se han desarrollado un nuacutemero significativo
de estudios que exploran la posible relacioacuten entre la exposicioacuten a la radiacioacuten de campos
RFMW y las enfermedades incluyendo el caacutencer Sin embargo todaviacutea deberaacute de pasar un
tiempo hasta que se tengan los resultados finales de la mayoriacutea de los estudios
Baacutesicamente existen tres tipos de efectos bioloacutegicos a estas frecuencias efectos de nivel alto
(teacutermicos) de nivel medio (ateacutermicos) y de nivel bajo (no teacutermicos)
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Los efectos teacutermicos [8]
son los que causan un
aumento de la temperatura debido a la energiacutea absorbida de un campo electromagneacutetico Si la
termorregulacioacuten no interviene se habla de efecto ateacutermico
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321 Efectos Teacutermicos
La fuerza producida por un campo eleacutectrico sobre un cuerpo cargado tales como los iones
moacuteviles del cuerpo produce que eacutestos se muevan y la resistencia a ese movimiento hace que
el cuerpo se caliente El aumento de temperatura se compensa por la termorregulacioacuten
conducida por el flujo de la sangre La relacioacuten entre el aumento de temperatura y la SAR es
muy complicada debido principalmente a lo complicado de modelar la influencia del flujo de
sangre sobre la transferencia de calor
Un resultado obvio de la radiacioacuten de RFMW es el calentamiento del cuerpo humano a pesar
de sus procesos propios de termorregulacioacuten Estos efectos son conocidos desde las primeras
investigaciones en efectos terapeacuteuticos realizadas por los ldquopadresrdquo del electromagnetismo en
el siglo XIX Los efectos teacutermicos tienen implicaciones significativas en la salud humana y
estaacuten relacionados con las corrientes inducidas El calentamiento es la interaccioacuten primordial
de los campos de RFMW especialmente a frecuencias por encima de 1MHz Por debajo el
efecto dominante es el de las corrientes inducidas
Los efectos teacutermicos se pueden definir como una deposicioacuten de energiacutea mayor que la
capacidad termorregulatoria del cuerpo humano Si una persona se calienta por alguna fuente
externa a una razoacuten maacutes elevada puede ocurrir un dantildeo teacutermico Los efectos teacutermicos estaacuten
fuertemente influidos por la temperatura ambiente y la humedad relativa El calor inducido
en el cuerpo aumenta con la masa del cuerpo al menos para animales pequentildeos
El cuerpo humano intenta regular su temperatura debido a un aumento teacutermico a traveacutes de la
respiracioacuten y el intercambio de calor viacutea flujo sanguiacuteneo Las partes del cuerpo que tienen
menos riego sanguiacuteneo son las maacutes afectadas por los efectos teacutermicos debido a que la
termorregulacioacuten tiene una menor capacidad de accioacuten
Los sistemas bioloacutegicos alteran su funcionamiento debido al cambio de temperatura
Temperaturas elevadas tienen efectos como cataratas incremento de la presioacuten arterial
veacutertigo y mareos debilidad desorientacioacuten o naacuteuseas Efectos teacutermicos adversos tales
como cataratas y quemaduras en la piel se producen con exposiciones a campos de
RFMW con densidades de potencia muy altas y por encima de 1000 Wm2 Estos valores
no se encuentran nunca cerca de fuentes de RFMW convencionales aunque siacute pueden
existir cerca de transmisores de alta potencia tales como radares militares
Efectos geneacuteticos Los agentes que pueden dantildear el ADN de las ceacutelulas se dice que tienen
un potencial carcinoacutegeno y se llaman genotoxinas o que tienen actividad genotoacutexica
El concepto de dantildeo de ADN como base para la formacioacuten del caacutencer estaacute puesto en tela
de juicio por la evidencia de que el caacutencer puede provenir de factores que no actuacutean
directamente sobre el ADN
Si los campos de RFMW no son directamente mutageacutenicos existe siempre la cuestioacuten de
si pueden incrementar el desarrollo de ceacutelulas malignas o alterar otros procesos que
produzcan cambios en el material geneacutetico Relacionado con esto estaacute la preocupacioacuten
acerca de los efectos sobre la salud a exposiciones prolongadas a campos de RFMW de
bajo nivel
Los investigadores creen que los cambios geneacuteticos soacutelo se producen en presencia de un
aumento sustancial de la temperatura observaciones que estaacuten en total acuerdo con la
interpretacioacuten de que la energiacutea de RFMW no causa dantildeo directo en el ADN debido a la
poca energiacutea asociada a sus fotones
Estudios en ceacutelulas (in vitro) Aunque la radiacioacuten no ionizante no puede dantildear el
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ADN de la misma forma que lo hace la ionizante es probable que la exposicioacuten a
campos de RFMW pueda producir alguna alteracioacuten en procesos celulares lo que
indirectamente puede afectar a la estructura de ADN Por tanto los estudios en ceacutelulas
(in vitro) son esenciales para interpretar los resultados experimentales Sin embargo la
criacutetica a estos estudios se basa en el hecho de indicar dantildeos en el ADN y ademaacutes en
que los estudios en su gran mayoriacutea no han sido replicados Son multitud los estudios
celulares unos mostrando efectos y otros no Probablemente el maacutes famoso fue el
realizado por Lai y Singh en 1995 [18]
en la Universidad de Washington en Seattle con
frecuencias de 245 GHz (las de los hornos de microondas) y con valores de SAR de
12 Wkg vieron efectos en las ceacutelulas del cerebro de ratas Eso produjo una gran
controversia en las compantildeiacuteas de telefoniacutea moacutevil (la frecuencia de los moacuteviles de
tercera generacioacuten la famosa UMTS estaacute en torno a esa frecuencia y las de GSM
cercanas) y preocupacioacuten entre los usuarios pues pareciacutea que se encontraba una
conexioacuten con datos ciertamente sin comprobar entre los teleacutefonos moacuteviles y el caacutencer
de cerebro Sin embargo no parece haber otros estudios que respalden estos resultados
Estudios en animales (in vivo) Tambieacuten se han realizado estudios en animales en los
que es maacutes difiacutecil de controlar los paraacutemetros pero pueden dar una mejor valoracioacuten de
las posibles consecuencias De nuevo existe controversia entre diferentes estudios
Como resumen de los estudios geneacuteticos podemos decir que los estudios experimentales
especialmente los celulares sobre exposicioacuten a campos de RFMW no han dado indicios
de evidencia genotoacutexica a menos que la potencia incidente fuera suficiente para causar
dantildeos teacutermicos Por otro lado hay muy pocos resultados positivos sobre efectos geneacuteticos
de radiacioacuten de RFMW de baja intensidad de entre los que algunos resultados no han
sido replicados o bien no han sido confirmados cuando han sido replicados por otros
autores
Proliferacioacuten celular La perturbacioacuten del ciclo normal celular es un posible signo de
crecimiento incontrolado de ceacutelulas cancerosas Se han descrito incrementos soacutelo en el
caso en que haya calentamiento e incluso otros estudios no encontraron estos
incrementos
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos
La radiacioacuten electromagneacutetica puede producir efectos no teacutermicos
[8] En general pueden
surgir cambios detectables soacutelo si el efecto del campo eleacutectrico con el medio bioloacutegico
expuesto a un campo electromagneacutetico no estaacute enmascarado por el ruido teacutermico
El ruido teacutermico es un movimiento aleatorio debido a la energiacutea teacutermica que todos los
cuerpos tienen al poseer una temperatura por encima del cero absoluto (-273ordmC o 0 Kelvin)
Fueacute identificado por Jonson en 1928 Es debido al movimiento aleatorio de los electrones
originado por su energiacutea teacutermica Este movimiento da lugar a una corriente aleatoria y debido
a ella en bornes de una resistencia aparece una tensioacuten de ruido Vn El valor medio de la
tensioacuten de ruido es siempre nulo pero no su valor eficaz La energiacutea producida por un campo
de radiofrecuencia en general es menor que el ruido teacutermico bioloacutegico[8]
y por tanto su efecto
no teacutermico quedariacutea completamente enmascarado
Polarizacioacuten celular Un mecanismo no teacutermico proviene de las moleacuteculas que se polarizan
con el campo eleacutectrico pudiendo producirse atracciones eleacutectricas entre ellas como se vioacute
anteriormente Otro mecanismo no teacutermico estaacute asociado al movimiento de corriente a traveacutes
de las membranas que tienen un comportamiento fuertemente no lineal es decir cuando se
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aplica una tensioacuten a una membrana la corriente no es proporcional a ella pudiendo afectar a
las funciones de la membrana
Frecuencias resonantes Es posible que ciertos tejidos bioloacutegicos reaccionen muy
sensiblemente a ciertas frecuencias resonantes y se deberiacutean estudiar estas situaciones En cuanto a los efectos de la radiacioacuten de nivel bajo y medio
[8] se trata de ver si estos niveles
de potencia pueden causar cambios bioloacutegicos dantildeinos en ausencia de un aumento
demostrable de la temperatura Sobre este aspecto existe alguna controversia Todos estos
efectos se producen con valores de SAR inferiores a 2Wkg
Se han descrito muchos en la literatura pero baacutesicamente casi todos hablan de efectos
neuronales morfoloacutegicos actividad neurotransmisora y de las enzimas concentracioacuten de
iones y efectos sobre el metabolismo Sobre este tema existe todaviacutea mucha discrepancia
entre los investigadores Algunos consideran probados estos efectos y otros consideran que
no estaacute probada de ninguna manera la conexioacuten entre los efectos no teacutermicos dantildeinos y la
radiacioacuten de bajo nivel
Telefoniacutea moacutevil Respecto a la aplicacioacuten de los resultados obtenidos sobre los efectos de la
RFMW correspondiente a la telefoniacutea moacutevil hay que tener una enorme precaucioacuten Parece
claro que no existe en la actualidad una gran cantidad de datos que permitan concluir si la
exposicioacuten a campos de RFMW durante el uso normal de un teleacutefono moacutevil puede producir
o no efectos nocivos sobre la salud Puesto que paraacutemetros de la RFMW tales como
frecuencia intensidad duracioacuten modulacioacuten forma de onda etc son esenciales para
determinar la respuesta bioloacutegica es necesario investigar mucho maacutes en la interaccioacuten de
tales paraacutemetros con la respuesta de la sentildeal de un moacutevil en condiciones normales
Algunos investigadores dan por cientiacuteficamente probados los efectos bioloacutegicos no teacutermicos
de campos de RFMW de niveles intermedios y bajos Otros investigadores sin embargo no
confirman la opinioacuten anterior asegurando que esos resultados son meramente especulativos
afirmando que haya o no conexioacuten entre los efectos y la exposicioacuten a campos de RFMW
eacutestos soacutelo se producen a niveles mucho mayores de los que se encuentran en aplicaciones de
telecomunicaciones
Los diferentes organismos encargados de elaborar los liacutemites a la exposicioacuten de CEM no han
tenido hasta ahora en cuenta la proteccioacuten frente a efectos no teacutermicos y ateacutermicos debido a
la poca evidencia cientiacutefica que existe en este aspecto
Los efectos no teacutermicos tambieacuten dependen fuertemente de factores de propagacioacuten de la onda
electromagneacutetica como la modulacioacuten y la frecuencia En la mayoriacutea de los casos los
mecanismos de los efectos no se conocen todaviacutea Es importante conocer coacutemo se propaga la
energiacutea de RFMW a traveacutes de un cuerpo bioloacutegico Y coacutemo se distribuye la energiacutea
electromagneacutetica por el cuerpo y coacutemo se dispersa por el cuerpo especialmente si el aumento
de temperatura no es medible por ser muy pequentildeo
A continuacioacuten se indicaraacuten algunos efectos maacutes significativos relacionados en la literatura
sobre el tema pero deben ser entendidos con bastante cautela
Sistema nervioso Una revisioacuten de la literatura sobre efectos de campos de RFMW de
niveles intermedios y bajos muestran que la exposicioacuten a niveles de SAR bajos (siempre
menores que 2Wkg) bajo ciertas condiciones pueden afectar al sistema nervioso
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incluyendo efectos morfoloacutegicos electrofisioloacutegicos en la actividad neurotransmisora y
en el metabolismo
Sistema inmunoloacutegico Tambieacuten se han descrito efectos sobre el sistema inmunoloacutegico
sobre la morfologiacutea de los genes y los cromosomas concentracioacuten de iones morfologiacutea
celular etc Algunos de estos efectos nombrados han sido refutados por otros autores por
lo que la situacioacuten al respecto no es clara
Enzimas Se estima que la RFMW modulada de bajo nivel puede afectar la actividad
intracelular de las enzimas Algunos estudios han detectado evidencias de cambios en esta
actividad
Hormonas La influencia de los campos de RFMW pueden influir sobre la concentracioacuten
de hormonas en la sangre
Funciones de la membrana Las ceacutelulas poseen un voltaje a traveacutes de sus membranas y
utilizan iones de calcio para muchos de los procesos de regulacioacuten en las ceacutelulas Una
alteracioacuten del campo eleacutectrico sobre la superficie de las ceacutelulas cambia la eficiencia de su
comportamiento Algunos estudios han encontrado cambios en la concentracioacuten de iones
de calcio lo que se relaciona con las alteraciones en el funcionamiento de la membrana
Catalizador de caacutencer en animales Como la exposicioacuten a campos de RFMW no se
considera causante directo de carcinogeacutenesis la investigacioacuten se centra maacutes bien en sus
posibles efectos catalizadores de ayuda a la proliferacioacuten de caacutencer
Para hacernos una idea de coacutemo son estos estudios y que caracteriacutesticas tienen podemos
nombrar el realizado en la Universidad de Washington un centenar de ratas se expusieron
a radiacioacuten de RFMW de 245 GHz modulada por una sentildeal de 800 Hz durante 25 meses
215 horas al diacutea y con una SAR aproximada en los animales de 04 Wkg Las ratas
expuestas tuvieron un aumento significativo de tumores malignos respecto al grupo de
control [19]
Tambieacuten existe un conjunto de estudios realizados sobre animales tratados con
carcinoacutegenos quiacutemicos Observemos que todos los estudios someten a los animales a
radiaciones extremadamente prolongadas
Otros estudios Los estudios se han centrado en efectos sobre la morfologiacutea del cerebro
(soacutelo se han encontrado efectos a intensidades altas) sobre la morfologiacutea del ojo y sobre
cambios en el comportamiento
o Aprendizaje espacial y memoria Como ejemplo en 2004 Jean-Christophe Cassel
Brigitte Cosquer Rodrigue Galani y Niels Kuster [20]
experimentaron que una
exposicioacuten corporal completa realizada a ratas a 245 GHz no afectaba en absoluto sus
capacidades de aprendizaje espacial y memoria mediante lo que se conoce como
laberinto de brazo radial
o Memoria a corto plazo Sin embargo una investigacioacuten posterior (2010) realizada por
MP Ntzouni A Stamatakis F Stylianopoulou y LH Margaritis sobre los efectos de
la radiacioacuten de los moacuteviles en la memoria a corto plazo de los ratones [21]
indica que si
bien en exposiciones agudas no se detectan efectos cuando la exposicioacuten es croacutenica
afecta de forma significativa a su memoria a corto plazo
o Ondas cerebrales de personas Un estudio [22]
realizado por Jose Luis Relova Sonia
Pertega Jose Antonio Vilar Elena Lopez-Martin Manuel Peleteiro y Francisco Ares-
Pena en 2010 sobre la exposicioacuten del cerebro a la radicacioacuten de los moacuteviles sugiere
que los campos electromagneacuteticos pueden modular la actividad de las redes
neuronales asiacute como que los pacientes epileacutepticos pueden ser especialmente sensibles
a la radiacioacuten electromagneacutetica En concreto en primer lugar se ratifica que la
exposicioacuten a CEM de los moacuteviles incrementa en todos los individuos (epileacutepticos y no
epileacutepticos) la actividad en frecuencia alfa (relacionado con la velocidad de procesado
de la informacioacuten y la capacidad cognitiva) pues este punto ha sido ya estudiado por
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otros autores Y en segundo lugar se detecta ademaacutes para los pacientes epileacutepticos un
incremento de la actividad de ondas beta y gamma (implicadas en la coordinacioacuten
subyacente de los procesos neuronales de percepcioacuten cognitivos y de atencioacuten) o Barrera Hematoencefaacutelica (sistema fisioloacutegico que separa el cerebro de la meacutedula
espinal de vital importancia para la salud ya que cualquier interrupcioacuten o trastorno de
este sistema puede tener graves consecuencias) En una revisioacuten de estudios [23]
realizada por Anne Perrin Celine Cretallaz Alice Collin Christine Amourette y
Catherine Yardin en 2010 enfocada sobre 16 artiacuteculos de 2005 a 2009 [24] [25] [26] [27] [28]
[29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] de los cuales 3 fueron in vitro 11 in vivo y 2 en
personas se detectoacute una calidad metodoloacutegica muy heterogeacutenea En detalle y aparte su
metodologiacutea los estudios aportaron pruebas no convincentes del efecto de la
exposicioacuten a bajos niveles de radiofrecuencia sobre la integridad de la barrera
hematoencefaacutelica (BBB) Ademaacutes algunos estudios con metodologiacutea correcta sugeriacutean
que no habiacutea efectos para un SAR de maacutes de 6 WKg en incluso de 20 WKg para
exposiciones agudas
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS
Los campos electromagneacuteticos de frecuencia baja (ELF) inducen corrientes en el organismo
pero tambieacuten las pueden generar diversas reacciones bioquiacutemicas del propio organismo Las
ceacutelulas o tejidos no podraacuten detectar ninguna corriente inducida por debajo de este nivel de
generacioacuten propio En consecuencia a frecuencias bajas las directrices aseguran que las
corrientes inducidas por los campos electromagneacuteticos son menores que las corrientes
naturales del organismo
Recordemos que la electricidad es la fuente de energiacutea maacutes comuacuten en el mundo debido a la
facilidad con que se genera y se transmite allaacute donde se necesita Desde el principio del siglo
XX la industria basada en la electricidad y sus tecnologiacuteas relacionadas han sido una parte
fundamental de nuestra sociedad Debido a que la electricidad es usada universalmente y
juega un papel esencial en la economiacutea y desarrollo de las naciones la posibilidad de que los
campos eleacutectrico y magneacutetico sean perjudiciales para los trabajadores y consumidores es una
materia que merece especial atencioacuten y estudio
Durante mucho tiempo los investigadores han intentado diversas teoriacuteas de interaccioacuten de
frecuencias de ELF Aunque la radiacioacuten de ELF no puede romper debido a su baja energiacutea
ninguacuten enlace quiacutemico por deacutebil que sea existen mecanismos de interaccioacuten bien definidos [9]
que muestran la interaccioacuten con los tejidos bioloacutegicos sin necesidad de romper enlace
alguno
Los campos eleacutectricos pueden crear fuerzas sobre moleacuteculas cargadas o neutras o sobre
sistemas celulares dentro de sistemas vivos Estas fuerzas pueden causar movimiento de
partiacuteculas cargadas o inducir tensiones entre las membranas celulares
Los campos magneacuteticos tambieacuten pueden producir fuerzas sobre estructuras celulares pero
como la mayoriacutea de los medios bioloacutegicos son no magneacuteticos estas fuerzas son muy
pequentildeas
Ademaacutes los campos magneacuteticos pueden producir campos eleacutectricos en el interior de los
cuerpos
Aunque los campos eleacutectrico y magneacutetico ocurren juntos la mayoriacutea de los estudios
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uacutenicamente se centran en los efectos del campo magneacutetico El argumento es que el campo
magneacutetico es muy difiacutecil de apantallar y penetra mucho maacutes faacutecilmente en los edificios y en
el cuerpo humano que el campo eleacutectrico
Campo interno y externo acoplo Existen diversos mecanismos de interaccioacuten propuestos
en la literatura Pero antes es necesario entender la relacioacuten entre el campo fuera y en el
interior de un sistema bioloacutegico (acoplo) que depende fuertemente de la frecuencia
El campo eleacutectrico en el interior de un tejido bioloacutegico es mucho menor que fuera
habitualmente en varios oacuterdenes de magnitud Eso significa que por ejemplo el cuerpo
humano es un buen apantallamiento del campo eleacutectrico es decir no lo deja ldquopasarrdquo
Consideacuterese el caso de un cuerpo humano bajo exposicioacuten a un campo de ELF
eleacutectricamente el acoplo es muy pequentildeo por ejemplo un campo eleacutectrico externo de 1
KVm (1000 Vm) puede inducir un campo interno de 1mVm (que es 10-3
Vm) lo que
significa una reduccioacuten de 1 milloacuten Este valor de campo eleacutectrico es el tiacutepico bajo una
liacutenea de alta tensioacuten Ademaacutes este campo eleacutectrico crea una corriente de conduccioacuten en el
interior del cuerpo unos cuantos oacuterdenes de magnitud inferior a las corrientes creadas
naturalmente por el corazoacuten nervios o muacutesculos
Sin embargo los tejidos bioloacutegicos son medios no magneacuteticos lo que significa que el
campo magneacutetico externo es praacutecticamente el mismo que en el interior La mayor parte
del debate sobre liacutemites aceptables sobre campos de ELF estaacute expresado en teacuterminos del
campo magneacutetico
Se han propuesto diferentes mecanismos de interaccioacuten con el campo electromagneacutetico pero
no todos estaacuten suficientemente bien establecidos Fundamentalmente los mecanismos
propuestos son corrientes eleacutectricas inducidas efectos directos sobre materiales bioloacutegicos
magneacuteticos y efectos sobre radicales libres
Corrientes inducidas por el campo magneacutetico En el rango de ELF un material bioloacutegico
es un medio conductor Debido a sus caracteriacutesticas morfoloacutegicas las ceacutelulas presentan por
debajo de 100 Hz un comportamiento baacutesicamente resistivo y muy poco inductivo Un
posible mecanismo de interaccioacuten del campo electromagneacutetico con sistemas vivos que se ha
propuesto teoacutericamente es la habilidad del campo magneacutetico para estimular corrientes
circulares (eddy currents) en las membranas de las ceacutelulas y en los fluidos de los tejidos que
circulan en un bucle cerrado que descansa en un plano perpendicular a la direccioacuten del
campo magneacutetico Esta corriente se puede calcular usando las ecuaciones de Faraday y
Laplace sin necesidad de resolver las ecuaciones de Maxwell Por tanto en el interior de un
medio bioloacutegico se inducen corrientes y campos eleacutectricos debido al campo magneacutetico
La obtencioacuten de estas corrientes es complicada y soacutelo puede hacerse a traveacutes de simulaciones
numeacutericas Soacutelo en supuestos sencillos es decir modelando el cuerpo como un medio
homogeacuteneo la corriente puede obtenerse de forma analiacutetica
Asiacute la densidad de corriente en un camino circular alrededor de un campo magneacutetico
sinusoidal se puede obtener de la ley de Faraday y resulta ser
J = π σ r B f A m2
siendo σ la conductividad en Sm r el radio del lazo o bucle B la induccioacuten magneacutetica en
Teslas y f la frecuencia en Hz
Xi y Stuchly en 1994 [40]
hicieron caacutelculos basados en modelos anatoacutemicos humanos
eleacutectricamente refinados y obtuvieron densidades de corrientes de 2mAm2
para campos de
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100μT a 60 Hz A frecuencias por encima de 100 KHz las corrientes inducidas producen
calentamiento del sistema bioloacutegico expuesto En el rango de las ELF el calentamiento de
tejidos no es problema pero si la corriente inducida es muy grande hay riesgo de estimular
ceacutelulas eleacutectricamente excitables como las neuronas A frecuencias menores de
aproximadamente 100 KHz las corrientes necesarias para calentar sistemas bioloacutegicos son
mayores que las corrientes necesarias para excitar neuronas y otras ceacutelulas eleacutectricamente
excitables
Sustancias biomagneacuteticas Todos los organismos vivos estaacuten compuestos esencialmente de
compuestos orgaacutenicos diamagneacuteticos pero tambieacuten estaacuten presentes algunas moleacuteculas
paramagneacuteticas (por ejemplo el oxiacutegeno O2) y microestructuras y estructuras
ferromagneacuteticas (hemoglobina magnetita) Estas microestructuras se comportan como
pequentildeos imanes que estaacuten influenciados por campos externos que modifican su contenido
de energiacutea y se encuentran en bacterias y otros elementos bioloacutegicos pequentildeos
El cerebro humano [2]
contiene estos elementos que responden al campo magneacutetico aplicado
orientaacutendose con eacutel y creando alguacuten efecto bioloacutegico Los campos de ELF pueden crear
efectos bioloacutegicos actuando como se ha descrito pero para ello se necesitan campos
magneacuteticos muy grandes de al menos 2 a 5 μT
Radicales libres Los radicales libres son aacutetomos o moleacuteculas con al menos un electroacuten
desapareado Estos electrones son muy inestables y peligrosos porque normalmente los
electrones vienen en pares Estos electrones hacen que los radicales libres choquen con otras
moleacuteculas a las que pueden arrancar electrones lo que causa que cambie su estructura
pudieacutendolas convertir a su vez en radicales libres que puede ademaacutes prolongarse como una
reaccioacuten en cadena Los radicales libres son muy reactivos y existen durante cortos periacuteodos
de tiempo (tiacutepicamente menor que 1 ns) pero su efecto es extremo pues puede dantildear la
cadena de ADN
Los campos magneacuteticos estaacuteticos pueden influir en la respuesta de reacciones quiacutemicas entre
pares de radicales libres Puesto que el periacuteodo de vida de los radicales libres es muy
pequentildeo y los campos de ELF tienen un periacuteodo muy alto baacutesicamente actuacutean para estos
casos como los campos estaacuteticos
Campos magneacuteticos con intensidades menores que 50μT no producen efectos bioloacutegicos
significativos en radicales libres esto si no se tiene en cuenta las sustancias biomagneacuteticas
pues cualquier efecto se antildeadiriacutea al campo geoestacionario que variacutea entre 30 y 70 μT
Membrana celular y enlace quiacutemico El campo eleacutectrico de baja frecuencia puede excitar
la membrana celular causando efectos nocivos A frecuencias de liacuteneas de alta tensioacuten el
valor liacutemite de la densidad de corriente para producir efectos nocivos es de alrededor de 10
mAm2 que se corresponde con un valor del campo eleacutectrico en los tejidos de 100 Vm
Muchos cientiacuteficos opinan que la membrana celular juega un papel esencial en los
mecanismos de interaccioacuten ente el campo electromagneacutetico y los tejidos bioloacutegicos El
mecanismo teoacuterico propuesto por los cientiacuteficos concluye que las ceacutelulas son estructuras bio-
electroquiacutemicas que interactuacutean con su entorno de varias formas entre las que se incluyen
interacciones mecaacutenicas teacutermicas quiacutemicas bioquiacutemicas y eleacutectricas El Dr William Ross [41][42][43]
(Universidad de California) asegura que los iones especialmente los iones de calcio
podriacutean jugar un papel similar al de un enlace quiacutemico entre el campo electromagneacutetico y los
procesos de la vida
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Como conclusioacuten de los tres mecanismos biofiacutesicos nombrados (corrientes inducidas efectos
directos sobre los materiales bioloacutegicos magneacuteticos y efectos sobre radicales libres) podemos
decir que para que haya efectos nocivos notables es necesario intensidades de campo
electromagneacutetico importantes y en cualquier caso mucho mayores de las que habitualmente
existen en nuestro entorno Sin embargo para entender los efectos bio-electro-quiacutemicos se
necesita conocer maacutes sobre coacutemo el campo de ELF afecta a los procesos de la vida Los
investigadores creen que hay que hacer una clara distincioacuten entre esos tres bioefectos y el
proceso de efectos bio-electro-quiacutemicos de manera que el efecto de campos ELF deacutebiles hay
que encontrarlo fuera del aacutembito de la fiacutesica convencional
Estudios sobre ELF y caacutencer En la literatura sobre bioefectos de campos de ELF existen
estudios sobre diferentes efectos sobre la salud sin embargo al que maacutes atencioacuten se le ha
prestado es a su posible relacioacuten con la induccioacuten del caacutencer [9]
Mecanismos del caacutencer El caacutencer es un teacutermino que describe al menos 200 enfermedades
diferentes todas ellas con la caracteriacutestica comuacuten de un crecimiento incontrolado de las
ceacutelulas
El caacutencer es un caso de mitosis incontrolada en el que las ceacutelulas se dividen de forma
incontrolada y crecen fuera de todo control Esencialmente el caacutencer es por tanto un
desorden geneacutetico a nivel celular siendo un fallo en las propias ceacutelulas maacutes que en el cuerpo
entero Las causas de muchos caacutenceres son desconocidas y son muchos los factores de
influencia en el riesgo de contraer caacutencer Cada uno de los factores de riesgo conocidos tales
como el tabaco alcohol radiacioacuten ionizante y otros contribuyen a tipos de caacutencer
especiacuteficos El riesgo de caacutencer estaacute relacionado con muchas causas
El riesgo con amianto estaacute relacionado con la longitud y dureza de las fibras
El riesgo con partiacuteculas en el aire estaacute relacionado con su tamantildeo y su propensioacuten para
fijarse en los pulmones
La luz visible rompe enlaces en los procesos de fotosiacutentesis aunque ello no parece
relacionado con el caacutencer
La radiacioacuten de origen solar como la radiacioacuten ultravioleta UV (especialmente la UVB)
estaacute asociada con el riesgo de contraer caacutencer de piel y melanoma maligno
Sin embargo ya sabemos que la energiacutea de un fotoacuten de campos de baja frecuencia es
insuficiente para romper enlaces quiacutemicos En general los caacutenceres potencialmente
asociados a exposicioacuten a campo electromagneacutetico son leucemia y tumores de pecho y
cerebrales
Carcinogeacutenesis La transformacioacuten de ceacutelulas sanas en ceacutelulas malignas es un proceso
complejo que incluye al menos tres etapas distintas debidas a deformaciones en el material
geneacutetico de las ceacutelulas El proceso global se denomina modelo de carcinogeacutenesis multietapa
El caacutencer humano es el resultado de la acumulacioacuten de varios cambios geneacuteticos y
epigeneacuteticos en una poblacioacuten de ceacutelulas dada y se inicia por un dantildeo en la cadena de
ADN Al agente que causa tal efecto se le llama genotoxina Es altamente improbable que
un simple dantildeo geneacutetico en las ceacutelulas cause caacutencer Para ello se necesita una serie de
dantildeos geneacuteticos La genotoxina puede afectar a maacutes de un tipo de ceacutelulas y por tanto
causar maacutes de un tipo de caacutencer Un agente epigeneacutetico es algo que incrementa la
probabilidad de causar caacutencer por un agente genotoacutexico No existen ensayos estaacutendares
para la actividad epigeneacutetica y por tanto no hay una manera faacutecil de predecir si una agente
presenta tal actividad
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Los efectos genotoacutexicos de campos de ELF han sido ampliamente estudiados No se ha
confirmado ninguacuten cambio celular significativo baja exposiciones a campos de ELF con
niveles usuales Los estudios muestran que los campos de ELF no causan ni dantildeo en el
ADN ni aberraciones cromosoacutemicas ni mutaciones ni transformaciones en las ceacutelulas ni
formacioacuten de micronuacutecleos ni efectos mutageacutenicos a niveles comparables a los que existen
en el ambiente habitual Soacutelo unos pocos estudios han comunicado genotoxicidad de
estudios experimentales en animales pero la mayoriacutea no han reproducido fielmente las
condiciones ambientales o no han sido replicados
Otros estudios han indicado que los campos de ELF podriacutean tener alguna actividad
epigeneacutetica Los mayores inconvenientes de los resultados provenientes de los estudios
experimentales es que la mayoriacutea de ellos no han sido replicados y su repeticioacuten por otros
autores es la uacutenica manera de comprobacioacuten de los resultados Por otro lado los resultados
necesitan estar apoyados en mecanismos confirmados lo que claramente no estaacute todaviacutea
disponible
La conclusioacuten final de un gran nuacutemero de estudios [9]
en este campo es que exposiciones a
campo eleacutectrico y magneacutetico con intensidades menores a 01mT no producen ninguacuten cambio
celular significativo tales como actividad genotoacutexica o epigeneacutetica Sin embargo unos pocos
estudios siacute han encontrado evidencia de actividad epigeneacutetica Tambieacuten para campos
superiores a 01 mT pueden existir efectos nocivos
Hipoacutetesis de la melatonina [9]
Una posible interaccioacuten bajo investigacioacuten es que la
exposicioacuten a campos de ELF suprime la produccioacuten de melatonina que es una hormona
producida por la glaacutendula pineal localizada en una zona profunda del cerebro La melatonina
se produce principalmente por la noche y se libera mediante el flujo sanguiacuteneo a traveacutes del
cuerpo
La melatonina llega a casi todas las ceacutelulas del cuerpo humano destruyendo los radicales
libres ademaacutes de regular a otras actividades como los ciclos menstruales femeninos el ritmo
cardiacuteaco el suentildeo el estado de aacutenimo y la geneacutetica La secrecioacuten de melatonina decrece con
la edad siendo maacutexima en la nintildeez y su produccioacuten es esencial para el sistema inmunoloacutegico
protegiendo al cuerpo de infecciones y de las ceacutelulas cancerosas Si el nivel de melatonina
decrece diversos tipos de caacutenceres pueden proliferar
Como se veraacute a continuacioacuten algunos estudios han concluido que los ELF pueden tener
alguacuten efecto relevante en el caacutencer a traveacutes de una serie de subprocesos Maacutes concretamente
los CEM reduciriacutean la melatonina lo que puede producir efectos geneacuteticos que provocariacutean
ceacutelulas cancerosas defectos inmunoloacutegicos crecimiento anormal y finalmente caacutencer
Es conocido que la melatonina se ve afectada por la luz [9]
Por ejemplo las mujeres ciegas
tiacutepicamente tienen maacutes nivel de melatonina que las videntes y la incidencia del caacutencer de
mama es mucho menor Otras frecuencias de la energiacutea electromagneacutetica diferente a la del
visible pueden tambieacuten tener influencia en la generacioacuten de melatonina El intereacutes baacutesico en
la melatonina de muchos cientiacuteficos es que podriacutea servir de base para explicar algunos
estudios epidemioloacutegicos
Diversos laboratorios han encontrado reduccioacuten de melatonina en ceacutelulas animales y
personas expuestos a campos de ELF siendo un efecto que depende fuertemente del periacuteodo
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de exposicioacuten y de la intensidad del campo
En 1995 Selmaoui y colaboradores [44]
realizaron un estudio con ratones expuestos a
campos de 50 Hz con intensidades de 1 10 y 100 μTeslas durante 12 horas o durante 30
diacuteas durante 18 horas al diacutea Se observoacute un decrecimiento en la melatonina para los
ratones expuestos 30 diacuteas (un 40 de reduccioacuten) y en los expuestos 12 horas a 100μT (un
20 de reduccioacuten) Para un 1μT no se observoacute reduccioacuten en ninguacuten caso
Seguacuten Michael H Repacholi (World Health Organization 1998) en 1987 Stevens [45]
propuso una relacioacuten entre la exposicioacuten a campos ELF (5060 Hz) y la carcinogeacutenesis a
traveacutes de la accioacuten del campo sobre la secrecioacuten de melatonina Se reportoacute una inhibicioacuten
de la secrecioacuten de melatonina y un descenso de la actividad de las enzimas involucradas
en el metabolismo de la melatonina con exposicioacuten a ELF o campos magneacuteticos estaacuteticos
alternados raacutepidamente
Pero tambieacuten existen estudios en los que no se ha encontrado esa reduccioacuten
En 1995 Rogers y sus colaboradores [46]
sometieron a monos a campos eleacutectricos de 60
kVm y magneacuteticos de 50μT o de 30 kVm y 100μT de 60 Hz durante 12 horas al diacutea y 6
semanas No encontraron ninguna evidencia de reduccioacuten en la melatonina
Graham y colaboradores en 2000 [47]
no encontraron efectos entre hombres joacutevenes
voluntarios expuestos a campos de 60 Hz de 283μT
Ninguacuten estudio ha determinado los efectos en el metabolismo de la melatonina provocados
por niveles bajos de corriente continua o campos de RF de amplitud modulada Estos efectos
deberiacutean investigarse
Los posibles efectos sobre diferentes actividades del cuerpo se resumen a continuacioacuten [9]
Material geneacutetico Mucha de la investigacioacuten en efectos bioloacutegicos de los CEM se ha
dedicado a encontrar si la exposicioacuten a campos de ELF puede dantildear el ADN o inducir
mutaciones en eacutel Generalmente se cree que la energiacutea asociada con campos de ELF no es
suficiente para causar un dantildeo directo en el ADN sin embargo debe entenderse que pueden
ser posibles efectos indirectos que cambien los procesos en las ceacutelulas que puedan producir
un dantildeo en el ADN Por otro lado campos de ELF con intensidades muy superiores a las
habituales en el ambiente pueden producir cambios en la siacutentesis del ADN cambiar la
distribucioacuten molecular o inducir aberraciones cromosoacutemicas Sin nombrar ninguacuten estudio en
particular en general los cambios mutageacutenicos soacutelo se observan a intensidad de campo
magneacutetico alta
Transporte de calcio El fenoacutemeno de liberacioacuten de iones de calcio Ca++
de las ceacutelulas por
exposicioacuten de campos de ELF es conocido especialmente en el cerebro y las ceacutelulas
linfaacuteticas Niveles elevados de Ca++ se han encontrado con niveles tanto bajos como altos de
campo en cultivos celulares y animales El exceso de Ca++
puede causar perturbaciones en la
actividad hormonal Sin embargo muchos cientiacuteficos no estiman tan importante el papel del
Ca++
en el caacutencer y la leucemia aunque se conoce que las ceacutelulas segregan iones de calcio a
las ceacutelulas circundantes como un mensaje para bloquear el desarrollo celular
Seguacuten R Glaser M Michalsky y R Schramek(1998) [48]
a partir de 400 pruebas no hay
efectos claros para esta actividad para campos magneacuteticos superiores pico a pico a 26 mT y
frecuencias de 45Hz a 12kHz ni para campos eleacutectricos superiores a 150 Vm a frecuencias
de 15 45 100 y 500 Hz y 1 2 5 y 10 Kz existiendo importantes desviaciones estadiacutesticas
de resultados a frecuencias de 45 740 y 1040 Hz
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Actividad de las enzimas Existen estudios [9]
sobre la influencia de los campos de ELF
sobre las enzimas
Hormonas Muchos estudios [9]
han demostrado los efectos sobre las hormonas de campos
de ELF
Sistema inmunoloacutegico El sistema inmunoloacutegico no parece que se vea alterado por campos
de ELF de niveles bajos
Comunicacioacuten intercelular Las interacciones intercelulares juegan un papel primordial en
el desarrollo del sistema nervioso de todos los organismos Las sentildeales quiacutemicas y eleacutectricas
a traveacutes de las membranas son las responsables de las comunicaciones intercelulares Los
campos de ELF pueden cambiar las propiedades de la membrana de las ceacutelulas modificar las
funciones celulares e interferir en la transferencia de informacioacuten intercelular
Efectos no cancerosos Los efectos no cancerosos del campo de ELF en estudios in vitro no
son tan numerosos como los anteriores Se han estudiado efectos sobre la divisioacuten y
crecimiento celular para campos del orden de unos pocos Vm o deacutecimas de mT
Tambieacuten se han estudiado efectos asociados con la exposicioacuten de embriones a campos de
ELF La importancia de estos estudios es que se han realizado conjuntamente en seis
laboratorios de cuatro paiacuteses Con campos de 100 Hz y sentildeales pulsadas (de corta duracioacuten)
se encontroacute un 6 de incremento en el nuacutemero de embriones anormales
Estudios sobre caacutencer en animales
No existe ninguna evidencia en ninguacuten estudio de que campos de ELF de baja intensidad
puedan causar caacutencer en animales
Existe un estudio [9]
sobre animales tratados con un iniciador quiacutemico que ha encontrado
un gran nuacutemero de tumores en ellos cuando son sometidos a campos magneacuteticos de
intensidades medias
Otros estudios en roedores sometidos a campos de ELF con valores de campo magneacutetico
de 100μT mostraron crecimiento en los tumores de mama pero no una mayor incidencia
en su presencia
Basaacutendonos en los estudios realizados es posible concluir que no hay una evidente conexioacuten
que ligue la exposicioacuten a campos de ELF con niveles del orden de los que existen en el
ambiente habitual con el caacutencer en animales Para campos magneacuteticos altos se ha visto en
ciertos estudios una relacioacuten positiva en la incidencia sobre el caacutencer
Otros estudios en animales [9]
Sobre la incidencia de campos de ELF en animales
estudiando sus efectos sobre enfermedades no cancerosas existen tambieacuten muchos estudios
Se han realizado estudios en ratas y ratones midiendo la influencia de campos de ELF en su
presioacuten sanguiacutenea actividad funcional y celular y resistencia del sistema inmunoloacutegico El
valor del campo magneacutetico era de 2 200 y 1000μT a 60Hz y la exposicioacuten era continua No
se encontraron efectos significativos No hay una evidencia de que la exposicioacuten a campos
de ELF cause cambios en los animales Algunos estudios han indicado algunos cambios en
el comportamiento social de monos pero la recomendacioacuten en este sentido es continuar con
los estudios
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Estudios en humanos Los efectos de campos de ELF podriacutean ser estudiados en humanos
con seguridad y con efectividad sobre voluntarios a pesar de las limitaciones en la duracioacuten
de la exposicioacuten y los tipos de pruebas que se les puedan hacer Estos estudios se centran en
los efectos que pueden ocurrir durante un tiempo que va de unos minutos a algunas semanas
Estudios maacutes extensos en el tiempo son muy difiacuteciles si no imposibles por la dificultad de
controlar la exposicioacuten
La seleccioacuten de mecanismos fisioloacutegicos para analizar estaacute tambieacuten limitada a aquellos que
se puedan medir por meacutetodos no invasivos o miacutenimamente invasivos Por otro lado estos
estudios tienen ciertas ventajas pues se centran directamente en la especie ldquocorrectardquo
evitando extrapolacioacuten de resultados obtenidos de otras especies
Los estudios con humanos voluntarios pueden ayudar a definir dosimetriacutea y tipos de
respuesta a los resultados dados por los estudios epidemioloacutegicos y podriacutean guiar aacutereas de
investigacioacuten en animales en los que hubiera que recurrir a meacutetodos y mecanismos maacutes
invasivos
Es conocido que muchas personas han dado a conocer diferentes efectos sobre la salud
debidos a exposiciones de campos de ELF tales como dolores de cabeza cambios
cardiovasculares cambios en el comportamiento confusioacuten depresioacuten dificultad en la
concentracioacuten perturbaciones del suentildeo malas digestiones etc Las fuentes esenciales en
este campos son las encuestas a las personas que viven cerca de fuentes potenciales de
campos de ELF pruebas de laboratorio y datos epidemioloacutegicos
Efectos en el comportamiento El sistema nervioso central es un lugar de potencial
interaccioacuten con los campos de ELF debido a la sensibilidad eleacutectrica de sus tejidos El
sistema nervioso central estaacute compuesto de nervios perifeacutericos la meacutedula espinal y el
cerebro y su labor es controlar la transferencia de informacioacuten entre los organismos y el
entorno y tambieacuten controla los procesos internos La posibilidad de que los campos de
ELF afecten al sistema nervioso central y en especial al cerebro causando efectos
adversos en el comportamiento y las capacidades cognitivas ha sido una preocupacioacuten
constante en los diferentes estudios No hay resultados concluyentes
Efectos en el sistema cardiovascular El corazoacuten es un oacutergano bioeleacutectrico El
electrocardiograma es el diagnoacutestico esencial de los cardioacutelogos para determinar la
condicioacuten del corazoacuten Densidades de corriente alrededor de 01 mAm2 pueden estimular
tejidos mientras que corrientes de 1 Am2 interfieren con la accioacuten del corazoacuten causando
fibrilacioacuten ventricular [9]
Sensibilidad eleacutectrica La sensibilidad eleacutectrica tambieacuten conocida como
hipersensibilidad electromagneacutetica o electrosensibilidad es un desorden neuroloacutegico con
siacutentomas de tipo aleacutergico que estaacute relacionado con los CEM Algunos individuos se
muestran maacutes sensibles a ciertas frecuencias reaccionando cuando se encuentran en las
proximidades de fuentes electromagneacuteticas Los siacutentomas de la electrosensibilidad pueden
incluir dolores de cabeza irritacioacuten en los ojos nauseas irritaciones en la piel debilidad
fatiga peacuterdida de concentracioacuten dificultad de respirar trastornos del suentildeo etc Algunos
autores consideran que este siacutendrome es puramente psicosomaacutetico [9]
Shocks y microshocks Un mecanismo de interaccioacuten ente los campos de ELF y los
tejidos vivos es la estimulacioacuten directa de ceacutelulas y membranas Esto prueba la capacidad
del cuerpo humano para percibir corrientes eleacutectricas que con toda probabilidad puedan
producir shocks o microshocks dependiendo de la intensidad de la corriente Por
microshock se entiende arritmias cardiacuteacas producidas por corrientes de baja intensidad
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que pasan a traveacutes del corazoacuten El teacutermino shock se utiliza para describir todos los dantildeos
importantes de la corriente eleacutectrica que pueden causar peacuterdida de conciencia y graves
quemaduras o a perder la vida Shocks ocurren maacutes frecuentemente en personas que tocan
un objeto conductor grande como un motor cuando no estaacute aislado de tierra Se estima [9]
que el umbral para la densidad de corriente para la estimulacioacuten de ceacutelulas excitables es
de 1 mAm2 A frecuencias de ELF esto se corresponde con un campo eleacutectrico en el
interior del cuerpo de 100 Vm El campo eleacutectrico necesario para producir un shock es
comparable con el que se necesita para producir calor El valor miacutenimo para el shock se
incrementa con la frecuencia Por tanto a bajas frecuencias el shock es el dantildeo liacutemite y a
frecuencias grandes el calentamiento y las quemaduras pueden ocurrir a intensidades de
campo bajas antes de dar lugar a un shock
Como cierre de este apartado se reproduce la conclusioacuten de un artiacuteculo [49]
que revisa los
efectos de los CEM
ldquoSe han llevado a cabo un gran nuacutemero de estudios experimentales y epidemioloacutegicos para
dilucidar efectos asociados a la exposicioacuten de las personas a CEM de ELF y RF No hay
evidencia convincente de que se dantildee el ADN No obstante muchos estudios han aportado
pruebas de que los CEM de relativamente baja intensidad son capaces de interactuar con
muchas moleacuteculas ceacutelulas y procesos sisteacutemicos asociados a la carcinogeacutenesis mutageacutenesis
y teratogeacutenesis No estaacute claro coacutemo estos estudios se interpretaraacuten en teacuterminos de riesgos
para la salud puacuteblica Uno de los principales problemas es la ausencia de un mecanismo de
interaccioacuten biofiacutesico de aceptacioacuten general que pueda explicar los efectos bioloacutegicos
reportados sin violar los principios fiacutesicos baacutesicos Ademaacutes se han dado casos de intentos
de reproducir algunos de los hallazgos clave en laboratorios que no han tenido eacutexito Las
dificultades en reproducir los experimentos de CEM pueden ser debidos en parte al hecho
de que no se hayan reproducido tambieacuten de forma exacta todos los detalles del experimento
No obstante estas dificultades de repetitividad podriacutean indicar que los posibles efectos de
los CEM son sutiles ya que los efectos fuertes no seriacutean sensibles a pequentildeas variaciones en
los detalles de los experimentos Pero la sutileza de los efectos no necesariamente significa
que sean insignificantes Debido al gran nuacutemero de personas expuestas incluso efectos
sutiles pueden resultar importantes para la salud puacuteblicardquo (J Juutilainene S Lang 1997)
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4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO
Como se puede comprobar los efectos teacutermicos ya conocidos [50]
de las radiaciones de campos
electromagneacuteticos artificiales no se recogen normalmente entre las causas probables de
ganancia de calor ni de fiebre Ello es debido a que las directrices y normativas que regulan la
exposicioacuten a CEM para la poblacioacuten general velan por que esto no suceda a pesar de la
posibilidad de que ocurran accidentes
Todas las valoraciones de efectos no teacutermicos (no asiacute los ateacutermicos) pasan por alto el
fenoacutemeno de la termorregulacioacuten
Termorregulacioacuten La termorregulacioacuten es la capacidad del cuerpo para regular su
temperatura Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura
La temperatura normal del cuerpo de una persona variacutea dependiendo de su sexo actividad
reciente consumo de alimentos y liacutequidos hora del diacutea y en las mujeres de la fase del ciclo
menstrual en la que se encuentren La temperatura corporal normal de acuerdo con la
Asociacioacuten Meacutedica Americana (American Medical Association) puede oscilar entre 365 y
372 degC El cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37ordmC mientras que la temperatura
cutaacutenea es de 335ordmC
La temperatura con que la sangre llega al hipotaacutelamo seraacute el principal determinante de la
respuesta corporal a los cambios climaacuteticos ya que el hipotaacutelamo es el centro integrador que
funciona como termostato y mantiene el equilibrio entre la produccioacuten y la peacuterdida de calor Si
la temperatura disminuye aumenta la termogeacutenesis y los mecanismos conservadores del calor
El mantenimiento de la temperatura corporal ademaacutes depende del calor producido por la
actividad metaboacutelica y el perdido por los mecanismos corporales asiacute como de las condiciones
ambientales La termogeacutenesis o generacioacuten de la temperatura se realiza por dos viacuteas
Raacutepida termogeacutenesis fiacutesica producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo
sanguiacuteneo perifeacuterico
Lenta termogeacutenesis quiacutemica de origen hormonal y movilizacioacuten de sustratos procedentes
del metabolismo celular
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor
El cuerpo siempre estaacute perdiendo calor ya sea por factores ambientales o por procesos
bioloacutegicos externos o internos Una vez producido el calor es transferido y repartido a los
distintos oacuterganos y sistemas [50]
Mecanismos externos
Conveccioacuten Asiacute se pierde el 12 del calor Ocurre en todo fluido hace que el aire
caliente ascienda y sea reemplazado por aire maacutes friacuteo La ropa disminuye la peacuterdida Si
existe una corriente de aire (viento o ventilador mecaacutenico) se produce una convencioacuten
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forzada y la trasferencia es mayor Si no hay aire maacutes fresco para hacer el reemplazo el
proceso se detiene Esto sucede por ejemplo en una habitacioacuten pequentildea con muchas
personas
Radiacioacuten emitida Como todo cuerpo con temperatura mayor que 265 degC los seres
vivos tambieacuten irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagneacuteticas Es el
proceso en que maacutes se pierde calor el 60 [50]
La radiacioacuten es la propagacioacuten de energiacutea
a traveacutes del espacio vaciacuteo sin requerir presencia de materia Asiacute es como el Sol que estaacute
mucho maacutes caliente que los planetas y el espacio de alrededor nos trasmite su energiacutea y
nos transmite su calor
Conduccioacuten En este proceso se pierde el 3 del calor si el medio circundante es aire a
temperatura normal Es la transferencia de calor por contacto con el aire la ropa el agua
u otros objetos (una silla por ejemplo) Si la temperatura del medio circundante es
inferior a la del cuerpo la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (peacuterdida) si no la
transferencia se invierte (ganancia) Si el medio circundante es agua la transferencia
aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisioacuten teacutermica del agua es
mayor que el del aire
Evaporacioacuten Peacuterdida del 22 del calor corporal mediante el sudor debido a que el
agua tiene un elevado calor especiacutefico y para evaporarse necesita absorber calor y lo
toma del cuerpo el cual se enfriacutea Una corriente de aire que reemplace el aire huacutemedo por
el aire seco aumenta la evaporacioacuten La evaporacioacuten de agua en el organismo se produce
por los siguientes mecanismos
o Evaporacioacuten insensible o perspiracioacuten se realiza en todo momento y a traveacutes de los
poros de la piel siempre que la humedad del aire sea inferior al 100 Tambieacuten se
pierde agua a traveacutes de las viacuteas respiratorias
o Evaporacioacuten superficial formacioacuten del sudor por parte de las glaacutendulas sudoriacuteparas
que estaacuten distribuidas por todo el cuerpo pero especialmente en la frente palmas de
manos pies zona axilar y puacutebica
Cuando la temperatura ambiental excede a la corporal el calor se gana por el
metabolismo radiacioacuten conveccioacuten y conduccioacuten y solo se pierde por la evaporacioacuten
asociada al sudor El grado de humedad del aire influye en la peacuterdida de calor por
sudoracioacuten ya que cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de
calor podraacute eliminarse por este mecanismo
La adaptacioacuten del organismo a temperaturas extremas es fundamental en los deportes en los
que se requiere un trabajo continuo (carreras de fondo ciclismo carreras de esquiacute natacioacuten
de aguas abiertas) Es necesario un conocimiento detallado sobre la influencia que ejercen el
calor y el friacuteo en el organismo del deportista sobre todo durante la ejecucioacuten de cargas de
entrenamiento y de competicioacuten de gran magnitud asiacute como nociones acerca de los
mecanismos y de las viacuteas de suministro utilizables para conseguir una eficaz adaptacioacuten
individual a temperaturas altas y bajas
La aclimatacioacuten del organismo del deportista a los cambios de temperatura del medio
ambiente estaacute orientada baacutesicamente a la disipacioacuten de calor cuando la temperatura es alta y
a mantener el calor si la temperatura es baja Del total de energiacutea generada por el organismo
de una persona entre un 60 y un 80 se transforma en calor que va al medio y el resto
entre 20 y 40 se transforma en energiacutea uacutetil para el trabajo
Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel la conservacioacuten del balance
teacutermico no supone ninguacuten problema para el organismo de la persona ya que la peacuterdida de
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calor se facilita por la suma de la conveccioacuten y la radiacioacuten siendo las peacuterdidas por
conduccioacuten marginales
En el ejercicio la intensidad de trabajo determina una mayor produccioacuten de calor y esta
carga de calor es tan grande que este mecanismo aunque es el primero en activarse no
alcanza para eliminar el calor circulante que la sangre lleva hasta la piel En estas
condiciones el uacutenico medio del que dispone el cuerpo para liberarse del calor es la
evaporacioacuten Para ello se activan las glaacutendulas sudoriacuteparas que seraacuten las encargadas de
eliminar el calor por medio del sudor Por lo tanto la evaporacioacuten es la forma maacutes eficaz que
el organismo tiene para disipar el calor durante el ejercicio y la posibilidad de realizar este
trabajo de termorregulacioacuten con eficacia es crucial para el deportista
Mecanismos internos (controlados por el organismo) Pueden ser voluntarios (sacarse ropa o
desabrigarse ndashcorteza cerebral- o involuntarios Estos uacuteltimos son
Sudoracioacuten Cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva se enviacutea informacioacuten al
aacuterea preoacuteptica ubicada en el cerebro por delante del hipotaacutelamo Eacuteste desencadena la
produccioacuten de sudor El cuerpo humano puede perder hasta 15 litros de sudor por hora
Transpiracioacuten insensible Cada persona en promedio pierde 800 ml de agua
diariamente Eacutesta proviene de las ceacutelulas e impregna la ropa que adquiere el olor
caracteriacutestico
Vasodilatacioacuten Cuando la temperatura corporal aumenta los vasos perifeacutericos se dilatan
y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel para enfriarse Por eso despueacutes de un
ejercicio la piel se enrojece ya que estaacute maacutes irrigada
Termoacutelisis para controlar la temperatura nuestro organismo utiliza mecanismos fiacutesicos
de disipacioacuten cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado Estos mecanismos pueden
tener control fisioloacutegico o no tales como la orina heces aire expirado e ingesta de
alimentos friacuteos con los que podemos reducir la temperatura pero nuestro metabolismo
apenas intervendraacute
Por el contrario cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiologiacutea se produce
vasodilatacioacuten los vasos sanguiacuteneos de la piel se dilatan intensamente Una vasodilatacioacuten
plena puede aumentar la transferencia de energiacutea hacia la piel hasta 8 veces
o Termoacutelisis intensa cuando la temperatura central del cuerpo es mayor que el nivel
criacutetico se produce una mayor peacuterdida de calor por evaporacioacuten (sudoracioacuten) Un
aumento adicional de 1degC en la temperatura corporal provoca suficiente sudoracioacuten
para eliminar 10 veces la produccioacuten basal de calor del cuerpo Muchos animales
inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a
que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoriacutea no presentan
glaacutendulas sudoriacuteparas por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo el mecanismo del
jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiracioacuten muy
superficial que colabora con la raacutepida evaporacioacuten del agua de las superficies mucosas
especialmente la saliva en la lengua
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412 Mecanismos de Ganancia de Calor
Mecanismos externos (radiacioacuten)
Radiacioacuten directa del sol La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor
como radiacioacuten infrarroja Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92
Irradiacioacuten desde la atmoacutesfera La atmoacutesfera actuacutea como una pantalla amplificadora
frente a las radiaciones provenientes del Sol y hace incidir las radiaciones infrarrojas
directamente sobre el cuerpo
Mecanismos internos Estos pueden ser voluntarios (abrigarse ndashcorteza cerebral- o
involuntarios Estos uacuteltimos son
Vasoconstriccioacuten En el hipotaacutelamo posterior existe el centro nervioso simpaacutetico
encargado de enviar sentildeales que causa una disminucioacuten del diaacutemetro de los vasos
sanguiacuteneos cutaacuteneos eacutesta es la razoacuten por la cual la gente palidece con el friacuteo
Piloereccioacuten La estimulacioacuten del sistema nervioso simpaacutetico provoca la contraccioacuten de
los muacutesculos erectores ubicados en la base de los foliacuteculos pilosos lo que ocasiona que
se levanten Esto cierra los poros y evita la peacuterdida de calor Tambieacuten crea una capa densa
de aire pegada al cuerpo evitando perder calor por conveccioacuten esto es un signo geneacutetico
de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa
de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno)
Espasmos musculares o tiritones La musculatura esqueleacutetica se escapa del control
voluntario y queda sometido al hipotaacutelamo El friacuteo produce contracciones musculares
involuntarias que aumentan el tono muscular o contraccioacuten basal que tienen los
muacutesculos y si es maacutes intenso produce un temblor perceptible Estas contracciones
consumen energiacutea que se transforma en calor
Termogeacutenesis Nuestra fuente permanente de calor es la actividad metaboacutelica basal al
favorecer el temblor la excitacioacuten simpaacutetica de produccioacuten de calor y la secrecioacuten de
hormonas tiroideas Durante los escalofriacuteos la produccioacuten de calor puede aumentar 4 oacute 5
veces por estimulacioacuten del hipotaacutelamo posterior en el aacuterea llamada ldquocentro motor
primario del temblorrdquo Las sentildeales que provocan el temblor van por la meacutedula espinal y a
traveacutes de las motoneuronas anteriores llegan al muacutesculo esqueleacutetico aumentando su tono
o Termogeacutenesis quiacutemica este mecanismo bioloacutegico es muy simple la noradrenalina y la
adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular pero
tambieacuten el enfriamiento (accioacuten sobre el aacuterea preoacuteptica hipotalaacutemica anterior) aumenta
la produccioacuten de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides)
Esta a su vez estimula la produccioacuten de hormonas tiroideas lo que aumenta el
metabolismo celular de todo el cuerpo
o Termogeacutenesis fiacutesica la estimulacioacuten de los centros simpaacuteticos del hipotaacutelamo posterior
causan vasoconstriccioacuten cutaacutenea La vasoconstriccioacuten perifeacuterica favorece la
conservacioacuten de la temperatura de la sangre circulante al desplazarla a los tejidos maacutes
profundos
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA
Hipotaacutelamo El hipotaacutelamo tiene un doble sistema de regulacioacuten de la temperatura [50]
Regioacuten preoacuteptica del hipotaacutelamo anterior centro que regula el exceso de calor
Hipotaacutelamo posterior centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de friacuteo y la
peacuterdida de calor Conserva y mantiene la temperatura corporal Son las ceacutelulas de la
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regioacuten posterior (conservadora de calor) las que predeterminan la temperatura de 37ordmC La
norma para los centros es una temperatura de 368 + 04 ordmC
Si la temperatura disminuye con respecto a la norma aumenta la termogeacutenesis Si la
temperatura aumenta con respecto a la norma se activa la termoacutelisis
Receptores teacutermicos El funcionamiento fisioloacutegico de los receptores cutaacuteneos estaacute entre 33ordm
y 25ordmC de forma que cuando la temperatura cutaacutenea es de 29ordmC praacutecticamente no hay
sudoracioacuten
Neurotransmisores Existen tambieacuten algunos neurotransmisores que actuacutean a nivel de los
centros Asiacute por ejemplo la serotonina estimula al centro de la termogeacutenesis y las
catecolaminas estimulan al centro de la termoacutelisis
Alteracioacuten de la Regulacioacuten Teacutermica
Fiebre ldquoEstado de elevacioacuten de la temperatura central la cual a menudo pero no
necesariamente hace parte de la respuesta de un organismo pluricelular a la invasioacuten de
organismos vivos o materia inanimada reconocidas como patogeacutenicas o extrantildeas por el
hueacutespedrdquo A esta definicioacuten se debe agregar que dicho aumento en la temperatura central
es debido a un aumento en el punto de ajuste hipotalaacutemico en el cual las respuestas
homeostaacuteticas del individuo se encuentran intactas
Hipertermia Aumento en la temperatura en el cual el control estrecho ejercido por el
hipotaacutelamo se encuentra abolido es decir que a diferencia de la fiebre es un estado en el
que la homeostasis se encuentra deteriorada
Causas de la Fiebre
Golpes de calor El liacutemite de calor que puede aumentar el humano estaacute relacionado con
la humedad ambiental Asiacute si el ambiente es seco y con viento se pueden generar
corrientes de conveccioacuten que enfriacutean el cuerpo Por el contrario si la humedad ambiental
es alta no se producen corrientes de conveccioacuten y la sudoracioacuten disminuye el cuerpo
comienza a absorber calor y se genera un estado de hipertermia Esta situacioacuten se agudiza
maacutes auacuten si el cuerpo estaacute sumergido en agua caliente
En el humano se produce una aclimatacioacuten a las temperaturas altas asiacute nuestra
temperatura corporal puede llegar a igualar la del ambiente sin peligro de muerte Los
cambios fiacutesicos que conducen a esta aclimatacioacuten son el aumento de la sudoracioacuten el
incremento del volumen plasmaacutetico y la disminucioacuten de la peacuterdida de sal a traveacutes del
sudor
Enfermedades infecciosas Es el caso de las bacterias que generan toxinas que afectan al
hipotaacutelamo aumentando el termo estado Afecta a los mecanismos de ganancia de calor
los cuales se activan Los compuestos quiacutemicos que generan aumento de temperatura son
los piroacutegenos (virus productos bacterianos endotoxinas complejos inmunes)
Lesiones cerebrales Al practicar cirugiacuteas cerebrales se puede causar dantildeo
involuntariamente en el hipotaacutelamo el cual controla la temperatura corporal Esta
alteracioacuten ocurre tambieacuten por tumores que crecen en el cerebro especiacuteficamente en el
hipotaacutelamo de manera que el termostato corporal se dantildea desencadenando estados
febriles graves Cualquier lesioacuten a esta importante estructura puede alterar el control de la
temperatura corporal ocasionando fiebre permanente
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421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio
En 2009 [51]
MA Garciacutea J Valenzuela y
D Saacutenchez del Dpto de Tecnologiacuteas de
la Informacioacuten y Comunicaciones de la
Universidad Politeacutecnica de Cartagena
realizaron simulaciones 2D de un plano
coronal de cabeza humana extraiacutedo del
Proyecto Humano Visible (PHV) como
muestra la figura 14 La simulacioacuten
contemplaba los tejidos cerebrales de
usuarios de telefoniacutea moacutevil en la banda
GSM 1800 por lo que la exposicioacuten
simulada era de 1 W a frecuencia de
1800 MHz
La combinacioacuten mediante software
propio de las ecuaciones de Maxwell y
de un modelo termorregulatorio humano
proporcionoacute tanto la TAE (tasa de
absorcioacuten especiacutefica) como los
incrementos de temperatura asociados a
la exposicioacuten electromagneacutetica para
todos los tejidos del modelo a lo largo de
la direccioacuten de propagacioacuten para varias
distancias entre el dipolo y la cabeza
Figura 14 Modelo de cabeza humana del
Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda)
plano coronal y leyenda (abajo-derecha)
Ello sin tener en cuenta factores como sudoracioacuten respiracioacuten peacuterdidas de calor variables en
los pulmones capilaridad vasodilatacioacuten flujo sanguiacuteneo o metabolismo variables ritmo
cardiacuteaco o alteraciones en la propia respuesta termorregulatoria debidas a que se incremente
la temperatura en el hipotaacutelamo
En cuanto a las conclusiones en primer lugar se ha de tener en cuenta que habriacutea que
extrapolar el modelo a 3D pero se obtuvieron resultados muy interesantes como
La naturaleza protectora del craacuteneo
Incrementos teacutermicos por encima de 1 grado Celsius en tejidos del cerebro
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5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son clasificados como no-
magneacuteticos bien sea diamagneacuteticos (repelidos deacutebilmente por un campo magneacutetico como el
agua en casi todas las sustancias grasas) o paramagneacuteticos (atraiacutedos deacutebilmente hacia el
campo magneacutetico como la desoxihemoglobina en las ceacutelulas sanguiacuteneas) Para los materiales
de estos tipos la influencia fiacutesica directa del campo magneacutetico terrestre es extraordinariamente
deacutebil ya que la energiacutea de interaccioacuten magneacutetica es muchos oacuterdenes de magnitud por debajo
de la energiacutea teacutermica de base (interna de la materia) kT (donde k es la constante de Boltzman
y T la temperatura absoluta) [1]
No obstante existen otros materiales denominados ferromagneacuteticos que interactuacutean muy
fuertemente con el campo magneacutetico terrestre A diferencia de las sustancias diamagneacuteticas y
paramagneacuteticas las acciones mecaacutenico-cuaacutenticas sobre electrones no pareados con los
materiales ferromagneacuteticos fuerzan los momentos magneacuteticos de los electrones (magnetones
de Bohr) a formar alineaciones de rango elevado Los momentos magneacuteticos de cada
magnetoacuten de Bohr en tales cristales se suman vectorialmente y en algunos materiales un
cristal de tan soacutelo unas pocas decenas de nanoacutemetros de tamantildeo tendraacute energiacutea de interaccioacuten
magneacutetica con el campo magneacutetico terrestre de 50 micro-teslas (μT) [1]
en exceso de energiacutea
teacutermica de base
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES
Seguacuten Lowenstam y Weinel en 1989 [52]
ya se habiacutean identificado al menos 12 minerales de
hierro en los organismos aunque soacutelo dos de ellos han sido encontrados tambieacuten precipitados
en los vertebrados Estos son la ferrihidrita (5Fe2O3 9H2O) que es el mineral que se
encuentra en la moleacutecula ferritina y la sustancia denominada frecuentemente en la literatura
meacutedica como hemosiderina y la magnetita (Fe3O4) De estos materiales la ferrihidrita es
paramagneacutetica mientras que la magnetita posee una variedad de ferromagnetismo
denominado ferrimagnetismo
A voluacutemenes similiares [2]
estas propiedades hariacutean que la magnetita interactuara sobre 106
veces maacutes con los campos magneacuteticos externos que con cualquier material bioloacutegico La
magnetita es tambieacuten el uacutenico compuesto metaacutelico conocido fabricado por organismos vivos
y tiene la conductividad eleacutectrica maacutes alta que cualquier otro material celular
Debido a que la magnetita es el uacutenico material biogeacutenico conocido en organismos superiores
que es ferromagneacutetico a temperatura ambiente es importante revisar brevemente la historia
de su descubrimiento en animales y queacute se conoce de su distribucioacuten filogeneacutetica
(clasificacioacuten de las especies seguacuten su proximidad evolutiva) y funcioacuten bioloacutegica
Heinz A Lowenstam (1962) [53]
fue quien descubrioacute la magnetita precipitada
bioquiacutemicamente como material de recubrimiento en la raacutedula (estructura que se localiza
en la base de la boca y la concha de los moluscos) de los chitones (moluscos marinos de la
clase Polyplacophora) Eacutel y sus colaboradores fueron capaces de demostrar el origen
bioloacutegico de este material a traveacutes de una variedad de estudios de trazado radio-isotoacutepico y
mediante el examen detallado de la ultra-estructura de la boca Antes de este
descubrimiento el origen de la magnetita soacutelo se concebiacutea en rocas iacutegneas o metamoacuterficas
sometidas a altas temperaturas y presiones En los chitones la magnetita sirve para
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endurecer las capas dentales capacitaacutendolos para extraer y comer algas de los sustratos
rocosos maacutes superficiales (unos pocos miliacutemetros) En 1985 Nesson y Lowenstam [54]
publicaron los resultados de los anaacutelisis ultra-estructurales e histoloacutegicos detallados de la
formacioacuten de la magnetita en la raacutedula y apuntaron que el proceso comienza con un
transporte inicial de hierro metaboacutelico al extremo posterior del saco de la raacutedula Este
hierro se deposita como mineral ferrihidrita en una malla orgaacutenica previamente formada de
material proteiacutenico formando una o dos filas distintas de dientes rojizos A traveacutes de alguacuten
proceso la ferrihidrita se convierte raacutepidamente en magnetita a traveacutes de una reaccioacuten
acoplada con reduccioacuten de hierro y re-cristalizacioacuten
La bacteria magnetotaacutectica fue el segundo organismo en que se encontroacute magnetita
biogeacutenica [55]
Se precipitoacute cristales de magnetita de tamantildeo sub-micromeacutetrico en una
vacuola de membrana fosfoliacutepida intracelular formando estructuras denominadas
ldquomagnetosomasrdquo que se describen en el apartado 511 Las cadenas de estos
magnetosomas actuacutean como simples agujas de compaacutes que pasivamente dirigen a las
ceacutelulas de la bacteria en alineaciones con el campo magneacutetico terrestre y les permiten
buscar la zona micro-aerofiacutelica en la interfaz agualodo de la mayoriacutea de los ambientes
acuosos naturales Estas bacterias nadan hacia el norte magneacutetico en el hemisferio norte
hacia el sur magneacutetico en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador
geomagneacutetico aunque en el ecuador las densidades de poblacioacuten son mucho maacutes bajas [2]
Los magnetosomas basados en magnetita se han encontrado tambieacuten en las algas
magnetotaacutecticas eucarioacuteticas en que cada ceacutelula contiene varios miles de cristales La
greigita mineral ferrimagneacutetica (Fe3S4) tambieacuten ha sido descubierta posteriormente en los
magnetosomas de un primitivo grupo de bacterias
Una recopilacioacuten extensiva de los 30 antildeos anteriores a los antildeos 90 [2]
demuestra que muchos
organismos poseen la habilidad bioquiacutemica de precipitar la magnetita mineral ferrimagneacutetica
(Fe3O4) y la greigita (Fe3S4) En teacuterminos de su distribucioacuten filogeneacutetica la biomineralizacioacuten
de la magnetita estaacute particularmente esparcida habieacutendose documentado en moacutenera
protozoos y animales con un registro foacutesil hasta el periacuteodo Precaacutembrico Dentro del reino
animal se conoce dentro de moluscos artroacutepodos y cordados y se sospecha en muchos otros
grupos En los microorganismos y peces cadenas lineales de cristales de magnetita enlazados
por membrana (magnetosomas) forman estructuras descritas como ldquomagnetos bioloacutegicos de
barrardquo
El movimiento del material ferromagneacutetico encontrado en los organismos como respuesta a
los campos magneacuteticos externos ha de tenerse en cuenta en principio en los efectos
magneacuteticos a nivel celular tales como la alineacioacuten magneacutetica de la bacteria magnetotaacutectica y
algas o la respuesta magnetotaacutectica de las abejas Bajo ciertas condiciones los movimientos
inducidos de los magnetosomas pueden ser suficientemente capaces para abrir
mecaacutenicamente los canales ioacutenicos de las trans-membranas sensitivas que por otro lado
tienen el potencial de influir en un amplio rango de procesos celulares
Aunque el conocimiento de las funciones bioloacutegicas de la magnetita es todaviacutea incompleto en
la boca de chitoacuten sirve como un agente que aporta dureza ndash es el material biogeacutenico conocido
maacutes duro formado por un organismo En los microorganismos la magnetita es responsable de
la respuesta magnetotaacutectica de la bacteria y del alga eucarioacutetica La magnetita tambieacuten parece
estar involucrada en la habilidad de muchos animales para usar el campo geomagneacutetico como
direccioacuten de orientacioacuten o navegacioacuten las cadenas de magnetosomas en el salmoacuten que se
parecen muchiacutesimo a aquellas de bacterias y algas podriacutean utilizarse con este propoacutesito El
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trabajo conductual realizado con abejas por H Schiff y G Canal [56]
que demuestra que la
buacutesqueda del norte puede cambiarse al sur con un breve pulso magneacutetico confirma que un
material ferromagneacutetico como la magnetita forma parte del sistema sensorial magneacutetico de la
abeja
Aparte de las funciones de la magnetita descritas anteriormente existe un problema antildeadido
la magnetita se sabe [2]
que se forma comuacutenmente en una variedad de tejidos para los que la
funcioacuten sensorial es bastante improbable ndash tumores en ratones y humanos por ejemplo
Incluso muchos de los cristales de magnetita extraiacutedos del cerebro humano muestran
caracteriacutesticas que podriacutean ser efectos de disolucioacuten De ahiacute que se sospeche que la magnetita
tiene todaviacutea roles desconocidos en la bioquiacutemica eucarioacutetica (ceacutelulas con nuacutecleo) quizaacutes
como una fuente localizada de hierro para activar enzimas basadas en hierro Los altos niveles
de magnetita en los tumores que crecen raacutepidamente en ratones atisban que pueden tener un
rol en la divisioacuten celular
Aunque el hierro juega un papel importante en praacutecticamente todos los organismos vivos -
principalmente a traveacutes del transporte electroacutenico debido a su capacidad para cambiar la
valencia- tiene una capacidad bioloacutegica bastante limitada y en algunas situaciones puede
resultar toacutexico para las ceacutelulas Por esta razoacuten es necesario para los organismos segregar
hierro en una forma no toacutexica
511 Los Magnetosomas
En 1975 Blakemore [55]
descubrioacute que ciertas
bacterias se orientaban seguacuten el campo magneacutetico
terrestre
Son orgaacutenulos presentes en las bacterias procariotas
magnetotaacutecticas Contienen entre 15 y 20 cristales
de magnetita que juntos actuacutean como una bruacutejula
para orientar las bacterias magnetotaacutecticas en los
campos geomagneacuteticos lo que simplifica la
buacutesqueda de sus ambientes preferidos de
microaerofilia Cada cristal de magnetita dentro de
un magnetosoma estaacute rodeado por una bicapa
lipiacutedica y proteiacutenas solubles La membrana que los
rodea contiene fospoliacutepidos [2]
proteiacutenas y
glicoliacutepidos
Figura 15 Magnetosoma de la
bacteria magnetotaacutectica
En la mayoriacutea de las bacterias magnetotaacutecticas los magnetosomas estaacuten dispuestos en una o
maacutes cadenas como puede observarse en la figura 15
En general los cristales magnetosomas tienen alta pureza quiacutemica [1]
rangos estrechos de
tamantildeo las especies especiacuteficas de morfologiacuteas de cristal y exhiben un reacutegimen especiacutefico
dentro de la ceacutelula Estas caracteriacutesticas indican que la formacioacuten de magnetosomas estaacute
bajo el control bioloacutegico preciso y es mediada por biomineralizacioacuten Las bacterias
magnetotaacutecticas mineralizan de oacutexido de hierro los cuales contienen cristales de magnetita
(Fe3O4) o magnetosomas de sulfuro de hierro que contienen cristales de greigita (Fe3S4) Se
han identificado tambieacuten otros minerales de sulfuro de hierro en magnetosomas de sulfuro
de hierro
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La morfologiacutea de las partiacuteculas de cristales de magnetosomas variacutea pero es coherente dentro
de las ceacutelulas de una sola especie o cepa bacteriana magnetotaacutecticas [1]
Tres morfologiacuteas
cristalinas generales han sido reportadas en las bacterias magnetotaacutecticas
maacutes o menos cuacutebico
alargado prismaacutetico (maacutes o menos rectangular)
forma de diente bala o punta de flecha
Los cristales de menor tamantildeo son superparamagneacuteticos es decir no permanentemente
magneacuteticos a temperatura ambiente y las paredes de dominio se forman en cristales maacutes
grandes
La funcioacuten de los magnetosomas en la ceacutelula bacteriana es la de orientar en el campo
magneacutetico existente El magnetosoma puede permitir a la bacteria ir fijando su posicioacuten con
respecto al norte pudiendo trazar una ruta a traveacutes del campo magneacutetico hacia zonas de
distintas concentraciones de oxiacutegeno y de nutrientes
La mayoriacutea de las bacterias que producen los magnetosomas se engloban en los geacuteneros
Magnetospirillum o Magnetococcus Las bacterias del geacutenero Magnetospirillum son
bacterias con forma de sacacorchos (espirilos) Gram negativas perteneciente al grupo
taxonoacutemico de las alfa-proteobacterias Son anaerobios facultativos o microaeroacutefilos y viven
en zonas de transicioacuten entre zonas anoxigeacutenicas y zonas oxigenadas Su haacutebitat predilecto
son las zonas huacutemedas enfangadas o sedimentos marinos donde existen ambientes ricos en
azufre y escasos en oxiacutegeno
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
Antes de 1992 [1][2]
en los estudios de imaacutegenes de resonancia magneacutetica (MRI) y
almacenamiento ioacutenico se asumiacutea universalmente que no habiacutea materiales magnetizados
permanentemente (ferromagneacuteticos) presentes en los tejidos humanos Una asuncioacuten similar
se habiacutea realizado en praacutecticamente todas las valoraciones biofiacutesicas del riesgo humano
asociado con la exposicioacuten a campos magneacuteticos de frecuencia extremadamente baja (ELF)
y por estudios criacuteticos epidemioloacutegicos que sugeriacutean una conexioacuten entre los campos
magneacuteticos deacutebiles de frecuencia de suministro eleacutectrico y varios desoacuterdenes de salud
humana Estos anaacutelisis se enfocaron en los efectos colaterales de la induccioacuten eleacutectrica o
posibles interacciones diamagneacuteticas y paramagneacuteticas De ahiacute que la asuncioacuten impliacutecita de
los estudios del pasado de que los tejidos humanos estaacuten libres de material ferromagneacutetico
necesita ser valorada de nuevo criacuteticamente y testeada experimentalmente
El descubrimiento en los antildeos 80 de que los tejidos humanos tambieacuten contienen trazas de
magnetita podriacutea tener implicaciones biomeacutedicas importantes La magnetita ha sido el primer
material verdaderamente novedoso descubierto como un precipitado bioquiacutemico en tejidos
humanos desde el comienzo de la ciencia meacutedica ndashtodo en el cuerpo humano desde los
huesos hasta los tejidos maacutes blandos se consideraba diamagneacutetico o paramagneacutetico [52]
Aunque la cantidad total de magnetita en un cuerpo humano adulto es pequentildea (unos pocos
cientos de microgramos) hay varios millones de cristales por gramo interactuando
fuertemente con los campos magneacuteticos externos Como los efectos a nivel celular pueden a
menudo conducir a efectos globales particularmente en los sistemas neuroloacutegico e
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inmunoloacutegico es importante para la salud humana conocer queacute hace este material en los
tejidos humanos y coacutemo se forma
No obstante se considera que las investigaciones previas a 1992 sobre la magnetita biogeacutenica
en tejidos humanos no fueron del todo concluyentes En 1992 Joseph L Kirschvink y
colaboradores [1]
reportaron que los tejidos humanos poseen cristales similares de magnetita
biogeacutenica con un miacutenimo estimado entre 5 y 100 millones de cristales de dominio simple
por gramo en los tejidos del cerebro humano Los extractos de partiacuteculas magneacuteticas del
tejido solubilizado examinados con TEM (microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten) de alta
resolucioacuten y difraccioacuten electroacutenica identificaron minerales la solucioacuten soacutelida magnetita-
maghemita con muchas morfologiacuteas de cristal y estructuras parecidas a aquellas precipitadas
por bacterias magnetotaacutecticas y peces
Muestras de tejidos En sus experimentos utilizaron material del cerebro humano
obtenido entre 12 a 14 horas postmortem del Consorcio Centro de Investigacioacuten de la
Enfermedad de Alzhemier de California del Sur Se tomaron muestras de siete cerebros de
pacientes de edad media 65 antildeos desde 48 a 88 antildeos Se sospechaba que cuatros de ellos
padeciacutean Alzheimer Se incluyeron muestras tanto de aacutereas corticales cerebrales como de
cerebelo de los siete cerebros Se obtuvieron ademaacutes de los anteriores en un caso cerebro
y dura espinal ganglio basal y cerebro medio y en otro caso bulbos olfativos sinus
sagital superior y tentorium de la dura
Magnetometriacutea Las sub-muestras de las medidas magneacuteticas se retiraron de los tejidos
utilizando herramientas similares en un laboratorio libre de polvo protegido
magneacuteticamente Las medidas de los materiales ferromagneacuteticos se realizaron utilizando
un magnetoacutemetro que empleaba dispositivos superconductores de interferencia cuaacutentica
(SQUID) sesgado a radiofrecuencias RF disentildeado para medir el momento ferromagneacutetico
total de las muestras situadas dentro de la bobina de Helmholtz
Resultados de Magnetometriacutea Todos los tejidos examinados teniacutean magnetizaciones
remanentes isoteacutermicas (IRMs) que saturaban al aplicar campos de aproximadamente 300
mT una caracteriacutestica propia de las series de magnetita-maghemita La habilidad de ganar
o perder magnetizacioacuten remanente en estos experimentos es una caracteriacutestica definitiva
de los materiales ferromagneacuteticos La tabla 8 muestra los valores medios de cada cerebro
La magnetizacioacuten media indica el equivalente a unos 4 ng de magnetita por cada gramo
de tejido En contraste los valores medios para las meninges de tres cerebros (tabla 4) son
casi 20 veces mayor o de unos 70 ngg En comparacioacuten las medidas de IRM de los
cubitos de hielo des-ionizados arrojan un ruido de fondo de unos 05 ngg
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex
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cerebral y el cerebelo de cada cerebro
En la tabla 8 los datos de IRM saturado se han expresado en μA m2 kg
-1 (peso huacutemedo)
(media plusmnSD) Las muestras occipitales eran de las aacutereas de Brodman (BA) 17 18 y 19 las
muestras temporales eran de BA 20 21 y 22 las muestras parietales eran de BA 31 2 5
y 7 y las muestras frontales eran de BA 4 y 6 Los tamantildeos de las muestras iban de los
05 g a 22 g Las meninges de las muestras cerebrales 1 2 y 6 fueron analizadas aparte La
teacutecnica del cubito de hielo se utilizoacute para todas las meninges y para los tejidos cerebrales
2 y para 7 de las 11 muestras del 1 No se detectaron diferencias en los resultados al
utilizar esta teacutecnica Las concentraciones de magnetita fueron estimadas teniendo en
cuenta que la remanencia de saturacioacuten deberiacutea ser exactamente la mitad de la
magnetizacioacuten de saturacioacuten para una dispersioacuten de cristales de dominio simple Los
cerebros 1 a 4 eran de pacientes normales los cerebros 5 y 6 eran de pacientes con
Alzheimer confirmado y el cerebro 7 era de un paciente con sospecha de Alzheimer
Hubo una consistencia considerable en las medidas IRM tanto para los tejidos cerebrales
como de las meninges Hubo una pequentildea diferencia en IRM de un aacuterea del cortex
cerebral a otra en el cerebro versus cortex del cerebelo Las diferencias entre tejidos de
cerebros normales y aquellos con sospecha o Alzheimer confirmado fueron despreciables
Las aacutereas de cerebro que se reportaron previamente con un contenido alto de hierro
incluiacutean el nuacutecleo dentado ganglio basal y aacutereas de cerebro medio Las muestras de estas
aacutereas no teniacutean mayor contenido de partiacuteculas magneacuteticas que las del cerebelo o del
cortex cerebral
Los valores de coercitividad magneacutetica (resistencia a la desimanacioacuten) media eran de
aproximadamente 30 mT pero con rangos desde 12 mT (piacutea del cerebelo) a 50 mT
(ganglio basal) dentro del rango de coercitividad para la magnetita de dominio simple En
cuanto a las distribuciones de coercitividad medida por adquisicioacuten de IRM y su
desmagnetizacioacuten y la relativamente lenta tendencia a adquirir un ARM (magnetizacioacuten
remanente anhisteacuterica) sugiere que las partiacuteculas in situ estaacuten en pequentildeos grupos que
interactuacutean La comparacioacuten con las muestras de control de las bacterias sugiere entre 50
a 100 partiacuteculas por agrupacioacuten [1]
Resultados de Extraccioacuten y Microscopiacutea Electroacutenica La figura 16 muestra dos
morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas extraiacutedas Los tamantildeos
de grano eran bimodales con 62 de los 70 cristales medidos en el rango de 10 a 70 nm y
los restantes 8 con tamantildeos 90 a 200 nm Las medidas de las sombras TEM de 62 de las
partiacuteculas maacutes pequentildeas en un agregado muestra un tamantildeo medio de 334plusmn152 nm El
valor medio estaba sesgado hacia los tamantildeos mayores debido a que el procedimiento de
extraccioacuten discriminaba contra partiacuteculas muy pequentildeas que se mueven maacutes lentamente a
traveacutes del liacutequido La relacioacuten entre forma y tamantildeo para todas las partiacuteculas medidas cae
dentro de los campos superparamagneacuteticos y de dominio simple para la magnetita El
volumen estimado de los cristales realizado asumiendo formas de partiacuteculas equivalentes
implica que las partiacuteculas maacutes grandes se componen de un maacuteximo de aproximadamente
85 de la magnetita Se estimoacute que los tejidos cerebrales contienen un miacutenimo de 5
millones de cristales por gramo distribuidos en clases discretas de 50000 a 100000 De
forma similar las meninges contienes un miacutenimo de 100 millones de cristales por gramo
en clases de 1 a 2 millones
Los anaacutelisis de rayos x de dispersioacuten de energiacutea de los cristales dieron picos consistentes
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de Fe con picos de Cu variable (de las rejillas TEM de cobre) y menor de Si Ca y Cl
(probablemente contaminantes de los envases) La mezcla de oacutexidos Fe-Ti que estaacuten
normalmente presentes al menos en cantidades de traza en los minerales magneacuteticos
formados geoloacutegicamente no se detectaron en ninguno de los cristales cerebrales
examinados Los patrones de micro-difraccioacuten electroacutenica indexada de los cristales
individuales y agregados de partiacuteculas arrojaron la caracteriacutestica d-espacial de la
magnetita (Fe3O4) con partiacuteculas maacutes pequentildeas que mostraban una oxidacioacuten variable
hacia el radical de solucioacuten soacutelida ferrimagneacutetica maghemita (γ-Fe2O3) Esta oxidacioacuten
probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten como se observa comuacutenmente en
las magnetitas de grano muy fino
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de
magnetita y maghemita del cerebelo humano
(A) Agrupacioacuten de pequentildeas partiacuteculas del cerebelo
(B) Imagen TEM de alta resolucioacuten de maghemita muestra el patroacuten de interseccioacuten
111 y bordes 02 con elongacioacuten en la direccioacuten de mallado [111]
(C) Patroacuten de difraccioacuten electroacutenica indexado del aacuterea seleccionada de este cristal
tomado en la zona lt211gt Los anillos de difraccioacuten para un agregado de pequentildeos
cristales confirma la identificacioacuten de magnetita-maghemita
(D) Una de las partiacuteculas de magnetita de mayor tamantildeo
La Figura 16A es una imagen de una agrupacioacuten de partiacuteculas pequentildeas del cerebelo y la
Figura 16B muestra una imagen TEM de alta resolucioacuten de un cristal de maghemita de
dominio simple bien ordenado en la zona [211] Muestra caracteriacutesticas tiacutepicas de los
cristales de magnetita formados dentro de las membranas de los magnetosomas y son muy
similares a las partiacuteculas de dominio simple de las estructuras de cadenas de magnetosomas
presentes en los tejidos dermo-etmoidales del salmoacuten La Figura 16C muestra el patroacuten de
ubicacioacuten de difraccioacuten electroacutenica indexada del cristal
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La Figura 16D muestra una de las partiacuteculas mayores de aproximadamente 200 nm Otras
partiacuteculas pueden tener hasta 600 nm de diaacutemetro La microdifraccioacuten electroacutenica indica que
estas partiacuteculas estaacuten dominadas por un cristal simple con partiacuteculas maacutes pequentildeas
ocasionalmente adheridas a su superficie Su tamantildeo y forma medidos las situacutea dentro del
campo estable de dominio simple Estas partiacuteculas tienen energiacuteas de orientacioacuten magneacutetica
en el campo geomagneacutetico de 20 a 150 veces mayor que la energiacutea teacutermica kT
Desde el descubrimiento de la magnetita en el cerebro humano se han extraiacutedo partiacuteculas de
este material y se han visualizado y caracterizado magneacutetica y morfoloacutegicamente a traveacutes del
microscopio electroacutenico de transmisioacuten (TEM) (Figura 17) y magnetometriacutea de dispositivos
superconductores de interferencia cuaacutentica (SQUID) Las partiacuteculas son generalmente
menores de 200 nm y en la mayoriacutea de los casos son del orden de unas pocas decenas de
nanoacutemetros
Seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de
2001 [57]
mientras que algunas partiacuteculas
muestran bordes disueltos otras mantienen
las caras cristalinas originales y todas las
partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente
puras (esto es comuacuten en la magnetita
biogeacutenica) Morfoloacutegicamente las partiacuteculas
son similares a aquellas observadas en la
bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis
magneacutetico de las muestras de masa de tejido
indica que las partiacuteculas se presentan
generalmente en grupos que interactuacutean
magneacuteticamente
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita
biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano
Aunque la ferritina es el principal mecanismo para el almacenamiento de hierro en el
cerebro el trabajo experimental de los antildeos 90 demostraron la presencia de otra forma de
hierro en el tejido cerebral humano la magnetita biogeacutenica (Fe3O4) Se veraacuten maacutes adelante
algunas de las consecuencias potenciales de la presencia de magnetita en el tejido con
enfermedad neurodegenerativa
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo
El hierro divalente juega una funcioacuten crucial en la reaccioacuten de Fenton conduciendo al estreacutes
oxidativo En 1988 Sofic y colaboradores [58]
encontraron altas concentraciones de hierro
divalente en la sustancia negra (SN) Debido a que tales concentraciones altas de hierro
divalente seriacutean muy peligrosas para las ceacutelulas la confirmacioacuten de este hallazgo era
esencial y el espectroscopio de Moumlssbauer es probablemente el mejor meacutetodo para
determinar el ratio de Fe2+
Fe3+
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011 [59]
los estudios de Moumlssbauer mostraron
que no habiacutea sentildeal del hierro divalente y la simulacioacuten computarizada indica que la sentildeal no
es detectable por debajo del 5 del hierro total Las concentraciones elevadas de hierro
divalente encontradas por Sofic y alumnos podriacutean explicarse por el meacutetodo que utilizaron en
sus investigaciones Los tejidos eran homogeacuteneos en presencia de pepsina y aacutecido
hidrocloacuterico Cuando se prepararon las muestras de esta forma el hierro trivalente pudo
reducirse a ferroso Es maacutes el espectroscopio de Moumlssbauer para muestras tratadas de esta
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forma dio el espectro del hierro divalente
Durante deacutecadas se ha considerado el estreacutes oxidativo [59]
como un factor importante en el
proceso de la neurodegeneracioacuten Esta teoriacutea propone que un exceso de radicales libres
conduce a la muerte de las ceacutelulas nerviosas El desequilibrio puede ser causado tanto por
una produccioacuten creciente de radicales libres como por una neutralizacioacuten insuficiente de los
organismos carrontildeeros El cerebro humano parece ser particularmente vulnerable a los dantildeos
por estreacutes oxidativo debido a su alta concentracioacuten de liacutepidos y aacutecidos grasos no saturados a
su relativamente alta concentracioacuten de hierro y a la baja concentracioacuten de enzimas capaces de
desactivar las especies de oxiacutegeno reactivo (ROS) La presencia de dantildeos debido al estreacutes
oxidativo puede demostrarse por la presencia de altas concentraciones de productos de
oxidacioacuten como el malonildialdehido y el glicol timina Los radicales libres son generados
entre otros a traveacutes de la reaccioacuten de Fenton en la que el hierro divalente juega un papel
importante
Fe2+
+ H2O2 rarr Fe3+
+ OH + OH-
Como la mayoriacutea del hierro en el cerebro humano estaacute presente como hierro destinado a la
ferritina es obvio que cualquier cambio en la estructura o funcioacuten de la ferritina puede
relacionarse con el dantildeo oxidativo [59]
522 La Ferritina
Las ferritinas fueron identificadas sobre los antildeos 40 y desde entonces se han podido
caracterizar bastante bien Se encuentran en casi todos los sistemas bioloacutegicos con una
remarcable conservacioacuten de la estructura y capacidad para oxidar e incorporar hierro Las
propiedades de las ferritinas en animales plantes y bacterias han sido sujeto de numerosos
estudios y de un reciente estudio completo en Biochimica Biophysica Acta (1800 8 2010) [60]
En el cuerpo humano tanto en el cerebro como en la mayoriacutea de los organismos el hierro se
almacena principalmente en el nuacutecleo de la proteiacutena de almacenamiento de hierro ferritina
La ferritina [59]
es una celda esferoidal hueca de 12 nm de diaacutemetro compuesta de 24
subunidades El hueco central de la celda es de 8 nm de diaacutemetro y estaacute ocupado
habitualmente por el biomineral de hierro ferrihidrita un oacutexido de hierro hidratado
(5Fe2O39H2O) que generalmente contiene soacutelo Fe(III) Esta es la forma en que se almacena
la mayor parte del hierro en el cuerpo
Su funcioacuten principal es almacenar hierro celular de forma dinaacutemica [59]
protegiendo la ceacutelula
del dantildeo potencial de los radicales de hierro y permitir la liberacioacuten del metal seguacuten la
demanda celular
El cuerpo humano tiene tres genes de ferritina funcional FTH en el cromosoma 11 codifica
la cadena pesada citosoacutelica (cadena-H) de 183 aminoaacutecidos FTL en el cromosoma 19
codifica la cadena ligera citosoacutelica (cadena-L) de 175 aminoaacutecidos y la menos introacuten (regioacuten
dentro de un gen) FTMT del cromosoma 5 que codifica el precursor de la ferritina
mitocondrial (FtMt) de 242 residuos
El nuacutecleo de ferrihidrita de la ferritina [59]
es capaz de almacenar correctamente maacutes de 4500
aacutetomos de hierro que en condiciones normales se mantienen no-reactivas frente a otras
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moleacuteculas dentro de la ceacutelula debido al aprisionamiento de la misma proteiacutena La captacioacuten
se cree que se hace principalmente a traveacutes de un proceso de oxidacioacuten en que el Fe(II)
altamente toacutexico es capturado dentro de la proteiacutena y oxidado para ser almacenado como
Fe(III) menos toacutexico en forma de ferrihidrita Como la cantidad de hierro almacenado en el
nuacutecleo de la ferritina es de alguna forma variable los incrementos de hierro observados
durante los exaacutemenes histoloacutegicos de tejido neurodegenerativo pueden ser debidos al
aumento de aacutetomos de hierro almacenados en el nuacutecleo de la proteiacutena Mientras que el
incremento del nuacutemero de aacutetomos de hierro en el nuacutecleo de la ferritina habriacutea de tenerse en
cuenta para algunos excesos de hierro observados en exaacutemenes histoloacutegicos otra forma de
hierro aparece presente la cual podriacutea tener consecuencias significativas para la progresioacuten
de las enfermedades neurodegenerativas y su deteccioacuten temprana
Si el nuacutecleo de la ferritina llega a saturarse o la ferritina funcionara de forma anoacutemala el
mecanismo oxidacioacuten del Fe(II) se perderiacutea Este proceso podriacutea conducir a la formacioacuten de
magnetita biogeacutenica que es mucho maacutes magneacutetica (ferrimagneacutetica) que la ferrihidrita
(antiferromagneacutetica superparamagneacutetica a temperatura corporal) y contiene mallas
alternativas de Fe(II) toacutexico y Fe(III) menos toacutexico
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales
Patoloacutegicamente las enfermedades neurodegenerativas que pueden ser causadas por estreacutes
oxidativo [59]
-Alzheimer (AD) Parkinson (PD) y parkinsonismos atiacutepicos- tienen lugar en
aacutereas definidas del cerebro humano El coacutertex hipocampo (Hip) es la regioacuten cerebral maacutes
afectada en las primeras fases de AD el PD involucra la sustancia negra (SN) y en
parkinsonismos atiacutepicos otros ganglios basales (pe globus pallidus GP) tambieacuten son
afectados Por consiguiente la mayoriacutea de los estudios que investigan la etiologiacutea de la
neurodegeneracioacuten analizan estas estructuras Se han utilizado bastantes meacutetodos fiacutesicos
quiacutemicos y bioquiacutemicos para averiguar las propiedades de la ferritina y de otras moleacuteculas
vinculadas al hierro en Hip SN y GP humanos algunos de ellos son el espectroscopio de
Moumlssbauer (MS) microscopio electroacutenico (EM) y el ensayo inmuno-absorbente ligado a
enzimas (ELISA)
El espectroscopio de Moumlssbauer MS es un meacutetodo fiacutesico basado en la emisioacuten de
resonancia sin contraste y absorcioacuten de rayos gamma descubierto en 1958 por Rudolf
Moumlssbauer (galardonado con el Premio Nobel en fiacutesica por este descubrimiento en
1961) Se utiliza principalmente para cuantificar los compuestos que contienen hierro
pero tambieacuten en muestras bioloacutegicas y tejidos humanos Este meacutetodo permite una
identificacioacuten inequiacutevoca de los compuestos que contienen hierro con una evaluacioacuten
del ratio de hierro divalente versus trivalente y concentracioacuten de hierro total de la
muestra
El microscopio electroacutenico se ha utilizado para determinar el diaacutemetro de los nuacutecleos de
hierro dentro de la ferritina y de la hemosiderina y para la identificacioacuten de las formas de
hierro dentro del nuacutecleo de hierro
El ensayo inmuno-absorbente ligado a enzimas ELISA se ha utilizado para determinar las
concentraciones de las cadenas H y L de la ferritina en la SN GP e Hip
El espectro de Moumlssbauer de los tejidos cerebrales humanos normales sugiere que casi todos
los aacutetomos de hierro forman grupos e interactuacutean magneacuteticamente a bajas temperaturas [59]
Los paraacutemetros obtenidos de Moumlssbauer de todos los espectros medidos sugieren que en
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todas las muestras que se han investigado el hierro estaacute presente como hierro de ferritina
Si se asume que la mayoriacutea del hierro en los tejidos cerebrales humanos normales estaacute
asociado a la ferritina averiguar la composicioacuten de las sub-unidades de la ferritina parece
convertirse en una investigacioacuten necesaria para los proacuteximos pasos Las concentraciones de
ferritinas H y L en SN GP y Hip se determinaron mediante ELISA basado en anticuerpos
monoclonales especiacuteficos y calibrado con homopoliacutemeros de ferritina H y L Estos
resultados junto con las concentraciones de hierro total en la ferritina del espectro de
Moumlssbauer son los que se muestran en la Tabla 9 La uacuteltima columna de la tabla muestra el
ratio entre la concentracioacuten de Fe y el total de las concentraciones de ferritina H y L de la
muestra Este ratio refleja el llenado de las cavidades de la ferritina por los aacutetomos de hierro
El valor de este ratio se correlaciona con el diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina
determinado por el microscopio electroacutenico
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las
concentraciones de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal
Otra cuestioacuten es el posible rol de la hemosiderina en el proceso de la neurodegeneracioacuten La
hemosiderina es un producto de la degradacioacuten de la ferritina y se detecta en el cerebro
humano Se ha aislado hemosiderina de la SN humana y esto ha permitido su investigacioacuten
mediante el microscopio electroacutenico que demuestra que los nuacutecleos de hierro son
significativamente maacutes pequentildeos que los de la ferritina (20 plusmn 05 nm vs 37 plusmn 05 nm)
Queda por investigar coacutemo la hemosiderina podriacutea interferir en el proceso de la
neurodegeneracioacuten
Las diferencias estructurales de las ferritinas de diferentes oacuterganos e incluso de varias partes
del cerebro pueden afectar a la cristalizacioacuten del nuacutecleo de hierro de la ferritina Estudios
maacutes detallados de los nuacutecleos de hierro de la ferritina de SN GP Hip e hiacutegado con el
microscopio electroacutenico muestran diferencias significativas Los resultados se han
presentado junto con el ratio HL en la tabla 10
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano
Como se puede ver el decremento del diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina estaacute
acompantildeado por un incremento del ratio HL Se postula que esto puede ser un reflejo de las
diferencias locales del ratio del metabolismo del hierro [59]
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53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro
En el cuerpo humano la disrupcioacuten del metabolismo normal del hierro en el cerebro es una
caracteriacutestica de varios desoacuterdenes neurodegenerativos [57]
como la enfermedad de Alzheimer
(AD) Parkinson (PD) y la paraacutelisis supranuclear progresiva (PSP)
Por ejemplo se sabe que en los pacientes de Alzheimer ocurre una acumulacioacuten de hierro
excesiva particularmente en las placas AD y los niveles totales de hierro son elevados en el
hipocampo amiacutegdala nuacutecleo basal de Meynert y el cortex cerebral Estos elevados niveles
de hierro en el tejido neurodegenerativo no se correlacionan con niveles elevados de ferritina
o de la proteiacutena de transporte de hierro extracelular transferrina De hecho se ha reportado
una reduccioacuten de transferrina en algunas regiones de los cerebros de pacientes AD y PD
indicando movilidad y segregacioacuten de hierro reducidas
Algunos estudios [57]
han mostrado que hay varias formas de hierro que pueden jugar un rol
significativo en los procesos bioquiacutemicos que conducen a la progresioacuten de estas
enfermedades Se cree principalmente que es resultado del estreacutes oxidativo ndash la generacioacuten
de radicales libres a traveacutes de la reaccioacuten Fenton No obstante otros resultados sugieren que
la ferritina podriacutea actuar modulando la formacioacuten de los filamentos tau en PSP (aunque no
existen indicaciones fiables de niveles anormales de ferritina en el tejido neurodegenerativo)
y que el hierro podriacutea promover agregados de betaA4
Aunque la asociacioacuten de concentraciones anoacutemalas de hierro con el tejido neurodegenerativo
estaacute bien documentada particularmente en AD los meacutetodos anteriores a 2001 para ensayar
con el hierro en tejidos enfermos generalmente son especiacuteficamente ioacutenicos han tenido una
resolucioacuten espacial pobre y proporcionaron una informacioacuten cuantitativa poco fiable [57]
Posteriormente se han realizado algunos progresos en el anaacutelisis de hierro en alta resolucioacuten
de tejidos de AD (Smith y otros) Estos mostraron utilizando teacutecnicas de tentildeido de hierro
modificado que el hierro activo redox estaacute fuertemente asociado con las placas AD y los
ovillos neurofibrilares Este trabajo tambieacuten demostroacute que el hierro asociado a lesiones es
distinto del hierro segregado en la ferritina y proporcionoacute la evidencia indirecta de la
presencia de Fe(II) en el tejido de AD
Si bien esta teacutecnica ofrece una resolucioacuten mejorada todaviacutea no es posible identificar la forma
estructural del hierro o la distribucioacuten mapeada del Fe(II) De manera que las anomaliacuteas del
hierro asociadas con la enfermedad neurodegenerativa no estaacuten bien caracterizadas y la
forma estructuralmolecular del exceso de hierro en las placas AD y tejido neurodegenerativo
en general no se conocen
No obstante la investigacioacuten en este campo [57]
comienza a ver algo de luz sobre el rol del
hierro Por ejemplo un trabajo realizado por Floor E [61]
publicado en el antildeo 2000 demostroacute
una mayor conexioacuten entre los niveles altos de hierro en el ganglio basal y el estreacutes oxidativo
en los pacientes de Parkinson
Una disrupcioacuten del metabolismo del hierro y un incremento de hierro en la misma regioacuten del
cerebro tambieacuten implica las enfermedades de Huntington y Alzheimer y la acumulacioacuten de
hierro se ha asociado a la microgliosis y se ha correlacionado con el dantildeo incrementado a la
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regioacuten CA1 del hipocampo a traveacutes de las interacciones hierro-zinc en los modelos de
enfermedades neurodegenerativas
Deberiacutea apreciarse no obstante que algunos resultados han mostrado que la presencia de
nucleoacutesidos oxidados en las neuronas no parece estar relacionada con material de placa senil
ni ovillos neurofibrilares en el Alzheimer aunque hay indicaciones de que el hierro es una
fuente significativa de dantildeo oxidativo
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos
Neurodegenerativos
Los estudios experimentales preliminares realizados por el equipo de Jon Dobson y Carmen
Quintana (Instituto de Microelectroacutenica de Madrid) [57]
sugieren que esta magnetita biogeacutenica
puede encontrarse en las placas AD placas seniles y filamentos tau anoacutemalos extraiacutedos de
tejidos PSP Ademaacutes los anaacutelisis de muestras relativamente grandes (varios gramos) de tejido
AD realizados por el equipo de Kirschvink indican la presencia de magnetita yo maghemita
aunque las placas se fueron analizadas de forma separada
En 1995 se utilizoacute un microscopio de fuerza magneacutetica (MFM) para examinar una muestra de
tejido del hipocampo que conteniacutea material de plaqueta Este material opaco exhibiacutea una
respuesta como la de un dipolo consistente con la presencia de material magneacutetico como la
magnetita yo la maghemita (ambas tienen propiedades magneacuteticas similares) (Figura 18) La
ferritina que es superparamagneacutetica (no tiene un comportamiento como el de un magneto a
temperatura corporal) no produciriacutea una respuesta tal
Figura 18 Escaacutener de
microscopio de fuerza
magneacutetica (MEM) de
material de placa de
hipocampo humano
mostrando una respuesta
magneacutetica dipolar
A finales de 1999 se utilizoacute un microscopio HR-TEM y un espectroscopio de peacuterdida de
energiacutea electroacutenica para examinar la ferritina en filamentos helicoidales pareados de tejido
AD y ferritina ligada a filamentos tau anoacutemalos en paraacutelisis supranuclear progresiva neuro-
degenerativa Los resultados dieron indicaciones preliminares de la presencia de oacutexido de
hierro cuacutebico dentro de la cavidad de la proteiacutena ferritina con espectro similar al de los
estaacutendares de magnetita maghemita sinteacuteticas
Como se discutioacute previamente es posible que la ferritina pueda actuar como un precursor en
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la formacioacuten de magnetita biogeacutenica en el cuerpo humano quizaacute a traveacutes de una sobrecarga
de hierro en el nuacutecleo y la ruptura de la funcioacuten normal de la proteiacutena Esto estaacute avalado por la
evidencia de que haya magnetita dentro de la cavidad de la ferritina
Si la presencia de magnetita biogeacutenica en las placas de AD y tejido neurodegenerativo se
confirma tendriacutea consecuencias importantes para la comprensioacuten de la progresioacuten de las
enfermedades neurodegenerativas ndashincluso posiblemente tambieacuten su inicio- y permitiriacutea una
deteccioacuten y diagnoacutestico temprano
La magnetita biogeacutenica puede jugar un papel en el inicio y progresioacuten de la enfermedad
neurodegenerativa mediante la produccioacuten de radicales libres que dantildearan el tejido en el lugar
de la acumulacioacuten de magnetita Niveles elevados de hiero libre en el tejido cerebral afectado
de Alzheimer se han supuesto como posible causa de la degeneracioacuten neuronal a traveacutes de los
procesos de radicales libres viacutea reaccioacuten Fenton No obstante las nanopartiacuteculas de magnetita
y maghemita muestran tener un efecto sustancial en la generacioacuten de radicales libres
Experimentos anteriores demostraron que los complejos hierro-oxiacutegeno pueden ser un
catalizador maacutes efectivo para los radicales libres dantildeinos en los tejidos cerebrales que la
reaccioacuten Fenton
Estos efectos se han conseguido a traveacutes de campos magneacuteticos fuertes locales generados
mediante partiacuteculas de magnetita biogeacutenica que estabilizan estados triplet durante las
reacciones bioquiacutemicas que tienen lugar a su alrededor Esto conduce a la produccioacuten de
radicales libres que dantildeariacutean la membrana y cambios en los resultados de la reaccioacuten Incluso
campos magneacuteticos relativamente deacutebiles podriacutean influir fuertemente sobre los resultados de
la reaccioacuten Ademaacutes Fe(II) en la magnetita puede ser oxidado con facilidad (formando
maghemita) y este proceso junto con los efectos de campo magneacutetico local pueden influir en
la produccioacuten y agregacioacuten de β-amiloides Esto es particularmente relevante si se considera
que existen estudios que muestran que el hierro promueve la agregacioacuten de β-amiloides
peacuteptidos in vitro y que los β-amiloides potencian la formacioacuten de radicales libres al
estabilizarse el hierro ferroso [57]
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas
Ademaacutes de las implicaciones potenciales para la progresioacuten de la enfermedad existen tambieacuten
posibles beneficios en la presencia de magnetita en tejidos neurodegenerativos [57]
La
deteccioacuten temprana es uno de los objetivos principales en los esfuerzos de la investigacioacuten en
neurodegeneracioacuten y uno de los meacutetodos que se consideran actualmente es el uso de imaacutegenes
de resonancia magneacutetica MRI Habitualmente en pacientes maacutes avanzados las imaacutegenes MR
muestran regiones de hiperintensidad debida a la atrofia del aacuterea afectada del cerebro
Mientras que este meacutetodo puede ser bueno en la identificacioacuten de enfermedades
neurodegenerativas tales como el Alzheimer cuando se observa la enfermedad ya se ha
desarrollado significativamente desde sus estados iniciales
Si la magnetita estaacute presente en las placas y tejido neurodegenerativo estos meacutetodos podriacutean
adaptarse para buscar regiones en que hubiera acumulacioacuten de magnetita en sujetos que
puedan tener predisposicioacuten a estas enfermedades Ello podriacutea conducir a teacutecnicas para la
deteccioacuten de las enfermedades neurodegenerativas en una fase maacutes temprana que la posible
actualmente en que el tejido atrofiado ya se encuentra en estados avanzados de la enfermedad
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534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones
5341 Neurodegeneracioacuten con Acumulacioacuten de Hierro en el Cerebro
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011
[59] la neurodegeneracioacuten con acumulacioacuten
de hierro en el cerebro (NBIA) es un grupo de desoacuterdenes cognitivos y extrapiramidales
progresivos que incluyen el anteriormente denominado siacutendrome de Hallervorden-Spatz la
neuroferritinopatiacutea y la aceruloplasminemia El epoacutenimo original para esta enfermedad
reconocioacute el trabajo de los neuropatoacutelogos alemanes Julius Hallervorden y Hugo Spatz El
nuevo teacutermino NBIA es maacutes favorable a la luz de las poco eacuteticas actividades de Hallervorden
y Spatz antes y durante la Segunda Guerra Mundial
Las NBIAs estaacuten caracterizadas por la acumulacioacuten de hierro predominantemente en el globus
pallidus asiacute como esferoides axonales extensivas en varias regiones del cerebro Estudios
recientes indican muacuteltiples causas geneacuteticas y la enfermedad puede ocurrir tambieacuten sin un
respaldo geneacutetico evidente La forma geneacutetica maacutes frecuente es la pantotenato kinasa-2
asociado a neurodegeneracioacuten (PKAN) con una mutacioacuten en el gen de la pantotenato kinasa-2
(PKAN2) Otras formas estaacuten asociadas con una mutacioacuten en los genes de fosfolipasa A2
(PLA2G6) FTL (neuroferritinopatiacutea) CP (aceruloplasminemia) FA2H (hidroxilasa 2 de
aacutecido graso) y ATP13A2 (ATPasa tipo 13A2)
La PKAN claacutesica se caracteriza por su aparicioacuten a edad temprana y raacutepida progresioacuten a
menudo asociada con mutaciones sin sentido o de desplazamiento del marco Rasgos
caracteriacutesticos son distonia disartria parkinsonismo espasticidad hiperreflexia
retinopatiacutea pigmentaria y posibles impedimentos cognitivos La PKAN atiacutepica se
caracteriza por una aparicioacuten maacutes tardiacutea y lenta progresioacuten y a menudo estaacute asociada a
mutaciones sustitutivas de PANK2 La mayoriacutea de los individuos con PKAN muestran
acumulaciones de hierro cerebral en el GP y SN en escaneos MRI de T2-ponderados que
forman un grafo muy caracteriacutestico conocido como ldquoojo de tigrerdquo Maacutes recientemente se
ha demostrado que una regulacioacuten baja de PANK2 en ceacutelulas de cultivo alteroacute el status de
hierro con un gran incremento en la ferroportina ndash proteiacutean exportadora del hierro celular-
y decremento en la ferritina
Un segundo tipo de NBIA es causado por la mutacioacuten del gen PLA2G6 que codifica la
enzima fosfolipasa A2 independiente de calcio que cataliza la hidroacutelisis de los
glicerofosfoliacutepidos Defectos en la fosfolipasa A2 conducen a una serie de fenotipos Las
mutaciones PLA2G6 estaacuten asociados a praacutecticamente todos los casos de distrofia
neuroaxonal infantil pero soacutelo a unos pocos casos de neurodegeneracioacuten idiopaacutetica con
acumulacioacuten de hierro cerebral Las caracteriacutesticas cliacutenicas y neuropatoloacutegicos presentan
una conexioacuten entre PLA2G6 y PD
La aceruloplasminemia un desorden del metabolismo del hierro con ausencia completa de
la actividad de la ferroxidasa ceruloplasmina estaacute causado por mutaciones en el gen CP
que codifica la ceruloplasmina Curiosamente esta proteiacutena es conocida por asistir a la
ferroportina en el mecanismo de la exportacioacuten de hierro celular en el cerebro pero no
hay datos de coacutemo pueda afectar a la ferritina en el cerebro Las sentildeales neuroloacutegicas
tiacutepicas incluyen impedimento cognitivo dyskinesia craneofacial ataxia cerebelar y
degeneracioacuten retinal Ademaacutes los pacientes muestran ausencia de ceruloplasmina serica y
alguna combinacioacuten de las siguientes baja concentracioacuten de cobre serico baja
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concentracioacuten de hierro serico alta concentracioacuten de ferrtina serica e incremento de la
concentracioacuten de hierro hepaacutetico El diagnostico estaacute soportado por un MRI caracteriacutestico
que encuentra intensidades bajas anormales que reflejan la acumulacioacuten de hierro en el
cerebro (estriato taacutelamo nuacutecleo dentado) e hiacutegado en imaacutegenes ponderadas de T1 y T2
La neuroferritinopatiacutea es predominantemente un desorden en el movimiento heredado
caracterizado por la deposicioacuten de hierro y ferritina en el cerebro niveles de ferrtina de
serita baja o normal y valores cliacutenicos variables elevados Cliacutenicamente los siacutentomas
tienen un espectro muy amplio desde chorea a distonia o caracteriacutesticas parkinsonianas
tiacutepicas y perturbaciones de funciones cognitivas La neuroferritinopatiacutea es una enfermedad
de progresioacuten lenta que aparece en adultos caracterizada por la formacioacuten de agregados de
ferritina y agrupaciones de hierro en el cerebro y otros oacuterganos FTL es el uacutenico gen
actualmente conocido asociado a la neuroferritinopatiacutea La mayoriacutea de las mutaciones son
inserciones de uno o dos nucleoacutetidos en el gen FTL que causa un desplazamiento y
modifica el teacutermino-C de FTL Estas modificaciones alteran las propiedades fiacutesicas y
funcionales de las ferritinas causando un desequilibrio en la homeostasis de hierro del
cerebro
Las mutaciones patogeacutenicas en el gen FTL se cree que reducen la capacidad de la ferritina
para almacenar hierro resultando como consecuencia un exceso de hierro en las neuronas
cerebrales Estas ceacutelulas pueden responder produciendo maacutes ferritina en un intento de
gestionar el hierro libre El exceso de hierro y ferritina acumulado en el cerebro
particularmente en el ganglio basal provoca desoacuterdenes de movimiento y otros cambios
neuroloacutegicos vistos en la neuroferritinopatiacutea Las neuroferritinopatiacuteas representan una
evidencia directa de que los cambios en la estructura de la ferritina causan un
almacenamiento de hierro deficiente y pueden conducir a una neurodegeneracioacuten con
dantildeo neuronal probablemente causado por un exceso de hierro laacutebil maacutes que por los
agregados de hierro y ferritina
5342 La Enfermedad de Parkinson (PD)
La enfermedad de Parkinson PD es un desorden progresivo con un cuadro cliacutenico tiacutepico y
patologiacutea que involucra principalmente la SN con agregados de a-sinucleina y formacioacuten de
cuerpos de Lewy La hipoacutetesis de que el incremento de la concentracioacuten de hierro en la SN es
una de las causas de PD se formuloacute en 1989 [59]
Esta hipoacutetesis estaba soportada por los datos
experimentales que mostraban un incremento de hierro en la sustancia negra SN
parkinsoniana Pero tambieacuten se publicaron datos mostrando que no se incrementaba la
concentracioacuten de hierro en la SN parkinsoniana comparada con otras de control La tabla 11
presenta los resultados de varios estudios en que se evaluacutea la concentracioacuten del hierro total en
SN Parece que no hay una evidencia concluyente para un incremento sustancial de la
concentracioacuten de hierro total en SN parkinsoniano [59]
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control
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Esto no excluye un posible rol del hierro en el proceso ya que puede afectar no en su cantidad
total pero siacute en su forma como hierro laacutebil que dispara la neurodegeneracioacuten viacutea quiacutemica de
Fenton Al evaluar la concentracioacuten de hierro laacutebil en Parkinson y control de la SN se detectoacute
un incremento de hierro laacutebil Es importante destacar que la cantidad de este hierro laacutebil es
pequentildea sobre 12000 del total del hierro tanto en PD como en control
Una cuestioacuten importante es la fuente de hierro en PD para la reaccioacuten de Fenton En la
literatura se han considerado dos fuentes posibles neuromelanina y ferritina [59]
Neuromelanina La neuromelanina de la SN podriacutea jugar un papel doble Al inicio del
proceso la neuromelanina quelata el hierro en exceso pero con la progresioacuten de la
enfermedad cuando la concentracioacuten de hierro en la neuromelanina alcanza un nivel
criacutetico eacutesta libera el hierro causando estreacutes oxidativo Es difiacutecil confirmar esta hipoacutetesis
desde que el hierro se une a la neuromelanina durante la preparacioacuten de la muestra para la
determinacioacuten del hierro Tampoco el espectro de Moumlssbauer obtuvo ninguna sentildeal de
muestras no pretratadas de SN parkinsonianos ni de control que pudiera atribuirse a la
neuromelanina
Ferritina Una evidencia importante para la posible involucracioacuten de la ferritina en la
patogeacutenesis de la neurodegeneracioacuten en PD viene del MS El espectro de la ferritina en
PD muestra una asimetriacutea mayor que en los controles Esta diferencia no puede ser
relacionada a hierro que no sea de la ferritina ya que las concentraciones de este son
demasiado pequentildeas para ser detectadas mediante MS Por consiguiente puede postularse
que en PD el hierro de la SN es empacado dentro de la ceacutelula de ferritina de una manera
ligeramente diferente al de control que podriacutea ser debido a una diferencia en la estructura
de ferritina de PD frente a la de control Existe alguna controversia en la literatura en
cuanto al cambio de concentracioacuten de ferritina en SN parkinsoniano comparado con el de
control Aproximadamente 5 -10 de los individuos de maacutes de 60 antildeos tienen Cuerpos
de Lewy (LB) en su SN A estos sujetos se les refiere como casos incidentales de cuerpos
de Lewy (ILB) El ILB se cree que es un pre-siacutentoma del Parkinson Koziorowski y
alumnos encontraron bajas concentraciones de ferritina L en ILB y en PD comparado con
los controles La ferritina H en PD es mayor que en ILB y los controles
Bajos niveles de ferritina L en PD y ILB como en las mutaciones del gen FTL en
neuroferritinopatiacutea pueden reducir la capacidad de la ferritina para almacenar hierro
resultando una liberacioacuten del mismo En la neuroferritinopatiacutea las mutaciones en el gen
FTL afectan al plegamiento y estabilidad de la proteiacutena incrementando la sensibilidad y
capacidad del hierro intracelular para el estreacutes oxidativo y el dantildeo del DNA En general
se acepta que el estreacutes oxidativo juega un rol importante en la patogeacutenesis de PD
5343 La Paraacutelisis Supranuclear Progresiva (PSP)
La PSP es un desorden parkinsoniano atiacutepico asociado con la rigidez axial progresiva
paraacutelisis de la mirada vertical disartria y disfagia Sus sentildeales patoloacutegicas son atrofia peacuterdida
de neuronas y gliosis en el cortex ganglio basal y nuacutecleo del tronco encefaacutelico Las neuronas
afectadas muestran acumulacioacuten de ovillos neurofibrilares derivados de microtuacutebulos
asociados a la proteiacutena tau a la que estaacute asociada la ferritina A diferencia de PD PSP no ha
sido estudiada intensamente para el hierro Se demostroacute en los primeros estudios que habiacutea un
incremento del total de concentracioacuten de hierro en la SN de PSP utilizando el espectroscopio
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de plasma acoplado inductivamente y se sugirioacute en estudios maacutes recientes la posibilidad de
que hubiera un exceso de hierro en el ganglio basal de estos pacientes utilizando
nanodifraccioacuten electroacutenica y microscopiacutea electroacutenica de alta resolucioacuten Ademaacutes un estudio
de MS encontroacute un incremento de un 50 de la concentracioacuten total de hierro en GP y SN
aislada de cerebros PSP sobre los de control Hay una correlacioacuten significativa entre la
concentracioacuten de hierro en GP y SN en cerebros de PSP que sugiere un mecanismo similar de
destruccioacuten en ambas estructuras [59]
El coeficiente de asimetriacutea del espectro de Moumlssbauer
era significativamente superior en GP de PSP que en GP de control que puede reflejar la
cristalizacioacuten diferente del hierro dentro de la ferritina en PSP
5344 La Enfermedad de Alzheimer (AD)
Se trata de un desorden neurodegenerativo progresivo que afecta a las funciones cognitivas
El cortex del hipocampo es el aacuterea del cerebro mayormente afectada en la fase temprana de la
enfermedad asiacute como el estreacutes oxidativo Smith y alumnos encontraron acumulaciones de
hierro en placas seniles y ovillos neurofibrilares en cerebros de pacientes AD Se podriacutea
especular que como el cortex hipotalaacutemico estaacute ya fisioloacutegicamente en alto riesgo de estreacutes
oxidativo la desregulacioacuten de hierro podriacutea ser el punto de inicio en esta enfermedad
neurodegenerativa con cambios en los niveles de ferritina que pueden conllevar un
incremento de la capacidad de hierro para la reaccioacuten de Fendon Galazka-Friedman y
colaboradores utilizaron diferentes meacutetodos para evaluar el hierro y los compuestos ligados al
hierro en los tejidos Hip humanos Los resultados de estos estudios se presentan en la tabla
12
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras cerebrales
Los paraacutemetros de Moumlssbauer obtenidos para todas las muestras sugeriacutean que la mayor parte
del hierro estaacute asociado a la ferritina La concentracioacuten media de hierro determinada por MS
en las muestras Hip de Alzheimer determinadas por absorcioacuten atoacutemica eran mayores que las
de control Las concentraciones de las cadenas H y L de ferritina en Alzheimer eran ambas
superiores a las de control
Connor y alumnos [62]
tambieacuten encontraron que el ratio HL en el cortex era mayor que en la
sustancia negra y se detectoacute una disminucioacuten de la concentracioacuten de la ferritina L en el cortex
y en la sustancia negra en pacientes con Alzheimer y Parkinson La disminucioacuten en la
concentracioacuten de ferritina L en el cortex de pacientes con Alzheimer fue mayor que en la
sustancia negra de pacientes con Parkinson
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6 LA MAGNETITA MINERAL
En este capiacutetulo una vez realizada la introduccioacuten a los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro se
presenta la magnetita como mineral su generacioacuten geoloacutegica natural sus propiedades
generales cristalograacuteficas fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas asiacute como propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas cerrando el capiacutetulo con algunas de sus principales aplicaciones
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL
La geacutenesis geoloacutegica natural de la magnetita tiene lugar en un origen magmaacutetico accesorio en
casi todas las rocas baacutesicas y otros como por diferenciacioacuten magmaacutetica pegmatiacutetico
neumatoliacutetico de metamorfismo de contacto exhalativo volcaacutenico hidrotermal y
sedimentario
En cuanto a yacimientos de magnetita eacutesta es frecuente en ambientes de tipos diversos Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna Suecia
En Espantildea [63]
- Los cristales octaeacutedricos mejor formados presentando recrecimientos se encuentran en
San Pablo de los Montes (Toledo) como producto de meteorizacioacuten y en placeres
- Econoacutemicamente los yacimientos maacutes importantes radican en los Cotos Wagner y Vivaldi
de la provincia de Leoacuten
- Estaacute citado en las arenas de las riacuteas gallegas principalmente en la de Vigo y Viveros
(Pontevedra)
- Tambieacuten de igual forma en las playas de Marbella (Maacutelaga) y Cabo de Gata (Almeriacutea)
- De cierta importancia es la mineralizacioacuten de Cala (Huelva) lo mismo que las de la
provincia de Sevilla y las de Burguillos del Cerro (Badajoz)
- Cabe destacar tambieacuten El Escorial (Madrid) Jerez de los Caballeros y Zafra (Badajoz)
Naralaacutezaro (Sevilla) Os Civis (Leacuterida) Campos (Asturias) Cehegiacuten (Murcia) y Sierra
Almagrera (Almeriacutea)
En la Regioacuten de Murcia [64]
- En la Sierra de Cartagena se localizan mineralizaciones masivas en el denominado manto
silicatado o de magnetita que se caracteriza por su contenido en sulfuros siderita cuarzo y
greenalita entre otros Algunos ejemplares de estas zonas son muy magneacuteticos por lo que
pueden ser considerados como imanes naturales
- En el Cabezo Gordo (Torre Pacheco) aparecen importantes mineralizaciones en las rocas
metamoacuterficas del complejo Nevado-Filaacutebride junto con otros oacutexidos e hidroacutexidos de
hierro donde hay ejemplares masivos y octaedros de hasta 2 cm Algo semejante ocurre en
algunas minas de la Sierra de Enmedio (Lorca) aquiacute aparecen ejemplares masivos
asociados a mineralizaciones de oligisto y goethita en rocas del complejo Alpujaacuterride
- En los materiales triaacutesicos (facies Keuper) del norte de Ulea aparecen cristales octaeacutedricos
aislados de cerca de los 3 cm
- Pero el yacimiento maacutes importante de este mineral en la regioacuten se localiza en Cehegiacuten
donde aparecen importantes mineralizaciones asociadas a ofitas Fueron objeto de diversas
explotaciones cuyos restos se localizan desde el paraje del Chaparral hasta los Bantildeos de
Gilico En esta zona la magnetita aparece asociada a pirita y calcopirita o a cloritas
localizaacutendose masas granulares con pequentildeos octaedros y rombododecaedros de tamantildeo
centimeacutetrico en las fracturas de la ofita
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62 DEFINICIOacuteN
La magnetita Fe3O4 es un mineral
[65] negro
ferrimagneacutetico que contiene tanto FeII como Fe
III
constituido por oacutexido ferroso-difeacuterrico (veacuteanse las
figuras 19a y 19b) Junto con la titanomagnetita es el
responsable de las propiedades magneacuteticas de las rocas
objeto de los estudios paleomagneacuteticos Es caracteriacutestico
que este material tenga propiedades magneacuteticas en su
estado puro (veacutease la figura 19c)
Designacioacuten La magnetita pertenece a la categoriacutea de
los minerales oacutexidos del grupo de las espinelas
Etimologiacutea [66]
Probablemente derivada del nombre de
la localidad griega de Magnesia en Macedonia Una
faacutebula de Plinio atribuiacutea el nombre al de un pastor de
nombre Magnes que descubrioacute el mineral al observar
que se adheriacutea a los clavos de su calzado
Sinoacutenimos ICSD 65339 piedra imaacuten (cuando se
presenta con polaridad natural) piedra de Heacutercules
mineral de hierro magneacutetico PDF 19-629 Eacutestos reflejan
la diversidad de disciplinas que se han podido interesar
en este mineral
Seguacuten la Asociacioacuten Mineraloacutegica Internacional (IMA)
la magnetita se clasifica como
Especies vaacutelidas (Pre-IMA) 1845
Clasificacioacuten de Strunz 4BB05
Clasificacioacuten de Dana 07020203
Foacutermula aprobada Fe2+
(Fe3+
)2ordm4
Figura 19 Magnetitas
19a Magnetita
Figura 19b Magnetita de Isla de
Ischia (Italia)
Figura 19c Magnetita de
Cartagena (Espantildea)
Forma de presentarse Mineral accesorio comuacuten en rocas iacutegneas y metamoacuterficas Puede ser
producido biogeacutenicamente por una amplia variedad de organismos Frecuentemente en
cristales octoeacutedricos raramente en dodecaeacutedricos Masivo o diseminado en agregados
granudos compactos tambieacuten en arenas sueltas magneacuteticas de color pardo oscuro Una
variedad particular la constituye la valentinesita combinacioacuten de magnetita con cuarzo
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63 PROPIEDADES GENERALES
631 La Moleacutecula de la Magnetita
La magnetita [3]
difiere de la mayoriacutea del resto de oacutexidos de hierro en que es un oacutexido mixto
de FeII y Fe
III Su foacutermula es Fe3O4 Fe
2+OFe2
3+O3 o como Y[YX]O4 donde X = Fe
II Y =
FeIII
y los corchetes denotan ubicaciones octaeacutedricas (M ubicaciones) Entre el FeII y el Fe
III
se distribuyen 8 ubicaciones tetraeacutedricas (T ubicaciones) donde los iones trivalentes
ocupan ambas ubicaciones tetraeacutedricas y octaeacutedricas
En la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
En la figura 20(izquierda) se representa una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3
octaedros y 2 tetraedros mientras que en la figura 20(derecha) la configuracioacuten es tan soacutelo
de 2 octaedros y 1 tetraedro
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y
2 tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro
632 La Celda Unitaria de la Magnetita
Los principales detalles de la estructura de la
magnetita se establecieron en 1915 siendo uno
de las primeras estructuras minerales a las que
se aplicaron los rayos X La magnetita [3]
presenta estructura cristalina de espinela
inversa -que puede observarse en la figura 21-
y es isoestructural con otros compuestos como
el Jacobsite (FeIII
MnII Fe
III O4)
Magnesioferrita (Fe Mg Fe O4) y Ulvoespinela
(Fe2 Ti O4) Existen sustituciones de Fe por
magnesio y manganeso El vanadio tambieacuten
puede reemplazar al hierro dando lugar a la
Coulsonita
Figura 21 Estructura del grupo de la
espinela
Algunas de sus caracteriacutesticas son
Sistema cristalino Cuacutebico
o Clase normal o hexoctaedro
o Siacutembolo H-M 4m 2m o m3m (3 ejes cuaternarios + 3 planos de simetriacutea
perpendiculares + 4 ejes ternarios + 6 ejes binarios + 6 planos de simetriacutea
O Oxiacutegeno
Fe Hierro (octaedro)
Fe Hierro (tetraedro)
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perpendiculares + 1 centro de simetriacutea)
o Red de Bravais cuacutebica centrada en las
caras (F) como se muestra en la figura
22 Tiene una celda unitaria cuacutebica
centrada en las caras de 32 iones O2-
que se distribuyen regularmente en
paquetes cerrados cuacutebicos a lo largo del
[111]
o Grupo espacial Fd3m
Dimensiones de celda
o La longitud de la arista de la celda
unitaria es a = 08396nm 83963Aring
Unidades de foacutermula por unidad de celda
o Z = 8 La celda unitaria contiene 8
moleacuteculas de magnetita
El volumen de la celda unitaria es V =
59080 Aring3
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada
en caras
En esta estructura la
mitad de los cationes de
FeIII
ocupan huecos
tetraeacutedricos mientras que
la otra mitad de los
cationes FeIII
y todos los
FeII ocupan huecos
octaeacutedricos Estos huecos
tetraeacutedricos y octaeacutedricos
se generan debido al
empaquetamiento de
aniones oacutexido seguacuten el
esquema representado en
la figura 23 Figura 23 Celda unitaria de la magnetita
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633 Cristalizacioacuten
El octaedro (figura 24) es una forma compuesta de 8 triaacutengulos
equilaacuteteros Dichas caras en forma de triaacutengulos interceptan a los
tres ejes cristalograacuteficos a la misma distancia su forma de
notacioacuten de 111 Los minerales comuacutenmente exhiben la
misma forma octaeacutedrica simple como es el caso de la magnetita
y tambieacuten de la cromita franklinita espinela pirocloro cuprita
oro y diamante En ocasiones la fluorina pirita y galena toman
esta forma
Figura 24 Octaedro
La magnetita geoloacutegica natural se presenta comuacutenmente [3]
como cristales octaeacutedricos
limitados por planos 111 y menos frecuentemente rombo-dodecaeacutedricos aunque puede
presentarse en otras formas (figura 25) La simetriacutea ocurre sobre el plano 111
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble
634 Algunas Propiedades Baacutesicas
Propiedades Oacutepticas Existen diferentes sistemas para cuantificar el color y asistir en la
comparacioacuten de colores entre los maacutes importantes existen dos sistemas de CIE-Lab y la
clasificacioacuten de colores de Munsell Brevemente los sistemas CIE estaacuten basados en el
principio de la tricromaticidad debido a que el ojo humano responde a soacutelo 3 componentes de
color correspondientes a los valores de triestiacutemulo X Y y Z Los valores de triestiacutemulo
pueden ser computerizados a partir del espectro reflejante y pueden convertirse
matemaacuteticamente a coordenadas para crear un espacio de color uniforme En el sistema CIE-
LAB estas coordenadas cartesianas son L(brillo o valor) a(rojo-verde) y b(amarillo ndash
azul) de forma que todos los colores pueden expresarse como combinacioacuten de L a y b
Existen instrumentos para una medida raacutepida de las componentes L a y b La saturacioacuten
de color viene dada por y el matiz por el arctan (ba)
En las ciencias geoloacutegicas el color se mide habitualmente utilizando el sistema de
clasificacioacuten de Munsell [3]
Este sistema define el color en funcioacuten del matiz H (posicioacuten del
color en el espectro) cantidad o croma C (pureza del matiz desde el gris al color puro) y valor
V(brillo del color en una escala que va desde el blanco al negro)
Color Negro grisaacuteceo negro metaacutelico
o Seguacuten la clasificacioacuten de Munsell negro
o Color RL (reflected light) Gris con tinte marroacuten
Raya Negra
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Brillo Metaacutelico
Iacutendice de refraccioacuten n =242
Isotroacutepico
Transparencia Opaco
Luminiscencia no fluorescente
El moacutedulo de Young o de elasticidad de la magnetita cristalina simple Fe3O4 es Emagn = 248
GPa en la direccioacuten lt111gt 230 GPa en la direccioacuten lt110gt y 208 GPa en la direccioacuten
lt110gt En su forma policristalina Emagnpc = 2258 GPa y se constata una disminucioacuten del
moacutedulo de Young en presencia de Co o Mn
Dureza 55 a 6 Hoja de cuchillo Ortoclase
Densidad 518 gcm3
Exfoliacioacuten Imperfecta Fractura Sub concoidea - Fracturas desarrolladas en materiales
fraacutegiles caracterizados por un punto y superficies curvas Tenacidad quebradiza
Radiactividad GRapi = 0 (Gamma Ray American Petroleum Institute) La magnetita no es
radiactivo
Peso molecular 23154 gm
La magnetita pulverizada es soluble en clorhiacutedrico concentrado
Composicioacuten
Contiene el 3103 de FeO y el 6897 Fe2O3
Hierro 7236 Fe 3103 FeO
6897 Fe2O3
Oxiacutegeno 2764 O
________ _______
10000 10000 = TOTAL OXIDO
Punto de fusioacuten 1583 a 1597 oC
Punto de ebullicioacuten 2623 oC
Calor de fusioacuten 13816 KJmol
Calor de descomposicioacuten 6050 KJmol
Calor de vaporizacioacuten 298 KJmol
Energiacutea libre estaacutendar de formacioacuten Δ -10126 KJmol
Producto de solubilidad log (Fe+2
)3 (H)
8 (e
-)2 357
Sustitucioacuten de cationes [3]
Aunque la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica debido a un submallado de FeIII
con
deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede tambieacuten ser reemplazado parcial o
completamente por otros iones divalentes como el MnII Ni
II Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
El ajuste de los iones hueacutespedes en las estructura es asistido por la flexibilidad del oxiacutegeno
que lo rodea el cual puede expandirse o contraerse para acomodar cationes que difieran en
tamantildeo al FeII La sustitucioacuten de cationes viene acompantildeada de cambios en la longitud de la
arista de la celda unitaria
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En la siacutentesis de magnetitas [3]
se sintetizaron magnetitas sustituidas que conteniacutean maacutes de
001 metales de transicioacuten a 90 oC Las curvas de disolucioacuten indicaban que Co Ni y Zn se
distribuiacutean aleatoriamente dentro de la estructura y reemplazaban el FeII octaeacutedrico En
contraste a lo anterior Cu Mn y Cd se concentraban cerca de la superficie de los
cristales Tras convertir estas magnetitas a maghemita se formaba alrededor del cristal una
zona libre exterior a partir de los elementos de traza indicando que el Fe oxidado habiacutea
migrado y formado una nueva capa de maghemita dejando los elementos de traza en el
interior
Cuando se convirtioacute la magnetita a hematite los elementos de traza divalentes eran
expulsados debido a su valencia y tamantildeo y se concentraban en las capas superficiales
del oacutexido mientras que Cr y Mn compatibles con la estructura corundum permaneciacutean
en la hematite
Las magnetitas sustituidas [3]
preparadas a pH 12 desde ferrihidrita conteniacutean maacutes de 01
molmol de Mn Cu Co o Ni Los productos proporcionaron desde magnetitas con bajos
niveles de sustitucioacuten a totalmente sustituidas MFe2O4 (ferritas)
Cuando en la magnetita hay sustituciones de Ca aumenta la arista de la celda unitaria y si
hay sustituciones de aluminio disminuye el tamantildeo de la celda y baja el punto de Curie [3]
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral
La magnetita fue el primer material magneacutetico que el hombre observoacute en la naturaleza y el
primero que utilizoacute tecnoloacutegicamente al introducir con su uso mejoras cruciales en los
sistemas de orientacioacuten para la navegacioacuten (en particular con el desarrollo de la bruacutejula) Es
uno de los oacutexidos de hierro maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentra naturalmente en
muy diversos ambientes razoacuten por la cual presenta intereses especiales en diferentes campos
como se pretende ilustrar con alguacuten detalle a continuacioacuten
Importante mena de hierro Junto con la hematita es una de las menas maacutes importantes al
contener un 72 de hierro (es el mineral con maacutes contenido en hierro)
Como material de construccioacuten se usa como antildeadido natural de alta densidad en
hormigones especialmente para proteccioacuten radioloacutegica
En calderas industriales la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas
aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire huacutemedo a temperatura ambiente se
oxide lentamente y forme oacutexido feacuterrico Esta estabilidad de la magnetita a altas
temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera Es por
ello que se hacen tratamientos quiacutemicos en las calderas industriales que persiguen formar
en el interior de los tubos capas continuas de magnetita
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas
La configuracioacuten electroacutenica [3]
del Fe+3
es 1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 mientras que la del Fe
+2 es
1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
6 Para los oacutexidos de hierro son precisamente los electrones del Fe de la
capa 3d los que determinan sus propiedades electroacutenicas magneacuteticas e inclusive algunas
espectroscoacutepicas de ahiacute que los orbitales con estos electrones tengan un mayor intereacutes
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Un orbital es la regioacuten del espacio ocupada por un electroacuten simple o por un par de electrones
Seguacuten el principio de exclusioacuten de Pauli el maacuteximo nuacutemero de electrones en un orbital
cualquiera es 2 y donde esto se consigue los electrones han de tener spin (momento angular
intriacutenseco) opuesto El spin del electroacuten influye fuertemente en las propiedades magneacuteticas
de un compuesto
Hay 5 orbitales d disponibles cada uno con una orientacioacuten espacial diferente En un aacutetomo
aislado estos 5 orbitales estaacuten degenerados por ejemplo sus energiacuteas son iguales En el nivel
maacutes bajo de energiacutea el Fe3+
tiene 5 electrones d desapareados y el Fe2+
tiene 2 electrones
apareados y 4 desapareados
En relacioacuten con su estructura los dos lugares de catioacuten diferentes ndash (A) tetraeacutedrica ocupada
por Fe3+
y (B) octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados
magneacuteticos interpuestos La estructura espinela inversa de la magnetita resulta del hecho de
que el CFSE (crystal field stabilitation energy) del Fe2+
es mayor para la coordinacioacuten
octaeacutedrica que para la tetraeacutedrica asiacute que el Fe2+
ocupa preferentemente los lugares
octaeacutedricos Para el Fe3+
el CFSE es cero tanto para la coordinacioacuten octaeacutedrica como para la
tetraeacutedrica de forma que este ioacuten no tiene preferencia alguna por el tipo de coordinacioacuten
El principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos En los
uacuteltimos sitios los electrones estaacuten teacutermicamente deslocalizados sobre los iones de Fe2+
y
Fe3+
Es esta deslocalizacioacuten la responsable de la alta conductividad de la magnetita
Densidad electroacutenica 489 gmcc
Iacutendice de fermiones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten semientero responsable de casi toda
la masa) 001
Iacutendice de bosones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten entero) 099
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eleacutectrico o magneacutetico la
presioacuten la radiacioacuten que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre
El hematite wuumlstite maghemita y magnetita son semiconductores [3]
En concreto la
magnetita muestra casi todas las propiedades metaacutelicas Para que un compuesto sea
semiconductor la caracteriacutestica principal es que la separacioacuten entre la banda de valencia de
los orbitales y la banda de conduccioacuten sea menor de 5 eV y esta condicioacuten se encuentra para
los oacutexidos anteriores
En la mayoriacutea de los oacutexidos de hierro con propiedades semiconductoras la excitacioacuten
electroacutenica se consigue por irradiacioacuten con luz visible de un longitud de onda adecuada (1 eV
= 1000 cm-1
- fotoconductividad)
Fotoelectricidad de la magnetita
Efecto de absorcioacuten fotoeleacutectrico (Pe) 2214 barnselectron
Pe = (Z36
10)00025 Z = Nuacutemero atoacutemico del aacutetomo
Pemin = Ai = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i en el mineral
Zi = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i Pi = valor Pe del aacutetomo i
Efecto fotoeleacutectrico (U) Pemin x ρe (densidad electroacutenica) = 10832 barnscc
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En un semiconductor intriacutenseco por ejemplo cuando el cristal se encuentra a temperatura
ambiente algunos electrones pueden absorber la energiacutea necesaria para saltar a la banda de
conduccioacuten dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia Obviamente el
proceso inverso tambieacuten se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado
energeacutetico correspondiente a la banda de conduccioacuten a un hueco en la banda de valencia
liberando energiacutea A este fenoacutemeno se le denomina recombinacioacuten
Sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacioacuten de pares e-h y de
recombinacioacuten se igualan de modo que la concentracioacuten global de electrones y huecos
permanece constante Siendo n la concentracioacuten de electrones (cargas negativas) y p la
concentracioacuten de huecos (cargas positivas) se cumple que ni = n = p
A ni se le denomina concentracioacuten intriacutenseca del semiconductor y es funcioacuten exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento
Si a un semiconductor intriacutenseco se le antildeade un pequentildeo porcentaje de impurezas es decir
elementos trivalentes o pentavalentes el semiconductor se denomina extriacutenseco y se dice
que estaacute dopado
Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones)
Un semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos)
La magnetita puede considerarse como casi un metal deficiente con huecos en los espacios
octaeacutedricos Como semiconductor tanto tipo p como n [3]
presenta una barrera de energiacutea
potencial de tan soacutelo 01 eV (de ahiacute que la magnetita tenga la resistividad maacutes baja de todos
los oacutexidos) siendo su longitud de onda de excitacioacuten de 103 cm
-1
Su conductividad de entre 102-10
3 Ω
-1 cm
-1 es casi metaacutelica En la arista del octaedro
compartido los iones de Fe2+
y Fe3+
en las posiciones octaeacutedricas estaacuten muy cercanos y
como resultado los huecos pueden migrar faacutecilmente de Fe2+
a Fe3+
y facilita una buena
conductividad
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura
A temperaturas por encima de TV~120 K (llamada temperatura de Verwey) los electrones en
los sitios octaeacutedricos se encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones Fe3+ y Fe2+
(en el fenoacutemeno conocido como electron hopping) lo que da lugar a la alta conductividad
eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas
(TVerwey = 120K ~ 153C) lt T lt (859K ~ 586C)
En la figura 26 puede observarse [67]
coacutemo la conductividad en (Ω cm)-1
aumenta significativamente (pasando
de menos de 50 a 250) hasta
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aproximadamente los 400K en que
comienza a disminuir en menor grado
hasta que pierde su comportamiento
ferrimagneacutetico a la temperatura de
859K con un valor proacuteximo a 200 A
temperaturas superiores el valor de la
conductividad se estabiliza En 1939
el cientiacutefico holandeacutes Evert Verwey [67]
descubrioacute que la conductividad
eleacutectrica de la magnetita disminuye
abrupta y dramaacuteticamente a bajas
temperaturas A unos -150 degC el
mineral metaacutelico se convierte en un
aislante
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita con la temperatura
Por debajo de la temperatura de Verwey se produce un ordenamiento de la configuracioacuten de
los iones de Fe2+
y Fe3+
en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten electroacutenica
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica
La anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita aumenta desde la temperatura de
transicioacuten (1194 plusmn 03 K) a 95K para permanecer praacutecticamente constante [68]
a temperaturas
inferiores La figura 27 representa la anisotropiacutea de la conductividad de una muestra de
magnetita de cristales sinteacuteticos formando una barra rectangular de 1cm de longitud y paralela
a la direccioacuten [110] tras enfriarla en dos campos magneacuteticos de orientacioacuten diferente Sin
embargo por encima de la transicioacuten la conductividad eleacutectrica de la magnetita presentoacute
propiedad isotroacutepica La figura 28 muestra la conductividad entre la temperatura ambiente y
la de transicioacuten para dos muestras con forma de barra rectangular en las direcciones [111] y
[110]
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita a bajas temperaturas
Figura 28 Isotropiacutea de la
conductividad de la magnetita a
temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la
temperatura de transicioacuten
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Se destaca que a temperaturas proacuteximas a la del cuerpo humano (37degC aproximadamente
310K) la variacioacuten de la conductividad respecto a la temperatura sigue siendo significativa
con un valor aproximado a 25 103 Sm que lo ubica dentro del rango de los conductores
eleacutectricos casi metaacutelicos [69]
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo
Los principales paraacutemetros utilizados para caracterizar las propiedades magneacuteticas de los
soacutelidos son la susceptibilidad magneacutetica la permeabilidad y el momento magneacutetico [3]
Cuando una sustancia se situacutea dentro de un campo magneacutetico de fuerza H (unidades Teslas)
la intensidad de magnetizacioacuten J (por ejemplo el momento magneacutetico de la muestra por
unidad de volumen [A m-1
o J T-1
m-3
] se relaciona con H a traveacutes de la susceptibilidad
magneacutetica k de la sustancia J = k H
La susceptibilidad magneacutetica puede expresarse en teacuterminos de volumen como k (m3
m-3
o J
T-2
m-3
) o de masa χ (m3 kg
-1 o J T
-2 kg
-1)
La densidad o flujo de las liacuteneas de fuerza en un soacutelido situado en un campo magneacutetico H se
denomina induccioacuten magneacutetica B definida seguacuten la siguiente relacioacuten B = μ (H + J)
La tendencia de las liacuteneas magneacuteticas de fuerza a pasar a traveacutes de un medio en relacioacuten a la
tendencia a pasar a traveacutes del vaciacuteo es la permeabilidad magneacutetica μ Este es uno de los
paraacutemetros que distingue un material diamagneacutetico de una sustancia paramagneacutetica
La permeabilidad se define como μ = μo (1 + k) donde μo es la permeabilidad en el vaciacuteo
La permeabilidad magneacutetica [70]
es la relacioacuten entre la induccioacuten magneacutetica y la intensidad
del campo magneacutetico es respecto al magnetismo lo que la conductividad es respecto a la
electricidad Es una propiedad del material y asiacute cuando se emplean fuentes electromotrices
(EM) el voltaje inducido en un conductor bajo la superficie variacutea no soacutelo en la relacioacuten del
campo magneacutetico sino tambieacuten con la permeabilidad magneacutetica del conductor De la
ecuacioacuten de Maxwell nabla se desprende que las corrientes inducidas son
multiplicadas por el factor en Hm (henrios por metro)
El momento magneacutetico m es un teacutermino utilizado para cuantificar las propiedades magneacuteticas
de una sustancia No se mide directamente pero se obtiene de la medida de la susceptibilidad
molar con la que se relaciona de la siguiente forma
χ = μ0
donde N es el nuacutemero de Avogadro y k la constante de Boltzman El momento magneacutetico
fundamental es el magnetoacuten de Bohr β tal que
β =
= 92732 10
-24 A m
2
donde e y me son la carga y masa del electroacuten respectivamente
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La expresioacuten del momento magneacutetico puede reducirse a m = 283
Las unidades del momento magneacutetico son JuliosTesla aunque a veces se expresa en
magnetones de Bohr
652 Tipos de Magnetismo
La figura 29 representa los diferentes tipos de magnetismo
[3] El diamagnetismo es la
propiedad baacutesica de tolas sustancias a repeler un campo magneacutetico La susceptibilidad
magneacutetica k de una sustancia diamagneacutetica es pequentildea negativa e independiente de la
temperatura (-10-6
)
Figura 29 Tipos de magnetismo
a) ferromagnetismo b) antiferromagnetismo c) ferrimagnetismo d) esperomagnetismo
Las sustancias paramagneacuteticas son atraiacutedas hacia un campo magneacutetico Dichas sustancias
poseen electrones no pareados que estaacuten aleatoriamente orientados en diferentes aacutetomos
Cada aacutetomo ioacuten o moleacutecula de una sustancia paramagneacutetica puede visualizarse como un
pequentildeo imaacuten con su propio momento magneacutetico inherente La aplicacioacuten de un campo
magneacutetico causa un alineamiento parcial de estos imanes paralelos al campo La
susceptiblidad magneacutetica es positiva y pequentildea (0 a 001) variacutea con la temperatura y su
comportamiento puede describirse seguacuten la ley de Curie-Weiss
χM =
siendo CM y TC la constante de Curie y la temperatura de Curie respectivamente y T es la
temperatura
La dependencia de la temperatura de χM es el resultado de dos fuerzas opuestas cuando la
temperatura aumenta la alineacioacuten incrementada por los momentos magneacuteticos enla
sustancia se opone mediante vibraciones teacutermicas maacutes fuertes de ahiacute que χM decrezca Bajo
una cierta temperatura (Neacuteel o Curie) que depende de cada oacutexido los oacutexidos de hierro
transitan hacia un estado ordenado magneacuteticamente y se convierten en ferromagneacuteticos
anitferromagneacuteticos ferrimagneacuteticos o esperomagneacuteticos
La temperatura de transicioacuten se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagneacuteticos y
ferrimagneacuteticos y temperatura de Neacuteel (TN) para sustancias antiferromagneacuteticas
Las sustancias ferro y ferrimagneacuteticas son fuertemente atraiacutedas por un campo magneacutetico En
una sustancia ferromagneacutetica la alineacioacuten de los spines de los electrones es paralela Tienen
un momento magneacutetico neto gran permeabilidad magneacutetica y susceptibilidad magneacutetica
positiva y de valores altos (001 ndash 106) Al aumentar la temperatura los momentos
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magneacuteticos y la susceptibilidad bajan raacutepidamente
En sustancias antiferromagneacuteticas los spines de los electrones tienen momentos magneacuteticos
iguales y estaacuten alineados de una forma antiparalela Tienen un momento magneacutetico global 0
permeabilidad positiva y una positiva pero baja susceptibilidad (0 ndash 01) Al incrementar la
temperatura normalmente aumenta la susceptibilidad debido a que el ordenamiento
antiparalelo se desequilibra
Las sustancias ferrimagneacuteticas tienen en comuacuten con las antiferromagneacuteticas en que existe
antiparalelismo pero los diferentes spines tienen momentos diferentes de forma que un
material ferrimagneacutetico tienen un momento magneacutetico resultante
El supermagnetismo resulta de una anisotropiacutea magneacutetica por ejemplo debido a la existencia
de direcciones cristalograacuteficas preferidas a lo largo de las cuales los spines de los electrones
se alinean maacutes faacutecilmente y la sustancia se magnetiza con maacutes facilidad La direccioacuten
preferida para esta faacutecil magnetizacioacuten es a lo largo del eje o juego de ejes cristalograacuteficos
por ejemplo para la magnetita a lo largo de las direcciones [111]
El esperomagnetismo es una propiedad por la que algunos materiales amorfos o pobremente
ordenados que contienen enlaces metal-O-metal que si el metal lleva momento magneacutetico
puede dar soporte a reaccione de super-intercambio
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita
El fuerte magnetismo de la magnetita se debe a un fenoacutemeno de ferrimagnetismo los
momentos magneacuteticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran
fuertemente acoplados por interacciones antiferromagneacuteticas pero de forma que en cada
celda unidad resulta un momento magneacutetico no compensado La suma de estos momentos
magneacuteticos no compensados fuertemente acoplados entre siacute es la responsable de que la
magnetita sea un imaacuten [3]
Temperatura de Curie 859 oK (a partir de la cual el material pasa a ser paramagneacutetico)
Magnetizacioacuten de saturacioacuten (σS a 300 K) 92 - 100 A m2 kg
-1 o J T
-1 kg
-1
Constante de anisotropiacutea (Keff) 104 ndash 10
5 J m
-3
Constante de restriccioacuten magneacutetica (λ) 35 10-6
Susceptibilidad magneacutetica (K = MH) en el SI 1200x103 a 19200x10
3
Los dos lugares de catioacuten diferente en la estructura ndash (A) tetraeacutedrica ocupada por Fe3+
y (B)
octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados magneacuteticos
interpuestos Por debajo de TC los momentos magneacuteticos de los sitios A y B son antiparalelos
y en suma las magnitudes de los tipos de estos momentos magneacuteticos son desiguales
causando el ferrimagnetismo La disposicioacuten de spin se escribe como Fe3+
[Fe3+
Fe2+
] O4 El
principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos
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654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura
El comportamiento ferrimagneacutetico de la magnetita ocurre a temperatura ambiente por debajo
de la Temperatura de Curie TC que en el caso de la magnetita es de 859 K Por encima de
eacutesta el material tiene un comportamiento paramagneacutetico
El paramagnetismo se produce cuando las moleacuteculas de una sustancia tienen un momento
magneacutetico permanente El campo magneacutetico externo produce un momento que tiende a
alinear los dipolos magneacuteticos en la direccioacuten del campo La agitacioacuten teacutermica aumenta con la
temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magneacutetico En las sustancias
paramagneacuteticas la susceptibilidad magneacutetica es positiva pero muy pequentildea comparada con la
unidad
En la figura 30 se representa el valor
inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura
tanto para MnFe2O4 como para la
magnetita Fe3O4 [71]
Las asiacutentotas
para altas temperaturas se exponen
con pendientes acordes a las
constantes de Curie Puede
observarse coacutemo la susceptibilidad
de la magnetita toma valores
proacuteximos a 002 para 900K y 001
para 1000K como se indicaba
anteriormente valores positivos pero
muy pequentildeos comparados con la
unidad
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura para MnFe2O4 y
Fe3O4
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7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS
Las nanopartiacuteculas [72]
son partiacuteculas cuya caracteriacutestica principal es su tamantildeo que es del
orden del nanoacutemetro esto es 10-9
metros hasta unos 100nm Como referencia los aacutetomos
pueden estar entre los 01 a 04 nm
La sola caracteriacutestica del tamantildeo hace variar otras caracteriacutesticas que se asumiacutean como
propias del elemento o material especiacutefico Un ejemplo que puede aportar una idea
significativa es el de una macropieza de metal en una esfera de 2cm de diaacutemetro soacutelo una
pequentildeiacutesima proporcioacuten de ella (1 entre 10 millones de aacutetomos) forman la capa superficial En
una partiacutecula nanomeacutetrica de 10 nm de diaacutemetro el 10 de sus aacutetomos estaacuten en la capa
superficial y esto se incrementa hasta un 50 en partiacuteculas de 2 nm
Las propiedades mecaacutenicas de los materiales como la resistencia y maacutes en concreto la dureza
y la resistencia a la friccioacuten de los metales pueden incrementarse enormemente al bajar a
nivel nano el tamantildeo del grano
En cuanto a las propiedades quiacutemicas es evidente que cuando se trabaja con nanopartiacuteculas la
superficie aumenta enormemente respecto al mismo material a escala macro Muchos
catalizadores de reacciones quiacutemicas se han sintetizado a escala nano para mejorar sus
prestaciones hasta el punto de que incluso el oro arquetipo de material inerte a escala
nanomeacutetrica es un excelente catalizador para la oxidacioacuten del monoacutexido de carbono (CO)
Respecto a las propiedades magneacuteticas es conocido que el hierro es un material magneacutetico y
sin embargo un trozo de hierro puro no se magnetiza Se puede probar que eacuteste no atraeraacute a
una bola de hierro Por el contrario la bola seraacute atraiacuteda por un imaacuten Y sin embargo si se
situacutea la bola entre el imaacuten y el trozo de hierro inicial la bola seraacute atraiacuteda hacia el hierro
perdieacutendose esta propiedad al alejar el imaacuten Es decir ante un imaacuten el hierro se magnetiza
tanto que supera el magnetismo del imaacuten y esta propiedad revierte al alejarse el imaacuten
La fuente del magnetismo son sus aacutetomos constituyentes que disponen de diminutos imanes
dipolares permanentes cuya fuerza se denomina momento magneacutetico del aacutetomo En estos
materiales la fuerte interaccioacuten entre los aacutetomos alinea los imanes atoacutemicos para producir
magnetizacioacuten macroscoacutepica pero no es eacuteste su estado habitual ya que por lo general el
hierro puro no es un imaacuten quedando los momentos magneacuteticos compensados para minimizar
la energiacutea
Sin embargo esta compensacioacuten se rompe al llegar a un tamantildeo criacutetico (aproximadamente 100
nm) en que los momentos magneacuteticos dejan de compensarse y actuacutean en un uacutenico sentido
comportaacutendose el trozo de hierro como un fuerte imaacuten permanente
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711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas son en general reactivamente superiores a las
micropartiacuteculas magneacuteticas (MMPs) ya que reaccionan mucho maacutes raacutepidamente y sin
necesidad de agitar la mezcla Loacutegicamente ello estaacute vinculado a su mayor ratio superficie
por volumen [72]
Al mismo tiempo su magnetizacioacuten de saturacioacuten (MS) es un paraacutemetro importante que
permite que las MNPs puedan ser manipuladas mediante un campo magneacutetico externo Los
metales puros (Fe Co Ni) los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
ferromagnetos tipo espinela (MeOFe2O3 Me=Fe Co Mg Zn Mn Ni etc) y aleaciones
(FePt FeCo FePd CoPt MnAl CoPt3 etc) son candidatos a construcciones de MNPs
biofuncionales Entre ellos la magnetita la maghemita y FePt son los materiales maacutes
empleados debido a su alta MS y estabilidad quiacutemica
Generacioacuten natural Las nanopartiacuteculas se encuentran habitualmente en la Tierra En la
atmoacutesfera por ejemplo las generan los volcanes y los incendios forestales En los oceacuteanos las
generan las fosas hidrotermales Tambieacuten algunas bacterias y moluscos generan
nanopartiacuteculas e incluso las explosiones de supernovas en el espacio generan nanopartiacuteculas
Las nanopartiacuteculas afectan al clima quizaacute la mayor contribucioacuten de las nanopartiacuteculas al
clima sea que sirven de nuacutecleo de condensacioacuten de las nubes es decir contribuyen
fuertemente a la formacioacuten de las nubes de forma que una nanopartiacutecula de 100 nm puede
condensar una nube de 10 μm que a su vez se transformaraacute en una gota de lluvia de 05 mm
Siacutentesis Una simple vela encendida produce a traveacutes de la combustioacuten nanopartiacuteculas de
carbono de diaacutemetro aproximado a 10 nm [72]
y la tinta india posteriormente china en el
2700 adc conteniacutea nanopartiacuteculas de carbono es suspensioacuten
Pero la siacutentesis de nanopartiacuteculas ya se ha estructurado en meacutetodos Bottom-Up y Top-Down
En los meacutetodos Bottom-Up en primer lugar se identifica la nanopartiacutecula de intereacutes para
luego producir y ensamblar el dispositivo requerido mientras que en los meacutetodos Top-Down
se parte de un material macro para crear una estructura o dispositivo
Entre los meacutetodos Bottom-Up se desarrollan los que usan vapor supersaturado los que
producen las nanopartiacuteculas en vaciacuteo por seleccioacuten de tamantildeo en aerosoles siacutentesis quiacutemica
en liacutequidos en suspensioacuten etc y entre los meacutetodos Top-Down baacutesicamente se realiza por
litografiacutea de haz de electrones (EBL) y utilizando haces de iones focalizados (FIB)
El tamantildeo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas (MNPs) de 1 a 100 nm puede aproximarse al de
las biomacromoleacuteculas lo que permite interactuar con ellas mucho mejor que las partiacuteculas
de escalas superiores Por ello la biocompatibilidad de las MNPs seraacute un requisito a tener en
cuenta seleccionando aquellas que no sean toacutexicas o al menos las de menor toxicidad
Preparacioacuten modificacioacuten de la superficie y funcionalizacioacuten de las NNPs [73]
Preparacioacuten de MNPs (algunos ejemplos claacutesicos de bioseparacioacuten) La coprecipitacioacuten
quiacutemica de Fe2+
y Fe3+
en solucioacuten de H2O en presencia alcalina (NaOH o NH3H2O) para
sintetizar nanopartiacuteculas de los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
es quizaacute el meacutetodo maacutes faacutecil y utilizado
La descomposicioacuten teacutermica y reduccioacuten de precursores organometaacutelicos (acetilacetonatos
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metaacutelicos M(acac)n M=Fe Mn Co Ni Cr n=2 o 3 acac=acetelilacetonato
cupferronatos metaacutelicos MxCupx M=ion metaacutelico Cup=N-nitrosofenilhidroxilamina
pentacarbonilos de hierro) la siacutentesis de microemulsioacuten (agua en aceite WO aceite en
agua OW) y la siacutentesis hidroteacutermica son ejemplos tiacutepicos de siacutentesis de MNPs
Frente a los anteriores otros meacutetodos de siacutentesis como por spray y pirolisis laser
sonoquiacutemica y sol-gel recientemente existe un creciente intereacutes en utilizar las MNPs
originadas por bacterias para aplicaciones bioloacutegicas (magnetosomas) Un beneficio del
uso de MNPs originadas bioloacutegicamente es su superior biocompatibilidad ya que estaacuten
rodeadas de una membrana de liacutepido que contiene fosfoliacutepidos
Modificacioacuten de la superficie de las MNPs Mantener la estabilidad en el tiempo de las
MNPs sin aglomeracioacuten ni precipitacioacuten es todaviacutea un reto perdiendo a veces incluso sus
propiedades superparamagneacuteticas Por ello en la mayoriacutea de procesos para evitar esta
inestabilidad se recurre a aislar el nuacutecleo magneacutetico del entorno mediante una funda
protectora Ademaacutes a traveacutes de estos procesos esta caacutepsula protectora se selecciona de
forma que aumente la funcionalidad de las MNPs seguacuten la aplicacioacuten deseada
Un ejemplo es a traveacutes de surfactantes cuidadosamente seleccionados que reducen la
tensioacuten superficial como el aacutecido laurico el aacutecido miristico el aacutecido oleacuteico el aacutecido
dodecilbencenosulforico etc eficientes con MNPs solubles en agua
Con el fin de prevenir la agregacioacuten de MNPs se utilizan los poliacutemeros tanto naturales
como sinteacuteticos que abren una puerta hacia lo que parece un rango ilimitado de
posibilidades en la incorporacioacuten de propiedades especiacuteficas a las MNPs Macromoleacuteculas
originales naturales celulosas dextran gelatinas agarosa y carragenina se utilizan en
biomedicina
Tambieacuten se utilizan materiales inorgaacutenicos como carbono plata oro y silicio para
encapsular las MNPs de forma que a la vez que proporcionan estabilidad a las
nanopartiacuteculas en soluciones acuosas son muy uacutetiles como agentes bioloacutegicos y quiacutemicos
En los uacuteltimos antildeos se ha estudiado muchas pequentildeas moleacuteculas orgaacutenicas con el fin de
dar estabilidad y funcionalidad a las MNPs El aacutecido ciacutetrico es el ejemplo tiacutepico utilizado
para la magnetita Fe3O4 en el rango de 8 a 10 nm
Principales usos [73]
Las nanopartiacuteculas se aplican mediante la denominada nanotecnologiacutea
incremental para producir materiales avanzados con propiedades especiacuteficas a sus uso
gracias al cambio de propiedades de los materiales a escala nanomeacutetrica
Hoy en diacutea ya se estaacuten usando en los dispositivos de almacenamiento de datos (en paquetes
de nanopartiacuteculas) pero la capacidad de utilizar las nanopartiacuteculas individualmente
aumentariacutea la densidad de almacenamiento enormemente
Un punto cuaacutentico generalmente es una nanoestructura semiconductora que confina el
movimiento en las tres direcciones espaciales de los electrones de la banda de conduccioacuten
los huecos de la banda de valencia o excitones (pares de enlaces de electrones de conduccioacuten
de banda y huecos de banda de valencia) En el mundo macroscoacutepico los puntos cuaacutenticos
pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana o estar disueltos en un liacutequido Sin
embargo esa sustancia ha sido elaborada en el laboratorio partiendo de unos pocos aacutetomos
con teacutecnicas que manipulan la materia a escalas de nanoacutemetros Los puntos cuaacutenticos se
utilizan en
Optoelectroacutenica Con los puntos cuaacutenticos de materiales semiconductores como arseniuro
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de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos laacuteser emisores de luz maacutes eficientes que los
usados hoy en lectores de CD y de coacutedigos de barras
Biomedicina En forma de cristales independientes pero manteniendo su fundamento y sus
propiedades fiacutesicas Los puntos cuaacutenticos emiten luz brillante y muy estable Con ellos se
obtienen imaacutegenes de mucho contraste usando laacuteseres menos potentes y no existe el temor
de que se apaguen Ademaacutes la longitud de onda tan especiacutefica a la que brillan evita las
superposiciones y permite tentildeir a la vez muchas maacutes estructuras que con los meacutetodos de
tincioacuten tradicionales
Paneles solares experimentales La tercera generacioacuten de ceacutelulas fotovoltaicas usa entre
otras posibilidades las superficies con puntos cuaacutenticos El rendimiento es mayor que las
ceacutelulas de primera y segunda generacioacuten y su fabricacioacuten es maacutes econoacutemica Un punto
poliacutemero cuaacutentico funcionando podriacutea colocar eventualmente a la electricidad solar en
una posicioacuten econoacutemica igual a la electricidad del carboacuten Si esto pudiera hacerse seriacutea
revolucionario
Nuevos sistemas de iluminacioacuten con un rendimiento maacutes eficiente
Uno de los saltos tecnoloacutegicos en la nanotecnologiacutea de evolucioacuten (nanotecnologiacutea que trata
de construir nanopartiacuteculas que de forma individual realicen alguna funcioacuten especiacutefica uacutetil)
ha sido el desarrollo de nanopartiacuteculas simples que pueden funcionar como transistores
insertables modularmente en dispositivos electroacutenicos
Aplicaciones de las MNPs [73]
Aislamiento de ceacutelulas con MNPs Para una separacioacuten efectiva las ceacutelulas de intereacutes han
de ser etiquetadas con MNPs extriacutensecas para lograr el contrate suficiente de
susceptibilidad magneacutetica respecto a las otras ceacutelulas y al medio a excepcioacuten de la bacteria
magnetotaacutectica que contiene MNPs intriacutensecas en sus propias ceacutelulas que no necesitan
etiquetado
Extraccioacuten de proteiacutenas con MNPs El aislamiento y purificacioacuten de proteiacutenas
tradicionalmente se ha realizado mediante repeticioacuten de procesos como electroforesis
filtracioacuten centrifugacioacuten y cromatografiacutea hasta alcanzar una calidad miacutenima Para superar
sus limitaciones se han desarrollado teacutecnicas de separacioacuten mediante afinidad magneacutetica
intercambio ioacutenico e hidrofoacutebico Es evidente que en estos uacuteltimos procesos se obtendraacuten
mejores resultados con MNPs que con MMPs
Extraccioacuten de aacutecidos nucleacuteicos con MNPs La extraccioacuten de ADNARN estaacute siendo un
paso fundamental para estudios de diagnosis terapia y anaacutelisis geneacutetico La extraccioacuten de
aacutecidos nucleacuteicos en fase soacutelida magneacutetica comparada con los meacutetodos convencionales
ofrece claras ventajas tanto en tiempo de proceso como en requisitos quiacutemicos coste
econoacutemico y facilidad de automatizacioacuten
Las nanopartiacuteculas pueden interacturar con los organismos vivos [72]
En general en las
aplicaciones meacutedicas actuales basadas en nanopartiacuteculas eacutestas estaacuten destinadas a localizar
tipos especiacuteficos de ceacutelulas (normalmente ceacutelulas tumorales) y realicen alguna accioacuten
como eliminarlas o mostrarlas en una resolucioacuten muy alta para diagnosis
Una forma diferente de alcanzar el objetivo es incorporar el medicamento a nanopartiacuteculas
magneacuteticas de forma que puedan ser dirigidas y concentradas en el lugar objetivo
mediante un campo magneacutetico externo
En el tratamiento de tumores por hipertermia las nanopartiacuteculas magneacuteticas pueden elevar
la temperatura de las ceacuteluclas canceriacutegenas con el fin de eliminarlas
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712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita
Los ferrofluidos [74]
forman parte de una nueva clase de materiales magneacuteticos Estos
consisten en nanopartiacuteculas magneacuteticas coloidales dispersas y estabilizadas en un liacutequido
portador y que presentan propiedades de fluido y magneacuteticas por lo que son de gran
importancia tecnoloacutegica
Ciclo de histeacuteresis de ferrofluido de magnetita [74]
Para un ferrofluido a partir de
queroseno o de aceite comestible se observa que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es
directamente proporcional al aumento en la concentracioacuten de magnetita seguacuten graacuteficas de la
figura 31
En los preparados con queroseno se obtiene un rango de magnetizacioacuten especiacutefica entre 73 y
1337 emug y en los preparados con aceite comestible se obtiene un rango de 549 a 189
emug dependiendo de las concentraciones de magnetita de cada preparado Es interesante
observar el comportamiento de estos ferrofluidos al acercar un magneto como puede
comprobarse en la figura 32 El ferrofluido responde inmediatamente al acercarle un magneto
debido a la alineacioacuten de las partiacuteculas e incrementando la viscosidad del ferrofluido Este
vuelve a su estado inicial al retirar el magneto
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido
con magnetita a partir de queroseno (a) y con
aceite comestible (b)
Figura 32 Comportamiento de un
ferrofluido con un 21 de
magnetita y preparado en aceite
comestible
Actualmente entre sus aplicaciones se pueden mencionar algunas como sellos magneacuteticos en
motores como lubricantes en discos magneacuteticos instrumentos para memoria oacuteptica y
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giroscopios Otras aplicaciones son en instrumentos magneacuteticos como bocinas tintas
magneacuteticas para cheques bancarios unidades de refrigeracioacuten magneacutetica etc Los ferrofluidos
tambieacuten tienen aplicaciones en medicina como por ejemplo liberadores de medicinas para
restringir el flujo sanguiacuteneo en determinadas partes del cuerpo y actuacutean como material opaco
para el diagnoacutestico de imaacutegenes usando rayos X o resonancia magneacutetica nuclear
Una forma de obtener partiacuteculas de magnetita para posteriormente obtener un ferrofluido es a
traveacutes de la teacutecnica de coprecipitacioacuten quiacutemica [74]
que consiste en mezclar una solucioacuten de
cloruro feacuterrico (FeCl36H2O) y cloruro ferroso (FeCl24H2O) al 01 M con agitacioacuten mecaacutenica
a una velocidad de 2000 rpm La relacioacuten molar de FeCl3FeCl2 se obtiene constante con un
valor de 21
Esta solucioacuten se calienta hasta una temperatura de 70 oC inmediatamente se aumenta la
velocidad de agitacioacuten hasta 7500 rpm y se agrega raacutepidamente una solucioacuten de hidroacutexido de
amonio (NH4OH) al 10 en volumen formaacutendose instantaacuteneamente un precipitado oscuro
que son las nanopartiacuteculas de magnetita
Este precipitado ha de lavarse varias veces con agua destilada para eliminar los iones de Cl- y
el hidroacutexido de amonio remanente que inhiben la adsorcioacuten de las moleacuteculas del estabilizador
que se usaraacute para la preparacioacuten del ferrofluido Las nanopartiacuteculas de magnetita lavadas han
de mantenerse en suspensioacuten para facilitar su uso en la preparacioacuten del ferrofluido
Preparacioacuten de un ferrofluido con magnetita [74]
Se puede llevar a cabo mediante el
meacutetodo de peptizacioacuten Utilizando aacutecido oleico como surfactante queroseno o aceite
comestible como liacutequido portador y la magnetita en suspensioacuten como material magneacutetico En
primer lugar se prepara una solucioacuten de magnetitaaacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible
y se pone a calentar a 70 ndash 75 oC con agitacioacuten constante a 450 rpm hasta que se evapora el
agua residual que conteniacutea la magnetita y se forma una pasta (tiempo aproximado 6 horas)
Despueacutes se agrega una solucioacuten de aacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible hasta obtener
el ferrofluido estable (aprox 4 horas) a la misma temperatura y velocidad de agitacioacuten
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y
TAMANtildeOS
La siacutentesis en sistemas acuosos [3]
a temperaturas inferiores a 100 oC produce un fino
granulado (lt01 μm) de cristales cuacutebicos u octaeacutedricos redondeados Son ejemplos la
oxidacioacuten de soluciones Fe2+
a pH neutro viacutea verdiacuten y la precipitacioacuten directa de las
soluciones mezcla de Fe2+
Fe3+
a pH 4-6
La magnetita se puede obtener a partir de un proceso de siacutentesis basado en la adicioacuten de una
base a una disolucioacuten acuosa de sales feacuterricas y ferrosa [75]
La reaccioacuten se realiza mediante
i Se mezcla 40 ml de una disolucioacuten 1 moll de FeCl3 y 10 ml de otra disolucioacuten 2 moll de
FeCl2 y 2 moll de HCl
ii La mezcla se vierte poco a poco con una pipeta que llega hasta el fondo del recipiente en
500 ml de otra disolucioacuten 07 moll de NH4OH mientras esta uacuteltima se mantiene en
agitacioacuten mecaacutenica
iii Se mantiene la agitacioacuten durante 20 minutos y posteriormente se elimina el sobrenadante
mediante decantacioacuten magneacutetica
iv Una vez obtenidas las partiacuteculas de magnetita es necesario asegurara la estabilidad de las
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suspensiones en disolucioacuten acuosa Para ello hay que tener en cuenta que la estabilidad
depende del pH de la suspensioacuten con la que se va a trabajar
o Si el medio es baacutesico las partiacuteculas se dispersan en una disolucioacuten acuosa 1 moll de
hidroacutexido de tetrametilamonio
o Por el contrario si es aacutecido el precipitado obtenido despueacutes de la decantacioacuten
magneacutetica se dispersa en una disolucioacuten 2 moll de aacutecido percloacuterico
v Despueacutes la suspensioacuten de magnetita obtenida se centrifuga y se redispersa en agua
desionizada hasta alcanzar el pH final deseado en la suspensioacuten resultante
Una siacutentesis hidroteacutermica de magnetita [3]
habitualmente produce cristales octaeacutedricos
simples que pueden llegar a ser del orden de 10
nm como puede comprobarse en la figura 33 en
la que los cristales de magnetita se han
producido hidroteacutermicamente a 250 oC a partir
de una solucioacuten 001 M Fe2(SO4)3 en presencia
de 04 M trietanolamina 24 M NaOH y 085 M
N2H4
En presencia de mineralizadores como 01 M HI
o 2 M NH4Cl y a 0207 MPa y 416-800 oC la
magnetita crece en cristales cuyas formas son
combinacioacuten de roacutembico dodecaedro (formas
101) estando los cristales maacutes redondeados de
lo normal Con aacutecido foacutermico se pueden producir
cristales de 01-02 mm [3]
Figura 33 Cristales de magnetita
producidos hidroteacutermicamente a 250 oC
Una descomposicioacuten hidroteacutermica de quelatos Fe-TEA en presencia de hidracina (180 oC)
produce octaedros polidispersos microscoacutepicos Se pueden obtener esferas y octaedros
uniformes y de mayor tamantildeo (003-11 μm) si el verdiacuten se oxida con KNO3 a 90 oC y pH 6-
10
La magnetita obtenida a partir de Fe(OH)2 en una solucioacuten muy baacutesica forma cubos de mayor
tamantildeo que con verdiacuten a pH 85 forma pequentildeos y gruesos platos y que a partir de
soluciones FeIIFe
III a pH 13 cristaliza partiacuteculas de 5 nm La coagulacioacuten inicial de las
partiacuteculas primarias es seguida de una recristalizacioacuten de contacto dentro de los agregados
esfeacutericos Las esferas formadas cuando el Fe2+
se encuentra en exceso sobre el OH- a pH 12
forma cristales cuacutebicos
La magnetita producida por reduccioacuten seca de hematite mantiene la forma y tamantildeo de las
partiacuteculas originales de hematite obtenieacutendose magnetitas tanto esfeacutericas como en listones [3]
Las magnetitas sustituidas con metal (Mn Co Cu Ni) se obtienen a partir de ferrihidritas
sustituidas con metal a pH 12 son cuacutebicas y de 10 a 50 nm de grosor Las magnetitas que
crecen mediante una oxidacioacuten lenta de verdiacuten a pH 6 en presencia de fosfato 005-010
molmol se presentan en octaedros bien definidos con planos 111 suaves
La figura 34 [3]
(izquierda) muestra cristales redondeados de magnetita obtenida con una
lenta oxidacioacuten (150 diacuteas) de una solucioacuten 005 M FeCl2 a pH 117 y temperatura ambiente
mientras que la figura 34 (derecha) magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten de una
solucioacuten 05 M FeSO4 con KNO3 en 143 M KOH a 90 oC
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Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC
En la figura 35 puede verse una de las
fotografiacuteas obtenidas en un microscopio
electroacutenico de transmisioacuten de alta resolucioacuten
HREM (STEM Philips CM20) de las partiacuteculas
de magnetita sintetizadas se ha realizado un
histograma midiendo el diaacutemetro de
aproximadamente 250 partiacuteculas [75]
El diaacutemetro medio obtenido es de 111plusmn20
nm como muestra la figura 36 En dichas
fotografiacuteas tambieacuten se observa que la forma de
las partiacuteculas es aproximadamente esfeacuterica
Figura 35 Fotografiacutea HREM de
partiacuteculas de magnetita sintetizada
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita
Superficie especiacutefica Tambieacuten se determinoacute
[75] la superficie especiacutefica de estas partiacuteculas de
magnetita mediante absorcioacuten de N2 por el meacutetodo BET multipunto con un aparato
Quantasorb Jr Quantachrome (USA) El valor obtenido fue de 422 m2g
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Estructura cristalina La estructura de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas
mediante coprecipitacioacuten quiacutemica se
determina mediante difraccioacuten de rayos X
empleando el meacutetodo de Debye-Scherrer
Se adjunta un ejemplo (figura 37) [74]
en
el que se ha utilizado un difractoacutemetro
Siemens D-5000 usando radiacioacuten CuKα
(25 mA 35 kV) en un rango de medicioacuten
de 10 a 80 grados angulares en la escala
de 2θ con una velocidad de barrido de
002 grados angulares por segundo Se
observa la correspondencia entre ambos
espectros
Figura 37 Difractograma de rayos X de las
partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y
patroacuten de la magnetita (b)
Si el tamantildeo de partiacutecula y la distribucioacuten del tamantildeo de los cristales de magnetita son
similares la morfologiacutea del cristal afecta coercitivamente en el orden
esferasltcubosltoctaedros [3]
alineados con el incremento del nuacutemero de ejes magneacuteticos a lo
largo de estas series de formas Controlando las condiciones de precipitacioacuten y de ahiacute el
tamantildeo de la partiacutecula y su morfologiacutea se pueden producir magnetitas con rangos coercitivos
del orden de 24 a 20 kAm-1
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas que son uacutenicas debido a sus elementos estructurales y
funcionales tienen varias aplicaciones novedosas La popularidad y practicidad de los
materiales de nanopartiacuteculas crean la necesidad de un meacutetodo de siacutentesis que produzca
partiacuteculas de calidad en cantidades considerables En 2005 Yeary LW Ji-Won Moon
Love LJ Thompson JR y colaboradores [76]
describieron un meacutetodo que utiliza siacutentesis
bacterial para crear nanopartiacuteculas de magnetita Se incuboacute la cepa de la bacteria termofiacutelica
Thermoanaerobacter ethanolicus TOR-39 bajo condiciones anaeroacutebicas a 65ordmC durante dos
semanas en una solucioacuten acuosa que conteniacutea iones de Fe de un precursor de la magnetita
(akaganeita) Las partiacuteculas de magnetita se formaron fuera de las ceacutelulas bacterianas Se
verificoacute el tamantildeo y morfologiacutea de la partiacutecula mediante scattering de luz dinaacutemica
difraccioacuten de rayos X y microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten Los cristales teniacutean un
tamantildeo medio de 45 nm Se caracterizaron las propiedades magneacuteticas utilizando el
magnetoacutemetro SQUID y se observoacute una magnetizacioacuten de saturacioacuten de 77 emug a 5K
Estos resultados son comparables a aquellos obtenidos de nanopartiacuteculas de magnetita
sintetizada quiacutemicamente
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73 PRINCIPALES APLICACIONES
Las aplicaciones de la magnetita nanomeacutetrica son muy diversas distinguieacutendose entre
aquellas de origen natural yo bioloacutegico y las aplicaciones que el ser humano ha realizado A
continuacioacuten se exponen un conjunto de ambos tipos [77]
Un interesante tema entre bioacutelogos y naturalistas ha sido el de los meacutetodos de orientacioacuten de
especies como aves abejas tortugas y peces durante sus procesos migratorios Muchas clases
de ceacutelulas y especies animales pueden sintetizar sus propios cristales de magnetita
En efecto una de las bruacutejulas maacutes pequentildeas conocidas tiene lugar en las llamadas bacterias
magnetotaacutecticas que contienen del orden de medio centenar de nanopartiacuteculas de magnetita
con diaacutemetros de entre 20 y 150 nanoacutemetros que forman estructuras magneacuteticas de entre 1 y
3 microacutemetros de largo [55]
[78]
Estas estructuras se encuentran alineadas en el interior de las
ceacutelulas por medio de la accioacuten de una proteiacutena Es el caso por ejemplo de la
Magnetospirillium magnetotacticum [79]
Son amplios los estudios en este campo y muacuteltiples los reportes de identificacioacuten de
magnetita en los oacuterganos de diversas especies [80]
[81] [82]
En 1999 se informoacute el
descubrimiento de un oacutergano que podriacutea funcionar como una bruacutejula magneacutetica interna una
liacutenea de cristales de magnetita en la nariz de una especie de trucha [83]
Han sido de tal relevancia los hallazgos que hoy se cree que la magnetita es el material
universal usado por todas las especies de animales que pueden orientarse aunque persiste la
creencia en muchos investigadores de que los animales podriacutean tener maacutes de un oacutergano de
navegacioacuten [84]
Por otro lado en el campo de la cultura y los estudios en paleontologiacutea tambieacuten se ha
sugerido otra posibilidad muy llamativa Se trata de utilizar los resultados de estudios sobre
magnetitas en bacterias halladas en excavaciones y cuevas para determinar condiciones
ambientales temperaturas e incluso direcciones de los campos magneacuteticos terrestres en
eacutepocas ancestrales Esta posibilidad nace de un hecho interesante dado su caraacutecter
magneacutetico la magnetita que se usaba como pigmento en las pinturas rupestres puede retener
informacioacuten precisa sobre la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre en el momento en que
se grabaron por medio del proceso de ldquocongelamientordquo de los momentos magneacuteticos del
material durante el secado de las pinturas rupestres [85] [86] [87]
Otro aspecto en el que la magnetita ha tenido un papel altamente relevante es el relacionado
con estudios de oacutexidos de hierro en ambientes extraterrestres Hay numerosos reportes en los
que se devela la presencia de magnetita en Marte y otros lugares del sistema solar Se ha
encontrado incluso en el famoso meteorito ALH84001 y se ha relacionado su presencia con
foacutesiles de microorganismos como indicativo posible de la presencia de vida en el pasado en
Marte [88] [89] [90]
Otra de las uacutetiles aplicaciones actuales de los materiales ferrimagneacuteticos como la magnetita
corresponde a los ferrofluidos Dentro de los usos llamativos de los ferrofluidos se puede
citar su empleo en ejes de rotacioacuten de discos duros ayudando a mantener sellos de polvo en
los ejes y previniendo desperfectos y mal funcionamiento por contaminantes Tambieacuten se
usan en sistemas de sonido como bocinas y parlantes elementos que presentan vibracioacuten y
transformacioacuten de impulsos eleacutectricos en ondas sonoras Asiacute mismo como componentes de
amortiguamiento en motores dado que ciertas piezas pueden quedar suspendidas en el
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ferrofluido con cuyo uso se evita la necesidad de soportes y se disminuyen los efectos de
vibracioacuten por contactos directos entre partes del motor
Una aplicacioacuten muy valiosa para la industria y los procesos de reciclaje consiste en la
separacioacuten de metales de desperdicio Actualmente se emplean grandes tanques llenos con
ferrofluidos ante todo basados en magnetita en los que se sumergen los residuos de chatarra
metaacutelica de diferentes industrias La separacioacuten de los diferentes metales se logra
controlando la densidad (o la viscosidad) del ferrofluido por medio de la variacioacuten de la
temperatura y la aplicacioacuten de campos magneacuteticos de intensidad variable Con esto se logra
que trozos de diferentes metales floten en instantes distintos (dependiendo de la densidad del
ferrofluido) permitiendo su extraccioacuten y recuperacioacuten de manera diferenciada Tambieacuten se
ha implementado el uso de los ferrofuidos en sensores de aceleracioacuten o ldquoaceleroacutemetrosrdquo
dispositivos en los que se registran cambios en la posicioacuten de un imaacuten que levita sobre el
ferrofluido Ademaacutes presentan aplicaciones oacutepticas en cuanto exhiben propiedades como
birrefringencia magneacutetica y dicroiacutesmo con ellos se disentildean interruptores o switches oacutepticos y
obturadores Una maacutes es la posibilidad de usarlos en el campo de la seguridad bancaria al
emplearse en el desarrollo de tintas magneacuteticas lectores y medios de grabacioacuten magneacutetica
Como aplicaciones maacutes llamativas y sorprendentes en el creciente campo de la biomedicina
podemos citar diversos estudios sobre el uso de nanopartiacuteculas de magnetita como agente de
contraste en imaacutegenes de resonancia magneacutetica para efectos de diagnoacutestico meacutedico [91] [92]
y
como agente de transporte y dosificacioacuten eficaz de medicamentos en lo que en ingleacutes se
conoce como ldquodrug targeting deliveryrdquo [93]
En este caso el concepto consiste en generar
sistemas ldquointeligentesrdquo de dosificacioacuten con caracteriacutesticas especiales como la posibilidad de
controlar el desprendimiento de una droga ndasho cualquier sustancia activandash por medio de la
produccioacuten de un estiacutemulo externo tal como un cambio de temperatura o de pH
Generalmente la estructura de la sustancia que se aplica es del tipo core-shell consistente en
un nuacutecleo o core de material magneacutetico como magnetita y una corteza de recubrimiento o
shell de alguacuten poliacutemero biocompatible (termosensible y biodegradable) [94] [95] [96]
Por sus caracteriacutesticas biocompatibles la magnetita es quizaacute uno de los oacutexidos maacutes
empleados en aplicaciones biomeacutedicas El rasgo de ldquotermosensiblerdquo es muy importante si se
requiere controlar la zona o lugar de descarga y la cantidad de medicamento de acuerdo con
alguacuten patroacuten especiacutefico de dosificacioacuten Estos materiales ldquointeligentesrdquo se pueden guiar a las
ubicaciones deseadas por medio de campos magneacuteticos externos y luego generar un cambio
de temperatura aplicando un campo magneacutetico alterno en la zona afectada de forma que se
realice la liberacioacuten del medicamento De esta manera puede incrementarse de forma
sustancial la eficiencia en su transporte y al mismo tiempo disminuir efectos secundarios no
deseados por aplicacioacuten indiscriminada en otras porciones de tejido vecino [97] [98] [99]
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado en usos biomeacutedicos sobre animales en las que se
emplean partiacuteculas con nuacutecleos de oacutexidos con recubrimientos de azuacutecares para atacar algunos
tipos de caacutencer localizados Asiacute estas partiacuteculas ingresan en las ceacutelulas cancerosas y
mediante la aplicacioacuten de campos magneacuteticos alternos se induce hipertermia en la regioacuten
afectada aumentando la temperatura por unos minutos a unos 45 degC debido a la friccioacuten
generada por el movimiento de las partiacuteculas con la consecuente eliminacioacuten del tejido
afectado [100]
Cabe mencionar los trabajos maacutes recientes del Grupo de Magnetismo del Centro Atoacutemico de
Bariloche en Argentina en forma conjunta con la Facultad de Medicina de la Universidad de
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Buenos Aires Alliacute han avanzado en una teacutecnica para tratar el problema de desprendimiento
de retina La idea es insertar un imaacuten pequentildeo en la parte posterior del ojo afectado y luego
inyectar una solucioacuten de nanopartiacuteculas de magnetita que resultan atraiacutedas por el imaacuten y en
su trayectoria empujan la retina devolvieacutendola a su posicioacuten normal Este es un tratamiento
promisorio que ya se ha probado con eacutexito en animales estaacute en la fase inicial de la
experimentacioacuten en ojos humanos
Por otro lado uno de los aspectos maacutes recientes hacia los que se ha dirigido la atencioacuten es
que la magnetita ha resultado un excelente candidato para usos en el campo de la
espintroacutenica debido al alto grado de polarizacioacuten en una de las sub-bandas de espiacuten en el
nivel de Fermi a temperatura ambiente [101] [102] [103] [104]
brindando la posibilidad de obtener
corrientes de espines altamente polarizadas Este es un novedoso campo de la nanotecnologiacutea
relacionado con la dinaacutemica y procesos de transferencia de informacioacuten basados en el
transporte del espiacuten (en lugar de la carga eleacutectrica) de un sistema para disentildear dispositivos
funcionales Entre las motivaciones para trabajar en el campo de la espintroacutenica estaacute la
creciente demanda puacuteblica por incrementar cada vez maacutes la velocidad y disminuir el tamantildeo
de los dispositivos electroacutenicos ademaacutes entre los potenciales beneficios se cuenta la
posibilidad de desarrollar computadores en los que una uacutenica unidad se utilice como
dispositivo de coacutemputo y almacenamiento con menores niveles de consumo o aun maacutes la
posibilidad de disentildear dispositivos conceptualmente innovadores en los que se combinen las
prestaciones funcionales conocidas con algunas otras novedosas
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad
A pesar de que la magnetita nanomeacutetrica se utiliza en numerosos campos de investigacioacuten
como se veraacute posteriormente y eacutesta se puede adquirir por ejemplo en solucioacuten acuosa o de
tolueno faacutecilmente en el mercado en precios que oscilan entre los 150 a 350 euro5ml es
destacable la carencia de informacioacuten respecto a sus propiedades tanto fiacutesicas y quiacutemicas
como de estabilidad y reactividad como se puede comprobar en la tabla 13 A continuacioacuten
se lista algunos detalles de la ficha de datos de seguridad de una solucioacuten de nanopartiacuteculas
magnetitas de 10 nm de tamantildeo medio y de 5 mgmL en agua (Sigma-Aldrich 2012) [105]
con
las siguientes propiedades
concentration 5 mgmL in H2O
magnetization gt45 emugat 4500 Oe
avg part size 10 nm
particle size 9-11 nm (TEM)
density 0865 gmL at 25 degC
Composicioacuteninformacioacuten sobre los componentes
Mezclas
Sinoacutenimos Magnetic iron oxide nanocrystals
Formula Fe3O4
Peso molecular 23153 gmol
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Aldrich - 725358 Pagina 2 de 6
Componente Clasificacioacuten Concentracioacuten
Triiron tetraoxide
No CAS 1317-61-9 Skin Irrit 2 Eye Irrit 2 STOT
No CE 215-277-5 SE 3 H315 H319 H335 lt 10
Xi R363738
Propiedades Fiacutesicas y Quiacutemicas
Informacioacuten sobre propiedades fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas
a) Aspecto Estado fiacutesico liacutequido
b) Olor sin datos disponibles
c) Umbral olfativo sin datos disponibles
d) pH sin datos disponibles
e) Punto de fusioacuten punto de congelacioacuten
sin datos disponibles
f) Punto inicial de ebullicioacuten e intervalo de
ebullicioacuten sin datos disponibles
g) Punto de inflamacioacuten
sin datos disponibles
h) Tasa de evaporacioacuten
sin datos disponibles
i) Inflamabilidad (soacutelido gas)
sin datos disponibles
j) Inflamabilidad superiorinferior o liacutemites
explosivos sin datos disponibles
k) Presioacuten de vapor sin datos disponibles
l) Densidad de vapor sin datos disponibles
m) Densidad relativa sin datos disponibles
n) Solubilidad en agua
sin datos disponibles
o) Coeficiente de reparto n-octanolagua
sin datos disponibles
p) Temperatura de autoinflamacioacuten
sin datos disponibles
q) Temperatura de descomposicioacuten
sin datos disponibles
r) Viscosidad sin datos disponibles
s) Propiedades explosivas
sin datos disponibles
t) Propiedades comburentes
sin datos disponibles
Otra informacioacuten de seguridad
sin datos disponibles
Estabilidad y reactividad
Reactividad sin datos disponibles
Estabilidad quiacutemica sin datos disponibles
Posibilidad de reacciones peligrosas
sin datos disponibles
Condiciones que deben evitarse
sin datos disponibles
Materiales incompatibles
sin datos disponibles
Productos de descomposicioacuten peligrosos
Otros productos de descomposicioacuten
peligrosos sin datos disponibles
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012
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742 Diferencias en el Moacutedulo de Young
Moacutedulo de Young E o de elasticidad
longitudinal (Kester y col 1999) [106]
Se obtiene el moacutedulo de Young en
funcioacuten de la temperatura de oxidacioacuten
para la magnetita Fe3O4+δ Como se
presenta en la figura 38 eacuteste primero
decrece con la temperatura de
oxidacioacuten llegando a un miacutenimo a 150 oC y obtenieacutendose el maacuteximo a 230
oC
Y luego vuelve a decrecer hasta los 300 oC Al principio de la oxidacioacuten el
moacutedulo de Young es de 180 GPa para
la magnetita nanocristalina no
existiendo una influencia significativa
en presencia de Co o Mn a escala
nanomeacutetrica
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita
Fe3O4+δ
Se ha de recordar del apartado 634 Algunas Propiedades Baacutesicas que el moacutedulo de
Young de la magnetita cristalina simple Fe3O4 tiene valores acotados de 208 a 248 GPa
seguacuten la direccioacuten disminuyendo en presencia de Co o Mn
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas
Seguacuten Joseph L Kirschvink y colaboradores [1]
los cristales magnetosomas tienen alta
pureza quiacutemica Las magnetitas bacterianas tienden a ser de oacutexido de hierro bastante puro
con concentraciones no detectables del elemento titanio que estaacute presente tiacutepicamente en la
magnetita producida geoloacutegicamente
Por otra parte seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de 2001 [57]
mientras que algunas
partiacuteculas muestran bordes disueltos otras mantienen las caras cristalinas originales y todas
las partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente puras refirieacutendose a la magnetita biogeacutenica
humana
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas
Los cristales de magnetita formados dentro de las vesiacuteculas magnetosoacutemicas tienen aparte
de la pureza dos caracteriacutesticas principales que las distinguen de las magnetitas formadas en
procesos geoloacutegicos [1]
bull Cristalizacioacuten Las magnetitas inorgaacutenicas normalmente son pequentildeos cristales
octaeacutedricos a menudo con dislocaciones de mallado y otros defectos de cristal Sin
embargo los estudios utilizando el microscopio electroacutenico de alta resolucioacuten (HR-TEM)
revelan que las magnetitas bacterianas son cristales casi perfectos normalmente
alargados en la direccioacuten [111] La elongacioacuten de los cristales biogeacutenicos en la direccioacuten
[111] sirve para maximizar el momento magneacutetico neto de la partiacutecula y
presumiblemente es el resultado de la seleccioacuten natural de sus propiedades magneacuteticas
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Morfoloacutegicamente las partiacuteculas de magnetita en el cuerpo humano [57]
son similares a
aquellas observadas en la bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis magneacutetico de las muestras
de masa de tejido indica que las partiacuteculas se presentan generalmente en grupos que
interactuacutean magneacuteticamente
bull Tamantildeo de cristal Las magnetitas inorgaacutenicas tienden a tener distribuciones de tamantildeo
seguacuten la normal-logariacutetmica Sin embargo los cristales de magnetita bacteriana estaacuten
restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a 500 nm [1]
En concreto seguacuten Jing Yang y colaboradores [107]
los cristales de los magnetosomas son
tiacutepicamente 35-120 nm de largo que los hace de un solo dominio y por consiguiente
tienen el maacuteximo momento magneacutetico posible por unidad de volumen para una
composicioacuten dada
Seguacuten se indicoacute en el apartado 52 Biomineralizacioacuten de Magnetita en el Cuerpo Humano se
han encontrado dos morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas
extraiacutedas Los tamantildeos de grano eran bimodales
62 de los 70 cristales medidos (8857) se encontraban en el rango de 10 a 70 nm con un
tamantildeo medio de 334nm (sesgado hacia mayores debido al procedimiento de extraccioacuten) y
una amplia dispersioacuten de plusmn152 nm
8 de los 70 cristales (1143) teniacutean tamantildeos 90 a 200 nm
Las caracteriacutesticas citadas de las magnetitas biogeacutenicas son compartidas por los cristales de
magnetita extraiacutedos de la bacteria magnetotaacutectica y del salmoacuten y por algunas de las extraiacutedas
posteriormente de tejidos blandos del cerebro humano [1]
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha)
La figura 39 realiza una comparativa de imaacutegenes de Microscopiacutea Electroacutenica de Transicioacuten
de Alta Resolucioacuten (HR-TEM) de magnetitas bacteriana y humana Noacutetese las caras
correctamente expresadas 111 cubriendo ambas terminaciones de la partiacutecula Eacutesta es una
caracteriacutestica comuacuten de los cristales de magnetita formados dentro de vacuolas de membrana
de bicapa-liacutepida y se desconoce la magnetita geoloacutegica de este tamantildeo
Sin embargo tambieacuten hay diferencias La imagen HR-TEM de la magnetita bacteriana
muestra varias series de bordes de mallado del cristal (finas liacuteneas) que corresponden a tres
series de planos 111 espaciados una distancia de 48 Aring En el cristal de origen humano hay
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un patroacuten de bordes de mallado de dos 111 intersecando y uno 11 (48 Aring y 29 Aring
respectivamente) con un alargamiento de la partiacutecula en la direccioacuten [111]
En una revisioacuten [108]
de 2008 sobre la
formacioacuten de la magnetita bacteriana y su
aplicacioacuten Atsushi Arakaki y colaboradores
proponen la siguiente morfologiacutea (cubo-
octaedro) de cristal a partir de las imaacutegenes
de microscopiacutea electroacutenica de transicioacuten
realizadas de cristales de magnetita
extraiacutedos de la bacteria Magnetospirillum
magneticum AMB-1 (figura 40)
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M
magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b)
Imaacutegnes HRTEM observadas en el eje de la
zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las
partiacuteculas magneacuteticas
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75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K
La permitividad eleacutectrica compleja (εr = εrsquor - i εrsquorsquor) se ha medido [109]
para magnetitas de
tamantildeo nanomeacutetrico (muestras homogeacuteneas de 30 nm de tamantildeo) a 300 K para un intervalo
de frecuencias comprendido entre 100 Hz y 1 MHz
Como puede verse en la figura 41a la parte real de la
permitividad se mantiene praacutecticamente constante en
gran parte del intervalo de frecuencias aumentando
para frecuencias bajas y disminuyendo fuertemente
para frecuencias altas
Concretamente otros estudios de 2010 realizados por
Kong y colaboradores [110]
arrojan datos muy
inferiores de permitividad eleacutectrica εrsquor en magnetitas
de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm) a
temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 49 - 48
La conductividad de la magnetita nanomeacutetrica
permanece constante en la figura 41b aumentando
ligeramente al aumentar la frecuencia al final del
intervalo
No obstante estos resultados de conductividad son
muy inferiores a los obtenidos para magnetitas
micromeacutetricas 102 ndash 10
3 (Ωcm)
-1 [3] y maacutes
concretamente 25 103 Sm
[67] a 300K frente a 15
middot10-3
Sm en magnetitas nanomeacutetricas [109]
lo que
evidencia que la magnetita pasa a ser un
semiconductor en tamantildeos nanomeacutetricos
En la figura 41c la tangente de peacuterdidas disminuye
casi linealmente al aumentar la frecuencia
estabilizaacutendose a frecuencias elevadas
Los estudios mencionados anteriormente [59]
arrojan
datos muy similares para la tangente de peacuterdidas en
magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm)
a temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 034 - 022
Figura 41 Representaciones de las
variaciones de la parte real de la
permitividad (41a) la conductividad
(41b) y la tangente de peacuterdidas
eleacutectricas (41c) al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K
utilizando en ambos ejes escalas
logariacutetmicas
De los graacuteficos representados anteriormente se pueden tomar los siguientes valores (tabla 14)
de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas para diferentes oacuterdenes de magnitud de
frecuencias
ν (Hz) 102
103
104
105
106
εr 400 200 200 200 100
σ (Ωm)-1
14 middot10-3
15 middot10-3
15 middot10-3
16 middot10-3
60 middot10-3
tanδ 700 100 10 1 07
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias
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752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz
Estudios [109]
publicados en 2010 (figura 42)
muestran la variacioacuten de la constante
dieleacutectrica (parte real de la permitividad) de
muestras homogeacuteneas de magnetita de 30 nm
de tamantildeo al variar la temperatura de 200K a
300K para una frecuencia de 1 MHz
Como se observa al tomar escala logariacutetmica
en la representacioacuten de la constante dieleacutectrica
el valor aumenta de forma lineal con la
temperatura mostrando a 300K un valor
proacuteximo a 100 No obstante este valor soacutelo es
vaacutelido para la frecuencia de 1MHz y habraacute que
tener en cuenta otros valores dependiendo de la
frecuencia
Figura 42 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura
medida a 1 MHz
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz
La figura 43 muestra la variacioacuten de la
constante dieleacutectrica (parte real de la
permitividad) de muestras homogeacuteneas de
magnetita de 30 nm de tamantildeo al variar la
temperatura de 200K a 300K para una
frecuencia de 3906 Hz con campos
magneacuteticos nulo y de 05 teslas [109]
Como puede verse el valor de la constante
dieleacutectrica aumenta al aumentar el campo
magneacutetico de forma progresiva entre los 200
y los 230K y luego entre 230K y 300K
mantiene un cierto paralelismo respecto a los
valores sin campo magneacutetico
Figura 43 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica con la temperatura e influencia
de campo magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz
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754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T
La figura 44 muestra la representacioacuten de
las variaciones de la parte real de la
permitividad de las muestras de
magnetita de 30 nm al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K al
someter al material a un campo
magneacutetico de 0 y 05 teslas [109]
Como puede verse en dicha figura las
variaciones respecto a la existencia o no
de campo magneacutetico son miacutenimas
Cabe destacar el detalle del efecto
magnetocapacitativo MC en la figura 44
que mide precisamente la diferencia
relativa porcentual de la permitividad en
presencia de un campo magneacutetico
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica
con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K
MC () = 100 middot (εr (H=05T) - εr (H=0T) ) εr (H=0T)
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
761 Permeabilidad Magneacutetica
En la praacutectica considerando que las maacuteximas susceptibilidades auacuten de los materiales
magneacuteticos raras veces son mayores de 02 cgsu Por lo tanto los valores de la
permeabilidad son apreciablemente mayores que la unidad soacutelo en casos muy raros Por ello
el efecto de es muy ligero en general excepto en la magnetita concentrada ( ) [70]
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En la figura 45 se puede ver la curva de
primera imanacioacuten para una distribucioacuten de
magnetitas nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm
con una media de 111 nm de grosor
obtenida con un dispositivo DSM-8
Magnetosusceptometer (Francia) [75]
Los
datos de la curva de magnetizacioacuten se
pueden ajustar a la ley de Froumlhlisch-
Kennelly
M = χ
χ
Donde χi es la susceptibilidad magneacutetica
inicial (Hrarr0) y MS es la magnetizacioacuten de
saturacioacuten Los valores correspondientes al
mejor ajuste de los datos de la figura a la
ecuacioacuten anterior son
MS = 448plusmn9 kAm (1kAm=4π Oe -Oersted)
χi = 903 plusmn 012
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La
liacutenea corresponde a la ecuacioacuten de
Froumlhlisch-Kennelly
De este modo la permeabilidad magneacutetica inicial de las partiacuteculas de magnetita es
= 1+ χi = 1003 plusmn 012
Que es un valor muy superior al arriba indicado para magnetita no nanomeacutetrica
concentrada
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica
La magnetita en polvo tiene un
comportamiento tiacutepico de un material
superparamagneacutetico es decir con
cero coercitividad La figura 46
muestra el graacutefico del ciclo de
histeacuteresis de la magnetita en polvo con
una magnetizacioacuten especiacutefica de
saturacioacuten de 732 emug [74]
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en
polvo
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La figura 47 recoge la variacioacuten de la
magnetizacioacuten de muestras de
magnetita en funcioacuten del campo
magneacutetico medida a temperatura
ambiente [109]
Como se puede
observar la magnetizacioacuten se
incrementa al aumentar la intensidad
del campo magneacutetico aplicado hasta
alcanzar praacutecticamente el punto de
saturacioacuten cerca del campo maacuteximo
de plusmn1 Tesla
Cabe sentildealar que la magnetizacioacuten
maacutexima de estas muestras [109]
es
inferior a los valores encontrados en la
bibliografiacutea (~80 emug) [71]
como es
de esperar para partiacuteculas con un
tamantildeo menor que el del
monodominio (~70 nm)
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas
de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de
magnetita nanomeacutetrica de 30 nm
Ademaacutes y como se puede ver en el
detalle de la Figura 48 las partiacuteculas
de magnetita auacuten muestran un
pequentildeo campo coercitivo (HC) de
unos 20 Oe para muestras con un
tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm
Por otro lado mientras diferentes
simulaciones realizadas en 1995 [111]
(figura 49) de magnetitas muestran un
endurecimiento magneacutetico al
disminuir el tamantildeo de grano dese
1μm hasta 100 nm la figura 48 revela
una magnetizacioacuten suave para
magnetitas de 30nm lo que en
principio parece incoherente salvo si
se considera que mientras en la figura
49 van aumentando las propiedades de
dominio simple conforme disminuye
el tamantildeo de grano en la figura 49
con un tamantildeo de grano de magnetita
no biogeacutenica de 30nm se considera
que el material ha sobrepasado el
rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades
superparamagneacuteticas
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de
magnetita cuacutebica al aplicar un campo magneacutetico
en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes
tamantildeos (de izquierda a derecha 01μm 02 μm
05 μm 07 μm 10 μm)
Sin embargo los datos de permeabilidad magneacutetica de magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico
(entre 20 y 50 nm) tambieacuten se ha medido en unidades cgs [110]
a temperatura ambiente
(~300K) y a altas frecuencias (1 ndash 20 GHz) obtenieacutendose un valor de lo que
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infiere la peacuterdida del comportamiento magneacutetico a altas frecuencias frente a los datos
anteriores
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal
Las magnetitas inorgaacutenicas tienen propiedades magneacuteticas desde superparamagnetismo (en
partiacuteculas menores de 6 nm y hasta de 30 nm [75]
) a de dominio muacuteltiple en funcioacuten del
tamantildeo
En la siacutentesis de la magnetita por precipitacioacuten mezclando soluciones de FeCl24H2O y 7 M
de NH4OH a 80-90 oC se puede controlar el tamantildeo de la partiacutecula variando la concentracioacuten
del cloruro ferroso para obtener partiacuteculas del rango de 5 a 100 nm [112]
En la tabla 15 se
muestran los
resultados
experimentales a 5
K de coacutemo variacutean el
volumen de celda
unitaria la
temperatura de
transicioacuten magneacutetica
y la magnetizacioacuten
de saturacioacuten de la
magnetita para
distintas muestras
con tamantildeo desde
64 a 914 nm
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la
celda unitaria temperatura de transicioacuten magneacutetica y
magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4
A dicha temperatura la magnetizacioacuten es maacutexima para las partiacuteculas de 10 nm Se concluye [112]
que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es maacutexima para nanopartiacuteculas del orden de 10 nm
como puede observarse en la figura 50
Se ha de tener en cuenta que mientras que
las muestras M28 y M32 estaacuten en fase
sencilla las M34 y M37 de mayor tamantildeo
de grano contienen Fe2O3 como fase de
impureza (12 y 7 respectivamente)
Recientes investigaciones (CSIC 2012) [113]
han demostrado que la magnetita
conserva su orden ferrimagneacutetico
(imanacioacuten) estable con un espesor de tan
soacutelo 1 nm y al menos hasta 200 oC lo que
supone un avance para su posible uso en
espintroacutenica tecnologiacutea relacionada con el
almacenamiento y el tratamiento de la
informacioacuten Podriacutea tratarse del imaacuten
(oacutexido de hierro imantado) maacutes delgado
estudiado hasta la fecha
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del
campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica
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Para el caso de magnetitas biogeacutenicas es decir aquellas cuyo origen se encuentra en los seres
vivos a continuacioacuten se lista algunas caracteriacutesticas magneacuteticas de las magnetitas biogeacutenicas
en funcioacuten de su origen y tamantildeo
Los cristales de magnetita bacteriana estaacuten restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a
500 nm con formas que los confinan a un campo de estabilidad magneacutetica de dominio
simple
Los cristales de menor tamantildeo (lt 30 nm) tienen un dominio simple tambieacuten pero no
presentan en general estabilidad magneacutetica debido a la agitacioacuten teacutermica y presentan un
comportamiento superparamagneacutetico es decir no permanentemente magneacuteticos a
temperatura ambiente
Los cristales de mayor tamantildeo (gt 500 nm) muestran estructuras de dominio muacuteltiple
La mayoriacutea de los cristales de magnetosomas documentados en la literatura tienen un
rango de tamantildeo de 35ndash120 nm [114]
y estaacuten por encima de la franja de tamantildeo SPSSD
(SP = superparamagneacutetica SSD = magneto estable de dominio simple) para granos
individuales de magnetita cuacutebica esto es 25ndash30 nm [115]
aunque hay documentacioacuten por
ejemplo Aratoacute y colaboradores en 2005 [116]
de cristales de magnetosomas que caen bien
dentro de la regioacuten superparamagneacutetica ya que se reportoacute cristales de magnetosomas de
menos de 20 nm de longitud [117]
Seguacuten se representa en la figura 51 se ha combinado los estudios realizados [117]
para el
liacutemite de la zona SP a SSD (tiempo de relajacioacuten tm=60s y cadena alineada en
configuracioacuten lt111gt) con los modelos de Muxworthy amp Williams [118]
para el tamantildeo de
transicioacuten de SD a MD (multidominios)
Utilizando el formato de Butler amp Banerjee de 1975 [119]
se muestra la longitud (eje
longitudinal) mejor que el volumen frente a los diferentes ratios axiales de elongacioacuten
del grano (AR ejes transversallongitudinal o anchuralongitud) para cristales individuales
paralelepiacutepedos de magnetitas
El uso de la longitud facilita la comparacioacuten con Butler amp Banerjee [119]
pero la figura es
algo maacutes compleja de entender debido a que al movernos horizontalmente sobre la figura
el volumen del grano cambia esto es existe un cambio tanto de forma como de volumen
que contribuyen a la banda criacutetica De ahiacute que el tamantildeo de bloqueo crece con la
elongacioacuten Para granos que no interactuacutean existe un rango de tamantildeo de grano marcado
por dmin y dmax donde ambos estados SD y MD son posibles
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Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute
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8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
Durante deacutecadas los cientiacuteficos han intentado explicar coacutemo interacciona el campo
electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico auacuten cuando eacuteste no tenga energiacutea suficiente
como para ionizar un aacutetomo o inducir calor Soacutelo en el caso de la radiacioacuten ionizante se
evidencia rotundo acuerdo entre los cientiacuteficos acerca de los graves efectos bioloacutegicos que
provoca su exposicioacuten
Sistemas bioloacutegicos y campos electromagneacuteticos Las bases de la interaccioacuten
electromagneacutetica con un medio material fueron resueltas hace maacutes de un siglo a traveacutes de las
ecuaciones de Maxwell Sin embargo la aplicacioacuten de estas bases a un sistema bioloacutegico es
muy complicada debido a la extrema complejidad y muacuteltiples niveles de organizacioacuten de los
organismos vivos ademaacutes de la gran variedad de propiedades eleacutectricas de los tejidos
bioloacutegicos
Hoy diacutea no existe la menor duda de que los campos electromagneacuteticos afectan a los sistemas
bioloacutegicos ni de que los sistemas bioloacutegicos sean capaces de generar campos
electromagneacuteticos Las investigaciones en este sentido incluive ya estaacuten enfocadas en si los
sistemas bioloacutegicos son capaces de utilizar los campos electromagneacuteticos que generan con
alguacuten fin especiacutefico
No obstante muchas simulaciones sobre los efectos de los CEM en la cabeza humana la
simplifican aproximaacutendola a un dieleacutectrico con peacuterdidas pasando por alto cuestiones ya no
soacutelo caracteriacutesticas de los diferentes tejidos sino otras de tipo funcional como la
termorregulacioacuten o la emisioacuten de ondas cerebrales
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Cuando la termorregulacioacuten hace que la
temperatura no aumente cualquier efecto bioloacutegico se dice que es no teacutermico lo que
realmente es un efecto teacutermico enmascarado en el que el organismo lucha por mantener su
temperatura ya que la propia termorregulacioacuten es su efecto teacutermico
Como comparativa supongamos el caso de un vehiacuteculo con control de velocidad que se
programa a velocidad constante al subir una carretera inclinada la velocidad se mantiene
invariable pero el motor trabaja maacutes el consumo se dispara y los neumaacuteticos sufren mayor
desgaste Si el vehiacuteculo pierde la velocidad establecida es porque es incapaz de mantenerla a
pesar de sus recursos de regulacioacuten cineacutetica
Cuando en un ser vivo aumenta la temperatura tan soacutelo 1 oC se dice que tiene fiebre y lo que
se espera como causa probable es un golpe de calor o una enfermedad infecciosa Puesto que
los efectos maacutes evidentes de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos son los
teacutermicos y a diferencia con la materia inerte existen procesos termorreguladores se evidencia
la necesidad de investigarlos en profundidad coacutemo actuacutean frente a un efecto teacutermico
provocado por un campo electromagneacutetico y maacutes auacuten si son afectados funcionalmente por el
propio campo electromagneacutetico En este punto juega un papel fundamental el hipotaacutelamo
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82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS
Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MW) En relacioacuten a los efectos bioloacutegicos de las
radiofrecuencias y microondas muchos de los estudios experimentales publicados en revistas
y reuniones cientiacuteficas presentan el inconveniente de no proporcionar suficientes detalles
sobre las condiciones de exposicioacuten La mayoriacutea de los efectos citados en la literatura no se
relacionan directamente con enfermedades humanas o su relacioacuten es cuanto menos dudosa
debido a la falta de explicacioacuten y conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten En
cualquier caso es esencial entender que la falta de evidencia sobre posibles efectos adversos
para la salud no es igual a la evidencia de que no exista ninguacuten efecto De la misma forma es
imposible demostrar la inocuidad del campo electromagneacutetico por lo que la pregunta que
debemos hacernos no es si la radiacioacuten electromagneacutetica es inocua para la salud sino bajo
queacute niveles la ciencia no ha encontrado ninguacuten efecto nocivo y por tanto a la luz del
conocimiento cientiacutefico no producen efectos nocivos en la salud
El balance de los estudios disponibles no propone que los campos de RFMW causen caacutencer
u otras enfermedades aunque siacute exista alguna evidencia sobre efectos en las funciones
bioloacutegicas incluyendo las cerebrales que puedan ser inducidas por radiacioacuten de RFMW a
niveles comparables con los asociados a los habituales de la telefoniacutea moacutevil
Hasta el momento sin embargo no hay evidencia de que esos efectos bioloacutegicos desarrollen
riesgos para la salud No se sabe con absoluta seguridad cuaacuteles son los efectos de exposicioacuten
prolongada a campos de RFMW ni si son acumulativos
El resultado de un efecto acumulativo es sustancial en los efectos sobre la salud La larga
exposicioacuten acumulativa es el producto del tiempo y la exposicioacuten personal media como el
efecto de la radiacioacuten ionizante por ejemplo los rayos X que es acumulativo
Merece la pena destacar que los campos de RFMW modulados (mezclados con una sentildeal de
menor frecuencia) o pulsados (transmisioacuten a intervalos de tiempo muy pequentildeos) parece ser
que producen maacutes efectos
Claramente se necesitan maacutes estudios y anaacutelisis bien realizados independientes e
imparciales y asiacute conseguir un avance significativo en el conocimiento del comportamiento
los sistemas vivos que ademaacutes debe de ser difundido al puacuteblico en general Todo esto
implica la necesidad de invertir esfuerzos para poder realizar evaluaciones precisas de las
fuentes de campo electromagneacutetico maacutes habituales en nuestro entorno
Finalmente podemos decir que los efectos de la radiacioacuten de RFMW son soacutelo una amenaza
si la dosis de radiacioacuten es muy alta En el caso de la mayoriacutea de las fuentes de RFMW de
nuestro entorno habitual especialmente las correspondientes a la telefoniacutea moacutevil la dosis no
es alta La deteccioacuten de respuestas bioloacutegicas a exposiciones de bajo nivel requiere el disentildeo
de procedimientos de investigacioacuten muy sensibles lo que puede crear una gran posibilidad de
producir resultados contradictorios Estas investigaciones dependen fuertemente de la
habilidad y experiencia de los investigadores involucrados siendo necesario que los
resultados que se obtengan sean comparados con investigaciones bien estructuradas de
laboratorios independientes de equipos expertos
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Conflicto de intereses En 2010 [120]
Lotte E van Nierop Martin Roumloumlsli Matthias Egger y
Anke Hussa publicaron una actualizacioacuten de una revisioacuten sobre 59 estudios sobre los efectos
bioloacutegicos producidos por los moacuteviles publicados entre 1995 y 2005 y se detectoacute que los
estudios financiados por las industrias eran los menos propensos a reportar efectos de la
radiacioacuten de los moacuteviles sobre la salud Se actualizoacute con los estudios realizados de 2005 a
2009 extrayendo financiaciones conflictos de intereacutes y resultados De los 75 estudios
adicionales el 12 fueron financiados por la industria el 44 por las administraciones y el
19 de financiacioacuten mixta no estando clara la financiacioacuten en el 25 de ellos Los hallazgos
previos fueron confirmados los estudios financiados por la industria volvieron a ser los maacutes
reacios a reportar efectos en sus resultados Es interesante que la proporcioacuten de estudios
indicando efectos declinoacute en el periacuteodo de 1995 a 2009 independientemente de los fondos de
financiacioacuten Las fuentes de financiacioacuten y los conflictos de intereses son importantes en este
campo de investigacioacuten
Frecuencias bajas y muy bajas (ELF) En conjunto de la literatura disponible sobre
efectos bioloacutegicos de campos de ELF no se deducen resultados adversos sobre la salud Esto
significa que la preocupacioacuten puacuteblica sobre estos efectos no estaacute basada en pruebas
cientiacuteficamente establecidas
Por otro lado establecer tales pruebas es muy difiacutecil La falta de conexioacuten entre los
resultados experimentales (in vitro o in vivo) datos en humanos y los mecanismos de
interaccioacuten complica en gran manera las conclusiones Dada la complejidad de los
organismos vivos es muy difiacutecil aplicar el conocimiento de esas fuentes
Los estudios celulares dan un conocimiento de las alteraciones fisioloacutegicas potenciales a
nivel celular baacutesico debido a la exposicioacuten y otros efectos siendo necesario evaluar los
efectos sobre la salud humana de la exposicioacuten prolongada a campos de ELF
Sin embargo existe cierta dificultad para extrapolar evidencias de los estudios en animales a
otras especies aunque es plausible aceptar que ciertos efectos ocurridos en una especie
incrementa el indicio de que se puedan producir efectos similares en otras especies Muchas
de las evidencias experimentales justifican moderadamente una relacioacuten causal entre la
exposicioacuten a campos de ELF ambientales y cambios en la funcioacuten bioloacutegica Sin embargo la
falta de consistencia debilita la creencia de que esta asociacioacuten sea realmente debida a los
campos de ELF Por tanto no es posible de estudios experimentales demostrar la existencia
de ese riesgo
Soacutelo es posible probar que bajo ciertas condiciones de exposicioacuten existe un efecto Para
conseguir una posible prueba se necesitaraacute mejor control de la exposicioacuten a los campos de
ELF incluyendo efectos transitorios incrementar los estudios en animales y simular de
forma maacutes fiable los efectos en humanos reales y asimismo incrementar los estudios en
personas con incidencia directa en los efectos que podriacutean llevar a alteraciones de la salud
Aunque la evaluacioacuten de riesgos estaacute generalmente basada en datos experimentales de
sistemas bioloacutegicos es necesaria la consideracioacuten de posibles mecanismos por dos razones
baacutesicas
Los datos experimentales de efectos de campos de radiofrecuencia son inconsistentes y
fragmentados en muchos aspectos de manera que una comprensioacuten de los mecanismos
biofiacutesicos sobre los efectos estudiados puede ayudar a racionalizar y entender los datos
Es necesario extrapolar datos desde una condicioacuten de exposicioacuten a otras y para una
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extrapolacioacuten fiable es necesario un entendimiento de los mecanismos
Por lo tanto el conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten es esencial para identificar
procesos apropiados de dosimetriacutea para predecir las relaciones dosis-respuesta para disentildear
mejores experimentos y para servir de base para determinar si ciertos niveles de exposicioacuten
provocan dantildeos en los tejidos bioloacutegicos
Respecto a la exposicioacuten a radiacioacuten de ELF ocurre a distancias mucho menores que la
longitud de onda Esto tiene importantes implicaciones porque bajo tales condiciones se
tratan como componentes independientes La situacioacuten es sustancialmente diferente de la que
ocurre en la radiacioacuten a campos de RFMW en donde los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten
indisolublemente unidos Esta es la razoacuten por la que a estas frecuencias las investigaciones se
han centrado en los efectos de un campo o el otro
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La magnetita biogeacutenica se ha encontrado en muchos organismos desde bacterias a
vertebrados superiores incluyendo el cuerpo humano Donde se ha estudiado maacutes
ampliamente forma cristales de dominio simple (permanentemente magneacutetico) dentro de
vacuolas de bicapa-liacutepida denominadas magnetosomas a menudo alineadas
El hallazgo de cristales de magnetita (Fe3O4) en el cerebro humano ha sido uno de los
descubrimientos mineralogeneacuteticos maacutes importantes de la uacuteltima deacutecada J L Kirschvink
hizo puacuteblica en 1992 -mediante su ya trabajo claacutesico Magnetite biomineralization in the
human brain- la presencia en el cerebro humano de minerales de la familia de la magnetita-
maghemita cuyas morfologiacuteas y estructuras se asemejan a los precipitados por bacterias
magnetotaacutecticas No obstante posteriormente y a traveacutes del espectroscopio de Moumlssbauer se
demostroacute que la maghemita (Fe267O4 o bien γ-Fe2O3) no era sino uno de sus productos
tiacutepicos de oxidacioacuten Esta oxidacioacuten probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten
de las muestras
Se ha estimado que en la mayoriacutea de los tejidos del cerebro humano hay un miacutenimo de cinco
millones de cristales de magnetita por gramo y maacutes de 100 millones de cristales por gramo
para la piacutea y dura Si a esto le antildeadimos que los cristales de magnetita se encuentran en el
cerebro constituyendo grupos de entre 50 y 100 partiacuteculas parece evidente concluir que todo
cerebro humano estaacute caracterizado por unas determinadas propiedades magneacuteticas Como era
de esperar el descubrimiento de la magnetita en el cerebro ha hecho que la controversia
sobre los efectos generados por la exposicioacuten continuada de los seres vivos a determinados
campos eleacutectricos magneacuteticos o electromagneacuteticos se abriera de nuevo
Desde otra perspectiva de investigacioacuten se sabe por ejemplo que existe un sentido
magneacutetico en varias especies y que la base de este sentido y su papel determinante en los
desplazamientos migratorios se basa en la existencia de materiales ferri y ferromagneacuteticos
en el cerebro
El descubrimiento de la magnetita del cerebro no soacutelo ha supuesto un marco comuacuten de
investigacioacuten donde convergen distintas disciplinas cientiacuteficas (medicina mineralogiacutea fiacutesica
etceacutetera) sino que ha abierto nuevas liacuteneas para el estudio de los procesos de
biomineralizacioacuten y para comprender mejor determinados tipos de interacciones entre el
cerebro humano y el medio que nos rodea
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Existen indicadores de que tambieacuten hay en los tejidos partiacuteculas magneacuteticas agrupadas maacutes
grandes El origen de eacutestas permanece sin conocerse habieacutendose incluso afirmado
recientemente que praacutecticamente todo el hierro de un cerebro humano normal estaacute en la
ferritina Aunque de forma general el Fe se encontrariacutea bajo la forma de ferrihidrita (5Fe2O3
9H2O) se ha reportado que incluso dentro de la ferritina podriacutean crecer partiacuteculas de
magnetita y tambieacuten a partir de nuacutecleos con ferritina seguida de una disfuncioacuten celular Maacutes
concretamente anaacutelisis recientes de microscopiacutea electroacutenica de la ferritina de tejidos
afectados de la enfermedad de Alzheimer indican que se pueden formar oacutexidos de hierro
dentro de la proteiacutena relacionada con la patogeacutenesis
Existen varios caminos que conducen a la neurodegeneracioacuten Uno de estos es el dantildeo por
estreacutes oxidativo a traveacutes de la quiacutemica de Fenton La ferritina puede jugar un papel
importante en este proceso particularmente cuando las mutaciones o su desregulacioacuten
conducen a incapacitar la retencioacuten del hierro dentro de la ferritina El hierro que no es
retenido puede comenzar la produccioacuten de radicales libres en cantidades excesivas En la
enfermedad de Parkinsosn (PD) y en neuroferritinopatiacutea hay un defecto de cadenas L de
ferritina que puede disminuir en concentracioacuten (PD) o ser defectuosa (neuroferritinopatiacutea)
conduciendo hacia un exceso de hierro laacutebil En la enfermedad de Alzheimer (AD) hay un
suave incremento del ratio de las cadenas de ferritina HL En la paraacutelisis supranuclear
progresiva (PSP) parece ser muy diferente y caracterizada por un incremento importante de
la concentracioacuten total de hierro en el tejido afectado Desafortunadamente no se conocen
datos hasta la fecha sobre cualquier cambio en la ferritina que pueda concernir tanto al ratio
de las cadenas de ferritina HL como a la estructura del nuacutecleo de hierro
84 LA MAGNETITA MINERAL
La magnetita mineral conocido desde la antiguumledad debido a su propiedad magneacutetica como
oacutexido de hierro es un material comuacuten en la naturaleza
Su magnetismo y comportamiento como semiconductor eleacutectrico viene derivado de la
estructura de sus aacutetomos constituyentes y estaacute perfectamente definida tanto su estructura
molecular Fe3O4 como la de su celda unitaria cuacutebica centrada en caras constituida por 8
moleacuteculas Habitualmente cristaliza formando octaedros si bien puede presentarse formando
cubos e incluso formas maacutes redondeadas y alargadas dependiendo del tamantildeo y proceso de
siacutentesis del cristal
Hoy en diacutea existen diferentes meacutetodos artificiales para sintetizar magnetita nanomeacutetrica
siendo los maacutes comunes los de coprecipitacioacuten quiacutemica Aunque la magnetita
estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05 frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica
debido a un submallado de FeIII
con deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede
tambieacuten ser reemplazado parcial o completamente por otros iones divalentes como el MnII
NiII Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
En cuanto a las propiedades eleacutectricas la magnetita es un semiconductor aunque por debajo
de los 119K (temperatura de transicioacuten de Verwey) es aislante Conforme aumenta la
temperatura aumenta tambieacuten la conductividad hasta aproximadamente los 400K luego
disminuye y finalmente se estabiliza a los 859K con un valor proacuteximo a los 200 (Ω cm)-1
La
conductividad presenta anisotropiacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten e isotropiacutea por
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encima de la misma es decir a temperatura ambiente es isotroacutepica
Respecto a las propiedades magneacuteticas la magnetita es paramagneacutetica a temperaturas
superiores a la Temperatura de Curie (Tc = 859 oK) siendo ferrimagneacutetica por debajo de la
misma En la propiedad ferrimagneacutetica aunque existe antiparalelismo tiene un momento
magneacutetico resultante Ademaacutes existe una direccioacuten preferente de magnetizacioacuten a lo largo de
la direccioacuten [111] presentando anisotropiacutea a temperatura ambiente La susceptibilidad
magneacutetica de la magnetita variacutea con la temperatura tomando valores proacuteximos a 002 para
900K y 001 para 1000K es decir valores positivos pero pequentildeos comparados con la
unidad
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
La geacutenesis bioloacutegica de la magnetita es decir la magnetita generada por los seres vivos no la
fabrica sino a escala nanomeacutetrica y sus propiedades auacuten en estudio pueden diferir de la
magnetita de mayor tamantildeo Por ejemplo el moacutedulo de elasticidad o de Young de la magnetita
es de 225 GPa frente a los soacutelo 180 GPa para la magnetita nanocristalina su grado de pureza
es mayor en nanocristales biogeacutenicos y su comportamiento magneacutetico puede pasar de ser
ferrimagneacutetico a superparamagneacutetico (una combinacioacuten de ferromagneacutetico y paramagneacutetico)
cuando su tamantildeo es nanomeacutetrico
La magnetita nanomeacutetrica tiene como principales ventajas frente a otras nanopartiacuteculas
magneacuteticas su alta magnetizacioacuten de saturacioacuten y estabilidad quiacutemica a las que hay que
antildeadir sus caracteriacutesticas biocompatibles lo que convierte en un verdadero foco de atencioacuten
en investigacioacuten aflorando multitud de aplicaciones tanto a nivel industrial como tecnoloacutegico
y de biomedicina y pudiendo surgir nuevos retos como la investigacioacuten de la interaccioacuten de
los campos electromagneacuteticos y la magnetita nanomeacutetrica ubicada en los seres vivos
En cuanto a las propiedades eleacutectricas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico se ha tabulado
las variaciones de la permitividad la conductividad y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas a
330K de 100 Hz y 1 MHz La permitividad tambieacuten variacutea con la temperatura y con el campo
magneacutetico habieacutendose documentado varios trabajos al respecto
Finalmente en el capiacutetulo dedicado a las propiedades magneacuteticas se ha evidenciado por
ejemplo que mientras que la bibliografiacutea aporta valores para la permeabilidad magneacutetica de
para magnetita no nanomeacutetrica concentrada para una distribucioacuten de magnetitas
nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm con una media de 111 nm de grosor la permeabilidad
magneacutetica inicial registrada es de 1003
Es interesante comprobar que incluso a nivel nanomeacutetrico la magnetita tiene propiedades que
variacutean en funcioacuten del tamantildeo de la partiacutecula como la magnetizacioacuten de saturacioacuten
habieacutendose comprobado en 2012 que la magnetita nanomeacutetrica puede mantener estables sus
propiedades magneacuteticas incluso en partiacuteculas de tan soacutelo 1 nm de grosor
No obstante otros ciclos de histeacuteresis reportados indican que mientras que la magnetita en
polvo tiene un comportamiento superparamagneacutetico las partiacuteculas de magnetita auacuten muestran
un pequentildeo campo coercitivo (HC) de unos 20 Oe (1kAm=4π Oe -Oersted) para muestras con
un tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm Por otro lado diferentes simulaciones de magnetitas
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muestran un endurecimiento magneacutetico al disminuir el tamantildeo de grano dese 1μm hasta 100
nm
La explicacioacuten de lo anterior podriacutea ser el aumento de las propiedades de dominio simple
conforme disminuye el tamantildeo de grano hasta que con un tamantildeo de grano de magnetita no
biogeacutenica de 30nm el material habriacutea sobrepasado el rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades superparamagneacuteticas
La clasificacioacuten del comportamiento magneacutetico de las nanopartiacuteculas de magnetita sinteacutetica
difiere tambieacuten de la reportada para magnetitas nanomeacutetricas de origen biogeacutenico en que un
cristal de proporcioacuten cuacutebica (no alargado) de 70 nm es SSD+MD (SSD = magneto estable de
dominio simple MD = multidominio) mientras que los de 30 nm sigue siendo de dominio
simple Asiacute pues el origen de la magnetita tambieacuten puede ser un paraacutemetro diferencial de
algunas de sus propiedades magneacuteticas
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9 FUTUROS TRABAJOS
En este trabajo de investigacioacuten se ha partido de tres aacutereas diferentes
En primer lugar se atiende a los campos electromagneacuteticos sus efectos bioloacutegicos y los
meacutetodos de compensacioacuten de calor de que dispone el cuerpo humano Este aacuterea es
interesante porque indica coacutemo pueden afectar los campos electromagneacuteticos a los seres
vivos auacuten sin tenerse en cuenta la presencia de materiales magneacuteticos
Este aacuterea tiene un amplio abanico de investigaciones pendientes Cada vez son maacutes las
aplicaciones que se realizan y que emiten campos electromagneacuteticos con diferentes
objetivos En el campo de las directrices en cuanto a radiacioacuten es previsible que con el
avance de las investigaciones eacutestas lleguen a tener en cuenta no soacutelo los efectos teacutermicos y
de variaciones conductuales en los animales sino otros efectos de caraacutecter fisioloacutegico Por
ejemplo el hecho de que el cuerpo humano no aumente su temperatura frente a un campo
electromagneacutetico no significa que el hipotaacutelamo no esteacute trabajando para que asiacute sea
Por otro lado y en segundo lugar los estudios de Kirschvink en 1992 demostraron la
presencia de magnetita en el ser humano Este punto se ha desarrollado partiendo de la
magnetita que se haya podido detectar en otros organismos y finaliza presentando los
uacuteltimos descubrimientos acerca de las conexiones entre las concentraciones de hierro en el
cuerpo humano y las enfermedades neurodegenerativas
Respecto a este aacuterea queda mucho por investigar Sirvan de ejemplo la definicioacuten de las
relaciones exactas entre la ferritina y la biomineralizacioacuten de la magnetita en el cuerpo
humano o la definicioacuten de las funciones de la magnetita en el cerebro Sin embargo es un
aacuterea que a priori escapa a una investigacioacuten basada en las tecnologiacuteas industriales
En tercer lugar este trabajo recopila las caracteriacutesticas generales y propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas de la magnetita Sin embargo al constatarse el tamantildeo nanomeacutetrico de los
cristales de magnetita encontrados en el cuerpo humano se hace necesaria la investigacioacuten
de las nanopartiacuteculas magneacuteticas y maacutes concretamente de las caracteriacutesticas y propiedades
eleacutectricas y magneacuteticas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico
Dentro de este aacuterea de investigacioacuten se encauza el presente trabajo de investigacioacuten dentro
de las tecnologiacuteas industriales a traveacutes de la simulacioacuten del comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica de caracteriacutesticas similares a las detectadas en el cuerpo humano
No obstante para ello seriacutea necesario todaviacutea resolver algunas definiciones como son
Se han extraiacutedo los valores de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas
eleacutectricas de la magnetita nanomeacutetrica para diferentes oacuterdenes de frecuencias (de 102 a 10
6
Hz) Sin embargo queda pendiente su homoacutelogo en cuanto a propiedades magneacuteticas
(permeabilidad magneacutetica y tangente de peacuterdidas)
Se ha de revisar si hay otras propiedades que puedan afectar al comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica A modo de ejemplos la magnetoestriccioacuten o inclusive
comportamientos derivados de la teoriacutea cuaacutentica Es probable que la respuesta sea negativa
precisamente en estos dos casos por ejemplo un cristal cuacutebico de unos 30 nm de arista
estariacutea conteniendo unas 36 celdas unitarias de magnetita por arista lo que lleva a 46656
celdas dentro del cristal Puesto que cada celda contiene 8 moleacuteculas de Fe3O4 finalmente
se tendriacutean unos 2612736 aacutetomos de Fe y O cifra muy superior a la habitual en teoriacutea
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cuaacutentica No obstante una revisioacuten maacutes completa de eacutestas y otras propiedades es
aconsejable
Es muy interesante definir el comportamiento teacutermico de la magnetita nanomeacutetrica Por
ejemplo su calor especiacutefico junto con las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas podriacutean
concluir en una simulacioacuten frente a un campo electromagneacutetico en la generacioacuten de un
aumento de temperatura de orden nanomeacutetrico (nanoclima) Si esto se comprobara en
primer lugar y luego se confirmara podriacutea tener serias repercusiones en cuanto a la
concepcioacuten actual de los efectos de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos ya
que un aumento de temperatura en un espacio nanomeacutetrico podriacutea catalizar reacciones
bioquiacutemicas no previstas
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II
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas 62
534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones 63
6 LA MAGNETITA MINERAL 67
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL 67
62 DEFINICIOacuteN 68
63 PROPIEDADES GENERALES 69
631 La Moleacutecula de la Magnetita 69
632 La Celda Unitaria de la Magnetita 69
633 Cristalizacioacuten 71
634 Algunas Propiedades Baacutesicas 71
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral 73
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 73
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas 73
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura 75
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica 76
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 77
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo 77
652 Tipos de Magnetismo 78
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita 79
654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura 80
7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 81
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS 81
711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas 82
712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita 85
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y TAMANtildeOS 86
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica 89
73 PRINCIPALES APLICACIONES 90
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES 92
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad 92
742 Diferencias en el Moacutedulo de Young 94
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas 94
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas 94
75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS 97
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K 97
752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz 98
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz 98
754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T 99
III
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 99
761 Permeabilidad Magneacutetica 99
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica 100
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal 102
8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN 105
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 105
82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 106
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 108
84 LA MAGNETITA MINERAL 109
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 110
9 FUTUROS TRABAJOS 113
10 REFERENCIAS 115
IV
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global 2
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro 3
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica 4
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos 5
Figura 5 Radiacioacuten gamma 10
Figura 6 Partiacutecula alfa 10
Figura 7 Partiacuteculas beta 10
Figura 8 Partes de una ceacutelula 18
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
18
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena 21
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico 23
Figura 12 Efecto Compton 24
Figura 13 Produccioacuten de pares 24
Figura 14 Modelo de cabeza humana del Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda) plano
coronal y leyenda (abajo-derecha) 48
Figura 15 Magnetosoma de la bacteria magnetotaacutectica 51
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de magnetita
y maghemita del cerebelo humano 55
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano 56
Figura 18 Escaacutener de microscopio de fuerza magneacutetica (MEM) de material de placa de
hipocampo humano mostrando una respuesta magneacutetica dipolar 61
Figura 19 Magnetitas 68
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y 2
tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro 69
Figura 21 Estructura del grupo de la espinela 69
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada en caras 70
Figura 23 Celda unitaria de la magnetita 70
Figura 24 Octaedro 71
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble 71
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica de la magnetita con la temperatura 76
V
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita a bajas temperaturas 76
Figura 28 Isotropiacutea de la conductividad de la magnetita a temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la temperatura de transicioacuten 76
Figura 29 Tipos de magnetismo 78
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar 1χmol en funcioacuten de la temperatura
para MnFe2O4 y Fe3O4 80
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido con magnetita a partir de queroseno (a) y
con aceite comestible (b) 85
Figura 32 Comportamiento de un ferrofluido con un 21 de magnetita y preparado en
aceite comestible 85
Figura 33 Cristales de magnetita producidos hidroteacutermicamente a 250 oC 87
Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC 88
Figura 35 Fotografiacutea HREM de partiacuteculas de magnetita sintetizada 88
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita 88
Figura 37 Difractograma de rayos X de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y patroacuten
de la magnetita (b) 89
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita Fe3O4+δ 94
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha) 95
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b) Imaacutegnes
HRTEM observadas en el eje de la zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las partiacuteculas
magneacuteticas 96
Figura 41 Representaciones de las variaciones de la parte real de la permitividad (41a) la
conductividad (41b) y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas (41c) al variar la frecuencia
de 102
a 106 Hz a una temperatura constante de 300K utilizando en ambos ejes
escalas logariacutetmicas 97
Figura 42 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura medida a 1
MHz 98
Figura 43 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la temperatura e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz 98
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K 99
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La liacutenea
corresponde a la ecuacioacuten de Froumlhlisch-Kennelly 100
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en polvo 100
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe 101
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de magnetita nanomeacutetrica de 30 nm 101
VI
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de magnetita cuacutebica al aplicar un campo
magneacutetico en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes tamantildeos (de izquierda a
derecha 01μm 02 μm 05 μm 07 μm 10 μm) 101
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica 102
Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute 104
VII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro 3
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell 6
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos 7
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM
guidelines Health Physics 74 494-522 (1998) 14
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa) 16
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos 26
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida 28
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex cerebral y
el cerebelo de cada cerebro 53
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las concentraciones
de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal 59
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano 59
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control 64
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras
cerebrales 66
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012 93
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias 97
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la celda unitaria
temperatura de transicioacuten magneacutetica y magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4 102
IX
OBJETIVO Y RESUMEN
El presente trabajo de investigacioacuten tiene como objetivo la recopilacioacuten de informacioacuten que
sirva para determinar en trabajos posteriores las probabilidades si es que las hay de que la
exposicioacuten a un campo electromagneacutetico actualmente permitido y evaluado como inofensivo
para el cuerpo humano pueda tener alguacuten efecto cuando se tiene en cuenta la presencia de
magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico Por ejemplo el efecto de la generacioacuten de un nano-clima
podriacutea tener consecuencias graves en cuanto a desencadenante de reacciones quiacutemicas
bioloacutegicas
Para ello se introduce en primer lugar dentro de la exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos
en los seres vivos algunas de las aplicaciones que pueden afectar a los tejidos bioloacutegicos una visioacuten desde la Organizacioacuten Mundial de la Salud acerca de la normativa vigente y seguridad en materia de radiacioacuten no ionizante y una revisioacuten de los materiales bioloacutegicos a tener en cuenta
junto con algunos ejemplos de simulaciones
A continuacioacuten se realiza una recopilacioacuten de los efectos bioloacutegicos detectados como
consecuencia de la exposicioacuten a los diferentes campos electromagneacuteticos tanto ionizantes
como no ionizantes distinguieacutendose entre efectos teacutermicos ateacutermicos y no teacutermicos y una
aproximacioacuten a los meacutetodos de compensacioacuten del calentamiento de los que dispone el cuerpo
humano y que pueden estar apantallando algunos de los efectos bioloacutegicos pero tambieacuten
pudiendo provocar sobreesfuerzos en otras zonas como el hipotaacutelamo
Posteriormente se expone la presencia de magnetita en los seres vivos (magnetita biogeacutenica) y
en el cuerpo humano y la relacioacuten encontrada entre algunas enfermedades neurodegenerativas
(Parkinson Alzheimer paraacutelisis supranuclear progresiva y neuroferritinopatiacutea) y las
concentraciones de hierro en el organismo
A partir de lo anterior y habiendo introducido en primer lugar la magnetita como uno de entre
los dieciseacuteis oacutexidos hidroacutexidos y oacutexido-hidroacutexidos de hierro presentes en la naturaleza el
trabajo se centra en determinar las principales propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la magnetita
incidiendo en las caracteriacutesticas de su moleacutecula celda unitaria y propiedades cristalograacuteficas y
en las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Finalmente puesto que la magnetita biogeacutenica hallada es en su mayoriacutea de tamantildeo
nanomeacutetrico resulta imprescindible centrar la atencioacuten en las nanopartiacuteculas de magnetita
para seguidamente incidir sobre sus procesos de siacutentesis sus principales usos y aplicaciones
principales caracteriacutesticas y propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Paacutegina 1 de 124
1 INTRODUCCIOacuteN
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son no magneacuteticos
(diamagneacuteticos y paramagneacuteticos) Sin embargo tambieacuten existen materiales ferromagneacuteticos
como la magnetita (Fe3O4) que podriacutea interactuar hasta un milloacuten de veces maacutes frente a un
campo magneacutetico externo En 1992 Kirschivink y colaboradores [1][2]
identifican la presencia
de minerales magneacuteticos presumiblemente magnetita y maghemita en el cerebro del cuerpo
humano Es por ello que se ha incluido en primer lugar a modo de introduccioacuten en el apartado
11 unas nociones baacutesicas acerca de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro su ubicacioacuten en el
sistema global y su intereacutes multidisciplinar
Ante este hallazgo ha surgido repetidamente en el transcurso de los antildeos la pregunta de si los
diferentes campos electromagneacuteticos a los que se expone el cuerpo humano pueden afectar de
alguna manera a los cristales de magnetita que pudieran encontrarse en el cuerpo humano y
provocar asiacute efectos no necesariamente nocivos en el organismo Es por ello que en la
presente introduccioacuten se ha incluido una informacioacuten baacutesica de campos electromagneacuteticos y
dosimetriacutea (apartado 12) Como se veraacute maacutes adelante las relaciones encontradas entre
algunas enfermedades neurodegenerativas y las concentraciones de Fe en el cuerpo humano
son cuanto menos inquietantes
Finalmente se ha de tener en cuenta que las muestras de magnetita encontradas en los
organismos y en el cuerpo humano tienen en general tamantildeo nanomeacutetrico Como se veraacute maacutes
adelante muchos materiales cambian sus caracteriacutesticas al reducir su tamantildeo hasta esta escala
nanomeacutetrica Ello representa un reto antildeadido ya que es la razoacuten por la que tambieacuten resultaraacute
imprescindible una introspeccioacuten en el campo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO
Son compuestos comunes en la naturaleza y disponibles en el laboratorio Estaacuten presentes en
casi todas las partes del sistema global atmoacutesfera pedosfera biosfera hidrosfera y litosfera
y participan en las interrelaciones entre ellas
La figura 1 [3]
esquematiza la localizacioacuten de los oacutexidos de hierro en la Tierra a partir de
menas rocas y el agua
Paacutegina 2 de 124
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global
Inicialmente la formacioacuten de oacutexidos de FeIII
se relacionaba predominantemente con las rocas
magmaacuteticas tanto en ambiente terrestre como marino Luego se han de tener en cuenta los
procesos de redistribucioacuten entre los subsistemas del sistema global que incluyen el
transporte mecaacutenico a traveacutes de la erosioacuten del aire y del agua desde la pedosfera hacia la
hidrosfera y la atmoacutesfera y lo que es maacutes importante la disolucioacuten de FeII y precipitacioacuten
oxidativa en otro subsistema
La formacioacuten de minerales de hierro y la precipitacioacuten de oacutexidos de hierro en biologiacutea son
ejemplos importantes de redistribucioacuten El ser humano participa en estos procesos no soacutelo
como organismo vivo sino tambieacuten como un consumidor del metal de hierro y sus oacutexidos
para diferentes propoacutesitos El resultado general de todos estos procesos es un incremento de
la presencia de oacutexidos de hierro en el sistema global a expensas de las rocas magmaacuteticas
primarias
La consecuencia loacutegica de la amplia distribucioacuten de los oacutexidos de hierro es que muchas
disciplinas diferentes se han interesado en ellos En la figura 2 se esquematiza la naturaleza
multidisciplinar de las investigaciones que se han realizado sobre los oacutexidos de hierro
Paacutegina 3 de 124
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro
Hay 16 oacutexidos de hierro [3]
los cuales pueden ser oacutexidos hidroacutexidos u oacutexido-hidroacutexidos
aunque de forma geneacuterica se les llama oacutexidos de hierro los cuales se han listado en la tabla 1
Los oacutexidos de hierro estaacuten compuestos de Fe junto con O yo OH La mayoriacutea de los
compuestos de hierro estaacuten en estado trivalente Tres compuestos entre ellos la magnetita
contienen FeII Los oacutexidos de hierro constituyen paquetes cerrados de aniones (normalmente
en configuracioacuten hexagonal o cuacutebica) cuyos huecos se llenan parcialmente con Fe divalente o
trivalente predominantemente en configuracioacuten octaeacutedrica y en algunos casos tetraeacutedrica
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro
Paacutegina 4 de 124
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA
Los campos electromagneacuteticos son una combinacioacuten de campos de fuerza eleacutectricos y
magneacuteticos Tienen lugar tanto de forma natural como debido a la actividad humana [4]
La
figura 3 representa la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica a lo largo de una direccioacuten de
propagacioacuten al tiempo que los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten en fase es decir toman
valores extremos y valores nulos al mismo tiempo
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica
En el medio en que vivimos hay campos electromagneacuteticos en todo lugar y tiempo pero son
invisibles para el ojo humano Por ejemplo los campos eleacutectricos se producen por
acumulacioacuten de cargas eleacutectricas en determinadas zonas de la atmoacutesfera por efecto de las
tormentas mientras que el campo magneacutetico terrestre provoca la orientacioacuten de las agujas de
los compases en direccioacuten norte-sur y paacutejaros y peces lo utilizan para orientarse La figura 4
muestra para un espectro electromagneacutetico a diferentes frecuencias y loacutegicamente de
longitudes de onda la penetracioacuten de los campos electromagneacuteticos en la atmoacutesfera asiacute como
la temperatura en Kelvin y grados Celsius a la que los cuerpos emiten la onda maacutes
intensamente
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Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos
Ademaacutes de las fuentes naturales en el espectro electromagneacutetico hay fuentes artificiales Por
ejemplo para diagnosticar la rotura de un hueso se utilizan los rayos X el suministro
eleacutectrico lleva asociados campos electromagneacuteticos de frecuencia baja y se usan diferentes
tipos de ondas de radio de frecuencia maacutes alta para transmitir informacioacuten ya sea por medio
de antenas de televisioacuten estaciones de radio o estaciones base de telefoniacutea moacutevil
Consideremos ahora el ejemplo de la exposicioacuten a la radiacioacuten solar El Sol da calor y luz
que puede provocar quemaduras si la exposicioacuten es suficientemente prolongada (efecto del
tiempo de exposicioacuten) para que la melanina no pueda protegernos (la melanina es un
pigmento que da al pelo y a la piel su color y que nos protege frente a las radiaciones
ultravioleta ndashUV- y visible) Podemos controlar sus efectos utilizando gafas de sol
sombreros ropas etc (medidas de prevencioacuten frente a la intensidad de exposicioacuten) Algunos
efectos de esta radiacioacuten pueden ser nocivos pero otros pueden ser altamente beneficiosos
para la salud
Un efecto bioloacutegico de un campo electromagneacutetico ocurre cuando la exposicioacuten al mismo
causa alguacuten efecto fisioloacutegico detectable en un sistema vivo Este efecto puede o no llevar a
un efecto nocivo Por tanto es esencial diferenciar entre efecto bioloacutegico y efecto nocivo
Los efectos sobre la salud positivos y negativos son frecuentemente resultado de efectos
bioloacutegicos que se acumulan sobre un cierto espacio temporal y que ademaacutes dependen de la
dosis recibida
Los campos electromagneacuteticos pueden propagarse a traveacutes de cualquier medio dieleacutectrico o
magneacutetico y quedan definidos matemaacuteticamente por las ecuaciones de Maxwell A
continuacioacuten se expone en la tabla 2 las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial asiacute
como su ley predecesora y las denominadas ecuaciones constitutivas
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Ley precedente Forma diferencial de la ecuacioacuten de Maxwell
Ley de Gauss
nabla
Ley de Gauss para el campo
magneacutetico nabla
Ley de Faraday
Ley de Ampere
generalizada
Ecuaciones constitutivas
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell
Siendo
= densidad de flujo o induccioacuten magneacutetica (Wbm2)
= densidad de flujo o desplazamiento eleacutectrico (Cm2)
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
= intensidad de campo magneacutetico (Am)
= densidad superficial de corriente (Am2)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
ε = permitividad eleacutectrica (Fm)
μ = permeabilidad magneacutetica (Hm)
Radiacioacuten ionizante y no ionizante [5]
Las ondas electromagneacuteticas son transportadas por
partiacuteculas llamadas cuantos de luz Los cuantos de luz de ondas con frecuencias maacutes altas
(longitudes de onda maacutes cortas) transportan maacutes energiacutea que los de las ondas de menor
frecuencia (longitudes de onda maacutes largas) Algunas ondas electromagneacuteticas transportan
tanta energiacutea por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moleacuteculas
De las radiaciones que componen el espectro electromagneacutetico los rayos gamma que emiten
los materiales radioactivos los rayos coacutesmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se
conocen como laquoradiacioacuten ionizanteraquo
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energiacutea suficiente para romper los enlaces
moleculares se conocen como laquoradiacioacuten no ionizanteraquo
Las fuentes de campos electromagneacuteticos artificiales que constituyen una parte fundamental
de las sociedades industriales (electricidad microondas y campos de radiofrecuencia) estaacuten
en el extremo del espectro electromagneacutetico correspondiente a longitudes de onda
relativamente largas y frecuencias bajas y su radiacioacuten es no ionizante
Frecuencia de resonancia El fenoacutemeno de resonancia se manifiesta cuando una onda
interactuacutea con un sistema cuya frecuencia propia o fundamental es igual o un muacuteltiplo entero
de la frecuencia de la oscilacioacuten La frecuencia propia del sistema es la frecuencia
fundamental en alguno de sus modos de vibracioacuten
Un ejemplo cotidiano Cuando se impulsa un columpio con un nintildeo sentado si se considera
el columpio como un peacutendulo eacuteste tiene una frecuencia propia dada por el peso del nintildeo sin
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importar la amplitud de la oscilacioacuten es decir sin importar la altura que alcanza el nintildeo al
columpiarse Cuando otra persona impulsa al nintildeo en el columpio cada vez que pasa por su
posicioacuten eacutesta ejerce su fuerza una vez por ciclo por lo que la frecuencia de la fuerza
impulsora es igual a la frecuencia propia del sistema columpio-nintildeo y la amplitud de
oscilacioacuten aumenta (fuerza y movimiento estaacuten en fase estaacuten en resonancia)
A nivel de campos electromagneacuteticos el acoplo de los campos y la distribucioacuten interna de
energiacutea absorbida son funciones del tamantildeo forma orientacioacuten y propiedades dieleacutectricas
(permitividad y conductividad baacutesicamente) de los seres vivos
Dosimetriacutea Electromagneacutetica Establece la relacioacuten entre una distribucioacuten de campos
electromagneacuteticos libre de perturbaciones y los campos inducidos dentro de los tejidos
bioloacutegicos El fenoacutemeno de exposicioacuten es muy diferente en situaciones de campo proacuteximo y
campo lejano El cuerpo humano extrae energiacutea fundamentalmente del campo eleacutectrico La
TAE (Tasa de Absorcioacuten Especiacutefica) o SAR (Specific Absorption Rate) es la cantidad que
describe la potencia de absorcioacuten de los campos electromagneacuteticos en los tejidos
expresados en vatios por kilogramo [6]
TAE =
Wm
3 TAE = =
WKg
Siendo
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
σ = conductividad eleacutectrica (Sm -siemens por metro- o Ω-1
middotm-1
)
Para un oacutergano concreto la potencia recibida es P =
m = masa (Kg)
El efecto bioloacutegico mejor detectado de la absorcioacuten de un campo electromagneacutetico en los
seres vivos es un incremento de la temperatura T por lo que se suele asociar
TAE = c
c = calor especiacutefico (Jmiddotkg
-1middotK
-1)
No obstante esta relacioacuten puede resultar bastante maacutes compleja en los seres vivos por los
efectos termorreguladores
Por otro lado se presenta en la tabla 3 con respecto a la cuantificacioacuten de la exposicioacuten a
muacuteltiples fuentes electromagneacuteticas los liacutemites actuales establecidos teniendo en cuenta las
sumas de cada fuente detectada con diferente formulacioacuten seguacuten el organismo
NRPB
le 1
le 1
le 1
ICNIRP
+
le 1
+
le 1
NRPB (National Radiological Protection Board)
ICNIRP (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection)
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos
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2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
En este capiacutetulo se realiza una recopilacioacuten de las fuentes principales y aplicaciones que se
hacen de los campos electromagneacuteticos y que pueden afectar en diferentes formas y grados a
los tejidos bioloacutegicos tanto en radiacioacuten ionizante como no ionizante Posteriormente se
expone un resumen de las directrices en cuanto a radiacioacuten no ionizante y la evaluacioacuten de la
exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos Finalmente se realiza una introduccioacuten a los
diferentes tipos de materiales bioloacutegicos que se han de tener en cuenta en la exposicioacuten a los
campos electromagneacuteticos y se citan algunos ejemplos de simulaciones
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS
211 Radiacioacuten Ionizante
Radiacioacuten ultravioleta (UV) Soacutelo pueden originar ionizacioacuten en determinadas
circunstancias Para distinguir este tipo de radiacioacuten de la radiacioacuten que siempre causa
ionizacioacuten se establece un liacutemite energeacutetico inferior arbitrario para la radiacioacuten ionizante
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)
Equipos de Difraccioacuten de Rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina
principalmente con objetivos diagnoacutesticos Los rayos X usados en difraccioacuten [7]
tienen
longitudes de onda en el rango 05 ndash 25 Aring siendo el angstrom (1Aring = 10-10
m) Los rayos X
se producen cuando una partiacutecula cargada eleacutectricamente con suficiente energiacutea cineacutetica es
frenada raacutepidamente Habitualmente las partiacuteculas utilizadas son los electrones y la radiacioacuten
se obtiene en un dispositivo conocido como tubo de rayos X que contiene una fuente de
electrones y dos electrodos metaacutelicos
El alto voltaje entre los electrodos dirige los electrones hacia el aacutenodo ndasho blanco- y al
golpear sobre eacutel con una elevada velocidad producen rayos X en el punto de impacto que se
irradian en todas direcciones La mayor parte de la energiacutea cineacutetica de los electrones que
golpean el blanco se convierte en calor y uacutenicamente menos de un 1 se transforma en rayos
X
La difraccioacuten es esencialmente un fenoacutemeno de dispersioacuten al interactuar los rayos X con la
materia Se produce cuando algunos fotones del haz incidente son desviados sin peacuterdida de
energiacutea constituyendo la radiacioacuten dispersada exactamente con la misma longitud de onda λ
que la radiacioacuten incidente
Rayos Gamma Los rayos gamma maacutes energeacuteticos se han observado en los rayos coacutesmicos
Se producen en la desintegracioacuten radiactiva normalmente con el objetivo de producir
energiacutea en reactores nucleares y en aplicaciones meacutedicas como fuentes de radioterapia
aunque tambieacuten se usan con fines militares
La radiacioacuten gamma como muestra esquemaacuteticamente la figura 5 es radiacioacuten
electromagneacutetica emitida por un nuacutecleo cuando experimenta una transicioacuten de un estado de
energiacutea maacutes alta a un estado energeacutetico maacutes bajo El nuacutemero de protones y neutrones del
nuacutecleo no variacutea en estas transiciones
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Los rayos gamma se emiten a menudo inmediatamente despueacutes de una desintegracioacuten alfa o
beta en la que el nuacutecleo haya quedado en un estado de mayor energiacutea Los rayos gamma
tambieacuten pueden ser el resultado de la captura de un neutroacuten y de la dispersioacuten inelaacutestica de
partiacuteculas subatoacutemicas por nuacutecleos
Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen
alcances definidos en la materia los rayos
gamma experimentan una atenuacioacuten
exponencial a medida que atraviesan la materia
(si no se tiene en cuenta la acumulacioacuten de
energiacutea que resulta de la dispersioacuten de los
rayos gamma dentro de un material)
Figura 5 Radiacioacuten gamma
2111 Partiacuteculas Alfa Partiacuteculas Beta y Neutrones
Partiacuteculas alfa Estas partiacuteculas son el conjunto de dos
protones y dos electrones como se representa en la figura
6 Tienen su origen en el nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo
en proceso de desintegracioacuten y consiste en un
acercamiento ocasional de dos protones y dos neutrones
que se mueven lentamente atrapando electrones y
asemejando la estructura del helio [8]
Tienen una carga
eleacutectrica positiva y alta densidad de ionizacioacuten (7 MeV)
a pesar de lo cual viajan muy poco (10cms) y son
detenidas por una peliacutecula de agua papel o la piel
Figura 6 Partiacutecula alfa
Partiacuteculas beta Estaacuten formadas por electrones que
vienen del nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo en
desintegracioacuten Las partiacuteculas beta tienen una carga
negativa y en algunas ocasiones se desprenden tambieacuten
partiacuteculas con la misma masa del electroacuten pero con carga
positiva (positrones) Viajan a una alta velocidad y tienen
una energiacutea de 4MeV o mayor Su capacidad de
penetracioacuten es mayor que las partiacuteculas alfa pero su
poder de ionizacioacuten es menor Penetran 4 cm en madera y
hasta 13 cm en piel [8]
La figura 7 representa
esquemaacuteticamente las partiacuteculas beta
Figura 7 Partiacuteculas beta
Neutrones Por lo general los neutrones no son emitidos como resultado directo de la
desintegracioacuten radiactiva natural sino que se producen durante reacciones nucleares [8]
Los reactores nucleares son los que generan neutrones con mayor abundancia Los reactores
nucleares producen neutrones cuando los nuacutecleos del uranio que constituye el combustible
nuclear se desdoblan o fisionan De hecho la produccioacuten de neutrones es esencial para
mantener la fisioacuten nuclear en un reactor
Los aceleradores de partiacuteculas y las fuentes especiales de neutrones tambieacuten producen
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neutrones Los aceleradores de partiacuteculas producen neutrones mediante la aceleracioacuten de
partiacuteculas cargadas como protones o electrones hasta que alcanzan altas energiacuteas para
bombardear con ellas los nuacutecleos estables de un blanco Las partiacuteculas que pueden resultar
de estas reacciones nucleares no son uacutenicamente neutrones
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas)
Radiacioacuten Ultravioleta (RUV) Por su longitud de onda se distingue entre UVA (315 a 400
nm) UVB (280 a 315 nm) y UVC (100 a 280 nm) Entre las fuentes artificiales maacutes
importantes de exposicioacuten humana estaacuten las siguientes [9]
Soldadura al arco industrial La principal fuente de exposicioacuten potencial a la RUV es la
energiacutea radiante de los equipos de soldadura al arco Los niveles de RUV en torno al
equipo de soldadura son muy altos y pueden producirse lesiones oculares y cutaacuteneas
graves en un tiempo de 3 a 10 minutos de exposicioacuten a distancias visuales de unos pocos
metros La proteccioacuten de ojos y piel es obligatoria
Laacutemparas de RUV industriales y en el puesto de trabajo Muchos procesos industriales y
comerciales tales como el curado fotoquiacutemico de tintas pinturas y plaacutesticos requieren la
utilizacioacuten de laacutemparas que emiten una radiacioacuten intensa en la regioacuten del UV
Laacutemparas de luz negra Son laacutemparas especializadas que emiten predominantemente en la
regioacuten UV y por lo general se utilizan para pruebas no destructivas con polvos
fluorescentes para la autentificacioacuten de billetes bancarios y documentos y para efectos
especiales en publicidad y discotecas No plantean ninguacuten riesgo de exposicioacuten
considerable para las personas excepto en ciertos casos de piel fotosensibilizada
Tratamiento meacutedico Las laacutemparas de RUV se utilizan en medicina para diversos fines de
diagnoacutestico -normalmente UVA- y terapeacuteuticos Los niveles de exposicioacuten del paciente
variacutean considerablemente seguacuten el tipo de tratamiento y las laacutemparas UV empleadas en
dermatologiacutea requieren una utilizacioacuten cuidadosa por parte del personal
Laacutemparas RUV germicidas La RUV con longitudes de onda en el intervalo de 250-265
nm es la maacutes eficaz para esterilizacioacuten y desinfeccioacuten dado que corresponde a un nivel
maacuteximo en el espectro de absorcioacuten del ADN Como fuente UV se utilizan con frecuencia
tubos de descarga de mercurio de baja presioacuten ya que maacutes del 90 de la energiacutea radiada
se emite en la liacutenea de 254 nm(UVC)
Bronceado cosmeacutetico Se trata de las camas solares para broncearse por medio de
laacutemparas especiales que emiten principalmente UVA aunque tambieacuten algo en de UVB
El uso habitual de una cama solar puede contribuir considerablemente a la exposicioacuten
cutaacutenea anual de una persona al UV Asiacute mismo el personal que trabaja en salones de
bronceado puede resultar expuesto a bajos niveles
Alumbrado general Las laacutemparas fluorescentes son de uso habitual en el lugar de trabajo
y domeacutestico Estas laacutemparas emiten pequentildeas cantidades de RUV y solo contribuyen en
un pequentildeo porcentaje a la exposicioacuten anual de una persona a la radiacioacuten UV
Radiofrecuencias (RF) Y Microondas (MW) Entre las aplicaciones de las MW y RF
podemos nombrar las estaciones de radio y televisioacuten comunicaciones punto-punto en
microondas comunicaciones moacuteviles de todo tipo (celulares de onda corta etc)
radioaficionados navegacioacuten (mariacutetima y aeacuterea) aplicaciones radar (militares y civiles)
hornos microondas (para cocinar y aplicaciones industriales) amplificadores en
compatibilidad electromagneacutetica y metrologiacutea
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Los elementos baacutesicos de un sistema de RFMW son generadores o fuentes de RFMW
liacuteneas de transmisioacuten (elementos utilizados para transportar la energiacutea del generador a la
antena y baacutesicamente pueden ser cables coaxiales liacuteneas planas o guiacuteas de onda) y las
antenas (dispositivos que acoplan el circuito que genera la energiacutea electromagneacutetica al
espacio libre por donde se propaga la energiacutea electromagneacutetica que posteriormente recogeraacute
otra antena)
En cuanto a los diferentes sistemas dependiendo de las aplicaciones podemos nombrar los
siguientes [9]
[5]
Transmisores de televisioacuten y radio terrestres Las estaciones de radio y televisioacuten emiten
sus sentildeales a traveacutes de antenas de AM (amplitud modulada) FM (frecuencia modulada)
VHF (Very High Frecuency) y UHF (Ultra High Frecuency) Normalmente las sentildeales de
radio AM emiten entre 535-1700 KHz y las de FM entre 87-108 MHz
Sistemas de radar La palabra radar es un acroacutenimo utilizado por la marina estadounidense
en 1942 que significa deteccioacuten y alcance viacutea radio (radio detecting and ranging) y por
supuesto desarrollado uacutenicamente con fines militares aunque despueacutes su utilidad se
expandioacute a otros aacutembitos El radar mide la intensidad y tiempo que tarda en volver un
pulso que enviacutea una antena y que choca en un blanco De esa informacioacuten se obtiene la
distancia a la que se encuentra Se enviacutean alrededor de 1500 pulsos de alta potencia por
segundo con una anchura de 10-50 μs Asiacute mismo son comunes los radares de traacutefico que
a traveacutes del efecto Doppler calculan la velocidad a la que avanza un moacutevil Los primeros
radares de efecto Doppler funcionaban a 10525 GHz dentro de la banda X
Posteriormente se usaron a frecuencias de 2415 GHz (en banda milimeacutetrica) En la
actualidad se utilizan en la banda de 337-36 GHz Estos radares emiten una sentildeal de deacutebil
potencia en forma de onda continua (CW) en lugar de pulsos y las potencias son del orden
de 10 a 100 mW siendo un valor tiacutepico 15 mW que es considerado una sentildeal de deacutebil
Estaciones de sateacutelites terrestres Un sateacutelite es un transmisor receptor que es lanzado por
un cohete y colocado en oacuterbita alrededor de la Tierra sometido a la atraccioacuten
gravitacional Sus funciones son muacuteltiples telefoacutenicas meteoroloacutegicas deteccioacuten en la
Tierra y lejana televisioacuten y radio y en plataformas para sistema global de
posicionamiento (GPS) Son muy comunes las antenas paraboacutelicas para plataformas de
televisioacuten digital que reciben sentildeal enviada por las situadas en sateacutelites en oacuterbita
geoestacionaria a 36000 Kms de la Tierra
Comunicaciones microondas Las comunicaciones punto a punto entre antenas con
ldquovisioacutenrdquo directa es una forma de comunicacioacuten utilizada habitualmente en
radiocomunicaciones Las antenas de comunicacioacuten de microondas emiten y reciben
sentildeales de relativamente baja potencia a traveacutes de distancia no muy grandes
Normalmente las antenas empleadas son muy directivas de forma que existe muy poca
sentildeal en otra direccioacuten que no sea la del camino directo entre dos antenas
Equipos moacuteviles de radio Estos sistemas (no los celulares actuales) son los maacutes antiguos
sistemas de comunicacioacuten sin cable Comenzoacute en USA en 1921 operando a 2MHz de
forma experimental para los departamentos de policiacutea y no empezaron de forma praacutectica
hasta los antildeos 40
Equipos buscadores Son equipos que avisan cuando reciben una sentildeal emitida por una
antena Su utilidad ha disminuido con la llegada de la telefoniacutea celular pero auacuten sigue
siendo una buena opcioacuten en determinados sectores Las frecuencias de las sentildeales pueden
estar entre 16-150 KHz para lugares de menos de 4 hectaacutereas en las bandas de HF (26-31
MHz) o VHF (49 MHz) en la de UHF (459 MHz) para edificios e industrias
Habitualmente los transmisores se colocan en lo alto de los edificios
Comunicaciones celulares (telefoniacutea moacutevil) Este es un tipo de comunicacioacuten de banda
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limitada analoacutegica o digital en la que una persona se comunica viacutea radio a traveacutes de un
terminal moacutevil con una antena que estaacute situada relativamente cerca de eacutel Su crecimiento
ha sido brutal es estos pocos uacuteltimos antildeos comenzando en los antildeos 80 con la primera
generacioacuten de moacuteviles con tecnologiacutea analoacutegica Posteriormente se inicioacute la tecnologiacutea
digital lo que supuso una mejora en las prestaciones y servicios ofrecidos Se ha utilizado
el sistema GSM (Global System for Mobile Comunication) y la estandarizacioacuten llevoacute a
una tercera generacioacuten de moacuteviles denominada UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) que en Europa se localiza en la banda de 2 GHz
Sistemas de comunicacioacuten personal Aquiacute se engloban todos aquellos sistemas de
comunicacioacuten personal sin cable
Otros sistemas Se engloban todos aquellos sistemas que no se utilizan para la
comunicacioacuten personal Asiacute la energiacutea de RF en el rango de 3 a 300 MHz se utiliza para
distintos procesos industriales de calentamiento Asimismo aprovechando la habilidad de
la energiacutea de microondas para penetrar en un medio material se utilizan para muchas
aplicaciones los hornos microondas En particular en los hogares se utilizan hornos
microondas operando a una frecuencia de 245 GHz
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas)
Los campos eleacutectrico y magneacutetico de muy baja frecuencia (ELF) -de 0 a 300 Hz- se
encuentran comuacutenmente en nuestro entorno [9]
[5]
En los hogares las fuentes de estos campos son por ejemplo mantas eleacutectricas
calentadores de agua secadores de pelo afeitadoras eleacutectricas televisiones terminales de
video sistemas de muacutesica sistemas de aire acondicionado tubos fluorescentes
frigoriacuteficos estufas y cualquier otro electrodomeacutestico
En los lugares de trabajo son comunes fuentes de radiacioacuten ELF tales como ordenadores
maacutequinas de fax copiadoras luces fluorescentes impresoras scanner centralitas
telefoacutenicas motores y otros dispositivos eleacutectricos
Normalmente la discusioacuten sobre los efectos se restringe al campo magneacutetico que es
producido por corrientes alternas o campos variantes en el tiempo cuya intensidad y
direccioacuten cambien de forma regular Estos campos provienen principalmente de fuentes
creadas por el hombre especialmente de servicios de potencia eleacutectrica electrodomeacutesticos y
sistemas de comunicacioacuten
Es muy comuacuten citar el campo estaacutetico magneacutetico generado por la Tierra como fuente de
especial atencioacuten Sin embargo hay que considerar que su comparacioacuten con los campos
provocados artificialmente no es adecuada debido a que la influencia en la materia es
bastante diferente entre un campo estaacutetico y uno variable en el tiempo [9]
La variacioacuten del campo magneacutetico con la distancia a la fuente que lo crea depende del tipo
de fuente [9]
Asiacute si la fuente es un simple hilo conductor el campo variacutea como 1r Si el
campo lo provocan un par de hilos conductores entonces la variacioacuten es 1r2 Si la fuente es
un lazo de corriente como lo que ocurre en los transformadores de la mayoriacutea de los
electrodomeacutesticos y ordenadores la variacioacuten es como 1r3 Otro tipo de fuente es la creada
por las liacuteneas de alta tensioacuten Eacutestas son transmitidas mediante liacuteneas de distribucioacuten de tres
hilos Cada uno de ellos lleva una corriente desfasada de los demaacutes en 120ordm que se llama
circuito balanceado En este caso el campo magneacutetico es proporcional a 1r2 y si la liacutenea no
estaacute balanceada entonces el campo variacutea como 1r
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22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE
Las normas que previenen la exposicioacuten excesiva a los campos electromagneacuteticos (CEM)
presentes en el entorno existen de forma similar a otras normas establecidas para proteger
nuestra salud (aditivos alimentarios concentraciones de productos quiacutemicos en agua
contaminantes del aire etc)
Cada paiacutes establece sus propias normas nacionales relativas a la exposicioacuten a CEM Sin
embargo la mayoriacutea de estas normas nacionales se basan en las recomendaciones de la
Comisioacuten Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) Esta
organizacioacuten no gubernamental reconocida formalmente por la OMS evaluacutea los resultados
de estudios cientiacuteficos realizados en todo el mundo Basaacutendose en un anaacutelisis en profundidad
de todas las publicaciones cientiacuteficas la ICNIRP elabora unas directrices en las que
establece liacutemites de exposicioacuten recomendados las cuales se revisan perioacutedicamente y en
caso necesario se actualizan
El siguiente cuadro (tabla 4) [5]
resume los liacutemites recomendados de exposicioacuten actualizados
en 1998 por la ICNIRP correspondientes a los tipos de tecnologiacuteas que han causado
preocupacioacuten en la sociedad la electricidad en el hogar las estaciones base de telefoniacutea
moacutevil y los hornos de microondas
Frecuencia de
la red eleacutectrica
europea
Frecuencia de estaciones
base de telefoniacutea moacutevil
Frecuencia de los hornos
de microondas
Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 18 GHz 245 GHz
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Campo
magneacutetico
(microT)
Densidad de
potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Liacutemites de
exposicioacuten
para la
poblacioacuten
5 000 100 45 9 10
Liacutemites de
exposicioacuten
ocupacionales
10 000 500 225 45
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM guidelines
Health Physics 74 494-522 (1998)
Los liacutemites de exposicioacuten recomendados de algunos paiacuteses de la ex Unioacuten Sovieacutetica y los de
paiacuteses occidentales pueden llegar a diferenciarse en un factor de maacutes 100 Con la
globalizacioacuten del comercio y la raacutepida penetracioacuten de las telecomunicaciones en todo el
mundo ha surgido la necesidad de disponer de normas universales Las normas futuras se
basaraacuten en los resultados del Proyecto Internacional sobre campos electromagneacuteticos de la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS)
Un liacutemite recomendado no define de forma exacta el liacutemite entre la seguridad y el peligro
No existe un nivel uacutenico por encima del cual la exposicioacuten se convierte en peligrosa para la
salud sino que el riesgo potencial para la salud aumenta de forma gradual con el nivel de
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exposicioacuten de las personas Las directrices marcan un determinado umbral por debajo del
cual la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos se considera segura seguacuten los conocimientos
de la ciencia No se deduce de forma automaacutetica que por encima del liacutemite indicado la
exposicioacuten sea perjudicial
Para fijar los liacutemites de exposicioacuten los estudios cientiacuteficos deben identificar el umbral en el
que se manifiestan los primeros efectos sobre la salud cuyos experimentos deben basarse en
estudios con animales
Los estudios en animales [9]
llamados in vivo tienen por objeto determinar los efectos
bioloacutegicos de campos eleacutectrico y magneacutetico sobre animales completos Las investigaciones
en animales expuestos a agentes toacutexicos sospechosos son importantes para la prediccioacuten de
la potencial toxicidad en los humanos y en la confirmacioacuten de los efectos indicados por los
estudios epidemioloacutegicos Tambieacuten proporcionan una informacioacuten muy valiosa para estimar
los niveles a los que la toxicidad puede ocurrir Los estudios en animales son muy
importantes pues pueden ser la base para elaborar modelos fiables en los que examinar coacutemo
los campos electromagneacuteticos influyen en la causa del riesgo El proceso usual es exponer a
los animales a un CEM y observar si desarrollan riesgos en su salud caacutencer u otras
enfermedades Estos experimentos en si mismos hay que tomarlos con mucha cautela en el
sentido en que los animales podriacutean no exhibir las mismas respuestas sensibilidad y
propiedades que los humanos a los paraacutemetros de la exposicioacuten
Frecuentemente se producen en los animales cambios sutiles de comportamiento a niveles
bajos de exposicioacuten que preceden a cambios draacutesticos en la salud con niveles altos El
comportamiento anormal es un indicador muy sensible de la existencia de una respuesta
bioloacutegica este comportamiento anormal se ha seleccionado como el miacutenimo efecto
perjudicial para la salud observable Las directrices recomiendan prevenir la exposicioacuten a
campos electromagneacuteticos a niveles en los que se producen cambios de comportamiento
perceptibles
Este umbral de cambios de comportamiento no es igual al liacutemite recomendado sino que la
ICNIRP aplica un factor de seguridad de 10 en el caacutelculo de los liacutemites de exposicioacuten
ocupacionales y un factor de 50 para obtener el valor recomendado para la poblacioacuten
general Asiacute por ejemplo en los intervalos de frecuencia de radio y microondas los niveles
maacuteximos que probablemente experimentaraacute en el entorno o en el hogar son al menos 50
veces menores que el umbral en el que se manifiestan los primeros cambios de
comportamiento en animales
La razoacuten por la que los liacutemites de exposicioacuten para la poblacioacuten general son maacutes estrictos que
los liacutemites para la poblacioacuten expuesta por motivos ocupacionales es que eacutesta uacuteltima estaacute
formada por adultos que generalmente estaacuten sometidos a condiciones de campos
electromagneacuteticos conocidas y recibe formacioacuten sobre los riesgos potenciales y sobre coacutemo
tomar precauciones adecuadas mientras que en la poblacioacuten general hay personas de todas
las edades y con diversos estados de salud que en muchos casos no saben que estaacuten
expuestos a CEM
Las directrices o normas no se pueden establecer actualmente basaacutendose en especulaciones
sobre los posibles efectos a largo plazo sobre la salud Del conjunto de los resultados de
todas las investigaciones no puede deducirse que los campos electromagneacuteticos produzcan
efectos a largo plazo sobre la salud como el caacutencer
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Las directrices se establecen para la poblacioacuten media y no pueden tener en cuenta
directamente las necesidades de una minoriacutea de personas potencialmente maacutes sensibles Por
ejemplo las directrices sobre contaminacioacuten atmosfeacuterica no se basan en las necesidades
especiales de las personas asmaacuteticas De forma similar las directrices sobre campos
electromagneacuteticos no estaacuten disentildeadas para proteger a las personas de las interferencias en los
dispositivos electroacutenicos meacutedicos implantados como los marcapasos cardiacuteacos Por el
contrario estas personas deben solicitar a los fabricantes y al meacutedico que ha implantado el
dispositivo que les asesore sobre el tipo de exposiciones que deben evitar
El siguiente cuadro (tabla 5) [5]
indica las fuentes maacutes comunes de campos
electromagneacuteticos Todos los valores son niveles maacuteximos de exposicioacuten de la poblacioacuten
por lo que normalmente la poblacioacuten estaacute sometida a una exposicioacuten mucho menor
Fuente Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Densidad de flujo
magneacutetico (microT)
Campos naturales 200 70 (campo magneacutetico
terrestre)
Red eleacutectrica (en hogares que no estaacuten
proacuteximos a liacuteneas de conduccioacuten eleacutectrica)
100 02
Red eleacutectrica (bajo liacuteneas principales de
conduccioacuten eleacutectrica)
10 000 20
Trenes y tranviacuteas eleacutectricos 300 50
Pantallas de televisioacuten y computadora (en la
posicioacuten del usuario)
10 07
Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten (Wm2)
Transmisores de televisioacuten y radio 01
Estaciones base de telefoniacutea moacutevil 01
Radares 02
Hornos de microondas 05
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa)
En situaciones cotidianas la mayoriacutea de las personas no se ven expuestas a campos
electromagneacuteticos superiores a los liacutemites recomendados Los niveles de exposicioacuten tiacutepicos
son muy inferiores a estos liacutemites Sin embargo en ocasiones una persona puede exponerse
durante un periacuteodo corto a niveles que se aproximan o incluso superan los niveles
recomendados Seguacuten la ICNIRP para tener en cuenta los efectos acumulados la exposicioacuten
a los campos de frecuencia de radio y de microondas se debe calcular como promedio
durante un determinado periacuteodo las directrices establecen que dicho periacuteodo debe ser de seis
minutos y se consideran aceptables las exposiciones a corto plazo superiores a los liacutemites
Seguacuten las directrices la exposicioacuten a campos eleacutectricos y magneacuteticos de frecuencia baja no
se calcula como promedio en el tiempo sino que se incorpora el factor de acoplamiento El
acoplamiento se refiere a la interaccioacuten entre los campos eleacutectricos y magneacuteticos y el cuerpo
expuesto a la radiacioacuten y es funcioacuten del tamantildeo y forma del cuerpo el tipo de tejido y la
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orientacioacuten del cuerpo con respecto al campo
Las directrices deben ser conservadoras la ICNIRP siempre supone un acoplamiento
maacuteximo del campo a la persona expuesta Por consiguiente los liacutemites recomendados
proporcionan una proteccioacuten maacutexima Por ejemplo aunque las intensidades del campo
magneacutetico de las secadoras de pelo y de las maacutequinas de afeitar superan aparentemente los
valores recomendados el acoplamiento extremadamente deacutebil entre el campo y la cabeza
impide la induccioacuten de corrientes eleacutectricas que podriacutean superar los liacutemites recomendados
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten
La evaluacioacuten de la exposicioacuten es la determinacioacuten o estimacioacuten de la magnitud y
frecuencia de ocurrencia de la exposicioacuten para un individuo o grupo a un agente del medio
ambiente [9]
Ello es clave para los estudios epidemioloacutegicos si los epidemiologistas no
pueden evaluar la exposicioacuten de los individuos a un agente ldquosospechosordquo no podraacuten
determinar la influencia de ese agente sobre la salud o la enfermedad
Siempre que estamos en contacto con un agente medioambiental (en el aire el agua la
comida etc) estamos expuestos a ese agente Algunos factores son beneficiosos otros
perjudiciales y otros ninguna de las dos cosas y ello baacutesicamente dependiendo de la
duracioacuten de la exposicioacuten Es muy uacutetil diferenciar entre exposicioacuten y dosis
Exposicioacuten se refiere uacutenicamente a la medida de un agente sin un particular conocimiento
de aquellas caracteriacutesticas del agente que influyen en la salud
Dosis se refiere a la evaluacioacuten de una caracteriacutestica particular de la exposicioacuten que es
significativa respecto a la salud En los estudios de salud los investigadores intentan
medidas de dosis pero en ausencia de las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que son
significativas tienen que medir la exposicioacuten y usarla como una aproximacioacuten a la dosis
Para entender mejor esto consideremos el caso de la radiacioacuten ionizante de rayos X Una
placa que detecta la radiacioacuten X mide la exposicioacuten a un individuo pero difiacutecilmente es
una medida de la dosis Sabemos que la razoacuten a la que ocurre la exposicioacuten es importante
y la placa no da esa informacioacuten Tambieacuten se sabe que el aacuterea de exposicioacuten es importante
y la placa no nos dice si la exposicioacuten corresponde al aacuterea de la placa o al cuerpo entero
Por ello es importante conocer la dosis es decir las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que
sean significativas
Existen medios para determinar la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos pero no de medir
la dosis Cuando la evidencia del dantildeo de la exposicioacuten a un agente ambiental es inequiacutevoca
se toman medidas preventivas auacuten cuando se tenga poco conocimiento de coacutemo ldquofuncionardquo
el mecanismo
En el caso de CEM muchos cientiacuteficos consideran los estudios epidemioloacutegicos como
equiacutevocos El motivo en parte es que no se conocen todos los mecanismos (es decir ldquocomo
funcionanrdquo) que describen la interaccioacuten del campo electromagneacutetico con tejidos y ceacutelulas
Si se quieren disentildear estudios epidemioloacutegicos mejores a partir de los cuales resolver el
problema de los riesgos se deben hacer mejores trabajos en cuanto a la evaluacioacuten de la
exposicioacuten y eso probablemente no sucederaacute hasta que se pueda contestar a las cuestiones
acerca de los mecanismos
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23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES
Es necesario conocer algunas caracteriacutesticas
de las ceacutelulas y tejidos en el cuerpo humano
para poder entender sus mecanismos
asociados de interaccioacuten [9]
Cada ser humano
estaacute constituido por billones de ceacutelulas vivas
que se agrupan entre siacute para formar un
oacutergano con unas ciertas funciones asignadas
Ceacutelulas Las ceacutelulas tienen diferentes
tamantildeos (las de los muacutesculos pueden ser de
unos pocos miliacutemetros y las nerviosas de un
metro) La figura 8 representa los elementos
generales que constituyen una ceacutelula Las
ceacutelulas estaacuten formadas por la membrana que
mantiene a la ceacutelula unida el citoplasma que
Figura 8 Partes de una ceacutelula
es una especie de gel en el interior de la membrana y normalmente el nuacutecleo No todas las
ceacutelulas tienen nuacutecleo Dentro del citoplasma existen diferentes tipos de estructuras maacutes
pequentildeas que realizan ciertas funciones metaboacutelicas
Las ceacutelulas son estructuras complejas con superficies cargadas Las ceacutelulas contienen
moleacuteculas y aacutetomos cargados que pueden cambiar su orientacioacuten y movimiento cuando se
encuentran expuestos a una fuerza electromagneacutetica En la figura 9 se muestra un caso para
el campo eleacutectrico a la izquierda se muestra una ceacutelula en reposo y a la derecha una ceacutelula
bajo la influencia de un campo eleacutectrico
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
Las cargas se redistribuyen la ceacutelula sigue siendo neutra pero es una estructura polar Las
interacciones del campo electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico se efectuacutean a traveacutes de
las ceacutelulas y se categorizan en interacciones con la membrana celular con el citoplasma y
con el nuacutecleo Estas interacciones dependen entre otras cosas de la frecuencia
Los nuacutecleos de las ceacutelulas contienen la mayoriacutea de la informacioacuten hereditaria en los
cromosomas y los genes Las ceacutelulas crecen cambian y se reproducen en un proceso
continuo llamado mitosis que comienza en el nuacutecleo a traveacutes de una duplicacioacuten e igual
distribucioacuten de los cromosomas Las ceacutelulas sin nuacutecleo no se pueden dividir mientras que
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otras sufren de mitosis frecuentemente como por ejemplo las de los embriones Por ello es
especialmente importante la proteccioacuten a campos electromagneacuteticos durante el embarazo A
su vez el proceso de mitosis tiene cuatro fases profase metafase anafase y telofase El
periacuteodo entre las divisiones se llama fase de reposo
Hay diferentes procesos en la mitosis celular que podriacutean verse afectados por la radiacioacuten
electromagneacutetica y existe un amplio campo de investigacioacuten en el estudio de los procesos
que afectan a los cromosomas durante la mitosis afectada por un campo electromagneacutetico
Tejidos Las ceacutelulas se agrupan y combinan con otros materiales para formar tejidos Existen
cuatro tipos de tejidos epitelial conectivo muscular y nervioso
El tejido epitelial consta de ceacutelulas con una o varias capas Realizan funciones de
proteccioacuten y regulacioacuten de la secrecioacuten o absorcioacuten de materiales
El tejido conectivo consta de ceacutelulas y materiales no vivos como fibras y sustancias
gelatinosas que sostienen y conectan tejidos celulares al esqueleto El tejido conectivo
contiene muchas de las sustancias intercelulares que desarrollan la importante labor de
transportar materiales entre ellas Ejemplos de estos tejidos son los huesos y los
cartiacutelagos
El tejido muscular consta de ceacutelulas que van desde 1 a 40 miliacutemetros de longitud con 40
μm (1μ=10-6
metros) de diaacutemetro Estos tejidos contienen una gran cantidad de sangre
El tejido nervioso controla y gobierna toda la actividad corporal y consta de ceacutelulas
nerviosas o neuronas Las neuronas tienen largas proyecciones llamadas axones y que son
anaacutelogas a liacuteneas de transmisioacuten y enviacutean informacioacuten al sistema nervioso central desde
diferentes receptores de informacioacuten
Ademaacutes merecen especial atencioacuten los siguientes conceptos [9]
Material geneacutetico El genoma humano que es una secuencia quiacutemica que contiene la
informacioacuten baacutesica del cuerpo humano consiste en una cadena de ADN y estaacute asociado a
las moleacuteculas proteiacutenicas Estaacute organizado en estructuras llamadas cromosomas El ADN
es una macromoleacutecula compleja compuesta por dos cadenas o heacutelices que se entrelazan
entre siacute formando una doble heacutelice Cada cadena estaacute formada por millones de eslabones
llamados nucleoacutetidos o bases nitrogenadas Ambas heacutelices estaacuten unidas entre siacute a nivel de
los eslabones complementarios de cada heacutelice por parejas La secuencia de los pares de
bases es lo que determina el coacutedigo geneacutetico
Seguacuten el orden que sigan esos pares de bases se codifica una funcioacuten u otra o
simplemente no se codifica nada El ADN de la ceacutelula se organiza en cromosomas Cada
cromosoma es una moleacutecula muy larga de ADN Cada vez que una ceacutelula se divide en
dos el genoma entero se duplica en humanos y otros organismos complejos esa
duplicacioacuten se realiza en el nuacutecleo La miacutenima secuencia de ADN que es capaz de
codificar una funcioacuten o una estructura completa se denomina GEN Cada moleacutecula de
ADN contiene muchos genes unidad funcional y fiacutesica fundamental de la herencia
Un gen es una secuencia ordenada de nucleoacutetidos localizados en una cierta posicioacuten de un
cromosoma especiacutefico y que codifica la informacioacuten final Podemos pensar en los genes
como la informacioacuten de un ordenador que se estructura en unidades de informacioacuten
llamados bits Los genes son las unidades de informacioacuten del ADN que se utilizan para
construir las proteiacutenas entre otras cosas del cuerpo humano Se estima que el genoma
humano tiene al menos 100000 genes El nuacutecleo de la mayoriacutea de las ceacutelulas humanas
contiene dos conjuntos de cromosomas provenientes cada uno de ellos del padre y de la
madre El ser humano tiene su ADN organizado en 23 pares de cromosomas distintos es
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decir 46 cromosomas Cada conjunto de 23 cromosomas tiene 22 autoacutenomos y dos
cromosomas sexuales X e Y Los cromosomas contienen aproximadamente partes
iguales de proteiacutenas y ADN
Transporte de calcio Los iones de calcio son partiacuteculas cargadas que tienen un papel
vital en varios procesos celulares El calcio es un componente criacutetico en la comunicacioacuten
intercelular en el cuerpo y un regulador del crecimiento celular El mantenimiento de una
oacuteptima concentracioacuten de calcio es muy importante
Actividad de las enzimas Como otras proteiacutenas las enzimas consisten de largas cadenas
de aminoaacutecidos que se mantienen unidas Estaacuten presentes en todas las ceacutelulas vivas y
tienen una funcioacuten esencial en el control de los procesos metaboacutelicos
Hormonas Las hormonas son sustancias quiacutemicas que se transportan en la sangre de un
oacutergano a otro y alteran la actividad funcional y algunas veces la estructura de algunos
oacuterganos
Los biosistemas como generadores de campos electromagneacuteticos [12]
Hoy en diacutea no hay
duda de que los campos electromagneacuteticos pueden afectar a los biosistemas en diferentes
niveles ni de que no sean capaces de generar campos electromagneacuteticos Y hay una pequentildea
duda acerca de que los biosistemas sean generadores de campos electromagneacuteticos La
cuestioacuten principal es si los biosistemas utilizan los CEM para una interaccioacuten decidida
(comunicacioacuten) y si es asiacute en queacute nivel del organismo sucederaacute La cantidad de datos que
soporta la uacuteltima idea se construye con tanta rapidez como el incremento de preguntas que se
necesitan resolver
Uno de los principales problemas en esta liacutenea de investigacioacuten tiene su origen en la falta de
reproductibilidad tiacutepica que ya los cientiacuteficos estaacuten acostumbrados a observar en sus
experimentos Muchos cientiacuteficos culpan estas discrepancias a factores de confusioacuten
conocidos como propiedades geofiacutesicas del lugar del experimento gestioacuten de tiempos y
eacutepoca del antildeo del experimento iluminacioacuten o condiciones del laboratorio y factores
cosmofiacutesicos Lo anterior sin mencionar que el propio cientiacutefico es un biosistema y por lo
tanto un generador de UPE (ultraweak photon emission) medible como indican estudios
desde 2005 a 2009 [13] [14] [15] [16] [17]
que puede inintencionadamente influir en el proceso
experimental durante la manipulacioacuten de las muestras
La cuestioacuten primordial es ldquoiquestpor queacute deberiacutea importarnos si las ceacutelulas interactuacutean viacutea
CEMrdquo si la existencia de la comunicacioacuten celular a distancia resultara ser cierta tendriacutea un
impacto sustancial sobre la comprensioacuten de la biologiacutea y la investigacioacuten bioloacutegica Dominar
e influir el sistema de sentildeales a distancia en los biosistemas podriacutea abrir un completo
horizonte nuevo en nuestra aproximacioacuten a la biologiacutea y sus aplicaciones en biologiacutea y
medicina podriacutean ser asombrosas [10]
Simulaciones Los campos eleacutectrico y magneacutetico que interaccionan con el cuerpo debidos a
una fuente proacutexima pueden causar dos tipos de efectos bioloacutegicos teacutermicos y no teacutermicos
Los efectos del campo magneacutetico variacutean con la frecuencia y son probablemente maacutes
importantes en tejidos bioloacutegicos con pequentildeas cantidades de magnetita de tamantildeo
nanomeacutetrico
En la figura 10 se presenta una simulacioacuten robotizada del efecto bioloacutegico de la telefoniacutea
moacutevil sobre un modelado de cuerpo humano Simplificando el modelado del cuerpo de un
animal como un dieleacutectrico con peacuterdidas la cantidad de energiacutea absorbida es funcioacuten de la
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longitud de onda de la radiacioacuten recibida
Para un cuerpo humano de altura 175 metros
y peso 70 Kgs la maacutexima absorcioacuten se
produce aproximadamente a unos 70 MHz
En contraste para un ratoacuten de 55 cms de
largo y 15 gramos de peso la frecuencia de
resonancia es de 25 GHz aproximadamente [9]
La frecuencia de resonancia ademaacutes de la
eficiencia de acoplo del campo al cuerpo
depende de la orientacioacuten de la dimensioacuten
maacutes larga del cuerpo con la direccioacuten de
polarizacioacuten del campo electromagneacutetico En
general el maacuteximo acoplo se produce cuando
esa dimensioacuten es paralela a la direccioacuten en la
que vibra el campo eleacutectrico
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto
bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena
Por estas dependencias se ha introducido el concepto de SAR y tener asiacute una normalizacioacuten
Asiacute por ejemplo a la frecuencia de resonancia de 77 MHz un modelo humano en forma de
esferoide tendriacutea una SAR de 0022 WKg por cada vatiom2 de potencia incidente mientras
que un modelo de ratoacuten con frecuencia de resonancia 25 GHz tendriacutea un SAR de 012 WKg
para la misma densidad de potencia
Otra dependencia esencial para ver la dificultad en la absorcioacuten de energiacutea electromagneacutetica
es la dependencia de la conductividad eleacutectrica con la frecuencia
Por otro lado ademaacutes de todas estas dependencias es necesario apuntar otra que indica que
la distribucioacuten de energiacutea interna absorbida tambieacuten depende de la longitud de onda y de las
propiedades dieleacutectricas del medio En ciertas condiciones se pueden excitar modos
complejos en el cuerpo debido a muacuteltiples reflexiones que provocan la aparicioacuten de una onda
estacionaria y dando lugar a distribuciones no uniformes de energiacutea conocidos como ldquopuntos
calientesrdquo o ldquohot spotsrdquo
Simulaciones con implantes A pesar de que las simulaciones simplifiquen la realidad
pueden aportar resultados uacutetiles En 2012 Adamos Kyriakou y colaboradores [11]
publicaron
los resultados de una investigacioacuten acerca de si las personas con dispositivos meacutedicos
implantados estaacuten protegidas seguacuten las guiacuteas de seguridad de CEM actuales en un rango de
10 a 100 MHz realizando simulaciones de los propios dispositivos implantados y
concluyeron que estas personas no estaacuten intriacutensecamente protegidas y necesitan especial
consideracioacuten en las guiacuteas de seguridad
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3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS
ELECTROMAGNEacuteTICOS
A continuacioacuten se describiraacuten con maacutes detalle algunos de los bioefectos y sus mecanismos
descritos seguacuten el rango de frecuencia que dividiremos en ionizantes radiofrecuencia y
microondas (RFMW) y en baja frecuencia
El efecto maacutes evidente de la energiacutea electromagneacutetica es el calentamiento de los tejidos En
consecuencia los liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos de radiofrecuencia y de
microondas se establecen con el fin de prevenir los efectos sobre la salud ocasionados por el
calentamiento localizado o de todo el organismo El cumplimiento de las directrices asegura
que los efectos de calentamiento son suficientemente pequentildeos para que no sean
perjudiciales
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE
Los fotones de los rayos X y gamma interactuacutean con la materia y causan ionizacioacuten de al
menos tres maneras diferentes
Efecto fotoeleacutectrico Es la interaccioacuten de un fotoacuten que incide sobre los electrones de
un aacutetomo [8]
representado en la figura 11 El fotoacuten cede toda su energiacutea a un electroacuten y
desaparece totalmente desprendieacutendose el electroacuten (llamado fotoelectroacuten) del aacutetomo Se
realiza en las capas electroacutenicas interiores (k l m y n) y el fotoelectroacuten resulta con una
Energiacutea cineacutetica Ec = h υ Ee
donde h es la constante de Plank υ es la frecuencia de la radiacioacuten incidente y Ee es la
energiacutea de enlace de la capa donde se originoacute
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico
Efecto Compton Los fotones de energiacutea intermedia interactuacutean fundamentalmente
mediante el efecto Compton [8]
en virtud del cual el fotoacuten y un electroacuten colisionan
esencialmente como partiacuteculas El fotoacuten continuacutea su trayectoria en una nueva direccioacuten
con su energiacutea disminuida mientras que el electroacuten liberado parte con el resto de la
energiacutea entrante (menos la energiacutea de unioacuten del electroacuten al aacutetomo o a la moleacutecula) como
se representa en la figura 12
En este proceso la energiacutea interactuacutea con un electroacuten orbital del aacutetomo como si eacuteste fuera
un electroacuten libre debido a que la energiacutea de enlace del electroacuten es mucho menor que la
energiacutea del fotoacuten incidente El electroacuten recibe parte de la energiacutea del fotoacuten y es emitido en
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un aacutengulo α en tanto que el fotoacuten con energiacutea reducida es dispersado con un aacutengulo ndashα
Figura 12 Efecto Compton
Produccioacuten de pares La produccioacuten de pares soacutelo es posible con fotones cuya energiacutea
sea superior a 102 MeV Sin embargo cerca este valor el efecto Compton predomina
todaviacutea La produccioacuten de pares [8]
predomina con energiacuteas maacutes altas Tal como se
representa en la figura 13 el fotoacuten desaparece y en su lugar aparece una pareja electroacuten-
positroacuten (este fenoacutemeno soacutelo ocurre en la proximidad de un nuacutecleo por consideraciones
de conservacioacuten del momento cineacutetico y de la energiacutea) La energiacutea cineacutetica total del par
electroacuten-positroacuten es igual a la energiacutea del fotoacuten menos la suma de las energiacuteas de la masa
residual de electroacuten y positroacuten (102 MeV)
Figura 13 Produccioacuten de pares
Tras su descubrimiento por Roentgen en 1895 los rayos X fueron introducidos con tanta
rapidez para el diagnoacutestico y tratamiento de las enfermedades que casi en seguida
comenzaron a encontrarse lesiones debidas a exposicioacuten excesiva a la radiacioacuten entre los
primeros radioacutelogos que todaviacutea no eran conscientes de sus riesgos Las primeras lesiones
fueron sobre todo reacciones cutaacuteneas en las manos de quienes trabajaban con los primeros
equipos de radiologiacutea pero ya en el primer decenio se habiacutean comunicado otros tipos de
lesioacuten incluidos los primeros caacutenceres atribuidos a la radiacioacuten
En el curso del siglo transcurrido desde estos primeros hallazgos el estudio de los efectos
bioloacutegicos de la radiacioacuten ionizante ha recibido un impulso permanente como consecuencia
del uso cada vez mayor de la radiacioacuten en medicina ciencia e industria asiacute como de las
aplicaciones paciacuteficas y militares de la energiacutea atoacutemica
El resultado es que los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten se han investigado maacutes a fondo que
los de praacutecticamente cualquier otro agente ambiental El desarrollo de los conocimientos
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sobre los efectos de la radiacioacuten ha determinado el perfeccionamiento de medidas para
proteger la salud humana contra muchos otros peligros medioambientales ademaacutes de la
radiacioacuten
Naturaleza y mecanismos de los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten [8]
Deposicioacuten de energiacutea A diferencia de otras formas de radiacioacuten la radiacioacuten
ionizante es capaz de depositar suficiente energiacutea localizada para arrancar electrones de
los aacutetomos con los que interactuacutea Asiacute cuando la radiacioacuten colisiona al azar con aacutetomos y
moleacuteculas al atravesar ceacutelulas vivas da lugar a iones y radicales libres que rompen los
enlaces quiacutemicos y provoca otros cambios moleculares que dantildean las ceacutelulas afectadas
La distribucioacuten espacial de los fenoacutemenos ionizantes depende del factor de ponderacioacuten
radioloacutegica (wR) de la radiacioacuten
Efectos sobre el ADN Cualquier moleacutecula de la ceacutelula puede ser alterada por la
radiacioacuten pero el ADN es el blanco bioloacutegico maacutes criacutetico debido a la redundancia
limitada de la informacioacuten geneacutetica que contiene Una dosis absorbida de radiacioacuten de 2
Gray (Gy) podriacutea originar centenares de lesiones en sus moleacuteculas de ADN e incluso la
muerte celular La mayoriacutea de lesiones son reparables pero las producidas por una
radiacioacuten ionizante concentrada (por ejemplo un protoacuten o una partiacutecula alfa) son en
general menos reparables que las generadas por una radiacioacuten ionizante dispersa (por
ejemplo un rayo X o un rayo gamma) Por lo tanto las radiaciones ionizantes
concentradas (alta TLE) tienen por lo comuacuten un mayor efecto bioloacutegico relativo (EBR)
que las radiaciones ionizantes dispersas (baja TLE) en casi todas las formas de lesioacuten
Cabe en este punto las definiciones de Gray (Gy) y Sievert (Sv) Gray es la medida de la
dosis absorbida por la materia radiada a razoacuten de 1 julio por Kg mientras que Sievert es
la medida de la dosis eficaz o equivalente que es 1 Gy multiplicado por un factor de
ponderacioacuten consustancial a cada radiacioacuten (fotones protones electrones neutrones
partiacuteculas alfa iones pesados) y oacutergano (goacutenadas meacutedula oacutesea pulmoacuten estoacutemago
hiacutegado piel hellip) [12]
Efectos sobre los genes El dantildeo del ADN que queda sin reparar o es mal reparado puede
manifestarse en forma de mutaciones cuya frecuencia parece aumentar como una funcioacuten
lineal de la dosis El hecho de que la tasa de mutaciones parezca ser proporcional a la
dosis se considera indicativo de que una sola partiacutecula ionizante que atraviese el ADN es
suficiente en principio para causar una mutacioacuten En las viacutectimas del accidente de
Chernoacutebil la relacioacuten dosis-respuesta de las mutaciones de la glicoforina de ceacutelulas de la
meacutedula oacutesea es muy similar a la observada en supervivientes de la bomba atoacutemica
Efectos sobre los cromosomas Las lesiones por radiacioacuten del aparato geneacutetico pueden
causar tambieacuten cambios en el nuacutemero y la estructura de los cromosomas modificaciones
cuya frecuencia se ha observado que aumenta con la dosis en trabajadores expuestos en
supervivientes de la bomba atoacutemica y en otras personas expuestas a la radiacioacuten ionizante
La relacioacuten dosis-respuesta para las aberraciones cromosoacutemicas en linfocitos de sangre
humana se ha determinado con bastante exactitud de manera que la frecuencia de
aberraciones en esas ceacutelulas puede servir de dosiacutemetro bioloacutegico uacutetil
Efectos sobre la supervivencia celular Entre las reacciones maacutes tempranas a la
irradiacioacuten figura la inhibicioacuten de la divisioacuten celular que aparece en seguida tras la
exposicioacuten aunque su grado y duracioacuten variacutean con la dosis Si bien la inhibicioacuten de la
mitosis es caracteriacutesticamente pasajera la lesioacuten radioloacutegica de genes y cromosomas
puede ser letal para las ceacutelulas en divisioacuten que en conjunto son muy sensibles a la
radiacioacuten
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Medida en teacuterminos de capacidad de proliferacioacuten la supervivencia de las ceacutelulas en
divisioacuten tiende a disminuir exponencialmente con el aumento de la dosis de manera que
1-2 Gy bastan por lo general para reducir la poblacioacuten superviviente en alrededor del
50
Efectos sobre los tejidos Las ceacutelulas maduras que no estaacuten en divisioacuten son relativamente
radiorresistentes pero las que se dividen dentro de un tejido son radiosensibles por lo que
la irradiacioacuten intensiva puede matar un nuacutemero suficiente para que el tejido se atrofie
La rapidez de esta atrofia depende de la dinaacutemica de la poblacioacuten celular dentro del tejido
afectado es decir en oacuterganos caracterizados por un recambio celular lento como el
hiacutegado y el endotelio vascular el proceso es tiacutepicamente mucho maacutes lento que en oacuterganos
caracterizados por un recambio celular raacutepido como la meacutedula oacutesea la epidermis y la
mucosa intestinal
Por otra parte conviene subrayar que si el volumen de tejido irradiado es lo bastante
pequentildeo o si la dosis se acumula con la lentitud suficiente la gravedad de la lesioacuten puede
reducirse notablemente por la proliferacioacuten compensatoria de las ceacutelulas supervivientes
Efectos agudos Como
muestra la tabla 6 los
efectos agudos de la
radiacioacuten se deben sobre
todo a la deplecioacuten
(disminucioacuten de liacutequidos)
de ceacutelulas progenitoras en
los tejidos afectados y soacutelo
pueden inducirse por dosis
lo bastante grandes para
matar muchas de estas
ceacutelulas
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos
Por este motivo tales efectos se consideran de naturaleza no estocaacutestica o determinista
en contraste con los efectos mutaacutegenos y canceriacutegenos de la radiacioacuten que se consideran
fenoacutemenos estocaacutesticos resultantes de alteraciones moleculares aleatorias en ceacutelulas
individuales que aumentan como funciones lineales sin umbral de la dosis Las lesiones
agudas de los tipos que predominaban en los primeros trabajadores expuestos y en los
pacientes tratados inicialmente con radioterapia han desaparecido praacutecticamente gracias a
las mejoras introducidas en las precauciones de seguridad y en los meacutetodos de
tratamiento Sin embargo la mayoriacutea de los pacientes tratados con radiacioacuten en la
actualidad experimentan tambieacuten alguna lesioacuten del tejido normal irradiado
Ademaacutes siguen ocurriendo accidentes radioloacutegicos graves Por ejemplo entre 1945 y
1987 se informoacute de unos 285 accidentes en reactores nucleares ocurridos en diversos
paiacuteses en los que resultaron irradiadas maacutes de 1350 personas 33 de ellas con resultado
mortal El accidente de Chernoacutebil por siacute solo liberoacute material radiactivo suficiente para
exigir la evacuacioacuten de decenas de millares de personas y animales domeacutesticos del aacuterea
circundante y originoacute enfermedades radioloacutegicas y quemaduras en maacutes de 200 personas
entre componentes de equipos de emergencia y bomberos de las que 31 fallecieron
Los efectos a largo plazo del material radiactivo liberado sobre la salud no pueden
predecirse con certeza pero las estimaciones de los riesgos resultantes de efectos
canceriacutegenos basadas en modelos de incidencia de dosis sin umbral suponen que pueden
producirse hasta 30000 muertes adicionales por caacutencer en la poblacioacuten del hemisferio
norte durante los 70 proacuteximos antildeos a consecuencia del accidente aunque es probable que
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los casos adicionales de caacutencer en cualquier paiacutes sean demasiado escasos para permitir su
deteccioacuten epidemioloacutegica
Menos catastroacuteficos pero mucho maacutes numerosos que los accidentes de reactores han sido
los accidentes en que han intervenido fuentes de rayo gamma meacutedicas e industriales que
tambieacuten han sido causa de lesiones y peacuterdida de vidas Por ejemplo la eliminacioacuten
inadecuada de una fuente de radioterapia de cesio 137 en Goiacircnia Brasil en 1987 originoacute
la irradiacioacuten de docenas de viacutectimas cuatro de las cuales murieron
Las reacciones agudas de los tejidos maacutes radiosensibles son de intereacutes general por lo que se
describen brevemente en las secciones siguientes
Piel Las ceacutelulas de la capa germinal de la epidermis son muy sensibles a la radiacioacuten En
consecuencia la raacutepida exposicioacuten de la piel a una dosis de 6 Sievert (Sv) o maacutes provoca
eritema (enrojecimiento) de la zona expuesta que aparece dentro del primer diacutea suele
durar unas cuantas horas y va seguido al cabo de dos a cuatro semanas de una o maacutes
oleadas de un eritema maacutes profundo y prolongado asiacute como de depilacioacuten (peacuterdida de
pelo) Si la dosis supera los 10 a 20 Sv en dos o cuatro semanas pueden surgir ampollas
necrosis y ulceracioacuten seguidas de fibrosis de la dermis y los vasos subyacentes que
pueden desembocar en atrofia y una segunda oleada de ulceracioacuten meses o antildeos despueacutes
El factor de ponderacioacuten de la piel es de 1Sv = (001 Fr) Gr siendo Fr el factor de
ponderacioacuten del tipo de radiacioacuten
Meacutedula oacutesea y tejido linfoide Los linfocitos tambieacuten son muy radiosensibles una dosis
de 2 a 3 Sv irradiada en poco tiempo a todo el cuerpo puede destruir un nuacutemero suficiente
de ellos para que disminuya el recuento de linfocitos perifeacutericos y la respuesta inmunitaria
se deteriore en pocas horas Las ceacutelulas hematopoyeacuteticas de la meacutedula oacutesea tienen una
sensibilidad similar a la radiacioacuten y su deplecioacuten con una dosis comparable es suficiente
para causar granulocitopenia y trombocitopenia en las tres a cinco semanas siguientes Si
la dosis es mayor estas disminuciones del recuento de granulocitos y plaquetas pueden
ser lo bastante graves para originar hemorragia o una infeccioacuten mortal El factor de
ponderacioacuten de la meacutedula oacutesea es 012
Intestino Las ceacutelulas progenitoras del epitelio que reviste el intestino delgado tambieacuten
tienen extraordinaria sensibilidad a la radiacioacuten La exposicioacuten aguda a 10 Sv disminuye
su nuacutemero en grado suficiente para causar la denudacioacuten de las vellosidades intestinales
suprayacentes en unos diacuteas La denudacioacuten de una superficie grande de la mucosa puede
dar lugar a un siacutendrome fulminante similar a la disenteriacutea que causa raacutepidamente la
muerte El factor de ponderacioacuten por defecto para los oacuterganos es 005
Goacutenadas Los espermatozoides maduros pueden sobrevivir a dosis grandes (100 Sv)
pero los espermatogonios son tan radiosensibles que una dosis de soacutelo 015 Sv aplicada
raacutepidamente a ambos testiacuteculos basta para causar oligospermia y una dosis de 2 a 4 Sv
puede provocar esterilidad permanente Tambieacuten los ovocitos son radiosensibles Una
dosis raacutepida de 15 a 20 Sv aplicada a ambos ovarios origina esterilidad temporal y una
dosis mayor esterilidad permanente en funcioacuten de la edad de la mujer en el momento de
la exposicioacuten El factor de ponderacioacuten de las goacutenadas es 020
Aparato respiratorio El pulmoacuten no es muy radiosensible pero la exposicioacuten raacutepida a
una dosis de 6 a 10 Sv puede hacer que en la zona expuesta se desarrolle neumoniacutea aguda
en el plazo de uno a tres meses Si se afecta un volumen grande de tejido pulmonar el
proceso puede originar insuficiencia respiratoria al cabo de unas semanas o conducir a
fibrosis pulmonar en meses o antildeos despueacutes El factor de ponderacioacuten de los pulmones es
012
Cristalino del ojo Las ceacutelulas del epitelio anterior del cristalino que continuacutean
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dividieacutendose toda la vida son relativamente radiosensibles El resultado es que una
exposicioacuten raacutepida del cristalino a una dosis superior a 1 Sv puede generar en unos meses
la formacioacuten de una opacidad polar posterior microscoacutepica y 2 a 3 Sv recibidos en una
sola exposicioacuten breve (o la exposicioacuten a 55 a 14 Sv acumulada a lo largo de meses)
pueden producir cataratas que dificulten la visioacuten
Otros tejidos En comparacioacuten con los tejidos ya mencionados la sensibilidad de otros
tejidos del cuerpo a la radiacioacuten es en general bastante inferior aunque el embrioacuten
constituye una notable excepcioacuten Conviene destacar que la radiosensibilidad de cualquier
tejido aumenta cuando se encuentra en estado de crecimiento raacutepido
Lesioacuten radioloacutegica de todo el cuerpo La exposicioacuten raacutepida de una parte importante del
cuerpo a una dosis superior a 1 Gy puede producir el siacutendrome de radiacioacuten agudo que
comprende
(1) Fase inicial prodroacutemica malestar general anorexia naacuteuseas y voacutemitos
(2) Periacuteodo latente
(3) Fase principal de enfermedad La fase principal de la enfermedad adopta por lo
general una de las formas siguientes seguacuten la localizacioacuten predominante de la lesioacuten
radioloacutegica hematoloacutegica gastrointestinal cerebral o pulmonar
(4) Recuperacioacuten o muerte
Lesioacuten radioloacutegica localizada A diferencia de las manifestaciones cliacutenicas de la lesioacuten
radioloacutegica aguda de todo el cuerpo que suelen ser dramaacuteticas e inmediatas la reaccioacuten a
la irradiacioacuten muy localizada tanto si procede de una fuente de radiacioacuten externa como de
un radionucleido depositado en el interior del cuerpo
tiende a evolucionar con
lentitud y a producir
pocos siacutentomas o signos
a menos que el volumen
de tejido irradiado yo la
dosis sean relativamente
grandes como muestra
la tabla 7
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y
MICROONDAS
En cuanto a los efectos bioloacutegicos de la RFMW se han desarrollado un nuacutemero significativo
de estudios que exploran la posible relacioacuten entre la exposicioacuten a la radiacioacuten de campos
RFMW y las enfermedades incluyendo el caacutencer Sin embargo todaviacutea deberaacute de pasar un
tiempo hasta que se tengan los resultados finales de la mayoriacutea de los estudios
Baacutesicamente existen tres tipos de efectos bioloacutegicos a estas frecuencias efectos de nivel alto
(teacutermicos) de nivel medio (ateacutermicos) y de nivel bajo (no teacutermicos)
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Los efectos teacutermicos [8]
son los que causan un
aumento de la temperatura debido a la energiacutea absorbida de un campo electromagneacutetico Si la
termorregulacioacuten no interviene se habla de efecto ateacutermico
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321 Efectos Teacutermicos
La fuerza producida por un campo eleacutectrico sobre un cuerpo cargado tales como los iones
moacuteviles del cuerpo produce que eacutestos se muevan y la resistencia a ese movimiento hace que
el cuerpo se caliente El aumento de temperatura se compensa por la termorregulacioacuten
conducida por el flujo de la sangre La relacioacuten entre el aumento de temperatura y la SAR es
muy complicada debido principalmente a lo complicado de modelar la influencia del flujo de
sangre sobre la transferencia de calor
Un resultado obvio de la radiacioacuten de RFMW es el calentamiento del cuerpo humano a pesar
de sus procesos propios de termorregulacioacuten Estos efectos son conocidos desde las primeras
investigaciones en efectos terapeacuteuticos realizadas por los ldquopadresrdquo del electromagnetismo en
el siglo XIX Los efectos teacutermicos tienen implicaciones significativas en la salud humana y
estaacuten relacionados con las corrientes inducidas El calentamiento es la interaccioacuten primordial
de los campos de RFMW especialmente a frecuencias por encima de 1MHz Por debajo el
efecto dominante es el de las corrientes inducidas
Los efectos teacutermicos se pueden definir como una deposicioacuten de energiacutea mayor que la
capacidad termorregulatoria del cuerpo humano Si una persona se calienta por alguna fuente
externa a una razoacuten maacutes elevada puede ocurrir un dantildeo teacutermico Los efectos teacutermicos estaacuten
fuertemente influidos por la temperatura ambiente y la humedad relativa El calor inducido
en el cuerpo aumenta con la masa del cuerpo al menos para animales pequentildeos
El cuerpo humano intenta regular su temperatura debido a un aumento teacutermico a traveacutes de la
respiracioacuten y el intercambio de calor viacutea flujo sanguiacuteneo Las partes del cuerpo que tienen
menos riego sanguiacuteneo son las maacutes afectadas por los efectos teacutermicos debido a que la
termorregulacioacuten tiene una menor capacidad de accioacuten
Los sistemas bioloacutegicos alteran su funcionamiento debido al cambio de temperatura
Temperaturas elevadas tienen efectos como cataratas incremento de la presioacuten arterial
veacutertigo y mareos debilidad desorientacioacuten o naacuteuseas Efectos teacutermicos adversos tales
como cataratas y quemaduras en la piel se producen con exposiciones a campos de
RFMW con densidades de potencia muy altas y por encima de 1000 Wm2 Estos valores
no se encuentran nunca cerca de fuentes de RFMW convencionales aunque siacute pueden
existir cerca de transmisores de alta potencia tales como radares militares
Efectos geneacuteticos Los agentes que pueden dantildear el ADN de las ceacutelulas se dice que tienen
un potencial carcinoacutegeno y se llaman genotoxinas o que tienen actividad genotoacutexica
El concepto de dantildeo de ADN como base para la formacioacuten del caacutencer estaacute puesto en tela
de juicio por la evidencia de que el caacutencer puede provenir de factores que no actuacutean
directamente sobre el ADN
Si los campos de RFMW no son directamente mutageacutenicos existe siempre la cuestioacuten de
si pueden incrementar el desarrollo de ceacutelulas malignas o alterar otros procesos que
produzcan cambios en el material geneacutetico Relacionado con esto estaacute la preocupacioacuten
acerca de los efectos sobre la salud a exposiciones prolongadas a campos de RFMW de
bajo nivel
Los investigadores creen que los cambios geneacuteticos soacutelo se producen en presencia de un
aumento sustancial de la temperatura observaciones que estaacuten en total acuerdo con la
interpretacioacuten de que la energiacutea de RFMW no causa dantildeo directo en el ADN debido a la
poca energiacutea asociada a sus fotones
Estudios en ceacutelulas (in vitro) Aunque la radiacioacuten no ionizante no puede dantildear el
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ADN de la misma forma que lo hace la ionizante es probable que la exposicioacuten a
campos de RFMW pueda producir alguna alteracioacuten en procesos celulares lo que
indirectamente puede afectar a la estructura de ADN Por tanto los estudios en ceacutelulas
(in vitro) son esenciales para interpretar los resultados experimentales Sin embargo la
criacutetica a estos estudios se basa en el hecho de indicar dantildeos en el ADN y ademaacutes en
que los estudios en su gran mayoriacutea no han sido replicados Son multitud los estudios
celulares unos mostrando efectos y otros no Probablemente el maacutes famoso fue el
realizado por Lai y Singh en 1995 [18]
en la Universidad de Washington en Seattle con
frecuencias de 245 GHz (las de los hornos de microondas) y con valores de SAR de
12 Wkg vieron efectos en las ceacutelulas del cerebro de ratas Eso produjo una gran
controversia en las compantildeiacuteas de telefoniacutea moacutevil (la frecuencia de los moacuteviles de
tercera generacioacuten la famosa UMTS estaacute en torno a esa frecuencia y las de GSM
cercanas) y preocupacioacuten entre los usuarios pues pareciacutea que se encontraba una
conexioacuten con datos ciertamente sin comprobar entre los teleacutefonos moacuteviles y el caacutencer
de cerebro Sin embargo no parece haber otros estudios que respalden estos resultados
Estudios en animales (in vivo) Tambieacuten se han realizado estudios en animales en los
que es maacutes difiacutecil de controlar los paraacutemetros pero pueden dar una mejor valoracioacuten de
las posibles consecuencias De nuevo existe controversia entre diferentes estudios
Como resumen de los estudios geneacuteticos podemos decir que los estudios experimentales
especialmente los celulares sobre exposicioacuten a campos de RFMW no han dado indicios
de evidencia genotoacutexica a menos que la potencia incidente fuera suficiente para causar
dantildeos teacutermicos Por otro lado hay muy pocos resultados positivos sobre efectos geneacuteticos
de radiacioacuten de RFMW de baja intensidad de entre los que algunos resultados no han
sido replicados o bien no han sido confirmados cuando han sido replicados por otros
autores
Proliferacioacuten celular La perturbacioacuten del ciclo normal celular es un posible signo de
crecimiento incontrolado de ceacutelulas cancerosas Se han descrito incrementos soacutelo en el
caso en que haya calentamiento e incluso otros estudios no encontraron estos
incrementos
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos
La radiacioacuten electromagneacutetica puede producir efectos no teacutermicos
[8] En general pueden
surgir cambios detectables soacutelo si el efecto del campo eleacutectrico con el medio bioloacutegico
expuesto a un campo electromagneacutetico no estaacute enmascarado por el ruido teacutermico
El ruido teacutermico es un movimiento aleatorio debido a la energiacutea teacutermica que todos los
cuerpos tienen al poseer una temperatura por encima del cero absoluto (-273ordmC o 0 Kelvin)
Fueacute identificado por Jonson en 1928 Es debido al movimiento aleatorio de los electrones
originado por su energiacutea teacutermica Este movimiento da lugar a una corriente aleatoria y debido
a ella en bornes de una resistencia aparece una tensioacuten de ruido Vn El valor medio de la
tensioacuten de ruido es siempre nulo pero no su valor eficaz La energiacutea producida por un campo
de radiofrecuencia en general es menor que el ruido teacutermico bioloacutegico[8]
y por tanto su efecto
no teacutermico quedariacutea completamente enmascarado
Polarizacioacuten celular Un mecanismo no teacutermico proviene de las moleacuteculas que se polarizan
con el campo eleacutectrico pudiendo producirse atracciones eleacutectricas entre ellas como se vioacute
anteriormente Otro mecanismo no teacutermico estaacute asociado al movimiento de corriente a traveacutes
de las membranas que tienen un comportamiento fuertemente no lineal es decir cuando se
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aplica una tensioacuten a una membrana la corriente no es proporcional a ella pudiendo afectar a
las funciones de la membrana
Frecuencias resonantes Es posible que ciertos tejidos bioloacutegicos reaccionen muy
sensiblemente a ciertas frecuencias resonantes y se deberiacutean estudiar estas situaciones En cuanto a los efectos de la radiacioacuten de nivel bajo y medio
[8] se trata de ver si estos niveles
de potencia pueden causar cambios bioloacutegicos dantildeinos en ausencia de un aumento
demostrable de la temperatura Sobre este aspecto existe alguna controversia Todos estos
efectos se producen con valores de SAR inferiores a 2Wkg
Se han descrito muchos en la literatura pero baacutesicamente casi todos hablan de efectos
neuronales morfoloacutegicos actividad neurotransmisora y de las enzimas concentracioacuten de
iones y efectos sobre el metabolismo Sobre este tema existe todaviacutea mucha discrepancia
entre los investigadores Algunos consideran probados estos efectos y otros consideran que
no estaacute probada de ninguna manera la conexioacuten entre los efectos no teacutermicos dantildeinos y la
radiacioacuten de bajo nivel
Telefoniacutea moacutevil Respecto a la aplicacioacuten de los resultados obtenidos sobre los efectos de la
RFMW correspondiente a la telefoniacutea moacutevil hay que tener una enorme precaucioacuten Parece
claro que no existe en la actualidad una gran cantidad de datos que permitan concluir si la
exposicioacuten a campos de RFMW durante el uso normal de un teleacutefono moacutevil puede producir
o no efectos nocivos sobre la salud Puesto que paraacutemetros de la RFMW tales como
frecuencia intensidad duracioacuten modulacioacuten forma de onda etc son esenciales para
determinar la respuesta bioloacutegica es necesario investigar mucho maacutes en la interaccioacuten de
tales paraacutemetros con la respuesta de la sentildeal de un moacutevil en condiciones normales
Algunos investigadores dan por cientiacuteficamente probados los efectos bioloacutegicos no teacutermicos
de campos de RFMW de niveles intermedios y bajos Otros investigadores sin embargo no
confirman la opinioacuten anterior asegurando que esos resultados son meramente especulativos
afirmando que haya o no conexioacuten entre los efectos y la exposicioacuten a campos de RFMW
eacutestos soacutelo se producen a niveles mucho mayores de los que se encuentran en aplicaciones de
telecomunicaciones
Los diferentes organismos encargados de elaborar los liacutemites a la exposicioacuten de CEM no han
tenido hasta ahora en cuenta la proteccioacuten frente a efectos no teacutermicos y ateacutermicos debido a
la poca evidencia cientiacutefica que existe en este aspecto
Los efectos no teacutermicos tambieacuten dependen fuertemente de factores de propagacioacuten de la onda
electromagneacutetica como la modulacioacuten y la frecuencia En la mayoriacutea de los casos los
mecanismos de los efectos no se conocen todaviacutea Es importante conocer coacutemo se propaga la
energiacutea de RFMW a traveacutes de un cuerpo bioloacutegico Y coacutemo se distribuye la energiacutea
electromagneacutetica por el cuerpo y coacutemo se dispersa por el cuerpo especialmente si el aumento
de temperatura no es medible por ser muy pequentildeo
A continuacioacuten se indicaraacuten algunos efectos maacutes significativos relacionados en la literatura
sobre el tema pero deben ser entendidos con bastante cautela
Sistema nervioso Una revisioacuten de la literatura sobre efectos de campos de RFMW de
niveles intermedios y bajos muestran que la exposicioacuten a niveles de SAR bajos (siempre
menores que 2Wkg) bajo ciertas condiciones pueden afectar al sistema nervioso
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incluyendo efectos morfoloacutegicos electrofisioloacutegicos en la actividad neurotransmisora y
en el metabolismo
Sistema inmunoloacutegico Tambieacuten se han descrito efectos sobre el sistema inmunoloacutegico
sobre la morfologiacutea de los genes y los cromosomas concentracioacuten de iones morfologiacutea
celular etc Algunos de estos efectos nombrados han sido refutados por otros autores por
lo que la situacioacuten al respecto no es clara
Enzimas Se estima que la RFMW modulada de bajo nivel puede afectar la actividad
intracelular de las enzimas Algunos estudios han detectado evidencias de cambios en esta
actividad
Hormonas La influencia de los campos de RFMW pueden influir sobre la concentracioacuten
de hormonas en la sangre
Funciones de la membrana Las ceacutelulas poseen un voltaje a traveacutes de sus membranas y
utilizan iones de calcio para muchos de los procesos de regulacioacuten en las ceacutelulas Una
alteracioacuten del campo eleacutectrico sobre la superficie de las ceacutelulas cambia la eficiencia de su
comportamiento Algunos estudios han encontrado cambios en la concentracioacuten de iones
de calcio lo que se relaciona con las alteraciones en el funcionamiento de la membrana
Catalizador de caacutencer en animales Como la exposicioacuten a campos de RFMW no se
considera causante directo de carcinogeacutenesis la investigacioacuten se centra maacutes bien en sus
posibles efectos catalizadores de ayuda a la proliferacioacuten de caacutencer
Para hacernos una idea de coacutemo son estos estudios y que caracteriacutesticas tienen podemos
nombrar el realizado en la Universidad de Washington un centenar de ratas se expusieron
a radiacioacuten de RFMW de 245 GHz modulada por una sentildeal de 800 Hz durante 25 meses
215 horas al diacutea y con una SAR aproximada en los animales de 04 Wkg Las ratas
expuestas tuvieron un aumento significativo de tumores malignos respecto al grupo de
control [19]
Tambieacuten existe un conjunto de estudios realizados sobre animales tratados con
carcinoacutegenos quiacutemicos Observemos que todos los estudios someten a los animales a
radiaciones extremadamente prolongadas
Otros estudios Los estudios se han centrado en efectos sobre la morfologiacutea del cerebro
(soacutelo se han encontrado efectos a intensidades altas) sobre la morfologiacutea del ojo y sobre
cambios en el comportamiento
o Aprendizaje espacial y memoria Como ejemplo en 2004 Jean-Christophe Cassel
Brigitte Cosquer Rodrigue Galani y Niels Kuster [20]
experimentaron que una
exposicioacuten corporal completa realizada a ratas a 245 GHz no afectaba en absoluto sus
capacidades de aprendizaje espacial y memoria mediante lo que se conoce como
laberinto de brazo radial
o Memoria a corto plazo Sin embargo una investigacioacuten posterior (2010) realizada por
MP Ntzouni A Stamatakis F Stylianopoulou y LH Margaritis sobre los efectos de
la radiacioacuten de los moacuteviles en la memoria a corto plazo de los ratones [21]
indica que si
bien en exposiciones agudas no se detectan efectos cuando la exposicioacuten es croacutenica
afecta de forma significativa a su memoria a corto plazo
o Ondas cerebrales de personas Un estudio [22]
realizado por Jose Luis Relova Sonia
Pertega Jose Antonio Vilar Elena Lopez-Martin Manuel Peleteiro y Francisco Ares-
Pena en 2010 sobre la exposicioacuten del cerebro a la radicacioacuten de los moacuteviles sugiere
que los campos electromagneacuteticos pueden modular la actividad de las redes
neuronales asiacute como que los pacientes epileacutepticos pueden ser especialmente sensibles
a la radiacioacuten electromagneacutetica En concreto en primer lugar se ratifica que la
exposicioacuten a CEM de los moacuteviles incrementa en todos los individuos (epileacutepticos y no
epileacutepticos) la actividad en frecuencia alfa (relacionado con la velocidad de procesado
de la informacioacuten y la capacidad cognitiva) pues este punto ha sido ya estudiado por
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otros autores Y en segundo lugar se detecta ademaacutes para los pacientes epileacutepticos un
incremento de la actividad de ondas beta y gamma (implicadas en la coordinacioacuten
subyacente de los procesos neuronales de percepcioacuten cognitivos y de atencioacuten) o Barrera Hematoencefaacutelica (sistema fisioloacutegico que separa el cerebro de la meacutedula
espinal de vital importancia para la salud ya que cualquier interrupcioacuten o trastorno de
este sistema puede tener graves consecuencias) En una revisioacuten de estudios [23]
realizada por Anne Perrin Celine Cretallaz Alice Collin Christine Amourette y
Catherine Yardin en 2010 enfocada sobre 16 artiacuteculos de 2005 a 2009 [24] [25] [26] [27] [28]
[29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] de los cuales 3 fueron in vitro 11 in vivo y 2 en
personas se detectoacute una calidad metodoloacutegica muy heterogeacutenea En detalle y aparte su
metodologiacutea los estudios aportaron pruebas no convincentes del efecto de la
exposicioacuten a bajos niveles de radiofrecuencia sobre la integridad de la barrera
hematoencefaacutelica (BBB) Ademaacutes algunos estudios con metodologiacutea correcta sugeriacutean
que no habiacutea efectos para un SAR de maacutes de 6 WKg en incluso de 20 WKg para
exposiciones agudas
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS
Los campos electromagneacuteticos de frecuencia baja (ELF) inducen corrientes en el organismo
pero tambieacuten las pueden generar diversas reacciones bioquiacutemicas del propio organismo Las
ceacutelulas o tejidos no podraacuten detectar ninguna corriente inducida por debajo de este nivel de
generacioacuten propio En consecuencia a frecuencias bajas las directrices aseguran que las
corrientes inducidas por los campos electromagneacuteticos son menores que las corrientes
naturales del organismo
Recordemos que la electricidad es la fuente de energiacutea maacutes comuacuten en el mundo debido a la
facilidad con que se genera y se transmite allaacute donde se necesita Desde el principio del siglo
XX la industria basada en la electricidad y sus tecnologiacuteas relacionadas han sido una parte
fundamental de nuestra sociedad Debido a que la electricidad es usada universalmente y
juega un papel esencial en la economiacutea y desarrollo de las naciones la posibilidad de que los
campos eleacutectrico y magneacutetico sean perjudiciales para los trabajadores y consumidores es una
materia que merece especial atencioacuten y estudio
Durante mucho tiempo los investigadores han intentado diversas teoriacuteas de interaccioacuten de
frecuencias de ELF Aunque la radiacioacuten de ELF no puede romper debido a su baja energiacutea
ninguacuten enlace quiacutemico por deacutebil que sea existen mecanismos de interaccioacuten bien definidos [9]
que muestran la interaccioacuten con los tejidos bioloacutegicos sin necesidad de romper enlace
alguno
Los campos eleacutectricos pueden crear fuerzas sobre moleacuteculas cargadas o neutras o sobre
sistemas celulares dentro de sistemas vivos Estas fuerzas pueden causar movimiento de
partiacuteculas cargadas o inducir tensiones entre las membranas celulares
Los campos magneacuteticos tambieacuten pueden producir fuerzas sobre estructuras celulares pero
como la mayoriacutea de los medios bioloacutegicos son no magneacuteticos estas fuerzas son muy
pequentildeas
Ademaacutes los campos magneacuteticos pueden producir campos eleacutectricos en el interior de los
cuerpos
Aunque los campos eleacutectrico y magneacutetico ocurren juntos la mayoriacutea de los estudios
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uacutenicamente se centran en los efectos del campo magneacutetico El argumento es que el campo
magneacutetico es muy difiacutecil de apantallar y penetra mucho maacutes faacutecilmente en los edificios y en
el cuerpo humano que el campo eleacutectrico
Campo interno y externo acoplo Existen diversos mecanismos de interaccioacuten propuestos
en la literatura Pero antes es necesario entender la relacioacuten entre el campo fuera y en el
interior de un sistema bioloacutegico (acoplo) que depende fuertemente de la frecuencia
El campo eleacutectrico en el interior de un tejido bioloacutegico es mucho menor que fuera
habitualmente en varios oacuterdenes de magnitud Eso significa que por ejemplo el cuerpo
humano es un buen apantallamiento del campo eleacutectrico es decir no lo deja ldquopasarrdquo
Consideacuterese el caso de un cuerpo humano bajo exposicioacuten a un campo de ELF
eleacutectricamente el acoplo es muy pequentildeo por ejemplo un campo eleacutectrico externo de 1
KVm (1000 Vm) puede inducir un campo interno de 1mVm (que es 10-3
Vm) lo que
significa una reduccioacuten de 1 milloacuten Este valor de campo eleacutectrico es el tiacutepico bajo una
liacutenea de alta tensioacuten Ademaacutes este campo eleacutectrico crea una corriente de conduccioacuten en el
interior del cuerpo unos cuantos oacuterdenes de magnitud inferior a las corrientes creadas
naturalmente por el corazoacuten nervios o muacutesculos
Sin embargo los tejidos bioloacutegicos son medios no magneacuteticos lo que significa que el
campo magneacutetico externo es praacutecticamente el mismo que en el interior La mayor parte
del debate sobre liacutemites aceptables sobre campos de ELF estaacute expresado en teacuterminos del
campo magneacutetico
Se han propuesto diferentes mecanismos de interaccioacuten con el campo electromagneacutetico pero
no todos estaacuten suficientemente bien establecidos Fundamentalmente los mecanismos
propuestos son corrientes eleacutectricas inducidas efectos directos sobre materiales bioloacutegicos
magneacuteticos y efectos sobre radicales libres
Corrientes inducidas por el campo magneacutetico En el rango de ELF un material bioloacutegico
es un medio conductor Debido a sus caracteriacutesticas morfoloacutegicas las ceacutelulas presentan por
debajo de 100 Hz un comportamiento baacutesicamente resistivo y muy poco inductivo Un
posible mecanismo de interaccioacuten del campo electromagneacutetico con sistemas vivos que se ha
propuesto teoacutericamente es la habilidad del campo magneacutetico para estimular corrientes
circulares (eddy currents) en las membranas de las ceacutelulas y en los fluidos de los tejidos que
circulan en un bucle cerrado que descansa en un plano perpendicular a la direccioacuten del
campo magneacutetico Esta corriente se puede calcular usando las ecuaciones de Faraday y
Laplace sin necesidad de resolver las ecuaciones de Maxwell Por tanto en el interior de un
medio bioloacutegico se inducen corrientes y campos eleacutectricos debido al campo magneacutetico
La obtencioacuten de estas corrientes es complicada y soacutelo puede hacerse a traveacutes de simulaciones
numeacutericas Soacutelo en supuestos sencillos es decir modelando el cuerpo como un medio
homogeacuteneo la corriente puede obtenerse de forma analiacutetica
Asiacute la densidad de corriente en un camino circular alrededor de un campo magneacutetico
sinusoidal se puede obtener de la ley de Faraday y resulta ser
J = π σ r B f A m2
siendo σ la conductividad en Sm r el radio del lazo o bucle B la induccioacuten magneacutetica en
Teslas y f la frecuencia en Hz
Xi y Stuchly en 1994 [40]
hicieron caacutelculos basados en modelos anatoacutemicos humanos
eleacutectricamente refinados y obtuvieron densidades de corrientes de 2mAm2
para campos de
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100μT a 60 Hz A frecuencias por encima de 100 KHz las corrientes inducidas producen
calentamiento del sistema bioloacutegico expuesto En el rango de las ELF el calentamiento de
tejidos no es problema pero si la corriente inducida es muy grande hay riesgo de estimular
ceacutelulas eleacutectricamente excitables como las neuronas A frecuencias menores de
aproximadamente 100 KHz las corrientes necesarias para calentar sistemas bioloacutegicos son
mayores que las corrientes necesarias para excitar neuronas y otras ceacutelulas eleacutectricamente
excitables
Sustancias biomagneacuteticas Todos los organismos vivos estaacuten compuestos esencialmente de
compuestos orgaacutenicos diamagneacuteticos pero tambieacuten estaacuten presentes algunas moleacuteculas
paramagneacuteticas (por ejemplo el oxiacutegeno O2) y microestructuras y estructuras
ferromagneacuteticas (hemoglobina magnetita) Estas microestructuras se comportan como
pequentildeos imanes que estaacuten influenciados por campos externos que modifican su contenido
de energiacutea y se encuentran en bacterias y otros elementos bioloacutegicos pequentildeos
El cerebro humano [2]
contiene estos elementos que responden al campo magneacutetico aplicado
orientaacutendose con eacutel y creando alguacuten efecto bioloacutegico Los campos de ELF pueden crear
efectos bioloacutegicos actuando como se ha descrito pero para ello se necesitan campos
magneacuteticos muy grandes de al menos 2 a 5 μT
Radicales libres Los radicales libres son aacutetomos o moleacuteculas con al menos un electroacuten
desapareado Estos electrones son muy inestables y peligrosos porque normalmente los
electrones vienen en pares Estos electrones hacen que los radicales libres choquen con otras
moleacuteculas a las que pueden arrancar electrones lo que causa que cambie su estructura
pudieacutendolas convertir a su vez en radicales libres que puede ademaacutes prolongarse como una
reaccioacuten en cadena Los radicales libres son muy reactivos y existen durante cortos periacuteodos
de tiempo (tiacutepicamente menor que 1 ns) pero su efecto es extremo pues puede dantildear la
cadena de ADN
Los campos magneacuteticos estaacuteticos pueden influir en la respuesta de reacciones quiacutemicas entre
pares de radicales libres Puesto que el periacuteodo de vida de los radicales libres es muy
pequentildeo y los campos de ELF tienen un periacuteodo muy alto baacutesicamente actuacutean para estos
casos como los campos estaacuteticos
Campos magneacuteticos con intensidades menores que 50μT no producen efectos bioloacutegicos
significativos en radicales libres esto si no se tiene en cuenta las sustancias biomagneacuteticas
pues cualquier efecto se antildeadiriacutea al campo geoestacionario que variacutea entre 30 y 70 μT
Membrana celular y enlace quiacutemico El campo eleacutectrico de baja frecuencia puede excitar
la membrana celular causando efectos nocivos A frecuencias de liacuteneas de alta tensioacuten el
valor liacutemite de la densidad de corriente para producir efectos nocivos es de alrededor de 10
mAm2 que se corresponde con un valor del campo eleacutectrico en los tejidos de 100 Vm
Muchos cientiacuteficos opinan que la membrana celular juega un papel esencial en los
mecanismos de interaccioacuten ente el campo electromagneacutetico y los tejidos bioloacutegicos El
mecanismo teoacuterico propuesto por los cientiacuteficos concluye que las ceacutelulas son estructuras bio-
electroquiacutemicas que interactuacutean con su entorno de varias formas entre las que se incluyen
interacciones mecaacutenicas teacutermicas quiacutemicas bioquiacutemicas y eleacutectricas El Dr William Ross [41][42][43]
(Universidad de California) asegura que los iones especialmente los iones de calcio
podriacutean jugar un papel similar al de un enlace quiacutemico entre el campo electromagneacutetico y los
procesos de la vida
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Como conclusioacuten de los tres mecanismos biofiacutesicos nombrados (corrientes inducidas efectos
directos sobre los materiales bioloacutegicos magneacuteticos y efectos sobre radicales libres) podemos
decir que para que haya efectos nocivos notables es necesario intensidades de campo
electromagneacutetico importantes y en cualquier caso mucho mayores de las que habitualmente
existen en nuestro entorno Sin embargo para entender los efectos bio-electro-quiacutemicos se
necesita conocer maacutes sobre coacutemo el campo de ELF afecta a los procesos de la vida Los
investigadores creen que hay que hacer una clara distincioacuten entre esos tres bioefectos y el
proceso de efectos bio-electro-quiacutemicos de manera que el efecto de campos ELF deacutebiles hay
que encontrarlo fuera del aacutembito de la fiacutesica convencional
Estudios sobre ELF y caacutencer En la literatura sobre bioefectos de campos de ELF existen
estudios sobre diferentes efectos sobre la salud sin embargo al que maacutes atencioacuten se le ha
prestado es a su posible relacioacuten con la induccioacuten del caacutencer [9]
Mecanismos del caacutencer El caacutencer es un teacutermino que describe al menos 200 enfermedades
diferentes todas ellas con la caracteriacutestica comuacuten de un crecimiento incontrolado de las
ceacutelulas
El caacutencer es un caso de mitosis incontrolada en el que las ceacutelulas se dividen de forma
incontrolada y crecen fuera de todo control Esencialmente el caacutencer es por tanto un
desorden geneacutetico a nivel celular siendo un fallo en las propias ceacutelulas maacutes que en el cuerpo
entero Las causas de muchos caacutenceres son desconocidas y son muchos los factores de
influencia en el riesgo de contraer caacutencer Cada uno de los factores de riesgo conocidos tales
como el tabaco alcohol radiacioacuten ionizante y otros contribuyen a tipos de caacutencer
especiacuteficos El riesgo de caacutencer estaacute relacionado con muchas causas
El riesgo con amianto estaacute relacionado con la longitud y dureza de las fibras
El riesgo con partiacuteculas en el aire estaacute relacionado con su tamantildeo y su propensioacuten para
fijarse en los pulmones
La luz visible rompe enlaces en los procesos de fotosiacutentesis aunque ello no parece
relacionado con el caacutencer
La radiacioacuten de origen solar como la radiacioacuten ultravioleta UV (especialmente la UVB)
estaacute asociada con el riesgo de contraer caacutencer de piel y melanoma maligno
Sin embargo ya sabemos que la energiacutea de un fotoacuten de campos de baja frecuencia es
insuficiente para romper enlaces quiacutemicos En general los caacutenceres potencialmente
asociados a exposicioacuten a campo electromagneacutetico son leucemia y tumores de pecho y
cerebrales
Carcinogeacutenesis La transformacioacuten de ceacutelulas sanas en ceacutelulas malignas es un proceso
complejo que incluye al menos tres etapas distintas debidas a deformaciones en el material
geneacutetico de las ceacutelulas El proceso global se denomina modelo de carcinogeacutenesis multietapa
El caacutencer humano es el resultado de la acumulacioacuten de varios cambios geneacuteticos y
epigeneacuteticos en una poblacioacuten de ceacutelulas dada y se inicia por un dantildeo en la cadena de
ADN Al agente que causa tal efecto se le llama genotoxina Es altamente improbable que
un simple dantildeo geneacutetico en las ceacutelulas cause caacutencer Para ello se necesita una serie de
dantildeos geneacuteticos La genotoxina puede afectar a maacutes de un tipo de ceacutelulas y por tanto
causar maacutes de un tipo de caacutencer Un agente epigeneacutetico es algo que incrementa la
probabilidad de causar caacutencer por un agente genotoacutexico No existen ensayos estaacutendares
para la actividad epigeneacutetica y por tanto no hay una manera faacutecil de predecir si una agente
presenta tal actividad
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Los efectos genotoacutexicos de campos de ELF han sido ampliamente estudiados No se ha
confirmado ninguacuten cambio celular significativo baja exposiciones a campos de ELF con
niveles usuales Los estudios muestran que los campos de ELF no causan ni dantildeo en el
ADN ni aberraciones cromosoacutemicas ni mutaciones ni transformaciones en las ceacutelulas ni
formacioacuten de micronuacutecleos ni efectos mutageacutenicos a niveles comparables a los que existen
en el ambiente habitual Soacutelo unos pocos estudios han comunicado genotoxicidad de
estudios experimentales en animales pero la mayoriacutea no han reproducido fielmente las
condiciones ambientales o no han sido replicados
Otros estudios han indicado que los campos de ELF podriacutean tener alguna actividad
epigeneacutetica Los mayores inconvenientes de los resultados provenientes de los estudios
experimentales es que la mayoriacutea de ellos no han sido replicados y su repeticioacuten por otros
autores es la uacutenica manera de comprobacioacuten de los resultados Por otro lado los resultados
necesitan estar apoyados en mecanismos confirmados lo que claramente no estaacute todaviacutea
disponible
La conclusioacuten final de un gran nuacutemero de estudios [9]
en este campo es que exposiciones a
campo eleacutectrico y magneacutetico con intensidades menores a 01mT no producen ninguacuten cambio
celular significativo tales como actividad genotoacutexica o epigeneacutetica Sin embargo unos pocos
estudios siacute han encontrado evidencia de actividad epigeneacutetica Tambieacuten para campos
superiores a 01 mT pueden existir efectos nocivos
Hipoacutetesis de la melatonina [9]
Una posible interaccioacuten bajo investigacioacuten es que la
exposicioacuten a campos de ELF suprime la produccioacuten de melatonina que es una hormona
producida por la glaacutendula pineal localizada en una zona profunda del cerebro La melatonina
se produce principalmente por la noche y se libera mediante el flujo sanguiacuteneo a traveacutes del
cuerpo
La melatonina llega a casi todas las ceacutelulas del cuerpo humano destruyendo los radicales
libres ademaacutes de regular a otras actividades como los ciclos menstruales femeninos el ritmo
cardiacuteaco el suentildeo el estado de aacutenimo y la geneacutetica La secrecioacuten de melatonina decrece con
la edad siendo maacutexima en la nintildeez y su produccioacuten es esencial para el sistema inmunoloacutegico
protegiendo al cuerpo de infecciones y de las ceacutelulas cancerosas Si el nivel de melatonina
decrece diversos tipos de caacutenceres pueden proliferar
Como se veraacute a continuacioacuten algunos estudios han concluido que los ELF pueden tener
alguacuten efecto relevante en el caacutencer a traveacutes de una serie de subprocesos Maacutes concretamente
los CEM reduciriacutean la melatonina lo que puede producir efectos geneacuteticos que provocariacutean
ceacutelulas cancerosas defectos inmunoloacutegicos crecimiento anormal y finalmente caacutencer
Es conocido que la melatonina se ve afectada por la luz [9]
Por ejemplo las mujeres ciegas
tiacutepicamente tienen maacutes nivel de melatonina que las videntes y la incidencia del caacutencer de
mama es mucho menor Otras frecuencias de la energiacutea electromagneacutetica diferente a la del
visible pueden tambieacuten tener influencia en la generacioacuten de melatonina El intereacutes baacutesico en
la melatonina de muchos cientiacuteficos es que podriacutea servir de base para explicar algunos
estudios epidemioloacutegicos
Diversos laboratorios han encontrado reduccioacuten de melatonina en ceacutelulas animales y
personas expuestos a campos de ELF siendo un efecto que depende fuertemente del periacuteodo
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de exposicioacuten y de la intensidad del campo
En 1995 Selmaoui y colaboradores [44]
realizaron un estudio con ratones expuestos a
campos de 50 Hz con intensidades de 1 10 y 100 μTeslas durante 12 horas o durante 30
diacuteas durante 18 horas al diacutea Se observoacute un decrecimiento en la melatonina para los
ratones expuestos 30 diacuteas (un 40 de reduccioacuten) y en los expuestos 12 horas a 100μT (un
20 de reduccioacuten) Para un 1μT no se observoacute reduccioacuten en ninguacuten caso
Seguacuten Michael H Repacholi (World Health Organization 1998) en 1987 Stevens [45]
propuso una relacioacuten entre la exposicioacuten a campos ELF (5060 Hz) y la carcinogeacutenesis a
traveacutes de la accioacuten del campo sobre la secrecioacuten de melatonina Se reportoacute una inhibicioacuten
de la secrecioacuten de melatonina y un descenso de la actividad de las enzimas involucradas
en el metabolismo de la melatonina con exposicioacuten a ELF o campos magneacuteticos estaacuteticos
alternados raacutepidamente
Pero tambieacuten existen estudios en los que no se ha encontrado esa reduccioacuten
En 1995 Rogers y sus colaboradores [46]
sometieron a monos a campos eleacutectricos de 60
kVm y magneacuteticos de 50μT o de 30 kVm y 100μT de 60 Hz durante 12 horas al diacutea y 6
semanas No encontraron ninguna evidencia de reduccioacuten en la melatonina
Graham y colaboradores en 2000 [47]
no encontraron efectos entre hombres joacutevenes
voluntarios expuestos a campos de 60 Hz de 283μT
Ninguacuten estudio ha determinado los efectos en el metabolismo de la melatonina provocados
por niveles bajos de corriente continua o campos de RF de amplitud modulada Estos efectos
deberiacutean investigarse
Los posibles efectos sobre diferentes actividades del cuerpo se resumen a continuacioacuten [9]
Material geneacutetico Mucha de la investigacioacuten en efectos bioloacutegicos de los CEM se ha
dedicado a encontrar si la exposicioacuten a campos de ELF puede dantildear el ADN o inducir
mutaciones en eacutel Generalmente se cree que la energiacutea asociada con campos de ELF no es
suficiente para causar un dantildeo directo en el ADN sin embargo debe entenderse que pueden
ser posibles efectos indirectos que cambien los procesos en las ceacutelulas que puedan producir
un dantildeo en el ADN Por otro lado campos de ELF con intensidades muy superiores a las
habituales en el ambiente pueden producir cambios en la siacutentesis del ADN cambiar la
distribucioacuten molecular o inducir aberraciones cromosoacutemicas Sin nombrar ninguacuten estudio en
particular en general los cambios mutageacutenicos soacutelo se observan a intensidad de campo
magneacutetico alta
Transporte de calcio El fenoacutemeno de liberacioacuten de iones de calcio Ca++
de las ceacutelulas por
exposicioacuten de campos de ELF es conocido especialmente en el cerebro y las ceacutelulas
linfaacuteticas Niveles elevados de Ca++ se han encontrado con niveles tanto bajos como altos de
campo en cultivos celulares y animales El exceso de Ca++
puede causar perturbaciones en la
actividad hormonal Sin embargo muchos cientiacuteficos no estiman tan importante el papel del
Ca++
en el caacutencer y la leucemia aunque se conoce que las ceacutelulas segregan iones de calcio a
las ceacutelulas circundantes como un mensaje para bloquear el desarrollo celular
Seguacuten R Glaser M Michalsky y R Schramek(1998) [48]
a partir de 400 pruebas no hay
efectos claros para esta actividad para campos magneacuteticos superiores pico a pico a 26 mT y
frecuencias de 45Hz a 12kHz ni para campos eleacutectricos superiores a 150 Vm a frecuencias
de 15 45 100 y 500 Hz y 1 2 5 y 10 Kz existiendo importantes desviaciones estadiacutesticas
de resultados a frecuencias de 45 740 y 1040 Hz
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Actividad de las enzimas Existen estudios [9]
sobre la influencia de los campos de ELF
sobre las enzimas
Hormonas Muchos estudios [9]
han demostrado los efectos sobre las hormonas de campos
de ELF
Sistema inmunoloacutegico El sistema inmunoloacutegico no parece que se vea alterado por campos
de ELF de niveles bajos
Comunicacioacuten intercelular Las interacciones intercelulares juegan un papel primordial en
el desarrollo del sistema nervioso de todos los organismos Las sentildeales quiacutemicas y eleacutectricas
a traveacutes de las membranas son las responsables de las comunicaciones intercelulares Los
campos de ELF pueden cambiar las propiedades de la membrana de las ceacutelulas modificar las
funciones celulares e interferir en la transferencia de informacioacuten intercelular
Efectos no cancerosos Los efectos no cancerosos del campo de ELF en estudios in vitro no
son tan numerosos como los anteriores Se han estudiado efectos sobre la divisioacuten y
crecimiento celular para campos del orden de unos pocos Vm o deacutecimas de mT
Tambieacuten se han estudiado efectos asociados con la exposicioacuten de embriones a campos de
ELF La importancia de estos estudios es que se han realizado conjuntamente en seis
laboratorios de cuatro paiacuteses Con campos de 100 Hz y sentildeales pulsadas (de corta duracioacuten)
se encontroacute un 6 de incremento en el nuacutemero de embriones anormales
Estudios sobre caacutencer en animales
No existe ninguna evidencia en ninguacuten estudio de que campos de ELF de baja intensidad
puedan causar caacutencer en animales
Existe un estudio [9]
sobre animales tratados con un iniciador quiacutemico que ha encontrado
un gran nuacutemero de tumores en ellos cuando son sometidos a campos magneacuteticos de
intensidades medias
Otros estudios en roedores sometidos a campos de ELF con valores de campo magneacutetico
de 100μT mostraron crecimiento en los tumores de mama pero no una mayor incidencia
en su presencia
Basaacutendonos en los estudios realizados es posible concluir que no hay una evidente conexioacuten
que ligue la exposicioacuten a campos de ELF con niveles del orden de los que existen en el
ambiente habitual con el caacutencer en animales Para campos magneacuteticos altos se ha visto en
ciertos estudios una relacioacuten positiva en la incidencia sobre el caacutencer
Otros estudios en animales [9]
Sobre la incidencia de campos de ELF en animales
estudiando sus efectos sobre enfermedades no cancerosas existen tambieacuten muchos estudios
Se han realizado estudios en ratas y ratones midiendo la influencia de campos de ELF en su
presioacuten sanguiacutenea actividad funcional y celular y resistencia del sistema inmunoloacutegico El
valor del campo magneacutetico era de 2 200 y 1000μT a 60Hz y la exposicioacuten era continua No
se encontraron efectos significativos No hay una evidencia de que la exposicioacuten a campos
de ELF cause cambios en los animales Algunos estudios han indicado algunos cambios en
el comportamiento social de monos pero la recomendacioacuten en este sentido es continuar con
los estudios
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Estudios en humanos Los efectos de campos de ELF podriacutean ser estudiados en humanos
con seguridad y con efectividad sobre voluntarios a pesar de las limitaciones en la duracioacuten
de la exposicioacuten y los tipos de pruebas que se les puedan hacer Estos estudios se centran en
los efectos que pueden ocurrir durante un tiempo que va de unos minutos a algunas semanas
Estudios maacutes extensos en el tiempo son muy difiacuteciles si no imposibles por la dificultad de
controlar la exposicioacuten
La seleccioacuten de mecanismos fisioloacutegicos para analizar estaacute tambieacuten limitada a aquellos que
se puedan medir por meacutetodos no invasivos o miacutenimamente invasivos Por otro lado estos
estudios tienen ciertas ventajas pues se centran directamente en la especie ldquocorrectardquo
evitando extrapolacioacuten de resultados obtenidos de otras especies
Los estudios con humanos voluntarios pueden ayudar a definir dosimetriacutea y tipos de
respuesta a los resultados dados por los estudios epidemioloacutegicos y podriacutean guiar aacutereas de
investigacioacuten en animales en los que hubiera que recurrir a meacutetodos y mecanismos maacutes
invasivos
Es conocido que muchas personas han dado a conocer diferentes efectos sobre la salud
debidos a exposiciones de campos de ELF tales como dolores de cabeza cambios
cardiovasculares cambios en el comportamiento confusioacuten depresioacuten dificultad en la
concentracioacuten perturbaciones del suentildeo malas digestiones etc Las fuentes esenciales en
este campos son las encuestas a las personas que viven cerca de fuentes potenciales de
campos de ELF pruebas de laboratorio y datos epidemioloacutegicos
Efectos en el comportamiento El sistema nervioso central es un lugar de potencial
interaccioacuten con los campos de ELF debido a la sensibilidad eleacutectrica de sus tejidos El
sistema nervioso central estaacute compuesto de nervios perifeacutericos la meacutedula espinal y el
cerebro y su labor es controlar la transferencia de informacioacuten entre los organismos y el
entorno y tambieacuten controla los procesos internos La posibilidad de que los campos de
ELF afecten al sistema nervioso central y en especial al cerebro causando efectos
adversos en el comportamiento y las capacidades cognitivas ha sido una preocupacioacuten
constante en los diferentes estudios No hay resultados concluyentes
Efectos en el sistema cardiovascular El corazoacuten es un oacutergano bioeleacutectrico El
electrocardiograma es el diagnoacutestico esencial de los cardioacutelogos para determinar la
condicioacuten del corazoacuten Densidades de corriente alrededor de 01 mAm2 pueden estimular
tejidos mientras que corrientes de 1 Am2 interfieren con la accioacuten del corazoacuten causando
fibrilacioacuten ventricular [9]
Sensibilidad eleacutectrica La sensibilidad eleacutectrica tambieacuten conocida como
hipersensibilidad electromagneacutetica o electrosensibilidad es un desorden neuroloacutegico con
siacutentomas de tipo aleacutergico que estaacute relacionado con los CEM Algunos individuos se
muestran maacutes sensibles a ciertas frecuencias reaccionando cuando se encuentran en las
proximidades de fuentes electromagneacuteticas Los siacutentomas de la electrosensibilidad pueden
incluir dolores de cabeza irritacioacuten en los ojos nauseas irritaciones en la piel debilidad
fatiga peacuterdida de concentracioacuten dificultad de respirar trastornos del suentildeo etc Algunos
autores consideran que este siacutendrome es puramente psicosomaacutetico [9]
Shocks y microshocks Un mecanismo de interaccioacuten ente los campos de ELF y los
tejidos vivos es la estimulacioacuten directa de ceacutelulas y membranas Esto prueba la capacidad
del cuerpo humano para percibir corrientes eleacutectricas que con toda probabilidad puedan
producir shocks o microshocks dependiendo de la intensidad de la corriente Por
microshock se entiende arritmias cardiacuteacas producidas por corrientes de baja intensidad
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que pasan a traveacutes del corazoacuten El teacutermino shock se utiliza para describir todos los dantildeos
importantes de la corriente eleacutectrica que pueden causar peacuterdida de conciencia y graves
quemaduras o a perder la vida Shocks ocurren maacutes frecuentemente en personas que tocan
un objeto conductor grande como un motor cuando no estaacute aislado de tierra Se estima [9]
que el umbral para la densidad de corriente para la estimulacioacuten de ceacutelulas excitables es
de 1 mAm2 A frecuencias de ELF esto se corresponde con un campo eleacutectrico en el
interior del cuerpo de 100 Vm El campo eleacutectrico necesario para producir un shock es
comparable con el que se necesita para producir calor El valor miacutenimo para el shock se
incrementa con la frecuencia Por tanto a bajas frecuencias el shock es el dantildeo liacutemite y a
frecuencias grandes el calentamiento y las quemaduras pueden ocurrir a intensidades de
campo bajas antes de dar lugar a un shock
Como cierre de este apartado se reproduce la conclusioacuten de un artiacuteculo [49]
que revisa los
efectos de los CEM
ldquoSe han llevado a cabo un gran nuacutemero de estudios experimentales y epidemioloacutegicos para
dilucidar efectos asociados a la exposicioacuten de las personas a CEM de ELF y RF No hay
evidencia convincente de que se dantildee el ADN No obstante muchos estudios han aportado
pruebas de que los CEM de relativamente baja intensidad son capaces de interactuar con
muchas moleacuteculas ceacutelulas y procesos sisteacutemicos asociados a la carcinogeacutenesis mutageacutenesis
y teratogeacutenesis No estaacute claro coacutemo estos estudios se interpretaraacuten en teacuterminos de riesgos
para la salud puacuteblica Uno de los principales problemas es la ausencia de un mecanismo de
interaccioacuten biofiacutesico de aceptacioacuten general que pueda explicar los efectos bioloacutegicos
reportados sin violar los principios fiacutesicos baacutesicos Ademaacutes se han dado casos de intentos
de reproducir algunos de los hallazgos clave en laboratorios que no han tenido eacutexito Las
dificultades en reproducir los experimentos de CEM pueden ser debidos en parte al hecho
de que no se hayan reproducido tambieacuten de forma exacta todos los detalles del experimento
No obstante estas dificultades de repetitividad podriacutean indicar que los posibles efectos de
los CEM son sutiles ya que los efectos fuertes no seriacutean sensibles a pequentildeas variaciones en
los detalles de los experimentos Pero la sutileza de los efectos no necesariamente significa
que sean insignificantes Debido al gran nuacutemero de personas expuestas incluso efectos
sutiles pueden resultar importantes para la salud puacuteblicardquo (J Juutilainene S Lang 1997)
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4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO
Como se puede comprobar los efectos teacutermicos ya conocidos [50]
de las radiaciones de campos
electromagneacuteticos artificiales no se recogen normalmente entre las causas probables de
ganancia de calor ni de fiebre Ello es debido a que las directrices y normativas que regulan la
exposicioacuten a CEM para la poblacioacuten general velan por que esto no suceda a pesar de la
posibilidad de que ocurran accidentes
Todas las valoraciones de efectos no teacutermicos (no asiacute los ateacutermicos) pasan por alto el
fenoacutemeno de la termorregulacioacuten
Termorregulacioacuten La termorregulacioacuten es la capacidad del cuerpo para regular su
temperatura Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura
La temperatura normal del cuerpo de una persona variacutea dependiendo de su sexo actividad
reciente consumo de alimentos y liacutequidos hora del diacutea y en las mujeres de la fase del ciclo
menstrual en la que se encuentren La temperatura corporal normal de acuerdo con la
Asociacioacuten Meacutedica Americana (American Medical Association) puede oscilar entre 365 y
372 degC El cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37ordmC mientras que la temperatura
cutaacutenea es de 335ordmC
La temperatura con que la sangre llega al hipotaacutelamo seraacute el principal determinante de la
respuesta corporal a los cambios climaacuteticos ya que el hipotaacutelamo es el centro integrador que
funciona como termostato y mantiene el equilibrio entre la produccioacuten y la peacuterdida de calor Si
la temperatura disminuye aumenta la termogeacutenesis y los mecanismos conservadores del calor
El mantenimiento de la temperatura corporal ademaacutes depende del calor producido por la
actividad metaboacutelica y el perdido por los mecanismos corporales asiacute como de las condiciones
ambientales La termogeacutenesis o generacioacuten de la temperatura se realiza por dos viacuteas
Raacutepida termogeacutenesis fiacutesica producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo
sanguiacuteneo perifeacuterico
Lenta termogeacutenesis quiacutemica de origen hormonal y movilizacioacuten de sustratos procedentes
del metabolismo celular
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor
El cuerpo siempre estaacute perdiendo calor ya sea por factores ambientales o por procesos
bioloacutegicos externos o internos Una vez producido el calor es transferido y repartido a los
distintos oacuterganos y sistemas [50]
Mecanismos externos
Conveccioacuten Asiacute se pierde el 12 del calor Ocurre en todo fluido hace que el aire
caliente ascienda y sea reemplazado por aire maacutes friacuteo La ropa disminuye la peacuterdida Si
existe una corriente de aire (viento o ventilador mecaacutenico) se produce una convencioacuten
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forzada y la trasferencia es mayor Si no hay aire maacutes fresco para hacer el reemplazo el
proceso se detiene Esto sucede por ejemplo en una habitacioacuten pequentildea con muchas
personas
Radiacioacuten emitida Como todo cuerpo con temperatura mayor que 265 degC los seres
vivos tambieacuten irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagneacuteticas Es el
proceso en que maacutes se pierde calor el 60 [50]
La radiacioacuten es la propagacioacuten de energiacutea
a traveacutes del espacio vaciacuteo sin requerir presencia de materia Asiacute es como el Sol que estaacute
mucho maacutes caliente que los planetas y el espacio de alrededor nos trasmite su energiacutea y
nos transmite su calor
Conduccioacuten En este proceso se pierde el 3 del calor si el medio circundante es aire a
temperatura normal Es la transferencia de calor por contacto con el aire la ropa el agua
u otros objetos (una silla por ejemplo) Si la temperatura del medio circundante es
inferior a la del cuerpo la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (peacuterdida) si no la
transferencia se invierte (ganancia) Si el medio circundante es agua la transferencia
aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisioacuten teacutermica del agua es
mayor que el del aire
Evaporacioacuten Peacuterdida del 22 del calor corporal mediante el sudor debido a que el
agua tiene un elevado calor especiacutefico y para evaporarse necesita absorber calor y lo
toma del cuerpo el cual se enfriacutea Una corriente de aire que reemplace el aire huacutemedo por
el aire seco aumenta la evaporacioacuten La evaporacioacuten de agua en el organismo se produce
por los siguientes mecanismos
o Evaporacioacuten insensible o perspiracioacuten se realiza en todo momento y a traveacutes de los
poros de la piel siempre que la humedad del aire sea inferior al 100 Tambieacuten se
pierde agua a traveacutes de las viacuteas respiratorias
o Evaporacioacuten superficial formacioacuten del sudor por parte de las glaacutendulas sudoriacuteparas
que estaacuten distribuidas por todo el cuerpo pero especialmente en la frente palmas de
manos pies zona axilar y puacutebica
Cuando la temperatura ambiental excede a la corporal el calor se gana por el
metabolismo radiacioacuten conveccioacuten y conduccioacuten y solo se pierde por la evaporacioacuten
asociada al sudor El grado de humedad del aire influye en la peacuterdida de calor por
sudoracioacuten ya que cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de
calor podraacute eliminarse por este mecanismo
La adaptacioacuten del organismo a temperaturas extremas es fundamental en los deportes en los
que se requiere un trabajo continuo (carreras de fondo ciclismo carreras de esquiacute natacioacuten
de aguas abiertas) Es necesario un conocimiento detallado sobre la influencia que ejercen el
calor y el friacuteo en el organismo del deportista sobre todo durante la ejecucioacuten de cargas de
entrenamiento y de competicioacuten de gran magnitud asiacute como nociones acerca de los
mecanismos y de las viacuteas de suministro utilizables para conseguir una eficaz adaptacioacuten
individual a temperaturas altas y bajas
La aclimatacioacuten del organismo del deportista a los cambios de temperatura del medio
ambiente estaacute orientada baacutesicamente a la disipacioacuten de calor cuando la temperatura es alta y
a mantener el calor si la temperatura es baja Del total de energiacutea generada por el organismo
de una persona entre un 60 y un 80 se transforma en calor que va al medio y el resto
entre 20 y 40 se transforma en energiacutea uacutetil para el trabajo
Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel la conservacioacuten del balance
teacutermico no supone ninguacuten problema para el organismo de la persona ya que la peacuterdida de
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calor se facilita por la suma de la conveccioacuten y la radiacioacuten siendo las peacuterdidas por
conduccioacuten marginales
En el ejercicio la intensidad de trabajo determina una mayor produccioacuten de calor y esta
carga de calor es tan grande que este mecanismo aunque es el primero en activarse no
alcanza para eliminar el calor circulante que la sangre lleva hasta la piel En estas
condiciones el uacutenico medio del que dispone el cuerpo para liberarse del calor es la
evaporacioacuten Para ello se activan las glaacutendulas sudoriacuteparas que seraacuten las encargadas de
eliminar el calor por medio del sudor Por lo tanto la evaporacioacuten es la forma maacutes eficaz que
el organismo tiene para disipar el calor durante el ejercicio y la posibilidad de realizar este
trabajo de termorregulacioacuten con eficacia es crucial para el deportista
Mecanismos internos (controlados por el organismo) Pueden ser voluntarios (sacarse ropa o
desabrigarse ndashcorteza cerebral- o involuntarios Estos uacuteltimos son
Sudoracioacuten Cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva se enviacutea informacioacuten al
aacuterea preoacuteptica ubicada en el cerebro por delante del hipotaacutelamo Eacuteste desencadena la
produccioacuten de sudor El cuerpo humano puede perder hasta 15 litros de sudor por hora
Transpiracioacuten insensible Cada persona en promedio pierde 800 ml de agua
diariamente Eacutesta proviene de las ceacutelulas e impregna la ropa que adquiere el olor
caracteriacutestico
Vasodilatacioacuten Cuando la temperatura corporal aumenta los vasos perifeacutericos se dilatan
y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel para enfriarse Por eso despueacutes de un
ejercicio la piel se enrojece ya que estaacute maacutes irrigada
Termoacutelisis para controlar la temperatura nuestro organismo utiliza mecanismos fiacutesicos
de disipacioacuten cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado Estos mecanismos pueden
tener control fisioloacutegico o no tales como la orina heces aire expirado e ingesta de
alimentos friacuteos con los que podemos reducir la temperatura pero nuestro metabolismo
apenas intervendraacute
Por el contrario cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiologiacutea se produce
vasodilatacioacuten los vasos sanguiacuteneos de la piel se dilatan intensamente Una vasodilatacioacuten
plena puede aumentar la transferencia de energiacutea hacia la piel hasta 8 veces
o Termoacutelisis intensa cuando la temperatura central del cuerpo es mayor que el nivel
criacutetico se produce una mayor peacuterdida de calor por evaporacioacuten (sudoracioacuten) Un
aumento adicional de 1degC en la temperatura corporal provoca suficiente sudoracioacuten
para eliminar 10 veces la produccioacuten basal de calor del cuerpo Muchos animales
inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a
que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoriacutea no presentan
glaacutendulas sudoriacuteparas por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo el mecanismo del
jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiracioacuten muy
superficial que colabora con la raacutepida evaporacioacuten del agua de las superficies mucosas
especialmente la saliva en la lengua
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412 Mecanismos de Ganancia de Calor
Mecanismos externos (radiacioacuten)
Radiacioacuten directa del sol La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor
como radiacioacuten infrarroja Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92
Irradiacioacuten desde la atmoacutesfera La atmoacutesfera actuacutea como una pantalla amplificadora
frente a las radiaciones provenientes del Sol y hace incidir las radiaciones infrarrojas
directamente sobre el cuerpo
Mecanismos internos Estos pueden ser voluntarios (abrigarse ndashcorteza cerebral- o
involuntarios Estos uacuteltimos son
Vasoconstriccioacuten En el hipotaacutelamo posterior existe el centro nervioso simpaacutetico
encargado de enviar sentildeales que causa una disminucioacuten del diaacutemetro de los vasos
sanguiacuteneos cutaacuteneos eacutesta es la razoacuten por la cual la gente palidece con el friacuteo
Piloereccioacuten La estimulacioacuten del sistema nervioso simpaacutetico provoca la contraccioacuten de
los muacutesculos erectores ubicados en la base de los foliacuteculos pilosos lo que ocasiona que
se levanten Esto cierra los poros y evita la peacuterdida de calor Tambieacuten crea una capa densa
de aire pegada al cuerpo evitando perder calor por conveccioacuten esto es un signo geneacutetico
de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa
de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno)
Espasmos musculares o tiritones La musculatura esqueleacutetica se escapa del control
voluntario y queda sometido al hipotaacutelamo El friacuteo produce contracciones musculares
involuntarias que aumentan el tono muscular o contraccioacuten basal que tienen los
muacutesculos y si es maacutes intenso produce un temblor perceptible Estas contracciones
consumen energiacutea que se transforma en calor
Termogeacutenesis Nuestra fuente permanente de calor es la actividad metaboacutelica basal al
favorecer el temblor la excitacioacuten simpaacutetica de produccioacuten de calor y la secrecioacuten de
hormonas tiroideas Durante los escalofriacuteos la produccioacuten de calor puede aumentar 4 oacute 5
veces por estimulacioacuten del hipotaacutelamo posterior en el aacuterea llamada ldquocentro motor
primario del temblorrdquo Las sentildeales que provocan el temblor van por la meacutedula espinal y a
traveacutes de las motoneuronas anteriores llegan al muacutesculo esqueleacutetico aumentando su tono
o Termogeacutenesis quiacutemica este mecanismo bioloacutegico es muy simple la noradrenalina y la
adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular pero
tambieacuten el enfriamiento (accioacuten sobre el aacuterea preoacuteptica hipotalaacutemica anterior) aumenta
la produccioacuten de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides)
Esta a su vez estimula la produccioacuten de hormonas tiroideas lo que aumenta el
metabolismo celular de todo el cuerpo
o Termogeacutenesis fiacutesica la estimulacioacuten de los centros simpaacuteticos del hipotaacutelamo posterior
causan vasoconstriccioacuten cutaacutenea La vasoconstriccioacuten perifeacuterica favorece la
conservacioacuten de la temperatura de la sangre circulante al desplazarla a los tejidos maacutes
profundos
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA
Hipotaacutelamo El hipotaacutelamo tiene un doble sistema de regulacioacuten de la temperatura [50]
Regioacuten preoacuteptica del hipotaacutelamo anterior centro que regula el exceso de calor
Hipotaacutelamo posterior centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de friacuteo y la
peacuterdida de calor Conserva y mantiene la temperatura corporal Son las ceacutelulas de la
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regioacuten posterior (conservadora de calor) las que predeterminan la temperatura de 37ordmC La
norma para los centros es una temperatura de 368 + 04 ordmC
Si la temperatura disminuye con respecto a la norma aumenta la termogeacutenesis Si la
temperatura aumenta con respecto a la norma se activa la termoacutelisis
Receptores teacutermicos El funcionamiento fisioloacutegico de los receptores cutaacuteneos estaacute entre 33ordm
y 25ordmC de forma que cuando la temperatura cutaacutenea es de 29ordmC praacutecticamente no hay
sudoracioacuten
Neurotransmisores Existen tambieacuten algunos neurotransmisores que actuacutean a nivel de los
centros Asiacute por ejemplo la serotonina estimula al centro de la termogeacutenesis y las
catecolaminas estimulan al centro de la termoacutelisis
Alteracioacuten de la Regulacioacuten Teacutermica
Fiebre ldquoEstado de elevacioacuten de la temperatura central la cual a menudo pero no
necesariamente hace parte de la respuesta de un organismo pluricelular a la invasioacuten de
organismos vivos o materia inanimada reconocidas como patogeacutenicas o extrantildeas por el
hueacutespedrdquo A esta definicioacuten se debe agregar que dicho aumento en la temperatura central
es debido a un aumento en el punto de ajuste hipotalaacutemico en el cual las respuestas
homeostaacuteticas del individuo se encuentran intactas
Hipertermia Aumento en la temperatura en el cual el control estrecho ejercido por el
hipotaacutelamo se encuentra abolido es decir que a diferencia de la fiebre es un estado en el
que la homeostasis se encuentra deteriorada
Causas de la Fiebre
Golpes de calor El liacutemite de calor que puede aumentar el humano estaacute relacionado con
la humedad ambiental Asiacute si el ambiente es seco y con viento se pueden generar
corrientes de conveccioacuten que enfriacutean el cuerpo Por el contrario si la humedad ambiental
es alta no se producen corrientes de conveccioacuten y la sudoracioacuten disminuye el cuerpo
comienza a absorber calor y se genera un estado de hipertermia Esta situacioacuten se agudiza
maacutes auacuten si el cuerpo estaacute sumergido en agua caliente
En el humano se produce una aclimatacioacuten a las temperaturas altas asiacute nuestra
temperatura corporal puede llegar a igualar la del ambiente sin peligro de muerte Los
cambios fiacutesicos que conducen a esta aclimatacioacuten son el aumento de la sudoracioacuten el
incremento del volumen plasmaacutetico y la disminucioacuten de la peacuterdida de sal a traveacutes del
sudor
Enfermedades infecciosas Es el caso de las bacterias que generan toxinas que afectan al
hipotaacutelamo aumentando el termo estado Afecta a los mecanismos de ganancia de calor
los cuales se activan Los compuestos quiacutemicos que generan aumento de temperatura son
los piroacutegenos (virus productos bacterianos endotoxinas complejos inmunes)
Lesiones cerebrales Al practicar cirugiacuteas cerebrales se puede causar dantildeo
involuntariamente en el hipotaacutelamo el cual controla la temperatura corporal Esta
alteracioacuten ocurre tambieacuten por tumores que crecen en el cerebro especiacuteficamente en el
hipotaacutelamo de manera que el termostato corporal se dantildea desencadenando estados
febriles graves Cualquier lesioacuten a esta importante estructura puede alterar el control de la
temperatura corporal ocasionando fiebre permanente
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421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio
En 2009 [51]
MA Garciacutea J Valenzuela y
D Saacutenchez del Dpto de Tecnologiacuteas de
la Informacioacuten y Comunicaciones de la
Universidad Politeacutecnica de Cartagena
realizaron simulaciones 2D de un plano
coronal de cabeza humana extraiacutedo del
Proyecto Humano Visible (PHV) como
muestra la figura 14 La simulacioacuten
contemplaba los tejidos cerebrales de
usuarios de telefoniacutea moacutevil en la banda
GSM 1800 por lo que la exposicioacuten
simulada era de 1 W a frecuencia de
1800 MHz
La combinacioacuten mediante software
propio de las ecuaciones de Maxwell y
de un modelo termorregulatorio humano
proporcionoacute tanto la TAE (tasa de
absorcioacuten especiacutefica) como los
incrementos de temperatura asociados a
la exposicioacuten electromagneacutetica para
todos los tejidos del modelo a lo largo de
la direccioacuten de propagacioacuten para varias
distancias entre el dipolo y la cabeza
Figura 14 Modelo de cabeza humana del
Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda)
plano coronal y leyenda (abajo-derecha)
Ello sin tener en cuenta factores como sudoracioacuten respiracioacuten peacuterdidas de calor variables en
los pulmones capilaridad vasodilatacioacuten flujo sanguiacuteneo o metabolismo variables ritmo
cardiacuteaco o alteraciones en la propia respuesta termorregulatoria debidas a que se incremente
la temperatura en el hipotaacutelamo
En cuanto a las conclusiones en primer lugar se ha de tener en cuenta que habriacutea que
extrapolar el modelo a 3D pero se obtuvieron resultados muy interesantes como
La naturaleza protectora del craacuteneo
Incrementos teacutermicos por encima de 1 grado Celsius en tejidos del cerebro
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5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son clasificados como no-
magneacuteticos bien sea diamagneacuteticos (repelidos deacutebilmente por un campo magneacutetico como el
agua en casi todas las sustancias grasas) o paramagneacuteticos (atraiacutedos deacutebilmente hacia el
campo magneacutetico como la desoxihemoglobina en las ceacutelulas sanguiacuteneas) Para los materiales
de estos tipos la influencia fiacutesica directa del campo magneacutetico terrestre es extraordinariamente
deacutebil ya que la energiacutea de interaccioacuten magneacutetica es muchos oacuterdenes de magnitud por debajo
de la energiacutea teacutermica de base (interna de la materia) kT (donde k es la constante de Boltzman
y T la temperatura absoluta) [1]
No obstante existen otros materiales denominados ferromagneacuteticos que interactuacutean muy
fuertemente con el campo magneacutetico terrestre A diferencia de las sustancias diamagneacuteticas y
paramagneacuteticas las acciones mecaacutenico-cuaacutenticas sobre electrones no pareados con los
materiales ferromagneacuteticos fuerzan los momentos magneacuteticos de los electrones (magnetones
de Bohr) a formar alineaciones de rango elevado Los momentos magneacuteticos de cada
magnetoacuten de Bohr en tales cristales se suman vectorialmente y en algunos materiales un
cristal de tan soacutelo unas pocas decenas de nanoacutemetros de tamantildeo tendraacute energiacutea de interaccioacuten
magneacutetica con el campo magneacutetico terrestre de 50 micro-teslas (μT) [1]
en exceso de energiacutea
teacutermica de base
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES
Seguacuten Lowenstam y Weinel en 1989 [52]
ya se habiacutean identificado al menos 12 minerales de
hierro en los organismos aunque soacutelo dos de ellos han sido encontrados tambieacuten precipitados
en los vertebrados Estos son la ferrihidrita (5Fe2O3 9H2O) que es el mineral que se
encuentra en la moleacutecula ferritina y la sustancia denominada frecuentemente en la literatura
meacutedica como hemosiderina y la magnetita (Fe3O4) De estos materiales la ferrihidrita es
paramagneacutetica mientras que la magnetita posee una variedad de ferromagnetismo
denominado ferrimagnetismo
A voluacutemenes similiares [2]
estas propiedades hariacutean que la magnetita interactuara sobre 106
veces maacutes con los campos magneacuteticos externos que con cualquier material bioloacutegico La
magnetita es tambieacuten el uacutenico compuesto metaacutelico conocido fabricado por organismos vivos
y tiene la conductividad eleacutectrica maacutes alta que cualquier otro material celular
Debido a que la magnetita es el uacutenico material biogeacutenico conocido en organismos superiores
que es ferromagneacutetico a temperatura ambiente es importante revisar brevemente la historia
de su descubrimiento en animales y queacute se conoce de su distribucioacuten filogeneacutetica
(clasificacioacuten de las especies seguacuten su proximidad evolutiva) y funcioacuten bioloacutegica
Heinz A Lowenstam (1962) [53]
fue quien descubrioacute la magnetita precipitada
bioquiacutemicamente como material de recubrimiento en la raacutedula (estructura que se localiza
en la base de la boca y la concha de los moluscos) de los chitones (moluscos marinos de la
clase Polyplacophora) Eacutel y sus colaboradores fueron capaces de demostrar el origen
bioloacutegico de este material a traveacutes de una variedad de estudios de trazado radio-isotoacutepico y
mediante el examen detallado de la ultra-estructura de la boca Antes de este
descubrimiento el origen de la magnetita soacutelo se concebiacutea en rocas iacutegneas o metamoacuterficas
sometidas a altas temperaturas y presiones En los chitones la magnetita sirve para
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endurecer las capas dentales capacitaacutendolos para extraer y comer algas de los sustratos
rocosos maacutes superficiales (unos pocos miliacutemetros) En 1985 Nesson y Lowenstam [54]
publicaron los resultados de los anaacutelisis ultra-estructurales e histoloacutegicos detallados de la
formacioacuten de la magnetita en la raacutedula y apuntaron que el proceso comienza con un
transporte inicial de hierro metaboacutelico al extremo posterior del saco de la raacutedula Este
hierro se deposita como mineral ferrihidrita en una malla orgaacutenica previamente formada de
material proteiacutenico formando una o dos filas distintas de dientes rojizos A traveacutes de alguacuten
proceso la ferrihidrita se convierte raacutepidamente en magnetita a traveacutes de una reaccioacuten
acoplada con reduccioacuten de hierro y re-cristalizacioacuten
La bacteria magnetotaacutectica fue el segundo organismo en que se encontroacute magnetita
biogeacutenica [55]
Se precipitoacute cristales de magnetita de tamantildeo sub-micromeacutetrico en una
vacuola de membrana fosfoliacutepida intracelular formando estructuras denominadas
ldquomagnetosomasrdquo que se describen en el apartado 511 Las cadenas de estos
magnetosomas actuacutean como simples agujas de compaacutes que pasivamente dirigen a las
ceacutelulas de la bacteria en alineaciones con el campo magneacutetico terrestre y les permiten
buscar la zona micro-aerofiacutelica en la interfaz agualodo de la mayoriacutea de los ambientes
acuosos naturales Estas bacterias nadan hacia el norte magneacutetico en el hemisferio norte
hacia el sur magneacutetico en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador
geomagneacutetico aunque en el ecuador las densidades de poblacioacuten son mucho maacutes bajas [2]
Los magnetosomas basados en magnetita se han encontrado tambieacuten en las algas
magnetotaacutecticas eucarioacuteticas en que cada ceacutelula contiene varios miles de cristales La
greigita mineral ferrimagneacutetica (Fe3S4) tambieacuten ha sido descubierta posteriormente en los
magnetosomas de un primitivo grupo de bacterias
Una recopilacioacuten extensiva de los 30 antildeos anteriores a los antildeos 90 [2]
demuestra que muchos
organismos poseen la habilidad bioquiacutemica de precipitar la magnetita mineral ferrimagneacutetica
(Fe3O4) y la greigita (Fe3S4) En teacuterminos de su distribucioacuten filogeneacutetica la biomineralizacioacuten
de la magnetita estaacute particularmente esparcida habieacutendose documentado en moacutenera
protozoos y animales con un registro foacutesil hasta el periacuteodo Precaacutembrico Dentro del reino
animal se conoce dentro de moluscos artroacutepodos y cordados y se sospecha en muchos otros
grupos En los microorganismos y peces cadenas lineales de cristales de magnetita enlazados
por membrana (magnetosomas) forman estructuras descritas como ldquomagnetos bioloacutegicos de
barrardquo
El movimiento del material ferromagneacutetico encontrado en los organismos como respuesta a
los campos magneacuteticos externos ha de tenerse en cuenta en principio en los efectos
magneacuteticos a nivel celular tales como la alineacioacuten magneacutetica de la bacteria magnetotaacutectica y
algas o la respuesta magnetotaacutectica de las abejas Bajo ciertas condiciones los movimientos
inducidos de los magnetosomas pueden ser suficientemente capaces para abrir
mecaacutenicamente los canales ioacutenicos de las trans-membranas sensitivas que por otro lado
tienen el potencial de influir en un amplio rango de procesos celulares
Aunque el conocimiento de las funciones bioloacutegicas de la magnetita es todaviacutea incompleto en
la boca de chitoacuten sirve como un agente que aporta dureza ndash es el material biogeacutenico conocido
maacutes duro formado por un organismo En los microorganismos la magnetita es responsable de
la respuesta magnetotaacutectica de la bacteria y del alga eucarioacutetica La magnetita tambieacuten parece
estar involucrada en la habilidad de muchos animales para usar el campo geomagneacutetico como
direccioacuten de orientacioacuten o navegacioacuten las cadenas de magnetosomas en el salmoacuten que se
parecen muchiacutesimo a aquellas de bacterias y algas podriacutean utilizarse con este propoacutesito El
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trabajo conductual realizado con abejas por H Schiff y G Canal [56]
que demuestra que la
buacutesqueda del norte puede cambiarse al sur con un breve pulso magneacutetico confirma que un
material ferromagneacutetico como la magnetita forma parte del sistema sensorial magneacutetico de la
abeja
Aparte de las funciones de la magnetita descritas anteriormente existe un problema antildeadido
la magnetita se sabe [2]
que se forma comuacutenmente en una variedad de tejidos para los que la
funcioacuten sensorial es bastante improbable ndash tumores en ratones y humanos por ejemplo
Incluso muchos de los cristales de magnetita extraiacutedos del cerebro humano muestran
caracteriacutesticas que podriacutean ser efectos de disolucioacuten De ahiacute que se sospeche que la magnetita
tiene todaviacutea roles desconocidos en la bioquiacutemica eucarioacutetica (ceacutelulas con nuacutecleo) quizaacutes
como una fuente localizada de hierro para activar enzimas basadas en hierro Los altos niveles
de magnetita en los tumores que crecen raacutepidamente en ratones atisban que pueden tener un
rol en la divisioacuten celular
Aunque el hierro juega un papel importante en praacutecticamente todos los organismos vivos -
principalmente a traveacutes del transporte electroacutenico debido a su capacidad para cambiar la
valencia- tiene una capacidad bioloacutegica bastante limitada y en algunas situaciones puede
resultar toacutexico para las ceacutelulas Por esta razoacuten es necesario para los organismos segregar
hierro en una forma no toacutexica
511 Los Magnetosomas
En 1975 Blakemore [55]
descubrioacute que ciertas
bacterias se orientaban seguacuten el campo magneacutetico
terrestre
Son orgaacutenulos presentes en las bacterias procariotas
magnetotaacutecticas Contienen entre 15 y 20 cristales
de magnetita que juntos actuacutean como una bruacutejula
para orientar las bacterias magnetotaacutecticas en los
campos geomagneacuteticos lo que simplifica la
buacutesqueda de sus ambientes preferidos de
microaerofilia Cada cristal de magnetita dentro de
un magnetosoma estaacute rodeado por una bicapa
lipiacutedica y proteiacutenas solubles La membrana que los
rodea contiene fospoliacutepidos [2]
proteiacutenas y
glicoliacutepidos
Figura 15 Magnetosoma de la
bacteria magnetotaacutectica
En la mayoriacutea de las bacterias magnetotaacutecticas los magnetosomas estaacuten dispuestos en una o
maacutes cadenas como puede observarse en la figura 15
En general los cristales magnetosomas tienen alta pureza quiacutemica [1]
rangos estrechos de
tamantildeo las especies especiacuteficas de morfologiacuteas de cristal y exhiben un reacutegimen especiacutefico
dentro de la ceacutelula Estas caracteriacutesticas indican que la formacioacuten de magnetosomas estaacute
bajo el control bioloacutegico preciso y es mediada por biomineralizacioacuten Las bacterias
magnetotaacutecticas mineralizan de oacutexido de hierro los cuales contienen cristales de magnetita
(Fe3O4) o magnetosomas de sulfuro de hierro que contienen cristales de greigita (Fe3S4) Se
han identificado tambieacuten otros minerales de sulfuro de hierro en magnetosomas de sulfuro
de hierro
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La morfologiacutea de las partiacuteculas de cristales de magnetosomas variacutea pero es coherente dentro
de las ceacutelulas de una sola especie o cepa bacteriana magnetotaacutecticas [1]
Tres morfologiacuteas
cristalinas generales han sido reportadas en las bacterias magnetotaacutecticas
maacutes o menos cuacutebico
alargado prismaacutetico (maacutes o menos rectangular)
forma de diente bala o punta de flecha
Los cristales de menor tamantildeo son superparamagneacuteticos es decir no permanentemente
magneacuteticos a temperatura ambiente y las paredes de dominio se forman en cristales maacutes
grandes
La funcioacuten de los magnetosomas en la ceacutelula bacteriana es la de orientar en el campo
magneacutetico existente El magnetosoma puede permitir a la bacteria ir fijando su posicioacuten con
respecto al norte pudiendo trazar una ruta a traveacutes del campo magneacutetico hacia zonas de
distintas concentraciones de oxiacutegeno y de nutrientes
La mayoriacutea de las bacterias que producen los magnetosomas se engloban en los geacuteneros
Magnetospirillum o Magnetococcus Las bacterias del geacutenero Magnetospirillum son
bacterias con forma de sacacorchos (espirilos) Gram negativas perteneciente al grupo
taxonoacutemico de las alfa-proteobacterias Son anaerobios facultativos o microaeroacutefilos y viven
en zonas de transicioacuten entre zonas anoxigeacutenicas y zonas oxigenadas Su haacutebitat predilecto
son las zonas huacutemedas enfangadas o sedimentos marinos donde existen ambientes ricos en
azufre y escasos en oxiacutegeno
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
Antes de 1992 [1][2]
en los estudios de imaacutegenes de resonancia magneacutetica (MRI) y
almacenamiento ioacutenico se asumiacutea universalmente que no habiacutea materiales magnetizados
permanentemente (ferromagneacuteticos) presentes en los tejidos humanos Una asuncioacuten similar
se habiacutea realizado en praacutecticamente todas las valoraciones biofiacutesicas del riesgo humano
asociado con la exposicioacuten a campos magneacuteticos de frecuencia extremadamente baja (ELF)
y por estudios criacuteticos epidemioloacutegicos que sugeriacutean una conexioacuten entre los campos
magneacuteticos deacutebiles de frecuencia de suministro eleacutectrico y varios desoacuterdenes de salud
humana Estos anaacutelisis se enfocaron en los efectos colaterales de la induccioacuten eleacutectrica o
posibles interacciones diamagneacuteticas y paramagneacuteticas De ahiacute que la asuncioacuten impliacutecita de
los estudios del pasado de que los tejidos humanos estaacuten libres de material ferromagneacutetico
necesita ser valorada de nuevo criacuteticamente y testeada experimentalmente
El descubrimiento en los antildeos 80 de que los tejidos humanos tambieacuten contienen trazas de
magnetita podriacutea tener implicaciones biomeacutedicas importantes La magnetita ha sido el primer
material verdaderamente novedoso descubierto como un precipitado bioquiacutemico en tejidos
humanos desde el comienzo de la ciencia meacutedica ndashtodo en el cuerpo humano desde los
huesos hasta los tejidos maacutes blandos se consideraba diamagneacutetico o paramagneacutetico [52]
Aunque la cantidad total de magnetita en un cuerpo humano adulto es pequentildea (unos pocos
cientos de microgramos) hay varios millones de cristales por gramo interactuando
fuertemente con los campos magneacuteticos externos Como los efectos a nivel celular pueden a
menudo conducir a efectos globales particularmente en los sistemas neuroloacutegico e
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inmunoloacutegico es importante para la salud humana conocer queacute hace este material en los
tejidos humanos y coacutemo se forma
No obstante se considera que las investigaciones previas a 1992 sobre la magnetita biogeacutenica
en tejidos humanos no fueron del todo concluyentes En 1992 Joseph L Kirschvink y
colaboradores [1]
reportaron que los tejidos humanos poseen cristales similares de magnetita
biogeacutenica con un miacutenimo estimado entre 5 y 100 millones de cristales de dominio simple
por gramo en los tejidos del cerebro humano Los extractos de partiacuteculas magneacuteticas del
tejido solubilizado examinados con TEM (microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten) de alta
resolucioacuten y difraccioacuten electroacutenica identificaron minerales la solucioacuten soacutelida magnetita-
maghemita con muchas morfologiacuteas de cristal y estructuras parecidas a aquellas precipitadas
por bacterias magnetotaacutecticas y peces
Muestras de tejidos En sus experimentos utilizaron material del cerebro humano
obtenido entre 12 a 14 horas postmortem del Consorcio Centro de Investigacioacuten de la
Enfermedad de Alzhemier de California del Sur Se tomaron muestras de siete cerebros de
pacientes de edad media 65 antildeos desde 48 a 88 antildeos Se sospechaba que cuatros de ellos
padeciacutean Alzheimer Se incluyeron muestras tanto de aacutereas corticales cerebrales como de
cerebelo de los siete cerebros Se obtuvieron ademaacutes de los anteriores en un caso cerebro
y dura espinal ganglio basal y cerebro medio y en otro caso bulbos olfativos sinus
sagital superior y tentorium de la dura
Magnetometriacutea Las sub-muestras de las medidas magneacuteticas se retiraron de los tejidos
utilizando herramientas similares en un laboratorio libre de polvo protegido
magneacuteticamente Las medidas de los materiales ferromagneacuteticos se realizaron utilizando
un magnetoacutemetro que empleaba dispositivos superconductores de interferencia cuaacutentica
(SQUID) sesgado a radiofrecuencias RF disentildeado para medir el momento ferromagneacutetico
total de las muestras situadas dentro de la bobina de Helmholtz
Resultados de Magnetometriacutea Todos los tejidos examinados teniacutean magnetizaciones
remanentes isoteacutermicas (IRMs) que saturaban al aplicar campos de aproximadamente 300
mT una caracteriacutestica propia de las series de magnetita-maghemita La habilidad de ganar
o perder magnetizacioacuten remanente en estos experimentos es una caracteriacutestica definitiva
de los materiales ferromagneacuteticos La tabla 8 muestra los valores medios de cada cerebro
La magnetizacioacuten media indica el equivalente a unos 4 ng de magnetita por cada gramo
de tejido En contraste los valores medios para las meninges de tres cerebros (tabla 4) son
casi 20 veces mayor o de unos 70 ngg En comparacioacuten las medidas de IRM de los
cubitos de hielo des-ionizados arrojan un ruido de fondo de unos 05 ngg
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex
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cerebral y el cerebelo de cada cerebro
En la tabla 8 los datos de IRM saturado se han expresado en μA m2 kg
-1 (peso huacutemedo)
(media plusmnSD) Las muestras occipitales eran de las aacutereas de Brodman (BA) 17 18 y 19 las
muestras temporales eran de BA 20 21 y 22 las muestras parietales eran de BA 31 2 5
y 7 y las muestras frontales eran de BA 4 y 6 Los tamantildeos de las muestras iban de los
05 g a 22 g Las meninges de las muestras cerebrales 1 2 y 6 fueron analizadas aparte La
teacutecnica del cubito de hielo se utilizoacute para todas las meninges y para los tejidos cerebrales
2 y para 7 de las 11 muestras del 1 No se detectaron diferencias en los resultados al
utilizar esta teacutecnica Las concentraciones de magnetita fueron estimadas teniendo en
cuenta que la remanencia de saturacioacuten deberiacutea ser exactamente la mitad de la
magnetizacioacuten de saturacioacuten para una dispersioacuten de cristales de dominio simple Los
cerebros 1 a 4 eran de pacientes normales los cerebros 5 y 6 eran de pacientes con
Alzheimer confirmado y el cerebro 7 era de un paciente con sospecha de Alzheimer
Hubo una consistencia considerable en las medidas IRM tanto para los tejidos cerebrales
como de las meninges Hubo una pequentildea diferencia en IRM de un aacuterea del cortex
cerebral a otra en el cerebro versus cortex del cerebelo Las diferencias entre tejidos de
cerebros normales y aquellos con sospecha o Alzheimer confirmado fueron despreciables
Las aacutereas de cerebro que se reportaron previamente con un contenido alto de hierro
incluiacutean el nuacutecleo dentado ganglio basal y aacutereas de cerebro medio Las muestras de estas
aacutereas no teniacutean mayor contenido de partiacuteculas magneacuteticas que las del cerebelo o del
cortex cerebral
Los valores de coercitividad magneacutetica (resistencia a la desimanacioacuten) media eran de
aproximadamente 30 mT pero con rangos desde 12 mT (piacutea del cerebelo) a 50 mT
(ganglio basal) dentro del rango de coercitividad para la magnetita de dominio simple En
cuanto a las distribuciones de coercitividad medida por adquisicioacuten de IRM y su
desmagnetizacioacuten y la relativamente lenta tendencia a adquirir un ARM (magnetizacioacuten
remanente anhisteacuterica) sugiere que las partiacuteculas in situ estaacuten en pequentildeos grupos que
interactuacutean La comparacioacuten con las muestras de control de las bacterias sugiere entre 50
a 100 partiacuteculas por agrupacioacuten [1]
Resultados de Extraccioacuten y Microscopiacutea Electroacutenica La figura 16 muestra dos
morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas extraiacutedas Los tamantildeos
de grano eran bimodales con 62 de los 70 cristales medidos en el rango de 10 a 70 nm y
los restantes 8 con tamantildeos 90 a 200 nm Las medidas de las sombras TEM de 62 de las
partiacuteculas maacutes pequentildeas en un agregado muestra un tamantildeo medio de 334plusmn152 nm El
valor medio estaba sesgado hacia los tamantildeos mayores debido a que el procedimiento de
extraccioacuten discriminaba contra partiacuteculas muy pequentildeas que se mueven maacutes lentamente a
traveacutes del liacutequido La relacioacuten entre forma y tamantildeo para todas las partiacuteculas medidas cae
dentro de los campos superparamagneacuteticos y de dominio simple para la magnetita El
volumen estimado de los cristales realizado asumiendo formas de partiacuteculas equivalentes
implica que las partiacuteculas maacutes grandes se componen de un maacuteximo de aproximadamente
85 de la magnetita Se estimoacute que los tejidos cerebrales contienen un miacutenimo de 5
millones de cristales por gramo distribuidos en clases discretas de 50000 a 100000 De
forma similar las meninges contienes un miacutenimo de 100 millones de cristales por gramo
en clases de 1 a 2 millones
Los anaacutelisis de rayos x de dispersioacuten de energiacutea de los cristales dieron picos consistentes
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de Fe con picos de Cu variable (de las rejillas TEM de cobre) y menor de Si Ca y Cl
(probablemente contaminantes de los envases) La mezcla de oacutexidos Fe-Ti que estaacuten
normalmente presentes al menos en cantidades de traza en los minerales magneacuteticos
formados geoloacutegicamente no se detectaron en ninguno de los cristales cerebrales
examinados Los patrones de micro-difraccioacuten electroacutenica indexada de los cristales
individuales y agregados de partiacuteculas arrojaron la caracteriacutestica d-espacial de la
magnetita (Fe3O4) con partiacuteculas maacutes pequentildeas que mostraban una oxidacioacuten variable
hacia el radical de solucioacuten soacutelida ferrimagneacutetica maghemita (γ-Fe2O3) Esta oxidacioacuten
probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten como se observa comuacutenmente en
las magnetitas de grano muy fino
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de
magnetita y maghemita del cerebelo humano
(A) Agrupacioacuten de pequentildeas partiacuteculas del cerebelo
(B) Imagen TEM de alta resolucioacuten de maghemita muestra el patroacuten de interseccioacuten
111 y bordes 02 con elongacioacuten en la direccioacuten de mallado [111]
(C) Patroacuten de difraccioacuten electroacutenica indexado del aacuterea seleccionada de este cristal
tomado en la zona lt211gt Los anillos de difraccioacuten para un agregado de pequentildeos
cristales confirma la identificacioacuten de magnetita-maghemita
(D) Una de las partiacuteculas de magnetita de mayor tamantildeo
La Figura 16A es una imagen de una agrupacioacuten de partiacuteculas pequentildeas del cerebelo y la
Figura 16B muestra una imagen TEM de alta resolucioacuten de un cristal de maghemita de
dominio simple bien ordenado en la zona [211] Muestra caracteriacutesticas tiacutepicas de los
cristales de magnetita formados dentro de las membranas de los magnetosomas y son muy
similares a las partiacuteculas de dominio simple de las estructuras de cadenas de magnetosomas
presentes en los tejidos dermo-etmoidales del salmoacuten La Figura 16C muestra el patroacuten de
ubicacioacuten de difraccioacuten electroacutenica indexada del cristal
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La Figura 16D muestra una de las partiacuteculas mayores de aproximadamente 200 nm Otras
partiacuteculas pueden tener hasta 600 nm de diaacutemetro La microdifraccioacuten electroacutenica indica que
estas partiacuteculas estaacuten dominadas por un cristal simple con partiacuteculas maacutes pequentildeas
ocasionalmente adheridas a su superficie Su tamantildeo y forma medidos las situacutea dentro del
campo estable de dominio simple Estas partiacuteculas tienen energiacuteas de orientacioacuten magneacutetica
en el campo geomagneacutetico de 20 a 150 veces mayor que la energiacutea teacutermica kT
Desde el descubrimiento de la magnetita en el cerebro humano se han extraiacutedo partiacuteculas de
este material y se han visualizado y caracterizado magneacutetica y morfoloacutegicamente a traveacutes del
microscopio electroacutenico de transmisioacuten (TEM) (Figura 17) y magnetometriacutea de dispositivos
superconductores de interferencia cuaacutentica (SQUID) Las partiacuteculas son generalmente
menores de 200 nm y en la mayoriacutea de los casos son del orden de unas pocas decenas de
nanoacutemetros
Seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de
2001 [57]
mientras que algunas partiacuteculas
muestran bordes disueltos otras mantienen
las caras cristalinas originales y todas las
partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente
puras (esto es comuacuten en la magnetita
biogeacutenica) Morfoloacutegicamente las partiacuteculas
son similares a aquellas observadas en la
bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis
magneacutetico de las muestras de masa de tejido
indica que las partiacuteculas se presentan
generalmente en grupos que interactuacutean
magneacuteticamente
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita
biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano
Aunque la ferritina es el principal mecanismo para el almacenamiento de hierro en el
cerebro el trabajo experimental de los antildeos 90 demostraron la presencia de otra forma de
hierro en el tejido cerebral humano la magnetita biogeacutenica (Fe3O4) Se veraacuten maacutes adelante
algunas de las consecuencias potenciales de la presencia de magnetita en el tejido con
enfermedad neurodegenerativa
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo
El hierro divalente juega una funcioacuten crucial en la reaccioacuten de Fenton conduciendo al estreacutes
oxidativo En 1988 Sofic y colaboradores [58]
encontraron altas concentraciones de hierro
divalente en la sustancia negra (SN) Debido a que tales concentraciones altas de hierro
divalente seriacutean muy peligrosas para las ceacutelulas la confirmacioacuten de este hallazgo era
esencial y el espectroscopio de Moumlssbauer es probablemente el mejor meacutetodo para
determinar el ratio de Fe2+
Fe3+
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011 [59]
los estudios de Moumlssbauer mostraron
que no habiacutea sentildeal del hierro divalente y la simulacioacuten computarizada indica que la sentildeal no
es detectable por debajo del 5 del hierro total Las concentraciones elevadas de hierro
divalente encontradas por Sofic y alumnos podriacutean explicarse por el meacutetodo que utilizaron en
sus investigaciones Los tejidos eran homogeacuteneos en presencia de pepsina y aacutecido
hidrocloacuterico Cuando se prepararon las muestras de esta forma el hierro trivalente pudo
reducirse a ferroso Es maacutes el espectroscopio de Moumlssbauer para muestras tratadas de esta
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forma dio el espectro del hierro divalente
Durante deacutecadas se ha considerado el estreacutes oxidativo [59]
como un factor importante en el
proceso de la neurodegeneracioacuten Esta teoriacutea propone que un exceso de radicales libres
conduce a la muerte de las ceacutelulas nerviosas El desequilibrio puede ser causado tanto por
una produccioacuten creciente de radicales libres como por una neutralizacioacuten insuficiente de los
organismos carrontildeeros El cerebro humano parece ser particularmente vulnerable a los dantildeos
por estreacutes oxidativo debido a su alta concentracioacuten de liacutepidos y aacutecidos grasos no saturados a
su relativamente alta concentracioacuten de hierro y a la baja concentracioacuten de enzimas capaces de
desactivar las especies de oxiacutegeno reactivo (ROS) La presencia de dantildeos debido al estreacutes
oxidativo puede demostrarse por la presencia de altas concentraciones de productos de
oxidacioacuten como el malonildialdehido y el glicol timina Los radicales libres son generados
entre otros a traveacutes de la reaccioacuten de Fenton en la que el hierro divalente juega un papel
importante
Fe2+
+ H2O2 rarr Fe3+
+ OH + OH-
Como la mayoriacutea del hierro en el cerebro humano estaacute presente como hierro destinado a la
ferritina es obvio que cualquier cambio en la estructura o funcioacuten de la ferritina puede
relacionarse con el dantildeo oxidativo [59]
522 La Ferritina
Las ferritinas fueron identificadas sobre los antildeos 40 y desde entonces se han podido
caracterizar bastante bien Se encuentran en casi todos los sistemas bioloacutegicos con una
remarcable conservacioacuten de la estructura y capacidad para oxidar e incorporar hierro Las
propiedades de las ferritinas en animales plantes y bacterias han sido sujeto de numerosos
estudios y de un reciente estudio completo en Biochimica Biophysica Acta (1800 8 2010) [60]
En el cuerpo humano tanto en el cerebro como en la mayoriacutea de los organismos el hierro se
almacena principalmente en el nuacutecleo de la proteiacutena de almacenamiento de hierro ferritina
La ferritina [59]
es una celda esferoidal hueca de 12 nm de diaacutemetro compuesta de 24
subunidades El hueco central de la celda es de 8 nm de diaacutemetro y estaacute ocupado
habitualmente por el biomineral de hierro ferrihidrita un oacutexido de hierro hidratado
(5Fe2O39H2O) que generalmente contiene soacutelo Fe(III) Esta es la forma en que se almacena
la mayor parte del hierro en el cuerpo
Su funcioacuten principal es almacenar hierro celular de forma dinaacutemica [59]
protegiendo la ceacutelula
del dantildeo potencial de los radicales de hierro y permitir la liberacioacuten del metal seguacuten la
demanda celular
El cuerpo humano tiene tres genes de ferritina funcional FTH en el cromosoma 11 codifica
la cadena pesada citosoacutelica (cadena-H) de 183 aminoaacutecidos FTL en el cromosoma 19
codifica la cadena ligera citosoacutelica (cadena-L) de 175 aminoaacutecidos y la menos introacuten (regioacuten
dentro de un gen) FTMT del cromosoma 5 que codifica el precursor de la ferritina
mitocondrial (FtMt) de 242 residuos
El nuacutecleo de ferrihidrita de la ferritina [59]
es capaz de almacenar correctamente maacutes de 4500
aacutetomos de hierro que en condiciones normales se mantienen no-reactivas frente a otras
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moleacuteculas dentro de la ceacutelula debido al aprisionamiento de la misma proteiacutena La captacioacuten
se cree que se hace principalmente a traveacutes de un proceso de oxidacioacuten en que el Fe(II)
altamente toacutexico es capturado dentro de la proteiacutena y oxidado para ser almacenado como
Fe(III) menos toacutexico en forma de ferrihidrita Como la cantidad de hierro almacenado en el
nuacutecleo de la ferritina es de alguna forma variable los incrementos de hierro observados
durante los exaacutemenes histoloacutegicos de tejido neurodegenerativo pueden ser debidos al
aumento de aacutetomos de hierro almacenados en el nuacutecleo de la proteiacutena Mientras que el
incremento del nuacutemero de aacutetomos de hierro en el nuacutecleo de la ferritina habriacutea de tenerse en
cuenta para algunos excesos de hierro observados en exaacutemenes histoloacutegicos otra forma de
hierro aparece presente la cual podriacutea tener consecuencias significativas para la progresioacuten
de las enfermedades neurodegenerativas y su deteccioacuten temprana
Si el nuacutecleo de la ferritina llega a saturarse o la ferritina funcionara de forma anoacutemala el
mecanismo oxidacioacuten del Fe(II) se perderiacutea Este proceso podriacutea conducir a la formacioacuten de
magnetita biogeacutenica que es mucho maacutes magneacutetica (ferrimagneacutetica) que la ferrihidrita
(antiferromagneacutetica superparamagneacutetica a temperatura corporal) y contiene mallas
alternativas de Fe(II) toacutexico y Fe(III) menos toacutexico
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales
Patoloacutegicamente las enfermedades neurodegenerativas que pueden ser causadas por estreacutes
oxidativo [59]
-Alzheimer (AD) Parkinson (PD) y parkinsonismos atiacutepicos- tienen lugar en
aacutereas definidas del cerebro humano El coacutertex hipocampo (Hip) es la regioacuten cerebral maacutes
afectada en las primeras fases de AD el PD involucra la sustancia negra (SN) y en
parkinsonismos atiacutepicos otros ganglios basales (pe globus pallidus GP) tambieacuten son
afectados Por consiguiente la mayoriacutea de los estudios que investigan la etiologiacutea de la
neurodegeneracioacuten analizan estas estructuras Se han utilizado bastantes meacutetodos fiacutesicos
quiacutemicos y bioquiacutemicos para averiguar las propiedades de la ferritina y de otras moleacuteculas
vinculadas al hierro en Hip SN y GP humanos algunos de ellos son el espectroscopio de
Moumlssbauer (MS) microscopio electroacutenico (EM) y el ensayo inmuno-absorbente ligado a
enzimas (ELISA)
El espectroscopio de Moumlssbauer MS es un meacutetodo fiacutesico basado en la emisioacuten de
resonancia sin contraste y absorcioacuten de rayos gamma descubierto en 1958 por Rudolf
Moumlssbauer (galardonado con el Premio Nobel en fiacutesica por este descubrimiento en
1961) Se utiliza principalmente para cuantificar los compuestos que contienen hierro
pero tambieacuten en muestras bioloacutegicas y tejidos humanos Este meacutetodo permite una
identificacioacuten inequiacutevoca de los compuestos que contienen hierro con una evaluacioacuten
del ratio de hierro divalente versus trivalente y concentracioacuten de hierro total de la
muestra
El microscopio electroacutenico se ha utilizado para determinar el diaacutemetro de los nuacutecleos de
hierro dentro de la ferritina y de la hemosiderina y para la identificacioacuten de las formas de
hierro dentro del nuacutecleo de hierro
El ensayo inmuno-absorbente ligado a enzimas ELISA se ha utilizado para determinar las
concentraciones de las cadenas H y L de la ferritina en la SN GP e Hip
El espectro de Moumlssbauer de los tejidos cerebrales humanos normales sugiere que casi todos
los aacutetomos de hierro forman grupos e interactuacutean magneacuteticamente a bajas temperaturas [59]
Los paraacutemetros obtenidos de Moumlssbauer de todos los espectros medidos sugieren que en
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todas las muestras que se han investigado el hierro estaacute presente como hierro de ferritina
Si se asume que la mayoriacutea del hierro en los tejidos cerebrales humanos normales estaacute
asociado a la ferritina averiguar la composicioacuten de las sub-unidades de la ferritina parece
convertirse en una investigacioacuten necesaria para los proacuteximos pasos Las concentraciones de
ferritinas H y L en SN GP y Hip se determinaron mediante ELISA basado en anticuerpos
monoclonales especiacuteficos y calibrado con homopoliacutemeros de ferritina H y L Estos
resultados junto con las concentraciones de hierro total en la ferritina del espectro de
Moumlssbauer son los que se muestran en la Tabla 9 La uacuteltima columna de la tabla muestra el
ratio entre la concentracioacuten de Fe y el total de las concentraciones de ferritina H y L de la
muestra Este ratio refleja el llenado de las cavidades de la ferritina por los aacutetomos de hierro
El valor de este ratio se correlaciona con el diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina
determinado por el microscopio electroacutenico
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las
concentraciones de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal
Otra cuestioacuten es el posible rol de la hemosiderina en el proceso de la neurodegeneracioacuten La
hemosiderina es un producto de la degradacioacuten de la ferritina y se detecta en el cerebro
humano Se ha aislado hemosiderina de la SN humana y esto ha permitido su investigacioacuten
mediante el microscopio electroacutenico que demuestra que los nuacutecleos de hierro son
significativamente maacutes pequentildeos que los de la ferritina (20 plusmn 05 nm vs 37 plusmn 05 nm)
Queda por investigar coacutemo la hemosiderina podriacutea interferir en el proceso de la
neurodegeneracioacuten
Las diferencias estructurales de las ferritinas de diferentes oacuterganos e incluso de varias partes
del cerebro pueden afectar a la cristalizacioacuten del nuacutecleo de hierro de la ferritina Estudios
maacutes detallados de los nuacutecleos de hierro de la ferritina de SN GP Hip e hiacutegado con el
microscopio electroacutenico muestran diferencias significativas Los resultados se han
presentado junto con el ratio HL en la tabla 10
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano
Como se puede ver el decremento del diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina estaacute
acompantildeado por un incremento del ratio HL Se postula que esto puede ser un reflejo de las
diferencias locales del ratio del metabolismo del hierro [59]
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53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro
En el cuerpo humano la disrupcioacuten del metabolismo normal del hierro en el cerebro es una
caracteriacutestica de varios desoacuterdenes neurodegenerativos [57]
como la enfermedad de Alzheimer
(AD) Parkinson (PD) y la paraacutelisis supranuclear progresiva (PSP)
Por ejemplo se sabe que en los pacientes de Alzheimer ocurre una acumulacioacuten de hierro
excesiva particularmente en las placas AD y los niveles totales de hierro son elevados en el
hipocampo amiacutegdala nuacutecleo basal de Meynert y el cortex cerebral Estos elevados niveles
de hierro en el tejido neurodegenerativo no se correlacionan con niveles elevados de ferritina
o de la proteiacutena de transporte de hierro extracelular transferrina De hecho se ha reportado
una reduccioacuten de transferrina en algunas regiones de los cerebros de pacientes AD y PD
indicando movilidad y segregacioacuten de hierro reducidas
Algunos estudios [57]
han mostrado que hay varias formas de hierro que pueden jugar un rol
significativo en los procesos bioquiacutemicos que conducen a la progresioacuten de estas
enfermedades Se cree principalmente que es resultado del estreacutes oxidativo ndash la generacioacuten
de radicales libres a traveacutes de la reaccioacuten Fenton No obstante otros resultados sugieren que
la ferritina podriacutea actuar modulando la formacioacuten de los filamentos tau en PSP (aunque no
existen indicaciones fiables de niveles anormales de ferritina en el tejido neurodegenerativo)
y que el hierro podriacutea promover agregados de betaA4
Aunque la asociacioacuten de concentraciones anoacutemalas de hierro con el tejido neurodegenerativo
estaacute bien documentada particularmente en AD los meacutetodos anteriores a 2001 para ensayar
con el hierro en tejidos enfermos generalmente son especiacuteficamente ioacutenicos han tenido una
resolucioacuten espacial pobre y proporcionaron una informacioacuten cuantitativa poco fiable [57]
Posteriormente se han realizado algunos progresos en el anaacutelisis de hierro en alta resolucioacuten
de tejidos de AD (Smith y otros) Estos mostraron utilizando teacutecnicas de tentildeido de hierro
modificado que el hierro activo redox estaacute fuertemente asociado con las placas AD y los
ovillos neurofibrilares Este trabajo tambieacuten demostroacute que el hierro asociado a lesiones es
distinto del hierro segregado en la ferritina y proporcionoacute la evidencia indirecta de la
presencia de Fe(II) en el tejido de AD
Si bien esta teacutecnica ofrece una resolucioacuten mejorada todaviacutea no es posible identificar la forma
estructural del hierro o la distribucioacuten mapeada del Fe(II) De manera que las anomaliacuteas del
hierro asociadas con la enfermedad neurodegenerativa no estaacuten bien caracterizadas y la
forma estructuralmolecular del exceso de hierro en las placas AD y tejido neurodegenerativo
en general no se conocen
No obstante la investigacioacuten en este campo [57]
comienza a ver algo de luz sobre el rol del
hierro Por ejemplo un trabajo realizado por Floor E [61]
publicado en el antildeo 2000 demostroacute
una mayor conexioacuten entre los niveles altos de hierro en el ganglio basal y el estreacutes oxidativo
en los pacientes de Parkinson
Una disrupcioacuten del metabolismo del hierro y un incremento de hierro en la misma regioacuten del
cerebro tambieacuten implica las enfermedades de Huntington y Alzheimer y la acumulacioacuten de
hierro se ha asociado a la microgliosis y se ha correlacionado con el dantildeo incrementado a la
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regioacuten CA1 del hipocampo a traveacutes de las interacciones hierro-zinc en los modelos de
enfermedades neurodegenerativas
Deberiacutea apreciarse no obstante que algunos resultados han mostrado que la presencia de
nucleoacutesidos oxidados en las neuronas no parece estar relacionada con material de placa senil
ni ovillos neurofibrilares en el Alzheimer aunque hay indicaciones de que el hierro es una
fuente significativa de dantildeo oxidativo
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos
Neurodegenerativos
Los estudios experimentales preliminares realizados por el equipo de Jon Dobson y Carmen
Quintana (Instituto de Microelectroacutenica de Madrid) [57]
sugieren que esta magnetita biogeacutenica
puede encontrarse en las placas AD placas seniles y filamentos tau anoacutemalos extraiacutedos de
tejidos PSP Ademaacutes los anaacutelisis de muestras relativamente grandes (varios gramos) de tejido
AD realizados por el equipo de Kirschvink indican la presencia de magnetita yo maghemita
aunque las placas se fueron analizadas de forma separada
En 1995 se utilizoacute un microscopio de fuerza magneacutetica (MFM) para examinar una muestra de
tejido del hipocampo que conteniacutea material de plaqueta Este material opaco exhibiacutea una
respuesta como la de un dipolo consistente con la presencia de material magneacutetico como la
magnetita yo la maghemita (ambas tienen propiedades magneacuteticas similares) (Figura 18) La
ferritina que es superparamagneacutetica (no tiene un comportamiento como el de un magneto a
temperatura corporal) no produciriacutea una respuesta tal
Figura 18 Escaacutener de
microscopio de fuerza
magneacutetica (MEM) de
material de placa de
hipocampo humano
mostrando una respuesta
magneacutetica dipolar
A finales de 1999 se utilizoacute un microscopio HR-TEM y un espectroscopio de peacuterdida de
energiacutea electroacutenica para examinar la ferritina en filamentos helicoidales pareados de tejido
AD y ferritina ligada a filamentos tau anoacutemalos en paraacutelisis supranuclear progresiva neuro-
degenerativa Los resultados dieron indicaciones preliminares de la presencia de oacutexido de
hierro cuacutebico dentro de la cavidad de la proteiacutena ferritina con espectro similar al de los
estaacutendares de magnetita maghemita sinteacuteticas
Como se discutioacute previamente es posible que la ferritina pueda actuar como un precursor en
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la formacioacuten de magnetita biogeacutenica en el cuerpo humano quizaacute a traveacutes de una sobrecarga
de hierro en el nuacutecleo y la ruptura de la funcioacuten normal de la proteiacutena Esto estaacute avalado por la
evidencia de que haya magnetita dentro de la cavidad de la ferritina
Si la presencia de magnetita biogeacutenica en las placas de AD y tejido neurodegenerativo se
confirma tendriacutea consecuencias importantes para la comprensioacuten de la progresioacuten de las
enfermedades neurodegenerativas ndashincluso posiblemente tambieacuten su inicio- y permitiriacutea una
deteccioacuten y diagnoacutestico temprano
La magnetita biogeacutenica puede jugar un papel en el inicio y progresioacuten de la enfermedad
neurodegenerativa mediante la produccioacuten de radicales libres que dantildearan el tejido en el lugar
de la acumulacioacuten de magnetita Niveles elevados de hiero libre en el tejido cerebral afectado
de Alzheimer se han supuesto como posible causa de la degeneracioacuten neuronal a traveacutes de los
procesos de radicales libres viacutea reaccioacuten Fenton No obstante las nanopartiacuteculas de magnetita
y maghemita muestran tener un efecto sustancial en la generacioacuten de radicales libres
Experimentos anteriores demostraron que los complejos hierro-oxiacutegeno pueden ser un
catalizador maacutes efectivo para los radicales libres dantildeinos en los tejidos cerebrales que la
reaccioacuten Fenton
Estos efectos se han conseguido a traveacutes de campos magneacuteticos fuertes locales generados
mediante partiacuteculas de magnetita biogeacutenica que estabilizan estados triplet durante las
reacciones bioquiacutemicas que tienen lugar a su alrededor Esto conduce a la produccioacuten de
radicales libres que dantildeariacutean la membrana y cambios en los resultados de la reaccioacuten Incluso
campos magneacuteticos relativamente deacutebiles podriacutean influir fuertemente sobre los resultados de
la reaccioacuten Ademaacutes Fe(II) en la magnetita puede ser oxidado con facilidad (formando
maghemita) y este proceso junto con los efectos de campo magneacutetico local pueden influir en
la produccioacuten y agregacioacuten de β-amiloides Esto es particularmente relevante si se considera
que existen estudios que muestran que el hierro promueve la agregacioacuten de β-amiloides
peacuteptidos in vitro y que los β-amiloides potencian la formacioacuten de radicales libres al
estabilizarse el hierro ferroso [57]
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas
Ademaacutes de las implicaciones potenciales para la progresioacuten de la enfermedad existen tambieacuten
posibles beneficios en la presencia de magnetita en tejidos neurodegenerativos [57]
La
deteccioacuten temprana es uno de los objetivos principales en los esfuerzos de la investigacioacuten en
neurodegeneracioacuten y uno de los meacutetodos que se consideran actualmente es el uso de imaacutegenes
de resonancia magneacutetica MRI Habitualmente en pacientes maacutes avanzados las imaacutegenes MR
muestran regiones de hiperintensidad debida a la atrofia del aacuterea afectada del cerebro
Mientras que este meacutetodo puede ser bueno en la identificacioacuten de enfermedades
neurodegenerativas tales como el Alzheimer cuando se observa la enfermedad ya se ha
desarrollado significativamente desde sus estados iniciales
Si la magnetita estaacute presente en las placas y tejido neurodegenerativo estos meacutetodos podriacutean
adaptarse para buscar regiones en que hubiera acumulacioacuten de magnetita en sujetos que
puedan tener predisposicioacuten a estas enfermedades Ello podriacutea conducir a teacutecnicas para la
deteccioacuten de las enfermedades neurodegenerativas en una fase maacutes temprana que la posible
actualmente en que el tejido atrofiado ya se encuentra en estados avanzados de la enfermedad
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534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones
5341 Neurodegeneracioacuten con Acumulacioacuten de Hierro en el Cerebro
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011
[59] la neurodegeneracioacuten con acumulacioacuten
de hierro en el cerebro (NBIA) es un grupo de desoacuterdenes cognitivos y extrapiramidales
progresivos que incluyen el anteriormente denominado siacutendrome de Hallervorden-Spatz la
neuroferritinopatiacutea y la aceruloplasminemia El epoacutenimo original para esta enfermedad
reconocioacute el trabajo de los neuropatoacutelogos alemanes Julius Hallervorden y Hugo Spatz El
nuevo teacutermino NBIA es maacutes favorable a la luz de las poco eacuteticas actividades de Hallervorden
y Spatz antes y durante la Segunda Guerra Mundial
Las NBIAs estaacuten caracterizadas por la acumulacioacuten de hierro predominantemente en el globus
pallidus asiacute como esferoides axonales extensivas en varias regiones del cerebro Estudios
recientes indican muacuteltiples causas geneacuteticas y la enfermedad puede ocurrir tambieacuten sin un
respaldo geneacutetico evidente La forma geneacutetica maacutes frecuente es la pantotenato kinasa-2
asociado a neurodegeneracioacuten (PKAN) con una mutacioacuten en el gen de la pantotenato kinasa-2
(PKAN2) Otras formas estaacuten asociadas con una mutacioacuten en los genes de fosfolipasa A2
(PLA2G6) FTL (neuroferritinopatiacutea) CP (aceruloplasminemia) FA2H (hidroxilasa 2 de
aacutecido graso) y ATP13A2 (ATPasa tipo 13A2)
La PKAN claacutesica se caracteriza por su aparicioacuten a edad temprana y raacutepida progresioacuten a
menudo asociada con mutaciones sin sentido o de desplazamiento del marco Rasgos
caracteriacutesticos son distonia disartria parkinsonismo espasticidad hiperreflexia
retinopatiacutea pigmentaria y posibles impedimentos cognitivos La PKAN atiacutepica se
caracteriza por una aparicioacuten maacutes tardiacutea y lenta progresioacuten y a menudo estaacute asociada a
mutaciones sustitutivas de PANK2 La mayoriacutea de los individuos con PKAN muestran
acumulaciones de hierro cerebral en el GP y SN en escaneos MRI de T2-ponderados que
forman un grafo muy caracteriacutestico conocido como ldquoojo de tigrerdquo Maacutes recientemente se
ha demostrado que una regulacioacuten baja de PANK2 en ceacutelulas de cultivo alteroacute el status de
hierro con un gran incremento en la ferroportina ndash proteiacutean exportadora del hierro celular-
y decremento en la ferritina
Un segundo tipo de NBIA es causado por la mutacioacuten del gen PLA2G6 que codifica la
enzima fosfolipasa A2 independiente de calcio que cataliza la hidroacutelisis de los
glicerofosfoliacutepidos Defectos en la fosfolipasa A2 conducen a una serie de fenotipos Las
mutaciones PLA2G6 estaacuten asociados a praacutecticamente todos los casos de distrofia
neuroaxonal infantil pero soacutelo a unos pocos casos de neurodegeneracioacuten idiopaacutetica con
acumulacioacuten de hierro cerebral Las caracteriacutesticas cliacutenicas y neuropatoloacutegicos presentan
una conexioacuten entre PLA2G6 y PD
La aceruloplasminemia un desorden del metabolismo del hierro con ausencia completa de
la actividad de la ferroxidasa ceruloplasmina estaacute causado por mutaciones en el gen CP
que codifica la ceruloplasmina Curiosamente esta proteiacutena es conocida por asistir a la
ferroportina en el mecanismo de la exportacioacuten de hierro celular en el cerebro pero no
hay datos de coacutemo pueda afectar a la ferritina en el cerebro Las sentildeales neuroloacutegicas
tiacutepicas incluyen impedimento cognitivo dyskinesia craneofacial ataxia cerebelar y
degeneracioacuten retinal Ademaacutes los pacientes muestran ausencia de ceruloplasmina serica y
alguna combinacioacuten de las siguientes baja concentracioacuten de cobre serico baja
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concentracioacuten de hierro serico alta concentracioacuten de ferrtina serica e incremento de la
concentracioacuten de hierro hepaacutetico El diagnostico estaacute soportado por un MRI caracteriacutestico
que encuentra intensidades bajas anormales que reflejan la acumulacioacuten de hierro en el
cerebro (estriato taacutelamo nuacutecleo dentado) e hiacutegado en imaacutegenes ponderadas de T1 y T2
La neuroferritinopatiacutea es predominantemente un desorden en el movimiento heredado
caracterizado por la deposicioacuten de hierro y ferritina en el cerebro niveles de ferrtina de
serita baja o normal y valores cliacutenicos variables elevados Cliacutenicamente los siacutentomas
tienen un espectro muy amplio desde chorea a distonia o caracteriacutesticas parkinsonianas
tiacutepicas y perturbaciones de funciones cognitivas La neuroferritinopatiacutea es una enfermedad
de progresioacuten lenta que aparece en adultos caracterizada por la formacioacuten de agregados de
ferritina y agrupaciones de hierro en el cerebro y otros oacuterganos FTL es el uacutenico gen
actualmente conocido asociado a la neuroferritinopatiacutea La mayoriacutea de las mutaciones son
inserciones de uno o dos nucleoacutetidos en el gen FTL que causa un desplazamiento y
modifica el teacutermino-C de FTL Estas modificaciones alteran las propiedades fiacutesicas y
funcionales de las ferritinas causando un desequilibrio en la homeostasis de hierro del
cerebro
Las mutaciones patogeacutenicas en el gen FTL se cree que reducen la capacidad de la ferritina
para almacenar hierro resultando como consecuencia un exceso de hierro en las neuronas
cerebrales Estas ceacutelulas pueden responder produciendo maacutes ferritina en un intento de
gestionar el hierro libre El exceso de hierro y ferritina acumulado en el cerebro
particularmente en el ganglio basal provoca desoacuterdenes de movimiento y otros cambios
neuroloacutegicos vistos en la neuroferritinopatiacutea Las neuroferritinopatiacuteas representan una
evidencia directa de que los cambios en la estructura de la ferritina causan un
almacenamiento de hierro deficiente y pueden conducir a una neurodegeneracioacuten con
dantildeo neuronal probablemente causado por un exceso de hierro laacutebil maacutes que por los
agregados de hierro y ferritina
5342 La Enfermedad de Parkinson (PD)
La enfermedad de Parkinson PD es un desorden progresivo con un cuadro cliacutenico tiacutepico y
patologiacutea que involucra principalmente la SN con agregados de a-sinucleina y formacioacuten de
cuerpos de Lewy La hipoacutetesis de que el incremento de la concentracioacuten de hierro en la SN es
una de las causas de PD se formuloacute en 1989 [59]
Esta hipoacutetesis estaba soportada por los datos
experimentales que mostraban un incremento de hierro en la sustancia negra SN
parkinsoniana Pero tambieacuten se publicaron datos mostrando que no se incrementaba la
concentracioacuten de hierro en la SN parkinsoniana comparada con otras de control La tabla 11
presenta los resultados de varios estudios en que se evaluacutea la concentracioacuten del hierro total en
SN Parece que no hay una evidencia concluyente para un incremento sustancial de la
concentracioacuten de hierro total en SN parkinsoniano [59]
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control
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Esto no excluye un posible rol del hierro en el proceso ya que puede afectar no en su cantidad
total pero siacute en su forma como hierro laacutebil que dispara la neurodegeneracioacuten viacutea quiacutemica de
Fenton Al evaluar la concentracioacuten de hierro laacutebil en Parkinson y control de la SN se detectoacute
un incremento de hierro laacutebil Es importante destacar que la cantidad de este hierro laacutebil es
pequentildea sobre 12000 del total del hierro tanto en PD como en control
Una cuestioacuten importante es la fuente de hierro en PD para la reaccioacuten de Fenton En la
literatura se han considerado dos fuentes posibles neuromelanina y ferritina [59]
Neuromelanina La neuromelanina de la SN podriacutea jugar un papel doble Al inicio del
proceso la neuromelanina quelata el hierro en exceso pero con la progresioacuten de la
enfermedad cuando la concentracioacuten de hierro en la neuromelanina alcanza un nivel
criacutetico eacutesta libera el hierro causando estreacutes oxidativo Es difiacutecil confirmar esta hipoacutetesis
desde que el hierro se une a la neuromelanina durante la preparacioacuten de la muestra para la
determinacioacuten del hierro Tampoco el espectro de Moumlssbauer obtuvo ninguna sentildeal de
muestras no pretratadas de SN parkinsonianos ni de control que pudiera atribuirse a la
neuromelanina
Ferritina Una evidencia importante para la posible involucracioacuten de la ferritina en la
patogeacutenesis de la neurodegeneracioacuten en PD viene del MS El espectro de la ferritina en
PD muestra una asimetriacutea mayor que en los controles Esta diferencia no puede ser
relacionada a hierro que no sea de la ferritina ya que las concentraciones de este son
demasiado pequentildeas para ser detectadas mediante MS Por consiguiente puede postularse
que en PD el hierro de la SN es empacado dentro de la ceacutelula de ferritina de una manera
ligeramente diferente al de control que podriacutea ser debido a una diferencia en la estructura
de ferritina de PD frente a la de control Existe alguna controversia en la literatura en
cuanto al cambio de concentracioacuten de ferritina en SN parkinsoniano comparado con el de
control Aproximadamente 5 -10 de los individuos de maacutes de 60 antildeos tienen Cuerpos
de Lewy (LB) en su SN A estos sujetos se les refiere como casos incidentales de cuerpos
de Lewy (ILB) El ILB se cree que es un pre-siacutentoma del Parkinson Koziorowski y
alumnos encontraron bajas concentraciones de ferritina L en ILB y en PD comparado con
los controles La ferritina H en PD es mayor que en ILB y los controles
Bajos niveles de ferritina L en PD y ILB como en las mutaciones del gen FTL en
neuroferritinopatiacutea pueden reducir la capacidad de la ferritina para almacenar hierro
resultando una liberacioacuten del mismo En la neuroferritinopatiacutea las mutaciones en el gen
FTL afectan al plegamiento y estabilidad de la proteiacutena incrementando la sensibilidad y
capacidad del hierro intracelular para el estreacutes oxidativo y el dantildeo del DNA En general
se acepta que el estreacutes oxidativo juega un rol importante en la patogeacutenesis de PD
5343 La Paraacutelisis Supranuclear Progresiva (PSP)
La PSP es un desorden parkinsoniano atiacutepico asociado con la rigidez axial progresiva
paraacutelisis de la mirada vertical disartria y disfagia Sus sentildeales patoloacutegicas son atrofia peacuterdida
de neuronas y gliosis en el cortex ganglio basal y nuacutecleo del tronco encefaacutelico Las neuronas
afectadas muestran acumulacioacuten de ovillos neurofibrilares derivados de microtuacutebulos
asociados a la proteiacutena tau a la que estaacute asociada la ferritina A diferencia de PD PSP no ha
sido estudiada intensamente para el hierro Se demostroacute en los primeros estudios que habiacutea un
incremento del total de concentracioacuten de hierro en la SN de PSP utilizando el espectroscopio
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de plasma acoplado inductivamente y se sugirioacute en estudios maacutes recientes la posibilidad de
que hubiera un exceso de hierro en el ganglio basal de estos pacientes utilizando
nanodifraccioacuten electroacutenica y microscopiacutea electroacutenica de alta resolucioacuten Ademaacutes un estudio
de MS encontroacute un incremento de un 50 de la concentracioacuten total de hierro en GP y SN
aislada de cerebros PSP sobre los de control Hay una correlacioacuten significativa entre la
concentracioacuten de hierro en GP y SN en cerebros de PSP que sugiere un mecanismo similar de
destruccioacuten en ambas estructuras [59]
El coeficiente de asimetriacutea del espectro de Moumlssbauer
era significativamente superior en GP de PSP que en GP de control que puede reflejar la
cristalizacioacuten diferente del hierro dentro de la ferritina en PSP
5344 La Enfermedad de Alzheimer (AD)
Se trata de un desorden neurodegenerativo progresivo que afecta a las funciones cognitivas
El cortex del hipocampo es el aacuterea del cerebro mayormente afectada en la fase temprana de la
enfermedad asiacute como el estreacutes oxidativo Smith y alumnos encontraron acumulaciones de
hierro en placas seniles y ovillos neurofibrilares en cerebros de pacientes AD Se podriacutea
especular que como el cortex hipotalaacutemico estaacute ya fisioloacutegicamente en alto riesgo de estreacutes
oxidativo la desregulacioacuten de hierro podriacutea ser el punto de inicio en esta enfermedad
neurodegenerativa con cambios en los niveles de ferritina que pueden conllevar un
incremento de la capacidad de hierro para la reaccioacuten de Fendon Galazka-Friedman y
colaboradores utilizaron diferentes meacutetodos para evaluar el hierro y los compuestos ligados al
hierro en los tejidos Hip humanos Los resultados de estos estudios se presentan en la tabla
12
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras cerebrales
Los paraacutemetros de Moumlssbauer obtenidos para todas las muestras sugeriacutean que la mayor parte
del hierro estaacute asociado a la ferritina La concentracioacuten media de hierro determinada por MS
en las muestras Hip de Alzheimer determinadas por absorcioacuten atoacutemica eran mayores que las
de control Las concentraciones de las cadenas H y L de ferritina en Alzheimer eran ambas
superiores a las de control
Connor y alumnos [62]
tambieacuten encontraron que el ratio HL en el cortex era mayor que en la
sustancia negra y se detectoacute una disminucioacuten de la concentracioacuten de la ferritina L en el cortex
y en la sustancia negra en pacientes con Alzheimer y Parkinson La disminucioacuten en la
concentracioacuten de ferritina L en el cortex de pacientes con Alzheimer fue mayor que en la
sustancia negra de pacientes con Parkinson
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6 LA MAGNETITA MINERAL
En este capiacutetulo una vez realizada la introduccioacuten a los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro se
presenta la magnetita como mineral su generacioacuten geoloacutegica natural sus propiedades
generales cristalograacuteficas fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas asiacute como propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas cerrando el capiacutetulo con algunas de sus principales aplicaciones
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL
La geacutenesis geoloacutegica natural de la magnetita tiene lugar en un origen magmaacutetico accesorio en
casi todas las rocas baacutesicas y otros como por diferenciacioacuten magmaacutetica pegmatiacutetico
neumatoliacutetico de metamorfismo de contacto exhalativo volcaacutenico hidrotermal y
sedimentario
En cuanto a yacimientos de magnetita eacutesta es frecuente en ambientes de tipos diversos Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna Suecia
En Espantildea [63]
- Los cristales octaeacutedricos mejor formados presentando recrecimientos se encuentran en
San Pablo de los Montes (Toledo) como producto de meteorizacioacuten y en placeres
- Econoacutemicamente los yacimientos maacutes importantes radican en los Cotos Wagner y Vivaldi
de la provincia de Leoacuten
- Estaacute citado en las arenas de las riacuteas gallegas principalmente en la de Vigo y Viveros
(Pontevedra)
- Tambieacuten de igual forma en las playas de Marbella (Maacutelaga) y Cabo de Gata (Almeriacutea)
- De cierta importancia es la mineralizacioacuten de Cala (Huelva) lo mismo que las de la
provincia de Sevilla y las de Burguillos del Cerro (Badajoz)
- Cabe destacar tambieacuten El Escorial (Madrid) Jerez de los Caballeros y Zafra (Badajoz)
Naralaacutezaro (Sevilla) Os Civis (Leacuterida) Campos (Asturias) Cehegiacuten (Murcia) y Sierra
Almagrera (Almeriacutea)
En la Regioacuten de Murcia [64]
- En la Sierra de Cartagena se localizan mineralizaciones masivas en el denominado manto
silicatado o de magnetita que se caracteriza por su contenido en sulfuros siderita cuarzo y
greenalita entre otros Algunos ejemplares de estas zonas son muy magneacuteticos por lo que
pueden ser considerados como imanes naturales
- En el Cabezo Gordo (Torre Pacheco) aparecen importantes mineralizaciones en las rocas
metamoacuterficas del complejo Nevado-Filaacutebride junto con otros oacutexidos e hidroacutexidos de
hierro donde hay ejemplares masivos y octaedros de hasta 2 cm Algo semejante ocurre en
algunas minas de la Sierra de Enmedio (Lorca) aquiacute aparecen ejemplares masivos
asociados a mineralizaciones de oligisto y goethita en rocas del complejo Alpujaacuterride
- En los materiales triaacutesicos (facies Keuper) del norte de Ulea aparecen cristales octaeacutedricos
aislados de cerca de los 3 cm
- Pero el yacimiento maacutes importante de este mineral en la regioacuten se localiza en Cehegiacuten
donde aparecen importantes mineralizaciones asociadas a ofitas Fueron objeto de diversas
explotaciones cuyos restos se localizan desde el paraje del Chaparral hasta los Bantildeos de
Gilico En esta zona la magnetita aparece asociada a pirita y calcopirita o a cloritas
localizaacutendose masas granulares con pequentildeos octaedros y rombododecaedros de tamantildeo
centimeacutetrico en las fracturas de la ofita
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62 DEFINICIOacuteN
La magnetita Fe3O4 es un mineral
[65] negro
ferrimagneacutetico que contiene tanto FeII como Fe
III
constituido por oacutexido ferroso-difeacuterrico (veacuteanse las
figuras 19a y 19b) Junto con la titanomagnetita es el
responsable de las propiedades magneacuteticas de las rocas
objeto de los estudios paleomagneacuteticos Es caracteriacutestico
que este material tenga propiedades magneacuteticas en su
estado puro (veacutease la figura 19c)
Designacioacuten La magnetita pertenece a la categoriacutea de
los minerales oacutexidos del grupo de las espinelas
Etimologiacutea [66]
Probablemente derivada del nombre de
la localidad griega de Magnesia en Macedonia Una
faacutebula de Plinio atribuiacutea el nombre al de un pastor de
nombre Magnes que descubrioacute el mineral al observar
que se adheriacutea a los clavos de su calzado
Sinoacutenimos ICSD 65339 piedra imaacuten (cuando se
presenta con polaridad natural) piedra de Heacutercules
mineral de hierro magneacutetico PDF 19-629 Eacutestos reflejan
la diversidad de disciplinas que se han podido interesar
en este mineral
Seguacuten la Asociacioacuten Mineraloacutegica Internacional (IMA)
la magnetita se clasifica como
Especies vaacutelidas (Pre-IMA) 1845
Clasificacioacuten de Strunz 4BB05
Clasificacioacuten de Dana 07020203
Foacutermula aprobada Fe2+
(Fe3+
)2ordm4
Figura 19 Magnetitas
19a Magnetita
Figura 19b Magnetita de Isla de
Ischia (Italia)
Figura 19c Magnetita de
Cartagena (Espantildea)
Forma de presentarse Mineral accesorio comuacuten en rocas iacutegneas y metamoacuterficas Puede ser
producido biogeacutenicamente por una amplia variedad de organismos Frecuentemente en
cristales octoeacutedricos raramente en dodecaeacutedricos Masivo o diseminado en agregados
granudos compactos tambieacuten en arenas sueltas magneacuteticas de color pardo oscuro Una
variedad particular la constituye la valentinesita combinacioacuten de magnetita con cuarzo
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63 PROPIEDADES GENERALES
631 La Moleacutecula de la Magnetita
La magnetita [3]
difiere de la mayoriacutea del resto de oacutexidos de hierro en que es un oacutexido mixto
de FeII y Fe
III Su foacutermula es Fe3O4 Fe
2+OFe2
3+O3 o como Y[YX]O4 donde X = Fe
II Y =
FeIII
y los corchetes denotan ubicaciones octaeacutedricas (M ubicaciones) Entre el FeII y el Fe
III
se distribuyen 8 ubicaciones tetraeacutedricas (T ubicaciones) donde los iones trivalentes
ocupan ambas ubicaciones tetraeacutedricas y octaeacutedricas
En la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
En la figura 20(izquierda) se representa una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3
octaedros y 2 tetraedros mientras que en la figura 20(derecha) la configuracioacuten es tan soacutelo
de 2 octaedros y 1 tetraedro
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y
2 tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro
632 La Celda Unitaria de la Magnetita
Los principales detalles de la estructura de la
magnetita se establecieron en 1915 siendo uno
de las primeras estructuras minerales a las que
se aplicaron los rayos X La magnetita [3]
presenta estructura cristalina de espinela
inversa -que puede observarse en la figura 21-
y es isoestructural con otros compuestos como
el Jacobsite (FeIII
MnII Fe
III O4)
Magnesioferrita (Fe Mg Fe O4) y Ulvoespinela
(Fe2 Ti O4) Existen sustituciones de Fe por
magnesio y manganeso El vanadio tambieacuten
puede reemplazar al hierro dando lugar a la
Coulsonita
Figura 21 Estructura del grupo de la
espinela
Algunas de sus caracteriacutesticas son
Sistema cristalino Cuacutebico
o Clase normal o hexoctaedro
o Siacutembolo H-M 4m 2m o m3m (3 ejes cuaternarios + 3 planos de simetriacutea
perpendiculares + 4 ejes ternarios + 6 ejes binarios + 6 planos de simetriacutea
O Oxiacutegeno
Fe Hierro (octaedro)
Fe Hierro (tetraedro)
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perpendiculares + 1 centro de simetriacutea)
o Red de Bravais cuacutebica centrada en las
caras (F) como se muestra en la figura
22 Tiene una celda unitaria cuacutebica
centrada en las caras de 32 iones O2-
que se distribuyen regularmente en
paquetes cerrados cuacutebicos a lo largo del
[111]
o Grupo espacial Fd3m
Dimensiones de celda
o La longitud de la arista de la celda
unitaria es a = 08396nm 83963Aring
Unidades de foacutermula por unidad de celda
o Z = 8 La celda unitaria contiene 8
moleacuteculas de magnetita
El volumen de la celda unitaria es V =
59080 Aring3
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada
en caras
En esta estructura la
mitad de los cationes de
FeIII
ocupan huecos
tetraeacutedricos mientras que
la otra mitad de los
cationes FeIII
y todos los
FeII ocupan huecos
octaeacutedricos Estos huecos
tetraeacutedricos y octaeacutedricos
se generan debido al
empaquetamiento de
aniones oacutexido seguacuten el
esquema representado en
la figura 23 Figura 23 Celda unitaria de la magnetita
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633 Cristalizacioacuten
El octaedro (figura 24) es una forma compuesta de 8 triaacutengulos
equilaacuteteros Dichas caras en forma de triaacutengulos interceptan a los
tres ejes cristalograacuteficos a la misma distancia su forma de
notacioacuten de 111 Los minerales comuacutenmente exhiben la
misma forma octaeacutedrica simple como es el caso de la magnetita
y tambieacuten de la cromita franklinita espinela pirocloro cuprita
oro y diamante En ocasiones la fluorina pirita y galena toman
esta forma
Figura 24 Octaedro
La magnetita geoloacutegica natural se presenta comuacutenmente [3]
como cristales octaeacutedricos
limitados por planos 111 y menos frecuentemente rombo-dodecaeacutedricos aunque puede
presentarse en otras formas (figura 25) La simetriacutea ocurre sobre el plano 111
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble
634 Algunas Propiedades Baacutesicas
Propiedades Oacutepticas Existen diferentes sistemas para cuantificar el color y asistir en la
comparacioacuten de colores entre los maacutes importantes existen dos sistemas de CIE-Lab y la
clasificacioacuten de colores de Munsell Brevemente los sistemas CIE estaacuten basados en el
principio de la tricromaticidad debido a que el ojo humano responde a soacutelo 3 componentes de
color correspondientes a los valores de triestiacutemulo X Y y Z Los valores de triestiacutemulo
pueden ser computerizados a partir del espectro reflejante y pueden convertirse
matemaacuteticamente a coordenadas para crear un espacio de color uniforme En el sistema CIE-
LAB estas coordenadas cartesianas son L(brillo o valor) a(rojo-verde) y b(amarillo ndash
azul) de forma que todos los colores pueden expresarse como combinacioacuten de L a y b
Existen instrumentos para una medida raacutepida de las componentes L a y b La saturacioacuten
de color viene dada por y el matiz por el arctan (ba)
En las ciencias geoloacutegicas el color se mide habitualmente utilizando el sistema de
clasificacioacuten de Munsell [3]
Este sistema define el color en funcioacuten del matiz H (posicioacuten del
color en el espectro) cantidad o croma C (pureza del matiz desde el gris al color puro) y valor
V(brillo del color en una escala que va desde el blanco al negro)
Color Negro grisaacuteceo negro metaacutelico
o Seguacuten la clasificacioacuten de Munsell negro
o Color RL (reflected light) Gris con tinte marroacuten
Raya Negra
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Brillo Metaacutelico
Iacutendice de refraccioacuten n =242
Isotroacutepico
Transparencia Opaco
Luminiscencia no fluorescente
El moacutedulo de Young o de elasticidad de la magnetita cristalina simple Fe3O4 es Emagn = 248
GPa en la direccioacuten lt111gt 230 GPa en la direccioacuten lt110gt y 208 GPa en la direccioacuten
lt110gt En su forma policristalina Emagnpc = 2258 GPa y se constata una disminucioacuten del
moacutedulo de Young en presencia de Co o Mn
Dureza 55 a 6 Hoja de cuchillo Ortoclase
Densidad 518 gcm3
Exfoliacioacuten Imperfecta Fractura Sub concoidea - Fracturas desarrolladas en materiales
fraacutegiles caracterizados por un punto y superficies curvas Tenacidad quebradiza
Radiactividad GRapi = 0 (Gamma Ray American Petroleum Institute) La magnetita no es
radiactivo
Peso molecular 23154 gm
La magnetita pulverizada es soluble en clorhiacutedrico concentrado
Composicioacuten
Contiene el 3103 de FeO y el 6897 Fe2O3
Hierro 7236 Fe 3103 FeO
6897 Fe2O3
Oxiacutegeno 2764 O
________ _______
10000 10000 = TOTAL OXIDO
Punto de fusioacuten 1583 a 1597 oC
Punto de ebullicioacuten 2623 oC
Calor de fusioacuten 13816 KJmol
Calor de descomposicioacuten 6050 KJmol
Calor de vaporizacioacuten 298 KJmol
Energiacutea libre estaacutendar de formacioacuten Δ -10126 KJmol
Producto de solubilidad log (Fe+2
)3 (H)
8 (e
-)2 357
Sustitucioacuten de cationes [3]
Aunque la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica debido a un submallado de FeIII
con
deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede tambieacuten ser reemplazado parcial o
completamente por otros iones divalentes como el MnII Ni
II Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
El ajuste de los iones hueacutespedes en las estructura es asistido por la flexibilidad del oxiacutegeno
que lo rodea el cual puede expandirse o contraerse para acomodar cationes que difieran en
tamantildeo al FeII La sustitucioacuten de cationes viene acompantildeada de cambios en la longitud de la
arista de la celda unitaria
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En la siacutentesis de magnetitas [3]
se sintetizaron magnetitas sustituidas que conteniacutean maacutes de
001 metales de transicioacuten a 90 oC Las curvas de disolucioacuten indicaban que Co Ni y Zn se
distribuiacutean aleatoriamente dentro de la estructura y reemplazaban el FeII octaeacutedrico En
contraste a lo anterior Cu Mn y Cd se concentraban cerca de la superficie de los
cristales Tras convertir estas magnetitas a maghemita se formaba alrededor del cristal una
zona libre exterior a partir de los elementos de traza indicando que el Fe oxidado habiacutea
migrado y formado una nueva capa de maghemita dejando los elementos de traza en el
interior
Cuando se convirtioacute la magnetita a hematite los elementos de traza divalentes eran
expulsados debido a su valencia y tamantildeo y se concentraban en las capas superficiales
del oacutexido mientras que Cr y Mn compatibles con la estructura corundum permaneciacutean
en la hematite
Las magnetitas sustituidas [3]
preparadas a pH 12 desde ferrihidrita conteniacutean maacutes de 01
molmol de Mn Cu Co o Ni Los productos proporcionaron desde magnetitas con bajos
niveles de sustitucioacuten a totalmente sustituidas MFe2O4 (ferritas)
Cuando en la magnetita hay sustituciones de Ca aumenta la arista de la celda unitaria y si
hay sustituciones de aluminio disminuye el tamantildeo de la celda y baja el punto de Curie [3]
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral
La magnetita fue el primer material magneacutetico que el hombre observoacute en la naturaleza y el
primero que utilizoacute tecnoloacutegicamente al introducir con su uso mejoras cruciales en los
sistemas de orientacioacuten para la navegacioacuten (en particular con el desarrollo de la bruacutejula) Es
uno de los oacutexidos de hierro maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentra naturalmente en
muy diversos ambientes razoacuten por la cual presenta intereses especiales en diferentes campos
como se pretende ilustrar con alguacuten detalle a continuacioacuten
Importante mena de hierro Junto con la hematita es una de las menas maacutes importantes al
contener un 72 de hierro (es el mineral con maacutes contenido en hierro)
Como material de construccioacuten se usa como antildeadido natural de alta densidad en
hormigones especialmente para proteccioacuten radioloacutegica
En calderas industriales la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas
aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire huacutemedo a temperatura ambiente se
oxide lentamente y forme oacutexido feacuterrico Esta estabilidad de la magnetita a altas
temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera Es por
ello que se hacen tratamientos quiacutemicos en las calderas industriales que persiguen formar
en el interior de los tubos capas continuas de magnetita
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas
La configuracioacuten electroacutenica [3]
del Fe+3
es 1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 mientras que la del Fe
+2 es
1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
6 Para los oacutexidos de hierro son precisamente los electrones del Fe de la
capa 3d los que determinan sus propiedades electroacutenicas magneacuteticas e inclusive algunas
espectroscoacutepicas de ahiacute que los orbitales con estos electrones tengan un mayor intereacutes
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Un orbital es la regioacuten del espacio ocupada por un electroacuten simple o por un par de electrones
Seguacuten el principio de exclusioacuten de Pauli el maacuteximo nuacutemero de electrones en un orbital
cualquiera es 2 y donde esto se consigue los electrones han de tener spin (momento angular
intriacutenseco) opuesto El spin del electroacuten influye fuertemente en las propiedades magneacuteticas
de un compuesto
Hay 5 orbitales d disponibles cada uno con una orientacioacuten espacial diferente En un aacutetomo
aislado estos 5 orbitales estaacuten degenerados por ejemplo sus energiacuteas son iguales En el nivel
maacutes bajo de energiacutea el Fe3+
tiene 5 electrones d desapareados y el Fe2+
tiene 2 electrones
apareados y 4 desapareados
En relacioacuten con su estructura los dos lugares de catioacuten diferentes ndash (A) tetraeacutedrica ocupada
por Fe3+
y (B) octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados
magneacuteticos interpuestos La estructura espinela inversa de la magnetita resulta del hecho de
que el CFSE (crystal field stabilitation energy) del Fe2+
es mayor para la coordinacioacuten
octaeacutedrica que para la tetraeacutedrica asiacute que el Fe2+
ocupa preferentemente los lugares
octaeacutedricos Para el Fe3+
el CFSE es cero tanto para la coordinacioacuten octaeacutedrica como para la
tetraeacutedrica de forma que este ioacuten no tiene preferencia alguna por el tipo de coordinacioacuten
El principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos En los
uacuteltimos sitios los electrones estaacuten teacutermicamente deslocalizados sobre los iones de Fe2+
y
Fe3+
Es esta deslocalizacioacuten la responsable de la alta conductividad de la magnetita
Densidad electroacutenica 489 gmcc
Iacutendice de fermiones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten semientero responsable de casi toda
la masa) 001
Iacutendice de bosones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten entero) 099
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eleacutectrico o magneacutetico la
presioacuten la radiacioacuten que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre
El hematite wuumlstite maghemita y magnetita son semiconductores [3]
En concreto la
magnetita muestra casi todas las propiedades metaacutelicas Para que un compuesto sea
semiconductor la caracteriacutestica principal es que la separacioacuten entre la banda de valencia de
los orbitales y la banda de conduccioacuten sea menor de 5 eV y esta condicioacuten se encuentra para
los oacutexidos anteriores
En la mayoriacutea de los oacutexidos de hierro con propiedades semiconductoras la excitacioacuten
electroacutenica se consigue por irradiacioacuten con luz visible de un longitud de onda adecuada (1 eV
= 1000 cm-1
- fotoconductividad)
Fotoelectricidad de la magnetita
Efecto de absorcioacuten fotoeleacutectrico (Pe) 2214 barnselectron
Pe = (Z36
10)00025 Z = Nuacutemero atoacutemico del aacutetomo
Pemin = Ai = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i en el mineral
Zi = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i Pi = valor Pe del aacutetomo i
Efecto fotoeleacutectrico (U) Pemin x ρe (densidad electroacutenica) = 10832 barnscc
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En un semiconductor intriacutenseco por ejemplo cuando el cristal se encuentra a temperatura
ambiente algunos electrones pueden absorber la energiacutea necesaria para saltar a la banda de
conduccioacuten dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia Obviamente el
proceso inverso tambieacuten se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado
energeacutetico correspondiente a la banda de conduccioacuten a un hueco en la banda de valencia
liberando energiacutea A este fenoacutemeno se le denomina recombinacioacuten
Sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacioacuten de pares e-h y de
recombinacioacuten se igualan de modo que la concentracioacuten global de electrones y huecos
permanece constante Siendo n la concentracioacuten de electrones (cargas negativas) y p la
concentracioacuten de huecos (cargas positivas) se cumple que ni = n = p
A ni se le denomina concentracioacuten intriacutenseca del semiconductor y es funcioacuten exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento
Si a un semiconductor intriacutenseco se le antildeade un pequentildeo porcentaje de impurezas es decir
elementos trivalentes o pentavalentes el semiconductor se denomina extriacutenseco y se dice
que estaacute dopado
Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones)
Un semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos)
La magnetita puede considerarse como casi un metal deficiente con huecos en los espacios
octaeacutedricos Como semiconductor tanto tipo p como n [3]
presenta una barrera de energiacutea
potencial de tan soacutelo 01 eV (de ahiacute que la magnetita tenga la resistividad maacutes baja de todos
los oacutexidos) siendo su longitud de onda de excitacioacuten de 103 cm
-1
Su conductividad de entre 102-10
3 Ω
-1 cm
-1 es casi metaacutelica En la arista del octaedro
compartido los iones de Fe2+
y Fe3+
en las posiciones octaeacutedricas estaacuten muy cercanos y
como resultado los huecos pueden migrar faacutecilmente de Fe2+
a Fe3+
y facilita una buena
conductividad
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura
A temperaturas por encima de TV~120 K (llamada temperatura de Verwey) los electrones en
los sitios octaeacutedricos se encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones Fe3+ y Fe2+
(en el fenoacutemeno conocido como electron hopping) lo que da lugar a la alta conductividad
eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas
(TVerwey = 120K ~ 153C) lt T lt (859K ~ 586C)
En la figura 26 puede observarse [67]
coacutemo la conductividad en (Ω cm)-1
aumenta significativamente (pasando
de menos de 50 a 250) hasta
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aproximadamente los 400K en que
comienza a disminuir en menor grado
hasta que pierde su comportamiento
ferrimagneacutetico a la temperatura de
859K con un valor proacuteximo a 200 A
temperaturas superiores el valor de la
conductividad se estabiliza En 1939
el cientiacutefico holandeacutes Evert Verwey [67]
descubrioacute que la conductividad
eleacutectrica de la magnetita disminuye
abrupta y dramaacuteticamente a bajas
temperaturas A unos -150 degC el
mineral metaacutelico se convierte en un
aislante
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita con la temperatura
Por debajo de la temperatura de Verwey se produce un ordenamiento de la configuracioacuten de
los iones de Fe2+
y Fe3+
en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten electroacutenica
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica
La anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita aumenta desde la temperatura de
transicioacuten (1194 plusmn 03 K) a 95K para permanecer praacutecticamente constante [68]
a temperaturas
inferiores La figura 27 representa la anisotropiacutea de la conductividad de una muestra de
magnetita de cristales sinteacuteticos formando una barra rectangular de 1cm de longitud y paralela
a la direccioacuten [110] tras enfriarla en dos campos magneacuteticos de orientacioacuten diferente Sin
embargo por encima de la transicioacuten la conductividad eleacutectrica de la magnetita presentoacute
propiedad isotroacutepica La figura 28 muestra la conductividad entre la temperatura ambiente y
la de transicioacuten para dos muestras con forma de barra rectangular en las direcciones [111] y
[110]
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita a bajas temperaturas
Figura 28 Isotropiacutea de la
conductividad de la magnetita a
temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la
temperatura de transicioacuten
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Se destaca que a temperaturas proacuteximas a la del cuerpo humano (37degC aproximadamente
310K) la variacioacuten de la conductividad respecto a la temperatura sigue siendo significativa
con un valor aproximado a 25 103 Sm que lo ubica dentro del rango de los conductores
eleacutectricos casi metaacutelicos [69]
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo
Los principales paraacutemetros utilizados para caracterizar las propiedades magneacuteticas de los
soacutelidos son la susceptibilidad magneacutetica la permeabilidad y el momento magneacutetico [3]
Cuando una sustancia se situacutea dentro de un campo magneacutetico de fuerza H (unidades Teslas)
la intensidad de magnetizacioacuten J (por ejemplo el momento magneacutetico de la muestra por
unidad de volumen [A m-1
o J T-1
m-3
] se relaciona con H a traveacutes de la susceptibilidad
magneacutetica k de la sustancia J = k H
La susceptibilidad magneacutetica puede expresarse en teacuterminos de volumen como k (m3
m-3
o J
T-2
m-3
) o de masa χ (m3 kg
-1 o J T
-2 kg
-1)
La densidad o flujo de las liacuteneas de fuerza en un soacutelido situado en un campo magneacutetico H se
denomina induccioacuten magneacutetica B definida seguacuten la siguiente relacioacuten B = μ (H + J)
La tendencia de las liacuteneas magneacuteticas de fuerza a pasar a traveacutes de un medio en relacioacuten a la
tendencia a pasar a traveacutes del vaciacuteo es la permeabilidad magneacutetica μ Este es uno de los
paraacutemetros que distingue un material diamagneacutetico de una sustancia paramagneacutetica
La permeabilidad se define como μ = μo (1 + k) donde μo es la permeabilidad en el vaciacuteo
La permeabilidad magneacutetica [70]
es la relacioacuten entre la induccioacuten magneacutetica y la intensidad
del campo magneacutetico es respecto al magnetismo lo que la conductividad es respecto a la
electricidad Es una propiedad del material y asiacute cuando se emplean fuentes electromotrices
(EM) el voltaje inducido en un conductor bajo la superficie variacutea no soacutelo en la relacioacuten del
campo magneacutetico sino tambieacuten con la permeabilidad magneacutetica del conductor De la
ecuacioacuten de Maxwell nabla se desprende que las corrientes inducidas son
multiplicadas por el factor en Hm (henrios por metro)
El momento magneacutetico m es un teacutermino utilizado para cuantificar las propiedades magneacuteticas
de una sustancia No se mide directamente pero se obtiene de la medida de la susceptibilidad
molar con la que se relaciona de la siguiente forma
χ = μ0
donde N es el nuacutemero de Avogadro y k la constante de Boltzman El momento magneacutetico
fundamental es el magnetoacuten de Bohr β tal que
β =
= 92732 10
-24 A m
2
donde e y me son la carga y masa del electroacuten respectivamente
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La expresioacuten del momento magneacutetico puede reducirse a m = 283
Las unidades del momento magneacutetico son JuliosTesla aunque a veces se expresa en
magnetones de Bohr
652 Tipos de Magnetismo
La figura 29 representa los diferentes tipos de magnetismo
[3] El diamagnetismo es la
propiedad baacutesica de tolas sustancias a repeler un campo magneacutetico La susceptibilidad
magneacutetica k de una sustancia diamagneacutetica es pequentildea negativa e independiente de la
temperatura (-10-6
)
Figura 29 Tipos de magnetismo
a) ferromagnetismo b) antiferromagnetismo c) ferrimagnetismo d) esperomagnetismo
Las sustancias paramagneacuteticas son atraiacutedas hacia un campo magneacutetico Dichas sustancias
poseen electrones no pareados que estaacuten aleatoriamente orientados en diferentes aacutetomos
Cada aacutetomo ioacuten o moleacutecula de una sustancia paramagneacutetica puede visualizarse como un
pequentildeo imaacuten con su propio momento magneacutetico inherente La aplicacioacuten de un campo
magneacutetico causa un alineamiento parcial de estos imanes paralelos al campo La
susceptiblidad magneacutetica es positiva y pequentildea (0 a 001) variacutea con la temperatura y su
comportamiento puede describirse seguacuten la ley de Curie-Weiss
χM =
siendo CM y TC la constante de Curie y la temperatura de Curie respectivamente y T es la
temperatura
La dependencia de la temperatura de χM es el resultado de dos fuerzas opuestas cuando la
temperatura aumenta la alineacioacuten incrementada por los momentos magneacuteticos enla
sustancia se opone mediante vibraciones teacutermicas maacutes fuertes de ahiacute que χM decrezca Bajo
una cierta temperatura (Neacuteel o Curie) que depende de cada oacutexido los oacutexidos de hierro
transitan hacia un estado ordenado magneacuteticamente y se convierten en ferromagneacuteticos
anitferromagneacuteticos ferrimagneacuteticos o esperomagneacuteticos
La temperatura de transicioacuten se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagneacuteticos y
ferrimagneacuteticos y temperatura de Neacuteel (TN) para sustancias antiferromagneacuteticas
Las sustancias ferro y ferrimagneacuteticas son fuertemente atraiacutedas por un campo magneacutetico En
una sustancia ferromagneacutetica la alineacioacuten de los spines de los electrones es paralela Tienen
un momento magneacutetico neto gran permeabilidad magneacutetica y susceptibilidad magneacutetica
positiva y de valores altos (001 ndash 106) Al aumentar la temperatura los momentos
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magneacuteticos y la susceptibilidad bajan raacutepidamente
En sustancias antiferromagneacuteticas los spines de los electrones tienen momentos magneacuteticos
iguales y estaacuten alineados de una forma antiparalela Tienen un momento magneacutetico global 0
permeabilidad positiva y una positiva pero baja susceptibilidad (0 ndash 01) Al incrementar la
temperatura normalmente aumenta la susceptibilidad debido a que el ordenamiento
antiparalelo se desequilibra
Las sustancias ferrimagneacuteticas tienen en comuacuten con las antiferromagneacuteticas en que existe
antiparalelismo pero los diferentes spines tienen momentos diferentes de forma que un
material ferrimagneacutetico tienen un momento magneacutetico resultante
El supermagnetismo resulta de una anisotropiacutea magneacutetica por ejemplo debido a la existencia
de direcciones cristalograacuteficas preferidas a lo largo de las cuales los spines de los electrones
se alinean maacutes faacutecilmente y la sustancia se magnetiza con maacutes facilidad La direccioacuten
preferida para esta faacutecil magnetizacioacuten es a lo largo del eje o juego de ejes cristalograacuteficos
por ejemplo para la magnetita a lo largo de las direcciones [111]
El esperomagnetismo es una propiedad por la que algunos materiales amorfos o pobremente
ordenados que contienen enlaces metal-O-metal que si el metal lleva momento magneacutetico
puede dar soporte a reaccione de super-intercambio
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita
El fuerte magnetismo de la magnetita se debe a un fenoacutemeno de ferrimagnetismo los
momentos magneacuteticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran
fuertemente acoplados por interacciones antiferromagneacuteticas pero de forma que en cada
celda unidad resulta un momento magneacutetico no compensado La suma de estos momentos
magneacuteticos no compensados fuertemente acoplados entre siacute es la responsable de que la
magnetita sea un imaacuten [3]
Temperatura de Curie 859 oK (a partir de la cual el material pasa a ser paramagneacutetico)
Magnetizacioacuten de saturacioacuten (σS a 300 K) 92 - 100 A m2 kg
-1 o J T
-1 kg
-1
Constante de anisotropiacutea (Keff) 104 ndash 10
5 J m
-3
Constante de restriccioacuten magneacutetica (λ) 35 10-6
Susceptibilidad magneacutetica (K = MH) en el SI 1200x103 a 19200x10
3
Los dos lugares de catioacuten diferente en la estructura ndash (A) tetraeacutedrica ocupada por Fe3+
y (B)
octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados magneacuteticos
interpuestos Por debajo de TC los momentos magneacuteticos de los sitios A y B son antiparalelos
y en suma las magnitudes de los tipos de estos momentos magneacuteticos son desiguales
causando el ferrimagnetismo La disposicioacuten de spin se escribe como Fe3+
[Fe3+
Fe2+
] O4 El
principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos
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654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura
El comportamiento ferrimagneacutetico de la magnetita ocurre a temperatura ambiente por debajo
de la Temperatura de Curie TC que en el caso de la magnetita es de 859 K Por encima de
eacutesta el material tiene un comportamiento paramagneacutetico
El paramagnetismo se produce cuando las moleacuteculas de una sustancia tienen un momento
magneacutetico permanente El campo magneacutetico externo produce un momento que tiende a
alinear los dipolos magneacuteticos en la direccioacuten del campo La agitacioacuten teacutermica aumenta con la
temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magneacutetico En las sustancias
paramagneacuteticas la susceptibilidad magneacutetica es positiva pero muy pequentildea comparada con la
unidad
En la figura 30 se representa el valor
inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura
tanto para MnFe2O4 como para la
magnetita Fe3O4 [71]
Las asiacutentotas
para altas temperaturas se exponen
con pendientes acordes a las
constantes de Curie Puede
observarse coacutemo la susceptibilidad
de la magnetita toma valores
proacuteximos a 002 para 900K y 001
para 1000K como se indicaba
anteriormente valores positivos pero
muy pequentildeos comparados con la
unidad
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura para MnFe2O4 y
Fe3O4
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7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS
Las nanopartiacuteculas [72]
son partiacuteculas cuya caracteriacutestica principal es su tamantildeo que es del
orden del nanoacutemetro esto es 10-9
metros hasta unos 100nm Como referencia los aacutetomos
pueden estar entre los 01 a 04 nm
La sola caracteriacutestica del tamantildeo hace variar otras caracteriacutesticas que se asumiacutean como
propias del elemento o material especiacutefico Un ejemplo que puede aportar una idea
significativa es el de una macropieza de metal en una esfera de 2cm de diaacutemetro soacutelo una
pequentildeiacutesima proporcioacuten de ella (1 entre 10 millones de aacutetomos) forman la capa superficial En
una partiacutecula nanomeacutetrica de 10 nm de diaacutemetro el 10 de sus aacutetomos estaacuten en la capa
superficial y esto se incrementa hasta un 50 en partiacuteculas de 2 nm
Las propiedades mecaacutenicas de los materiales como la resistencia y maacutes en concreto la dureza
y la resistencia a la friccioacuten de los metales pueden incrementarse enormemente al bajar a
nivel nano el tamantildeo del grano
En cuanto a las propiedades quiacutemicas es evidente que cuando se trabaja con nanopartiacuteculas la
superficie aumenta enormemente respecto al mismo material a escala macro Muchos
catalizadores de reacciones quiacutemicas se han sintetizado a escala nano para mejorar sus
prestaciones hasta el punto de que incluso el oro arquetipo de material inerte a escala
nanomeacutetrica es un excelente catalizador para la oxidacioacuten del monoacutexido de carbono (CO)
Respecto a las propiedades magneacuteticas es conocido que el hierro es un material magneacutetico y
sin embargo un trozo de hierro puro no se magnetiza Se puede probar que eacuteste no atraeraacute a
una bola de hierro Por el contrario la bola seraacute atraiacuteda por un imaacuten Y sin embargo si se
situacutea la bola entre el imaacuten y el trozo de hierro inicial la bola seraacute atraiacuteda hacia el hierro
perdieacutendose esta propiedad al alejar el imaacuten Es decir ante un imaacuten el hierro se magnetiza
tanto que supera el magnetismo del imaacuten y esta propiedad revierte al alejarse el imaacuten
La fuente del magnetismo son sus aacutetomos constituyentes que disponen de diminutos imanes
dipolares permanentes cuya fuerza se denomina momento magneacutetico del aacutetomo En estos
materiales la fuerte interaccioacuten entre los aacutetomos alinea los imanes atoacutemicos para producir
magnetizacioacuten macroscoacutepica pero no es eacuteste su estado habitual ya que por lo general el
hierro puro no es un imaacuten quedando los momentos magneacuteticos compensados para minimizar
la energiacutea
Sin embargo esta compensacioacuten se rompe al llegar a un tamantildeo criacutetico (aproximadamente 100
nm) en que los momentos magneacuteticos dejan de compensarse y actuacutean en un uacutenico sentido
comportaacutendose el trozo de hierro como un fuerte imaacuten permanente
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711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas son en general reactivamente superiores a las
micropartiacuteculas magneacuteticas (MMPs) ya que reaccionan mucho maacutes raacutepidamente y sin
necesidad de agitar la mezcla Loacutegicamente ello estaacute vinculado a su mayor ratio superficie
por volumen [72]
Al mismo tiempo su magnetizacioacuten de saturacioacuten (MS) es un paraacutemetro importante que
permite que las MNPs puedan ser manipuladas mediante un campo magneacutetico externo Los
metales puros (Fe Co Ni) los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
ferromagnetos tipo espinela (MeOFe2O3 Me=Fe Co Mg Zn Mn Ni etc) y aleaciones
(FePt FeCo FePd CoPt MnAl CoPt3 etc) son candidatos a construcciones de MNPs
biofuncionales Entre ellos la magnetita la maghemita y FePt son los materiales maacutes
empleados debido a su alta MS y estabilidad quiacutemica
Generacioacuten natural Las nanopartiacuteculas se encuentran habitualmente en la Tierra En la
atmoacutesfera por ejemplo las generan los volcanes y los incendios forestales En los oceacuteanos las
generan las fosas hidrotermales Tambieacuten algunas bacterias y moluscos generan
nanopartiacuteculas e incluso las explosiones de supernovas en el espacio generan nanopartiacuteculas
Las nanopartiacuteculas afectan al clima quizaacute la mayor contribucioacuten de las nanopartiacuteculas al
clima sea que sirven de nuacutecleo de condensacioacuten de las nubes es decir contribuyen
fuertemente a la formacioacuten de las nubes de forma que una nanopartiacutecula de 100 nm puede
condensar una nube de 10 μm que a su vez se transformaraacute en una gota de lluvia de 05 mm
Siacutentesis Una simple vela encendida produce a traveacutes de la combustioacuten nanopartiacuteculas de
carbono de diaacutemetro aproximado a 10 nm [72]
y la tinta india posteriormente china en el
2700 adc conteniacutea nanopartiacuteculas de carbono es suspensioacuten
Pero la siacutentesis de nanopartiacuteculas ya se ha estructurado en meacutetodos Bottom-Up y Top-Down
En los meacutetodos Bottom-Up en primer lugar se identifica la nanopartiacutecula de intereacutes para
luego producir y ensamblar el dispositivo requerido mientras que en los meacutetodos Top-Down
se parte de un material macro para crear una estructura o dispositivo
Entre los meacutetodos Bottom-Up se desarrollan los que usan vapor supersaturado los que
producen las nanopartiacuteculas en vaciacuteo por seleccioacuten de tamantildeo en aerosoles siacutentesis quiacutemica
en liacutequidos en suspensioacuten etc y entre los meacutetodos Top-Down baacutesicamente se realiza por
litografiacutea de haz de electrones (EBL) y utilizando haces de iones focalizados (FIB)
El tamantildeo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas (MNPs) de 1 a 100 nm puede aproximarse al de
las biomacromoleacuteculas lo que permite interactuar con ellas mucho mejor que las partiacuteculas
de escalas superiores Por ello la biocompatibilidad de las MNPs seraacute un requisito a tener en
cuenta seleccionando aquellas que no sean toacutexicas o al menos las de menor toxicidad
Preparacioacuten modificacioacuten de la superficie y funcionalizacioacuten de las NNPs [73]
Preparacioacuten de MNPs (algunos ejemplos claacutesicos de bioseparacioacuten) La coprecipitacioacuten
quiacutemica de Fe2+
y Fe3+
en solucioacuten de H2O en presencia alcalina (NaOH o NH3H2O) para
sintetizar nanopartiacuteculas de los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
es quizaacute el meacutetodo maacutes faacutecil y utilizado
La descomposicioacuten teacutermica y reduccioacuten de precursores organometaacutelicos (acetilacetonatos
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metaacutelicos M(acac)n M=Fe Mn Co Ni Cr n=2 o 3 acac=acetelilacetonato
cupferronatos metaacutelicos MxCupx M=ion metaacutelico Cup=N-nitrosofenilhidroxilamina
pentacarbonilos de hierro) la siacutentesis de microemulsioacuten (agua en aceite WO aceite en
agua OW) y la siacutentesis hidroteacutermica son ejemplos tiacutepicos de siacutentesis de MNPs
Frente a los anteriores otros meacutetodos de siacutentesis como por spray y pirolisis laser
sonoquiacutemica y sol-gel recientemente existe un creciente intereacutes en utilizar las MNPs
originadas por bacterias para aplicaciones bioloacutegicas (magnetosomas) Un beneficio del
uso de MNPs originadas bioloacutegicamente es su superior biocompatibilidad ya que estaacuten
rodeadas de una membrana de liacutepido que contiene fosfoliacutepidos
Modificacioacuten de la superficie de las MNPs Mantener la estabilidad en el tiempo de las
MNPs sin aglomeracioacuten ni precipitacioacuten es todaviacutea un reto perdiendo a veces incluso sus
propiedades superparamagneacuteticas Por ello en la mayoriacutea de procesos para evitar esta
inestabilidad se recurre a aislar el nuacutecleo magneacutetico del entorno mediante una funda
protectora Ademaacutes a traveacutes de estos procesos esta caacutepsula protectora se selecciona de
forma que aumente la funcionalidad de las MNPs seguacuten la aplicacioacuten deseada
Un ejemplo es a traveacutes de surfactantes cuidadosamente seleccionados que reducen la
tensioacuten superficial como el aacutecido laurico el aacutecido miristico el aacutecido oleacuteico el aacutecido
dodecilbencenosulforico etc eficientes con MNPs solubles en agua
Con el fin de prevenir la agregacioacuten de MNPs se utilizan los poliacutemeros tanto naturales
como sinteacuteticos que abren una puerta hacia lo que parece un rango ilimitado de
posibilidades en la incorporacioacuten de propiedades especiacuteficas a las MNPs Macromoleacuteculas
originales naturales celulosas dextran gelatinas agarosa y carragenina se utilizan en
biomedicina
Tambieacuten se utilizan materiales inorgaacutenicos como carbono plata oro y silicio para
encapsular las MNPs de forma que a la vez que proporcionan estabilidad a las
nanopartiacuteculas en soluciones acuosas son muy uacutetiles como agentes bioloacutegicos y quiacutemicos
En los uacuteltimos antildeos se ha estudiado muchas pequentildeas moleacuteculas orgaacutenicas con el fin de
dar estabilidad y funcionalidad a las MNPs El aacutecido ciacutetrico es el ejemplo tiacutepico utilizado
para la magnetita Fe3O4 en el rango de 8 a 10 nm
Principales usos [73]
Las nanopartiacuteculas se aplican mediante la denominada nanotecnologiacutea
incremental para producir materiales avanzados con propiedades especiacuteficas a sus uso
gracias al cambio de propiedades de los materiales a escala nanomeacutetrica
Hoy en diacutea ya se estaacuten usando en los dispositivos de almacenamiento de datos (en paquetes
de nanopartiacuteculas) pero la capacidad de utilizar las nanopartiacuteculas individualmente
aumentariacutea la densidad de almacenamiento enormemente
Un punto cuaacutentico generalmente es una nanoestructura semiconductora que confina el
movimiento en las tres direcciones espaciales de los electrones de la banda de conduccioacuten
los huecos de la banda de valencia o excitones (pares de enlaces de electrones de conduccioacuten
de banda y huecos de banda de valencia) En el mundo macroscoacutepico los puntos cuaacutenticos
pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana o estar disueltos en un liacutequido Sin
embargo esa sustancia ha sido elaborada en el laboratorio partiendo de unos pocos aacutetomos
con teacutecnicas que manipulan la materia a escalas de nanoacutemetros Los puntos cuaacutenticos se
utilizan en
Optoelectroacutenica Con los puntos cuaacutenticos de materiales semiconductores como arseniuro
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de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos laacuteser emisores de luz maacutes eficientes que los
usados hoy en lectores de CD y de coacutedigos de barras
Biomedicina En forma de cristales independientes pero manteniendo su fundamento y sus
propiedades fiacutesicas Los puntos cuaacutenticos emiten luz brillante y muy estable Con ellos se
obtienen imaacutegenes de mucho contraste usando laacuteseres menos potentes y no existe el temor
de que se apaguen Ademaacutes la longitud de onda tan especiacutefica a la que brillan evita las
superposiciones y permite tentildeir a la vez muchas maacutes estructuras que con los meacutetodos de
tincioacuten tradicionales
Paneles solares experimentales La tercera generacioacuten de ceacutelulas fotovoltaicas usa entre
otras posibilidades las superficies con puntos cuaacutenticos El rendimiento es mayor que las
ceacutelulas de primera y segunda generacioacuten y su fabricacioacuten es maacutes econoacutemica Un punto
poliacutemero cuaacutentico funcionando podriacutea colocar eventualmente a la electricidad solar en
una posicioacuten econoacutemica igual a la electricidad del carboacuten Si esto pudiera hacerse seriacutea
revolucionario
Nuevos sistemas de iluminacioacuten con un rendimiento maacutes eficiente
Uno de los saltos tecnoloacutegicos en la nanotecnologiacutea de evolucioacuten (nanotecnologiacutea que trata
de construir nanopartiacuteculas que de forma individual realicen alguna funcioacuten especiacutefica uacutetil)
ha sido el desarrollo de nanopartiacuteculas simples que pueden funcionar como transistores
insertables modularmente en dispositivos electroacutenicos
Aplicaciones de las MNPs [73]
Aislamiento de ceacutelulas con MNPs Para una separacioacuten efectiva las ceacutelulas de intereacutes han
de ser etiquetadas con MNPs extriacutensecas para lograr el contrate suficiente de
susceptibilidad magneacutetica respecto a las otras ceacutelulas y al medio a excepcioacuten de la bacteria
magnetotaacutectica que contiene MNPs intriacutensecas en sus propias ceacutelulas que no necesitan
etiquetado
Extraccioacuten de proteiacutenas con MNPs El aislamiento y purificacioacuten de proteiacutenas
tradicionalmente se ha realizado mediante repeticioacuten de procesos como electroforesis
filtracioacuten centrifugacioacuten y cromatografiacutea hasta alcanzar una calidad miacutenima Para superar
sus limitaciones se han desarrollado teacutecnicas de separacioacuten mediante afinidad magneacutetica
intercambio ioacutenico e hidrofoacutebico Es evidente que en estos uacuteltimos procesos se obtendraacuten
mejores resultados con MNPs que con MMPs
Extraccioacuten de aacutecidos nucleacuteicos con MNPs La extraccioacuten de ADNARN estaacute siendo un
paso fundamental para estudios de diagnosis terapia y anaacutelisis geneacutetico La extraccioacuten de
aacutecidos nucleacuteicos en fase soacutelida magneacutetica comparada con los meacutetodos convencionales
ofrece claras ventajas tanto en tiempo de proceso como en requisitos quiacutemicos coste
econoacutemico y facilidad de automatizacioacuten
Las nanopartiacuteculas pueden interacturar con los organismos vivos [72]
En general en las
aplicaciones meacutedicas actuales basadas en nanopartiacuteculas eacutestas estaacuten destinadas a localizar
tipos especiacuteficos de ceacutelulas (normalmente ceacutelulas tumorales) y realicen alguna accioacuten
como eliminarlas o mostrarlas en una resolucioacuten muy alta para diagnosis
Una forma diferente de alcanzar el objetivo es incorporar el medicamento a nanopartiacuteculas
magneacuteticas de forma que puedan ser dirigidas y concentradas en el lugar objetivo
mediante un campo magneacutetico externo
En el tratamiento de tumores por hipertermia las nanopartiacuteculas magneacuteticas pueden elevar
la temperatura de las ceacuteluclas canceriacutegenas con el fin de eliminarlas
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712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita
Los ferrofluidos [74]
forman parte de una nueva clase de materiales magneacuteticos Estos
consisten en nanopartiacuteculas magneacuteticas coloidales dispersas y estabilizadas en un liacutequido
portador y que presentan propiedades de fluido y magneacuteticas por lo que son de gran
importancia tecnoloacutegica
Ciclo de histeacuteresis de ferrofluido de magnetita [74]
Para un ferrofluido a partir de
queroseno o de aceite comestible se observa que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es
directamente proporcional al aumento en la concentracioacuten de magnetita seguacuten graacuteficas de la
figura 31
En los preparados con queroseno se obtiene un rango de magnetizacioacuten especiacutefica entre 73 y
1337 emug y en los preparados con aceite comestible se obtiene un rango de 549 a 189
emug dependiendo de las concentraciones de magnetita de cada preparado Es interesante
observar el comportamiento de estos ferrofluidos al acercar un magneto como puede
comprobarse en la figura 32 El ferrofluido responde inmediatamente al acercarle un magneto
debido a la alineacioacuten de las partiacuteculas e incrementando la viscosidad del ferrofluido Este
vuelve a su estado inicial al retirar el magneto
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido
con magnetita a partir de queroseno (a) y con
aceite comestible (b)
Figura 32 Comportamiento de un
ferrofluido con un 21 de
magnetita y preparado en aceite
comestible
Actualmente entre sus aplicaciones se pueden mencionar algunas como sellos magneacuteticos en
motores como lubricantes en discos magneacuteticos instrumentos para memoria oacuteptica y
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giroscopios Otras aplicaciones son en instrumentos magneacuteticos como bocinas tintas
magneacuteticas para cheques bancarios unidades de refrigeracioacuten magneacutetica etc Los ferrofluidos
tambieacuten tienen aplicaciones en medicina como por ejemplo liberadores de medicinas para
restringir el flujo sanguiacuteneo en determinadas partes del cuerpo y actuacutean como material opaco
para el diagnoacutestico de imaacutegenes usando rayos X o resonancia magneacutetica nuclear
Una forma de obtener partiacuteculas de magnetita para posteriormente obtener un ferrofluido es a
traveacutes de la teacutecnica de coprecipitacioacuten quiacutemica [74]
que consiste en mezclar una solucioacuten de
cloruro feacuterrico (FeCl36H2O) y cloruro ferroso (FeCl24H2O) al 01 M con agitacioacuten mecaacutenica
a una velocidad de 2000 rpm La relacioacuten molar de FeCl3FeCl2 se obtiene constante con un
valor de 21
Esta solucioacuten se calienta hasta una temperatura de 70 oC inmediatamente se aumenta la
velocidad de agitacioacuten hasta 7500 rpm y se agrega raacutepidamente una solucioacuten de hidroacutexido de
amonio (NH4OH) al 10 en volumen formaacutendose instantaacuteneamente un precipitado oscuro
que son las nanopartiacuteculas de magnetita
Este precipitado ha de lavarse varias veces con agua destilada para eliminar los iones de Cl- y
el hidroacutexido de amonio remanente que inhiben la adsorcioacuten de las moleacuteculas del estabilizador
que se usaraacute para la preparacioacuten del ferrofluido Las nanopartiacuteculas de magnetita lavadas han
de mantenerse en suspensioacuten para facilitar su uso en la preparacioacuten del ferrofluido
Preparacioacuten de un ferrofluido con magnetita [74]
Se puede llevar a cabo mediante el
meacutetodo de peptizacioacuten Utilizando aacutecido oleico como surfactante queroseno o aceite
comestible como liacutequido portador y la magnetita en suspensioacuten como material magneacutetico En
primer lugar se prepara una solucioacuten de magnetitaaacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible
y se pone a calentar a 70 ndash 75 oC con agitacioacuten constante a 450 rpm hasta que se evapora el
agua residual que conteniacutea la magnetita y se forma una pasta (tiempo aproximado 6 horas)
Despueacutes se agrega una solucioacuten de aacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible hasta obtener
el ferrofluido estable (aprox 4 horas) a la misma temperatura y velocidad de agitacioacuten
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y
TAMANtildeOS
La siacutentesis en sistemas acuosos [3]
a temperaturas inferiores a 100 oC produce un fino
granulado (lt01 μm) de cristales cuacutebicos u octaeacutedricos redondeados Son ejemplos la
oxidacioacuten de soluciones Fe2+
a pH neutro viacutea verdiacuten y la precipitacioacuten directa de las
soluciones mezcla de Fe2+
Fe3+
a pH 4-6
La magnetita se puede obtener a partir de un proceso de siacutentesis basado en la adicioacuten de una
base a una disolucioacuten acuosa de sales feacuterricas y ferrosa [75]
La reaccioacuten se realiza mediante
i Se mezcla 40 ml de una disolucioacuten 1 moll de FeCl3 y 10 ml de otra disolucioacuten 2 moll de
FeCl2 y 2 moll de HCl
ii La mezcla se vierte poco a poco con una pipeta que llega hasta el fondo del recipiente en
500 ml de otra disolucioacuten 07 moll de NH4OH mientras esta uacuteltima se mantiene en
agitacioacuten mecaacutenica
iii Se mantiene la agitacioacuten durante 20 minutos y posteriormente se elimina el sobrenadante
mediante decantacioacuten magneacutetica
iv Una vez obtenidas las partiacuteculas de magnetita es necesario asegurara la estabilidad de las
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suspensiones en disolucioacuten acuosa Para ello hay que tener en cuenta que la estabilidad
depende del pH de la suspensioacuten con la que se va a trabajar
o Si el medio es baacutesico las partiacuteculas se dispersan en una disolucioacuten acuosa 1 moll de
hidroacutexido de tetrametilamonio
o Por el contrario si es aacutecido el precipitado obtenido despueacutes de la decantacioacuten
magneacutetica se dispersa en una disolucioacuten 2 moll de aacutecido percloacuterico
v Despueacutes la suspensioacuten de magnetita obtenida se centrifuga y se redispersa en agua
desionizada hasta alcanzar el pH final deseado en la suspensioacuten resultante
Una siacutentesis hidroteacutermica de magnetita [3]
habitualmente produce cristales octaeacutedricos
simples que pueden llegar a ser del orden de 10
nm como puede comprobarse en la figura 33 en
la que los cristales de magnetita se han
producido hidroteacutermicamente a 250 oC a partir
de una solucioacuten 001 M Fe2(SO4)3 en presencia
de 04 M trietanolamina 24 M NaOH y 085 M
N2H4
En presencia de mineralizadores como 01 M HI
o 2 M NH4Cl y a 0207 MPa y 416-800 oC la
magnetita crece en cristales cuyas formas son
combinacioacuten de roacutembico dodecaedro (formas
101) estando los cristales maacutes redondeados de
lo normal Con aacutecido foacutermico se pueden producir
cristales de 01-02 mm [3]
Figura 33 Cristales de magnetita
producidos hidroteacutermicamente a 250 oC
Una descomposicioacuten hidroteacutermica de quelatos Fe-TEA en presencia de hidracina (180 oC)
produce octaedros polidispersos microscoacutepicos Se pueden obtener esferas y octaedros
uniformes y de mayor tamantildeo (003-11 μm) si el verdiacuten se oxida con KNO3 a 90 oC y pH 6-
10
La magnetita obtenida a partir de Fe(OH)2 en una solucioacuten muy baacutesica forma cubos de mayor
tamantildeo que con verdiacuten a pH 85 forma pequentildeos y gruesos platos y que a partir de
soluciones FeIIFe
III a pH 13 cristaliza partiacuteculas de 5 nm La coagulacioacuten inicial de las
partiacuteculas primarias es seguida de una recristalizacioacuten de contacto dentro de los agregados
esfeacutericos Las esferas formadas cuando el Fe2+
se encuentra en exceso sobre el OH- a pH 12
forma cristales cuacutebicos
La magnetita producida por reduccioacuten seca de hematite mantiene la forma y tamantildeo de las
partiacuteculas originales de hematite obtenieacutendose magnetitas tanto esfeacutericas como en listones [3]
Las magnetitas sustituidas con metal (Mn Co Cu Ni) se obtienen a partir de ferrihidritas
sustituidas con metal a pH 12 son cuacutebicas y de 10 a 50 nm de grosor Las magnetitas que
crecen mediante una oxidacioacuten lenta de verdiacuten a pH 6 en presencia de fosfato 005-010
molmol se presentan en octaedros bien definidos con planos 111 suaves
La figura 34 [3]
(izquierda) muestra cristales redondeados de magnetita obtenida con una
lenta oxidacioacuten (150 diacuteas) de una solucioacuten 005 M FeCl2 a pH 117 y temperatura ambiente
mientras que la figura 34 (derecha) magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten de una
solucioacuten 05 M FeSO4 con KNO3 en 143 M KOH a 90 oC
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Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC
En la figura 35 puede verse una de las
fotografiacuteas obtenidas en un microscopio
electroacutenico de transmisioacuten de alta resolucioacuten
HREM (STEM Philips CM20) de las partiacuteculas
de magnetita sintetizadas se ha realizado un
histograma midiendo el diaacutemetro de
aproximadamente 250 partiacuteculas [75]
El diaacutemetro medio obtenido es de 111plusmn20
nm como muestra la figura 36 En dichas
fotografiacuteas tambieacuten se observa que la forma de
las partiacuteculas es aproximadamente esfeacuterica
Figura 35 Fotografiacutea HREM de
partiacuteculas de magnetita sintetizada
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita
Superficie especiacutefica Tambieacuten se determinoacute
[75] la superficie especiacutefica de estas partiacuteculas de
magnetita mediante absorcioacuten de N2 por el meacutetodo BET multipunto con un aparato
Quantasorb Jr Quantachrome (USA) El valor obtenido fue de 422 m2g
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Estructura cristalina La estructura de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas
mediante coprecipitacioacuten quiacutemica se
determina mediante difraccioacuten de rayos X
empleando el meacutetodo de Debye-Scherrer
Se adjunta un ejemplo (figura 37) [74]
en
el que se ha utilizado un difractoacutemetro
Siemens D-5000 usando radiacioacuten CuKα
(25 mA 35 kV) en un rango de medicioacuten
de 10 a 80 grados angulares en la escala
de 2θ con una velocidad de barrido de
002 grados angulares por segundo Se
observa la correspondencia entre ambos
espectros
Figura 37 Difractograma de rayos X de las
partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y
patroacuten de la magnetita (b)
Si el tamantildeo de partiacutecula y la distribucioacuten del tamantildeo de los cristales de magnetita son
similares la morfologiacutea del cristal afecta coercitivamente en el orden
esferasltcubosltoctaedros [3]
alineados con el incremento del nuacutemero de ejes magneacuteticos a lo
largo de estas series de formas Controlando las condiciones de precipitacioacuten y de ahiacute el
tamantildeo de la partiacutecula y su morfologiacutea se pueden producir magnetitas con rangos coercitivos
del orden de 24 a 20 kAm-1
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas que son uacutenicas debido a sus elementos estructurales y
funcionales tienen varias aplicaciones novedosas La popularidad y practicidad de los
materiales de nanopartiacuteculas crean la necesidad de un meacutetodo de siacutentesis que produzca
partiacuteculas de calidad en cantidades considerables En 2005 Yeary LW Ji-Won Moon
Love LJ Thompson JR y colaboradores [76]
describieron un meacutetodo que utiliza siacutentesis
bacterial para crear nanopartiacuteculas de magnetita Se incuboacute la cepa de la bacteria termofiacutelica
Thermoanaerobacter ethanolicus TOR-39 bajo condiciones anaeroacutebicas a 65ordmC durante dos
semanas en una solucioacuten acuosa que conteniacutea iones de Fe de un precursor de la magnetita
(akaganeita) Las partiacuteculas de magnetita se formaron fuera de las ceacutelulas bacterianas Se
verificoacute el tamantildeo y morfologiacutea de la partiacutecula mediante scattering de luz dinaacutemica
difraccioacuten de rayos X y microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten Los cristales teniacutean un
tamantildeo medio de 45 nm Se caracterizaron las propiedades magneacuteticas utilizando el
magnetoacutemetro SQUID y se observoacute una magnetizacioacuten de saturacioacuten de 77 emug a 5K
Estos resultados son comparables a aquellos obtenidos de nanopartiacuteculas de magnetita
sintetizada quiacutemicamente
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73 PRINCIPALES APLICACIONES
Las aplicaciones de la magnetita nanomeacutetrica son muy diversas distinguieacutendose entre
aquellas de origen natural yo bioloacutegico y las aplicaciones que el ser humano ha realizado A
continuacioacuten se exponen un conjunto de ambos tipos [77]
Un interesante tema entre bioacutelogos y naturalistas ha sido el de los meacutetodos de orientacioacuten de
especies como aves abejas tortugas y peces durante sus procesos migratorios Muchas clases
de ceacutelulas y especies animales pueden sintetizar sus propios cristales de magnetita
En efecto una de las bruacutejulas maacutes pequentildeas conocidas tiene lugar en las llamadas bacterias
magnetotaacutecticas que contienen del orden de medio centenar de nanopartiacuteculas de magnetita
con diaacutemetros de entre 20 y 150 nanoacutemetros que forman estructuras magneacuteticas de entre 1 y
3 microacutemetros de largo [55]
[78]
Estas estructuras se encuentran alineadas en el interior de las
ceacutelulas por medio de la accioacuten de una proteiacutena Es el caso por ejemplo de la
Magnetospirillium magnetotacticum [79]
Son amplios los estudios en este campo y muacuteltiples los reportes de identificacioacuten de
magnetita en los oacuterganos de diversas especies [80]
[81] [82]
En 1999 se informoacute el
descubrimiento de un oacutergano que podriacutea funcionar como una bruacutejula magneacutetica interna una
liacutenea de cristales de magnetita en la nariz de una especie de trucha [83]
Han sido de tal relevancia los hallazgos que hoy se cree que la magnetita es el material
universal usado por todas las especies de animales que pueden orientarse aunque persiste la
creencia en muchos investigadores de que los animales podriacutean tener maacutes de un oacutergano de
navegacioacuten [84]
Por otro lado en el campo de la cultura y los estudios en paleontologiacutea tambieacuten se ha
sugerido otra posibilidad muy llamativa Se trata de utilizar los resultados de estudios sobre
magnetitas en bacterias halladas en excavaciones y cuevas para determinar condiciones
ambientales temperaturas e incluso direcciones de los campos magneacuteticos terrestres en
eacutepocas ancestrales Esta posibilidad nace de un hecho interesante dado su caraacutecter
magneacutetico la magnetita que se usaba como pigmento en las pinturas rupestres puede retener
informacioacuten precisa sobre la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre en el momento en que
se grabaron por medio del proceso de ldquocongelamientordquo de los momentos magneacuteticos del
material durante el secado de las pinturas rupestres [85] [86] [87]
Otro aspecto en el que la magnetita ha tenido un papel altamente relevante es el relacionado
con estudios de oacutexidos de hierro en ambientes extraterrestres Hay numerosos reportes en los
que se devela la presencia de magnetita en Marte y otros lugares del sistema solar Se ha
encontrado incluso en el famoso meteorito ALH84001 y se ha relacionado su presencia con
foacutesiles de microorganismos como indicativo posible de la presencia de vida en el pasado en
Marte [88] [89] [90]
Otra de las uacutetiles aplicaciones actuales de los materiales ferrimagneacuteticos como la magnetita
corresponde a los ferrofluidos Dentro de los usos llamativos de los ferrofluidos se puede
citar su empleo en ejes de rotacioacuten de discos duros ayudando a mantener sellos de polvo en
los ejes y previniendo desperfectos y mal funcionamiento por contaminantes Tambieacuten se
usan en sistemas de sonido como bocinas y parlantes elementos que presentan vibracioacuten y
transformacioacuten de impulsos eleacutectricos en ondas sonoras Asiacute mismo como componentes de
amortiguamiento en motores dado que ciertas piezas pueden quedar suspendidas en el
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ferrofluido con cuyo uso se evita la necesidad de soportes y se disminuyen los efectos de
vibracioacuten por contactos directos entre partes del motor
Una aplicacioacuten muy valiosa para la industria y los procesos de reciclaje consiste en la
separacioacuten de metales de desperdicio Actualmente se emplean grandes tanques llenos con
ferrofluidos ante todo basados en magnetita en los que se sumergen los residuos de chatarra
metaacutelica de diferentes industrias La separacioacuten de los diferentes metales se logra
controlando la densidad (o la viscosidad) del ferrofluido por medio de la variacioacuten de la
temperatura y la aplicacioacuten de campos magneacuteticos de intensidad variable Con esto se logra
que trozos de diferentes metales floten en instantes distintos (dependiendo de la densidad del
ferrofluido) permitiendo su extraccioacuten y recuperacioacuten de manera diferenciada Tambieacuten se
ha implementado el uso de los ferrofuidos en sensores de aceleracioacuten o ldquoaceleroacutemetrosrdquo
dispositivos en los que se registran cambios en la posicioacuten de un imaacuten que levita sobre el
ferrofluido Ademaacutes presentan aplicaciones oacutepticas en cuanto exhiben propiedades como
birrefringencia magneacutetica y dicroiacutesmo con ellos se disentildean interruptores o switches oacutepticos y
obturadores Una maacutes es la posibilidad de usarlos en el campo de la seguridad bancaria al
emplearse en el desarrollo de tintas magneacuteticas lectores y medios de grabacioacuten magneacutetica
Como aplicaciones maacutes llamativas y sorprendentes en el creciente campo de la biomedicina
podemos citar diversos estudios sobre el uso de nanopartiacuteculas de magnetita como agente de
contraste en imaacutegenes de resonancia magneacutetica para efectos de diagnoacutestico meacutedico [91] [92]
y
como agente de transporte y dosificacioacuten eficaz de medicamentos en lo que en ingleacutes se
conoce como ldquodrug targeting deliveryrdquo [93]
En este caso el concepto consiste en generar
sistemas ldquointeligentesrdquo de dosificacioacuten con caracteriacutesticas especiales como la posibilidad de
controlar el desprendimiento de una droga ndasho cualquier sustancia activandash por medio de la
produccioacuten de un estiacutemulo externo tal como un cambio de temperatura o de pH
Generalmente la estructura de la sustancia que se aplica es del tipo core-shell consistente en
un nuacutecleo o core de material magneacutetico como magnetita y una corteza de recubrimiento o
shell de alguacuten poliacutemero biocompatible (termosensible y biodegradable) [94] [95] [96]
Por sus caracteriacutesticas biocompatibles la magnetita es quizaacute uno de los oacutexidos maacutes
empleados en aplicaciones biomeacutedicas El rasgo de ldquotermosensiblerdquo es muy importante si se
requiere controlar la zona o lugar de descarga y la cantidad de medicamento de acuerdo con
alguacuten patroacuten especiacutefico de dosificacioacuten Estos materiales ldquointeligentesrdquo se pueden guiar a las
ubicaciones deseadas por medio de campos magneacuteticos externos y luego generar un cambio
de temperatura aplicando un campo magneacutetico alterno en la zona afectada de forma que se
realice la liberacioacuten del medicamento De esta manera puede incrementarse de forma
sustancial la eficiencia en su transporte y al mismo tiempo disminuir efectos secundarios no
deseados por aplicacioacuten indiscriminada en otras porciones de tejido vecino [97] [98] [99]
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado en usos biomeacutedicos sobre animales en las que se
emplean partiacuteculas con nuacutecleos de oacutexidos con recubrimientos de azuacutecares para atacar algunos
tipos de caacutencer localizados Asiacute estas partiacuteculas ingresan en las ceacutelulas cancerosas y
mediante la aplicacioacuten de campos magneacuteticos alternos se induce hipertermia en la regioacuten
afectada aumentando la temperatura por unos minutos a unos 45 degC debido a la friccioacuten
generada por el movimiento de las partiacuteculas con la consecuente eliminacioacuten del tejido
afectado [100]
Cabe mencionar los trabajos maacutes recientes del Grupo de Magnetismo del Centro Atoacutemico de
Bariloche en Argentina en forma conjunta con la Facultad de Medicina de la Universidad de
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Buenos Aires Alliacute han avanzado en una teacutecnica para tratar el problema de desprendimiento
de retina La idea es insertar un imaacuten pequentildeo en la parte posterior del ojo afectado y luego
inyectar una solucioacuten de nanopartiacuteculas de magnetita que resultan atraiacutedas por el imaacuten y en
su trayectoria empujan la retina devolvieacutendola a su posicioacuten normal Este es un tratamiento
promisorio que ya se ha probado con eacutexito en animales estaacute en la fase inicial de la
experimentacioacuten en ojos humanos
Por otro lado uno de los aspectos maacutes recientes hacia los que se ha dirigido la atencioacuten es
que la magnetita ha resultado un excelente candidato para usos en el campo de la
espintroacutenica debido al alto grado de polarizacioacuten en una de las sub-bandas de espiacuten en el
nivel de Fermi a temperatura ambiente [101] [102] [103] [104]
brindando la posibilidad de obtener
corrientes de espines altamente polarizadas Este es un novedoso campo de la nanotecnologiacutea
relacionado con la dinaacutemica y procesos de transferencia de informacioacuten basados en el
transporte del espiacuten (en lugar de la carga eleacutectrica) de un sistema para disentildear dispositivos
funcionales Entre las motivaciones para trabajar en el campo de la espintroacutenica estaacute la
creciente demanda puacuteblica por incrementar cada vez maacutes la velocidad y disminuir el tamantildeo
de los dispositivos electroacutenicos ademaacutes entre los potenciales beneficios se cuenta la
posibilidad de desarrollar computadores en los que una uacutenica unidad se utilice como
dispositivo de coacutemputo y almacenamiento con menores niveles de consumo o aun maacutes la
posibilidad de disentildear dispositivos conceptualmente innovadores en los que se combinen las
prestaciones funcionales conocidas con algunas otras novedosas
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad
A pesar de que la magnetita nanomeacutetrica se utiliza en numerosos campos de investigacioacuten
como se veraacute posteriormente y eacutesta se puede adquirir por ejemplo en solucioacuten acuosa o de
tolueno faacutecilmente en el mercado en precios que oscilan entre los 150 a 350 euro5ml es
destacable la carencia de informacioacuten respecto a sus propiedades tanto fiacutesicas y quiacutemicas
como de estabilidad y reactividad como se puede comprobar en la tabla 13 A continuacioacuten
se lista algunos detalles de la ficha de datos de seguridad de una solucioacuten de nanopartiacuteculas
magnetitas de 10 nm de tamantildeo medio y de 5 mgmL en agua (Sigma-Aldrich 2012) [105]
con
las siguientes propiedades
concentration 5 mgmL in H2O
magnetization gt45 emugat 4500 Oe
avg part size 10 nm
particle size 9-11 nm (TEM)
density 0865 gmL at 25 degC
Composicioacuteninformacioacuten sobre los componentes
Mezclas
Sinoacutenimos Magnetic iron oxide nanocrystals
Formula Fe3O4
Peso molecular 23153 gmol
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Aldrich - 725358 Pagina 2 de 6
Componente Clasificacioacuten Concentracioacuten
Triiron tetraoxide
No CAS 1317-61-9 Skin Irrit 2 Eye Irrit 2 STOT
No CE 215-277-5 SE 3 H315 H319 H335 lt 10
Xi R363738
Propiedades Fiacutesicas y Quiacutemicas
Informacioacuten sobre propiedades fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas
a) Aspecto Estado fiacutesico liacutequido
b) Olor sin datos disponibles
c) Umbral olfativo sin datos disponibles
d) pH sin datos disponibles
e) Punto de fusioacuten punto de congelacioacuten
sin datos disponibles
f) Punto inicial de ebullicioacuten e intervalo de
ebullicioacuten sin datos disponibles
g) Punto de inflamacioacuten
sin datos disponibles
h) Tasa de evaporacioacuten
sin datos disponibles
i) Inflamabilidad (soacutelido gas)
sin datos disponibles
j) Inflamabilidad superiorinferior o liacutemites
explosivos sin datos disponibles
k) Presioacuten de vapor sin datos disponibles
l) Densidad de vapor sin datos disponibles
m) Densidad relativa sin datos disponibles
n) Solubilidad en agua
sin datos disponibles
o) Coeficiente de reparto n-octanolagua
sin datos disponibles
p) Temperatura de autoinflamacioacuten
sin datos disponibles
q) Temperatura de descomposicioacuten
sin datos disponibles
r) Viscosidad sin datos disponibles
s) Propiedades explosivas
sin datos disponibles
t) Propiedades comburentes
sin datos disponibles
Otra informacioacuten de seguridad
sin datos disponibles
Estabilidad y reactividad
Reactividad sin datos disponibles
Estabilidad quiacutemica sin datos disponibles
Posibilidad de reacciones peligrosas
sin datos disponibles
Condiciones que deben evitarse
sin datos disponibles
Materiales incompatibles
sin datos disponibles
Productos de descomposicioacuten peligrosos
Otros productos de descomposicioacuten
peligrosos sin datos disponibles
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012
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742 Diferencias en el Moacutedulo de Young
Moacutedulo de Young E o de elasticidad
longitudinal (Kester y col 1999) [106]
Se obtiene el moacutedulo de Young en
funcioacuten de la temperatura de oxidacioacuten
para la magnetita Fe3O4+δ Como se
presenta en la figura 38 eacuteste primero
decrece con la temperatura de
oxidacioacuten llegando a un miacutenimo a 150 oC y obtenieacutendose el maacuteximo a 230
oC
Y luego vuelve a decrecer hasta los 300 oC Al principio de la oxidacioacuten el
moacutedulo de Young es de 180 GPa para
la magnetita nanocristalina no
existiendo una influencia significativa
en presencia de Co o Mn a escala
nanomeacutetrica
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita
Fe3O4+δ
Se ha de recordar del apartado 634 Algunas Propiedades Baacutesicas que el moacutedulo de
Young de la magnetita cristalina simple Fe3O4 tiene valores acotados de 208 a 248 GPa
seguacuten la direccioacuten disminuyendo en presencia de Co o Mn
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas
Seguacuten Joseph L Kirschvink y colaboradores [1]
los cristales magnetosomas tienen alta
pureza quiacutemica Las magnetitas bacterianas tienden a ser de oacutexido de hierro bastante puro
con concentraciones no detectables del elemento titanio que estaacute presente tiacutepicamente en la
magnetita producida geoloacutegicamente
Por otra parte seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de 2001 [57]
mientras que algunas
partiacuteculas muestran bordes disueltos otras mantienen las caras cristalinas originales y todas
las partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente puras refirieacutendose a la magnetita biogeacutenica
humana
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas
Los cristales de magnetita formados dentro de las vesiacuteculas magnetosoacutemicas tienen aparte
de la pureza dos caracteriacutesticas principales que las distinguen de las magnetitas formadas en
procesos geoloacutegicos [1]
bull Cristalizacioacuten Las magnetitas inorgaacutenicas normalmente son pequentildeos cristales
octaeacutedricos a menudo con dislocaciones de mallado y otros defectos de cristal Sin
embargo los estudios utilizando el microscopio electroacutenico de alta resolucioacuten (HR-TEM)
revelan que las magnetitas bacterianas son cristales casi perfectos normalmente
alargados en la direccioacuten [111] La elongacioacuten de los cristales biogeacutenicos en la direccioacuten
[111] sirve para maximizar el momento magneacutetico neto de la partiacutecula y
presumiblemente es el resultado de la seleccioacuten natural de sus propiedades magneacuteticas
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Morfoloacutegicamente las partiacuteculas de magnetita en el cuerpo humano [57]
son similares a
aquellas observadas en la bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis magneacutetico de las muestras
de masa de tejido indica que las partiacuteculas se presentan generalmente en grupos que
interactuacutean magneacuteticamente
bull Tamantildeo de cristal Las magnetitas inorgaacutenicas tienden a tener distribuciones de tamantildeo
seguacuten la normal-logariacutetmica Sin embargo los cristales de magnetita bacteriana estaacuten
restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a 500 nm [1]
En concreto seguacuten Jing Yang y colaboradores [107]
los cristales de los magnetosomas son
tiacutepicamente 35-120 nm de largo que los hace de un solo dominio y por consiguiente
tienen el maacuteximo momento magneacutetico posible por unidad de volumen para una
composicioacuten dada
Seguacuten se indicoacute en el apartado 52 Biomineralizacioacuten de Magnetita en el Cuerpo Humano se
han encontrado dos morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas
extraiacutedas Los tamantildeos de grano eran bimodales
62 de los 70 cristales medidos (8857) se encontraban en el rango de 10 a 70 nm con un
tamantildeo medio de 334nm (sesgado hacia mayores debido al procedimiento de extraccioacuten) y
una amplia dispersioacuten de plusmn152 nm
8 de los 70 cristales (1143) teniacutean tamantildeos 90 a 200 nm
Las caracteriacutesticas citadas de las magnetitas biogeacutenicas son compartidas por los cristales de
magnetita extraiacutedos de la bacteria magnetotaacutectica y del salmoacuten y por algunas de las extraiacutedas
posteriormente de tejidos blandos del cerebro humano [1]
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha)
La figura 39 realiza una comparativa de imaacutegenes de Microscopiacutea Electroacutenica de Transicioacuten
de Alta Resolucioacuten (HR-TEM) de magnetitas bacteriana y humana Noacutetese las caras
correctamente expresadas 111 cubriendo ambas terminaciones de la partiacutecula Eacutesta es una
caracteriacutestica comuacuten de los cristales de magnetita formados dentro de vacuolas de membrana
de bicapa-liacutepida y se desconoce la magnetita geoloacutegica de este tamantildeo
Sin embargo tambieacuten hay diferencias La imagen HR-TEM de la magnetita bacteriana
muestra varias series de bordes de mallado del cristal (finas liacuteneas) que corresponden a tres
series de planos 111 espaciados una distancia de 48 Aring En el cristal de origen humano hay
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un patroacuten de bordes de mallado de dos 111 intersecando y uno 11 (48 Aring y 29 Aring
respectivamente) con un alargamiento de la partiacutecula en la direccioacuten [111]
En una revisioacuten [108]
de 2008 sobre la
formacioacuten de la magnetita bacteriana y su
aplicacioacuten Atsushi Arakaki y colaboradores
proponen la siguiente morfologiacutea (cubo-
octaedro) de cristal a partir de las imaacutegenes
de microscopiacutea electroacutenica de transicioacuten
realizadas de cristales de magnetita
extraiacutedos de la bacteria Magnetospirillum
magneticum AMB-1 (figura 40)
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M
magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b)
Imaacutegnes HRTEM observadas en el eje de la
zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las
partiacuteculas magneacuteticas
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75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K
La permitividad eleacutectrica compleja (εr = εrsquor - i εrsquorsquor) se ha medido [109]
para magnetitas de
tamantildeo nanomeacutetrico (muestras homogeacuteneas de 30 nm de tamantildeo) a 300 K para un intervalo
de frecuencias comprendido entre 100 Hz y 1 MHz
Como puede verse en la figura 41a la parte real de la
permitividad se mantiene praacutecticamente constante en
gran parte del intervalo de frecuencias aumentando
para frecuencias bajas y disminuyendo fuertemente
para frecuencias altas
Concretamente otros estudios de 2010 realizados por
Kong y colaboradores [110]
arrojan datos muy
inferiores de permitividad eleacutectrica εrsquor en magnetitas
de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm) a
temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 49 - 48
La conductividad de la magnetita nanomeacutetrica
permanece constante en la figura 41b aumentando
ligeramente al aumentar la frecuencia al final del
intervalo
No obstante estos resultados de conductividad son
muy inferiores a los obtenidos para magnetitas
micromeacutetricas 102 ndash 10
3 (Ωcm)
-1 [3] y maacutes
concretamente 25 103 Sm
[67] a 300K frente a 15
middot10-3
Sm en magnetitas nanomeacutetricas [109]
lo que
evidencia que la magnetita pasa a ser un
semiconductor en tamantildeos nanomeacutetricos
En la figura 41c la tangente de peacuterdidas disminuye
casi linealmente al aumentar la frecuencia
estabilizaacutendose a frecuencias elevadas
Los estudios mencionados anteriormente [59]
arrojan
datos muy similares para la tangente de peacuterdidas en
magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm)
a temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 034 - 022
Figura 41 Representaciones de las
variaciones de la parte real de la
permitividad (41a) la conductividad
(41b) y la tangente de peacuterdidas
eleacutectricas (41c) al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K
utilizando en ambos ejes escalas
logariacutetmicas
De los graacuteficos representados anteriormente se pueden tomar los siguientes valores (tabla 14)
de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas para diferentes oacuterdenes de magnitud de
frecuencias
ν (Hz) 102
103
104
105
106
εr 400 200 200 200 100
σ (Ωm)-1
14 middot10-3
15 middot10-3
15 middot10-3
16 middot10-3
60 middot10-3
tanδ 700 100 10 1 07
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias
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752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz
Estudios [109]
publicados en 2010 (figura 42)
muestran la variacioacuten de la constante
dieleacutectrica (parte real de la permitividad) de
muestras homogeacuteneas de magnetita de 30 nm
de tamantildeo al variar la temperatura de 200K a
300K para una frecuencia de 1 MHz
Como se observa al tomar escala logariacutetmica
en la representacioacuten de la constante dieleacutectrica
el valor aumenta de forma lineal con la
temperatura mostrando a 300K un valor
proacuteximo a 100 No obstante este valor soacutelo es
vaacutelido para la frecuencia de 1MHz y habraacute que
tener en cuenta otros valores dependiendo de la
frecuencia
Figura 42 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura
medida a 1 MHz
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz
La figura 43 muestra la variacioacuten de la
constante dieleacutectrica (parte real de la
permitividad) de muestras homogeacuteneas de
magnetita de 30 nm de tamantildeo al variar la
temperatura de 200K a 300K para una
frecuencia de 3906 Hz con campos
magneacuteticos nulo y de 05 teslas [109]
Como puede verse el valor de la constante
dieleacutectrica aumenta al aumentar el campo
magneacutetico de forma progresiva entre los 200
y los 230K y luego entre 230K y 300K
mantiene un cierto paralelismo respecto a los
valores sin campo magneacutetico
Figura 43 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica con la temperatura e influencia
de campo magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz
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754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T
La figura 44 muestra la representacioacuten de
las variaciones de la parte real de la
permitividad de las muestras de
magnetita de 30 nm al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K al
someter al material a un campo
magneacutetico de 0 y 05 teslas [109]
Como puede verse en dicha figura las
variaciones respecto a la existencia o no
de campo magneacutetico son miacutenimas
Cabe destacar el detalle del efecto
magnetocapacitativo MC en la figura 44
que mide precisamente la diferencia
relativa porcentual de la permitividad en
presencia de un campo magneacutetico
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica
con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K
MC () = 100 middot (εr (H=05T) - εr (H=0T) ) εr (H=0T)
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
761 Permeabilidad Magneacutetica
En la praacutectica considerando que las maacuteximas susceptibilidades auacuten de los materiales
magneacuteticos raras veces son mayores de 02 cgsu Por lo tanto los valores de la
permeabilidad son apreciablemente mayores que la unidad soacutelo en casos muy raros Por ello
el efecto de es muy ligero en general excepto en la magnetita concentrada ( ) [70]
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En la figura 45 se puede ver la curva de
primera imanacioacuten para una distribucioacuten de
magnetitas nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm
con una media de 111 nm de grosor
obtenida con un dispositivo DSM-8
Magnetosusceptometer (Francia) [75]
Los
datos de la curva de magnetizacioacuten se
pueden ajustar a la ley de Froumlhlisch-
Kennelly
M = χ
χ
Donde χi es la susceptibilidad magneacutetica
inicial (Hrarr0) y MS es la magnetizacioacuten de
saturacioacuten Los valores correspondientes al
mejor ajuste de los datos de la figura a la
ecuacioacuten anterior son
MS = 448plusmn9 kAm (1kAm=4π Oe -Oersted)
χi = 903 plusmn 012
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La
liacutenea corresponde a la ecuacioacuten de
Froumlhlisch-Kennelly
De este modo la permeabilidad magneacutetica inicial de las partiacuteculas de magnetita es
= 1+ χi = 1003 plusmn 012
Que es un valor muy superior al arriba indicado para magnetita no nanomeacutetrica
concentrada
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica
La magnetita en polvo tiene un
comportamiento tiacutepico de un material
superparamagneacutetico es decir con
cero coercitividad La figura 46
muestra el graacutefico del ciclo de
histeacuteresis de la magnetita en polvo con
una magnetizacioacuten especiacutefica de
saturacioacuten de 732 emug [74]
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en
polvo
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La figura 47 recoge la variacioacuten de la
magnetizacioacuten de muestras de
magnetita en funcioacuten del campo
magneacutetico medida a temperatura
ambiente [109]
Como se puede
observar la magnetizacioacuten se
incrementa al aumentar la intensidad
del campo magneacutetico aplicado hasta
alcanzar praacutecticamente el punto de
saturacioacuten cerca del campo maacuteximo
de plusmn1 Tesla
Cabe sentildealar que la magnetizacioacuten
maacutexima de estas muestras [109]
es
inferior a los valores encontrados en la
bibliografiacutea (~80 emug) [71]
como es
de esperar para partiacuteculas con un
tamantildeo menor que el del
monodominio (~70 nm)
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas
de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de
magnetita nanomeacutetrica de 30 nm
Ademaacutes y como se puede ver en el
detalle de la Figura 48 las partiacuteculas
de magnetita auacuten muestran un
pequentildeo campo coercitivo (HC) de
unos 20 Oe para muestras con un
tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm
Por otro lado mientras diferentes
simulaciones realizadas en 1995 [111]
(figura 49) de magnetitas muestran un
endurecimiento magneacutetico al
disminuir el tamantildeo de grano dese
1μm hasta 100 nm la figura 48 revela
una magnetizacioacuten suave para
magnetitas de 30nm lo que en
principio parece incoherente salvo si
se considera que mientras en la figura
49 van aumentando las propiedades de
dominio simple conforme disminuye
el tamantildeo de grano en la figura 49
con un tamantildeo de grano de magnetita
no biogeacutenica de 30nm se considera
que el material ha sobrepasado el
rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades
superparamagneacuteticas
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de
magnetita cuacutebica al aplicar un campo magneacutetico
en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes
tamantildeos (de izquierda a derecha 01μm 02 μm
05 μm 07 μm 10 μm)
Sin embargo los datos de permeabilidad magneacutetica de magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico
(entre 20 y 50 nm) tambieacuten se ha medido en unidades cgs [110]
a temperatura ambiente
(~300K) y a altas frecuencias (1 ndash 20 GHz) obtenieacutendose un valor de lo que
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infiere la peacuterdida del comportamiento magneacutetico a altas frecuencias frente a los datos
anteriores
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal
Las magnetitas inorgaacutenicas tienen propiedades magneacuteticas desde superparamagnetismo (en
partiacuteculas menores de 6 nm y hasta de 30 nm [75]
) a de dominio muacuteltiple en funcioacuten del
tamantildeo
En la siacutentesis de la magnetita por precipitacioacuten mezclando soluciones de FeCl24H2O y 7 M
de NH4OH a 80-90 oC se puede controlar el tamantildeo de la partiacutecula variando la concentracioacuten
del cloruro ferroso para obtener partiacuteculas del rango de 5 a 100 nm [112]
En la tabla 15 se
muestran los
resultados
experimentales a 5
K de coacutemo variacutean el
volumen de celda
unitaria la
temperatura de
transicioacuten magneacutetica
y la magnetizacioacuten
de saturacioacuten de la
magnetita para
distintas muestras
con tamantildeo desde
64 a 914 nm
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la
celda unitaria temperatura de transicioacuten magneacutetica y
magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4
A dicha temperatura la magnetizacioacuten es maacutexima para las partiacuteculas de 10 nm Se concluye [112]
que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es maacutexima para nanopartiacuteculas del orden de 10 nm
como puede observarse en la figura 50
Se ha de tener en cuenta que mientras que
las muestras M28 y M32 estaacuten en fase
sencilla las M34 y M37 de mayor tamantildeo
de grano contienen Fe2O3 como fase de
impureza (12 y 7 respectivamente)
Recientes investigaciones (CSIC 2012) [113]
han demostrado que la magnetita
conserva su orden ferrimagneacutetico
(imanacioacuten) estable con un espesor de tan
soacutelo 1 nm y al menos hasta 200 oC lo que
supone un avance para su posible uso en
espintroacutenica tecnologiacutea relacionada con el
almacenamiento y el tratamiento de la
informacioacuten Podriacutea tratarse del imaacuten
(oacutexido de hierro imantado) maacutes delgado
estudiado hasta la fecha
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del
campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica
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Para el caso de magnetitas biogeacutenicas es decir aquellas cuyo origen se encuentra en los seres
vivos a continuacioacuten se lista algunas caracteriacutesticas magneacuteticas de las magnetitas biogeacutenicas
en funcioacuten de su origen y tamantildeo
Los cristales de magnetita bacteriana estaacuten restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a
500 nm con formas que los confinan a un campo de estabilidad magneacutetica de dominio
simple
Los cristales de menor tamantildeo (lt 30 nm) tienen un dominio simple tambieacuten pero no
presentan en general estabilidad magneacutetica debido a la agitacioacuten teacutermica y presentan un
comportamiento superparamagneacutetico es decir no permanentemente magneacuteticos a
temperatura ambiente
Los cristales de mayor tamantildeo (gt 500 nm) muestran estructuras de dominio muacuteltiple
La mayoriacutea de los cristales de magnetosomas documentados en la literatura tienen un
rango de tamantildeo de 35ndash120 nm [114]
y estaacuten por encima de la franja de tamantildeo SPSSD
(SP = superparamagneacutetica SSD = magneto estable de dominio simple) para granos
individuales de magnetita cuacutebica esto es 25ndash30 nm [115]
aunque hay documentacioacuten por
ejemplo Aratoacute y colaboradores en 2005 [116]
de cristales de magnetosomas que caen bien
dentro de la regioacuten superparamagneacutetica ya que se reportoacute cristales de magnetosomas de
menos de 20 nm de longitud [117]
Seguacuten se representa en la figura 51 se ha combinado los estudios realizados [117]
para el
liacutemite de la zona SP a SSD (tiempo de relajacioacuten tm=60s y cadena alineada en
configuracioacuten lt111gt) con los modelos de Muxworthy amp Williams [118]
para el tamantildeo de
transicioacuten de SD a MD (multidominios)
Utilizando el formato de Butler amp Banerjee de 1975 [119]
se muestra la longitud (eje
longitudinal) mejor que el volumen frente a los diferentes ratios axiales de elongacioacuten
del grano (AR ejes transversallongitudinal o anchuralongitud) para cristales individuales
paralelepiacutepedos de magnetitas
El uso de la longitud facilita la comparacioacuten con Butler amp Banerjee [119]
pero la figura es
algo maacutes compleja de entender debido a que al movernos horizontalmente sobre la figura
el volumen del grano cambia esto es existe un cambio tanto de forma como de volumen
que contribuyen a la banda criacutetica De ahiacute que el tamantildeo de bloqueo crece con la
elongacioacuten Para granos que no interactuacutean existe un rango de tamantildeo de grano marcado
por dmin y dmax donde ambos estados SD y MD son posibles
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Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute
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8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
Durante deacutecadas los cientiacuteficos han intentado explicar coacutemo interacciona el campo
electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico auacuten cuando eacuteste no tenga energiacutea suficiente
como para ionizar un aacutetomo o inducir calor Soacutelo en el caso de la radiacioacuten ionizante se
evidencia rotundo acuerdo entre los cientiacuteficos acerca de los graves efectos bioloacutegicos que
provoca su exposicioacuten
Sistemas bioloacutegicos y campos electromagneacuteticos Las bases de la interaccioacuten
electromagneacutetica con un medio material fueron resueltas hace maacutes de un siglo a traveacutes de las
ecuaciones de Maxwell Sin embargo la aplicacioacuten de estas bases a un sistema bioloacutegico es
muy complicada debido a la extrema complejidad y muacuteltiples niveles de organizacioacuten de los
organismos vivos ademaacutes de la gran variedad de propiedades eleacutectricas de los tejidos
bioloacutegicos
Hoy diacutea no existe la menor duda de que los campos electromagneacuteticos afectan a los sistemas
bioloacutegicos ni de que los sistemas bioloacutegicos sean capaces de generar campos
electromagneacuteticos Las investigaciones en este sentido incluive ya estaacuten enfocadas en si los
sistemas bioloacutegicos son capaces de utilizar los campos electromagneacuteticos que generan con
alguacuten fin especiacutefico
No obstante muchas simulaciones sobre los efectos de los CEM en la cabeza humana la
simplifican aproximaacutendola a un dieleacutectrico con peacuterdidas pasando por alto cuestiones ya no
soacutelo caracteriacutesticas de los diferentes tejidos sino otras de tipo funcional como la
termorregulacioacuten o la emisioacuten de ondas cerebrales
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Cuando la termorregulacioacuten hace que la
temperatura no aumente cualquier efecto bioloacutegico se dice que es no teacutermico lo que
realmente es un efecto teacutermico enmascarado en el que el organismo lucha por mantener su
temperatura ya que la propia termorregulacioacuten es su efecto teacutermico
Como comparativa supongamos el caso de un vehiacuteculo con control de velocidad que se
programa a velocidad constante al subir una carretera inclinada la velocidad se mantiene
invariable pero el motor trabaja maacutes el consumo se dispara y los neumaacuteticos sufren mayor
desgaste Si el vehiacuteculo pierde la velocidad establecida es porque es incapaz de mantenerla a
pesar de sus recursos de regulacioacuten cineacutetica
Cuando en un ser vivo aumenta la temperatura tan soacutelo 1 oC se dice que tiene fiebre y lo que
se espera como causa probable es un golpe de calor o una enfermedad infecciosa Puesto que
los efectos maacutes evidentes de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos son los
teacutermicos y a diferencia con la materia inerte existen procesos termorreguladores se evidencia
la necesidad de investigarlos en profundidad coacutemo actuacutean frente a un efecto teacutermico
provocado por un campo electromagneacutetico y maacutes auacuten si son afectados funcionalmente por el
propio campo electromagneacutetico En este punto juega un papel fundamental el hipotaacutelamo
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82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS
Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MW) En relacioacuten a los efectos bioloacutegicos de las
radiofrecuencias y microondas muchos de los estudios experimentales publicados en revistas
y reuniones cientiacuteficas presentan el inconveniente de no proporcionar suficientes detalles
sobre las condiciones de exposicioacuten La mayoriacutea de los efectos citados en la literatura no se
relacionan directamente con enfermedades humanas o su relacioacuten es cuanto menos dudosa
debido a la falta de explicacioacuten y conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten En
cualquier caso es esencial entender que la falta de evidencia sobre posibles efectos adversos
para la salud no es igual a la evidencia de que no exista ninguacuten efecto De la misma forma es
imposible demostrar la inocuidad del campo electromagneacutetico por lo que la pregunta que
debemos hacernos no es si la radiacioacuten electromagneacutetica es inocua para la salud sino bajo
queacute niveles la ciencia no ha encontrado ninguacuten efecto nocivo y por tanto a la luz del
conocimiento cientiacutefico no producen efectos nocivos en la salud
El balance de los estudios disponibles no propone que los campos de RFMW causen caacutencer
u otras enfermedades aunque siacute exista alguna evidencia sobre efectos en las funciones
bioloacutegicas incluyendo las cerebrales que puedan ser inducidas por radiacioacuten de RFMW a
niveles comparables con los asociados a los habituales de la telefoniacutea moacutevil
Hasta el momento sin embargo no hay evidencia de que esos efectos bioloacutegicos desarrollen
riesgos para la salud No se sabe con absoluta seguridad cuaacuteles son los efectos de exposicioacuten
prolongada a campos de RFMW ni si son acumulativos
El resultado de un efecto acumulativo es sustancial en los efectos sobre la salud La larga
exposicioacuten acumulativa es el producto del tiempo y la exposicioacuten personal media como el
efecto de la radiacioacuten ionizante por ejemplo los rayos X que es acumulativo
Merece la pena destacar que los campos de RFMW modulados (mezclados con una sentildeal de
menor frecuencia) o pulsados (transmisioacuten a intervalos de tiempo muy pequentildeos) parece ser
que producen maacutes efectos
Claramente se necesitan maacutes estudios y anaacutelisis bien realizados independientes e
imparciales y asiacute conseguir un avance significativo en el conocimiento del comportamiento
los sistemas vivos que ademaacutes debe de ser difundido al puacuteblico en general Todo esto
implica la necesidad de invertir esfuerzos para poder realizar evaluaciones precisas de las
fuentes de campo electromagneacutetico maacutes habituales en nuestro entorno
Finalmente podemos decir que los efectos de la radiacioacuten de RFMW son soacutelo una amenaza
si la dosis de radiacioacuten es muy alta En el caso de la mayoriacutea de las fuentes de RFMW de
nuestro entorno habitual especialmente las correspondientes a la telefoniacutea moacutevil la dosis no
es alta La deteccioacuten de respuestas bioloacutegicas a exposiciones de bajo nivel requiere el disentildeo
de procedimientos de investigacioacuten muy sensibles lo que puede crear una gran posibilidad de
producir resultados contradictorios Estas investigaciones dependen fuertemente de la
habilidad y experiencia de los investigadores involucrados siendo necesario que los
resultados que se obtengan sean comparados con investigaciones bien estructuradas de
laboratorios independientes de equipos expertos
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Conflicto de intereses En 2010 [120]
Lotte E van Nierop Martin Roumloumlsli Matthias Egger y
Anke Hussa publicaron una actualizacioacuten de una revisioacuten sobre 59 estudios sobre los efectos
bioloacutegicos producidos por los moacuteviles publicados entre 1995 y 2005 y se detectoacute que los
estudios financiados por las industrias eran los menos propensos a reportar efectos de la
radiacioacuten de los moacuteviles sobre la salud Se actualizoacute con los estudios realizados de 2005 a
2009 extrayendo financiaciones conflictos de intereacutes y resultados De los 75 estudios
adicionales el 12 fueron financiados por la industria el 44 por las administraciones y el
19 de financiacioacuten mixta no estando clara la financiacioacuten en el 25 de ellos Los hallazgos
previos fueron confirmados los estudios financiados por la industria volvieron a ser los maacutes
reacios a reportar efectos en sus resultados Es interesante que la proporcioacuten de estudios
indicando efectos declinoacute en el periacuteodo de 1995 a 2009 independientemente de los fondos de
financiacioacuten Las fuentes de financiacioacuten y los conflictos de intereses son importantes en este
campo de investigacioacuten
Frecuencias bajas y muy bajas (ELF) En conjunto de la literatura disponible sobre
efectos bioloacutegicos de campos de ELF no se deducen resultados adversos sobre la salud Esto
significa que la preocupacioacuten puacuteblica sobre estos efectos no estaacute basada en pruebas
cientiacuteficamente establecidas
Por otro lado establecer tales pruebas es muy difiacutecil La falta de conexioacuten entre los
resultados experimentales (in vitro o in vivo) datos en humanos y los mecanismos de
interaccioacuten complica en gran manera las conclusiones Dada la complejidad de los
organismos vivos es muy difiacutecil aplicar el conocimiento de esas fuentes
Los estudios celulares dan un conocimiento de las alteraciones fisioloacutegicas potenciales a
nivel celular baacutesico debido a la exposicioacuten y otros efectos siendo necesario evaluar los
efectos sobre la salud humana de la exposicioacuten prolongada a campos de ELF
Sin embargo existe cierta dificultad para extrapolar evidencias de los estudios en animales a
otras especies aunque es plausible aceptar que ciertos efectos ocurridos en una especie
incrementa el indicio de que se puedan producir efectos similares en otras especies Muchas
de las evidencias experimentales justifican moderadamente una relacioacuten causal entre la
exposicioacuten a campos de ELF ambientales y cambios en la funcioacuten bioloacutegica Sin embargo la
falta de consistencia debilita la creencia de que esta asociacioacuten sea realmente debida a los
campos de ELF Por tanto no es posible de estudios experimentales demostrar la existencia
de ese riesgo
Soacutelo es posible probar que bajo ciertas condiciones de exposicioacuten existe un efecto Para
conseguir una posible prueba se necesitaraacute mejor control de la exposicioacuten a los campos de
ELF incluyendo efectos transitorios incrementar los estudios en animales y simular de
forma maacutes fiable los efectos en humanos reales y asimismo incrementar los estudios en
personas con incidencia directa en los efectos que podriacutean llevar a alteraciones de la salud
Aunque la evaluacioacuten de riesgos estaacute generalmente basada en datos experimentales de
sistemas bioloacutegicos es necesaria la consideracioacuten de posibles mecanismos por dos razones
baacutesicas
Los datos experimentales de efectos de campos de radiofrecuencia son inconsistentes y
fragmentados en muchos aspectos de manera que una comprensioacuten de los mecanismos
biofiacutesicos sobre los efectos estudiados puede ayudar a racionalizar y entender los datos
Es necesario extrapolar datos desde una condicioacuten de exposicioacuten a otras y para una
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extrapolacioacuten fiable es necesario un entendimiento de los mecanismos
Por lo tanto el conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten es esencial para identificar
procesos apropiados de dosimetriacutea para predecir las relaciones dosis-respuesta para disentildear
mejores experimentos y para servir de base para determinar si ciertos niveles de exposicioacuten
provocan dantildeos en los tejidos bioloacutegicos
Respecto a la exposicioacuten a radiacioacuten de ELF ocurre a distancias mucho menores que la
longitud de onda Esto tiene importantes implicaciones porque bajo tales condiciones se
tratan como componentes independientes La situacioacuten es sustancialmente diferente de la que
ocurre en la radiacioacuten a campos de RFMW en donde los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten
indisolublemente unidos Esta es la razoacuten por la que a estas frecuencias las investigaciones se
han centrado en los efectos de un campo o el otro
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La magnetita biogeacutenica se ha encontrado en muchos organismos desde bacterias a
vertebrados superiores incluyendo el cuerpo humano Donde se ha estudiado maacutes
ampliamente forma cristales de dominio simple (permanentemente magneacutetico) dentro de
vacuolas de bicapa-liacutepida denominadas magnetosomas a menudo alineadas
El hallazgo de cristales de magnetita (Fe3O4) en el cerebro humano ha sido uno de los
descubrimientos mineralogeneacuteticos maacutes importantes de la uacuteltima deacutecada J L Kirschvink
hizo puacuteblica en 1992 -mediante su ya trabajo claacutesico Magnetite biomineralization in the
human brain- la presencia en el cerebro humano de minerales de la familia de la magnetita-
maghemita cuyas morfologiacuteas y estructuras se asemejan a los precipitados por bacterias
magnetotaacutecticas No obstante posteriormente y a traveacutes del espectroscopio de Moumlssbauer se
demostroacute que la maghemita (Fe267O4 o bien γ-Fe2O3) no era sino uno de sus productos
tiacutepicos de oxidacioacuten Esta oxidacioacuten probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten
de las muestras
Se ha estimado que en la mayoriacutea de los tejidos del cerebro humano hay un miacutenimo de cinco
millones de cristales de magnetita por gramo y maacutes de 100 millones de cristales por gramo
para la piacutea y dura Si a esto le antildeadimos que los cristales de magnetita se encuentran en el
cerebro constituyendo grupos de entre 50 y 100 partiacuteculas parece evidente concluir que todo
cerebro humano estaacute caracterizado por unas determinadas propiedades magneacuteticas Como era
de esperar el descubrimiento de la magnetita en el cerebro ha hecho que la controversia
sobre los efectos generados por la exposicioacuten continuada de los seres vivos a determinados
campos eleacutectricos magneacuteticos o electromagneacuteticos se abriera de nuevo
Desde otra perspectiva de investigacioacuten se sabe por ejemplo que existe un sentido
magneacutetico en varias especies y que la base de este sentido y su papel determinante en los
desplazamientos migratorios se basa en la existencia de materiales ferri y ferromagneacuteticos
en el cerebro
El descubrimiento de la magnetita del cerebro no soacutelo ha supuesto un marco comuacuten de
investigacioacuten donde convergen distintas disciplinas cientiacuteficas (medicina mineralogiacutea fiacutesica
etceacutetera) sino que ha abierto nuevas liacuteneas para el estudio de los procesos de
biomineralizacioacuten y para comprender mejor determinados tipos de interacciones entre el
cerebro humano y el medio que nos rodea
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Existen indicadores de que tambieacuten hay en los tejidos partiacuteculas magneacuteticas agrupadas maacutes
grandes El origen de eacutestas permanece sin conocerse habieacutendose incluso afirmado
recientemente que praacutecticamente todo el hierro de un cerebro humano normal estaacute en la
ferritina Aunque de forma general el Fe se encontrariacutea bajo la forma de ferrihidrita (5Fe2O3
9H2O) se ha reportado que incluso dentro de la ferritina podriacutean crecer partiacuteculas de
magnetita y tambieacuten a partir de nuacutecleos con ferritina seguida de una disfuncioacuten celular Maacutes
concretamente anaacutelisis recientes de microscopiacutea electroacutenica de la ferritina de tejidos
afectados de la enfermedad de Alzheimer indican que se pueden formar oacutexidos de hierro
dentro de la proteiacutena relacionada con la patogeacutenesis
Existen varios caminos que conducen a la neurodegeneracioacuten Uno de estos es el dantildeo por
estreacutes oxidativo a traveacutes de la quiacutemica de Fenton La ferritina puede jugar un papel
importante en este proceso particularmente cuando las mutaciones o su desregulacioacuten
conducen a incapacitar la retencioacuten del hierro dentro de la ferritina El hierro que no es
retenido puede comenzar la produccioacuten de radicales libres en cantidades excesivas En la
enfermedad de Parkinsosn (PD) y en neuroferritinopatiacutea hay un defecto de cadenas L de
ferritina que puede disminuir en concentracioacuten (PD) o ser defectuosa (neuroferritinopatiacutea)
conduciendo hacia un exceso de hierro laacutebil En la enfermedad de Alzheimer (AD) hay un
suave incremento del ratio de las cadenas de ferritina HL En la paraacutelisis supranuclear
progresiva (PSP) parece ser muy diferente y caracterizada por un incremento importante de
la concentracioacuten total de hierro en el tejido afectado Desafortunadamente no se conocen
datos hasta la fecha sobre cualquier cambio en la ferritina que pueda concernir tanto al ratio
de las cadenas de ferritina HL como a la estructura del nuacutecleo de hierro
84 LA MAGNETITA MINERAL
La magnetita mineral conocido desde la antiguumledad debido a su propiedad magneacutetica como
oacutexido de hierro es un material comuacuten en la naturaleza
Su magnetismo y comportamiento como semiconductor eleacutectrico viene derivado de la
estructura de sus aacutetomos constituyentes y estaacute perfectamente definida tanto su estructura
molecular Fe3O4 como la de su celda unitaria cuacutebica centrada en caras constituida por 8
moleacuteculas Habitualmente cristaliza formando octaedros si bien puede presentarse formando
cubos e incluso formas maacutes redondeadas y alargadas dependiendo del tamantildeo y proceso de
siacutentesis del cristal
Hoy en diacutea existen diferentes meacutetodos artificiales para sintetizar magnetita nanomeacutetrica
siendo los maacutes comunes los de coprecipitacioacuten quiacutemica Aunque la magnetita
estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05 frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica
debido a un submallado de FeIII
con deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede
tambieacuten ser reemplazado parcial o completamente por otros iones divalentes como el MnII
NiII Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
En cuanto a las propiedades eleacutectricas la magnetita es un semiconductor aunque por debajo
de los 119K (temperatura de transicioacuten de Verwey) es aislante Conforme aumenta la
temperatura aumenta tambieacuten la conductividad hasta aproximadamente los 400K luego
disminuye y finalmente se estabiliza a los 859K con un valor proacuteximo a los 200 (Ω cm)-1
La
conductividad presenta anisotropiacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten e isotropiacutea por
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encima de la misma es decir a temperatura ambiente es isotroacutepica
Respecto a las propiedades magneacuteticas la magnetita es paramagneacutetica a temperaturas
superiores a la Temperatura de Curie (Tc = 859 oK) siendo ferrimagneacutetica por debajo de la
misma En la propiedad ferrimagneacutetica aunque existe antiparalelismo tiene un momento
magneacutetico resultante Ademaacutes existe una direccioacuten preferente de magnetizacioacuten a lo largo de
la direccioacuten [111] presentando anisotropiacutea a temperatura ambiente La susceptibilidad
magneacutetica de la magnetita variacutea con la temperatura tomando valores proacuteximos a 002 para
900K y 001 para 1000K es decir valores positivos pero pequentildeos comparados con la
unidad
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
La geacutenesis bioloacutegica de la magnetita es decir la magnetita generada por los seres vivos no la
fabrica sino a escala nanomeacutetrica y sus propiedades auacuten en estudio pueden diferir de la
magnetita de mayor tamantildeo Por ejemplo el moacutedulo de elasticidad o de Young de la magnetita
es de 225 GPa frente a los soacutelo 180 GPa para la magnetita nanocristalina su grado de pureza
es mayor en nanocristales biogeacutenicos y su comportamiento magneacutetico puede pasar de ser
ferrimagneacutetico a superparamagneacutetico (una combinacioacuten de ferromagneacutetico y paramagneacutetico)
cuando su tamantildeo es nanomeacutetrico
La magnetita nanomeacutetrica tiene como principales ventajas frente a otras nanopartiacuteculas
magneacuteticas su alta magnetizacioacuten de saturacioacuten y estabilidad quiacutemica a las que hay que
antildeadir sus caracteriacutesticas biocompatibles lo que convierte en un verdadero foco de atencioacuten
en investigacioacuten aflorando multitud de aplicaciones tanto a nivel industrial como tecnoloacutegico
y de biomedicina y pudiendo surgir nuevos retos como la investigacioacuten de la interaccioacuten de
los campos electromagneacuteticos y la magnetita nanomeacutetrica ubicada en los seres vivos
En cuanto a las propiedades eleacutectricas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico se ha tabulado
las variaciones de la permitividad la conductividad y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas a
330K de 100 Hz y 1 MHz La permitividad tambieacuten variacutea con la temperatura y con el campo
magneacutetico habieacutendose documentado varios trabajos al respecto
Finalmente en el capiacutetulo dedicado a las propiedades magneacuteticas se ha evidenciado por
ejemplo que mientras que la bibliografiacutea aporta valores para la permeabilidad magneacutetica de
para magnetita no nanomeacutetrica concentrada para una distribucioacuten de magnetitas
nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm con una media de 111 nm de grosor la permeabilidad
magneacutetica inicial registrada es de 1003
Es interesante comprobar que incluso a nivel nanomeacutetrico la magnetita tiene propiedades que
variacutean en funcioacuten del tamantildeo de la partiacutecula como la magnetizacioacuten de saturacioacuten
habieacutendose comprobado en 2012 que la magnetita nanomeacutetrica puede mantener estables sus
propiedades magneacuteticas incluso en partiacuteculas de tan soacutelo 1 nm de grosor
No obstante otros ciclos de histeacuteresis reportados indican que mientras que la magnetita en
polvo tiene un comportamiento superparamagneacutetico las partiacuteculas de magnetita auacuten muestran
un pequentildeo campo coercitivo (HC) de unos 20 Oe (1kAm=4π Oe -Oersted) para muestras con
un tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm Por otro lado diferentes simulaciones de magnetitas
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muestran un endurecimiento magneacutetico al disminuir el tamantildeo de grano dese 1μm hasta 100
nm
La explicacioacuten de lo anterior podriacutea ser el aumento de las propiedades de dominio simple
conforme disminuye el tamantildeo de grano hasta que con un tamantildeo de grano de magnetita no
biogeacutenica de 30nm el material habriacutea sobrepasado el rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades superparamagneacuteticas
La clasificacioacuten del comportamiento magneacutetico de las nanopartiacuteculas de magnetita sinteacutetica
difiere tambieacuten de la reportada para magnetitas nanomeacutetricas de origen biogeacutenico en que un
cristal de proporcioacuten cuacutebica (no alargado) de 70 nm es SSD+MD (SSD = magneto estable de
dominio simple MD = multidominio) mientras que los de 30 nm sigue siendo de dominio
simple Asiacute pues el origen de la magnetita tambieacuten puede ser un paraacutemetro diferencial de
algunas de sus propiedades magneacuteticas
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9 FUTUROS TRABAJOS
En este trabajo de investigacioacuten se ha partido de tres aacutereas diferentes
En primer lugar se atiende a los campos electromagneacuteticos sus efectos bioloacutegicos y los
meacutetodos de compensacioacuten de calor de que dispone el cuerpo humano Este aacuterea es
interesante porque indica coacutemo pueden afectar los campos electromagneacuteticos a los seres
vivos auacuten sin tenerse en cuenta la presencia de materiales magneacuteticos
Este aacuterea tiene un amplio abanico de investigaciones pendientes Cada vez son maacutes las
aplicaciones que se realizan y que emiten campos electromagneacuteticos con diferentes
objetivos En el campo de las directrices en cuanto a radiacioacuten es previsible que con el
avance de las investigaciones eacutestas lleguen a tener en cuenta no soacutelo los efectos teacutermicos y
de variaciones conductuales en los animales sino otros efectos de caraacutecter fisioloacutegico Por
ejemplo el hecho de que el cuerpo humano no aumente su temperatura frente a un campo
electromagneacutetico no significa que el hipotaacutelamo no esteacute trabajando para que asiacute sea
Por otro lado y en segundo lugar los estudios de Kirschvink en 1992 demostraron la
presencia de magnetita en el ser humano Este punto se ha desarrollado partiendo de la
magnetita que se haya podido detectar en otros organismos y finaliza presentando los
uacuteltimos descubrimientos acerca de las conexiones entre las concentraciones de hierro en el
cuerpo humano y las enfermedades neurodegenerativas
Respecto a este aacuterea queda mucho por investigar Sirvan de ejemplo la definicioacuten de las
relaciones exactas entre la ferritina y la biomineralizacioacuten de la magnetita en el cuerpo
humano o la definicioacuten de las funciones de la magnetita en el cerebro Sin embargo es un
aacuterea que a priori escapa a una investigacioacuten basada en las tecnologiacuteas industriales
En tercer lugar este trabajo recopila las caracteriacutesticas generales y propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas de la magnetita Sin embargo al constatarse el tamantildeo nanomeacutetrico de los
cristales de magnetita encontrados en el cuerpo humano se hace necesaria la investigacioacuten
de las nanopartiacuteculas magneacuteticas y maacutes concretamente de las caracteriacutesticas y propiedades
eleacutectricas y magneacuteticas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico
Dentro de este aacuterea de investigacioacuten se encauza el presente trabajo de investigacioacuten dentro
de las tecnologiacuteas industriales a traveacutes de la simulacioacuten del comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica de caracteriacutesticas similares a las detectadas en el cuerpo humano
No obstante para ello seriacutea necesario todaviacutea resolver algunas definiciones como son
Se han extraiacutedo los valores de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas
eleacutectricas de la magnetita nanomeacutetrica para diferentes oacuterdenes de frecuencias (de 102 a 10
6
Hz) Sin embargo queda pendiente su homoacutelogo en cuanto a propiedades magneacuteticas
(permeabilidad magneacutetica y tangente de peacuterdidas)
Se ha de revisar si hay otras propiedades que puedan afectar al comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica A modo de ejemplos la magnetoestriccioacuten o inclusive
comportamientos derivados de la teoriacutea cuaacutentica Es probable que la respuesta sea negativa
precisamente en estos dos casos por ejemplo un cristal cuacutebico de unos 30 nm de arista
estariacutea conteniendo unas 36 celdas unitarias de magnetita por arista lo que lleva a 46656
celdas dentro del cristal Puesto que cada celda contiene 8 moleacuteculas de Fe3O4 finalmente
se tendriacutean unos 2612736 aacutetomos de Fe y O cifra muy superior a la habitual en teoriacutea
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cuaacutentica No obstante una revisioacuten maacutes completa de eacutestas y otras propiedades es
aconsejable
Es muy interesante definir el comportamiento teacutermico de la magnetita nanomeacutetrica Por
ejemplo su calor especiacutefico junto con las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas podriacutean
concluir en una simulacioacuten frente a un campo electromagneacutetico en la generacioacuten de un
aumento de temperatura de orden nanomeacutetrico (nanoclima) Si esto se comprobara en
primer lugar y luego se confirmara podriacutea tener serias repercusiones en cuanto a la
concepcioacuten actual de los efectos de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos ya
que un aumento de temperatura en un espacio nanomeacutetrico podriacutea catalizar reacciones
bioquiacutemicas no previstas
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III
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS 99
761 Permeabilidad Magneacutetica 99
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica 100
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal 102
8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN 105
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES VIVOS 105
82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS 106
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO 108
84 LA MAGNETITA MINERAL 109
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA 110
9 FUTUROS TRABAJOS 113
10 REFERENCIAS 115
IV
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global 2
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro 3
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica 4
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos 5
Figura 5 Radiacioacuten gamma 10
Figura 6 Partiacutecula alfa 10
Figura 7 Partiacuteculas beta 10
Figura 8 Partes de una ceacutelula 18
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
18
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena 21
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico 23
Figura 12 Efecto Compton 24
Figura 13 Produccioacuten de pares 24
Figura 14 Modelo de cabeza humana del Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda) plano
coronal y leyenda (abajo-derecha) 48
Figura 15 Magnetosoma de la bacteria magnetotaacutectica 51
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de magnetita
y maghemita del cerebelo humano 55
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano 56
Figura 18 Escaacutener de microscopio de fuerza magneacutetica (MEM) de material de placa de
hipocampo humano mostrando una respuesta magneacutetica dipolar 61
Figura 19 Magnetitas 68
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y 2
tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro 69
Figura 21 Estructura del grupo de la espinela 69
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada en caras 70
Figura 23 Celda unitaria de la magnetita 70
Figura 24 Octaedro 71
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble 71
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica de la magnetita con la temperatura 76
V
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita a bajas temperaturas 76
Figura 28 Isotropiacutea de la conductividad de la magnetita a temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la temperatura de transicioacuten 76
Figura 29 Tipos de magnetismo 78
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar 1χmol en funcioacuten de la temperatura
para MnFe2O4 y Fe3O4 80
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido con magnetita a partir de queroseno (a) y
con aceite comestible (b) 85
Figura 32 Comportamiento de un ferrofluido con un 21 de magnetita y preparado en
aceite comestible 85
Figura 33 Cristales de magnetita producidos hidroteacutermicamente a 250 oC 87
Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC 88
Figura 35 Fotografiacutea HREM de partiacuteculas de magnetita sintetizada 88
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita 88
Figura 37 Difractograma de rayos X de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y patroacuten
de la magnetita (b) 89
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita Fe3O4+δ 94
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha) 95
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b) Imaacutegnes
HRTEM observadas en el eje de la zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las partiacuteculas
magneacuteticas 96
Figura 41 Representaciones de las variaciones de la parte real de la permitividad (41a) la
conductividad (41b) y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas (41c) al variar la frecuencia
de 102
a 106 Hz a una temperatura constante de 300K utilizando en ambos ejes
escalas logariacutetmicas 97
Figura 42 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura medida a 1
MHz 98
Figura 43 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la temperatura e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz 98
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K 99
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La liacutenea
corresponde a la ecuacioacuten de Froumlhlisch-Kennelly 100
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en polvo 100
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe 101
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de magnetita nanomeacutetrica de 30 nm 101
VI
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de magnetita cuacutebica al aplicar un campo
magneacutetico en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes tamantildeos (de izquierda a
derecha 01μm 02 μm 05 μm 07 μm 10 μm) 101
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica 102
Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute 104
VII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro 3
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell 6
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos 7
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM
guidelines Health Physics 74 494-522 (1998) 14
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa) 16
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos 26
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida 28
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex cerebral y
el cerebelo de cada cerebro 53
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las concentraciones
de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal 59
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano 59
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control 64
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras
cerebrales 66
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012 93
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias 97
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la celda unitaria
temperatura de transicioacuten magneacutetica y magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4 102
IX
OBJETIVO Y RESUMEN
El presente trabajo de investigacioacuten tiene como objetivo la recopilacioacuten de informacioacuten que
sirva para determinar en trabajos posteriores las probabilidades si es que las hay de que la
exposicioacuten a un campo electromagneacutetico actualmente permitido y evaluado como inofensivo
para el cuerpo humano pueda tener alguacuten efecto cuando se tiene en cuenta la presencia de
magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico Por ejemplo el efecto de la generacioacuten de un nano-clima
podriacutea tener consecuencias graves en cuanto a desencadenante de reacciones quiacutemicas
bioloacutegicas
Para ello se introduce en primer lugar dentro de la exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos
en los seres vivos algunas de las aplicaciones que pueden afectar a los tejidos bioloacutegicos una visioacuten desde la Organizacioacuten Mundial de la Salud acerca de la normativa vigente y seguridad en materia de radiacioacuten no ionizante y una revisioacuten de los materiales bioloacutegicos a tener en cuenta
junto con algunos ejemplos de simulaciones
A continuacioacuten se realiza una recopilacioacuten de los efectos bioloacutegicos detectados como
consecuencia de la exposicioacuten a los diferentes campos electromagneacuteticos tanto ionizantes
como no ionizantes distinguieacutendose entre efectos teacutermicos ateacutermicos y no teacutermicos y una
aproximacioacuten a los meacutetodos de compensacioacuten del calentamiento de los que dispone el cuerpo
humano y que pueden estar apantallando algunos de los efectos bioloacutegicos pero tambieacuten
pudiendo provocar sobreesfuerzos en otras zonas como el hipotaacutelamo
Posteriormente se expone la presencia de magnetita en los seres vivos (magnetita biogeacutenica) y
en el cuerpo humano y la relacioacuten encontrada entre algunas enfermedades neurodegenerativas
(Parkinson Alzheimer paraacutelisis supranuclear progresiva y neuroferritinopatiacutea) y las
concentraciones de hierro en el organismo
A partir de lo anterior y habiendo introducido en primer lugar la magnetita como uno de entre
los dieciseacuteis oacutexidos hidroacutexidos y oacutexido-hidroacutexidos de hierro presentes en la naturaleza el
trabajo se centra en determinar las principales propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la magnetita
incidiendo en las caracteriacutesticas de su moleacutecula celda unitaria y propiedades cristalograacuteficas y
en las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Finalmente puesto que la magnetita biogeacutenica hallada es en su mayoriacutea de tamantildeo
nanomeacutetrico resulta imprescindible centrar la atencioacuten en las nanopartiacuteculas de magnetita
para seguidamente incidir sobre sus procesos de siacutentesis sus principales usos y aplicaciones
principales caracteriacutesticas y propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Paacutegina 1 de 124
1 INTRODUCCIOacuteN
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son no magneacuteticos
(diamagneacuteticos y paramagneacuteticos) Sin embargo tambieacuten existen materiales ferromagneacuteticos
como la magnetita (Fe3O4) que podriacutea interactuar hasta un milloacuten de veces maacutes frente a un
campo magneacutetico externo En 1992 Kirschivink y colaboradores [1][2]
identifican la presencia
de minerales magneacuteticos presumiblemente magnetita y maghemita en el cerebro del cuerpo
humano Es por ello que se ha incluido en primer lugar a modo de introduccioacuten en el apartado
11 unas nociones baacutesicas acerca de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro su ubicacioacuten en el
sistema global y su intereacutes multidisciplinar
Ante este hallazgo ha surgido repetidamente en el transcurso de los antildeos la pregunta de si los
diferentes campos electromagneacuteticos a los que se expone el cuerpo humano pueden afectar de
alguna manera a los cristales de magnetita que pudieran encontrarse en el cuerpo humano y
provocar asiacute efectos no necesariamente nocivos en el organismo Es por ello que en la
presente introduccioacuten se ha incluido una informacioacuten baacutesica de campos electromagneacuteticos y
dosimetriacutea (apartado 12) Como se veraacute maacutes adelante las relaciones encontradas entre
algunas enfermedades neurodegenerativas y las concentraciones de Fe en el cuerpo humano
son cuanto menos inquietantes
Finalmente se ha de tener en cuenta que las muestras de magnetita encontradas en los
organismos y en el cuerpo humano tienen en general tamantildeo nanomeacutetrico Como se veraacute maacutes
adelante muchos materiales cambian sus caracteriacutesticas al reducir su tamantildeo hasta esta escala
nanomeacutetrica Ello representa un reto antildeadido ya que es la razoacuten por la que tambieacuten resultaraacute
imprescindible una introspeccioacuten en el campo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO
Son compuestos comunes en la naturaleza y disponibles en el laboratorio Estaacuten presentes en
casi todas las partes del sistema global atmoacutesfera pedosfera biosfera hidrosfera y litosfera
y participan en las interrelaciones entre ellas
La figura 1 [3]
esquematiza la localizacioacuten de los oacutexidos de hierro en la Tierra a partir de
menas rocas y el agua
Paacutegina 2 de 124
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global
Inicialmente la formacioacuten de oacutexidos de FeIII
se relacionaba predominantemente con las rocas
magmaacuteticas tanto en ambiente terrestre como marino Luego se han de tener en cuenta los
procesos de redistribucioacuten entre los subsistemas del sistema global que incluyen el
transporte mecaacutenico a traveacutes de la erosioacuten del aire y del agua desde la pedosfera hacia la
hidrosfera y la atmoacutesfera y lo que es maacutes importante la disolucioacuten de FeII y precipitacioacuten
oxidativa en otro subsistema
La formacioacuten de minerales de hierro y la precipitacioacuten de oacutexidos de hierro en biologiacutea son
ejemplos importantes de redistribucioacuten El ser humano participa en estos procesos no soacutelo
como organismo vivo sino tambieacuten como un consumidor del metal de hierro y sus oacutexidos
para diferentes propoacutesitos El resultado general de todos estos procesos es un incremento de
la presencia de oacutexidos de hierro en el sistema global a expensas de las rocas magmaacuteticas
primarias
La consecuencia loacutegica de la amplia distribucioacuten de los oacutexidos de hierro es que muchas
disciplinas diferentes se han interesado en ellos En la figura 2 se esquematiza la naturaleza
multidisciplinar de las investigaciones que se han realizado sobre los oacutexidos de hierro
Paacutegina 3 de 124
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro
Hay 16 oacutexidos de hierro [3]
los cuales pueden ser oacutexidos hidroacutexidos u oacutexido-hidroacutexidos
aunque de forma geneacuterica se les llama oacutexidos de hierro los cuales se han listado en la tabla 1
Los oacutexidos de hierro estaacuten compuestos de Fe junto con O yo OH La mayoriacutea de los
compuestos de hierro estaacuten en estado trivalente Tres compuestos entre ellos la magnetita
contienen FeII Los oacutexidos de hierro constituyen paquetes cerrados de aniones (normalmente
en configuracioacuten hexagonal o cuacutebica) cuyos huecos se llenan parcialmente con Fe divalente o
trivalente predominantemente en configuracioacuten octaeacutedrica y en algunos casos tetraeacutedrica
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro
Paacutegina 4 de 124
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA
Los campos electromagneacuteticos son una combinacioacuten de campos de fuerza eleacutectricos y
magneacuteticos Tienen lugar tanto de forma natural como debido a la actividad humana [4]
La
figura 3 representa la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica a lo largo de una direccioacuten de
propagacioacuten al tiempo que los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten en fase es decir toman
valores extremos y valores nulos al mismo tiempo
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica
En el medio en que vivimos hay campos electromagneacuteticos en todo lugar y tiempo pero son
invisibles para el ojo humano Por ejemplo los campos eleacutectricos se producen por
acumulacioacuten de cargas eleacutectricas en determinadas zonas de la atmoacutesfera por efecto de las
tormentas mientras que el campo magneacutetico terrestre provoca la orientacioacuten de las agujas de
los compases en direccioacuten norte-sur y paacutejaros y peces lo utilizan para orientarse La figura 4
muestra para un espectro electromagneacutetico a diferentes frecuencias y loacutegicamente de
longitudes de onda la penetracioacuten de los campos electromagneacuteticos en la atmoacutesfera asiacute como
la temperatura en Kelvin y grados Celsius a la que los cuerpos emiten la onda maacutes
intensamente
Paacutegina 5 de 124
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos
Ademaacutes de las fuentes naturales en el espectro electromagneacutetico hay fuentes artificiales Por
ejemplo para diagnosticar la rotura de un hueso se utilizan los rayos X el suministro
eleacutectrico lleva asociados campos electromagneacuteticos de frecuencia baja y se usan diferentes
tipos de ondas de radio de frecuencia maacutes alta para transmitir informacioacuten ya sea por medio
de antenas de televisioacuten estaciones de radio o estaciones base de telefoniacutea moacutevil
Consideremos ahora el ejemplo de la exposicioacuten a la radiacioacuten solar El Sol da calor y luz
que puede provocar quemaduras si la exposicioacuten es suficientemente prolongada (efecto del
tiempo de exposicioacuten) para que la melanina no pueda protegernos (la melanina es un
pigmento que da al pelo y a la piel su color y que nos protege frente a las radiaciones
ultravioleta ndashUV- y visible) Podemos controlar sus efectos utilizando gafas de sol
sombreros ropas etc (medidas de prevencioacuten frente a la intensidad de exposicioacuten) Algunos
efectos de esta radiacioacuten pueden ser nocivos pero otros pueden ser altamente beneficiosos
para la salud
Un efecto bioloacutegico de un campo electromagneacutetico ocurre cuando la exposicioacuten al mismo
causa alguacuten efecto fisioloacutegico detectable en un sistema vivo Este efecto puede o no llevar a
un efecto nocivo Por tanto es esencial diferenciar entre efecto bioloacutegico y efecto nocivo
Los efectos sobre la salud positivos y negativos son frecuentemente resultado de efectos
bioloacutegicos que se acumulan sobre un cierto espacio temporal y que ademaacutes dependen de la
dosis recibida
Los campos electromagneacuteticos pueden propagarse a traveacutes de cualquier medio dieleacutectrico o
magneacutetico y quedan definidos matemaacuteticamente por las ecuaciones de Maxwell A
continuacioacuten se expone en la tabla 2 las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial asiacute
como su ley predecesora y las denominadas ecuaciones constitutivas
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Ley precedente Forma diferencial de la ecuacioacuten de Maxwell
Ley de Gauss
nabla
Ley de Gauss para el campo
magneacutetico nabla
Ley de Faraday
Ley de Ampere
generalizada
Ecuaciones constitutivas
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell
Siendo
= densidad de flujo o induccioacuten magneacutetica (Wbm2)
= densidad de flujo o desplazamiento eleacutectrico (Cm2)
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
= intensidad de campo magneacutetico (Am)
= densidad superficial de corriente (Am2)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
ε = permitividad eleacutectrica (Fm)
μ = permeabilidad magneacutetica (Hm)
Radiacioacuten ionizante y no ionizante [5]
Las ondas electromagneacuteticas son transportadas por
partiacuteculas llamadas cuantos de luz Los cuantos de luz de ondas con frecuencias maacutes altas
(longitudes de onda maacutes cortas) transportan maacutes energiacutea que los de las ondas de menor
frecuencia (longitudes de onda maacutes largas) Algunas ondas electromagneacuteticas transportan
tanta energiacutea por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moleacuteculas
De las radiaciones que componen el espectro electromagneacutetico los rayos gamma que emiten
los materiales radioactivos los rayos coacutesmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se
conocen como laquoradiacioacuten ionizanteraquo
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energiacutea suficiente para romper los enlaces
moleculares se conocen como laquoradiacioacuten no ionizanteraquo
Las fuentes de campos electromagneacuteticos artificiales que constituyen una parte fundamental
de las sociedades industriales (electricidad microondas y campos de radiofrecuencia) estaacuten
en el extremo del espectro electromagneacutetico correspondiente a longitudes de onda
relativamente largas y frecuencias bajas y su radiacioacuten es no ionizante
Frecuencia de resonancia El fenoacutemeno de resonancia se manifiesta cuando una onda
interactuacutea con un sistema cuya frecuencia propia o fundamental es igual o un muacuteltiplo entero
de la frecuencia de la oscilacioacuten La frecuencia propia del sistema es la frecuencia
fundamental en alguno de sus modos de vibracioacuten
Un ejemplo cotidiano Cuando se impulsa un columpio con un nintildeo sentado si se considera
el columpio como un peacutendulo eacuteste tiene una frecuencia propia dada por el peso del nintildeo sin
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importar la amplitud de la oscilacioacuten es decir sin importar la altura que alcanza el nintildeo al
columpiarse Cuando otra persona impulsa al nintildeo en el columpio cada vez que pasa por su
posicioacuten eacutesta ejerce su fuerza una vez por ciclo por lo que la frecuencia de la fuerza
impulsora es igual a la frecuencia propia del sistema columpio-nintildeo y la amplitud de
oscilacioacuten aumenta (fuerza y movimiento estaacuten en fase estaacuten en resonancia)
A nivel de campos electromagneacuteticos el acoplo de los campos y la distribucioacuten interna de
energiacutea absorbida son funciones del tamantildeo forma orientacioacuten y propiedades dieleacutectricas
(permitividad y conductividad baacutesicamente) de los seres vivos
Dosimetriacutea Electromagneacutetica Establece la relacioacuten entre una distribucioacuten de campos
electromagneacuteticos libre de perturbaciones y los campos inducidos dentro de los tejidos
bioloacutegicos El fenoacutemeno de exposicioacuten es muy diferente en situaciones de campo proacuteximo y
campo lejano El cuerpo humano extrae energiacutea fundamentalmente del campo eleacutectrico La
TAE (Tasa de Absorcioacuten Especiacutefica) o SAR (Specific Absorption Rate) es la cantidad que
describe la potencia de absorcioacuten de los campos electromagneacuteticos en los tejidos
expresados en vatios por kilogramo [6]
TAE =
Wm
3 TAE = =
WKg
Siendo
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
σ = conductividad eleacutectrica (Sm -siemens por metro- o Ω-1
middotm-1
)
Para un oacutergano concreto la potencia recibida es P =
m = masa (Kg)
El efecto bioloacutegico mejor detectado de la absorcioacuten de un campo electromagneacutetico en los
seres vivos es un incremento de la temperatura T por lo que se suele asociar
TAE = c
c = calor especiacutefico (Jmiddotkg
-1middotK
-1)
No obstante esta relacioacuten puede resultar bastante maacutes compleja en los seres vivos por los
efectos termorreguladores
Por otro lado se presenta en la tabla 3 con respecto a la cuantificacioacuten de la exposicioacuten a
muacuteltiples fuentes electromagneacuteticas los liacutemites actuales establecidos teniendo en cuenta las
sumas de cada fuente detectada con diferente formulacioacuten seguacuten el organismo
NRPB
le 1
le 1
le 1
ICNIRP
+
le 1
+
le 1
NRPB (National Radiological Protection Board)
ICNIRP (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection)
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos
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2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
En este capiacutetulo se realiza una recopilacioacuten de las fuentes principales y aplicaciones que se
hacen de los campos electromagneacuteticos y que pueden afectar en diferentes formas y grados a
los tejidos bioloacutegicos tanto en radiacioacuten ionizante como no ionizante Posteriormente se
expone un resumen de las directrices en cuanto a radiacioacuten no ionizante y la evaluacioacuten de la
exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos Finalmente se realiza una introduccioacuten a los
diferentes tipos de materiales bioloacutegicos que se han de tener en cuenta en la exposicioacuten a los
campos electromagneacuteticos y se citan algunos ejemplos de simulaciones
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS
211 Radiacioacuten Ionizante
Radiacioacuten ultravioleta (UV) Soacutelo pueden originar ionizacioacuten en determinadas
circunstancias Para distinguir este tipo de radiacioacuten de la radiacioacuten que siempre causa
ionizacioacuten se establece un liacutemite energeacutetico inferior arbitrario para la radiacioacuten ionizante
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)
Equipos de Difraccioacuten de Rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina
principalmente con objetivos diagnoacutesticos Los rayos X usados en difraccioacuten [7]
tienen
longitudes de onda en el rango 05 ndash 25 Aring siendo el angstrom (1Aring = 10-10
m) Los rayos X
se producen cuando una partiacutecula cargada eleacutectricamente con suficiente energiacutea cineacutetica es
frenada raacutepidamente Habitualmente las partiacuteculas utilizadas son los electrones y la radiacioacuten
se obtiene en un dispositivo conocido como tubo de rayos X que contiene una fuente de
electrones y dos electrodos metaacutelicos
El alto voltaje entre los electrodos dirige los electrones hacia el aacutenodo ndasho blanco- y al
golpear sobre eacutel con una elevada velocidad producen rayos X en el punto de impacto que se
irradian en todas direcciones La mayor parte de la energiacutea cineacutetica de los electrones que
golpean el blanco se convierte en calor y uacutenicamente menos de un 1 se transforma en rayos
X
La difraccioacuten es esencialmente un fenoacutemeno de dispersioacuten al interactuar los rayos X con la
materia Se produce cuando algunos fotones del haz incidente son desviados sin peacuterdida de
energiacutea constituyendo la radiacioacuten dispersada exactamente con la misma longitud de onda λ
que la radiacioacuten incidente
Rayos Gamma Los rayos gamma maacutes energeacuteticos se han observado en los rayos coacutesmicos
Se producen en la desintegracioacuten radiactiva normalmente con el objetivo de producir
energiacutea en reactores nucleares y en aplicaciones meacutedicas como fuentes de radioterapia
aunque tambieacuten se usan con fines militares
La radiacioacuten gamma como muestra esquemaacuteticamente la figura 5 es radiacioacuten
electromagneacutetica emitida por un nuacutecleo cuando experimenta una transicioacuten de un estado de
energiacutea maacutes alta a un estado energeacutetico maacutes bajo El nuacutemero de protones y neutrones del
nuacutecleo no variacutea en estas transiciones
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Los rayos gamma se emiten a menudo inmediatamente despueacutes de una desintegracioacuten alfa o
beta en la que el nuacutecleo haya quedado en un estado de mayor energiacutea Los rayos gamma
tambieacuten pueden ser el resultado de la captura de un neutroacuten y de la dispersioacuten inelaacutestica de
partiacuteculas subatoacutemicas por nuacutecleos
Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen
alcances definidos en la materia los rayos
gamma experimentan una atenuacioacuten
exponencial a medida que atraviesan la materia
(si no se tiene en cuenta la acumulacioacuten de
energiacutea que resulta de la dispersioacuten de los
rayos gamma dentro de un material)
Figura 5 Radiacioacuten gamma
2111 Partiacuteculas Alfa Partiacuteculas Beta y Neutrones
Partiacuteculas alfa Estas partiacuteculas son el conjunto de dos
protones y dos electrones como se representa en la figura
6 Tienen su origen en el nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo
en proceso de desintegracioacuten y consiste en un
acercamiento ocasional de dos protones y dos neutrones
que se mueven lentamente atrapando electrones y
asemejando la estructura del helio [8]
Tienen una carga
eleacutectrica positiva y alta densidad de ionizacioacuten (7 MeV)
a pesar de lo cual viajan muy poco (10cms) y son
detenidas por una peliacutecula de agua papel o la piel
Figura 6 Partiacutecula alfa
Partiacuteculas beta Estaacuten formadas por electrones que
vienen del nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo en
desintegracioacuten Las partiacuteculas beta tienen una carga
negativa y en algunas ocasiones se desprenden tambieacuten
partiacuteculas con la misma masa del electroacuten pero con carga
positiva (positrones) Viajan a una alta velocidad y tienen
una energiacutea de 4MeV o mayor Su capacidad de
penetracioacuten es mayor que las partiacuteculas alfa pero su
poder de ionizacioacuten es menor Penetran 4 cm en madera y
hasta 13 cm en piel [8]
La figura 7 representa
esquemaacuteticamente las partiacuteculas beta
Figura 7 Partiacuteculas beta
Neutrones Por lo general los neutrones no son emitidos como resultado directo de la
desintegracioacuten radiactiva natural sino que se producen durante reacciones nucleares [8]
Los reactores nucleares son los que generan neutrones con mayor abundancia Los reactores
nucleares producen neutrones cuando los nuacutecleos del uranio que constituye el combustible
nuclear se desdoblan o fisionan De hecho la produccioacuten de neutrones es esencial para
mantener la fisioacuten nuclear en un reactor
Los aceleradores de partiacuteculas y las fuentes especiales de neutrones tambieacuten producen
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neutrones Los aceleradores de partiacuteculas producen neutrones mediante la aceleracioacuten de
partiacuteculas cargadas como protones o electrones hasta que alcanzan altas energiacuteas para
bombardear con ellas los nuacutecleos estables de un blanco Las partiacuteculas que pueden resultar
de estas reacciones nucleares no son uacutenicamente neutrones
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas)
Radiacioacuten Ultravioleta (RUV) Por su longitud de onda se distingue entre UVA (315 a 400
nm) UVB (280 a 315 nm) y UVC (100 a 280 nm) Entre las fuentes artificiales maacutes
importantes de exposicioacuten humana estaacuten las siguientes [9]
Soldadura al arco industrial La principal fuente de exposicioacuten potencial a la RUV es la
energiacutea radiante de los equipos de soldadura al arco Los niveles de RUV en torno al
equipo de soldadura son muy altos y pueden producirse lesiones oculares y cutaacuteneas
graves en un tiempo de 3 a 10 minutos de exposicioacuten a distancias visuales de unos pocos
metros La proteccioacuten de ojos y piel es obligatoria
Laacutemparas de RUV industriales y en el puesto de trabajo Muchos procesos industriales y
comerciales tales como el curado fotoquiacutemico de tintas pinturas y plaacutesticos requieren la
utilizacioacuten de laacutemparas que emiten una radiacioacuten intensa en la regioacuten del UV
Laacutemparas de luz negra Son laacutemparas especializadas que emiten predominantemente en la
regioacuten UV y por lo general se utilizan para pruebas no destructivas con polvos
fluorescentes para la autentificacioacuten de billetes bancarios y documentos y para efectos
especiales en publicidad y discotecas No plantean ninguacuten riesgo de exposicioacuten
considerable para las personas excepto en ciertos casos de piel fotosensibilizada
Tratamiento meacutedico Las laacutemparas de RUV se utilizan en medicina para diversos fines de
diagnoacutestico -normalmente UVA- y terapeacuteuticos Los niveles de exposicioacuten del paciente
variacutean considerablemente seguacuten el tipo de tratamiento y las laacutemparas UV empleadas en
dermatologiacutea requieren una utilizacioacuten cuidadosa por parte del personal
Laacutemparas RUV germicidas La RUV con longitudes de onda en el intervalo de 250-265
nm es la maacutes eficaz para esterilizacioacuten y desinfeccioacuten dado que corresponde a un nivel
maacuteximo en el espectro de absorcioacuten del ADN Como fuente UV se utilizan con frecuencia
tubos de descarga de mercurio de baja presioacuten ya que maacutes del 90 de la energiacutea radiada
se emite en la liacutenea de 254 nm(UVC)
Bronceado cosmeacutetico Se trata de las camas solares para broncearse por medio de
laacutemparas especiales que emiten principalmente UVA aunque tambieacuten algo en de UVB
El uso habitual de una cama solar puede contribuir considerablemente a la exposicioacuten
cutaacutenea anual de una persona al UV Asiacute mismo el personal que trabaja en salones de
bronceado puede resultar expuesto a bajos niveles
Alumbrado general Las laacutemparas fluorescentes son de uso habitual en el lugar de trabajo
y domeacutestico Estas laacutemparas emiten pequentildeas cantidades de RUV y solo contribuyen en
un pequentildeo porcentaje a la exposicioacuten anual de una persona a la radiacioacuten UV
Radiofrecuencias (RF) Y Microondas (MW) Entre las aplicaciones de las MW y RF
podemos nombrar las estaciones de radio y televisioacuten comunicaciones punto-punto en
microondas comunicaciones moacuteviles de todo tipo (celulares de onda corta etc)
radioaficionados navegacioacuten (mariacutetima y aeacuterea) aplicaciones radar (militares y civiles)
hornos microondas (para cocinar y aplicaciones industriales) amplificadores en
compatibilidad electromagneacutetica y metrologiacutea
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Los elementos baacutesicos de un sistema de RFMW son generadores o fuentes de RFMW
liacuteneas de transmisioacuten (elementos utilizados para transportar la energiacutea del generador a la
antena y baacutesicamente pueden ser cables coaxiales liacuteneas planas o guiacuteas de onda) y las
antenas (dispositivos que acoplan el circuito que genera la energiacutea electromagneacutetica al
espacio libre por donde se propaga la energiacutea electromagneacutetica que posteriormente recogeraacute
otra antena)
En cuanto a los diferentes sistemas dependiendo de las aplicaciones podemos nombrar los
siguientes [9]
[5]
Transmisores de televisioacuten y radio terrestres Las estaciones de radio y televisioacuten emiten
sus sentildeales a traveacutes de antenas de AM (amplitud modulada) FM (frecuencia modulada)
VHF (Very High Frecuency) y UHF (Ultra High Frecuency) Normalmente las sentildeales de
radio AM emiten entre 535-1700 KHz y las de FM entre 87-108 MHz
Sistemas de radar La palabra radar es un acroacutenimo utilizado por la marina estadounidense
en 1942 que significa deteccioacuten y alcance viacutea radio (radio detecting and ranging) y por
supuesto desarrollado uacutenicamente con fines militares aunque despueacutes su utilidad se
expandioacute a otros aacutembitos El radar mide la intensidad y tiempo que tarda en volver un
pulso que enviacutea una antena y que choca en un blanco De esa informacioacuten se obtiene la
distancia a la que se encuentra Se enviacutean alrededor de 1500 pulsos de alta potencia por
segundo con una anchura de 10-50 μs Asiacute mismo son comunes los radares de traacutefico que
a traveacutes del efecto Doppler calculan la velocidad a la que avanza un moacutevil Los primeros
radares de efecto Doppler funcionaban a 10525 GHz dentro de la banda X
Posteriormente se usaron a frecuencias de 2415 GHz (en banda milimeacutetrica) En la
actualidad se utilizan en la banda de 337-36 GHz Estos radares emiten una sentildeal de deacutebil
potencia en forma de onda continua (CW) en lugar de pulsos y las potencias son del orden
de 10 a 100 mW siendo un valor tiacutepico 15 mW que es considerado una sentildeal de deacutebil
Estaciones de sateacutelites terrestres Un sateacutelite es un transmisor receptor que es lanzado por
un cohete y colocado en oacuterbita alrededor de la Tierra sometido a la atraccioacuten
gravitacional Sus funciones son muacuteltiples telefoacutenicas meteoroloacutegicas deteccioacuten en la
Tierra y lejana televisioacuten y radio y en plataformas para sistema global de
posicionamiento (GPS) Son muy comunes las antenas paraboacutelicas para plataformas de
televisioacuten digital que reciben sentildeal enviada por las situadas en sateacutelites en oacuterbita
geoestacionaria a 36000 Kms de la Tierra
Comunicaciones microondas Las comunicaciones punto a punto entre antenas con
ldquovisioacutenrdquo directa es una forma de comunicacioacuten utilizada habitualmente en
radiocomunicaciones Las antenas de comunicacioacuten de microondas emiten y reciben
sentildeales de relativamente baja potencia a traveacutes de distancia no muy grandes
Normalmente las antenas empleadas son muy directivas de forma que existe muy poca
sentildeal en otra direccioacuten que no sea la del camino directo entre dos antenas
Equipos moacuteviles de radio Estos sistemas (no los celulares actuales) son los maacutes antiguos
sistemas de comunicacioacuten sin cable Comenzoacute en USA en 1921 operando a 2MHz de
forma experimental para los departamentos de policiacutea y no empezaron de forma praacutectica
hasta los antildeos 40
Equipos buscadores Son equipos que avisan cuando reciben una sentildeal emitida por una
antena Su utilidad ha disminuido con la llegada de la telefoniacutea celular pero auacuten sigue
siendo una buena opcioacuten en determinados sectores Las frecuencias de las sentildeales pueden
estar entre 16-150 KHz para lugares de menos de 4 hectaacutereas en las bandas de HF (26-31
MHz) o VHF (49 MHz) en la de UHF (459 MHz) para edificios e industrias
Habitualmente los transmisores se colocan en lo alto de los edificios
Comunicaciones celulares (telefoniacutea moacutevil) Este es un tipo de comunicacioacuten de banda
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limitada analoacutegica o digital en la que una persona se comunica viacutea radio a traveacutes de un
terminal moacutevil con una antena que estaacute situada relativamente cerca de eacutel Su crecimiento
ha sido brutal es estos pocos uacuteltimos antildeos comenzando en los antildeos 80 con la primera
generacioacuten de moacuteviles con tecnologiacutea analoacutegica Posteriormente se inicioacute la tecnologiacutea
digital lo que supuso una mejora en las prestaciones y servicios ofrecidos Se ha utilizado
el sistema GSM (Global System for Mobile Comunication) y la estandarizacioacuten llevoacute a
una tercera generacioacuten de moacuteviles denominada UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) que en Europa se localiza en la banda de 2 GHz
Sistemas de comunicacioacuten personal Aquiacute se engloban todos aquellos sistemas de
comunicacioacuten personal sin cable
Otros sistemas Se engloban todos aquellos sistemas que no se utilizan para la
comunicacioacuten personal Asiacute la energiacutea de RF en el rango de 3 a 300 MHz se utiliza para
distintos procesos industriales de calentamiento Asimismo aprovechando la habilidad de
la energiacutea de microondas para penetrar en un medio material se utilizan para muchas
aplicaciones los hornos microondas En particular en los hogares se utilizan hornos
microondas operando a una frecuencia de 245 GHz
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas)
Los campos eleacutectrico y magneacutetico de muy baja frecuencia (ELF) -de 0 a 300 Hz- se
encuentran comuacutenmente en nuestro entorno [9]
[5]
En los hogares las fuentes de estos campos son por ejemplo mantas eleacutectricas
calentadores de agua secadores de pelo afeitadoras eleacutectricas televisiones terminales de
video sistemas de muacutesica sistemas de aire acondicionado tubos fluorescentes
frigoriacuteficos estufas y cualquier otro electrodomeacutestico
En los lugares de trabajo son comunes fuentes de radiacioacuten ELF tales como ordenadores
maacutequinas de fax copiadoras luces fluorescentes impresoras scanner centralitas
telefoacutenicas motores y otros dispositivos eleacutectricos
Normalmente la discusioacuten sobre los efectos se restringe al campo magneacutetico que es
producido por corrientes alternas o campos variantes en el tiempo cuya intensidad y
direccioacuten cambien de forma regular Estos campos provienen principalmente de fuentes
creadas por el hombre especialmente de servicios de potencia eleacutectrica electrodomeacutesticos y
sistemas de comunicacioacuten
Es muy comuacuten citar el campo estaacutetico magneacutetico generado por la Tierra como fuente de
especial atencioacuten Sin embargo hay que considerar que su comparacioacuten con los campos
provocados artificialmente no es adecuada debido a que la influencia en la materia es
bastante diferente entre un campo estaacutetico y uno variable en el tiempo [9]
La variacioacuten del campo magneacutetico con la distancia a la fuente que lo crea depende del tipo
de fuente [9]
Asiacute si la fuente es un simple hilo conductor el campo variacutea como 1r Si el
campo lo provocan un par de hilos conductores entonces la variacioacuten es 1r2 Si la fuente es
un lazo de corriente como lo que ocurre en los transformadores de la mayoriacutea de los
electrodomeacutesticos y ordenadores la variacioacuten es como 1r3 Otro tipo de fuente es la creada
por las liacuteneas de alta tensioacuten Eacutestas son transmitidas mediante liacuteneas de distribucioacuten de tres
hilos Cada uno de ellos lleva una corriente desfasada de los demaacutes en 120ordm que se llama
circuito balanceado En este caso el campo magneacutetico es proporcional a 1r2 y si la liacutenea no
estaacute balanceada entonces el campo variacutea como 1r
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22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE
Las normas que previenen la exposicioacuten excesiva a los campos electromagneacuteticos (CEM)
presentes en el entorno existen de forma similar a otras normas establecidas para proteger
nuestra salud (aditivos alimentarios concentraciones de productos quiacutemicos en agua
contaminantes del aire etc)
Cada paiacutes establece sus propias normas nacionales relativas a la exposicioacuten a CEM Sin
embargo la mayoriacutea de estas normas nacionales se basan en las recomendaciones de la
Comisioacuten Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) Esta
organizacioacuten no gubernamental reconocida formalmente por la OMS evaluacutea los resultados
de estudios cientiacuteficos realizados en todo el mundo Basaacutendose en un anaacutelisis en profundidad
de todas las publicaciones cientiacuteficas la ICNIRP elabora unas directrices en las que
establece liacutemites de exposicioacuten recomendados las cuales se revisan perioacutedicamente y en
caso necesario se actualizan
El siguiente cuadro (tabla 4) [5]
resume los liacutemites recomendados de exposicioacuten actualizados
en 1998 por la ICNIRP correspondientes a los tipos de tecnologiacuteas que han causado
preocupacioacuten en la sociedad la electricidad en el hogar las estaciones base de telefoniacutea
moacutevil y los hornos de microondas
Frecuencia de
la red eleacutectrica
europea
Frecuencia de estaciones
base de telefoniacutea moacutevil
Frecuencia de los hornos
de microondas
Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 18 GHz 245 GHz
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Campo
magneacutetico
(microT)
Densidad de
potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Liacutemites de
exposicioacuten
para la
poblacioacuten
5 000 100 45 9 10
Liacutemites de
exposicioacuten
ocupacionales
10 000 500 225 45
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM guidelines
Health Physics 74 494-522 (1998)
Los liacutemites de exposicioacuten recomendados de algunos paiacuteses de la ex Unioacuten Sovieacutetica y los de
paiacuteses occidentales pueden llegar a diferenciarse en un factor de maacutes 100 Con la
globalizacioacuten del comercio y la raacutepida penetracioacuten de las telecomunicaciones en todo el
mundo ha surgido la necesidad de disponer de normas universales Las normas futuras se
basaraacuten en los resultados del Proyecto Internacional sobre campos electromagneacuteticos de la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS)
Un liacutemite recomendado no define de forma exacta el liacutemite entre la seguridad y el peligro
No existe un nivel uacutenico por encima del cual la exposicioacuten se convierte en peligrosa para la
salud sino que el riesgo potencial para la salud aumenta de forma gradual con el nivel de
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exposicioacuten de las personas Las directrices marcan un determinado umbral por debajo del
cual la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos se considera segura seguacuten los conocimientos
de la ciencia No se deduce de forma automaacutetica que por encima del liacutemite indicado la
exposicioacuten sea perjudicial
Para fijar los liacutemites de exposicioacuten los estudios cientiacuteficos deben identificar el umbral en el
que se manifiestan los primeros efectos sobre la salud cuyos experimentos deben basarse en
estudios con animales
Los estudios en animales [9]
llamados in vivo tienen por objeto determinar los efectos
bioloacutegicos de campos eleacutectrico y magneacutetico sobre animales completos Las investigaciones
en animales expuestos a agentes toacutexicos sospechosos son importantes para la prediccioacuten de
la potencial toxicidad en los humanos y en la confirmacioacuten de los efectos indicados por los
estudios epidemioloacutegicos Tambieacuten proporcionan una informacioacuten muy valiosa para estimar
los niveles a los que la toxicidad puede ocurrir Los estudios en animales son muy
importantes pues pueden ser la base para elaborar modelos fiables en los que examinar coacutemo
los campos electromagneacuteticos influyen en la causa del riesgo El proceso usual es exponer a
los animales a un CEM y observar si desarrollan riesgos en su salud caacutencer u otras
enfermedades Estos experimentos en si mismos hay que tomarlos con mucha cautela en el
sentido en que los animales podriacutean no exhibir las mismas respuestas sensibilidad y
propiedades que los humanos a los paraacutemetros de la exposicioacuten
Frecuentemente se producen en los animales cambios sutiles de comportamiento a niveles
bajos de exposicioacuten que preceden a cambios draacutesticos en la salud con niveles altos El
comportamiento anormal es un indicador muy sensible de la existencia de una respuesta
bioloacutegica este comportamiento anormal se ha seleccionado como el miacutenimo efecto
perjudicial para la salud observable Las directrices recomiendan prevenir la exposicioacuten a
campos electromagneacuteticos a niveles en los que se producen cambios de comportamiento
perceptibles
Este umbral de cambios de comportamiento no es igual al liacutemite recomendado sino que la
ICNIRP aplica un factor de seguridad de 10 en el caacutelculo de los liacutemites de exposicioacuten
ocupacionales y un factor de 50 para obtener el valor recomendado para la poblacioacuten
general Asiacute por ejemplo en los intervalos de frecuencia de radio y microondas los niveles
maacuteximos que probablemente experimentaraacute en el entorno o en el hogar son al menos 50
veces menores que el umbral en el que se manifiestan los primeros cambios de
comportamiento en animales
La razoacuten por la que los liacutemites de exposicioacuten para la poblacioacuten general son maacutes estrictos que
los liacutemites para la poblacioacuten expuesta por motivos ocupacionales es que eacutesta uacuteltima estaacute
formada por adultos que generalmente estaacuten sometidos a condiciones de campos
electromagneacuteticos conocidas y recibe formacioacuten sobre los riesgos potenciales y sobre coacutemo
tomar precauciones adecuadas mientras que en la poblacioacuten general hay personas de todas
las edades y con diversos estados de salud que en muchos casos no saben que estaacuten
expuestos a CEM
Las directrices o normas no se pueden establecer actualmente basaacutendose en especulaciones
sobre los posibles efectos a largo plazo sobre la salud Del conjunto de los resultados de
todas las investigaciones no puede deducirse que los campos electromagneacuteticos produzcan
efectos a largo plazo sobre la salud como el caacutencer
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Las directrices se establecen para la poblacioacuten media y no pueden tener en cuenta
directamente las necesidades de una minoriacutea de personas potencialmente maacutes sensibles Por
ejemplo las directrices sobre contaminacioacuten atmosfeacuterica no se basan en las necesidades
especiales de las personas asmaacuteticas De forma similar las directrices sobre campos
electromagneacuteticos no estaacuten disentildeadas para proteger a las personas de las interferencias en los
dispositivos electroacutenicos meacutedicos implantados como los marcapasos cardiacuteacos Por el
contrario estas personas deben solicitar a los fabricantes y al meacutedico que ha implantado el
dispositivo que les asesore sobre el tipo de exposiciones que deben evitar
El siguiente cuadro (tabla 5) [5]
indica las fuentes maacutes comunes de campos
electromagneacuteticos Todos los valores son niveles maacuteximos de exposicioacuten de la poblacioacuten
por lo que normalmente la poblacioacuten estaacute sometida a una exposicioacuten mucho menor
Fuente Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Densidad de flujo
magneacutetico (microT)
Campos naturales 200 70 (campo magneacutetico
terrestre)
Red eleacutectrica (en hogares que no estaacuten
proacuteximos a liacuteneas de conduccioacuten eleacutectrica)
100 02
Red eleacutectrica (bajo liacuteneas principales de
conduccioacuten eleacutectrica)
10 000 20
Trenes y tranviacuteas eleacutectricos 300 50
Pantallas de televisioacuten y computadora (en la
posicioacuten del usuario)
10 07
Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten (Wm2)
Transmisores de televisioacuten y radio 01
Estaciones base de telefoniacutea moacutevil 01
Radares 02
Hornos de microondas 05
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa)
En situaciones cotidianas la mayoriacutea de las personas no se ven expuestas a campos
electromagneacuteticos superiores a los liacutemites recomendados Los niveles de exposicioacuten tiacutepicos
son muy inferiores a estos liacutemites Sin embargo en ocasiones una persona puede exponerse
durante un periacuteodo corto a niveles que se aproximan o incluso superan los niveles
recomendados Seguacuten la ICNIRP para tener en cuenta los efectos acumulados la exposicioacuten
a los campos de frecuencia de radio y de microondas se debe calcular como promedio
durante un determinado periacuteodo las directrices establecen que dicho periacuteodo debe ser de seis
minutos y se consideran aceptables las exposiciones a corto plazo superiores a los liacutemites
Seguacuten las directrices la exposicioacuten a campos eleacutectricos y magneacuteticos de frecuencia baja no
se calcula como promedio en el tiempo sino que se incorpora el factor de acoplamiento El
acoplamiento se refiere a la interaccioacuten entre los campos eleacutectricos y magneacuteticos y el cuerpo
expuesto a la radiacioacuten y es funcioacuten del tamantildeo y forma del cuerpo el tipo de tejido y la
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orientacioacuten del cuerpo con respecto al campo
Las directrices deben ser conservadoras la ICNIRP siempre supone un acoplamiento
maacuteximo del campo a la persona expuesta Por consiguiente los liacutemites recomendados
proporcionan una proteccioacuten maacutexima Por ejemplo aunque las intensidades del campo
magneacutetico de las secadoras de pelo y de las maacutequinas de afeitar superan aparentemente los
valores recomendados el acoplamiento extremadamente deacutebil entre el campo y la cabeza
impide la induccioacuten de corrientes eleacutectricas que podriacutean superar los liacutemites recomendados
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten
La evaluacioacuten de la exposicioacuten es la determinacioacuten o estimacioacuten de la magnitud y
frecuencia de ocurrencia de la exposicioacuten para un individuo o grupo a un agente del medio
ambiente [9]
Ello es clave para los estudios epidemioloacutegicos si los epidemiologistas no
pueden evaluar la exposicioacuten de los individuos a un agente ldquosospechosordquo no podraacuten
determinar la influencia de ese agente sobre la salud o la enfermedad
Siempre que estamos en contacto con un agente medioambiental (en el aire el agua la
comida etc) estamos expuestos a ese agente Algunos factores son beneficiosos otros
perjudiciales y otros ninguna de las dos cosas y ello baacutesicamente dependiendo de la
duracioacuten de la exposicioacuten Es muy uacutetil diferenciar entre exposicioacuten y dosis
Exposicioacuten se refiere uacutenicamente a la medida de un agente sin un particular conocimiento
de aquellas caracteriacutesticas del agente que influyen en la salud
Dosis se refiere a la evaluacioacuten de una caracteriacutestica particular de la exposicioacuten que es
significativa respecto a la salud En los estudios de salud los investigadores intentan
medidas de dosis pero en ausencia de las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que son
significativas tienen que medir la exposicioacuten y usarla como una aproximacioacuten a la dosis
Para entender mejor esto consideremos el caso de la radiacioacuten ionizante de rayos X Una
placa que detecta la radiacioacuten X mide la exposicioacuten a un individuo pero difiacutecilmente es
una medida de la dosis Sabemos que la razoacuten a la que ocurre la exposicioacuten es importante
y la placa no da esa informacioacuten Tambieacuten se sabe que el aacuterea de exposicioacuten es importante
y la placa no nos dice si la exposicioacuten corresponde al aacuterea de la placa o al cuerpo entero
Por ello es importante conocer la dosis es decir las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que
sean significativas
Existen medios para determinar la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos pero no de medir
la dosis Cuando la evidencia del dantildeo de la exposicioacuten a un agente ambiental es inequiacutevoca
se toman medidas preventivas auacuten cuando se tenga poco conocimiento de coacutemo ldquofuncionardquo
el mecanismo
En el caso de CEM muchos cientiacuteficos consideran los estudios epidemioloacutegicos como
equiacutevocos El motivo en parte es que no se conocen todos los mecanismos (es decir ldquocomo
funcionanrdquo) que describen la interaccioacuten del campo electromagneacutetico con tejidos y ceacutelulas
Si se quieren disentildear estudios epidemioloacutegicos mejores a partir de los cuales resolver el
problema de los riesgos se deben hacer mejores trabajos en cuanto a la evaluacioacuten de la
exposicioacuten y eso probablemente no sucederaacute hasta que se pueda contestar a las cuestiones
acerca de los mecanismos
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23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES
Es necesario conocer algunas caracteriacutesticas
de las ceacutelulas y tejidos en el cuerpo humano
para poder entender sus mecanismos
asociados de interaccioacuten [9]
Cada ser humano
estaacute constituido por billones de ceacutelulas vivas
que se agrupan entre siacute para formar un
oacutergano con unas ciertas funciones asignadas
Ceacutelulas Las ceacutelulas tienen diferentes
tamantildeos (las de los muacutesculos pueden ser de
unos pocos miliacutemetros y las nerviosas de un
metro) La figura 8 representa los elementos
generales que constituyen una ceacutelula Las
ceacutelulas estaacuten formadas por la membrana que
mantiene a la ceacutelula unida el citoplasma que
Figura 8 Partes de una ceacutelula
es una especie de gel en el interior de la membrana y normalmente el nuacutecleo No todas las
ceacutelulas tienen nuacutecleo Dentro del citoplasma existen diferentes tipos de estructuras maacutes
pequentildeas que realizan ciertas funciones metaboacutelicas
Las ceacutelulas son estructuras complejas con superficies cargadas Las ceacutelulas contienen
moleacuteculas y aacutetomos cargados que pueden cambiar su orientacioacuten y movimiento cuando se
encuentran expuestos a una fuerza electromagneacutetica En la figura 9 se muestra un caso para
el campo eleacutectrico a la izquierda se muestra una ceacutelula en reposo y a la derecha una ceacutelula
bajo la influencia de un campo eleacutectrico
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
Las cargas se redistribuyen la ceacutelula sigue siendo neutra pero es una estructura polar Las
interacciones del campo electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico se efectuacutean a traveacutes de
las ceacutelulas y se categorizan en interacciones con la membrana celular con el citoplasma y
con el nuacutecleo Estas interacciones dependen entre otras cosas de la frecuencia
Los nuacutecleos de las ceacutelulas contienen la mayoriacutea de la informacioacuten hereditaria en los
cromosomas y los genes Las ceacutelulas crecen cambian y se reproducen en un proceso
continuo llamado mitosis que comienza en el nuacutecleo a traveacutes de una duplicacioacuten e igual
distribucioacuten de los cromosomas Las ceacutelulas sin nuacutecleo no se pueden dividir mientras que
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otras sufren de mitosis frecuentemente como por ejemplo las de los embriones Por ello es
especialmente importante la proteccioacuten a campos electromagneacuteticos durante el embarazo A
su vez el proceso de mitosis tiene cuatro fases profase metafase anafase y telofase El
periacuteodo entre las divisiones se llama fase de reposo
Hay diferentes procesos en la mitosis celular que podriacutean verse afectados por la radiacioacuten
electromagneacutetica y existe un amplio campo de investigacioacuten en el estudio de los procesos
que afectan a los cromosomas durante la mitosis afectada por un campo electromagneacutetico
Tejidos Las ceacutelulas se agrupan y combinan con otros materiales para formar tejidos Existen
cuatro tipos de tejidos epitelial conectivo muscular y nervioso
El tejido epitelial consta de ceacutelulas con una o varias capas Realizan funciones de
proteccioacuten y regulacioacuten de la secrecioacuten o absorcioacuten de materiales
El tejido conectivo consta de ceacutelulas y materiales no vivos como fibras y sustancias
gelatinosas que sostienen y conectan tejidos celulares al esqueleto El tejido conectivo
contiene muchas de las sustancias intercelulares que desarrollan la importante labor de
transportar materiales entre ellas Ejemplos de estos tejidos son los huesos y los
cartiacutelagos
El tejido muscular consta de ceacutelulas que van desde 1 a 40 miliacutemetros de longitud con 40
μm (1μ=10-6
metros) de diaacutemetro Estos tejidos contienen una gran cantidad de sangre
El tejido nervioso controla y gobierna toda la actividad corporal y consta de ceacutelulas
nerviosas o neuronas Las neuronas tienen largas proyecciones llamadas axones y que son
anaacutelogas a liacuteneas de transmisioacuten y enviacutean informacioacuten al sistema nervioso central desde
diferentes receptores de informacioacuten
Ademaacutes merecen especial atencioacuten los siguientes conceptos [9]
Material geneacutetico El genoma humano que es una secuencia quiacutemica que contiene la
informacioacuten baacutesica del cuerpo humano consiste en una cadena de ADN y estaacute asociado a
las moleacuteculas proteiacutenicas Estaacute organizado en estructuras llamadas cromosomas El ADN
es una macromoleacutecula compleja compuesta por dos cadenas o heacutelices que se entrelazan
entre siacute formando una doble heacutelice Cada cadena estaacute formada por millones de eslabones
llamados nucleoacutetidos o bases nitrogenadas Ambas heacutelices estaacuten unidas entre siacute a nivel de
los eslabones complementarios de cada heacutelice por parejas La secuencia de los pares de
bases es lo que determina el coacutedigo geneacutetico
Seguacuten el orden que sigan esos pares de bases se codifica una funcioacuten u otra o
simplemente no se codifica nada El ADN de la ceacutelula se organiza en cromosomas Cada
cromosoma es una moleacutecula muy larga de ADN Cada vez que una ceacutelula se divide en
dos el genoma entero se duplica en humanos y otros organismos complejos esa
duplicacioacuten se realiza en el nuacutecleo La miacutenima secuencia de ADN que es capaz de
codificar una funcioacuten o una estructura completa se denomina GEN Cada moleacutecula de
ADN contiene muchos genes unidad funcional y fiacutesica fundamental de la herencia
Un gen es una secuencia ordenada de nucleoacutetidos localizados en una cierta posicioacuten de un
cromosoma especiacutefico y que codifica la informacioacuten final Podemos pensar en los genes
como la informacioacuten de un ordenador que se estructura en unidades de informacioacuten
llamados bits Los genes son las unidades de informacioacuten del ADN que se utilizan para
construir las proteiacutenas entre otras cosas del cuerpo humano Se estima que el genoma
humano tiene al menos 100000 genes El nuacutecleo de la mayoriacutea de las ceacutelulas humanas
contiene dos conjuntos de cromosomas provenientes cada uno de ellos del padre y de la
madre El ser humano tiene su ADN organizado en 23 pares de cromosomas distintos es
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decir 46 cromosomas Cada conjunto de 23 cromosomas tiene 22 autoacutenomos y dos
cromosomas sexuales X e Y Los cromosomas contienen aproximadamente partes
iguales de proteiacutenas y ADN
Transporte de calcio Los iones de calcio son partiacuteculas cargadas que tienen un papel
vital en varios procesos celulares El calcio es un componente criacutetico en la comunicacioacuten
intercelular en el cuerpo y un regulador del crecimiento celular El mantenimiento de una
oacuteptima concentracioacuten de calcio es muy importante
Actividad de las enzimas Como otras proteiacutenas las enzimas consisten de largas cadenas
de aminoaacutecidos que se mantienen unidas Estaacuten presentes en todas las ceacutelulas vivas y
tienen una funcioacuten esencial en el control de los procesos metaboacutelicos
Hormonas Las hormonas son sustancias quiacutemicas que se transportan en la sangre de un
oacutergano a otro y alteran la actividad funcional y algunas veces la estructura de algunos
oacuterganos
Los biosistemas como generadores de campos electromagneacuteticos [12]
Hoy en diacutea no hay
duda de que los campos electromagneacuteticos pueden afectar a los biosistemas en diferentes
niveles ni de que no sean capaces de generar campos electromagneacuteticos Y hay una pequentildea
duda acerca de que los biosistemas sean generadores de campos electromagneacuteticos La
cuestioacuten principal es si los biosistemas utilizan los CEM para una interaccioacuten decidida
(comunicacioacuten) y si es asiacute en queacute nivel del organismo sucederaacute La cantidad de datos que
soporta la uacuteltima idea se construye con tanta rapidez como el incremento de preguntas que se
necesitan resolver
Uno de los principales problemas en esta liacutenea de investigacioacuten tiene su origen en la falta de
reproductibilidad tiacutepica que ya los cientiacuteficos estaacuten acostumbrados a observar en sus
experimentos Muchos cientiacuteficos culpan estas discrepancias a factores de confusioacuten
conocidos como propiedades geofiacutesicas del lugar del experimento gestioacuten de tiempos y
eacutepoca del antildeo del experimento iluminacioacuten o condiciones del laboratorio y factores
cosmofiacutesicos Lo anterior sin mencionar que el propio cientiacutefico es un biosistema y por lo
tanto un generador de UPE (ultraweak photon emission) medible como indican estudios
desde 2005 a 2009 [13] [14] [15] [16] [17]
que puede inintencionadamente influir en el proceso
experimental durante la manipulacioacuten de las muestras
La cuestioacuten primordial es ldquoiquestpor queacute deberiacutea importarnos si las ceacutelulas interactuacutean viacutea
CEMrdquo si la existencia de la comunicacioacuten celular a distancia resultara ser cierta tendriacutea un
impacto sustancial sobre la comprensioacuten de la biologiacutea y la investigacioacuten bioloacutegica Dominar
e influir el sistema de sentildeales a distancia en los biosistemas podriacutea abrir un completo
horizonte nuevo en nuestra aproximacioacuten a la biologiacutea y sus aplicaciones en biologiacutea y
medicina podriacutean ser asombrosas [10]
Simulaciones Los campos eleacutectrico y magneacutetico que interaccionan con el cuerpo debidos a
una fuente proacutexima pueden causar dos tipos de efectos bioloacutegicos teacutermicos y no teacutermicos
Los efectos del campo magneacutetico variacutean con la frecuencia y son probablemente maacutes
importantes en tejidos bioloacutegicos con pequentildeas cantidades de magnetita de tamantildeo
nanomeacutetrico
En la figura 10 se presenta una simulacioacuten robotizada del efecto bioloacutegico de la telefoniacutea
moacutevil sobre un modelado de cuerpo humano Simplificando el modelado del cuerpo de un
animal como un dieleacutectrico con peacuterdidas la cantidad de energiacutea absorbida es funcioacuten de la
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longitud de onda de la radiacioacuten recibida
Para un cuerpo humano de altura 175 metros
y peso 70 Kgs la maacutexima absorcioacuten se
produce aproximadamente a unos 70 MHz
En contraste para un ratoacuten de 55 cms de
largo y 15 gramos de peso la frecuencia de
resonancia es de 25 GHz aproximadamente [9]
La frecuencia de resonancia ademaacutes de la
eficiencia de acoplo del campo al cuerpo
depende de la orientacioacuten de la dimensioacuten
maacutes larga del cuerpo con la direccioacuten de
polarizacioacuten del campo electromagneacutetico En
general el maacuteximo acoplo se produce cuando
esa dimensioacuten es paralela a la direccioacuten en la
que vibra el campo eleacutectrico
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto
bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena
Por estas dependencias se ha introducido el concepto de SAR y tener asiacute una normalizacioacuten
Asiacute por ejemplo a la frecuencia de resonancia de 77 MHz un modelo humano en forma de
esferoide tendriacutea una SAR de 0022 WKg por cada vatiom2 de potencia incidente mientras
que un modelo de ratoacuten con frecuencia de resonancia 25 GHz tendriacutea un SAR de 012 WKg
para la misma densidad de potencia
Otra dependencia esencial para ver la dificultad en la absorcioacuten de energiacutea electromagneacutetica
es la dependencia de la conductividad eleacutectrica con la frecuencia
Por otro lado ademaacutes de todas estas dependencias es necesario apuntar otra que indica que
la distribucioacuten de energiacutea interna absorbida tambieacuten depende de la longitud de onda y de las
propiedades dieleacutectricas del medio En ciertas condiciones se pueden excitar modos
complejos en el cuerpo debido a muacuteltiples reflexiones que provocan la aparicioacuten de una onda
estacionaria y dando lugar a distribuciones no uniformes de energiacutea conocidos como ldquopuntos
calientesrdquo o ldquohot spotsrdquo
Simulaciones con implantes A pesar de que las simulaciones simplifiquen la realidad
pueden aportar resultados uacutetiles En 2012 Adamos Kyriakou y colaboradores [11]
publicaron
los resultados de una investigacioacuten acerca de si las personas con dispositivos meacutedicos
implantados estaacuten protegidas seguacuten las guiacuteas de seguridad de CEM actuales en un rango de
10 a 100 MHz realizando simulaciones de los propios dispositivos implantados y
concluyeron que estas personas no estaacuten intriacutensecamente protegidas y necesitan especial
consideracioacuten en las guiacuteas de seguridad
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3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS
ELECTROMAGNEacuteTICOS
A continuacioacuten se describiraacuten con maacutes detalle algunos de los bioefectos y sus mecanismos
descritos seguacuten el rango de frecuencia que dividiremos en ionizantes radiofrecuencia y
microondas (RFMW) y en baja frecuencia
El efecto maacutes evidente de la energiacutea electromagneacutetica es el calentamiento de los tejidos En
consecuencia los liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos de radiofrecuencia y de
microondas se establecen con el fin de prevenir los efectos sobre la salud ocasionados por el
calentamiento localizado o de todo el organismo El cumplimiento de las directrices asegura
que los efectos de calentamiento son suficientemente pequentildeos para que no sean
perjudiciales
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE
Los fotones de los rayos X y gamma interactuacutean con la materia y causan ionizacioacuten de al
menos tres maneras diferentes
Efecto fotoeleacutectrico Es la interaccioacuten de un fotoacuten que incide sobre los electrones de
un aacutetomo [8]
representado en la figura 11 El fotoacuten cede toda su energiacutea a un electroacuten y
desaparece totalmente desprendieacutendose el electroacuten (llamado fotoelectroacuten) del aacutetomo Se
realiza en las capas electroacutenicas interiores (k l m y n) y el fotoelectroacuten resulta con una
Energiacutea cineacutetica Ec = h υ Ee
donde h es la constante de Plank υ es la frecuencia de la radiacioacuten incidente y Ee es la
energiacutea de enlace de la capa donde se originoacute
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico
Efecto Compton Los fotones de energiacutea intermedia interactuacutean fundamentalmente
mediante el efecto Compton [8]
en virtud del cual el fotoacuten y un electroacuten colisionan
esencialmente como partiacuteculas El fotoacuten continuacutea su trayectoria en una nueva direccioacuten
con su energiacutea disminuida mientras que el electroacuten liberado parte con el resto de la
energiacutea entrante (menos la energiacutea de unioacuten del electroacuten al aacutetomo o a la moleacutecula) como
se representa en la figura 12
En este proceso la energiacutea interactuacutea con un electroacuten orbital del aacutetomo como si eacuteste fuera
un electroacuten libre debido a que la energiacutea de enlace del electroacuten es mucho menor que la
energiacutea del fotoacuten incidente El electroacuten recibe parte de la energiacutea del fotoacuten y es emitido en
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un aacutengulo α en tanto que el fotoacuten con energiacutea reducida es dispersado con un aacutengulo ndashα
Figura 12 Efecto Compton
Produccioacuten de pares La produccioacuten de pares soacutelo es posible con fotones cuya energiacutea
sea superior a 102 MeV Sin embargo cerca este valor el efecto Compton predomina
todaviacutea La produccioacuten de pares [8]
predomina con energiacuteas maacutes altas Tal como se
representa en la figura 13 el fotoacuten desaparece y en su lugar aparece una pareja electroacuten-
positroacuten (este fenoacutemeno soacutelo ocurre en la proximidad de un nuacutecleo por consideraciones
de conservacioacuten del momento cineacutetico y de la energiacutea) La energiacutea cineacutetica total del par
electroacuten-positroacuten es igual a la energiacutea del fotoacuten menos la suma de las energiacuteas de la masa
residual de electroacuten y positroacuten (102 MeV)
Figura 13 Produccioacuten de pares
Tras su descubrimiento por Roentgen en 1895 los rayos X fueron introducidos con tanta
rapidez para el diagnoacutestico y tratamiento de las enfermedades que casi en seguida
comenzaron a encontrarse lesiones debidas a exposicioacuten excesiva a la radiacioacuten entre los
primeros radioacutelogos que todaviacutea no eran conscientes de sus riesgos Las primeras lesiones
fueron sobre todo reacciones cutaacuteneas en las manos de quienes trabajaban con los primeros
equipos de radiologiacutea pero ya en el primer decenio se habiacutean comunicado otros tipos de
lesioacuten incluidos los primeros caacutenceres atribuidos a la radiacioacuten
En el curso del siglo transcurrido desde estos primeros hallazgos el estudio de los efectos
bioloacutegicos de la radiacioacuten ionizante ha recibido un impulso permanente como consecuencia
del uso cada vez mayor de la radiacioacuten en medicina ciencia e industria asiacute como de las
aplicaciones paciacuteficas y militares de la energiacutea atoacutemica
El resultado es que los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten se han investigado maacutes a fondo que
los de praacutecticamente cualquier otro agente ambiental El desarrollo de los conocimientos
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sobre los efectos de la radiacioacuten ha determinado el perfeccionamiento de medidas para
proteger la salud humana contra muchos otros peligros medioambientales ademaacutes de la
radiacioacuten
Naturaleza y mecanismos de los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten [8]
Deposicioacuten de energiacutea A diferencia de otras formas de radiacioacuten la radiacioacuten
ionizante es capaz de depositar suficiente energiacutea localizada para arrancar electrones de
los aacutetomos con los que interactuacutea Asiacute cuando la radiacioacuten colisiona al azar con aacutetomos y
moleacuteculas al atravesar ceacutelulas vivas da lugar a iones y radicales libres que rompen los
enlaces quiacutemicos y provoca otros cambios moleculares que dantildean las ceacutelulas afectadas
La distribucioacuten espacial de los fenoacutemenos ionizantes depende del factor de ponderacioacuten
radioloacutegica (wR) de la radiacioacuten
Efectos sobre el ADN Cualquier moleacutecula de la ceacutelula puede ser alterada por la
radiacioacuten pero el ADN es el blanco bioloacutegico maacutes criacutetico debido a la redundancia
limitada de la informacioacuten geneacutetica que contiene Una dosis absorbida de radiacioacuten de 2
Gray (Gy) podriacutea originar centenares de lesiones en sus moleacuteculas de ADN e incluso la
muerte celular La mayoriacutea de lesiones son reparables pero las producidas por una
radiacioacuten ionizante concentrada (por ejemplo un protoacuten o una partiacutecula alfa) son en
general menos reparables que las generadas por una radiacioacuten ionizante dispersa (por
ejemplo un rayo X o un rayo gamma) Por lo tanto las radiaciones ionizantes
concentradas (alta TLE) tienen por lo comuacuten un mayor efecto bioloacutegico relativo (EBR)
que las radiaciones ionizantes dispersas (baja TLE) en casi todas las formas de lesioacuten
Cabe en este punto las definiciones de Gray (Gy) y Sievert (Sv) Gray es la medida de la
dosis absorbida por la materia radiada a razoacuten de 1 julio por Kg mientras que Sievert es
la medida de la dosis eficaz o equivalente que es 1 Gy multiplicado por un factor de
ponderacioacuten consustancial a cada radiacioacuten (fotones protones electrones neutrones
partiacuteculas alfa iones pesados) y oacutergano (goacutenadas meacutedula oacutesea pulmoacuten estoacutemago
hiacutegado piel hellip) [12]
Efectos sobre los genes El dantildeo del ADN que queda sin reparar o es mal reparado puede
manifestarse en forma de mutaciones cuya frecuencia parece aumentar como una funcioacuten
lineal de la dosis El hecho de que la tasa de mutaciones parezca ser proporcional a la
dosis se considera indicativo de que una sola partiacutecula ionizante que atraviese el ADN es
suficiente en principio para causar una mutacioacuten En las viacutectimas del accidente de
Chernoacutebil la relacioacuten dosis-respuesta de las mutaciones de la glicoforina de ceacutelulas de la
meacutedula oacutesea es muy similar a la observada en supervivientes de la bomba atoacutemica
Efectos sobre los cromosomas Las lesiones por radiacioacuten del aparato geneacutetico pueden
causar tambieacuten cambios en el nuacutemero y la estructura de los cromosomas modificaciones
cuya frecuencia se ha observado que aumenta con la dosis en trabajadores expuestos en
supervivientes de la bomba atoacutemica y en otras personas expuestas a la radiacioacuten ionizante
La relacioacuten dosis-respuesta para las aberraciones cromosoacutemicas en linfocitos de sangre
humana se ha determinado con bastante exactitud de manera que la frecuencia de
aberraciones en esas ceacutelulas puede servir de dosiacutemetro bioloacutegico uacutetil
Efectos sobre la supervivencia celular Entre las reacciones maacutes tempranas a la
irradiacioacuten figura la inhibicioacuten de la divisioacuten celular que aparece en seguida tras la
exposicioacuten aunque su grado y duracioacuten variacutean con la dosis Si bien la inhibicioacuten de la
mitosis es caracteriacutesticamente pasajera la lesioacuten radioloacutegica de genes y cromosomas
puede ser letal para las ceacutelulas en divisioacuten que en conjunto son muy sensibles a la
radiacioacuten
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Medida en teacuterminos de capacidad de proliferacioacuten la supervivencia de las ceacutelulas en
divisioacuten tiende a disminuir exponencialmente con el aumento de la dosis de manera que
1-2 Gy bastan por lo general para reducir la poblacioacuten superviviente en alrededor del
50
Efectos sobre los tejidos Las ceacutelulas maduras que no estaacuten en divisioacuten son relativamente
radiorresistentes pero las que se dividen dentro de un tejido son radiosensibles por lo que
la irradiacioacuten intensiva puede matar un nuacutemero suficiente para que el tejido se atrofie
La rapidez de esta atrofia depende de la dinaacutemica de la poblacioacuten celular dentro del tejido
afectado es decir en oacuterganos caracterizados por un recambio celular lento como el
hiacutegado y el endotelio vascular el proceso es tiacutepicamente mucho maacutes lento que en oacuterganos
caracterizados por un recambio celular raacutepido como la meacutedula oacutesea la epidermis y la
mucosa intestinal
Por otra parte conviene subrayar que si el volumen de tejido irradiado es lo bastante
pequentildeo o si la dosis se acumula con la lentitud suficiente la gravedad de la lesioacuten puede
reducirse notablemente por la proliferacioacuten compensatoria de las ceacutelulas supervivientes
Efectos agudos Como
muestra la tabla 6 los
efectos agudos de la
radiacioacuten se deben sobre
todo a la deplecioacuten
(disminucioacuten de liacutequidos)
de ceacutelulas progenitoras en
los tejidos afectados y soacutelo
pueden inducirse por dosis
lo bastante grandes para
matar muchas de estas
ceacutelulas
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos
Por este motivo tales efectos se consideran de naturaleza no estocaacutestica o determinista
en contraste con los efectos mutaacutegenos y canceriacutegenos de la radiacioacuten que se consideran
fenoacutemenos estocaacutesticos resultantes de alteraciones moleculares aleatorias en ceacutelulas
individuales que aumentan como funciones lineales sin umbral de la dosis Las lesiones
agudas de los tipos que predominaban en los primeros trabajadores expuestos y en los
pacientes tratados inicialmente con radioterapia han desaparecido praacutecticamente gracias a
las mejoras introducidas en las precauciones de seguridad y en los meacutetodos de
tratamiento Sin embargo la mayoriacutea de los pacientes tratados con radiacioacuten en la
actualidad experimentan tambieacuten alguna lesioacuten del tejido normal irradiado
Ademaacutes siguen ocurriendo accidentes radioloacutegicos graves Por ejemplo entre 1945 y
1987 se informoacute de unos 285 accidentes en reactores nucleares ocurridos en diversos
paiacuteses en los que resultaron irradiadas maacutes de 1350 personas 33 de ellas con resultado
mortal El accidente de Chernoacutebil por siacute solo liberoacute material radiactivo suficiente para
exigir la evacuacioacuten de decenas de millares de personas y animales domeacutesticos del aacuterea
circundante y originoacute enfermedades radioloacutegicas y quemaduras en maacutes de 200 personas
entre componentes de equipos de emergencia y bomberos de las que 31 fallecieron
Los efectos a largo plazo del material radiactivo liberado sobre la salud no pueden
predecirse con certeza pero las estimaciones de los riesgos resultantes de efectos
canceriacutegenos basadas en modelos de incidencia de dosis sin umbral suponen que pueden
producirse hasta 30000 muertes adicionales por caacutencer en la poblacioacuten del hemisferio
norte durante los 70 proacuteximos antildeos a consecuencia del accidente aunque es probable que
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los casos adicionales de caacutencer en cualquier paiacutes sean demasiado escasos para permitir su
deteccioacuten epidemioloacutegica
Menos catastroacuteficos pero mucho maacutes numerosos que los accidentes de reactores han sido
los accidentes en que han intervenido fuentes de rayo gamma meacutedicas e industriales que
tambieacuten han sido causa de lesiones y peacuterdida de vidas Por ejemplo la eliminacioacuten
inadecuada de una fuente de radioterapia de cesio 137 en Goiacircnia Brasil en 1987 originoacute
la irradiacioacuten de docenas de viacutectimas cuatro de las cuales murieron
Las reacciones agudas de los tejidos maacutes radiosensibles son de intereacutes general por lo que se
describen brevemente en las secciones siguientes
Piel Las ceacutelulas de la capa germinal de la epidermis son muy sensibles a la radiacioacuten En
consecuencia la raacutepida exposicioacuten de la piel a una dosis de 6 Sievert (Sv) o maacutes provoca
eritema (enrojecimiento) de la zona expuesta que aparece dentro del primer diacutea suele
durar unas cuantas horas y va seguido al cabo de dos a cuatro semanas de una o maacutes
oleadas de un eritema maacutes profundo y prolongado asiacute como de depilacioacuten (peacuterdida de
pelo) Si la dosis supera los 10 a 20 Sv en dos o cuatro semanas pueden surgir ampollas
necrosis y ulceracioacuten seguidas de fibrosis de la dermis y los vasos subyacentes que
pueden desembocar en atrofia y una segunda oleada de ulceracioacuten meses o antildeos despueacutes
El factor de ponderacioacuten de la piel es de 1Sv = (001 Fr) Gr siendo Fr el factor de
ponderacioacuten del tipo de radiacioacuten
Meacutedula oacutesea y tejido linfoide Los linfocitos tambieacuten son muy radiosensibles una dosis
de 2 a 3 Sv irradiada en poco tiempo a todo el cuerpo puede destruir un nuacutemero suficiente
de ellos para que disminuya el recuento de linfocitos perifeacutericos y la respuesta inmunitaria
se deteriore en pocas horas Las ceacutelulas hematopoyeacuteticas de la meacutedula oacutesea tienen una
sensibilidad similar a la radiacioacuten y su deplecioacuten con una dosis comparable es suficiente
para causar granulocitopenia y trombocitopenia en las tres a cinco semanas siguientes Si
la dosis es mayor estas disminuciones del recuento de granulocitos y plaquetas pueden
ser lo bastante graves para originar hemorragia o una infeccioacuten mortal El factor de
ponderacioacuten de la meacutedula oacutesea es 012
Intestino Las ceacutelulas progenitoras del epitelio que reviste el intestino delgado tambieacuten
tienen extraordinaria sensibilidad a la radiacioacuten La exposicioacuten aguda a 10 Sv disminuye
su nuacutemero en grado suficiente para causar la denudacioacuten de las vellosidades intestinales
suprayacentes en unos diacuteas La denudacioacuten de una superficie grande de la mucosa puede
dar lugar a un siacutendrome fulminante similar a la disenteriacutea que causa raacutepidamente la
muerte El factor de ponderacioacuten por defecto para los oacuterganos es 005
Goacutenadas Los espermatozoides maduros pueden sobrevivir a dosis grandes (100 Sv)
pero los espermatogonios son tan radiosensibles que una dosis de soacutelo 015 Sv aplicada
raacutepidamente a ambos testiacuteculos basta para causar oligospermia y una dosis de 2 a 4 Sv
puede provocar esterilidad permanente Tambieacuten los ovocitos son radiosensibles Una
dosis raacutepida de 15 a 20 Sv aplicada a ambos ovarios origina esterilidad temporal y una
dosis mayor esterilidad permanente en funcioacuten de la edad de la mujer en el momento de
la exposicioacuten El factor de ponderacioacuten de las goacutenadas es 020
Aparato respiratorio El pulmoacuten no es muy radiosensible pero la exposicioacuten raacutepida a
una dosis de 6 a 10 Sv puede hacer que en la zona expuesta se desarrolle neumoniacutea aguda
en el plazo de uno a tres meses Si se afecta un volumen grande de tejido pulmonar el
proceso puede originar insuficiencia respiratoria al cabo de unas semanas o conducir a
fibrosis pulmonar en meses o antildeos despueacutes El factor de ponderacioacuten de los pulmones es
012
Cristalino del ojo Las ceacutelulas del epitelio anterior del cristalino que continuacutean
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dividieacutendose toda la vida son relativamente radiosensibles El resultado es que una
exposicioacuten raacutepida del cristalino a una dosis superior a 1 Sv puede generar en unos meses
la formacioacuten de una opacidad polar posterior microscoacutepica y 2 a 3 Sv recibidos en una
sola exposicioacuten breve (o la exposicioacuten a 55 a 14 Sv acumulada a lo largo de meses)
pueden producir cataratas que dificulten la visioacuten
Otros tejidos En comparacioacuten con los tejidos ya mencionados la sensibilidad de otros
tejidos del cuerpo a la radiacioacuten es en general bastante inferior aunque el embrioacuten
constituye una notable excepcioacuten Conviene destacar que la radiosensibilidad de cualquier
tejido aumenta cuando se encuentra en estado de crecimiento raacutepido
Lesioacuten radioloacutegica de todo el cuerpo La exposicioacuten raacutepida de una parte importante del
cuerpo a una dosis superior a 1 Gy puede producir el siacutendrome de radiacioacuten agudo que
comprende
(1) Fase inicial prodroacutemica malestar general anorexia naacuteuseas y voacutemitos
(2) Periacuteodo latente
(3) Fase principal de enfermedad La fase principal de la enfermedad adopta por lo
general una de las formas siguientes seguacuten la localizacioacuten predominante de la lesioacuten
radioloacutegica hematoloacutegica gastrointestinal cerebral o pulmonar
(4) Recuperacioacuten o muerte
Lesioacuten radioloacutegica localizada A diferencia de las manifestaciones cliacutenicas de la lesioacuten
radioloacutegica aguda de todo el cuerpo que suelen ser dramaacuteticas e inmediatas la reaccioacuten a
la irradiacioacuten muy localizada tanto si procede de una fuente de radiacioacuten externa como de
un radionucleido depositado en el interior del cuerpo
tiende a evolucionar con
lentitud y a producir
pocos siacutentomas o signos
a menos que el volumen
de tejido irradiado yo la
dosis sean relativamente
grandes como muestra
la tabla 7
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y
MICROONDAS
En cuanto a los efectos bioloacutegicos de la RFMW se han desarrollado un nuacutemero significativo
de estudios que exploran la posible relacioacuten entre la exposicioacuten a la radiacioacuten de campos
RFMW y las enfermedades incluyendo el caacutencer Sin embargo todaviacutea deberaacute de pasar un
tiempo hasta que se tengan los resultados finales de la mayoriacutea de los estudios
Baacutesicamente existen tres tipos de efectos bioloacutegicos a estas frecuencias efectos de nivel alto
(teacutermicos) de nivel medio (ateacutermicos) y de nivel bajo (no teacutermicos)
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Los efectos teacutermicos [8]
son los que causan un
aumento de la temperatura debido a la energiacutea absorbida de un campo electromagneacutetico Si la
termorregulacioacuten no interviene se habla de efecto ateacutermico
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321 Efectos Teacutermicos
La fuerza producida por un campo eleacutectrico sobre un cuerpo cargado tales como los iones
moacuteviles del cuerpo produce que eacutestos se muevan y la resistencia a ese movimiento hace que
el cuerpo se caliente El aumento de temperatura se compensa por la termorregulacioacuten
conducida por el flujo de la sangre La relacioacuten entre el aumento de temperatura y la SAR es
muy complicada debido principalmente a lo complicado de modelar la influencia del flujo de
sangre sobre la transferencia de calor
Un resultado obvio de la radiacioacuten de RFMW es el calentamiento del cuerpo humano a pesar
de sus procesos propios de termorregulacioacuten Estos efectos son conocidos desde las primeras
investigaciones en efectos terapeacuteuticos realizadas por los ldquopadresrdquo del electromagnetismo en
el siglo XIX Los efectos teacutermicos tienen implicaciones significativas en la salud humana y
estaacuten relacionados con las corrientes inducidas El calentamiento es la interaccioacuten primordial
de los campos de RFMW especialmente a frecuencias por encima de 1MHz Por debajo el
efecto dominante es el de las corrientes inducidas
Los efectos teacutermicos se pueden definir como una deposicioacuten de energiacutea mayor que la
capacidad termorregulatoria del cuerpo humano Si una persona se calienta por alguna fuente
externa a una razoacuten maacutes elevada puede ocurrir un dantildeo teacutermico Los efectos teacutermicos estaacuten
fuertemente influidos por la temperatura ambiente y la humedad relativa El calor inducido
en el cuerpo aumenta con la masa del cuerpo al menos para animales pequentildeos
El cuerpo humano intenta regular su temperatura debido a un aumento teacutermico a traveacutes de la
respiracioacuten y el intercambio de calor viacutea flujo sanguiacuteneo Las partes del cuerpo que tienen
menos riego sanguiacuteneo son las maacutes afectadas por los efectos teacutermicos debido a que la
termorregulacioacuten tiene una menor capacidad de accioacuten
Los sistemas bioloacutegicos alteran su funcionamiento debido al cambio de temperatura
Temperaturas elevadas tienen efectos como cataratas incremento de la presioacuten arterial
veacutertigo y mareos debilidad desorientacioacuten o naacuteuseas Efectos teacutermicos adversos tales
como cataratas y quemaduras en la piel se producen con exposiciones a campos de
RFMW con densidades de potencia muy altas y por encima de 1000 Wm2 Estos valores
no se encuentran nunca cerca de fuentes de RFMW convencionales aunque siacute pueden
existir cerca de transmisores de alta potencia tales como radares militares
Efectos geneacuteticos Los agentes que pueden dantildear el ADN de las ceacutelulas se dice que tienen
un potencial carcinoacutegeno y se llaman genotoxinas o que tienen actividad genotoacutexica
El concepto de dantildeo de ADN como base para la formacioacuten del caacutencer estaacute puesto en tela
de juicio por la evidencia de que el caacutencer puede provenir de factores que no actuacutean
directamente sobre el ADN
Si los campos de RFMW no son directamente mutageacutenicos existe siempre la cuestioacuten de
si pueden incrementar el desarrollo de ceacutelulas malignas o alterar otros procesos que
produzcan cambios en el material geneacutetico Relacionado con esto estaacute la preocupacioacuten
acerca de los efectos sobre la salud a exposiciones prolongadas a campos de RFMW de
bajo nivel
Los investigadores creen que los cambios geneacuteticos soacutelo se producen en presencia de un
aumento sustancial de la temperatura observaciones que estaacuten en total acuerdo con la
interpretacioacuten de que la energiacutea de RFMW no causa dantildeo directo en el ADN debido a la
poca energiacutea asociada a sus fotones
Estudios en ceacutelulas (in vitro) Aunque la radiacioacuten no ionizante no puede dantildear el
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ADN de la misma forma que lo hace la ionizante es probable que la exposicioacuten a
campos de RFMW pueda producir alguna alteracioacuten en procesos celulares lo que
indirectamente puede afectar a la estructura de ADN Por tanto los estudios en ceacutelulas
(in vitro) son esenciales para interpretar los resultados experimentales Sin embargo la
criacutetica a estos estudios se basa en el hecho de indicar dantildeos en el ADN y ademaacutes en
que los estudios en su gran mayoriacutea no han sido replicados Son multitud los estudios
celulares unos mostrando efectos y otros no Probablemente el maacutes famoso fue el
realizado por Lai y Singh en 1995 [18]
en la Universidad de Washington en Seattle con
frecuencias de 245 GHz (las de los hornos de microondas) y con valores de SAR de
12 Wkg vieron efectos en las ceacutelulas del cerebro de ratas Eso produjo una gran
controversia en las compantildeiacuteas de telefoniacutea moacutevil (la frecuencia de los moacuteviles de
tercera generacioacuten la famosa UMTS estaacute en torno a esa frecuencia y las de GSM
cercanas) y preocupacioacuten entre los usuarios pues pareciacutea que se encontraba una
conexioacuten con datos ciertamente sin comprobar entre los teleacutefonos moacuteviles y el caacutencer
de cerebro Sin embargo no parece haber otros estudios que respalden estos resultados
Estudios en animales (in vivo) Tambieacuten se han realizado estudios en animales en los
que es maacutes difiacutecil de controlar los paraacutemetros pero pueden dar una mejor valoracioacuten de
las posibles consecuencias De nuevo existe controversia entre diferentes estudios
Como resumen de los estudios geneacuteticos podemos decir que los estudios experimentales
especialmente los celulares sobre exposicioacuten a campos de RFMW no han dado indicios
de evidencia genotoacutexica a menos que la potencia incidente fuera suficiente para causar
dantildeos teacutermicos Por otro lado hay muy pocos resultados positivos sobre efectos geneacuteticos
de radiacioacuten de RFMW de baja intensidad de entre los que algunos resultados no han
sido replicados o bien no han sido confirmados cuando han sido replicados por otros
autores
Proliferacioacuten celular La perturbacioacuten del ciclo normal celular es un posible signo de
crecimiento incontrolado de ceacutelulas cancerosas Se han descrito incrementos soacutelo en el
caso en que haya calentamiento e incluso otros estudios no encontraron estos
incrementos
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos
La radiacioacuten electromagneacutetica puede producir efectos no teacutermicos
[8] En general pueden
surgir cambios detectables soacutelo si el efecto del campo eleacutectrico con el medio bioloacutegico
expuesto a un campo electromagneacutetico no estaacute enmascarado por el ruido teacutermico
El ruido teacutermico es un movimiento aleatorio debido a la energiacutea teacutermica que todos los
cuerpos tienen al poseer una temperatura por encima del cero absoluto (-273ordmC o 0 Kelvin)
Fueacute identificado por Jonson en 1928 Es debido al movimiento aleatorio de los electrones
originado por su energiacutea teacutermica Este movimiento da lugar a una corriente aleatoria y debido
a ella en bornes de una resistencia aparece una tensioacuten de ruido Vn El valor medio de la
tensioacuten de ruido es siempre nulo pero no su valor eficaz La energiacutea producida por un campo
de radiofrecuencia en general es menor que el ruido teacutermico bioloacutegico[8]
y por tanto su efecto
no teacutermico quedariacutea completamente enmascarado
Polarizacioacuten celular Un mecanismo no teacutermico proviene de las moleacuteculas que se polarizan
con el campo eleacutectrico pudiendo producirse atracciones eleacutectricas entre ellas como se vioacute
anteriormente Otro mecanismo no teacutermico estaacute asociado al movimiento de corriente a traveacutes
de las membranas que tienen un comportamiento fuertemente no lineal es decir cuando se
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aplica una tensioacuten a una membrana la corriente no es proporcional a ella pudiendo afectar a
las funciones de la membrana
Frecuencias resonantes Es posible que ciertos tejidos bioloacutegicos reaccionen muy
sensiblemente a ciertas frecuencias resonantes y se deberiacutean estudiar estas situaciones En cuanto a los efectos de la radiacioacuten de nivel bajo y medio
[8] se trata de ver si estos niveles
de potencia pueden causar cambios bioloacutegicos dantildeinos en ausencia de un aumento
demostrable de la temperatura Sobre este aspecto existe alguna controversia Todos estos
efectos se producen con valores de SAR inferiores a 2Wkg
Se han descrito muchos en la literatura pero baacutesicamente casi todos hablan de efectos
neuronales morfoloacutegicos actividad neurotransmisora y de las enzimas concentracioacuten de
iones y efectos sobre el metabolismo Sobre este tema existe todaviacutea mucha discrepancia
entre los investigadores Algunos consideran probados estos efectos y otros consideran que
no estaacute probada de ninguna manera la conexioacuten entre los efectos no teacutermicos dantildeinos y la
radiacioacuten de bajo nivel
Telefoniacutea moacutevil Respecto a la aplicacioacuten de los resultados obtenidos sobre los efectos de la
RFMW correspondiente a la telefoniacutea moacutevil hay que tener una enorme precaucioacuten Parece
claro que no existe en la actualidad una gran cantidad de datos que permitan concluir si la
exposicioacuten a campos de RFMW durante el uso normal de un teleacutefono moacutevil puede producir
o no efectos nocivos sobre la salud Puesto que paraacutemetros de la RFMW tales como
frecuencia intensidad duracioacuten modulacioacuten forma de onda etc son esenciales para
determinar la respuesta bioloacutegica es necesario investigar mucho maacutes en la interaccioacuten de
tales paraacutemetros con la respuesta de la sentildeal de un moacutevil en condiciones normales
Algunos investigadores dan por cientiacuteficamente probados los efectos bioloacutegicos no teacutermicos
de campos de RFMW de niveles intermedios y bajos Otros investigadores sin embargo no
confirman la opinioacuten anterior asegurando que esos resultados son meramente especulativos
afirmando que haya o no conexioacuten entre los efectos y la exposicioacuten a campos de RFMW
eacutestos soacutelo se producen a niveles mucho mayores de los que se encuentran en aplicaciones de
telecomunicaciones
Los diferentes organismos encargados de elaborar los liacutemites a la exposicioacuten de CEM no han
tenido hasta ahora en cuenta la proteccioacuten frente a efectos no teacutermicos y ateacutermicos debido a
la poca evidencia cientiacutefica que existe en este aspecto
Los efectos no teacutermicos tambieacuten dependen fuertemente de factores de propagacioacuten de la onda
electromagneacutetica como la modulacioacuten y la frecuencia En la mayoriacutea de los casos los
mecanismos de los efectos no se conocen todaviacutea Es importante conocer coacutemo se propaga la
energiacutea de RFMW a traveacutes de un cuerpo bioloacutegico Y coacutemo se distribuye la energiacutea
electromagneacutetica por el cuerpo y coacutemo se dispersa por el cuerpo especialmente si el aumento
de temperatura no es medible por ser muy pequentildeo
A continuacioacuten se indicaraacuten algunos efectos maacutes significativos relacionados en la literatura
sobre el tema pero deben ser entendidos con bastante cautela
Sistema nervioso Una revisioacuten de la literatura sobre efectos de campos de RFMW de
niveles intermedios y bajos muestran que la exposicioacuten a niveles de SAR bajos (siempre
menores que 2Wkg) bajo ciertas condiciones pueden afectar al sistema nervioso
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incluyendo efectos morfoloacutegicos electrofisioloacutegicos en la actividad neurotransmisora y
en el metabolismo
Sistema inmunoloacutegico Tambieacuten se han descrito efectos sobre el sistema inmunoloacutegico
sobre la morfologiacutea de los genes y los cromosomas concentracioacuten de iones morfologiacutea
celular etc Algunos de estos efectos nombrados han sido refutados por otros autores por
lo que la situacioacuten al respecto no es clara
Enzimas Se estima que la RFMW modulada de bajo nivel puede afectar la actividad
intracelular de las enzimas Algunos estudios han detectado evidencias de cambios en esta
actividad
Hormonas La influencia de los campos de RFMW pueden influir sobre la concentracioacuten
de hormonas en la sangre
Funciones de la membrana Las ceacutelulas poseen un voltaje a traveacutes de sus membranas y
utilizan iones de calcio para muchos de los procesos de regulacioacuten en las ceacutelulas Una
alteracioacuten del campo eleacutectrico sobre la superficie de las ceacutelulas cambia la eficiencia de su
comportamiento Algunos estudios han encontrado cambios en la concentracioacuten de iones
de calcio lo que se relaciona con las alteraciones en el funcionamiento de la membrana
Catalizador de caacutencer en animales Como la exposicioacuten a campos de RFMW no se
considera causante directo de carcinogeacutenesis la investigacioacuten se centra maacutes bien en sus
posibles efectos catalizadores de ayuda a la proliferacioacuten de caacutencer
Para hacernos una idea de coacutemo son estos estudios y que caracteriacutesticas tienen podemos
nombrar el realizado en la Universidad de Washington un centenar de ratas se expusieron
a radiacioacuten de RFMW de 245 GHz modulada por una sentildeal de 800 Hz durante 25 meses
215 horas al diacutea y con una SAR aproximada en los animales de 04 Wkg Las ratas
expuestas tuvieron un aumento significativo de tumores malignos respecto al grupo de
control [19]
Tambieacuten existe un conjunto de estudios realizados sobre animales tratados con
carcinoacutegenos quiacutemicos Observemos que todos los estudios someten a los animales a
radiaciones extremadamente prolongadas
Otros estudios Los estudios se han centrado en efectos sobre la morfologiacutea del cerebro
(soacutelo se han encontrado efectos a intensidades altas) sobre la morfologiacutea del ojo y sobre
cambios en el comportamiento
o Aprendizaje espacial y memoria Como ejemplo en 2004 Jean-Christophe Cassel
Brigitte Cosquer Rodrigue Galani y Niels Kuster [20]
experimentaron que una
exposicioacuten corporal completa realizada a ratas a 245 GHz no afectaba en absoluto sus
capacidades de aprendizaje espacial y memoria mediante lo que se conoce como
laberinto de brazo radial
o Memoria a corto plazo Sin embargo una investigacioacuten posterior (2010) realizada por
MP Ntzouni A Stamatakis F Stylianopoulou y LH Margaritis sobre los efectos de
la radiacioacuten de los moacuteviles en la memoria a corto plazo de los ratones [21]
indica que si
bien en exposiciones agudas no se detectan efectos cuando la exposicioacuten es croacutenica
afecta de forma significativa a su memoria a corto plazo
o Ondas cerebrales de personas Un estudio [22]
realizado por Jose Luis Relova Sonia
Pertega Jose Antonio Vilar Elena Lopez-Martin Manuel Peleteiro y Francisco Ares-
Pena en 2010 sobre la exposicioacuten del cerebro a la radicacioacuten de los moacuteviles sugiere
que los campos electromagneacuteticos pueden modular la actividad de las redes
neuronales asiacute como que los pacientes epileacutepticos pueden ser especialmente sensibles
a la radiacioacuten electromagneacutetica En concreto en primer lugar se ratifica que la
exposicioacuten a CEM de los moacuteviles incrementa en todos los individuos (epileacutepticos y no
epileacutepticos) la actividad en frecuencia alfa (relacionado con la velocidad de procesado
de la informacioacuten y la capacidad cognitiva) pues este punto ha sido ya estudiado por
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otros autores Y en segundo lugar se detecta ademaacutes para los pacientes epileacutepticos un
incremento de la actividad de ondas beta y gamma (implicadas en la coordinacioacuten
subyacente de los procesos neuronales de percepcioacuten cognitivos y de atencioacuten) o Barrera Hematoencefaacutelica (sistema fisioloacutegico que separa el cerebro de la meacutedula
espinal de vital importancia para la salud ya que cualquier interrupcioacuten o trastorno de
este sistema puede tener graves consecuencias) En una revisioacuten de estudios [23]
realizada por Anne Perrin Celine Cretallaz Alice Collin Christine Amourette y
Catherine Yardin en 2010 enfocada sobre 16 artiacuteculos de 2005 a 2009 [24] [25] [26] [27] [28]
[29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] de los cuales 3 fueron in vitro 11 in vivo y 2 en
personas se detectoacute una calidad metodoloacutegica muy heterogeacutenea En detalle y aparte su
metodologiacutea los estudios aportaron pruebas no convincentes del efecto de la
exposicioacuten a bajos niveles de radiofrecuencia sobre la integridad de la barrera
hematoencefaacutelica (BBB) Ademaacutes algunos estudios con metodologiacutea correcta sugeriacutean
que no habiacutea efectos para un SAR de maacutes de 6 WKg en incluso de 20 WKg para
exposiciones agudas
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS
Los campos electromagneacuteticos de frecuencia baja (ELF) inducen corrientes en el organismo
pero tambieacuten las pueden generar diversas reacciones bioquiacutemicas del propio organismo Las
ceacutelulas o tejidos no podraacuten detectar ninguna corriente inducida por debajo de este nivel de
generacioacuten propio En consecuencia a frecuencias bajas las directrices aseguran que las
corrientes inducidas por los campos electromagneacuteticos son menores que las corrientes
naturales del organismo
Recordemos que la electricidad es la fuente de energiacutea maacutes comuacuten en el mundo debido a la
facilidad con que se genera y se transmite allaacute donde se necesita Desde el principio del siglo
XX la industria basada en la electricidad y sus tecnologiacuteas relacionadas han sido una parte
fundamental de nuestra sociedad Debido a que la electricidad es usada universalmente y
juega un papel esencial en la economiacutea y desarrollo de las naciones la posibilidad de que los
campos eleacutectrico y magneacutetico sean perjudiciales para los trabajadores y consumidores es una
materia que merece especial atencioacuten y estudio
Durante mucho tiempo los investigadores han intentado diversas teoriacuteas de interaccioacuten de
frecuencias de ELF Aunque la radiacioacuten de ELF no puede romper debido a su baja energiacutea
ninguacuten enlace quiacutemico por deacutebil que sea existen mecanismos de interaccioacuten bien definidos [9]
que muestran la interaccioacuten con los tejidos bioloacutegicos sin necesidad de romper enlace
alguno
Los campos eleacutectricos pueden crear fuerzas sobre moleacuteculas cargadas o neutras o sobre
sistemas celulares dentro de sistemas vivos Estas fuerzas pueden causar movimiento de
partiacuteculas cargadas o inducir tensiones entre las membranas celulares
Los campos magneacuteticos tambieacuten pueden producir fuerzas sobre estructuras celulares pero
como la mayoriacutea de los medios bioloacutegicos son no magneacuteticos estas fuerzas son muy
pequentildeas
Ademaacutes los campos magneacuteticos pueden producir campos eleacutectricos en el interior de los
cuerpos
Aunque los campos eleacutectrico y magneacutetico ocurren juntos la mayoriacutea de los estudios
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uacutenicamente se centran en los efectos del campo magneacutetico El argumento es que el campo
magneacutetico es muy difiacutecil de apantallar y penetra mucho maacutes faacutecilmente en los edificios y en
el cuerpo humano que el campo eleacutectrico
Campo interno y externo acoplo Existen diversos mecanismos de interaccioacuten propuestos
en la literatura Pero antes es necesario entender la relacioacuten entre el campo fuera y en el
interior de un sistema bioloacutegico (acoplo) que depende fuertemente de la frecuencia
El campo eleacutectrico en el interior de un tejido bioloacutegico es mucho menor que fuera
habitualmente en varios oacuterdenes de magnitud Eso significa que por ejemplo el cuerpo
humano es un buen apantallamiento del campo eleacutectrico es decir no lo deja ldquopasarrdquo
Consideacuterese el caso de un cuerpo humano bajo exposicioacuten a un campo de ELF
eleacutectricamente el acoplo es muy pequentildeo por ejemplo un campo eleacutectrico externo de 1
KVm (1000 Vm) puede inducir un campo interno de 1mVm (que es 10-3
Vm) lo que
significa una reduccioacuten de 1 milloacuten Este valor de campo eleacutectrico es el tiacutepico bajo una
liacutenea de alta tensioacuten Ademaacutes este campo eleacutectrico crea una corriente de conduccioacuten en el
interior del cuerpo unos cuantos oacuterdenes de magnitud inferior a las corrientes creadas
naturalmente por el corazoacuten nervios o muacutesculos
Sin embargo los tejidos bioloacutegicos son medios no magneacuteticos lo que significa que el
campo magneacutetico externo es praacutecticamente el mismo que en el interior La mayor parte
del debate sobre liacutemites aceptables sobre campos de ELF estaacute expresado en teacuterminos del
campo magneacutetico
Se han propuesto diferentes mecanismos de interaccioacuten con el campo electromagneacutetico pero
no todos estaacuten suficientemente bien establecidos Fundamentalmente los mecanismos
propuestos son corrientes eleacutectricas inducidas efectos directos sobre materiales bioloacutegicos
magneacuteticos y efectos sobre radicales libres
Corrientes inducidas por el campo magneacutetico En el rango de ELF un material bioloacutegico
es un medio conductor Debido a sus caracteriacutesticas morfoloacutegicas las ceacutelulas presentan por
debajo de 100 Hz un comportamiento baacutesicamente resistivo y muy poco inductivo Un
posible mecanismo de interaccioacuten del campo electromagneacutetico con sistemas vivos que se ha
propuesto teoacutericamente es la habilidad del campo magneacutetico para estimular corrientes
circulares (eddy currents) en las membranas de las ceacutelulas y en los fluidos de los tejidos que
circulan en un bucle cerrado que descansa en un plano perpendicular a la direccioacuten del
campo magneacutetico Esta corriente se puede calcular usando las ecuaciones de Faraday y
Laplace sin necesidad de resolver las ecuaciones de Maxwell Por tanto en el interior de un
medio bioloacutegico se inducen corrientes y campos eleacutectricos debido al campo magneacutetico
La obtencioacuten de estas corrientes es complicada y soacutelo puede hacerse a traveacutes de simulaciones
numeacutericas Soacutelo en supuestos sencillos es decir modelando el cuerpo como un medio
homogeacuteneo la corriente puede obtenerse de forma analiacutetica
Asiacute la densidad de corriente en un camino circular alrededor de un campo magneacutetico
sinusoidal se puede obtener de la ley de Faraday y resulta ser
J = π σ r B f A m2
siendo σ la conductividad en Sm r el radio del lazo o bucle B la induccioacuten magneacutetica en
Teslas y f la frecuencia en Hz
Xi y Stuchly en 1994 [40]
hicieron caacutelculos basados en modelos anatoacutemicos humanos
eleacutectricamente refinados y obtuvieron densidades de corrientes de 2mAm2
para campos de
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100μT a 60 Hz A frecuencias por encima de 100 KHz las corrientes inducidas producen
calentamiento del sistema bioloacutegico expuesto En el rango de las ELF el calentamiento de
tejidos no es problema pero si la corriente inducida es muy grande hay riesgo de estimular
ceacutelulas eleacutectricamente excitables como las neuronas A frecuencias menores de
aproximadamente 100 KHz las corrientes necesarias para calentar sistemas bioloacutegicos son
mayores que las corrientes necesarias para excitar neuronas y otras ceacutelulas eleacutectricamente
excitables
Sustancias biomagneacuteticas Todos los organismos vivos estaacuten compuestos esencialmente de
compuestos orgaacutenicos diamagneacuteticos pero tambieacuten estaacuten presentes algunas moleacuteculas
paramagneacuteticas (por ejemplo el oxiacutegeno O2) y microestructuras y estructuras
ferromagneacuteticas (hemoglobina magnetita) Estas microestructuras se comportan como
pequentildeos imanes que estaacuten influenciados por campos externos que modifican su contenido
de energiacutea y se encuentran en bacterias y otros elementos bioloacutegicos pequentildeos
El cerebro humano [2]
contiene estos elementos que responden al campo magneacutetico aplicado
orientaacutendose con eacutel y creando alguacuten efecto bioloacutegico Los campos de ELF pueden crear
efectos bioloacutegicos actuando como se ha descrito pero para ello se necesitan campos
magneacuteticos muy grandes de al menos 2 a 5 μT
Radicales libres Los radicales libres son aacutetomos o moleacuteculas con al menos un electroacuten
desapareado Estos electrones son muy inestables y peligrosos porque normalmente los
electrones vienen en pares Estos electrones hacen que los radicales libres choquen con otras
moleacuteculas a las que pueden arrancar electrones lo que causa que cambie su estructura
pudieacutendolas convertir a su vez en radicales libres que puede ademaacutes prolongarse como una
reaccioacuten en cadena Los radicales libres son muy reactivos y existen durante cortos periacuteodos
de tiempo (tiacutepicamente menor que 1 ns) pero su efecto es extremo pues puede dantildear la
cadena de ADN
Los campos magneacuteticos estaacuteticos pueden influir en la respuesta de reacciones quiacutemicas entre
pares de radicales libres Puesto que el periacuteodo de vida de los radicales libres es muy
pequentildeo y los campos de ELF tienen un periacuteodo muy alto baacutesicamente actuacutean para estos
casos como los campos estaacuteticos
Campos magneacuteticos con intensidades menores que 50μT no producen efectos bioloacutegicos
significativos en radicales libres esto si no se tiene en cuenta las sustancias biomagneacuteticas
pues cualquier efecto se antildeadiriacutea al campo geoestacionario que variacutea entre 30 y 70 μT
Membrana celular y enlace quiacutemico El campo eleacutectrico de baja frecuencia puede excitar
la membrana celular causando efectos nocivos A frecuencias de liacuteneas de alta tensioacuten el
valor liacutemite de la densidad de corriente para producir efectos nocivos es de alrededor de 10
mAm2 que se corresponde con un valor del campo eleacutectrico en los tejidos de 100 Vm
Muchos cientiacuteficos opinan que la membrana celular juega un papel esencial en los
mecanismos de interaccioacuten ente el campo electromagneacutetico y los tejidos bioloacutegicos El
mecanismo teoacuterico propuesto por los cientiacuteficos concluye que las ceacutelulas son estructuras bio-
electroquiacutemicas que interactuacutean con su entorno de varias formas entre las que se incluyen
interacciones mecaacutenicas teacutermicas quiacutemicas bioquiacutemicas y eleacutectricas El Dr William Ross [41][42][43]
(Universidad de California) asegura que los iones especialmente los iones de calcio
podriacutean jugar un papel similar al de un enlace quiacutemico entre el campo electromagneacutetico y los
procesos de la vida
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Como conclusioacuten de los tres mecanismos biofiacutesicos nombrados (corrientes inducidas efectos
directos sobre los materiales bioloacutegicos magneacuteticos y efectos sobre radicales libres) podemos
decir que para que haya efectos nocivos notables es necesario intensidades de campo
electromagneacutetico importantes y en cualquier caso mucho mayores de las que habitualmente
existen en nuestro entorno Sin embargo para entender los efectos bio-electro-quiacutemicos se
necesita conocer maacutes sobre coacutemo el campo de ELF afecta a los procesos de la vida Los
investigadores creen que hay que hacer una clara distincioacuten entre esos tres bioefectos y el
proceso de efectos bio-electro-quiacutemicos de manera que el efecto de campos ELF deacutebiles hay
que encontrarlo fuera del aacutembito de la fiacutesica convencional
Estudios sobre ELF y caacutencer En la literatura sobre bioefectos de campos de ELF existen
estudios sobre diferentes efectos sobre la salud sin embargo al que maacutes atencioacuten se le ha
prestado es a su posible relacioacuten con la induccioacuten del caacutencer [9]
Mecanismos del caacutencer El caacutencer es un teacutermino que describe al menos 200 enfermedades
diferentes todas ellas con la caracteriacutestica comuacuten de un crecimiento incontrolado de las
ceacutelulas
El caacutencer es un caso de mitosis incontrolada en el que las ceacutelulas se dividen de forma
incontrolada y crecen fuera de todo control Esencialmente el caacutencer es por tanto un
desorden geneacutetico a nivel celular siendo un fallo en las propias ceacutelulas maacutes que en el cuerpo
entero Las causas de muchos caacutenceres son desconocidas y son muchos los factores de
influencia en el riesgo de contraer caacutencer Cada uno de los factores de riesgo conocidos tales
como el tabaco alcohol radiacioacuten ionizante y otros contribuyen a tipos de caacutencer
especiacuteficos El riesgo de caacutencer estaacute relacionado con muchas causas
El riesgo con amianto estaacute relacionado con la longitud y dureza de las fibras
El riesgo con partiacuteculas en el aire estaacute relacionado con su tamantildeo y su propensioacuten para
fijarse en los pulmones
La luz visible rompe enlaces en los procesos de fotosiacutentesis aunque ello no parece
relacionado con el caacutencer
La radiacioacuten de origen solar como la radiacioacuten ultravioleta UV (especialmente la UVB)
estaacute asociada con el riesgo de contraer caacutencer de piel y melanoma maligno
Sin embargo ya sabemos que la energiacutea de un fotoacuten de campos de baja frecuencia es
insuficiente para romper enlaces quiacutemicos En general los caacutenceres potencialmente
asociados a exposicioacuten a campo electromagneacutetico son leucemia y tumores de pecho y
cerebrales
Carcinogeacutenesis La transformacioacuten de ceacutelulas sanas en ceacutelulas malignas es un proceso
complejo que incluye al menos tres etapas distintas debidas a deformaciones en el material
geneacutetico de las ceacutelulas El proceso global se denomina modelo de carcinogeacutenesis multietapa
El caacutencer humano es el resultado de la acumulacioacuten de varios cambios geneacuteticos y
epigeneacuteticos en una poblacioacuten de ceacutelulas dada y se inicia por un dantildeo en la cadena de
ADN Al agente que causa tal efecto se le llama genotoxina Es altamente improbable que
un simple dantildeo geneacutetico en las ceacutelulas cause caacutencer Para ello se necesita una serie de
dantildeos geneacuteticos La genotoxina puede afectar a maacutes de un tipo de ceacutelulas y por tanto
causar maacutes de un tipo de caacutencer Un agente epigeneacutetico es algo que incrementa la
probabilidad de causar caacutencer por un agente genotoacutexico No existen ensayos estaacutendares
para la actividad epigeneacutetica y por tanto no hay una manera faacutecil de predecir si una agente
presenta tal actividad
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Los efectos genotoacutexicos de campos de ELF han sido ampliamente estudiados No se ha
confirmado ninguacuten cambio celular significativo baja exposiciones a campos de ELF con
niveles usuales Los estudios muestran que los campos de ELF no causan ni dantildeo en el
ADN ni aberraciones cromosoacutemicas ni mutaciones ni transformaciones en las ceacutelulas ni
formacioacuten de micronuacutecleos ni efectos mutageacutenicos a niveles comparables a los que existen
en el ambiente habitual Soacutelo unos pocos estudios han comunicado genotoxicidad de
estudios experimentales en animales pero la mayoriacutea no han reproducido fielmente las
condiciones ambientales o no han sido replicados
Otros estudios han indicado que los campos de ELF podriacutean tener alguna actividad
epigeneacutetica Los mayores inconvenientes de los resultados provenientes de los estudios
experimentales es que la mayoriacutea de ellos no han sido replicados y su repeticioacuten por otros
autores es la uacutenica manera de comprobacioacuten de los resultados Por otro lado los resultados
necesitan estar apoyados en mecanismos confirmados lo que claramente no estaacute todaviacutea
disponible
La conclusioacuten final de un gran nuacutemero de estudios [9]
en este campo es que exposiciones a
campo eleacutectrico y magneacutetico con intensidades menores a 01mT no producen ninguacuten cambio
celular significativo tales como actividad genotoacutexica o epigeneacutetica Sin embargo unos pocos
estudios siacute han encontrado evidencia de actividad epigeneacutetica Tambieacuten para campos
superiores a 01 mT pueden existir efectos nocivos
Hipoacutetesis de la melatonina [9]
Una posible interaccioacuten bajo investigacioacuten es que la
exposicioacuten a campos de ELF suprime la produccioacuten de melatonina que es una hormona
producida por la glaacutendula pineal localizada en una zona profunda del cerebro La melatonina
se produce principalmente por la noche y se libera mediante el flujo sanguiacuteneo a traveacutes del
cuerpo
La melatonina llega a casi todas las ceacutelulas del cuerpo humano destruyendo los radicales
libres ademaacutes de regular a otras actividades como los ciclos menstruales femeninos el ritmo
cardiacuteaco el suentildeo el estado de aacutenimo y la geneacutetica La secrecioacuten de melatonina decrece con
la edad siendo maacutexima en la nintildeez y su produccioacuten es esencial para el sistema inmunoloacutegico
protegiendo al cuerpo de infecciones y de las ceacutelulas cancerosas Si el nivel de melatonina
decrece diversos tipos de caacutenceres pueden proliferar
Como se veraacute a continuacioacuten algunos estudios han concluido que los ELF pueden tener
alguacuten efecto relevante en el caacutencer a traveacutes de una serie de subprocesos Maacutes concretamente
los CEM reduciriacutean la melatonina lo que puede producir efectos geneacuteticos que provocariacutean
ceacutelulas cancerosas defectos inmunoloacutegicos crecimiento anormal y finalmente caacutencer
Es conocido que la melatonina se ve afectada por la luz [9]
Por ejemplo las mujeres ciegas
tiacutepicamente tienen maacutes nivel de melatonina que las videntes y la incidencia del caacutencer de
mama es mucho menor Otras frecuencias de la energiacutea electromagneacutetica diferente a la del
visible pueden tambieacuten tener influencia en la generacioacuten de melatonina El intereacutes baacutesico en
la melatonina de muchos cientiacuteficos es que podriacutea servir de base para explicar algunos
estudios epidemioloacutegicos
Diversos laboratorios han encontrado reduccioacuten de melatonina en ceacutelulas animales y
personas expuestos a campos de ELF siendo un efecto que depende fuertemente del periacuteodo
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de exposicioacuten y de la intensidad del campo
En 1995 Selmaoui y colaboradores [44]
realizaron un estudio con ratones expuestos a
campos de 50 Hz con intensidades de 1 10 y 100 μTeslas durante 12 horas o durante 30
diacuteas durante 18 horas al diacutea Se observoacute un decrecimiento en la melatonina para los
ratones expuestos 30 diacuteas (un 40 de reduccioacuten) y en los expuestos 12 horas a 100μT (un
20 de reduccioacuten) Para un 1μT no se observoacute reduccioacuten en ninguacuten caso
Seguacuten Michael H Repacholi (World Health Organization 1998) en 1987 Stevens [45]
propuso una relacioacuten entre la exposicioacuten a campos ELF (5060 Hz) y la carcinogeacutenesis a
traveacutes de la accioacuten del campo sobre la secrecioacuten de melatonina Se reportoacute una inhibicioacuten
de la secrecioacuten de melatonina y un descenso de la actividad de las enzimas involucradas
en el metabolismo de la melatonina con exposicioacuten a ELF o campos magneacuteticos estaacuteticos
alternados raacutepidamente
Pero tambieacuten existen estudios en los que no se ha encontrado esa reduccioacuten
En 1995 Rogers y sus colaboradores [46]
sometieron a monos a campos eleacutectricos de 60
kVm y magneacuteticos de 50μT o de 30 kVm y 100μT de 60 Hz durante 12 horas al diacutea y 6
semanas No encontraron ninguna evidencia de reduccioacuten en la melatonina
Graham y colaboradores en 2000 [47]
no encontraron efectos entre hombres joacutevenes
voluntarios expuestos a campos de 60 Hz de 283μT
Ninguacuten estudio ha determinado los efectos en el metabolismo de la melatonina provocados
por niveles bajos de corriente continua o campos de RF de amplitud modulada Estos efectos
deberiacutean investigarse
Los posibles efectos sobre diferentes actividades del cuerpo se resumen a continuacioacuten [9]
Material geneacutetico Mucha de la investigacioacuten en efectos bioloacutegicos de los CEM se ha
dedicado a encontrar si la exposicioacuten a campos de ELF puede dantildear el ADN o inducir
mutaciones en eacutel Generalmente se cree que la energiacutea asociada con campos de ELF no es
suficiente para causar un dantildeo directo en el ADN sin embargo debe entenderse que pueden
ser posibles efectos indirectos que cambien los procesos en las ceacutelulas que puedan producir
un dantildeo en el ADN Por otro lado campos de ELF con intensidades muy superiores a las
habituales en el ambiente pueden producir cambios en la siacutentesis del ADN cambiar la
distribucioacuten molecular o inducir aberraciones cromosoacutemicas Sin nombrar ninguacuten estudio en
particular en general los cambios mutageacutenicos soacutelo se observan a intensidad de campo
magneacutetico alta
Transporte de calcio El fenoacutemeno de liberacioacuten de iones de calcio Ca++
de las ceacutelulas por
exposicioacuten de campos de ELF es conocido especialmente en el cerebro y las ceacutelulas
linfaacuteticas Niveles elevados de Ca++ se han encontrado con niveles tanto bajos como altos de
campo en cultivos celulares y animales El exceso de Ca++
puede causar perturbaciones en la
actividad hormonal Sin embargo muchos cientiacuteficos no estiman tan importante el papel del
Ca++
en el caacutencer y la leucemia aunque se conoce que las ceacutelulas segregan iones de calcio a
las ceacutelulas circundantes como un mensaje para bloquear el desarrollo celular
Seguacuten R Glaser M Michalsky y R Schramek(1998) [48]
a partir de 400 pruebas no hay
efectos claros para esta actividad para campos magneacuteticos superiores pico a pico a 26 mT y
frecuencias de 45Hz a 12kHz ni para campos eleacutectricos superiores a 150 Vm a frecuencias
de 15 45 100 y 500 Hz y 1 2 5 y 10 Kz existiendo importantes desviaciones estadiacutesticas
de resultados a frecuencias de 45 740 y 1040 Hz
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Actividad de las enzimas Existen estudios [9]
sobre la influencia de los campos de ELF
sobre las enzimas
Hormonas Muchos estudios [9]
han demostrado los efectos sobre las hormonas de campos
de ELF
Sistema inmunoloacutegico El sistema inmunoloacutegico no parece que se vea alterado por campos
de ELF de niveles bajos
Comunicacioacuten intercelular Las interacciones intercelulares juegan un papel primordial en
el desarrollo del sistema nervioso de todos los organismos Las sentildeales quiacutemicas y eleacutectricas
a traveacutes de las membranas son las responsables de las comunicaciones intercelulares Los
campos de ELF pueden cambiar las propiedades de la membrana de las ceacutelulas modificar las
funciones celulares e interferir en la transferencia de informacioacuten intercelular
Efectos no cancerosos Los efectos no cancerosos del campo de ELF en estudios in vitro no
son tan numerosos como los anteriores Se han estudiado efectos sobre la divisioacuten y
crecimiento celular para campos del orden de unos pocos Vm o deacutecimas de mT
Tambieacuten se han estudiado efectos asociados con la exposicioacuten de embriones a campos de
ELF La importancia de estos estudios es que se han realizado conjuntamente en seis
laboratorios de cuatro paiacuteses Con campos de 100 Hz y sentildeales pulsadas (de corta duracioacuten)
se encontroacute un 6 de incremento en el nuacutemero de embriones anormales
Estudios sobre caacutencer en animales
No existe ninguna evidencia en ninguacuten estudio de que campos de ELF de baja intensidad
puedan causar caacutencer en animales
Existe un estudio [9]
sobre animales tratados con un iniciador quiacutemico que ha encontrado
un gran nuacutemero de tumores en ellos cuando son sometidos a campos magneacuteticos de
intensidades medias
Otros estudios en roedores sometidos a campos de ELF con valores de campo magneacutetico
de 100μT mostraron crecimiento en los tumores de mama pero no una mayor incidencia
en su presencia
Basaacutendonos en los estudios realizados es posible concluir que no hay una evidente conexioacuten
que ligue la exposicioacuten a campos de ELF con niveles del orden de los que existen en el
ambiente habitual con el caacutencer en animales Para campos magneacuteticos altos se ha visto en
ciertos estudios una relacioacuten positiva en la incidencia sobre el caacutencer
Otros estudios en animales [9]
Sobre la incidencia de campos de ELF en animales
estudiando sus efectos sobre enfermedades no cancerosas existen tambieacuten muchos estudios
Se han realizado estudios en ratas y ratones midiendo la influencia de campos de ELF en su
presioacuten sanguiacutenea actividad funcional y celular y resistencia del sistema inmunoloacutegico El
valor del campo magneacutetico era de 2 200 y 1000μT a 60Hz y la exposicioacuten era continua No
se encontraron efectos significativos No hay una evidencia de que la exposicioacuten a campos
de ELF cause cambios en los animales Algunos estudios han indicado algunos cambios en
el comportamiento social de monos pero la recomendacioacuten en este sentido es continuar con
los estudios
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Estudios en humanos Los efectos de campos de ELF podriacutean ser estudiados en humanos
con seguridad y con efectividad sobre voluntarios a pesar de las limitaciones en la duracioacuten
de la exposicioacuten y los tipos de pruebas que se les puedan hacer Estos estudios se centran en
los efectos que pueden ocurrir durante un tiempo que va de unos minutos a algunas semanas
Estudios maacutes extensos en el tiempo son muy difiacuteciles si no imposibles por la dificultad de
controlar la exposicioacuten
La seleccioacuten de mecanismos fisioloacutegicos para analizar estaacute tambieacuten limitada a aquellos que
se puedan medir por meacutetodos no invasivos o miacutenimamente invasivos Por otro lado estos
estudios tienen ciertas ventajas pues se centran directamente en la especie ldquocorrectardquo
evitando extrapolacioacuten de resultados obtenidos de otras especies
Los estudios con humanos voluntarios pueden ayudar a definir dosimetriacutea y tipos de
respuesta a los resultados dados por los estudios epidemioloacutegicos y podriacutean guiar aacutereas de
investigacioacuten en animales en los que hubiera que recurrir a meacutetodos y mecanismos maacutes
invasivos
Es conocido que muchas personas han dado a conocer diferentes efectos sobre la salud
debidos a exposiciones de campos de ELF tales como dolores de cabeza cambios
cardiovasculares cambios en el comportamiento confusioacuten depresioacuten dificultad en la
concentracioacuten perturbaciones del suentildeo malas digestiones etc Las fuentes esenciales en
este campos son las encuestas a las personas que viven cerca de fuentes potenciales de
campos de ELF pruebas de laboratorio y datos epidemioloacutegicos
Efectos en el comportamiento El sistema nervioso central es un lugar de potencial
interaccioacuten con los campos de ELF debido a la sensibilidad eleacutectrica de sus tejidos El
sistema nervioso central estaacute compuesto de nervios perifeacutericos la meacutedula espinal y el
cerebro y su labor es controlar la transferencia de informacioacuten entre los organismos y el
entorno y tambieacuten controla los procesos internos La posibilidad de que los campos de
ELF afecten al sistema nervioso central y en especial al cerebro causando efectos
adversos en el comportamiento y las capacidades cognitivas ha sido una preocupacioacuten
constante en los diferentes estudios No hay resultados concluyentes
Efectos en el sistema cardiovascular El corazoacuten es un oacutergano bioeleacutectrico El
electrocardiograma es el diagnoacutestico esencial de los cardioacutelogos para determinar la
condicioacuten del corazoacuten Densidades de corriente alrededor de 01 mAm2 pueden estimular
tejidos mientras que corrientes de 1 Am2 interfieren con la accioacuten del corazoacuten causando
fibrilacioacuten ventricular [9]
Sensibilidad eleacutectrica La sensibilidad eleacutectrica tambieacuten conocida como
hipersensibilidad electromagneacutetica o electrosensibilidad es un desorden neuroloacutegico con
siacutentomas de tipo aleacutergico que estaacute relacionado con los CEM Algunos individuos se
muestran maacutes sensibles a ciertas frecuencias reaccionando cuando se encuentran en las
proximidades de fuentes electromagneacuteticas Los siacutentomas de la electrosensibilidad pueden
incluir dolores de cabeza irritacioacuten en los ojos nauseas irritaciones en la piel debilidad
fatiga peacuterdida de concentracioacuten dificultad de respirar trastornos del suentildeo etc Algunos
autores consideran que este siacutendrome es puramente psicosomaacutetico [9]
Shocks y microshocks Un mecanismo de interaccioacuten ente los campos de ELF y los
tejidos vivos es la estimulacioacuten directa de ceacutelulas y membranas Esto prueba la capacidad
del cuerpo humano para percibir corrientes eleacutectricas que con toda probabilidad puedan
producir shocks o microshocks dependiendo de la intensidad de la corriente Por
microshock se entiende arritmias cardiacuteacas producidas por corrientes de baja intensidad
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que pasan a traveacutes del corazoacuten El teacutermino shock se utiliza para describir todos los dantildeos
importantes de la corriente eleacutectrica que pueden causar peacuterdida de conciencia y graves
quemaduras o a perder la vida Shocks ocurren maacutes frecuentemente en personas que tocan
un objeto conductor grande como un motor cuando no estaacute aislado de tierra Se estima [9]
que el umbral para la densidad de corriente para la estimulacioacuten de ceacutelulas excitables es
de 1 mAm2 A frecuencias de ELF esto se corresponde con un campo eleacutectrico en el
interior del cuerpo de 100 Vm El campo eleacutectrico necesario para producir un shock es
comparable con el que se necesita para producir calor El valor miacutenimo para el shock se
incrementa con la frecuencia Por tanto a bajas frecuencias el shock es el dantildeo liacutemite y a
frecuencias grandes el calentamiento y las quemaduras pueden ocurrir a intensidades de
campo bajas antes de dar lugar a un shock
Como cierre de este apartado se reproduce la conclusioacuten de un artiacuteculo [49]
que revisa los
efectos de los CEM
ldquoSe han llevado a cabo un gran nuacutemero de estudios experimentales y epidemioloacutegicos para
dilucidar efectos asociados a la exposicioacuten de las personas a CEM de ELF y RF No hay
evidencia convincente de que se dantildee el ADN No obstante muchos estudios han aportado
pruebas de que los CEM de relativamente baja intensidad son capaces de interactuar con
muchas moleacuteculas ceacutelulas y procesos sisteacutemicos asociados a la carcinogeacutenesis mutageacutenesis
y teratogeacutenesis No estaacute claro coacutemo estos estudios se interpretaraacuten en teacuterminos de riesgos
para la salud puacuteblica Uno de los principales problemas es la ausencia de un mecanismo de
interaccioacuten biofiacutesico de aceptacioacuten general que pueda explicar los efectos bioloacutegicos
reportados sin violar los principios fiacutesicos baacutesicos Ademaacutes se han dado casos de intentos
de reproducir algunos de los hallazgos clave en laboratorios que no han tenido eacutexito Las
dificultades en reproducir los experimentos de CEM pueden ser debidos en parte al hecho
de que no se hayan reproducido tambieacuten de forma exacta todos los detalles del experimento
No obstante estas dificultades de repetitividad podriacutean indicar que los posibles efectos de
los CEM son sutiles ya que los efectos fuertes no seriacutean sensibles a pequentildeas variaciones en
los detalles de los experimentos Pero la sutileza de los efectos no necesariamente significa
que sean insignificantes Debido al gran nuacutemero de personas expuestas incluso efectos
sutiles pueden resultar importantes para la salud puacuteblicardquo (J Juutilainene S Lang 1997)
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4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO
Como se puede comprobar los efectos teacutermicos ya conocidos [50]
de las radiaciones de campos
electromagneacuteticos artificiales no se recogen normalmente entre las causas probables de
ganancia de calor ni de fiebre Ello es debido a que las directrices y normativas que regulan la
exposicioacuten a CEM para la poblacioacuten general velan por que esto no suceda a pesar de la
posibilidad de que ocurran accidentes
Todas las valoraciones de efectos no teacutermicos (no asiacute los ateacutermicos) pasan por alto el
fenoacutemeno de la termorregulacioacuten
Termorregulacioacuten La termorregulacioacuten es la capacidad del cuerpo para regular su
temperatura Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura
La temperatura normal del cuerpo de una persona variacutea dependiendo de su sexo actividad
reciente consumo de alimentos y liacutequidos hora del diacutea y en las mujeres de la fase del ciclo
menstrual en la que se encuentren La temperatura corporal normal de acuerdo con la
Asociacioacuten Meacutedica Americana (American Medical Association) puede oscilar entre 365 y
372 degC El cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37ordmC mientras que la temperatura
cutaacutenea es de 335ordmC
La temperatura con que la sangre llega al hipotaacutelamo seraacute el principal determinante de la
respuesta corporal a los cambios climaacuteticos ya que el hipotaacutelamo es el centro integrador que
funciona como termostato y mantiene el equilibrio entre la produccioacuten y la peacuterdida de calor Si
la temperatura disminuye aumenta la termogeacutenesis y los mecanismos conservadores del calor
El mantenimiento de la temperatura corporal ademaacutes depende del calor producido por la
actividad metaboacutelica y el perdido por los mecanismos corporales asiacute como de las condiciones
ambientales La termogeacutenesis o generacioacuten de la temperatura se realiza por dos viacuteas
Raacutepida termogeacutenesis fiacutesica producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo
sanguiacuteneo perifeacuterico
Lenta termogeacutenesis quiacutemica de origen hormonal y movilizacioacuten de sustratos procedentes
del metabolismo celular
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor
El cuerpo siempre estaacute perdiendo calor ya sea por factores ambientales o por procesos
bioloacutegicos externos o internos Una vez producido el calor es transferido y repartido a los
distintos oacuterganos y sistemas [50]
Mecanismos externos
Conveccioacuten Asiacute se pierde el 12 del calor Ocurre en todo fluido hace que el aire
caliente ascienda y sea reemplazado por aire maacutes friacuteo La ropa disminuye la peacuterdida Si
existe una corriente de aire (viento o ventilador mecaacutenico) se produce una convencioacuten
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forzada y la trasferencia es mayor Si no hay aire maacutes fresco para hacer el reemplazo el
proceso se detiene Esto sucede por ejemplo en una habitacioacuten pequentildea con muchas
personas
Radiacioacuten emitida Como todo cuerpo con temperatura mayor que 265 degC los seres
vivos tambieacuten irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagneacuteticas Es el
proceso en que maacutes se pierde calor el 60 [50]
La radiacioacuten es la propagacioacuten de energiacutea
a traveacutes del espacio vaciacuteo sin requerir presencia de materia Asiacute es como el Sol que estaacute
mucho maacutes caliente que los planetas y el espacio de alrededor nos trasmite su energiacutea y
nos transmite su calor
Conduccioacuten En este proceso se pierde el 3 del calor si el medio circundante es aire a
temperatura normal Es la transferencia de calor por contacto con el aire la ropa el agua
u otros objetos (una silla por ejemplo) Si la temperatura del medio circundante es
inferior a la del cuerpo la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (peacuterdida) si no la
transferencia se invierte (ganancia) Si el medio circundante es agua la transferencia
aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisioacuten teacutermica del agua es
mayor que el del aire
Evaporacioacuten Peacuterdida del 22 del calor corporal mediante el sudor debido a que el
agua tiene un elevado calor especiacutefico y para evaporarse necesita absorber calor y lo
toma del cuerpo el cual se enfriacutea Una corriente de aire que reemplace el aire huacutemedo por
el aire seco aumenta la evaporacioacuten La evaporacioacuten de agua en el organismo se produce
por los siguientes mecanismos
o Evaporacioacuten insensible o perspiracioacuten se realiza en todo momento y a traveacutes de los
poros de la piel siempre que la humedad del aire sea inferior al 100 Tambieacuten se
pierde agua a traveacutes de las viacuteas respiratorias
o Evaporacioacuten superficial formacioacuten del sudor por parte de las glaacutendulas sudoriacuteparas
que estaacuten distribuidas por todo el cuerpo pero especialmente en la frente palmas de
manos pies zona axilar y puacutebica
Cuando la temperatura ambiental excede a la corporal el calor se gana por el
metabolismo radiacioacuten conveccioacuten y conduccioacuten y solo se pierde por la evaporacioacuten
asociada al sudor El grado de humedad del aire influye en la peacuterdida de calor por
sudoracioacuten ya que cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de
calor podraacute eliminarse por este mecanismo
La adaptacioacuten del organismo a temperaturas extremas es fundamental en los deportes en los
que se requiere un trabajo continuo (carreras de fondo ciclismo carreras de esquiacute natacioacuten
de aguas abiertas) Es necesario un conocimiento detallado sobre la influencia que ejercen el
calor y el friacuteo en el organismo del deportista sobre todo durante la ejecucioacuten de cargas de
entrenamiento y de competicioacuten de gran magnitud asiacute como nociones acerca de los
mecanismos y de las viacuteas de suministro utilizables para conseguir una eficaz adaptacioacuten
individual a temperaturas altas y bajas
La aclimatacioacuten del organismo del deportista a los cambios de temperatura del medio
ambiente estaacute orientada baacutesicamente a la disipacioacuten de calor cuando la temperatura es alta y
a mantener el calor si la temperatura es baja Del total de energiacutea generada por el organismo
de una persona entre un 60 y un 80 se transforma en calor que va al medio y el resto
entre 20 y 40 se transforma en energiacutea uacutetil para el trabajo
Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel la conservacioacuten del balance
teacutermico no supone ninguacuten problema para el organismo de la persona ya que la peacuterdida de
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calor se facilita por la suma de la conveccioacuten y la radiacioacuten siendo las peacuterdidas por
conduccioacuten marginales
En el ejercicio la intensidad de trabajo determina una mayor produccioacuten de calor y esta
carga de calor es tan grande que este mecanismo aunque es el primero en activarse no
alcanza para eliminar el calor circulante que la sangre lleva hasta la piel En estas
condiciones el uacutenico medio del que dispone el cuerpo para liberarse del calor es la
evaporacioacuten Para ello se activan las glaacutendulas sudoriacuteparas que seraacuten las encargadas de
eliminar el calor por medio del sudor Por lo tanto la evaporacioacuten es la forma maacutes eficaz que
el organismo tiene para disipar el calor durante el ejercicio y la posibilidad de realizar este
trabajo de termorregulacioacuten con eficacia es crucial para el deportista
Mecanismos internos (controlados por el organismo) Pueden ser voluntarios (sacarse ropa o
desabrigarse ndashcorteza cerebral- o involuntarios Estos uacuteltimos son
Sudoracioacuten Cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva se enviacutea informacioacuten al
aacuterea preoacuteptica ubicada en el cerebro por delante del hipotaacutelamo Eacuteste desencadena la
produccioacuten de sudor El cuerpo humano puede perder hasta 15 litros de sudor por hora
Transpiracioacuten insensible Cada persona en promedio pierde 800 ml de agua
diariamente Eacutesta proviene de las ceacutelulas e impregna la ropa que adquiere el olor
caracteriacutestico
Vasodilatacioacuten Cuando la temperatura corporal aumenta los vasos perifeacutericos se dilatan
y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel para enfriarse Por eso despueacutes de un
ejercicio la piel se enrojece ya que estaacute maacutes irrigada
Termoacutelisis para controlar la temperatura nuestro organismo utiliza mecanismos fiacutesicos
de disipacioacuten cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado Estos mecanismos pueden
tener control fisioloacutegico o no tales como la orina heces aire expirado e ingesta de
alimentos friacuteos con los que podemos reducir la temperatura pero nuestro metabolismo
apenas intervendraacute
Por el contrario cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiologiacutea se produce
vasodilatacioacuten los vasos sanguiacuteneos de la piel se dilatan intensamente Una vasodilatacioacuten
plena puede aumentar la transferencia de energiacutea hacia la piel hasta 8 veces
o Termoacutelisis intensa cuando la temperatura central del cuerpo es mayor que el nivel
criacutetico se produce una mayor peacuterdida de calor por evaporacioacuten (sudoracioacuten) Un
aumento adicional de 1degC en la temperatura corporal provoca suficiente sudoracioacuten
para eliminar 10 veces la produccioacuten basal de calor del cuerpo Muchos animales
inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a
que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoriacutea no presentan
glaacutendulas sudoriacuteparas por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo el mecanismo del
jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiracioacuten muy
superficial que colabora con la raacutepida evaporacioacuten del agua de las superficies mucosas
especialmente la saliva en la lengua
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412 Mecanismos de Ganancia de Calor
Mecanismos externos (radiacioacuten)
Radiacioacuten directa del sol La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor
como radiacioacuten infrarroja Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92
Irradiacioacuten desde la atmoacutesfera La atmoacutesfera actuacutea como una pantalla amplificadora
frente a las radiaciones provenientes del Sol y hace incidir las radiaciones infrarrojas
directamente sobre el cuerpo
Mecanismos internos Estos pueden ser voluntarios (abrigarse ndashcorteza cerebral- o
involuntarios Estos uacuteltimos son
Vasoconstriccioacuten En el hipotaacutelamo posterior existe el centro nervioso simpaacutetico
encargado de enviar sentildeales que causa una disminucioacuten del diaacutemetro de los vasos
sanguiacuteneos cutaacuteneos eacutesta es la razoacuten por la cual la gente palidece con el friacuteo
Piloereccioacuten La estimulacioacuten del sistema nervioso simpaacutetico provoca la contraccioacuten de
los muacutesculos erectores ubicados en la base de los foliacuteculos pilosos lo que ocasiona que
se levanten Esto cierra los poros y evita la peacuterdida de calor Tambieacuten crea una capa densa
de aire pegada al cuerpo evitando perder calor por conveccioacuten esto es un signo geneacutetico
de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa
de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno)
Espasmos musculares o tiritones La musculatura esqueleacutetica se escapa del control
voluntario y queda sometido al hipotaacutelamo El friacuteo produce contracciones musculares
involuntarias que aumentan el tono muscular o contraccioacuten basal que tienen los
muacutesculos y si es maacutes intenso produce un temblor perceptible Estas contracciones
consumen energiacutea que se transforma en calor
Termogeacutenesis Nuestra fuente permanente de calor es la actividad metaboacutelica basal al
favorecer el temblor la excitacioacuten simpaacutetica de produccioacuten de calor y la secrecioacuten de
hormonas tiroideas Durante los escalofriacuteos la produccioacuten de calor puede aumentar 4 oacute 5
veces por estimulacioacuten del hipotaacutelamo posterior en el aacuterea llamada ldquocentro motor
primario del temblorrdquo Las sentildeales que provocan el temblor van por la meacutedula espinal y a
traveacutes de las motoneuronas anteriores llegan al muacutesculo esqueleacutetico aumentando su tono
o Termogeacutenesis quiacutemica este mecanismo bioloacutegico es muy simple la noradrenalina y la
adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular pero
tambieacuten el enfriamiento (accioacuten sobre el aacuterea preoacuteptica hipotalaacutemica anterior) aumenta
la produccioacuten de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides)
Esta a su vez estimula la produccioacuten de hormonas tiroideas lo que aumenta el
metabolismo celular de todo el cuerpo
o Termogeacutenesis fiacutesica la estimulacioacuten de los centros simpaacuteticos del hipotaacutelamo posterior
causan vasoconstriccioacuten cutaacutenea La vasoconstriccioacuten perifeacuterica favorece la
conservacioacuten de la temperatura de la sangre circulante al desplazarla a los tejidos maacutes
profundos
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA
Hipotaacutelamo El hipotaacutelamo tiene un doble sistema de regulacioacuten de la temperatura [50]
Regioacuten preoacuteptica del hipotaacutelamo anterior centro que regula el exceso de calor
Hipotaacutelamo posterior centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de friacuteo y la
peacuterdida de calor Conserva y mantiene la temperatura corporal Son las ceacutelulas de la
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regioacuten posterior (conservadora de calor) las que predeterminan la temperatura de 37ordmC La
norma para los centros es una temperatura de 368 + 04 ordmC
Si la temperatura disminuye con respecto a la norma aumenta la termogeacutenesis Si la
temperatura aumenta con respecto a la norma se activa la termoacutelisis
Receptores teacutermicos El funcionamiento fisioloacutegico de los receptores cutaacuteneos estaacute entre 33ordm
y 25ordmC de forma que cuando la temperatura cutaacutenea es de 29ordmC praacutecticamente no hay
sudoracioacuten
Neurotransmisores Existen tambieacuten algunos neurotransmisores que actuacutean a nivel de los
centros Asiacute por ejemplo la serotonina estimula al centro de la termogeacutenesis y las
catecolaminas estimulan al centro de la termoacutelisis
Alteracioacuten de la Regulacioacuten Teacutermica
Fiebre ldquoEstado de elevacioacuten de la temperatura central la cual a menudo pero no
necesariamente hace parte de la respuesta de un organismo pluricelular a la invasioacuten de
organismos vivos o materia inanimada reconocidas como patogeacutenicas o extrantildeas por el
hueacutespedrdquo A esta definicioacuten se debe agregar que dicho aumento en la temperatura central
es debido a un aumento en el punto de ajuste hipotalaacutemico en el cual las respuestas
homeostaacuteticas del individuo se encuentran intactas
Hipertermia Aumento en la temperatura en el cual el control estrecho ejercido por el
hipotaacutelamo se encuentra abolido es decir que a diferencia de la fiebre es un estado en el
que la homeostasis se encuentra deteriorada
Causas de la Fiebre
Golpes de calor El liacutemite de calor que puede aumentar el humano estaacute relacionado con
la humedad ambiental Asiacute si el ambiente es seco y con viento se pueden generar
corrientes de conveccioacuten que enfriacutean el cuerpo Por el contrario si la humedad ambiental
es alta no se producen corrientes de conveccioacuten y la sudoracioacuten disminuye el cuerpo
comienza a absorber calor y se genera un estado de hipertermia Esta situacioacuten se agudiza
maacutes auacuten si el cuerpo estaacute sumergido en agua caliente
En el humano se produce una aclimatacioacuten a las temperaturas altas asiacute nuestra
temperatura corporal puede llegar a igualar la del ambiente sin peligro de muerte Los
cambios fiacutesicos que conducen a esta aclimatacioacuten son el aumento de la sudoracioacuten el
incremento del volumen plasmaacutetico y la disminucioacuten de la peacuterdida de sal a traveacutes del
sudor
Enfermedades infecciosas Es el caso de las bacterias que generan toxinas que afectan al
hipotaacutelamo aumentando el termo estado Afecta a los mecanismos de ganancia de calor
los cuales se activan Los compuestos quiacutemicos que generan aumento de temperatura son
los piroacutegenos (virus productos bacterianos endotoxinas complejos inmunes)
Lesiones cerebrales Al practicar cirugiacuteas cerebrales se puede causar dantildeo
involuntariamente en el hipotaacutelamo el cual controla la temperatura corporal Esta
alteracioacuten ocurre tambieacuten por tumores que crecen en el cerebro especiacuteficamente en el
hipotaacutelamo de manera que el termostato corporal se dantildea desencadenando estados
febriles graves Cualquier lesioacuten a esta importante estructura puede alterar el control de la
temperatura corporal ocasionando fiebre permanente
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421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio
En 2009 [51]
MA Garciacutea J Valenzuela y
D Saacutenchez del Dpto de Tecnologiacuteas de
la Informacioacuten y Comunicaciones de la
Universidad Politeacutecnica de Cartagena
realizaron simulaciones 2D de un plano
coronal de cabeza humana extraiacutedo del
Proyecto Humano Visible (PHV) como
muestra la figura 14 La simulacioacuten
contemplaba los tejidos cerebrales de
usuarios de telefoniacutea moacutevil en la banda
GSM 1800 por lo que la exposicioacuten
simulada era de 1 W a frecuencia de
1800 MHz
La combinacioacuten mediante software
propio de las ecuaciones de Maxwell y
de un modelo termorregulatorio humano
proporcionoacute tanto la TAE (tasa de
absorcioacuten especiacutefica) como los
incrementos de temperatura asociados a
la exposicioacuten electromagneacutetica para
todos los tejidos del modelo a lo largo de
la direccioacuten de propagacioacuten para varias
distancias entre el dipolo y la cabeza
Figura 14 Modelo de cabeza humana del
Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda)
plano coronal y leyenda (abajo-derecha)
Ello sin tener en cuenta factores como sudoracioacuten respiracioacuten peacuterdidas de calor variables en
los pulmones capilaridad vasodilatacioacuten flujo sanguiacuteneo o metabolismo variables ritmo
cardiacuteaco o alteraciones en la propia respuesta termorregulatoria debidas a que se incremente
la temperatura en el hipotaacutelamo
En cuanto a las conclusiones en primer lugar se ha de tener en cuenta que habriacutea que
extrapolar el modelo a 3D pero se obtuvieron resultados muy interesantes como
La naturaleza protectora del craacuteneo
Incrementos teacutermicos por encima de 1 grado Celsius en tejidos del cerebro
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5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son clasificados como no-
magneacuteticos bien sea diamagneacuteticos (repelidos deacutebilmente por un campo magneacutetico como el
agua en casi todas las sustancias grasas) o paramagneacuteticos (atraiacutedos deacutebilmente hacia el
campo magneacutetico como la desoxihemoglobina en las ceacutelulas sanguiacuteneas) Para los materiales
de estos tipos la influencia fiacutesica directa del campo magneacutetico terrestre es extraordinariamente
deacutebil ya que la energiacutea de interaccioacuten magneacutetica es muchos oacuterdenes de magnitud por debajo
de la energiacutea teacutermica de base (interna de la materia) kT (donde k es la constante de Boltzman
y T la temperatura absoluta) [1]
No obstante existen otros materiales denominados ferromagneacuteticos que interactuacutean muy
fuertemente con el campo magneacutetico terrestre A diferencia de las sustancias diamagneacuteticas y
paramagneacuteticas las acciones mecaacutenico-cuaacutenticas sobre electrones no pareados con los
materiales ferromagneacuteticos fuerzan los momentos magneacuteticos de los electrones (magnetones
de Bohr) a formar alineaciones de rango elevado Los momentos magneacuteticos de cada
magnetoacuten de Bohr en tales cristales se suman vectorialmente y en algunos materiales un
cristal de tan soacutelo unas pocas decenas de nanoacutemetros de tamantildeo tendraacute energiacutea de interaccioacuten
magneacutetica con el campo magneacutetico terrestre de 50 micro-teslas (μT) [1]
en exceso de energiacutea
teacutermica de base
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES
Seguacuten Lowenstam y Weinel en 1989 [52]
ya se habiacutean identificado al menos 12 minerales de
hierro en los organismos aunque soacutelo dos de ellos han sido encontrados tambieacuten precipitados
en los vertebrados Estos son la ferrihidrita (5Fe2O3 9H2O) que es el mineral que se
encuentra en la moleacutecula ferritina y la sustancia denominada frecuentemente en la literatura
meacutedica como hemosiderina y la magnetita (Fe3O4) De estos materiales la ferrihidrita es
paramagneacutetica mientras que la magnetita posee una variedad de ferromagnetismo
denominado ferrimagnetismo
A voluacutemenes similiares [2]
estas propiedades hariacutean que la magnetita interactuara sobre 106
veces maacutes con los campos magneacuteticos externos que con cualquier material bioloacutegico La
magnetita es tambieacuten el uacutenico compuesto metaacutelico conocido fabricado por organismos vivos
y tiene la conductividad eleacutectrica maacutes alta que cualquier otro material celular
Debido a que la magnetita es el uacutenico material biogeacutenico conocido en organismos superiores
que es ferromagneacutetico a temperatura ambiente es importante revisar brevemente la historia
de su descubrimiento en animales y queacute se conoce de su distribucioacuten filogeneacutetica
(clasificacioacuten de las especies seguacuten su proximidad evolutiva) y funcioacuten bioloacutegica
Heinz A Lowenstam (1962) [53]
fue quien descubrioacute la magnetita precipitada
bioquiacutemicamente como material de recubrimiento en la raacutedula (estructura que se localiza
en la base de la boca y la concha de los moluscos) de los chitones (moluscos marinos de la
clase Polyplacophora) Eacutel y sus colaboradores fueron capaces de demostrar el origen
bioloacutegico de este material a traveacutes de una variedad de estudios de trazado radio-isotoacutepico y
mediante el examen detallado de la ultra-estructura de la boca Antes de este
descubrimiento el origen de la magnetita soacutelo se concebiacutea en rocas iacutegneas o metamoacuterficas
sometidas a altas temperaturas y presiones En los chitones la magnetita sirve para
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endurecer las capas dentales capacitaacutendolos para extraer y comer algas de los sustratos
rocosos maacutes superficiales (unos pocos miliacutemetros) En 1985 Nesson y Lowenstam [54]
publicaron los resultados de los anaacutelisis ultra-estructurales e histoloacutegicos detallados de la
formacioacuten de la magnetita en la raacutedula y apuntaron que el proceso comienza con un
transporte inicial de hierro metaboacutelico al extremo posterior del saco de la raacutedula Este
hierro se deposita como mineral ferrihidrita en una malla orgaacutenica previamente formada de
material proteiacutenico formando una o dos filas distintas de dientes rojizos A traveacutes de alguacuten
proceso la ferrihidrita se convierte raacutepidamente en magnetita a traveacutes de una reaccioacuten
acoplada con reduccioacuten de hierro y re-cristalizacioacuten
La bacteria magnetotaacutectica fue el segundo organismo en que se encontroacute magnetita
biogeacutenica [55]
Se precipitoacute cristales de magnetita de tamantildeo sub-micromeacutetrico en una
vacuola de membrana fosfoliacutepida intracelular formando estructuras denominadas
ldquomagnetosomasrdquo que se describen en el apartado 511 Las cadenas de estos
magnetosomas actuacutean como simples agujas de compaacutes que pasivamente dirigen a las
ceacutelulas de la bacteria en alineaciones con el campo magneacutetico terrestre y les permiten
buscar la zona micro-aerofiacutelica en la interfaz agualodo de la mayoriacutea de los ambientes
acuosos naturales Estas bacterias nadan hacia el norte magneacutetico en el hemisferio norte
hacia el sur magneacutetico en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador
geomagneacutetico aunque en el ecuador las densidades de poblacioacuten son mucho maacutes bajas [2]
Los magnetosomas basados en magnetita se han encontrado tambieacuten en las algas
magnetotaacutecticas eucarioacuteticas en que cada ceacutelula contiene varios miles de cristales La
greigita mineral ferrimagneacutetica (Fe3S4) tambieacuten ha sido descubierta posteriormente en los
magnetosomas de un primitivo grupo de bacterias
Una recopilacioacuten extensiva de los 30 antildeos anteriores a los antildeos 90 [2]
demuestra que muchos
organismos poseen la habilidad bioquiacutemica de precipitar la magnetita mineral ferrimagneacutetica
(Fe3O4) y la greigita (Fe3S4) En teacuterminos de su distribucioacuten filogeneacutetica la biomineralizacioacuten
de la magnetita estaacute particularmente esparcida habieacutendose documentado en moacutenera
protozoos y animales con un registro foacutesil hasta el periacuteodo Precaacutembrico Dentro del reino
animal se conoce dentro de moluscos artroacutepodos y cordados y se sospecha en muchos otros
grupos En los microorganismos y peces cadenas lineales de cristales de magnetita enlazados
por membrana (magnetosomas) forman estructuras descritas como ldquomagnetos bioloacutegicos de
barrardquo
El movimiento del material ferromagneacutetico encontrado en los organismos como respuesta a
los campos magneacuteticos externos ha de tenerse en cuenta en principio en los efectos
magneacuteticos a nivel celular tales como la alineacioacuten magneacutetica de la bacteria magnetotaacutectica y
algas o la respuesta magnetotaacutectica de las abejas Bajo ciertas condiciones los movimientos
inducidos de los magnetosomas pueden ser suficientemente capaces para abrir
mecaacutenicamente los canales ioacutenicos de las trans-membranas sensitivas que por otro lado
tienen el potencial de influir en un amplio rango de procesos celulares
Aunque el conocimiento de las funciones bioloacutegicas de la magnetita es todaviacutea incompleto en
la boca de chitoacuten sirve como un agente que aporta dureza ndash es el material biogeacutenico conocido
maacutes duro formado por un organismo En los microorganismos la magnetita es responsable de
la respuesta magnetotaacutectica de la bacteria y del alga eucarioacutetica La magnetita tambieacuten parece
estar involucrada en la habilidad de muchos animales para usar el campo geomagneacutetico como
direccioacuten de orientacioacuten o navegacioacuten las cadenas de magnetosomas en el salmoacuten que se
parecen muchiacutesimo a aquellas de bacterias y algas podriacutean utilizarse con este propoacutesito El
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trabajo conductual realizado con abejas por H Schiff y G Canal [56]
que demuestra que la
buacutesqueda del norte puede cambiarse al sur con un breve pulso magneacutetico confirma que un
material ferromagneacutetico como la magnetita forma parte del sistema sensorial magneacutetico de la
abeja
Aparte de las funciones de la magnetita descritas anteriormente existe un problema antildeadido
la magnetita se sabe [2]
que se forma comuacutenmente en una variedad de tejidos para los que la
funcioacuten sensorial es bastante improbable ndash tumores en ratones y humanos por ejemplo
Incluso muchos de los cristales de magnetita extraiacutedos del cerebro humano muestran
caracteriacutesticas que podriacutean ser efectos de disolucioacuten De ahiacute que se sospeche que la magnetita
tiene todaviacutea roles desconocidos en la bioquiacutemica eucarioacutetica (ceacutelulas con nuacutecleo) quizaacutes
como una fuente localizada de hierro para activar enzimas basadas en hierro Los altos niveles
de magnetita en los tumores que crecen raacutepidamente en ratones atisban que pueden tener un
rol en la divisioacuten celular
Aunque el hierro juega un papel importante en praacutecticamente todos los organismos vivos -
principalmente a traveacutes del transporte electroacutenico debido a su capacidad para cambiar la
valencia- tiene una capacidad bioloacutegica bastante limitada y en algunas situaciones puede
resultar toacutexico para las ceacutelulas Por esta razoacuten es necesario para los organismos segregar
hierro en una forma no toacutexica
511 Los Magnetosomas
En 1975 Blakemore [55]
descubrioacute que ciertas
bacterias se orientaban seguacuten el campo magneacutetico
terrestre
Son orgaacutenulos presentes en las bacterias procariotas
magnetotaacutecticas Contienen entre 15 y 20 cristales
de magnetita que juntos actuacutean como una bruacutejula
para orientar las bacterias magnetotaacutecticas en los
campos geomagneacuteticos lo que simplifica la
buacutesqueda de sus ambientes preferidos de
microaerofilia Cada cristal de magnetita dentro de
un magnetosoma estaacute rodeado por una bicapa
lipiacutedica y proteiacutenas solubles La membrana que los
rodea contiene fospoliacutepidos [2]
proteiacutenas y
glicoliacutepidos
Figura 15 Magnetosoma de la
bacteria magnetotaacutectica
En la mayoriacutea de las bacterias magnetotaacutecticas los magnetosomas estaacuten dispuestos en una o
maacutes cadenas como puede observarse en la figura 15
En general los cristales magnetosomas tienen alta pureza quiacutemica [1]
rangos estrechos de
tamantildeo las especies especiacuteficas de morfologiacuteas de cristal y exhiben un reacutegimen especiacutefico
dentro de la ceacutelula Estas caracteriacutesticas indican que la formacioacuten de magnetosomas estaacute
bajo el control bioloacutegico preciso y es mediada por biomineralizacioacuten Las bacterias
magnetotaacutecticas mineralizan de oacutexido de hierro los cuales contienen cristales de magnetita
(Fe3O4) o magnetosomas de sulfuro de hierro que contienen cristales de greigita (Fe3S4) Se
han identificado tambieacuten otros minerales de sulfuro de hierro en magnetosomas de sulfuro
de hierro
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La morfologiacutea de las partiacuteculas de cristales de magnetosomas variacutea pero es coherente dentro
de las ceacutelulas de una sola especie o cepa bacteriana magnetotaacutecticas [1]
Tres morfologiacuteas
cristalinas generales han sido reportadas en las bacterias magnetotaacutecticas
maacutes o menos cuacutebico
alargado prismaacutetico (maacutes o menos rectangular)
forma de diente bala o punta de flecha
Los cristales de menor tamantildeo son superparamagneacuteticos es decir no permanentemente
magneacuteticos a temperatura ambiente y las paredes de dominio se forman en cristales maacutes
grandes
La funcioacuten de los magnetosomas en la ceacutelula bacteriana es la de orientar en el campo
magneacutetico existente El magnetosoma puede permitir a la bacteria ir fijando su posicioacuten con
respecto al norte pudiendo trazar una ruta a traveacutes del campo magneacutetico hacia zonas de
distintas concentraciones de oxiacutegeno y de nutrientes
La mayoriacutea de las bacterias que producen los magnetosomas se engloban en los geacuteneros
Magnetospirillum o Magnetococcus Las bacterias del geacutenero Magnetospirillum son
bacterias con forma de sacacorchos (espirilos) Gram negativas perteneciente al grupo
taxonoacutemico de las alfa-proteobacterias Son anaerobios facultativos o microaeroacutefilos y viven
en zonas de transicioacuten entre zonas anoxigeacutenicas y zonas oxigenadas Su haacutebitat predilecto
son las zonas huacutemedas enfangadas o sedimentos marinos donde existen ambientes ricos en
azufre y escasos en oxiacutegeno
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
Antes de 1992 [1][2]
en los estudios de imaacutegenes de resonancia magneacutetica (MRI) y
almacenamiento ioacutenico se asumiacutea universalmente que no habiacutea materiales magnetizados
permanentemente (ferromagneacuteticos) presentes en los tejidos humanos Una asuncioacuten similar
se habiacutea realizado en praacutecticamente todas las valoraciones biofiacutesicas del riesgo humano
asociado con la exposicioacuten a campos magneacuteticos de frecuencia extremadamente baja (ELF)
y por estudios criacuteticos epidemioloacutegicos que sugeriacutean una conexioacuten entre los campos
magneacuteticos deacutebiles de frecuencia de suministro eleacutectrico y varios desoacuterdenes de salud
humana Estos anaacutelisis se enfocaron en los efectos colaterales de la induccioacuten eleacutectrica o
posibles interacciones diamagneacuteticas y paramagneacuteticas De ahiacute que la asuncioacuten impliacutecita de
los estudios del pasado de que los tejidos humanos estaacuten libres de material ferromagneacutetico
necesita ser valorada de nuevo criacuteticamente y testeada experimentalmente
El descubrimiento en los antildeos 80 de que los tejidos humanos tambieacuten contienen trazas de
magnetita podriacutea tener implicaciones biomeacutedicas importantes La magnetita ha sido el primer
material verdaderamente novedoso descubierto como un precipitado bioquiacutemico en tejidos
humanos desde el comienzo de la ciencia meacutedica ndashtodo en el cuerpo humano desde los
huesos hasta los tejidos maacutes blandos se consideraba diamagneacutetico o paramagneacutetico [52]
Aunque la cantidad total de magnetita en un cuerpo humano adulto es pequentildea (unos pocos
cientos de microgramos) hay varios millones de cristales por gramo interactuando
fuertemente con los campos magneacuteticos externos Como los efectos a nivel celular pueden a
menudo conducir a efectos globales particularmente en los sistemas neuroloacutegico e
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inmunoloacutegico es importante para la salud humana conocer queacute hace este material en los
tejidos humanos y coacutemo se forma
No obstante se considera que las investigaciones previas a 1992 sobre la magnetita biogeacutenica
en tejidos humanos no fueron del todo concluyentes En 1992 Joseph L Kirschvink y
colaboradores [1]
reportaron que los tejidos humanos poseen cristales similares de magnetita
biogeacutenica con un miacutenimo estimado entre 5 y 100 millones de cristales de dominio simple
por gramo en los tejidos del cerebro humano Los extractos de partiacuteculas magneacuteticas del
tejido solubilizado examinados con TEM (microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten) de alta
resolucioacuten y difraccioacuten electroacutenica identificaron minerales la solucioacuten soacutelida magnetita-
maghemita con muchas morfologiacuteas de cristal y estructuras parecidas a aquellas precipitadas
por bacterias magnetotaacutecticas y peces
Muestras de tejidos En sus experimentos utilizaron material del cerebro humano
obtenido entre 12 a 14 horas postmortem del Consorcio Centro de Investigacioacuten de la
Enfermedad de Alzhemier de California del Sur Se tomaron muestras de siete cerebros de
pacientes de edad media 65 antildeos desde 48 a 88 antildeos Se sospechaba que cuatros de ellos
padeciacutean Alzheimer Se incluyeron muestras tanto de aacutereas corticales cerebrales como de
cerebelo de los siete cerebros Se obtuvieron ademaacutes de los anteriores en un caso cerebro
y dura espinal ganglio basal y cerebro medio y en otro caso bulbos olfativos sinus
sagital superior y tentorium de la dura
Magnetometriacutea Las sub-muestras de las medidas magneacuteticas se retiraron de los tejidos
utilizando herramientas similares en un laboratorio libre de polvo protegido
magneacuteticamente Las medidas de los materiales ferromagneacuteticos se realizaron utilizando
un magnetoacutemetro que empleaba dispositivos superconductores de interferencia cuaacutentica
(SQUID) sesgado a radiofrecuencias RF disentildeado para medir el momento ferromagneacutetico
total de las muestras situadas dentro de la bobina de Helmholtz
Resultados de Magnetometriacutea Todos los tejidos examinados teniacutean magnetizaciones
remanentes isoteacutermicas (IRMs) que saturaban al aplicar campos de aproximadamente 300
mT una caracteriacutestica propia de las series de magnetita-maghemita La habilidad de ganar
o perder magnetizacioacuten remanente en estos experimentos es una caracteriacutestica definitiva
de los materiales ferromagneacuteticos La tabla 8 muestra los valores medios de cada cerebro
La magnetizacioacuten media indica el equivalente a unos 4 ng de magnetita por cada gramo
de tejido En contraste los valores medios para las meninges de tres cerebros (tabla 4) son
casi 20 veces mayor o de unos 70 ngg En comparacioacuten las medidas de IRM de los
cubitos de hielo des-ionizados arrojan un ruido de fondo de unos 05 ngg
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex
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cerebral y el cerebelo de cada cerebro
En la tabla 8 los datos de IRM saturado se han expresado en μA m2 kg
-1 (peso huacutemedo)
(media plusmnSD) Las muestras occipitales eran de las aacutereas de Brodman (BA) 17 18 y 19 las
muestras temporales eran de BA 20 21 y 22 las muestras parietales eran de BA 31 2 5
y 7 y las muestras frontales eran de BA 4 y 6 Los tamantildeos de las muestras iban de los
05 g a 22 g Las meninges de las muestras cerebrales 1 2 y 6 fueron analizadas aparte La
teacutecnica del cubito de hielo se utilizoacute para todas las meninges y para los tejidos cerebrales
2 y para 7 de las 11 muestras del 1 No se detectaron diferencias en los resultados al
utilizar esta teacutecnica Las concentraciones de magnetita fueron estimadas teniendo en
cuenta que la remanencia de saturacioacuten deberiacutea ser exactamente la mitad de la
magnetizacioacuten de saturacioacuten para una dispersioacuten de cristales de dominio simple Los
cerebros 1 a 4 eran de pacientes normales los cerebros 5 y 6 eran de pacientes con
Alzheimer confirmado y el cerebro 7 era de un paciente con sospecha de Alzheimer
Hubo una consistencia considerable en las medidas IRM tanto para los tejidos cerebrales
como de las meninges Hubo una pequentildea diferencia en IRM de un aacuterea del cortex
cerebral a otra en el cerebro versus cortex del cerebelo Las diferencias entre tejidos de
cerebros normales y aquellos con sospecha o Alzheimer confirmado fueron despreciables
Las aacutereas de cerebro que se reportaron previamente con un contenido alto de hierro
incluiacutean el nuacutecleo dentado ganglio basal y aacutereas de cerebro medio Las muestras de estas
aacutereas no teniacutean mayor contenido de partiacuteculas magneacuteticas que las del cerebelo o del
cortex cerebral
Los valores de coercitividad magneacutetica (resistencia a la desimanacioacuten) media eran de
aproximadamente 30 mT pero con rangos desde 12 mT (piacutea del cerebelo) a 50 mT
(ganglio basal) dentro del rango de coercitividad para la magnetita de dominio simple En
cuanto a las distribuciones de coercitividad medida por adquisicioacuten de IRM y su
desmagnetizacioacuten y la relativamente lenta tendencia a adquirir un ARM (magnetizacioacuten
remanente anhisteacuterica) sugiere que las partiacuteculas in situ estaacuten en pequentildeos grupos que
interactuacutean La comparacioacuten con las muestras de control de las bacterias sugiere entre 50
a 100 partiacuteculas por agrupacioacuten [1]
Resultados de Extraccioacuten y Microscopiacutea Electroacutenica La figura 16 muestra dos
morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas extraiacutedas Los tamantildeos
de grano eran bimodales con 62 de los 70 cristales medidos en el rango de 10 a 70 nm y
los restantes 8 con tamantildeos 90 a 200 nm Las medidas de las sombras TEM de 62 de las
partiacuteculas maacutes pequentildeas en un agregado muestra un tamantildeo medio de 334plusmn152 nm El
valor medio estaba sesgado hacia los tamantildeos mayores debido a que el procedimiento de
extraccioacuten discriminaba contra partiacuteculas muy pequentildeas que se mueven maacutes lentamente a
traveacutes del liacutequido La relacioacuten entre forma y tamantildeo para todas las partiacuteculas medidas cae
dentro de los campos superparamagneacuteticos y de dominio simple para la magnetita El
volumen estimado de los cristales realizado asumiendo formas de partiacuteculas equivalentes
implica que las partiacuteculas maacutes grandes se componen de un maacuteximo de aproximadamente
85 de la magnetita Se estimoacute que los tejidos cerebrales contienen un miacutenimo de 5
millones de cristales por gramo distribuidos en clases discretas de 50000 a 100000 De
forma similar las meninges contienes un miacutenimo de 100 millones de cristales por gramo
en clases de 1 a 2 millones
Los anaacutelisis de rayos x de dispersioacuten de energiacutea de los cristales dieron picos consistentes
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de Fe con picos de Cu variable (de las rejillas TEM de cobre) y menor de Si Ca y Cl
(probablemente contaminantes de los envases) La mezcla de oacutexidos Fe-Ti que estaacuten
normalmente presentes al menos en cantidades de traza en los minerales magneacuteticos
formados geoloacutegicamente no se detectaron en ninguno de los cristales cerebrales
examinados Los patrones de micro-difraccioacuten electroacutenica indexada de los cristales
individuales y agregados de partiacuteculas arrojaron la caracteriacutestica d-espacial de la
magnetita (Fe3O4) con partiacuteculas maacutes pequentildeas que mostraban una oxidacioacuten variable
hacia el radical de solucioacuten soacutelida ferrimagneacutetica maghemita (γ-Fe2O3) Esta oxidacioacuten
probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten como se observa comuacutenmente en
las magnetitas de grano muy fino
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de
magnetita y maghemita del cerebelo humano
(A) Agrupacioacuten de pequentildeas partiacuteculas del cerebelo
(B) Imagen TEM de alta resolucioacuten de maghemita muestra el patroacuten de interseccioacuten
111 y bordes 02 con elongacioacuten en la direccioacuten de mallado [111]
(C) Patroacuten de difraccioacuten electroacutenica indexado del aacuterea seleccionada de este cristal
tomado en la zona lt211gt Los anillos de difraccioacuten para un agregado de pequentildeos
cristales confirma la identificacioacuten de magnetita-maghemita
(D) Una de las partiacuteculas de magnetita de mayor tamantildeo
La Figura 16A es una imagen de una agrupacioacuten de partiacuteculas pequentildeas del cerebelo y la
Figura 16B muestra una imagen TEM de alta resolucioacuten de un cristal de maghemita de
dominio simple bien ordenado en la zona [211] Muestra caracteriacutesticas tiacutepicas de los
cristales de magnetita formados dentro de las membranas de los magnetosomas y son muy
similares a las partiacuteculas de dominio simple de las estructuras de cadenas de magnetosomas
presentes en los tejidos dermo-etmoidales del salmoacuten La Figura 16C muestra el patroacuten de
ubicacioacuten de difraccioacuten electroacutenica indexada del cristal
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La Figura 16D muestra una de las partiacuteculas mayores de aproximadamente 200 nm Otras
partiacuteculas pueden tener hasta 600 nm de diaacutemetro La microdifraccioacuten electroacutenica indica que
estas partiacuteculas estaacuten dominadas por un cristal simple con partiacuteculas maacutes pequentildeas
ocasionalmente adheridas a su superficie Su tamantildeo y forma medidos las situacutea dentro del
campo estable de dominio simple Estas partiacuteculas tienen energiacuteas de orientacioacuten magneacutetica
en el campo geomagneacutetico de 20 a 150 veces mayor que la energiacutea teacutermica kT
Desde el descubrimiento de la magnetita en el cerebro humano se han extraiacutedo partiacuteculas de
este material y se han visualizado y caracterizado magneacutetica y morfoloacutegicamente a traveacutes del
microscopio electroacutenico de transmisioacuten (TEM) (Figura 17) y magnetometriacutea de dispositivos
superconductores de interferencia cuaacutentica (SQUID) Las partiacuteculas son generalmente
menores de 200 nm y en la mayoriacutea de los casos son del orden de unas pocas decenas de
nanoacutemetros
Seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de
2001 [57]
mientras que algunas partiacuteculas
muestran bordes disueltos otras mantienen
las caras cristalinas originales y todas las
partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente
puras (esto es comuacuten en la magnetita
biogeacutenica) Morfoloacutegicamente las partiacuteculas
son similares a aquellas observadas en la
bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis
magneacutetico de las muestras de masa de tejido
indica que las partiacuteculas se presentan
generalmente en grupos que interactuacutean
magneacuteticamente
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita
biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano
Aunque la ferritina es el principal mecanismo para el almacenamiento de hierro en el
cerebro el trabajo experimental de los antildeos 90 demostraron la presencia de otra forma de
hierro en el tejido cerebral humano la magnetita biogeacutenica (Fe3O4) Se veraacuten maacutes adelante
algunas de las consecuencias potenciales de la presencia de magnetita en el tejido con
enfermedad neurodegenerativa
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo
El hierro divalente juega una funcioacuten crucial en la reaccioacuten de Fenton conduciendo al estreacutes
oxidativo En 1988 Sofic y colaboradores [58]
encontraron altas concentraciones de hierro
divalente en la sustancia negra (SN) Debido a que tales concentraciones altas de hierro
divalente seriacutean muy peligrosas para las ceacutelulas la confirmacioacuten de este hallazgo era
esencial y el espectroscopio de Moumlssbauer es probablemente el mejor meacutetodo para
determinar el ratio de Fe2+
Fe3+
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011 [59]
los estudios de Moumlssbauer mostraron
que no habiacutea sentildeal del hierro divalente y la simulacioacuten computarizada indica que la sentildeal no
es detectable por debajo del 5 del hierro total Las concentraciones elevadas de hierro
divalente encontradas por Sofic y alumnos podriacutean explicarse por el meacutetodo que utilizaron en
sus investigaciones Los tejidos eran homogeacuteneos en presencia de pepsina y aacutecido
hidrocloacuterico Cuando se prepararon las muestras de esta forma el hierro trivalente pudo
reducirse a ferroso Es maacutes el espectroscopio de Moumlssbauer para muestras tratadas de esta
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forma dio el espectro del hierro divalente
Durante deacutecadas se ha considerado el estreacutes oxidativo [59]
como un factor importante en el
proceso de la neurodegeneracioacuten Esta teoriacutea propone que un exceso de radicales libres
conduce a la muerte de las ceacutelulas nerviosas El desequilibrio puede ser causado tanto por
una produccioacuten creciente de radicales libres como por una neutralizacioacuten insuficiente de los
organismos carrontildeeros El cerebro humano parece ser particularmente vulnerable a los dantildeos
por estreacutes oxidativo debido a su alta concentracioacuten de liacutepidos y aacutecidos grasos no saturados a
su relativamente alta concentracioacuten de hierro y a la baja concentracioacuten de enzimas capaces de
desactivar las especies de oxiacutegeno reactivo (ROS) La presencia de dantildeos debido al estreacutes
oxidativo puede demostrarse por la presencia de altas concentraciones de productos de
oxidacioacuten como el malonildialdehido y el glicol timina Los radicales libres son generados
entre otros a traveacutes de la reaccioacuten de Fenton en la que el hierro divalente juega un papel
importante
Fe2+
+ H2O2 rarr Fe3+
+ OH + OH-
Como la mayoriacutea del hierro en el cerebro humano estaacute presente como hierro destinado a la
ferritina es obvio que cualquier cambio en la estructura o funcioacuten de la ferritina puede
relacionarse con el dantildeo oxidativo [59]
522 La Ferritina
Las ferritinas fueron identificadas sobre los antildeos 40 y desde entonces se han podido
caracterizar bastante bien Se encuentran en casi todos los sistemas bioloacutegicos con una
remarcable conservacioacuten de la estructura y capacidad para oxidar e incorporar hierro Las
propiedades de las ferritinas en animales plantes y bacterias han sido sujeto de numerosos
estudios y de un reciente estudio completo en Biochimica Biophysica Acta (1800 8 2010) [60]
En el cuerpo humano tanto en el cerebro como en la mayoriacutea de los organismos el hierro se
almacena principalmente en el nuacutecleo de la proteiacutena de almacenamiento de hierro ferritina
La ferritina [59]
es una celda esferoidal hueca de 12 nm de diaacutemetro compuesta de 24
subunidades El hueco central de la celda es de 8 nm de diaacutemetro y estaacute ocupado
habitualmente por el biomineral de hierro ferrihidrita un oacutexido de hierro hidratado
(5Fe2O39H2O) que generalmente contiene soacutelo Fe(III) Esta es la forma en que se almacena
la mayor parte del hierro en el cuerpo
Su funcioacuten principal es almacenar hierro celular de forma dinaacutemica [59]
protegiendo la ceacutelula
del dantildeo potencial de los radicales de hierro y permitir la liberacioacuten del metal seguacuten la
demanda celular
El cuerpo humano tiene tres genes de ferritina funcional FTH en el cromosoma 11 codifica
la cadena pesada citosoacutelica (cadena-H) de 183 aminoaacutecidos FTL en el cromosoma 19
codifica la cadena ligera citosoacutelica (cadena-L) de 175 aminoaacutecidos y la menos introacuten (regioacuten
dentro de un gen) FTMT del cromosoma 5 que codifica el precursor de la ferritina
mitocondrial (FtMt) de 242 residuos
El nuacutecleo de ferrihidrita de la ferritina [59]
es capaz de almacenar correctamente maacutes de 4500
aacutetomos de hierro que en condiciones normales se mantienen no-reactivas frente a otras
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moleacuteculas dentro de la ceacutelula debido al aprisionamiento de la misma proteiacutena La captacioacuten
se cree que se hace principalmente a traveacutes de un proceso de oxidacioacuten en que el Fe(II)
altamente toacutexico es capturado dentro de la proteiacutena y oxidado para ser almacenado como
Fe(III) menos toacutexico en forma de ferrihidrita Como la cantidad de hierro almacenado en el
nuacutecleo de la ferritina es de alguna forma variable los incrementos de hierro observados
durante los exaacutemenes histoloacutegicos de tejido neurodegenerativo pueden ser debidos al
aumento de aacutetomos de hierro almacenados en el nuacutecleo de la proteiacutena Mientras que el
incremento del nuacutemero de aacutetomos de hierro en el nuacutecleo de la ferritina habriacutea de tenerse en
cuenta para algunos excesos de hierro observados en exaacutemenes histoloacutegicos otra forma de
hierro aparece presente la cual podriacutea tener consecuencias significativas para la progresioacuten
de las enfermedades neurodegenerativas y su deteccioacuten temprana
Si el nuacutecleo de la ferritina llega a saturarse o la ferritina funcionara de forma anoacutemala el
mecanismo oxidacioacuten del Fe(II) se perderiacutea Este proceso podriacutea conducir a la formacioacuten de
magnetita biogeacutenica que es mucho maacutes magneacutetica (ferrimagneacutetica) que la ferrihidrita
(antiferromagneacutetica superparamagneacutetica a temperatura corporal) y contiene mallas
alternativas de Fe(II) toacutexico y Fe(III) menos toacutexico
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales
Patoloacutegicamente las enfermedades neurodegenerativas que pueden ser causadas por estreacutes
oxidativo [59]
-Alzheimer (AD) Parkinson (PD) y parkinsonismos atiacutepicos- tienen lugar en
aacutereas definidas del cerebro humano El coacutertex hipocampo (Hip) es la regioacuten cerebral maacutes
afectada en las primeras fases de AD el PD involucra la sustancia negra (SN) y en
parkinsonismos atiacutepicos otros ganglios basales (pe globus pallidus GP) tambieacuten son
afectados Por consiguiente la mayoriacutea de los estudios que investigan la etiologiacutea de la
neurodegeneracioacuten analizan estas estructuras Se han utilizado bastantes meacutetodos fiacutesicos
quiacutemicos y bioquiacutemicos para averiguar las propiedades de la ferritina y de otras moleacuteculas
vinculadas al hierro en Hip SN y GP humanos algunos de ellos son el espectroscopio de
Moumlssbauer (MS) microscopio electroacutenico (EM) y el ensayo inmuno-absorbente ligado a
enzimas (ELISA)
El espectroscopio de Moumlssbauer MS es un meacutetodo fiacutesico basado en la emisioacuten de
resonancia sin contraste y absorcioacuten de rayos gamma descubierto en 1958 por Rudolf
Moumlssbauer (galardonado con el Premio Nobel en fiacutesica por este descubrimiento en
1961) Se utiliza principalmente para cuantificar los compuestos que contienen hierro
pero tambieacuten en muestras bioloacutegicas y tejidos humanos Este meacutetodo permite una
identificacioacuten inequiacutevoca de los compuestos que contienen hierro con una evaluacioacuten
del ratio de hierro divalente versus trivalente y concentracioacuten de hierro total de la
muestra
El microscopio electroacutenico se ha utilizado para determinar el diaacutemetro de los nuacutecleos de
hierro dentro de la ferritina y de la hemosiderina y para la identificacioacuten de las formas de
hierro dentro del nuacutecleo de hierro
El ensayo inmuno-absorbente ligado a enzimas ELISA se ha utilizado para determinar las
concentraciones de las cadenas H y L de la ferritina en la SN GP e Hip
El espectro de Moumlssbauer de los tejidos cerebrales humanos normales sugiere que casi todos
los aacutetomos de hierro forman grupos e interactuacutean magneacuteticamente a bajas temperaturas [59]
Los paraacutemetros obtenidos de Moumlssbauer de todos los espectros medidos sugieren que en
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todas las muestras que se han investigado el hierro estaacute presente como hierro de ferritina
Si se asume que la mayoriacutea del hierro en los tejidos cerebrales humanos normales estaacute
asociado a la ferritina averiguar la composicioacuten de las sub-unidades de la ferritina parece
convertirse en una investigacioacuten necesaria para los proacuteximos pasos Las concentraciones de
ferritinas H y L en SN GP y Hip se determinaron mediante ELISA basado en anticuerpos
monoclonales especiacuteficos y calibrado con homopoliacutemeros de ferritina H y L Estos
resultados junto con las concentraciones de hierro total en la ferritina del espectro de
Moumlssbauer son los que se muestran en la Tabla 9 La uacuteltima columna de la tabla muestra el
ratio entre la concentracioacuten de Fe y el total de las concentraciones de ferritina H y L de la
muestra Este ratio refleja el llenado de las cavidades de la ferritina por los aacutetomos de hierro
El valor de este ratio se correlaciona con el diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina
determinado por el microscopio electroacutenico
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las
concentraciones de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal
Otra cuestioacuten es el posible rol de la hemosiderina en el proceso de la neurodegeneracioacuten La
hemosiderina es un producto de la degradacioacuten de la ferritina y se detecta en el cerebro
humano Se ha aislado hemosiderina de la SN humana y esto ha permitido su investigacioacuten
mediante el microscopio electroacutenico que demuestra que los nuacutecleos de hierro son
significativamente maacutes pequentildeos que los de la ferritina (20 plusmn 05 nm vs 37 plusmn 05 nm)
Queda por investigar coacutemo la hemosiderina podriacutea interferir en el proceso de la
neurodegeneracioacuten
Las diferencias estructurales de las ferritinas de diferentes oacuterganos e incluso de varias partes
del cerebro pueden afectar a la cristalizacioacuten del nuacutecleo de hierro de la ferritina Estudios
maacutes detallados de los nuacutecleos de hierro de la ferritina de SN GP Hip e hiacutegado con el
microscopio electroacutenico muestran diferencias significativas Los resultados se han
presentado junto con el ratio HL en la tabla 10
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano
Como se puede ver el decremento del diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina estaacute
acompantildeado por un incremento del ratio HL Se postula que esto puede ser un reflejo de las
diferencias locales del ratio del metabolismo del hierro [59]
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53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro
En el cuerpo humano la disrupcioacuten del metabolismo normal del hierro en el cerebro es una
caracteriacutestica de varios desoacuterdenes neurodegenerativos [57]
como la enfermedad de Alzheimer
(AD) Parkinson (PD) y la paraacutelisis supranuclear progresiva (PSP)
Por ejemplo se sabe que en los pacientes de Alzheimer ocurre una acumulacioacuten de hierro
excesiva particularmente en las placas AD y los niveles totales de hierro son elevados en el
hipocampo amiacutegdala nuacutecleo basal de Meynert y el cortex cerebral Estos elevados niveles
de hierro en el tejido neurodegenerativo no se correlacionan con niveles elevados de ferritina
o de la proteiacutena de transporte de hierro extracelular transferrina De hecho se ha reportado
una reduccioacuten de transferrina en algunas regiones de los cerebros de pacientes AD y PD
indicando movilidad y segregacioacuten de hierro reducidas
Algunos estudios [57]
han mostrado que hay varias formas de hierro que pueden jugar un rol
significativo en los procesos bioquiacutemicos que conducen a la progresioacuten de estas
enfermedades Se cree principalmente que es resultado del estreacutes oxidativo ndash la generacioacuten
de radicales libres a traveacutes de la reaccioacuten Fenton No obstante otros resultados sugieren que
la ferritina podriacutea actuar modulando la formacioacuten de los filamentos tau en PSP (aunque no
existen indicaciones fiables de niveles anormales de ferritina en el tejido neurodegenerativo)
y que el hierro podriacutea promover agregados de betaA4
Aunque la asociacioacuten de concentraciones anoacutemalas de hierro con el tejido neurodegenerativo
estaacute bien documentada particularmente en AD los meacutetodos anteriores a 2001 para ensayar
con el hierro en tejidos enfermos generalmente son especiacuteficamente ioacutenicos han tenido una
resolucioacuten espacial pobre y proporcionaron una informacioacuten cuantitativa poco fiable [57]
Posteriormente se han realizado algunos progresos en el anaacutelisis de hierro en alta resolucioacuten
de tejidos de AD (Smith y otros) Estos mostraron utilizando teacutecnicas de tentildeido de hierro
modificado que el hierro activo redox estaacute fuertemente asociado con las placas AD y los
ovillos neurofibrilares Este trabajo tambieacuten demostroacute que el hierro asociado a lesiones es
distinto del hierro segregado en la ferritina y proporcionoacute la evidencia indirecta de la
presencia de Fe(II) en el tejido de AD
Si bien esta teacutecnica ofrece una resolucioacuten mejorada todaviacutea no es posible identificar la forma
estructural del hierro o la distribucioacuten mapeada del Fe(II) De manera que las anomaliacuteas del
hierro asociadas con la enfermedad neurodegenerativa no estaacuten bien caracterizadas y la
forma estructuralmolecular del exceso de hierro en las placas AD y tejido neurodegenerativo
en general no se conocen
No obstante la investigacioacuten en este campo [57]
comienza a ver algo de luz sobre el rol del
hierro Por ejemplo un trabajo realizado por Floor E [61]
publicado en el antildeo 2000 demostroacute
una mayor conexioacuten entre los niveles altos de hierro en el ganglio basal y el estreacutes oxidativo
en los pacientes de Parkinson
Una disrupcioacuten del metabolismo del hierro y un incremento de hierro en la misma regioacuten del
cerebro tambieacuten implica las enfermedades de Huntington y Alzheimer y la acumulacioacuten de
hierro se ha asociado a la microgliosis y se ha correlacionado con el dantildeo incrementado a la
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regioacuten CA1 del hipocampo a traveacutes de las interacciones hierro-zinc en los modelos de
enfermedades neurodegenerativas
Deberiacutea apreciarse no obstante que algunos resultados han mostrado que la presencia de
nucleoacutesidos oxidados en las neuronas no parece estar relacionada con material de placa senil
ni ovillos neurofibrilares en el Alzheimer aunque hay indicaciones de que el hierro es una
fuente significativa de dantildeo oxidativo
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos
Neurodegenerativos
Los estudios experimentales preliminares realizados por el equipo de Jon Dobson y Carmen
Quintana (Instituto de Microelectroacutenica de Madrid) [57]
sugieren que esta magnetita biogeacutenica
puede encontrarse en las placas AD placas seniles y filamentos tau anoacutemalos extraiacutedos de
tejidos PSP Ademaacutes los anaacutelisis de muestras relativamente grandes (varios gramos) de tejido
AD realizados por el equipo de Kirschvink indican la presencia de magnetita yo maghemita
aunque las placas se fueron analizadas de forma separada
En 1995 se utilizoacute un microscopio de fuerza magneacutetica (MFM) para examinar una muestra de
tejido del hipocampo que conteniacutea material de plaqueta Este material opaco exhibiacutea una
respuesta como la de un dipolo consistente con la presencia de material magneacutetico como la
magnetita yo la maghemita (ambas tienen propiedades magneacuteticas similares) (Figura 18) La
ferritina que es superparamagneacutetica (no tiene un comportamiento como el de un magneto a
temperatura corporal) no produciriacutea una respuesta tal
Figura 18 Escaacutener de
microscopio de fuerza
magneacutetica (MEM) de
material de placa de
hipocampo humano
mostrando una respuesta
magneacutetica dipolar
A finales de 1999 se utilizoacute un microscopio HR-TEM y un espectroscopio de peacuterdida de
energiacutea electroacutenica para examinar la ferritina en filamentos helicoidales pareados de tejido
AD y ferritina ligada a filamentos tau anoacutemalos en paraacutelisis supranuclear progresiva neuro-
degenerativa Los resultados dieron indicaciones preliminares de la presencia de oacutexido de
hierro cuacutebico dentro de la cavidad de la proteiacutena ferritina con espectro similar al de los
estaacutendares de magnetita maghemita sinteacuteticas
Como se discutioacute previamente es posible que la ferritina pueda actuar como un precursor en
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la formacioacuten de magnetita biogeacutenica en el cuerpo humano quizaacute a traveacutes de una sobrecarga
de hierro en el nuacutecleo y la ruptura de la funcioacuten normal de la proteiacutena Esto estaacute avalado por la
evidencia de que haya magnetita dentro de la cavidad de la ferritina
Si la presencia de magnetita biogeacutenica en las placas de AD y tejido neurodegenerativo se
confirma tendriacutea consecuencias importantes para la comprensioacuten de la progresioacuten de las
enfermedades neurodegenerativas ndashincluso posiblemente tambieacuten su inicio- y permitiriacutea una
deteccioacuten y diagnoacutestico temprano
La magnetita biogeacutenica puede jugar un papel en el inicio y progresioacuten de la enfermedad
neurodegenerativa mediante la produccioacuten de radicales libres que dantildearan el tejido en el lugar
de la acumulacioacuten de magnetita Niveles elevados de hiero libre en el tejido cerebral afectado
de Alzheimer se han supuesto como posible causa de la degeneracioacuten neuronal a traveacutes de los
procesos de radicales libres viacutea reaccioacuten Fenton No obstante las nanopartiacuteculas de magnetita
y maghemita muestran tener un efecto sustancial en la generacioacuten de radicales libres
Experimentos anteriores demostraron que los complejos hierro-oxiacutegeno pueden ser un
catalizador maacutes efectivo para los radicales libres dantildeinos en los tejidos cerebrales que la
reaccioacuten Fenton
Estos efectos se han conseguido a traveacutes de campos magneacuteticos fuertes locales generados
mediante partiacuteculas de magnetita biogeacutenica que estabilizan estados triplet durante las
reacciones bioquiacutemicas que tienen lugar a su alrededor Esto conduce a la produccioacuten de
radicales libres que dantildeariacutean la membrana y cambios en los resultados de la reaccioacuten Incluso
campos magneacuteticos relativamente deacutebiles podriacutean influir fuertemente sobre los resultados de
la reaccioacuten Ademaacutes Fe(II) en la magnetita puede ser oxidado con facilidad (formando
maghemita) y este proceso junto con los efectos de campo magneacutetico local pueden influir en
la produccioacuten y agregacioacuten de β-amiloides Esto es particularmente relevante si se considera
que existen estudios que muestran que el hierro promueve la agregacioacuten de β-amiloides
peacuteptidos in vitro y que los β-amiloides potencian la formacioacuten de radicales libres al
estabilizarse el hierro ferroso [57]
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas
Ademaacutes de las implicaciones potenciales para la progresioacuten de la enfermedad existen tambieacuten
posibles beneficios en la presencia de magnetita en tejidos neurodegenerativos [57]
La
deteccioacuten temprana es uno de los objetivos principales en los esfuerzos de la investigacioacuten en
neurodegeneracioacuten y uno de los meacutetodos que se consideran actualmente es el uso de imaacutegenes
de resonancia magneacutetica MRI Habitualmente en pacientes maacutes avanzados las imaacutegenes MR
muestran regiones de hiperintensidad debida a la atrofia del aacuterea afectada del cerebro
Mientras que este meacutetodo puede ser bueno en la identificacioacuten de enfermedades
neurodegenerativas tales como el Alzheimer cuando se observa la enfermedad ya se ha
desarrollado significativamente desde sus estados iniciales
Si la magnetita estaacute presente en las placas y tejido neurodegenerativo estos meacutetodos podriacutean
adaptarse para buscar regiones en que hubiera acumulacioacuten de magnetita en sujetos que
puedan tener predisposicioacuten a estas enfermedades Ello podriacutea conducir a teacutecnicas para la
deteccioacuten de las enfermedades neurodegenerativas en una fase maacutes temprana que la posible
actualmente en que el tejido atrofiado ya se encuentra en estados avanzados de la enfermedad
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534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones
5341 Neurodegeneracioacuten con Acumulacioacuten de Hierro en el Cerebro
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011
[59] la neurodegeneracioacuten con acumulacioacuten
de hierro en el cerebro (NBIA) es un grupo de desoacuterdenes cognitivos y extrapiramidales
progresivos que incluyen el anteriormente denominado siacutendrome de Hallervorden-Spatz la
neuroferritinopatiacutea y la aceruloplasminemia El epoacutenimo original para esta enfermedad
reconocioacute el trabajo de los neuropatoacutelogos alemanes Julius Hallervorden y Hugo Spatz El
nuevo teacutermino NBIA es maacutes favorable a la luz de las poco eacuteticas actividades de Hallervorden
y Spatz antes y durante la Segunda Guerra Mundial
Las NBIAs estaacuten caracterizadas por la acumulacioacuten de hierro predominantemente en el globus
pallidus asiacute como esferoides axonales extensivas en varias regiones del cerebro Estudios
recientes indican muacuteltiples causas geneacuteticas y la enfermedad puede ocurrir tambieacuten sin un
respaldo geneacutetico evidente La forma geneacutetica maacutes frecuente es la pantotenato kinasa-2
asociado a neurodegeneracioacuten (PKAN) con una mutacioacuten en el gen de la pantotenato kinasa-2
(PKAN2) Otras formas estaacuten asociadas con una mutacioacuten en los genes de fosfolipasa A2
(PLA2G6) FTL (neuroferritinopatiacutea) CP (aceruloplasminemia) FA2H (hidroxilasa 2 de
aacutecido graso) y ATP13A2 (ATPasa tipo 13A2)
La PKAN claacutesica se caracteriza por su aparicioacuten a edad temprana y raacutepida progresioacuten a
menudo asociada con mutaciones sin sentido o de desplazamiento del marco Rasgos
caracteriacutesticos son distonia disartria parkinsonismo espasticidad hiperreflexia
retinopatiacutea pigmentaria y posibles impedimentos cognitivos La PKAN atiacutepica se
caracteriza por una aparicioacuten maacutes tardiacutea y lenta progresioacuten y a menudo estaacute asociada a
mutaciones sustitutivas de PANK2 La mayoriacutea de los individuos con PKAN muestran
acumulaciones de hierro cerebral en el GP y SN en escaneos MRI de T2-ponderados que
forman un grafo muy caracteriacutestico conocido como ldquoojo de tigrerdquo Maacutes recientemente se
ha demostrado que una regulacioacuten baja de PANK2 en ceacutelulas de cultivo alteroacute el status de
hierro con un gran incremento en la ferroportina ndash proteiacutean exportadora del hierro celular-
y decremento en la ferritina
Un segundo tipo de NBIA es causado por la mutacioacuten del gen PLA2G6 que codifica la
enzima fosfolipasa A2 independiente de calcio que cataliza la hidroacutelisis de los
glicerofosfoliacutepidos Defectos en la fosfolipasa A2 conducen a una serie de fenotipos Las
mutaciones PLA2G6 estaacuten asociados a praacutecticamente todos los casos de distrofia
neuroaxonal infantil pero soacutelo a unos pocos casos de neurodegeneracioacuten idiopaacutetica con
acumulacioacuten de hierro cerebral Las caracteriacutesticas cliacutenicas y neuropatoloacutegicos presentan
una conexioacuten entre PLA2G6 y PD
La aceruloplasminemia un desorden del metabolismo del hierro con ausencia completa de
la actividad de la ferroxidasa ceruloplasmina estaacute causado por mutaciones en el gen CP
que codifica la ceruloplasmina Curiosamente esta proteiacutena es conocida por asistir a la
ferroportina en el mecanismo de la exportacioacuten de hierro celular en el cerebro pero no
hay datos de coacutemo pueda afectar a la ferritina en el cerebro Las sentildeales neuroloacutegicas
tiacutepicas incluyen impedimento cognitivo dyskinesia craneofacial ataxia cerebelar y
degeneracioacuten retinal Ademaacutes los pacientes muestran ausencia de ceruloplasmina serica y
alguna combinacioacuten de las siguientes baja concentracioacuten de cobre serico baja
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concentracioacuten de hierro serico alta concentracioacuten de ferrtina serica e incremento de la
concentracioacuten de hierro hepaacutetico El diagnostico estaacute soportado por un MRI caracteriacutestico
que encuentra intensidades bajas anormales que reflejan la acumulacioacuten de hierro en el
cerebro (estriato taacutelamo nuacutecleo dentado) e hiacutegado en imaacutegenes ponderadas de T1 y T2
La neuroferritinopatiacutea es predominantemente un desorden en el movimiento heredado
caracterizado por la deposicioacuten de hierro y ferritina en el cerebro niveles de ferrtina de
serita baja o normal y valores cliacutenicos variables elevados Cliacutenicamente los siacutentomas
tienen un espectro muy amplio desde chorea a distonia o caracteriacutesticas parkinsonianas
tiacutepicas y perturbaciones de funciones cognitivas La neuroferritinopatiacutea es una enfermedad
de progresioacuten lenta que aparece en adultos caracterizada por la formacioacuten de agregados de
ferritina y agrupaciones de hierro en el cerebro y otros oacuterganos FTL es el uacutenico gen
actualmente conocido asociado a la neuroferritinopatiacutea La mayoriacutea de las mutaciones son
inserciones de uno o dos nucleoacutetidos en el gen FTL que causa un desplazamiento y
modifica el teacutermino-C de FTL Estas modificaciones alteran las propiedades fiacutesicas y
funcionales de las ferritinas causando un desequilibrio en la homeostasis de hierro del
cerebro
Las mutaciones patogeacutenicas en el gen FTL se cree que reducen la capacidad de la ferritina
para almacenar hierro resultando como consecuencia un exceso de hierro en las neuronas
cerebrales Estas ceacutelulas pueden responder produciendo maacutes ferritina en un intento de
gestionar el hierro libre El exceso de hierro y ferritina acumulado en el cerebro
particularmente en el ganglio basal provoca desoacuterdenes de movimiento y otros cambios
neuroloacutegicos vistos en la neuroferritinopatiacutea Las neuroferritinopatiacuteas representan una
evidencia directa de que los cambios en la estructura de la ferritina causan un
almacenamiento de hierro deficiente y pueden conducir a una neurodegeneracioacuten con
dantildeo neuronal probablemente causado por un exceso de hierro laacutebil maacutes que por los
agregados de hierro y ferritina
5342 La Enfermedad de Parkinson (PD)
La enfermedad de Parkinson PD es un desorden progresivo con un cuadro cliacutenico tiacutepico y
patologiacutea que involucra principalmente la SN con agregados de a-sinucleina y formacioacuten de
cuerpos de Lewy La hipoacutetesis de que el incremento de la concentracioacuten de hierro en la SN es
una de las causas de PD se formuloacute en 1989 [59]
Esta hipoacutetesis estaba soportada por los datos
experimentales que mostraban un incremento de hierro en la sustancia negra SN
parkinsoniana Pero tambieacuten se publicaron datos mostrando que no se incrementaba la
concentracioacuten de hierro en la SN parkinsoniana comparada con otras de control La tabla 11
presenta los resultados de varios estudios en que se evaluacutea la concentracioacuten del hierro total en
SN Parece que no hay una evidencia concluyente para un incremento sustancial de la
concentracioacuten de hierro total en SN parkinsoniano [59]
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control
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Esto no excluye un posible rol del hierro en el proceso ya que puede afectar no en su cantidad
total pero siacute en su forma como hierro laacutebil que dispara la neurodegeneracioacuten viacutea quiacutemica de
Fenton Al evaluar la concentracioacuten de hierro laacutebil en Parkinson y control de la SN se detectoacute
un incremento de hierro laacutebil Es importante destacar que la cantidad de este hierro laacutebil es
pequentildea sobre 12000 del total del hierro tanto en PD como en control
Una cuestioacuten importante es la fuente de hierro en PD para la reaccioacuten de Fenton En la
literatura se han considerado dos fuentes posibles neuromelanina y ferritina [59]
Neuromelanina La neuromelanina de la SN podriacutea jugar un papel doble Al inicio del
proceso la neuromelanina quelata el hierro en exceso pero con la progresioacuten de la
enfermedad cuando la concentracioacuten de hierro en la neuromelanina alcanza un nivel
criacutetico eacutesta libera el hierro causando estreacutes oxidativo Es difiacutecil confirmar esta hipoacutetesis
desde que el hierro se une a la neuromelanina durante la preparacioacuten de la muestra para la
determinacioacuten del hierro Tampoco el espectro de Moumlssbauer obtuvo ninguna sentildeal de
muestras no pretratadas de SN parkinsonianos ni de control que pudiera atribuirse a la
neuromelanina
Ferritina Una evidencia importante para la posible involucracioacuten de la ferritina en la
patogeacutenesis de la neurodegeneracioacuten en PD viene del MS El espectro de la ferritina en
PD muestra una asimetriacutea mayor que en los controles Esta diferencia no puede ser
relacionada a hierro que no sea de la ferritina ya que las concentraciones de este son
demasiado pequentildeas para ser detectadas mediante MS Por consiguiente puede postularse
que en PD el hierro de la SN es empacado dentro de la ceacutelula de ferritina de una manera
ligeramente diferente al de control que podriacutea ser debido a una diferencia en la estructura
de ferritina de PD frente a la de control Existe alguna controversia en la literatura en
cuanto al cambio de concentracioacuten de ferritina en SN parkinsoniano comparado con el de
control Aproximadamente 5 -10 de los individuos de maacutes de 60 antildeos tienen Cuerpos
de Lewy (LB) en su SN A estos sujetos se les refiere como casos incidentales de cuerpos
de Lewy (ILB) El ILB se cree que es un pre-siacutentoma del Parkinson Koziorowski y
alumnos encontraron bajas concentraciones de ferritina L en ILB y en PD comparado con
los controles La ferritina H en PD es mayor que en ILB y los controles
Bajos niveles de ferritina L en PD y ILB como en las mutaciones del gen FTL en
neuroferritinopatiacutea pueden reducir la capacidad de la ferritina para almacenar hierro
resultando una liberacioacuten del mismo En la neuroferritinopatiacutea las mutaciones en el gen
FTL afectan al plegamiento y estabilidad de la proteiacutena incrementando la sensibilidad y
capacidad del hierro intracelular para el estreacutes oxidativo y el dantildeo del DNA En general
se acepta que el estreacutes oxidativo juega un rol importante en la patogeacutenesis de PD
5343 La Paraacutelisis Supranuclear Progresiva (PSP)
La PSP es un desorden parkinsoniano atiacutepico asociado con la rigidez axial progresiva
paraacutelisis de la mirada vertical disartria y disfagia Sus sentildeales patoloacutegicas son atrofia peacuterdida
de neuronas y gliosis en el cortex ganglio basal y nuacutecleo del tronco encefaacutelico Las neuronas
afectadas muestran acumulacioacuten de ovillos neurofibrilares derivados de microtuacutebulos
asociados a la proteiacutena tau a la que estaacute asociada la ferritina A diferencia de PD PSP no ha
sido estudiada intensamente para el hierro Se demostroacute en los primeros estudios que habiacutea un
incremento del total de concentracioacuten de hierro en la SN de PSP utilizando el espectroscopio
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de plasma acoplado inductivamente y se sugirioacute en estudios maacutes recientes la posibilidad de
que hubiera un exceso de hierro en el ganglio basal de estos pacientes utilizando
nanodifraccioacuten electroacutenica y microscopiacutea electroacutenica de alta resolucioacuten Ademaacutes un estudio
de MS encontroacute un incremento de un 50 de la concentracioacuten total de hierro en GP y SN
aislada de cerebros PSP sobre los de control Hay una correlacioacuten significativa entre la
concentracioacuten de hierro en GP y SN en cerebros de PSP que sugiere un mecanismo similar de
destruccioacuten en ambas estructuras [59]
El coeficiente de asimetriacutea del espectro de Moumlssbauer
era significativamente superior en GP de PSP que en GP de control que puede reflejar la
cristalizacioacuten diferente del hierro dentro de la ferritina en PSP
5344 La Enfermedad de Alzheimer (AD)
Se trata de un desorden neurodegenerativo progresivo que afecta a las funciones cognitivas
El cortex del hipocampo es el aacuterea del cerebro mayormente afectada en la fase temprana de la
enfermedad asiacute como el estreacutes oxidativo Smith y alumnos encontraron acumulaciones de
hierro en placas seniles y ovillos neurofibrilares en cerebros de pacientes AD Se podriacutea
especular que como el cortex hipotalaacutemico estaacute ya fisioloacutegicamente en alto riesgo de estreacutes
oxidativo la desregulacioacuten de hierro podriacutea ser el punto de inicio en esta enfermedad
neurodegenerativa con cambios en los niveles de ferritina que pueden conllevar un
incremento de la capacidad de hierro para la reaccioacuten de Fendon Galazka-Friedman y
colaboradores utilizaron diferentes meacutetodos para evaluar el hierro y los compuestos ligados al
hierro en los tejidos Hip humanos Los resultados de estos estudios se presentan en la tabla
12
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras cerebrales
Los paraacutemetros de Moumlssbauer obtenidos para todas las muestras sugeriacutean que la mayor parte
del hierro estaacute asociado a la ferritina La concentracioacuten media de hierro determinada por MS
en las muestras Hip de Alzheimer determinadas por absorcioacuten atoacutemica eran mayores que las
de control Las concentraciones de las cadenas H y L de ferritina en Alzheimer eran ambas
superiores a las de control
Connor y alumnos [62]
tambieacuten encontraron que el ratio HL en el cortex era mayor que en la
sustancia negra y se detectoacute una disminucioacuten de la concentracioacuten de la ferritina L en el cortex
y en la sustancia negra en pacientes con Alzheimer y Parkinson La disminucioacuten en la
concentracioacuten de ferritina L en el cortex de pacientes con Alzheimer fue mayor que en la
sustancia negra de pacientes con Parkinson
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6 LA MAGNETITA MINERAL
En este capiacutetulo una vez realizada la introduccioacuten a los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro se
presenta la magnetita como mineral su generacioacuten geoloacutegica natural sus propiedades
generales cristalograacuteficas fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas asiacute como propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas cerrando el capiacutetulo con algunas de sus principales aplicaciones
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL
La geacutenesis geoloacutegica natural de la magnetita tiene lugar en un origen magmaacutetico accesorio en
casi todas las rocas baacutesicas y otros como por diferenciacioacuten magmaacutetica pegmatiacutetico
neumatoliacutetico de metamorfismo de contacto exhalativo volcaacutenico hidrotermal y
sedimentario
En cuanto a yacimientos de magnetita eacutesta es frecuente en ambientes de tipos diversos Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna Suecia
En Espantildea [63]
- Los cristales octaeacutedricos mejor formados presentando recrecimientos se encuentran en
San Pablo de los Montes (Toledo) como producto de meteorizacioacuten y en placeres
- Econoacutemicamente los yacimientos maacutes importantes radican en los Cotos Wagner y Vivaldi
de la provincia de Leoacuten
- Estaacute citado en las arenas de las riacuteas gallegas principalmente en la de Vigo y Viveros
(Pontevedra)
- Tambieacuten de igual forma en las playas de Marbella (Maacutelaga) y Cabo de Gata (Almeriacutea)
- De cierta importancia es la mineralizacioacuten de Cala (Huelva) lo mismo que las de la
provincia de Sevilla y las de Burguillos del Cerro (Badajoz)
- Cabe destacar tambieacuten El Escorial (Madrid) Jerez de los Caballeros y Zafra (Badajoz)
Naralaacutezaro (Sevilla) Os Civis (Leacuterida) Campos (Asturias) Cehegiacuten (Murcia) y Sierra
Almagrera (Almeriacutea)
En la Regioacuten de Murcia [64]
- En la Sierra de Cartagena se localizan mineralizaciones masivas en el denominado manto
silicatado o de magnetita que se caracteriza por su contenido en sulfuros siderita cuarzo y
greenalita entre otros Algunos ejemplares de estas zonas son muy magneacuteticos por lo que
pueden ser considerados como imanes naturales
- En el Cabezo Gordo (Torre Pacheco) aparecen importantes mineralizaciones en las rocas
metamoacuterficas del complejo Nevado-Filaacutebride junto con otros oacutexidos e hidroacutexidos de
hierro donde hay ejemplares masivos y octaedros de hasta 2 cm Algo semejante ocurre en
algunas minas de la Sierra de Enmedio (Lorca) aquiacute aparecen ejemplares masivos
asociados a mineralizaciones de oligisto y goethita en rocas del complejo Alpujaacuterride
- En los materiales triaacutesicos (facies Keuper) del norte de Ulea aparecen cristales octaeacutedricos
aislados de cerca de los 3 cm
- Pero el yacimiento maacutes importante de este mineral en la regioacuten se localiza en Cehegiacuten
donde aparecen importantes mineralizaciones asociadas a ofitas Fueron objeto de diversas
explotaciones cuyos restos se localizan desde el paraje del Chaparral hasta los Bantildeos de
Gilico En esta zona la magnetita aparece asociada a pirita y calcopirita o a cloritas
localizaacutendose masas granulares con pequentildeos octaedros y rombododecaedros de tamantildeo
centimeacutetrico en las fracturas de la ofita
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62 DEFINICIOacuteN
La magnetita Fe3O4 es un mineral
[65] negro
ferrimagneacutetico que contiene tanto FeII como Fe
III
constituido por oacutexido ferroso-difeacuterrico (veacuteanse las
figuras 19a y 19b) Junto con la titanomagnetita es el
responsable de las propiedades magneacuteticas de las rocas
objeto de los estudios paleomagneacuteticos Es caracteriacutestico
que este material tenga propiedades magneacuteticas en su
estado puro (veacutease la figura 19c)
Designacioacuten La magnetita pertenece a la categoriacutea de
los minerales oacutexidos del grupo de las espinelas
Etimologiacutea [66]
Probablemente derivada del nombre de
la localidad griega de Magnesia en Macedonia Una
faacutebula de Plinio atribuiacutea el nombre al de un pastor de
nombre Magnes que descubrioacute el mineral al observar
que se adheriacutea a los clavos de su calzado
Sinoacutenimos ICSD 65339 piedra imaacuten (cuando se
presenta con polaridad natural) piedra de Heacutercules
mineral de hierro magneacutetico PDF 19-629 Eacutestos reflejan
la diversidad de disciplinas que se han podido interesar
en este mineral
Seguacuten la Asociacioacuten Mineraloacutegica Internacional (IMA)
la magnetita se clasifica como
Especies vaacutelidas (Pre-IMA) 1845
Clasificacioacuten de Strunz 4BB05
Clasificacioacuten de Dana 07020203
Foacutermula aprobada Fe2+
(Fe3+
)2ordm4
Figura 19 Magnetitas
19a Magnetita
Figura 19b Magnetita de Isla de
Ischia (Italia)
Figura 19c Magnetita de
Cartagena (Espantildea)
Forma de presentarse Mineral accesorio comuacuten en rocas iacutegneas y metamoacuterficas Puede ser
producido biogeacutenicamente por una amplia variedad de organismos Frecuentemente en
cristales octoeacutedricos raramente en dodecaeacutedricos Masivo o diseminado en agregados
granudos compactos tambieacuten en arenas sueltas magneacuteticas de color pardo oscuro Una
variedad particular la constituye la valentinesita combinacioacuten de magnetita con cuarzo
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63 PROPIEDADES GENERALES
631 La Moleacutecula de la Magnetita
La magnetita [3]
difiere de la mayoriacutea del resto de oacutexidos de hierro en que es un oacutexido mixto
de FeII y Fe
III Su foacutermula es Fe3O4 Fe
2+OFe2
3+O3 o como Y[YX]O4 donde X = Fe
II Y =
FeIII
y los corchetes denotan ubicaciones octaeacutedricas (M ubicaciones) Entre el FeII y el Fe
III
se distribuyen 8 ubicaciones tetraeacutedricas (T ubicaciones) donde los iones trivalentes
ocupan ambas ubicaciones tetraeacutedricas y octaeacutedricas
En la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
En la figura 20(izquierda) se representa una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3
octaedros y 2 tetraedros mientras que en la figura 20(derecha) la configuracioacuten es tan soacutelo
de 2 octaedros y 1 tetraedro
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y
2 tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro
632 La Celda Unitaria de la Magnetita
Los principales detalles de la estructura de la
magnetita se establecieron en 1915 siendo uno
de las primeras estructuras minerales a las que
se aplicaron los rayos X La magnetita [3]
presenta estructura cristalina de espinela
inversa -que puede observarse en la figura 21-
y es isoestructural con otros compuestos como
el Jacobsite (FeIII
MnII Fe
III O4)
Magnesioferrita (Fe Mg Fe O4) y Ulvoespinela
(Fe2 Ti O4) Existen sustituciones de Fe por
magnesio y manganeso El vanadio tambieacuten
puede reemplazar al hierro dando lugar a la
Coulsonita
Figura 21 Estructura del grupo de la
espinela
Algunas de sus caracteriacutesticas son
Sistema cristalino Cuacutebico
o Clase normal o hexoctaedro
o Siacutembolo H-M 4m 2m o m3m (3 ejes cuaternarios + 3 planos de simetriacutea
perpendiculares + 4 ejes ternarios + 6 ejes binarios + 6 planos de simetriacutea
O Oxiacutegeno
Fe Hierro (octaedro)
Fe Hierro (tetraedro)
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perpendiculares + 1 centro de simetriacutea)
o Red de Bravais cuacutebica centrada en las
caras (F) como se muestra en la figura
22 Tiene una celda unitaria cuacutebica
centrada en las caras de 32 iones O2-
que se distribuyen regularmente en
paquetes cerrados cuacutebicos a lo largo del
[111]
o Grupo espacial Fd3m
Dimensiones de celda
o La longitud de la arista de la celda
unitaria es a = 08396nm 83963Aring
Unidades de foacutermula por unidad de celda
o Z = 8 La celda unitaria contiene 8
moleacuteculas de magnetita
El volumen de la celda unitaria es V =
59080 Aring3
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada
en caras
En esta estructura la
mitad de los cationes de
FeIII
ocupan huecos
tetraeacutedricos mientras que
la otra mitad de los
cationes FeIII
y todos los
FeII ocupan huecos
octaeacutedricos Estos huecos
tetraeacutedricos y octaeacutedricos
se generan debido al
empaquetamiento de
aniones oacutexido seguacuten el
esquema representado en
la figura 23 Figura 23 Celda unitaria de la magnetita
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633 Cristalizacioacuten
El octaedro (figura 24) es una forma compuesta de 8 triaacutengulos
equilaacuteteros Dichas caras en forma de triaacutengulos interceptan a los
tres ejes cristalograacuteficos a la misma distancia su forma de
notacioacuten de 111 Los minerales comuacutenmente exhiben la
misma forma octaeacutedrica simple como es el caso de la magnetita
y tambieacuten de la cromita franklinita espinela pirocloro cuprita
oro y diamante En ocasiones la fluorina pirita y galena toman
esta forma
Figura 24 Octaedro
La magnetita geoloacutegica natural se presenta comuacutenmente [3]
como cristales octaeacutedricos
limitados por planos 111 y menos frecuentemente rombo-dodecaeacutedricos aunque puede
presentarse en otras formas (figura 25) La simetriacutea ocurre sobre el plano 111
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble
634 Algunas Propiedades Baacutesicas
Propiedades Oacutepticas Existen diferentes sistemas para cuantificar el color y asistir en la
comparacioacuten de colores entre los maacutes importantes existen dos sistemas de CIE-Lab y la
clasificacioacuten de colores de Munsell Brevemente los sistemas CIE estaacuten basados en el
principio de la tricromaticidad debido a que el ojo humano responde a soacutelo 3 componentes de
color correspondientes a los valores de triestiacutemulo X Y y Z Los valores de triestiacutemulo
pueden ser computerizados a partir del espectro reflejante y pueden convertirse
matemaacuteticamente a coordenadas para crear un espacio de color uniforme En el sistema CIE-
LAB estas coordenadas cartesianas son L(brillo o valor) a(rojo-verde) y b(amarillo ndash
azul) de forma que todos los colores pueden expresarse como combinacioacuten de L a y b
Existen instrumentos para una medida raacutepida de las componentes L a y b La saturacioacuten
de color viene dada por y el matiz por el arctan (ba)
En las ciencias geoloacutegicas el color se mide habitualmente utilizando el sistema de
clasificacioacuten de Munsell [3]
Este sistema define el color en funcioacuten del matiz H (posicioacuten del
color en el espectro) cantidad o croma C (pureza del matiz desde el gris al color puro) y valor
V(brillo del color en una escala que va desde el blanco al negro)
Color Negro grisaacuteceo negro metaacutelico
o Seguacuten la clasificacioacuten de Munsell negro
o Color RL (reflected light) Gris con tinte marroacuten
Raya Negra
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Brillo Metaacutelico
Iacutendice de refraccioacuten n =242
Isotroacutepico
Transparencia Opaco
Luminiscencia no fluorescente
El moacutedulo de Young o de elasticidad de la magnetita cristalina simple Fe3O4 es Emagn = 248
GPa en la direccioacuten lt111gt 230 GPa en la direccioacuten lt110gt y 208 GPa en la direccioacuten
lt110gt En su forma policristalina Emagnpc = 2258 GPa y se constata una disminucioacuten del
moacutedulo de Young en presencia de Co o Mn
Dureza 55 a 6 Hoja de cuchillo Ortoclase
Densidad 518 gcm3
Exfoliacioacuten Imperfecta Fractura Sub concoidea - Fracturas desarrolladas en materiales
fraacutegiles caracterizados por un punto y superficies curvas Tenacidad quebradiza
Radiactividad GRapi = 0 (Gamma Ray American Petroleum Institute) La magnetita no es
radiactivo
Peso molecular 23154 gm
La magnetita pulverizada es soluble en clorhiacutedrico concentrado
Composicioacuten
Contiene el 3103 de FeO y el 6897 Fe2O3
Hierro 7236 Fe 3103 FeO
6897 Fe2O3
Oxiacutegeno 2764 O
________ _______
10000 10000 = TOTAL OXIDO
Punto de fusioacuten 1583 a 1597 oC
Punto de ebullicioacuten 2623 oC
Calor de fusioacuten 13816 KJmol
Calor de descomposicioacuten 6050 KJmol
Calor de vaporizacioacuten 298 KJmol
Energiacutea libre estaacutendar de formacioacuten Δ -10126 KJmol
Producto de solubilidad log (Fe+2
)3 (H)
8 (e
-)2 357
Sustitucioacuten de cationes [3]
Aunque la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica debido a un submallado de FeIII
con
deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede tambieacuten ser reemplazado parcial o
completamente por otros iones divalentes como el MnII Ni
II Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
El ajuste de los iones hueacutespedes en las estructura es asistido por la flexibilidad del oxiacutegeno
que lo rodea el cual puede expandirse o contraerse para acomodar cationes que difieran en
tamantildeo al FeII La sustitucioacuten de cationes viene acompantildeada de cambios en la longitud de la
arista de la celda unitaria
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En la siacutentesis de magnetitas [3]
se sintetizaron magnetitas sustituidas que conteniacutean maacutes de
001 metales de transicioacuten a 90 oC Las curvas de disolucioacuten indicaban que Co Ni y Zn se
distribuiacutean aleatoriamente dentro de la estructura y reemplazaban el FeII octaeacutedrico En
contraste a lo anterior Cu Mn y Cd se concentraban cerca de la superficie de los
cristales Tras convertir estas magnetitas a maghemita se formaba alrededor del cristal una
zona libre exterior a partir de los elementos de traza indicando que el Fe oxidado habiacutea
migrado y formado una nueva capa de maghemita dejando los elementos de traza en el
interior
Cuando se convirtioacute la magnetita a hematite los elementos de traza divalentes eran
expulsados debido a su valencia y tamantildeo y se concentraban en las capas superficiales
del oacutexido mientras que Cr y Mn compatibles con la estructura corundum permaneciacutean
en la hematite
Las magnetitas sustituidas [3]
preparadas a pH 12 desde ferrihidrita conteniacutean maacutes de 01
molmol de Mn Cu Co o Ni Los productos proporcionaron desde magnetitas con bajos
niveles de sustitucioacuten a totalmente sustituidas MFe2O4 (ferritas)
Cuando en la magnetita hay sustituciones de Ca aumenta la arista de la celda unitaria y si
hay sustituciones de aluminio disminuye el tamantildeo de la celda y baja el punto de Curie [3]
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral
La magnetita fue el primer material magneacutetico que el hombre observoacute en la naturaleza y el
primero que utilizoacute tecnoloacutegicamente al introducir con su uso mejoras cruciales en los
sistemas de orientacioacuten para la navegacioacuten (en particular con el desarrollo de la bruacutejula) Es
uno de los oacutexidos de hierro maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentra naturalmente en
muy diversos ambientes razoacuten por la cual presenta intereses especiales en diferentes campos
como se pretende ilustrar con alguacuten detalle a continuacioacuten
Importante mena de hierro Junto con la hematita es una de las menas maacutes importantes al
contener un 72 de hierro (es el mineral con maacutes contenido en hierro)
Como material de construccioacuten se usa como antildeadido natural de alta densidad en
hormigones especialmente para proteccioacuten radioloacutegica
En calderas industriales la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas
aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire huacutemedo a temperatura ambiente se
oxide lentamente y forme oacutexido feacuterrico Esta estabilidad de la magnetita a altas
temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera Es por
ello que se hacen tratamientos quiacutemicos en las calderas industriales que persiguen formar
en el interior de los tubos capas continuas de magnetita
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas
La configuracioacuten electroacutenica [3]
del Fe+3
es 1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 mientras que la del Fe
+2 es
1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
6 Para los oacutexidos de hierro son precisamente los electrones del Fe de la
capa 3d los que determinan sus propiedades electroacutenicas magneacuteticas e inclusive algunas
espectroscoacutepicas de ahiacute que los orbitales con estos electrones tengan un mayor intereacutes
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Un orbital es la regioacuten del espacio ocupada por un electroacuten simple o por un par de electrones
Seguacuten el principio de exclusioacuten de Pauli el maacuteximo nuacutemero de electrones en un orbital
cualquiera es 2 y donde esto se consigue los electrones han de tener spin (momento angular
intriacutenseco) opuesto El spin del electroacuten influye fuertemente en las propiedades magneacuteticas
de un compuesto
Hay 5 orbitales d disponibles cada uno con una orientacioacuten espacial diferente En un aacutetomo
aislado estos 5 orbitales estaacuten degenerados por ejemplo sus energiacuteas son iguales En el nivel
maacutes bajo de energiacutea el Fe3+
tiene 5 electrones d desapareados y el Fe2+
tiene 2 electrones
apareados y 4 desapareados
En relacioacuten con su estructura los dos lugares de catioacuten diferentes ndash (A) tetraeacutedrica ocupada
por Fe3+
y (B) octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados
magneacuteticos interpuestos La estructura espinela inversa de la magnetita resulta del hecho de
que el CFSE (crystal field stabilitation energy) del Fe2+
es mayor para la coordinacioacuten
octaeacutedrica que para la tetraeacutedrica asiacute que el Fe2+
ocupa preferentemente los lugares
octaeacutedricos Para el Fe3+
el CFSE es cero tanto para la coordinacioacuten octaeacutedrica como para la
tetraeacutedrica de forma que este ioacuten no tiene preferencia alguna por el tipo de coordinacioacuten
El principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos En los
uacuteltimos sitios los electrones estaacuten teacutermicamente deslocalizados sobre los iones de Fe2+
y
Fe3+
Es esta deslocalizacioacuten la responsable de la alta conductividad de la magnetita
Densidad electroacutenica 489 gmcc
Iacutendice de fermiones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten semientero responsable de casi toda
la masa) 001
Iacutendice de bosones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten entero) 099
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eleacutectrico o magneacutetico la
presioacuten la radiacioacuten que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre
El hematite wuumlstite maghemita y magnetita son semiconductores [3]
En concreto la
magnetita muestra casi todas las propiedades metaacutelicas Para que un compuesto sea
semiconductor la caracteriacutestica principal es que la separacioacuten entre la banda de valencia de
los orbitales y la banda de conduccioacuten sea menor de 5 eV y esta condicioacuten se encuentra para
los oacutexidos anteriores
En la mayoriacutea de los oacutexidos de hierro con propiedades semiconductoras la excitacioacuten
electroacutenica se consigue por irradiacioacuten con luz visible de un longitud de onda adecuada (1 eV
= 1000 cm-1
- fotoconductividad)
Fotoelectricidad de la magnetita
Efecto de absorcioacuten fotoeleacutectrico (Pe) 2214 barnselectron
Pe = (Z36
10)00025 Z = Nuacutemero atoacutemico del aacutetomo
Pemin = Ai = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i en el mineral
Zi = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i Pi = valor Pe del aacutetomo i
Efecto fotoeleacutectrico (U) Pemin x ρe (densidad electroacutenica) = 10832 barnscc
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En un semiconductor intriacutenseco por ejemplo cuando el cristal se encuentra a temperatura
ambiente algunos electrones pueden absorber la energiacutea necesaria para saltar a la banda de
conduccioacuten dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia Obviamente el
proceso inverso tambieacuten se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado
energeacutetico correspondiente a la banda de conduccioacuten a un hueco en la banda de valencia
liberando energiacutea A este fenoacutemeno se le denomina recombinacioacuten
Sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacioacuten de pares e-h y de
recombinacioacuten se igualan de modo que la concentracioacuten global de electrones y huecos
permanece constante Siendo n la concentracioacuten de electrones (cargas negativas) y p la
concentracioacuten de huecos (cargas positivas) se cumple que ni = n = p
A ni se le denomina concentracioacuten intriacutenseca del semiconductor y es funcioacuten exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento
Si a un semiconductor intriacutenseco se le antildeade un pequentildeo porcentaje de impurezas es decir
elementos trivalentes o pentavalentes el semiconductor se denomina extriacutenseco y se dice
que estaacute dopado
Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones)
Un semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos)
La magnetita puede considerarse como casi un metal deficiente con huecos en los espacios
octaeacutedricos Como semiconductor tanto tipo p como n [3]
presenta una barrera de energiacutea
potencial de tan soacutelo 01 eV (de ahiacute que la magnetita tenga la resistividad maacutes baja de todos
los oacutexidos) siendo su longitud de onda de excitacioacuten de 103 cm
-1
Su conductividad de entre 102-10
3 Ω
-1 cm
-1 es casi metaacutelica En la arista del octaedro
compartido los iones de Fe2+
y Fe3+
en las posiciones octaeacutedricas estaacuten muy cercanos y
como resultado los huecos pueden migrar faacutecilmente de Fe2+
a Fe3+
y facilita una buena
conductividad
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura
A temperaturas por encima de TV~120 K (llamada temperatura de Verwey) los electrones en
los sitios octaeacutedricos se encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones Fe3+ y Fe2+
(en el fenoacutemeno conocido como electron hopping) lo que da lugar a la alta conductividad
eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas
(TVerwey = 120K ~ 153C) lt T lt (859K ~ 586C)
En la figura 26 puede observarse [67]
coacutemo la conductividad en (Ω cm)-1
aumenta significativamente (pasando
de menos de 50 a 250) hasta
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aproximadamente los 400K en que
comienza a disminuir en menor grado
hasta que pierde su comportamiento
ferrimagneacutetico a la temperatura de
859K con un valor proacuteximo a 200 A
temperaturas superiores el valor de la
conductividad se estabiliza En 1939
el cientiacutefico holandeacutes Evert Verwey [67]
descubrioacute que la conductividad
eleacutectrica de la magnetita disminuye
abrupta y dramaacuteticamente a bajas
temperaturas A unos -150 degC el
mineral metaacutelico se convierte en un
aislante
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita con la temperatura
Por debajo de la temperatura de Verwey se produce un ordenamiento de la configuracioacuten de
los iones de Fe2+
y Fe3+
en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten electroacutenica
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica
La anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita aumenta desde la temperatura de
transicioacuten (1194 plusmn 03 K) a 95K para permanecer praacutecticamente constante [68]
a temperaturas
inferiores La figura 27 representa la anisotropiacutea de la conductividad de una muestra de
magnetita de cristales sinteacuteticos formando una barra rectangular de 1cm de longitud y paralela
a la direccioacuten [110] tras enfriarla en dos campos magneacuteticos de orientacioacuten diferente Sin
embargo por encima de la transicioacuten la conductividad eleacutectrica de la magnetita presentoacute
propiedad isotroacutepica La figura 28 muestra la conductividad entre la temperatura ambiente y
la de transicioacuten para dos muestras con forma de barra rectangular en las direcciones [111] y
[110]
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita a bajas temperaturas
Figura 28 Isotropiacutea de la
conductividad de la magnetita a
temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la
temperatura de transicioacuten
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Se destaca que a temperaturas proacuteximas a la del cuerpo humano (37degC aproximadamente
310K) la variacioacuten de la conductividad respecto a la temperatura sigue siendo significativa
con un valor aproximado a 25 103 Sm que lo ubica dentro del rango de los conductores
eleacutectricos casi metaacutelicos [69]
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo
Los principales paraacutemetros utilizados para caracterizar las propiedades magneacuteticas de los
soacutelidos son la susceptibilidad magneacutetica la permeabilidad y el momento magneacutetico [3]
Cuando una sustancia se situacutea dentro de un campo magneacutetico de fuerza H (unidades Teslas)
la intensidad de magnetizacioacuten J (por ejemplo el momento magneacutetico de la muestra por
unidad de volumen [A m-1
o J T-1
m-3
] se relaciona con H a traveacutes de la susceptibilidad
magneacutetica k de la sustancia J = k H
La susceptibilidad magneacutetica puede expresarse en teacuterminos de volumen como k (m3
m-3
o J
T-2
m-3
) o de masa χ (m3 kg
-1 o J T
-2 kg
-1)
La densidad o flujo de las liacuteneas de fuerza en un soacutelido situado en un campo magneacutetico H se
denomina induccioacuten magneacutetica B definida seguacuten la siguiente relacioacuten B = μ (H + J)
La tendencia de las liacuteneas magneacuteticas de fuerza a pasar a traveacutes de un medio en relacioacuten a la
tendencia a pasar a traveacutes del vaciacuteo es la permeabilidad magneacutetica μ Este es uno de los
paraacutemetros que distingue un material diamagneacutetico de una sustancia paramagneacutetica
La permeabilidad se define como μ = μo (1 + k) donde μo es la permeabilidad en el vaciacuteo
La permeabilidad magneacutetica [70]
es la relacioacuten entre la induccioacuten magneacutetica y la intensidad
del campo magneacutetico es respecto al magnetismo lo que la conductividad es respecto a la
electricidad Es una propiedad del material y asiacute cuando se emplean fuentes electromotrices
(EM) el voltaje inducido en un conductor bajo la superficie variacutea no soacutelo en la relacioacuten del
campo magneacutetico sino tambieacuten con la permeabilidad magneacutetica del conductor De la
ecuacioacuten de Maxwell nabla se desprende que las corrientes inducidas son
multiplicadas por el factor en Hm (henrios por metro)
El momento magneacutetico m es un teacutermino utilizado para cuantificar las propiedades magneacuteticas
de una sustancia No se mide directamente pero se obtiene de la medida de la susceptibilidad
molar con la que se relaciona de la siguiente forma
χ = μ0
donde N es el nuacutemero de Avogadro y k la constante de Boltzman El momento magneacutetico
fundamental es el magnetoacuten de Bohr β tal que
β =
= 92732 10
-24 A m
2
donde e y me son la carga y masa del electroacuten respectivamente
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La expresioacuten del momento magneacutetico puede reducirse a m = 283
Las unidades del momento magneacutetico son JuliosTesla aunque a veces se expresa en
magnetones de Bohr
652 Tipos de Magnetismo
La figura 29 representa los diferentes tipos de magnetismo
[3] El diamagnetismo es la
propiedad baacutesica de tolas sustancias a repeler un campo magneacutetico La susceptibilidad
magneacutetica k de una sustancia diamagneacutetica es pequentildea negativa e independiente de la
temperatura (-10-6
)
Figura 29 Tipos de magnetismo
a) ferromagnetismo b) antiferromagnetismo c) ferrimagnetismo d) esperomagnetismo
Las sustancias paramagneacuteticas son atraiacutedas hacia un campo magneacutetico Dichas sustancias
poseen electrones no pareados que estaacuten aleatoriamente orientados en diferentes aacutetomos
Cada aacutetomo ioacuten o moleacutecula de una sustancia paramagneacutetica puede visualizarse como un
pequentildeo imaacuten con su propio momento magneacutetico inherente La aplicacioacuten de un campo
magneacutetico causa un alineamiento parcial de estos imanes paralelos al campo La
susceptiblidad magneacutetica es positiva y pequentildea (0 a 001) variacutea con la temperatura y su
comportamiento puede describirse seguacuten la ley de Curie-Weiss
χM =
siendo CM y TC la constante de Curie y la temperatura de Curie respectivamente y T es la
temperatura
La dependencia de la temperatura de χM es el resultado de dos fuerzas opuestas cuando la
temperatura aumenta la alineacioacuten incrementada por los momentos magneacuteticos enla
sustancia se opone mediante vibraciones teacutermicas maacutes fuertes de ahiacute que χM decrezca Bajo
una cierta temperatura (Neacuteel o Curie) que depende de cada oacutexido los oacutexidos de hierro
transitan hacia un estado ordenado magneacuteticamente y se convierten en ferromagneacuteticos
anitferromagneacuteticos ferrimagneacuteticos o esperomagneacuteticos
La temperatura de transicioacuten se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagneacuteticos y
ferrimagneacuteticos y temperatura de Neacuteel (TN) para sustancias antiferromagneacuteticas
Las sustancias ferro y ferrimagneacuteticas son fuertemente atraiacutedas por un campo magneacutetico En
una sustancia ferromagneacutetica la alineacioacuten de los spines de los electrones es paralela Tienen
un momento magneacutetico neto gran permeabilidad magneacutetica y susceptibilidad magneacutetica
positiva y de valores altos (001 ndash 106) Al aumentar la temperatura los momentos
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magneacuteticos y la susceptibilidad bajan raacutepidamente
En sustancias antiferromagneacuteticas los spines de los electrones tienen momentos magneacuteticos
iguales y estaacuten alineados de una forma antiparalela Tienen un momento magneacutetico global 0
permeabilidad positiva y una positiva pero baja susceptibilidad (0 ndash 01) Al incrementar la
temperatura normalmente aumenta la susceptibilidad debido a que el ordenamiento
antiparalelo se desequilibra
Las sustancias ferrimagneacuteticas tienen en comuacuten con las antiferromagneacuteticas en que existe
antiparalelismo pero los diferentes spines tienen momentos diferentes de forma que un
material ferrimagneacutetico tienen un momento magneacutetico resultante
El supermagnetismo resulta de una anisotropiacutea magneacutetica por ejemplo debido a la existencia
de direcciones cristalograacuteficas preferidas a lo largo de las cuales los spines de los electrones
se alinean maacutes faacutecilmente y la sustancia se magnetiza con maacutes facilidad La direccioacuten
preferida para esta faacutecil magnetizacioacuten es a lo largo del eje o juego de ejes cristalograacuteficos
por ejemplo para la magnetita a lo largo de las direcciones [111]
El esperomagnetismo es una propiedad por la que algunos materiales amorfos o pobremente
ordenados que contienen enlaces metal-O-metal que si el metal lleva momento magneacutetico
puede dar soporte a reaccione de super-intercambio
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita
El fuerte magnetismo de la magnetita se debe a un fenoacutemeno de ferrimagnetismo los
momentos magneacuteticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran
fuertemente acoplados por interacciones antiferromagneacuteticas pero de forma que en cada
celda unidad resulta un momento magneacutetico no compensado La suma de estos momentos
magneacuteticos no compensados fuertemente acoplados entre siacute es la responsable de que la
magnetita sea un imaacuten [3]
Temperatura de Curie 859 oK (a partir de la cual el material pasa a ser paramagneacutetico)
Magnetizacioacuten de saturacioacuten (σS a 300 K) 92 - 100 A m2 kg
-1 o J T
-1 kg
-1
Constante de anisotropiacutea (Keff) 104 ndash 10
5 J m
-3
Constante de restriccioacuten magneacutetica (λ) 35 10-6
Susceptibilidad magneacutetica (K = MH) en el SI 1200x103 a 19200x10
3
Los dos lugares de catioacuten diferente en la estructura ndash (A) tetraeacutedrica ocupada por Fe3+
y (B)
octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados magneacuteticos
interpuestos Por debajo de TC los momentos magneacuteticos de los sitios A y B son antiparalelos
y en suma las magnitudes de los tipos de estos momentos magneacuteticos son desiguales
causando el ferrimagnetismo La disposicioacuten de spin se escribe como Fe3+
[Fe3+
Fe2+
] O4 El
principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos
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654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura
El comportamiento ferrimagneacutetico de la magnetita ocurre a temperatura ambiente por debajo
de la Temperatura de Curie TC que en el caso de la magnetita es de 859 K Por encima de
eacutesta el material tiene un comportamiento paramagneacutetico
El paramagnetismo se produce cuando las moleacuteculas de una sustancia tienen un momento
magneacutetico permanente El campo magneacutetico externo produce un momento que tiende a
alinear los dipolos magneacuteticos en la direccioacuten del campo La agitacioacuten teacutermica aumenta con la
temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magneacutetico En las sustancias
paramagneacuteticas la susceptibilidad magneacutetica es positiva pero muy pequentildea comparada con la
unidad
En la figura 30 se representa el valor
inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura
tanto para MnFe2O4 como para la
magnetita Fe3O4 [71]
Las asiacutentotas
para altas temperaturas se exponen
con pendientes acordes a las
constantes de Curie Puede
observarse coacutemo la susceptibilidad
de la magnetita toma valores
proacuteximos a 002 para 900K y 001
para 1000K como se indicaba
anteriormente valores positivos pero
muy pequentildeos comparados con la
unidad
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura para MnFe2O4 y
Fe3O4
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7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS
Las nanopartiacuteculas [72]
son partiacuteculas cuya caracteriacutestica principal es su tamantildeo que es del
orden del nanoacutemetro esto es 10-9
metros hasta unos 100nm Como referencia los aacutetomos
pueden estar entre los 01 a 04 nm
La sola caracteriacutestica del tamantildeo hace variar otras caracteriacutesticas que se asumiacutean como
propias del elemento o material especiacutefico Un ejemplo que puede aportar una idea
significativa es el de una macropieza de metal en una esfera de 2cm de diaacutemetro soacutelo una
pequentildeiacutesima proporcioacuten de ella (1 entre 10 millones de aacutetomos) forman la capa superficial En
una partiacutecula nanomeacutetrica de 10 nm de diaacutemetro el 10 de sus aacutetomos estaacuten en la capa
superficial y esto se incrementa hasta un 50 en partiacuteculas de 2 nm
Las propiedades mecaacutenicas de los materiales como la resistencia y maacutes en concreto la dureza
y la resistencia a la friccioacuten de los metales pueden incrementarse enormemente al bajar a
nivel nano el tamantildeo del grano
En cuanto a las propiedades quiacutemicas es evidente que cuando se trabaja con nanopartiacuteculas la
superficie aumenta enormemente respecto al mismo material a escala macro Muchos
catalizadores de reacciones quiacutemicas se han sintetizado a escala nano para mejorar sus
prestaciones hasta el punto de que incluso el oro arquetipo de material inerte a escala
nanomeacutetrica es un excelente catalizador para la oxidacioacuten del monoacutexido de carbono (CO)
Respecto a las propiedades magneacuteticas es conocido que el hierro es un material magneacutetico y
sin embargo un trozo de hierro puro no se magnetiza Se puede probar que eacuteste no atraeraacute a
una bola de hierro Por el contrario la bola seraacute atraiacuteda por un imaacuten Y sin embargo si se
situacutea la bola entre el imaacuten y el trozo de hierro inicial la bola seraacute atraiacuteda hacia el hierro
perdieacutendose esta propiedad al alejar el imaacuten Es decir ante un imaacuten el hierro se magnetiza
tanto que supera el magnetismo del imaacuten y esta propiedad revierte al alejarse el imaacuten
La fuente del magnetismo son sus aacutetomos constituyentes que disponen de diminutos imanes
dipolares permanentes cuya fuerza se denomina momento magneacutetico del aacutetomo En estos
materiales la fuerte interaccioacuten entre los aacutetomos alinea los imanes atoacutemicos para producir
magnetizacioacuten macroscoacutepica pero no es eacuteste su estado habitual ya que por lo general el
hierro puro no es un imaacuten quedando los momentos magneacuteticos compensados para minimizar
la energiacutea
Sin embargo esta compensacioacuten se rompe al llegar a un tamantildeo criacutetico (aproximadamente 100
nm) en que los momentos magneacuteticos dejan de compensarse y actuacutean en un uacutenico sentido
comportaacutendose el trozo de hierro como un fuerte imaacuten permanente
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711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas son en general reactivamente superiores a las
micropartiacuteculas magneacuteticas (MMPs) ya que reaccionan mucho maacutes raacutepidamente y sin
necesidad de agitar la mezcla Loacutegicamente ello estaacute vinculado a su mayor ratio superficie
por volumen [72]
Al mismo tiempo su magnetizacioacuten de saturacioacuten (MS) es un paraacutemetro importante que
permite que las MNPs puedan ser manipuladas mediante un campo magneacutetico externo Los
metales puros (Fe Co Ni) los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
ferromagnetos tipo espinela (MeOFe2O3 Me=Fe Co Mg Zn Mn Ni etc) y aleaciones
(FePt FeCo FePd CoPt MnAl CoPt3 etc) son candidatos a construcciones de MNPs
biofuncionales Entre ellos la magnetita la maghemita y FePt son los materiales maacutes
empleados debido a su alta MS y estabilidad quiacutemica
Generacioacuten natural Las nanopartiacuteculas se encuentran habitualmente en la Tierra En la
atmoacutesfera por ejemplo las generan los volcanes y los incendios forestales En los oceacuteanos las
generan las fosas hidrotermales Tambieacuten algunas bacterias y moluscos generan
nanopartiacuteculas e incluso las explosiones de supernovas en el espacio generan nanopartiacuteculas
Las nanopartiacuteculas afectan al clima quizaacute la mayor contribucioacuten de las nanopartiacuteculas al
clima sea que sirven de nuacutecleo de condensacioacuten de las nubes es decir contribuyen
fuertemente a la formacioacuten de las nubes de forma que una nanopartiacutecula de 100 nm puede
condensar una nube de 10 μm que a su vez se transformaraacute en una gota de lluvia de 05 mm
Siacutentesis Una simple vela encendida produce a traveacutes de la combustioacuten nanopartiacuteculas de
carbono de diaacutemetro aproximado a 10 nm [72]
y la tinta india posteriormente china en el
2700 adc conteniacutea nanopartiacuteculas de carbono es suspensioacuten
Pero la siacutentesis de nanopartiacuteculas ya se ha estructurado en meacutetodos Bottom-Up y Top-Down
En los meacutetodos Bottom-Up en primer lugar se identifica la nanopartiacutecula de intereacutes para
luego producir y ensamblar el dispositivo requerido mientras que en los meacutetodos Top-Down
se parte de un material macro para crear una estructura o dispositivo
Entre los meacutetodos Bottom-Up se desarrollan los que usan vapor supersaturado los que
producen las nanopartiacuteculas en vaciacuteo por seleccioacuten de tamantildeo en aerosoles siacutentesis quiacutemica
en liacutequidos en suspensioacuten etc y entre los meacutetodos Top-Down baacutesicamente se realiza por
litografiacutea de haz de electrones (EBL) y utilizando haces de iones focalizados (FIB)
El tamantildeo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas (MNPs) de 1 a 100 nm puede aproximarse al de
las biomacromoleacuteculas lo que permite interactuar con ellas mucho mejor que las partiacuteculas
de escalas superiores Por ello la biocompatibilidad de las MNPs seraacute un requisito a tener en
cuenta seleccionando aquellas que no sean toacutexicas o al menos las de menor toxicidad
Preparacioacuten modificacioacuten de la superficie y funcionalizacioacuten de las NNPs [73]
Preparacioacuten de MNPs (algunos ejemplos claacutesicos de bioseparacioacuten) La coprecipitacioacuten
quiacutemica de Fe2+
y Fe3+
en solucioacuten de H2O en presencia alcalina (NaOH o NH3H2O) para
sintetizar nanopartiacuteculas de los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
es quizaacute el meacutetodo maacutes faacutecil y utilizado
La descomposicioacuten teacutermica y reduccioacuten de precursores organometaacutelicos (acetilacetonatos
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metaacutelicos M(acac)n M=Fe Mn Co Ni Cr n=2 o 3 acac=acetelilacetonato
cupferronatos metaacutelicos MxCupx M=ion metaacutelico Cup=N-nitrosofenilhidroxilamina
pentacarbonilos de hierro) la siacutentesis de microemulsioacuten (agua en aceite WO aceite en
agua OW) y la siacutentesis hidroteacutermica son ejemplos tiacutepicos de siacutentesis de MNPs
Frente a los anteriores otros meacutetodos de siacutentesis como por spray y pirolisis laser
sonoquiacutemica y sol-gel recientemente existe un creciente intereacutes en utilizar las MNPs
originadas por bacterias para aplicaciones bioloacutegicas (magnetosomas) Un beneficio del
uso de MNPs originadas bioloacutegicamente es su superior biocompatibilidad ya que estaacuten
rodeadas de una membrana de liacutepido que contiene fosfoliacutepidos
Modificacioacuten de la superficie de las MNPs Mantener la estabilidad en el tiempo de las
MNPs sin aglomeracioacuten ni precipitacioacuten es todaviacutea un reto perdiendo a veces incluso sus
propiedades superparamagneacuteticas Por ello en la mayoriacutea de procesos para evitar esta
inestabilidad se recurre a aislar el nuacutecleo magneacutetico del entorno mediante una funda
protectora Ademaacutes a traveacutes de estos procesos esta caacutepsula protectora se selecciona de
forma que aumente la funcionalidad de las MNPs seguacuten la aplicacioacuten deseada
Un ejemplo es a traveacutes de surfactantes cuidadosamente seleccionados que reducen la
tensioacuten superficial como el aacutecido laurico el aacutecido miristico el aacutecido oleacuteico el aacutecido
dodecilbencenosulforico etc eficientes con MNPs solubles en agua
Con el fin de prevenir la agregacioacuten de MNPs se utilizan los poliacutemeros tanto naturales
como sinteacuteticos que abren una puerta hacia lo que parece un rango ilimitado de
posibilidades en la incorporacioacuten de propiedades especiacuteficas a las MNPs Macromoleacuteculas
originales naturales celulosas dextran gelatinas agarosa y carragenina se utilizan en
biomedicina
Tambieacuten se utilizan materiales inorgaacutenicos como carbono plata oro y silicio para
encapsular las MNPs de forma que a la vez que proporcionan estabilidad a las
nanopartiacuteculas en soluciones acuosas son muy uacutetiles como agentes bioloacutegicos y quiacutemicos
En los uacuteltimos antildeos se ha estudiado muchas pequentildeas moleacuteculas orgaacutenicas con el fin de
dar estabilidad y funcionalidad a las MNPs El aacutecido ciacutetrico es el ejemplo tiacutepico utilizado
para la magnetita Fe3O4 en el rango de 8 a 10 nm
Principales usos [73]
Las nanopartiacuteculas se aplican mediante la denominada nanotecnologiacutea
incremental para producir materiales avanzados con propiedades especiacuteficas a sus uso
gracias al cambio de propiedades de los materiales a escala nanomeacutetrica
Hoy en diacutea ya se estaacuten usando en los dispositivos de almacenamiento de datos (en paquetes
de nanopartiacuteculas) pero la capacidad de utilizar las nanopartiacuteculas individualmente
aumentariacutea la densidad de almacenamiento enormemente
Un punto cuaacutentico generalmente es una nanoestructura semiconductora que confina el
movimiento en las tres direcciones espaciales de los electrones de la banda de conduccioacuten
los huecos de la banda de valencia o excitones (pares de enlaces de electrones de conduccioacuten
de banda y huecos de banda de valencia) En el mundo macroscoacutepico los puntos cuaacutenticos
pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana o estar disueltos en un liacutequido Sin
embargo esa sustancia ha sido elaborada en el laboratorio partiendo de unos pocos aacutetomos
con teacutecnicas que manipulan la materia a escalas de nanoacutemetros Los puntos cuaacutenticos se
utilizan en
Optoelectroacutenica Con los puntos cuaacutenticos de materiales semiconductores como arseniuro
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de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos laacuteser emisores de luz maacutes eficientes que los
usados hoy en lectores de CD y de coacutedigos de barras
Biomedicina En forma de cristales independientes pero manteniendo su fundamento y sus
propiedades fiacutesicas Los puntos cuaacutenticos emiten luz brillante y muy estable Con ellos se
obtienen imaacutegenes de mucho contraste usando laacuteseres menos potentes y no existe el temor
de que se apaguen Ademaacutes la longitud de onda tan especiacutefica a la que brillan evita las
superposiciones y permite tentildeir a la vez muchas maacutes estructuras que con los meacutetodos de
tincioacuten tradicionales
Paneles solares experimentales La tercera generacioacuten de ceacutelulas fotovoltaicas usa entre
otras posibilidades las superficies con puntos cuaacutenticos El rendimiento es mayor que las
ceacutelulas de primera y segunda generacioacuten y su fabricacioacuten es maacutes econoacutemica Un punto
poliacutemero cuaacutentico funcionando podriacutea colocar eventualmente a la electricidad solar en
una posicioacuten econoacutemica igual a la electricidad del carboacuten Si esto pudiera hacerse seriacutea
revolucionario
Nuevos sistemas de iluminacioacuten con un rendimiento maacutes eficiente
Uno de los saltos tecnoloacutegicos en la nanotecnologiacutea de evolucioacuten (nanotecnologiacutea que trata
de construir nanopartiacuteculas que de forma individual realicen alguna funcioacuten especiacutefica uacutetil)
ha sido el desarrollo de nanopartiacuteculas simples que pueden funcionar como transistores
insertables modularmente en dispositivos electroacutenicos
Aplicaciones de las MNPs [73]
Aislamiento de ceacutelulas con MNPs Para una separacioacuten efectiva las ceacutelulas de intereacutes han
de ser etiquetadas con MNPs extriacutensecas para lograr el contrate suficiente de
susceptibilidad magneacutetica respecto a las otras ceacutelulas y al medio a excepcioacuten de la bacteria
magnetotaacutectica que contiene MNPs intriacutensecas en sus propias ceacutelulas que no necesitan
etiquetado
Extraccioacuten de proteiacutenas con MNPs El aislamiento y purificacioacuten de proteiacutenas
tradicionalmente se ha realizado mediante repeticioacuten de procesos como electroforesis
filtracioacuten centrifugacioacuten y cromatografiacutea hasta alcanzar una calidad miacutenima Para superar
sus limitaciones se han desarrollado teacutecnicas de separacioacuten mediante afinidad magneacutetica
intercambio ioacutenico e hidrofoacutebico Es evidente que en estos uacuteltimos procesos se obtendraacuten
mejores resultados con MNPs que con MMPs
Extraccioacuten de aacutecidos nucleacuteicos con MNPs La extraccioacuten de ADNARN estaacute siendo un
paso fundamental para estudios de diagnosis terapia y anaacutelisis geneacutetico La extraccioacuten de
aacutecidos nucleacuteicos en fase soacutelida magneacutetica comparada con los meacutetodos convencionales
ofrece claras ventajas tanto en tiempo de proceso como en requisitos quiacutemicos coste
econoacutemico y facilidad de automatizacioacuten
Las nanopartiacuteculas pueden interacturar con los organismos vivos [72]
En general en las
aplicaciones meacutedicas actuales basadas en nanopartiacuteculas eacutestas estaacuten destinadas a localizar
tipos especiacuteficos de ceacutelulas (normalmente ceacutelulas tumorales) y realicen alguna accioacuten
como eliminarlas o mostrarlas en una resolucioacuten muy alta para diagnosis
Una forma diferente de alcanzar el objetivo es incorporar el medicamento a nanopartiacuteculas
magneacuteticas de forma que puedan ser dirigidas y concentradas en el lugar objetivo
mediante un campo magneacutetico externo
En el tratamiento de tumores por hipertermia las nanopartiacuteculas magneacuteticas pueden elevar
la temperatura de las ceacuteluclas canceriacutegenas con el fin de eliminarlas
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712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita
Los ferrofluidos [74]
forman parte de una nueva clase de materiales magneacuteticos Estos
consisten en nanopartiacuteculas magneacuteticas coloidales dispersas y estabilizadas en un liacutequido
portador y que presentan propiedades de fluido y magneacuteticas por lo que son de gran
importancia tecnoloacutegica
Ciclo de histeacuteresis de ferrofluido de magnetita [74]
Para un ferrofluido a partir de
queroseno o de aceite comestible se observa que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es
directamente proporcional al aumento en la concentracioacuten de magnetita seguacuten graacuteficas de la
figura 31
En los preparados con queroseno se obtiene un rango de magnetizacioacuten especiacutefica entre 73 y
1337 emug y en los preparados con aceite comestible se obtiene un rango de 549 a 189
emug dependiendo de las concentraciones de magnetita de cada preparado Es interesante
observar el comportamiento de estos ferrofluidos al acercar un magneto como puede
comprobarse en la figura 32 El ferrofluido responde inmediatamente al acercarle un magneto
debido a la alineacioacuten de las partiacuteculas e incrementando la viscosidad del ferrofluido Este
vuelve a su estado inicial al retirar el magneto
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido
con magnetita a partir de queroseno (a) y con
aceite comestible (b)
Figura 32 Comportamiento de un
ferrofluido con un 21 de
magnetita y preparado en aceite
comestible
Actualmente entre sus aplicaciones se pueden mencionar algunas como sellos magneacuteticos en
motores como lubricantes en discos magneacuteticos instrumentos para memoria oacuteptica y
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giroscopios Otras aplicaciones son en instrumentos magneacuteticos como bocinas tintas
magneacuteticas para cheques bancarios unidades de refrigeracioacuten magneacutetica etc Los ferrofluidos
tambieacuten tienen aplicaciones en medicina como por ejemplo liberadores de medicinas para
restringir el flujo sanguiacuteneo en determinadas partes del cuerpo y actuacutean como material opaco
para el diagnoacutestico de imaacutegenes usando rayos X o resonancia magneacutetica nuclear
Una forma de obtener partiacuteculas de magnetita para posteriormente obtener un ferrofluido es a
traveacutes de la teacutecnica de coprecipitacioacuten quiacutemica [74]
que consiste en mezclar una solucioacuten de
cloruro feacuterrico (FeCl36H2O) y cloruro ferroso (FeCl24H2O) al 01 M con agitacioacuten mecaacutenica
a una velocidad de 2000 rpm La relacioacuten molar de FeCl3FeCl2 se obtiene constante con un
valor de 21
Esta solucioacuten se calienta hasta una temperatura de 70 oC inmediatamente se aumenta la
velocidad de agitacioacuten hasta 7500 rpm y se agrega raacutepidamente una solucioacuten de hidroacutexido de
amonio (NH4OH) al 10 en volumen formaacutendose instantaacuteneamente un precipitado oscuro
que son las nanopartiacuteculas de magnetita
Este precipitado ha de lavarse varias veces con agua destilada para eliminar los iones de Cl- y
el hidroacutexido de amonio remanente que inhiben la adsorcioacuten de las moleacuteculas del estabilizador
que se usaraacute para la preparacioacuten del ferrofluido Las nanopartiacuteculas de magnetita lavadas han
de mantenerse en suspensioacuten para facilitar su uso en la preparacioacuten del ferrofluido
Preparacioacuten de un ferrofluido con magnetita [74]
Se puede llevar a cabo mediante el
meacutetodo de peptizacioacuten Utilizando aacutecido oleico como surfactante queroseno o aceite
comestible como liacutequido portador y la magnetita en suspensioacuten como material magneacutetico En
primer lugar se prepara una solucioacuten de magnetitaaacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible
y se pone a calentar a 70 ndash 75 oC con agitacioacuten constante a 450 rpm hasta que se evapora el
agua residual que conteniacutea la magnetita y se forma una pasta (tiempo aproximado 6 horas)
Despueacutes se agrega una solucioacuten de aacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible hasta obtener
el ferrofluido estable (aprox 4 horas) a la misma temperatura y velocidad de agitacioacuten
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y
TAMANtildeOS
La siacutentesis en sistemas acuosos [3]
a temperaturas inferiores a 100 oC produce un fino
granulado (lt01 μm) de cristales cuacutebicos u octaeacutedricos redondeados Son ejemplos la
oxidacioacuten de soluciones Fe2+
a pH neutro viacutea verdiacuten y la precipitacioacuten directa de las
soluciones mezcla de Fe2+
Fe3+
a pH 4-6
La magnetita se puede obtener a partir de un proceso de siacutentesis basado en la adicioacuten de una
base a una disolucioacuten acuosa de sales feacuterricas y ferrosa [75]
La reaccioacuten se realiza mediante
i Se mezcla 40 ml de una disolucioacuten 1 moll de FeCl3 y 10 ml de otra disolucioacuten 2 moll de
FeCl2 y 2 moll de HCl
ii La mezcla se vierte poco a poco con una pipeta que llega hasta el fondo del recipiente en
500 ml de otra disolucioacuten 07 moll de NH4OH mientras esta uacuteltima se mantiene en
agitacioacuten mecaacutenica
iii Se mantiene la agitacioacuten durante 20 minutos y posteriormente se elimina el sobrenadante
mediante decantacioacuten magneacutetica
iv Una vez obtenidas las partiacuteculas de magnetita es necesario asegurara la estabilidad de las
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suspensiones en disolucioacuten acuosa Para ello hay que tener en cuenta que la estabilidad
depende del pH de la suspensioacuten con la que se va a trabajar
o Si el medio es baacutesico las partiacuteculas se dispersan en una disolucioacuten acuosa 1 moll de
hidroacutexido de tetrametilamonio
o Por el contrario si es aacutecido el precipitado obtenido despueacutes de la decantacioacuten
magneacutetica se dispersa en una disolucioacuten 2 moll de aacutecido percloacuterico
v Despueacutes la suspensioacuten de magnetita obtenida se centrifuga y se redispersa en agua
desionizada hasta alcanzar el pH final deseado en la suspensioacuten resultante
Una siacutentesis hidroteacutermica de magnetita [3]
habitualmente produce cristales octaeacutedricos
simples que pueden llegar a ser del orden de 10
nm como puede comprobarse en la figura 33 en
la que los cristales de magnetita se han
producido hidroteacutermicamente a 250 oC a partir
de una solucioacuten 001 M Fe2(SO4)3 en presencia
de 04 M trietanolamina 24 M NaOH y 085 M
N2H4
En presencia de mineralizadores como 01 M HI
o 2 M NH4Cl y a 0207 MPa y 416-800 oC la
magnetita crece en cristales cuyas formas son
combinacioacuten de roacutembico dodecaedro (formas
101) estando los cristales maacutes redondeados de
lo normal Con aacutecido foacutermico se pueden producir
cristales de 01-02 mm [3]
Figura 33 Cristales de magnetita
producidos hidroteacutermicamente a 250 oC
Una descomposicioacuten hidroteacutermica de quelatos Fe-TEA en presencia de hidracina (180 oC)
produce octaedros polidispersos microscoacutepicos Se pueden obtener esferas y octaedros
uniformes y de mayor tamantildeo (003-11 μm) si el verdiacuten se oxida con KNO3 a 90 oC y pH 6-
10
La magnetita obtenida a partir de Fe(OH)2 en una solucioacuten muy baacutesica forma cubos de mayor
tamantildeo que con verdiacuten a pH 85 forma pequentildeos y gruesos platos y que a partir de
soluciones FeIIFe
III a pH 13 cristaliza partiacuteculas de 5 nm La coagulacioacuten inicial de las
partiacuteculas primarias es seguida de una recristalizacioacuten de contacto dentro de los agregados
esfeacutericos Las esferas formadas cuando el Fe2+
se encuentra en exceso sobre el OH- a pH 12
forma cristales cuacutebicos
La magnetita producida por reduccioacuten seca de hematite mantiene la forma y tamantildeo de las
partiacuteculas originales de hematite obtenieacutendose magnetitas tanto esfeacutericas como en listones [3]
Las magnetitas sustituidas con metal (Mn Co Cu Ni) se obtienen a partir de ferrihidritas
sustituidas con metal a pH 12 son cuacutebicas y de 10 a 50 nm de grosor Las magnetitas que
crecen mediante una oxidacioacuten lenta de verdiacuten a pH 6 en presencia de fosfato 005-010
molmol se presentan en octaedros bien definidos con planos 111 suaves
La figura 34 [3]
(izquierda) muestra cristales redondeados de magnetita obtenida con una
lenta oxidacioacuten (150 diacuteas) de una solucioacuten 005 M FeCl2 a pH 117 y temperatura ambiente
mientras que la figura 34 (derecha) magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten de una
solucioacuten 05 M FeSO4 con KNO3 en 143 M KOH a 90 oC
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Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC
En la figura 35 puede verse una de las
fotografiacuteas obtenidas en un microscopio
electroacutenico de transmisioacuten de alta resolucioacuten
HREM (STEM Philips CM20) de las partiacuteculas
de magnetita sintetizadas se ha realizado un
histograma midiendo el diaacutemetro de
aproximadamente 250 partiacuteculas [75]
El diaacutemetro medio obtenido es de 111plusmn20
nm como muestra la figura 36 En dichas
fotografiacuteas tambieacuten se observa que la forma de
las partiacuteculas es aproximadamente esfeacuterica
Figura 35 Fotografiacutea HREM de
partiacuteculas de magnetita sintetizada
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita
Superficie especiacutefica Tambieacuten se determinoacute
[75] la superficie especiacutefica de estas partiacuteculas de
magnetita mediante absorcioacuten de N2 por el meacutetodo BET multipunto con un aparato
Quantasorb Jr Quantachrome (USA) El valor obtenido fue de 422 m2g
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Estructura cristalina La estructura de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas
mediante coprecipitacioacuten quiacutemica se
determina mediante difraccioacuten de rayos X
empleando el meacutetodo de Debye-Scherrer
Se adjunta un ejemplo (figura 37) [74]
en
el que se ha utilizado un difractoacutemetro
Siemens D-5000 usando radiacioacuten CuKα
(25 mA 35 kV) en un rango de medicioacuten
de 10 a 80 grados angulares en la escala
de 2θ con una velocidad de barrido de
002 grados angulares por segundo Se
observa la correspondencia entre ambos
espectros
Figura 37 Difractograma de rayos X de las
partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y
patroacuten de la magnetita (b)
Si el tamantildeo de partiacutecula y la distribucioacuten del tamantildeo de los cristales de magnetita son
similares la morfologiacutea del cristal afecta coercitivamente en el orden
esferasltcubosltoctaedros [3]
alineados con el incremento del nuacutemero de ejes magneacuteticos a lo
largo de estas series de formas Controlando las condiciones de precipitacioacuten y de ahiacute el
tamantildeo de la partiacutecula y su morfologiacutea se pueden producir magnetitas con rangos coercitivos
del orden de 24 a 20 kAm-1
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas que son uacutenicas debido a sus elementos estructurales y
funcionales tienen varias aplicaciones novedosas La popularidad y practicidad de los
materiales de nanopartiacuteculas crean la necesidad de un meacutetodo de siacutentesis que produzca
partiacuteculas de calidad en cantidades considerables En 2005 Yeary LW Ji-Won Moon
Love LJ Thompson JR y colaboradores [76]
describieron un meacutetodo que utiliza siacutentesis
bacterial para crear nanopartiacuteculas de magnetita Se incuboacute la cepa de la bacteria termofiacutelica
Thermoanaerobacter ethanolicus TOR-39 bajo condiciones anaeroacutebicas a 65ordmC durante dos
semanas en una solucioacuten acuosa que conteniacutea iones de Fe de un precursor de la magnetita
(akaganeita) Las partiacuteculas de magnetita se formaron fuera de las ceacutelulas bacterianas Se
verificoacute el tamantildeo y morfologiacutea de la partiacutecula mediante scattering de luz dinaacutemica
difraccioacuten de rayos X y microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten Los cristales teniacutean un
tamantildeo medio de 45 nm Se caracterizaron las propiedades magneacuteticas utilizando el
magnetoacutemetro SQUID y se observoacute una magnetizacioacuten de saturacioacuten de 77 emug a 5K
Estos resultados son comparables a aquellos obtenidos de nanopartiacuteculas de magnetita
sintetizada quiacutemicamente
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73 PRINCIPALES APLICACIONES
Las aplicaciones de la magnetita nanomeacutetrica son muy diversas distinguieacutendose entre
aquellas de origen natural yo bioloacutegico y las aplicaciones que el ser humano ha realizado A
continuacioacuten se exponen un conjunto de ambos tipos [77]
Un interesante tema entre bioacutelogos y naturalistas ha sido el de los meacutetodos de orientacioacuten de
especies como aves abejas tortugas y peces durante sus procesos migratorios Muchas clases
de ceacutelulas y especies animales pueden sintetizar sus propios cristales de magnetita
En efecto una de las bruacutejulas maacutes pequentildeas conocidas tiene lugar en las llamadas bacterias
magnetotaacutecticas que contienen del orden de medio centenar de nanopartiacuteculas de magnetita
con diaacutemetros de entre 20 y 150 nanoacutemetros que forman estructuras magneacuteticas de entre 1 y
3 microacutemetros de largo [55]
[78]
Estas estructuras se encuentran alineadas en el interior de las
ceacutelulas por medio de la accioacuten de una proteiacutena Es el caso por ejemplo de la
Magnetospirillium magnetotacticum [79]
Son amplios los estudios en este campo y muacuteltiples los reportes de identificacioacuten de
magnetita en los oacuterganos de diversas especies [80]
[81] [82]
En 1999 se informoacute el
descubrimiento de un oacutergano que podriacutea funcionar como una bruacutejula magneacutetica interna una
liacutenea de cristales de magnetita en la nariz de una especie de trucha [83]
Han sido de tal relevancia los hallazgos que hoy se cree que la magnetita es el material
universal usado por todas las especies de animales que pueden orientarse aunque persiste la
creencia en muchos investigadores de que los animales podriacutean tener maacutes de un oacutergano de
navegacioacuten [84]
Por otro lado en el campo de la cultura y los estudios en paleontologiacutea tambieacuten se ha
sugerido otra posibilidad muy llamativa Se trata de utilizar los resultados de estudios sobre
magnetitas en bacterias halladas en excavaciones y cuevas para determinar condiciones
ambientales temperaturas e incluso direcciones de los campos magneacuteticos terrestres en
eacutepocas ancestrales Esta posibilidad nace de un hecho interesante dado su caraacutecter
magneacutetico la magnetita que se usaba como pigmento en las pinturas rupestres puede retener
informacioacuten precisa sobre la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre en el momento en que
se grabaron por medio del proceso de ldquocongelamientordquo de los momentos magneacuteticos del
material durante el secado de las pinturas rupestres [85] [86] [87]
Otro aspecto en el que la magnetita ha tenido un papel altamente relevante es el relacionado
con estudios de oacutexidos de hierro en ambientes extraterrestres Hay numerosos reportes en los
que se devela la presencia de magnetita en Marte y otros lugares del sistema solar Se ha
encontrado incluso en el famoso meteorito ALH84001 y se ha relacionado su presencia con
foacutesiles de microorganismos como indicativo posible de la presencia de vida en el pasado en
Marte [88] [89] [90]
Otra de las uacutetiles aplicaciones actuales de los materiales ferrimagneacuteticos como la magnetita
corresponde a los ferrofluidos Dentro de los usos llamativos de los ferrofluidos se puede
citar su empleo en ejes de rotacioacuten de discos duros ayudando a mantener sellos de polvo en
los ejes y previniendo desperfectos y mal funcionamiento por contaminantes Tambieacuten se
usan en sistemas de sonido como bocinas y parlantes elementos que presentan vibracioacuten y
transformacioacuten de impulsos eleacutectricos en ondas sonoras Asiacute mismo como componentes de
amortiguamiento en motores dado que ciertas piezas pueden quedar suspendidas en el
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ferrofluido con cuyo uso se evita la necesidad de soportes y se disminuyen los efectos de
vibracioacuten por contactos directos entre partes del motor
Una aplicacioacuten muy valiosa para la industria y los procesos de reciclaje consiste en la
separacioacuten de metales de desperdicio Actualmente se emplean grandes tanques llenos con
ferrofluidos ante todo basados en magnetita en los que se sumergen los residuos de chatarra
metaacutelica de diferentes industrias La separacioacuten de los diferentes metales se logra
controlando la densidad (o la viscosidad) del ferrofluido por medio de la variacioacuten de la
temperatura y la aplicacioacuten de campos magneacuteticos de intensidad variable Con esto se logra
que trozos de diferentes metales floten en instantes distintos (dependiendo de la densidad del
ferrofluido) permitiendo su extraccioacuten y recuperacioacuten de manera diferenciada Tambieacuten se
ha implementado el uso de los ferrofuidos en sensores de aceleracioacuten o ldquoaceleroacutemetrosrdquo
dispositivos en los que se registran cambios en la posicioacuten de un imaacuten que levita sobre el
ferrofluido Ademaacutes presentan aplicaciones oacutepticas en cuanto exhiben propiedades como
birrefringencia magneacutetica y dicroiacutesmo con ellos se disentildean interruptores o switches oacutepticos y
obturadores Una maacutes es la posibilidad de usarlos en el campo de la seguridad bancaria al
emplearse en el desarrollo de tintas magneacuteticas lectores y medios de grabacioacuten magneacutetica
Como aplicaciones maacutes llamativas y sorprendentes en el creciente campo de la biomedicina
podemos citar diversos estudios sobre el uso de nanopartiacuteculas de magnetita como agente de
contraste en imaacutegenes de resonancia magneacutetica para efectos de diagnoacutestico meacutedico [91] [92]
y
como agente de transporte y dosificacioacuten eficaz de medicamentos en lo que en ingleacutes se
conoce como ldquodrug targeting deliveryrdquo [93]
En este caso el concepto consiste en generar
sistemas ldquointeligentesrdquo de dosificacioacuten con caracteriacutesticas especiales como la posibilidad de
controlar el desprendimiento de una droga ndasho cualquier sustancia activandash por medio de la
produccioacuten de un estiacutemulo externo tal como un cambio de temperatura o de pH
Generalmente la estructura de la sustancia que se aplica es del tipo core-shell consistente en
un nuacutecleo o core de material magneacutetico como magnetita y una corteza de recubrimiento o
shell de alguacuten poliacutemero biocompatible (termosensible y biodegradable) [94] [95] [96]
Por sus caracteriacutesticas biocompatibles la magnetita es quizaacute uno de los oacutexidos maacutes
empleados en aplicaciones biomeacutedicas El rasgo de ldquotermosensiblerdquo es muy importante si se
requiere controlar la zona o lugar de descarga y la cantidad de medicamento de acuerdo con
alguacuten patroacuten especiacutefico de dosificacioacuten Estos materiales ldquointeligentesrdquo se pueden guiar a las
ubicaciones deseadas por medio de campos magneacuteticos externos y luego generar un cambio
de temperatura aplicando un campo magneacutetico alterno en la zona afectada de forma que se
realice la liberacioacuten del medicamento De esta manera puede incrementarse de forma
sustancial la eficiencia en su transporte y al mismo tiempo disminuir efectos secundarios no
deseados por aplicacioacuten indiscriminada en otras porciones de tejido vecino [97] [98] [99]
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado en usos biomeacutedicos sobre animales en las que se
emplean partiacuteculas con nuacutecleos de oacutexidos con recubrimientos de azuacutecares para atacar algunos
tipos de caacutencer localizados Asiacute estas partiacuteculas ingresan en las ceacutelulas cancerosas y
mediante la aplicacioacuten de campos magneacuteticos alternos se induce hipertermia en la regioacuten
afectada aumentando la temperatura por unos minutos a unos 45 degC debido a la friccioacuten
generada por el movimiento de las partiacuteculas con la consecuente eliminacioacuten del tejido
afectado [100]
Cabe mencionar los trabajos maacutes recientes del Grupo de Magnetismo del Centro Atoacutemico de
Bariloche en Argentina en forma conjunta con la Facultad de Medicina de la Universidad de
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Buenos Aires Alliacute han avanzado en una teacutecnica para tratar el problema de desprendimiento
de retina La idea es insertar un imaacuten pequentildeo en la parte posterior del ojo afectado y luego
inyectar una solucioacuten de nanopartiacuteculas de magnetita que resultan atraiacutedas por el imaacuten y en
su trayectoria empujan la retina devolvieacutendola a su posicioacuten normal Este es un tratamiento
promisorio que ya se ha probado con eacutexito en animales estaacute en la fase inicial de la
experimentacioacuten en ojos humanos
Por otro lado uno de los aspectos maacutes recientes hacia los que se ha dirigido la atencioacuten es
que la magnetita ha resultado un excelente candidato para usos en el campo de la
espintroacutenica debido al alto grado de polarizacioacuten en una de las sub-bandas de espiacuten en el
nivel de Fermi a temperatura ambiente [101] [102] [103] [104]
brindando la posibilidad de obtener
corrientes de espines altamente polarizadas Este es un novedoso campo de la nanotecnologiacutea
relacionado con la dinaacutemica y procesos de transferencia de informacioacuten basados en el
transporte del espiacuten (en lugar de la carga eleacutectrica) de un sistema para disentildear dispositivos
funcionales Entre las motivaciones para trabajar en el campo de la espintroacutenica estaacute la
creciente demanda puacuteblica por incrementar cada vez maacutes la velocidad y disminuir el tamantildeo
de los dispositivos electroacutenicos ademaacutes entre los potenciales beneficios se cuenta la
posibilidad de desarrollar computadores en los que una uacutenica unidad se utilice como
dispositivo de coacutemputo y almacenamiento con menores niveles de consumo o aun maacutes la
posibilidad de disentildear dispositivos conceptualmente innovadores en los que se combinen las
prestaciones funcionales conocidas con algunas otras novedosas
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad
A pesar de que la magnetita nanomeacutetrica se utiliza en numerosos campos de investigacioacuten
como se veraacute posteriormente y eacutesta se puede adquirir por ejemplo en solucioacuten acuosa o de
tolueno faacutecilmente en el mercado en precios que oscilan entre los 150 a 350 euro5ml es
destacable la carencia de informacioacuten respecto a sus propiedades tanto fiacutesicas y quiacutemicas
como de estabilidad y reactividad como se puede comprobar en la tabla 13 A continuacioacuten
se lista algunos detalles de la ficha de datos de seguridad de una solucioacuten de nanopartiacuteculas
magnetitas de 10 nm de tamantildeo medio y de 5 mgmL en agua (Sigma-Aldrich 2012) [105]
con
las siguientes propiedades
concentration 5 mgmL in H2O
magnetization gt45 emugat 4500 Oe
avg part size 10 nm
particle size 9-11 nm (TEM)
density 0865 gmL at 25 degC
Composicioacuteninformacioacuten sobre los componentes
Mezclas
Sinoacutenimos Magnetic iron oxide nanocrystals
Formula Fe3O4
Peso molecular 23153 gmol
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Aldrich - 725358 Pagina 2 de 6
Componente Clasificacioacuten Concentracioacuten
Triiron tetraoxide
No CAS 1317-61-9 Skin Irrit 2 Eye Irrit 2 STOT
No CE 215-277-5 SE 3 H315 H319 H335 lt 10
Xi R363738
Propiedades Fiacutesicas y Quiacutemicas
Informacioacuten sobre propiedades fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas
a) Aspecto Estado fiacutesico liacutequido
b) Olor sin datos disponibles
c) Umbral olfativo sin datos disponibles
d) pH sin datos disponibles
e) Punto de fusioacuten punto de congelacioacuten
sin datos disponibles
f) Punto inicial de ebullicioacuten e intervalo de
ebullicioacuten sin datos disponibles
g) Punto de inflamacioacuten
sin datos disponibles
h) Tasa de evaporacioacuten
sin datos disponibles
i) Inflamabilidad (soacutelido gas)
sin datos disponibles
j) Inflamabilidad superiorinferior o liacutemites
explosivos sin datos disponibles
k) Presioacuten de vapor sin datos disponibles
l) Densidad de vapor sin datos disponibles
m) Densidad relativa sin datos disponibles
n) Solubilidad en agua
sin datos disponibles
o) Coeficiente de reparto n-octanolagua
sin datos disponibles
p) Temperatura de autoinflamacioacuten
sin datos disponibles
q) Temperatura de descomposicioacuten
sin datos disponibles
r) Viscosidad sin datos disponibles
s) Propiedades explosivas
sin datos disponibles
t) Propiedades comburentes
sin datos disponibles
Otra informacioacuten de seguridad
sin datos disponibles
Estabilidad y reactividad
Reactividad sin datos disponibles
Estabilidad quiacutemica sin datos disponibles
Posibilidad de reacciones peligrosas
sin datos disponibles
Condiciones que deben evitarse
sin datos disponibles
Materiales incompatibles
sin datos disponibles
Productos de descomposicioacuten peligrosos
Otros productos de descomposicioacuten
peligrosos sin datos disponibles
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012
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742 Diferencias en el Moacutedulo de Young
Moacutedulo de Young E o de elasticidad
longitudinal (Kester y col 1999) [106]
Se obtiene el moacutedulo de Young en
funcioacuten de la temperatura de oxidacioacuten
para la magnetita Fe3O4+δ Como se
presenta en la figura 38 eacuteste primero
decrece con la temperatura de
oxidacioacuten llegando a un miacutenimo a 150 oC y obtenieacutendose el maacuteximo a 230
oC
Y luego vuelve a decrecer hasta los 300 oC Al principio de la oxidacioacuten el
moacutedulo de Young es de 180 GPa para
la magnetita nanocristalina no
existiendo una influencia significativa
en presencia de Co o Mn a escala
nanomeacutetrica
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita
Fe3O4+δ
Se ha de recordar del apartado 634 Algunas Propiedades Baacutesicas que el moacutedulo de
Young de la magnetita cristalina simple Fe3O4 tiene valores acotados de 208 a 248 GPa
seguacuten la direccioacuten disminuyendo en presencia de Co o Mn
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas
Seguacuten Joseph L Kirschvink y colaboradores [1]
los cristales magnetosomas tienen alta
pureza quiacutemica Las magnetitas bacterianas tienden a ser de oacutexido de hierro bastante puro
con concentraciones no detectables del elemento titanio que estaacute presente tiacutepicamente en la
magnetita producida geoloacutegicamente
Por otra parte seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de 2001 [57]
mientras que algunas
partiacuteculas muestran bordes disueltos otras mantienen las caras cristalinas originales y todas
las partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente puras refirieacutendose a la magnetita biogeacutenica
humana
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas
Los cristales de magnetita formados dentro de las vesiacuteculas magnetosoacutemicas tienen aparte
de la pureza dos caracteriacutesticas principales que las distinguen de las magnetitas formadas en
procesos geoloacutegicos [1]
bull Cristalizacioacuten Las magnetitas inorgaacutenicas normalmente son pequentildeos cristales
octaeacutedricos a menudo con dislocaciones de mallado y otros defectos de cristal Sin
embargo los estudios utilizando el microscopio electroacutenico de alta resolucioacuten (HR-TEM)
revelan que las magnetitas bacterianas son cristales casi perfectos normalmente
alargados en la direccioacuten [111] La elongacioacuten de los cristales biogeacutenicos en la direccioacuten
[111] sirve para maximizar el momento magneacutetico neto de la partiacutecula y
presumiblemente es el resultado de la seleccioacuten natural de sus propiedades magneacuteticas
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Morfoloacutegicamente las partiacuteculas de magnetita en el cuerpo humano [57]
son similares a
aquellas observadas en la bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis magneacutetico de las muestras
de masa de tejido indica que las partiacuteculas se presentan generalmente en grupos que
interactuacutean magneacuteticamente
bull Tamantildeo de cristal Las magnetitas inorgaacutenicas tienden a tener distribuciones de tamantildeo
seguacuten la normal-logariacutetmica Sin embargo los cristales de magnetita bacteriana estaacuten
restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a 500 nm [1]
En concreto seguacuten Jing Yang y colaboradores [107]
los cristales de los magnetosomas son
tiacutepicamente 35-120 nm de largo que los hace de un solo dominio y por consiguiente
tienen el maacuteximo momento magneacutetico posible por unidad de volumen para una
composicioacuten dada
Seguacuten se indicoacute en el apartado 52 Biomineralizacioacuten de Magnetita en el Cuerpo Humano se
han encontrado dos morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas
extraiacutedas Los tamantildeos de grano eran bimodales
62 de los 70 cristales medidos (8857) se encontraban en el rango de 10 a 70 nm con un
tamantildeo medio de 334nm (sesgado hacia mayores debido al procedimiento de extraccioacuten) y
una amplia dispersioacuten de plusmn152 nm
8 de los 70 cristales (1143) teniacutean tamantildeos 90 a 200 nm
Las caracteriacutesticas citadas de las magnetitas biogeacutenicas son compartidas por los cristales de
magnetita extraiacutedos de la bacteria magnetotaacutectica y del salmoacuten y por algunas de las extraiacutedas
posteriormente de tejidos blandos del cerebro humano [1]
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha)
La figura 39 realiza una comparativa de imaacutegenes de Microscopiacutea Electroacutenica de Transicioacuten
de Alta Resolucioacuten (HR-TEM) de magnetitas bacteriana y humana Noacutetese las caras
correctamente expresadas 111 cubriendo ambas terminaciones de la partiacutecula Eacutesta es una
caracteriacutestica comuacuten de los cristales de magnetita formados dentro de vacuolas de membrana
de bicapa-liacutepida y se desconoce la magnetita geoloacutegica de este tamantildeo
Sin embargo tambieacuten hay diferencias La imagen HR-TEM de la magnetita bacteriana
muestra varias series de bordes de mallado del cristal (finas liacuteneas) que corresponden a tres
series de planos 111 espaciados una distancia de 48 Aring En el cristal de origen humano hay
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un patroacuten de bordes de mallado de dos 111 intersecando y uno 11 (48 Aring y 29 Aring
respectivamente) con un alargamiento de la partiacutecula en la direccioacuten [111]
En una revisioacuten [108]
de 2008 sobre la
formacioacuten de la magnetita bacteriana y su
aplicacioacuten Atsushi Arakaki y colaboradores
proponen la siguiente morfologiacutea (cubo-
octaedro) de cristal a partir de las imaacutegenes
de microscopiacutea electroacutenica de transicioacuten
realizadas de cristales de magnetita
extraiacutedos de la bacteria Magnetospirillum
magneticum AMB-1 (figura 40)
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M
magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b)
Imaacutegnes HRTEM observadas en el eje de la
zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las
partiacuteculas magneacuteticas
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75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K
La permitividad eleacutectrica compleja (εr = εrsquor - i εrsquorsquor) se ha medido [109]
para magnetitas de
tamantildeo nanomeacutetrico (muestras homogeacuteneas de 30 nm de tamantildeo) a 300 K para un intervalo
de frecuencias comprendido entre 100 Hz y 1 MHz
Como puede verse en la figura 41a la parte real de la
permitividad se mantiene praacutecticamente constante en
gran parte del intervalo de frecuencias aumentando
para frecuencias bajas y disminuyendo fuertemente
para frecuencias altas
Concretamente otros estudios de 2010 realizados por
Kong y colaboradores [110]
arrojan datos muy
inferiores de permitividad eleacutectrica εrsquor en magnetitas
de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm) a
temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 49 - 48
La conductividad de la magnetita nanomeacutetrica
permanece constante en la figura 41b aumentando
ligeramente al aumentar la frecuencia al final del
intervalo
No obstante estos resultados de conductividad son
muy inferiores a los obtenidos para magnetitas
micromeacutetricas 102 ndash 10
3 (Ωcm)
-1 [3] y maacutes
concretamente 25 103 Sm
[67] a 300K frente a 15
middot10-3
Sm en magnetitas nanomeacutetricas [109]
lo que
evidencia que la magnetita pasa a ser un
semiconductor en tamantildeos nanomeacutetricos
En la figura 41c la tangente de peacuterdidas disminuye
casi linealmente al aumentar la frecuencia
estabilizaacutendose a frecuencias elevadas
Los estudios mencionados anteriormente [59]
arrojan
datos muy similares para la tangente de peacuterdidas en
magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm)
a temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 034 - 022
Figura 41 Representaciones de las
variaciones de la parte real de la
permitividad (41a) la conductividad
(41b) y la tangente de peacuterdidas
eleacutectricas (41c) al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K
utilizando en ambos ejes escalas
logariacutetmicas
De los graacuteficos representados anteriormente se pueden tomar los siguientes valores (tabla 14)
de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas para diferentes oacuterdenes de magnitud de
frecuencias
ν (Hz) 102
103
104
105
106
εr 400 200 200 200 100
σ (Ωm)-1
14 middot10-3
15 middot10-3
15 middot10-3
16 middot10-3
60 middot10-3
tanδ 700 100 10 1 07
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias
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752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz
Estudios [109]
publicados en 2010 (figura 42)
muestran la variacioacuten de la constante
dieleacutectrica (parte real de la permitividad) de
muestras homogeacuteneas de magnetita de 30 nm
de tamantildeo al variar la temperatura de 200K a
300K para una frecuencia de 1 MHz
Como se observa al tomar escala logariacutetmica
en la representacioacuten de la constante dieleacutectrica
el valor aumenta de forma lineal con la
temperatura mostrando a 300K un valor
proacuteximo a 100 No obstante este valor soacutelo es
vaacutelido para la frecuencia de 1MHz y habraacute que
tener en cuenta otros valores dependiendo de la
frecuencia
Figura 42 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura
medida a 1 MHz
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz
La figura 43 muestra la variacioacuten de la
constante dieleacutectrica (parte real de la
permitividad) de muestras homogeacuteneas de
magnetita de 30 nm de tamantildeo al variar la
temperatura de 200K a 300K para una
frecuencia de 3906 Hz con campos
magneacuteticos nulo y de 05 teslas [109]
Como puede verse el valor de la constante
dieleacutectrica aumenta al aumentar el campo
magneacutetico de forma progresiva entre los 200
y los 230K y luego entre 230K y 300K
mantiene un cierto paralelismo respecto a los
valores sin campo magneacutetico
Figura 43 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica con la temperatura e influencia
de campo magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz
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754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T
La figura 44 muestra la representacioacuten de
las variaciones de la parte real de la
permitividad de las muestras de
magnetita de 30 nm al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K al
someter al material a un campo
magneacutetico de 0 y 05 teslas [109]
Como puede verse en dicha figura las
variaciones respecto a la existencia o no
de campo magneacutetico son miacutenimas
Cabe destacar el detalle del efecto
magnetocapacitativo MC en la figura 44
que mide precisamente la diferencia
relativa porcentual de la permitividad en
presencia de un campo magneacutetico
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica
con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K
MC () = 100 middot (εr (H=05T) - εr (H=0T) ) εr (H=0T)
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
761 Permeabilidad Magneacutetica
En la praacutectica considerando que las maacuteximas susceptibilidades auacuten de los materiales
magneacuteticos raras veces son mayores de 02 cgsu Por lo tanto los valores de la
permeabilidad son apreciablemente mayores que la unidad soacutelo en casos muy raros Por ello
el efecto de es muy ligero en general excepto en la magnetita concentrada ( ) [70]
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En la figura 45 se puede ver la curva de
primera imanacioacuten para una distribucioacuten de
magnetitas nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm
con una media de 111 nm de grosor
obtenida con un dispositivo DSM-8
Magnetosusceptometer (Francia) [75]
Los
datos de la curva de magnetizacioacuten se
pueden ajustar a la ley de Froumlhlisch-
Kennelly
M = χ
χ
Donde χi es la susceptibilidad magneacutetica
inicial (Hrarr0) y MS es la magnetizacioacuten de
saturacioacuten Los valores correspondientes al
mejor ajuste de los datos de la figura a la
ecuacioacuten anterior son
MS = 448plusmn9 kAm (1kAm=4π Oe -Oersted)
χi = 903 plusmn 012
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La
liacutenea corresponde a la ecuacioacuten de
Froumlhlisch-Kennelly
De este modo la permeabilidad magneacutetica inicial de las partiacuteculas de magnetita es
= 1+ χi = 1003 plusmn 012
Que es un valor muy superior al arriba indicado para magnetita no nanomeacutetrica
concentrada
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica
La magnetita en polvo tiene un
comportamiento tiacutepico de un material
superparamagneacutetico es decir con
cero coercitividad La figura 46
muestra el graacutefico del ciclo de
histeacuteresis de la magnetita en polvo con
una magnetizacioacuten especiacutefica de
saturacioacuten de 732 emug [74]
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en
polvo
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La figura 47 recoge la variacioacuten de la
magnetizacioacuten de muestras de
magnetita en funcioacuten del campo
magneacutetico medida a temperatura
ambiente [109]
Como se puede
observar la magnetizacioacuten se
incrementa al aumentar la intensidad
del campo magneacutetico aplicado hasta
alcanzar praacutecticamente el punto de
saturacioacuten cerca del campo maacuteximo
de plusmn1 Tesla
Cabe sentildealar que la magnetizacioacuten
maacutexima de estas muestras [109]
es
inferior a los valores encontrados en la
bibliografiacutea (~80 emug) [71]
como es
de esperar para partiacuteculas con un
tamantildeo menor que el del
monodominio (~70 nm)
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas
de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de
magnetita nanomeacutetrica de 30 nm
Ademaacutes y como se puede ver en el
detalle de la Figura 48 las partiacuteculas
de magnetita auacuten muestran un
pequentildeo campo coercitivo (HC) de
unos 20 Oe para muestras con un
tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm
Por otro lado mientras diferentes
simulaciones realizadas en 1995 [111]
(figura 49) de magnetitas muestran un
endurecimiento magneacutetico al
disminuir el tamantildeo de grano dese
1μm hasta 100 nm la figura 48 revela
una magnetizacioacuten suave para
magnetitas de 30nm lo que en
principio parece incoherente salvo si
se considera que mientras en la figura
49 van aumentando las propiedades de
dominio simple conforme disminuye
el tamantildeo de grano en la figura 49
con un tamantildeo de grano de magnetita
no biogeacutenica de 30nm se considera
que el material ha sobrepasado el
rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades
superparamagneacuteticas
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de
magnetita cuacutebica al aplicar un campo magneacutetico
en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes
tamantildeos (de izquierda a derecha 01μm 02 μm
05 μm 07 μm 10 μm)
Sin embargo los datos de permeabilidad magneacutetica de magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico
(entre 20 y 50 nm) tambieacuten se ha medido en unidades cgs [110]
a temperatura ambiente
(~300K) y a altas frecuencias (1 ndash 20 GHz) obtenieacutendose un valor de lo que
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infiere la peacuterdida del comportamiento magneacutetico a altas frecuencias frente a los datos
anteriores
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal
Las magnetitas inorgaacutenicas tienen propiedades magneacuteticas desde superparamagnetismo (en
partiacuteculas menores de 6 nm y hasta de 30 nm [75]
) a de dominio muacuteltiple en funcioacuten del
tamantildeo
En la siacutentesis de la magnetita por precipitacioacuten mezclando soluciones de FeCl24H2O y 7 M
de NH4OH a 80-90 oC se puede controlar el tamantildeo de la partiacutecula variando la concentracioacuten
del cloruro ferroso para obtener partiacuteculas del rango de 5 a 100 nm [112]
En la tabla 15 se
muestran los
resultados
experimentales a 5
K de coacutemo variacutean el
volumen de celda
unitaria la
temperatura de
transicioacuten magneacutetica
y la magnetizacioacuten
de saturacioacuten de la
magnetita para
distintas muestras
con tamantildeo desde
64 a 914 nm
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la
celda unitaria temperatura de transicioacuten magneacutetica y
magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4
A dicha temperatura la magnetizacioacuten es maacutexima para las partiacuteculas de 10 nm Se concluye [112]
que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es maacutexima para nanopartiacuteculas del orden de 10 nm
como puede observarse en la figura 50
Se ha de tener en cuenta que mientras que
las muestras M28 y M32 estaacuten en fase
sencilla las M34 y M37 de mayor tamantildeo
de grano contienen Fe2O3 como fase de
impureza (12 y 7 respectivamente)
Recientes investigaciones (CSIC 2012) [113]
han demostrado que la magnetita
conserva su orden ferrimagneacutetico
(imanacioacuten) estable con un espesor de tan
soacutelo 1 nm y al menos hasta 200 oC lo que
supone un avance para su posible uso en
espintroacutenica tecnologiacutea relacionada con el
almacenamiento y el tratamiento de la
informacioacuten Podriacutea tratarse del imaacuten
(oacutexido de hierro imantado) maacutes delgado
estudiado hasta la fecha
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del
campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica
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Para el caso de magnetitas biogeacutenicas es decir aquellas cuyo origen se encuentra en los seres
vivos a continuacioacuten se lista algunas caracteriacutesticas magneacuteticas de las magnetitas biogeacutenicas
en funcioacuten de su origen y tamantildeo
Los cristales de magnetita bacteriana estaacuten restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a
500 nm con formas que los confinan a un campo de estabilidad magneacutetica de dominio
simple
Los cristales de menor tamantildeo (lt 30 nm) tienen un dominio simple tambieacuten pero no
presentan en general estabilidad magneacutetica debido a la agitacioacuten teacutermica y presentan un
comportamiento superparamagneacutetico es decir no permanentemente magneacuteticos a
temperatura ambiente
Los cristales de mayor tamantildeo (gt 500 nm) muestran estructuras de dominio muacuteltiple
La mayoriacutea de los cristales de magnetosomas documentados en la literatura tienen un
rango de tamantildeo de 35ndash120 nm [114]
y estaacuten por encima de la franja de tamantildeo SPSSD
(SP = superparamagneacutetica SSD = magneto estable de dominio simple) para granos
individuales de magnetita cuacutebica esto es 25ndash30 nm [115]
aunque hay documentacioacuten por
ejemplo Aratoacute y colaboradores en 2005 [116]
de cristales de magnetosomas que caen bien
dentro de la regioacuten superparamagneacutetica ya que se reportoacute cristales de magnetosomas de
menos de 20 nm de longitud [117]
Seguacuten se representa en la figura 51 se ha combinado los estudios realizados [117]
para el
liacutemite de la zona SP a SSD (tiempo de relajacioacuten tm=60s y cadena alineada en
configuracioacuten lt111gt) con los modelos de Muxworthy amp Williams [118]
para el tamantildeo de
transicioacuten de SD a MD (multidominios)
Utilizando el formato de Butler amp Banerjee de 1975 [119]
se muestra la longitud (eje
longitudinal) mejor que el volumen frente a los diferentes ratios axiales de elongacioacuten
del grano (AR ejes transversallongitudinal o anchuralongitud) para cristales individuales
paralelepiacutepedos de magnetitas
El uso de la longitud facilita la comparacioacuten con Butler amp Banerjee [119]
pero la figura es
algo maacutes compleja de entender debido a que al movernos horizontalmente sobre la figura
el volumen del grano cambia esto es existe un cambio tanto de forma como de volumen
que contribuyen a la banda criacutetica De ahiacute que el tamantildeo de bloqueo crece con la
elongacioacuten Para granos que no interactuacutean existe un rango de tamantildeo de grano marcado
por dmin y dmax donde ambos estados SD y MD son posibles
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Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute
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8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
Durante deacutecadas los cientiacuteficos han intentado explicar coacutemo interacciona el campo
electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico auacuten cuando eacuteste no tenga energiacutea suficiente
como para ionizar un aacutetomo o inducir calor Soacutelo en el caso de la radiacioacuten ionizante se
evidencia rotundo acuerdo entre los cientiacuteficos acerca de los graves efectos bioloacutegicos que
provoca su exposicioacuten
Sistemas bioloacutegicos y campos electromagneacuteticos Las bases de la interaccioacuten
electromagneacutetica con un medio material fueron resueltas hace maacutes de un siglo a traveacutes de las
ecuaciones de Maxwell Sin embargo la aplicacioacuten de estas bases a un sistema bioloacutegico es
muy complicada debido a la extrema complejidad y muacuteltiples niveles de organizacioacuten de los
organismos vivos ademaacutes de la gran variedad de propiedades eleacutectricas de los tejidos
bioloacutegicos
Hoy diacutea no existe la menor duda de que los campos electromagneacuteticos afectan a los sistemas
bioloacutegicos ni de que los sistemas bioloacutegicos sean capaces de generar campos
electromagneacuteticos Las investigaciones en este sentido incluive ya estaacuten enfocadas en si los
sistemas bioloacutegicos son capaces de utilizar los campos electromagneacuteticos que generan con
alguacuten fin especiacutefico
No obstante muchas simulaciones sobre los efectos de los CEM en la cabeza humana la
simplifican aproximaacutendola a un dieleacutectrico con peacuterdidas pasando por alto cuestiones ya no
soacutelo caracteriacutesticas de los diferentes tejidos sino otras de tipo funcional como la
termorregulacioacuten o la emisioacuten de ondas cerebrales
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Cuando la termorregulacioacuten hace que la
temperatura no aumente cualquier efecto bioloacutegico se dice que es no teacutermico lo que
realmente es un efecto teacutermico enmascarado en el que el organismo lucha por mantener su
temperatura ya que la propia termorregulacioacuten es su efecto teacutermico
Como comparativa supongamos el caso de un vehiacuteculo con control de velocidad que se
programa a velocidad constante al subir una carretera inclinada la velocidad se mantiene
invariable pero el motor trabaja maacutes el consumo se dispara y los neumaacuteticos sufren mayor
desgaste Si el vehiacuteculo pierde la velocidad establecida es porque es incapaz de mantenerla a
pesar de sus recursos de regulacioacuten cineacutetica
Cuando en un ser vivo aumenta la temperatura tan soacutelo 1 oC se dice que tiene fiebre y lo que
se espera como causa probable es un golpe de calor o una enfermedad infecciosa Puesto que
los efectos maacutes evidentes de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos son los
teacutermicos y a diferencia con la materia inerte existen procesos termorreguladores se evidencia
la necesidad de investigarlos en profundidad coacutemo actuacutean frente a un efecto teacutermico
provocado por un campo electromagneacutetico y maacutes auacuten si son afectados funcionalmente por el
propio campo electromagneacutetico En este punto juega un papel fundamental el hipotaacutelamo
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82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS
Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MW) En relacioacuten a los efectos bioloacutegicos de las
radiofrecuencias y microondas muchos de los estudios experimentales publicados en revistas
y reuniones cientiacuteficas presentan el inconveniente de no proporcionar suficientes detalles
sobre las condiciones de exposicioacuten La mayoriacutea de los efectos citados en la literatura no se
relacionan directamente con enfermedades humanas o su relacioacuten es cuanto menos dudosa
debido a la falta de explicacioacuten y conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten En
cualquier caso es esencial entender que la falta de evidencia sobre posibles efectos adversos
para la salud no es igual a la evidencia de que no exista ninguacuten efecto De la misma forma es
imposible demostrar la inocuidad del campo electromagneacutetico por lo que la pregunta que
debemos hacernos no es si la radiacioacuten electromagneacutetica es inocua para la salud sino bajo
queacute niveles la ciencia no ha encontrado ninguacuten efecto nocivo y por tanto a la luz del
conocimiento cientiacutefico no producen efectos nocivos en la salud
El balance de los estudios disponibles no propone que los campos de RFMW causen caacutencer
u otras enfermedades aunque siacute exista alguna evidencia sobre efectos en las funciones
bioloacutegicas incluyendo las cerebrales que puedan ser inducidas por radiacioacuten de RFMW a
niveles comparables con los asociados a los habituales de la telefoniacutea moacutevil
Hasta el momento sin embargo no hay evidencia de que esos efectos bioloacutegicos desarrollen
riesgos para la salud No se sabe con absoluta seguridad cuaacuteles son los efectos de exposicioacuten
prolongada a campos de RFMW ni si son acumulativos
El resultado de un efecto acumulativo es sustancial en los efectos sobre la salud La larga
exposicioacuten acumulativa es el producto del tiempo y la exposicioacuten personal media como el
efecto de la radiacioacuten ionizante por ejemplo los rayos X que es acumulativo
Merece la pena destacar que los campos de RFMW modulados (mezclados con una sentildeal de
menor frecuencia) o pulsados (transmisioacuten a intervalos de tiempo muy pequentildeos) parece ser
que producen maacutes efectos
Claramente se necesitan maacutes estudios y anaacutelisis bien realizados independientes e
imparciales y asiacute conseguir un avance significativo en el conocimiento del comportamiento
los sistemas vivos que ademaacutes debe de ser difundido al puacuteblico en general Todo esto
implica la necesidad de invertir esfuerzos para poder realizar evaluaciones precisas de las
fuentes de campo electromagneacutetico maacutes habituales en nuestro entorno
Finalmente podemos decir que los efectos de la radiacioacuten de RFMW son soacutelo una amenaza
si la dosis de radiacioacuten es muy alta En el caso de la mayoriacutea de las fuentes de RFMW de
nuestro entorno habitual especialmente las correspondientes a la telefoniacutea moacutevil la dosis no
es alta La deteccioacuten de respuestas bioloacutegicas a exposiciones de bajo nivel requiere el disentildeo
de procedimientos de investigacioacuten muy sensibles lo que puede crear una gran posibilidad de
producir resultados contradictorios Estas investigaciones dependen fuertemente de la
habilidad y experiencia de los investigadores involucrados siendo necesario que los
resultados que se obtengan sean comparados con investigaciones bien estructuradas de
laboratorios independientes de equipos expertos
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Conflicto de intereses En 2010 [120]
Lotte E van Nierop Martin Roumloumlsli Matthias Egger y
Anke Hussa publicaron una actualizacioacuten de una revisioacuten sobre 59 estudios sobre los efectos
bioloacutegicos producidos por los moacuteviles publicados entre 1995 y 2005 y se detectoacute que los
estudios financiados por las industrias eran los menos propensos a reportar efectos de la
radiacioacuten de los moacuteviles sobre la salud Se actualizoacute con los estudios realizados de 2005 a
2009 extrayendo financiaciones conflictos de intereacutes y resultados De los 75 estudios
adicionales el 12 fueron financiados por la industria el 44 por las administraciones y el
19 de financiacioacuten mixta no estando clara la financiacioacuten en el 25 de ellos Los hallazgos
previos fueron confirmados los estudios financiados por la industria volvieron a ser los maacutes
reacios a reportar efectos en sus resultados Es interesante que la proporcioacuten de estudios
indicando efectos declinoacute en el periacuteodo de 1995 a 2009 independientemente de los fondos de
financiacioacuten Las fuentes de financiacioacuten y los conflictos de intereses son importantes en este
campo de investigacioacuten
Frecuencias bajas y muy bajas (ELF) En conjunto de la literatura disponible sobre
efectos bioloacutegicos de campos de ELF no se deducen resultados adversos sobre la salud Esto
significa que la preocupacioacuten puacuteblica sobre estos efectos no estaacute basada en pruebas
cientiacuteficamente establecidas
Por otro lado establecer tales pruebas es muy difiacutecil La falta de conexioacuten entre los
resultados experimentales (in vitro o in vivo) datos en humanos y los mecanismos de
interaccioacuten complica en gran manera las conclusiones Dada la complejidad de los
organismos vivos es muy difiacutecil aplicar el conocimiento de esas fuentes
Los estudios celulares dan un conocimiento de las alteraciones fisioloacutegicas potenciales a
nivel celular baacutesico debido a la exposicioacuten y otros efectos siendo necesario evaluar los
efectos sobre la salud humana de la exposicioacuten prolongada a campos de ELF
Sin embargo existe cierta dificultad para extrapolar evidencias de los estudios en animales a
otras especies aunque es plausible aceptar que ciertos efectos ocurridos en una especie
incrementa el indicio de que se puedan producir efectos similares en otras especies Muchas
de las evidencias experimentales justifican moderadamente una relacioacuten causal entre la
exposicioacuten a campos de ELF ambientales y cambios en la funcioacuten bioloacutegica Sin embargo la
falta de consistencia debilita la creencia de que esta asociacioacuten sea realmente debida a los
campos de ELF Por tanto no es posible de estudios experimentales demostrar la existencia
de ese riesgo
Soacutelo es posible probar que bajo ciertas condiciones de exposicioacuten existe un efecto Para
conseguir una posible prueba se necesitaraacute mejor control de la exposicioacuten a los campos de
ELF incluyendo efectos transitorios incrementar los estudios en animales y simular de
forma maacutes fiable los efectos en humanos reales y asimismo incrementar los estudios en
personas con incidencia directa en los efectos que podriacutean llevar a alteraciones de la salud
Aunque la evaluacioacuten de riesgos estaacute generalmente basada en datos experimentales de
sistemas bioloacutegicos es necesaria la consideracioacuten de posibles mecanismos por dos razones
baacutesicas
Los datos experimentales de efectos de campos de radiofrecuencia son inconsistentes y
fragmentados en muchos aspectos de manera que una comprensioacuten de los mecanismos
biofiacutesicos sobre los efectos estudiados puede ayudar a racionalizar y entender los datos
Es necesario extrapolar datos desde una condicioacuten de exposicioacuten a otras y para una
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extrapolacioacuten fiable es necesario un entendimiento de los mecanismos
Por lo tanto el conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten es esencial para identificar
procesos apropiados de dosimetriacutea para predecir las relaciones dosis-respuesta para disentildear
mejores experimentos y para servir de base para determinar si ciertos niveles de exposicioacuten
provocan dantildeos en los tejidos bioloacutegicos
Respecto a la exposicioacuten a radiacioacuten de ELF ocurre a distancias mucho menores que la
longitud de onda Esto tiene importantes implicaciones porque bajo tales condiciones se
tratan como componentes independientes La situacioacuten es sustancialmente diferente de la que
ocurre en la radiacioacuten a campos de RFMW en donde los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten
indisolublemente unidos Esta es la razoacuten por la que a estas frecuencias las investigaciones se
han centrado en los efectos de un campo o el otro
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La magnetita biogeacutenica se ha encontrado en muchos organismos desde bacterias a
vertebrados superiores incluyendo el cuerpo humano Donde se ha estudiado maacutes
ampliamente forma cristales de dominio simple (permanentemente magneacutetico) dentro de
vacuolas de bicapa-liacutepida denominadas magnetosomas a menudo alineadas
El hallazgo de cristales de magnetita (Fe3O4) en el cerebro humano ha sido uno de los
descubrimientos mineralogeneacuteticos maacutes importantes de la uacuteltima deacutecada J L Kirschvink
hizo puacuteblica en 1992 -mediante su ya trabajo claacutesico Magnetite biomineralization in the
human brain- la presencia en el cerebro humano de minerales de la familia de la magnetita-
maghemita cuyas morfologiacuteas y estructuras se asemejan a los precipitados por bacterias
magnetotaacutecticas No obstante posteriormente y a traveacutes del espectroscopio de Moumlssbauer se
demostroacute que la maghemita (Fe267O4 o bien γ-Fe2O3) no era sino uno de sus productos
tiacutepicos de oxidacioacuten Esta oxidacioacuten probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten
de las muestras
Se ha estimado que en la mayoriacutea de los tejidos del cerebro humano hay un miacutenimo de cinco
millones de cristales de magnetita por gramo y maacutes de 100 millones de cristales por gramo
para la piacutea y dura Si a esto le antildeadimos que los cristales de magnetita se encuentran en el
cerebro constituyendo grupos de entre 50 y 100 partiacuteculas parece evidente concluir que todo
cerebro humano estaacute caracterizado por unas determinadas propiedades magneacuteticas Como era
de esperar el descubrimiento de la magnetita en el cerebro ha hecho que la controversia
sobre los efectos generados por la exposicioacuten continuada de los seres vivos a determinados
campos eleacutectricos magneacuteticos o electromagneacuteticos se abriera de nuevo
Desde otra perspectiva de investigacioacuten se sabe por ejemplo que existe un sentido
magneacutetico en varias especies y que la base de este sentido y su papel determinante en los
desplazamientos migratorios se basa en la existencia de materiales ferri y ferromagneacuteticos
en el cerebro
El descubrimiento de la magnetita del cerebro no soacutelo ha supuesto un marco comuacuten de
investigacioacuten donde convergen distintas disciplinas cientiacuteficas (medicina mineralogiacutea fiacutesica
etceacutetera) sino que ha abierto nuevas liacuteneas para el estudio de los procesos de
biomineralizacioacuten y para comprender mejor determinados tipos de interacciones entre el
cerebro humano y el medio que nos rodea
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Existen indicadores de que tambieacuten hay en los tejidos partiacuteculas magneacuteticas agrupadas maacutes
grandes El origen de eacutestas permanece sin conocerse habieacutendose incluso afirmado
recientemente que praacutecticamente todo el hierro de un cerebro humano normal estaacute en la
ferritina Aunque de forma general el Fe se encontrariacutea bajo la forma de ferrihidrita (5Fe2O3
9H2O) se ha reportado que incluso dentro de la ferritina podriacutean crecer partiacuteculas de
magnetita y tambieacuten a partir de nuacutecleos con ferritina seguida de una disfuncioacuten celular Maacutes
concretamente anaacutelisis recientes de microscopiacutea electroacutenica de la ferritina de tejidos
afectados de la enfermedad de Alzheimer indican que se pueden formar oacutexidos de hierro
dentro de la proteiacutena relacionada con la patogeacutenesis
Existen varios caminos que conducen a la neurodegeneracioacuten Uno de estos es el dantildeo por
estreacutes oxidativo a traveacutes de la quiacutemica de Fenton La ferritina puede jugar un papel
importante en este proceso particularmente cuando las mutaciones o su desregulacioacuten
conducen a incapacitar la retencioacuten del hierro dentro de la ferritina El hierro que no es
retenido puede comenzar la produccioacuten de radicales libres en cantidades excesivas En la
enfermedad de Parkinsosn (PD) y en neuroferritinopatiacutea hay un defecto de cadenas L de
ferritina que puede disminuir en concentracioacuten (PD) o ser defectuosa (neuroferritinopatiacutea)
conduciendo hacia un exceso de hierro laacutebil En la enfermedad de Alzheimer (AD) hay un
suave incremento del ratio de las cadenas de ferritina HL En la paraacutelisis supranuclear
progresiva (PSP) parece ser muy diferente y caracterizada por un incremento importante de
la concentracioacuten total de hierro en el tejido afectado Desafortunadamente no se conocen
datos hasta la fecha sobre cualquier cambio en la ferritina que pueda concernir tanto al ratio
de las cadenas de ferritina HL como a la estructura del nuacutecleo de hierro
84 LA MAGNETITA MINERAL
La magnetita mineral conocido desde la antiguumledad debido a su propiedad magneacutetica como
oacutexido de hierro es un material comuacuten en la naturaleza
Su magnetismo y comportamiento como semiconductor eleacutectrico viene derivado de la
estructura de sus aacutetomos constituyentes y estaacute perfectamente definida tanto su estructura
molecular Fe3O4 como la de su celda unitaria cuacutebica centrada en caras constituida por 8
moleacuteculas Habitualmente cristaliza formando octaedros si bien puede presentarse formando
cubos e incluso formas maacutes redondeadas y alargadas dependiendo del tamantildeo y proceso de
siacutentesis del cristal
Hoy en diacutea existen diferentes meacutetodos artificiales para sintetizar magnetita nanomeacutetrica
siendo los maacutes comunes los de coprecipitacioacuten quiacutemica Aunque la magnetita
estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05 frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica
debido a un submallado de FeIII
con deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede
tambieacuten ser reemplazado parcial o completamente por otros iones divalentes como el MnII
NiII Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
En cuanto a las propiedades eleacutectricas la magnetita es un semiconductor aunque por debajo
de los 119K (temperatura de transicioacuten de Verwey) es aislante Conforme aumenta la
temperatura aumenta tambieacuten la conductividad hasta aproximadamente los 400K luego
disminuye y finalmente se estabiliza a los 859K con un valor proacuteximo a los 200 (Ω cm)-1
La
conductividad presenta anisotropiacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten e isotropiacutea por
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encima de la misma es decir a temperatura ambiente es isotroacutepica
Respecto a las propiedades magneacuteticas la magnetita es paramagneacutetica a temperaturas
superiores a la Temperatura de Curie (Tc = 859 oK) siendo ferrimagneacutetica por debajo de la
misma En la propiedad ferrimagneacutetica aunque existe antiparalelismo tiene un momento
magneacutetico resultante Ademaacutes existe una direccioacuten preferente de magnetizacioacuten a lo largo de
la direccioacuten [111] presentando anisotropiacutea a temperatura ambiente La susceptibilidad
magneacutetica de la magnetita variacutea con la temperatura tomando valores proacuteximos a 002 para
900K y 001 para 1000K es decir valores positivos pero pequentildeos comparados con la
unidad
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
La geacutenesis bioloacutegica de la magnetita es decir la magnetita generada por los seres vivos no la
fabrica sino a escala nanomeacutetrica y sus propiedades auacuten en estudio pueden diferir de la
magnetita de mayor tamantildeo Por ejemplo el moacutedulo de elasticidad o de Young de la magnetita
es de 225 GPa frente a los soacutelo 180 GPa para la magnetita nanocristalina su grado de pureza
es mayor en nanocristales biogeacutenicos y su comportamiento magneacutetico puede pasar de ser
ferrimagneacutetico a superparamagneacutetico (una combinacioacuten de ferromagneacutetico y paramagneacutetico)
cuando su tamantildeo es nanomeacutetrico
La magnetita nanomeacutetrica tiene como principales ventajas frente a otras nanopartiacuteculas
magneacuteticas su alta magnetizacioacuten de saturacioacuten y estabilidad quiacutemica a las que hay que
antildeadir sus caracteriacutesticas biocompatibles lo que convierte en un verdadero foco de atencioacuten
en investigacioacuten aflorando multitud de aplicaciones tanto a nivel industrial como tecnoloacutegico
y de biomedicina y pudiendo surgir nuevos retos como la investigacioacuten de la interaccioacuten de
los campos electromagneacuteticos y la magnetita nanomeacutetrica ubicada en los seres vivos
En cuanto a las propiedades eleacutectricas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico se ha tabulado
las variaciones de la permitividad la conductividad y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas a
330K de 100 Hz y 1 MHz La permitividad tambieacuten variacutea con la temperatura y con el campo
magneacutetico habieacutendose documentado varios trabajos al respecto
Finalmente en el capiacutetulo dedicado a las propiedades magneacuteticas se ha evidenciado por
ejemplo que mientras que la bibliografiacutea aporta valores para la permeabilidad magneacutetica de
para magnetita no nanomeacutetrica concentrada para una distribucioacuten de magnetitas
nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm con una media de 111 nm de grosor la permeabilidad
magneacutetica inicial registrada es de 1003
Es interesante comprobar que incluso a nivel nanomeacutetrico la magnetita tiene propiedades que
variacutean en funcioacuten del tamantildeo de la partiacutecula como la magnetizacioacuten de saturacioacuten
habieacutendose comprobado en 2012 que la magnetita nanomeacutetrica puede mantener estables sus
propiedades magneacuteticas incluso en partiacuteculas de tan soacutelo 1 nm de grosor
No obstante otros ciclos de histeacuteresis reportados indican que mientras que la magnetita en
polvo tiene un comportamiento superparamagneacutetico las partiacuteculas de magnetita auacuten muestran
un pequentildeo campo coercitivo (HC) de unos 20 Oe (1kAm=4π Oe -Oersted) para muestras con
un tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm Por otro lado diferentes simulaciones de magnetitas
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muestran un endurecimiento magneacutetico al disminuir el tamantildeo de grano dese 1μm hasta 100
nm
La explicacioacuten de lo anterior podriacutea ser el aumento de las propiedades de dominio simple
conforme disminuye el tamantildeo de grano hasta que con un tamantildeo de grano de magnetita no
biogeacutenica de 30nm el material habriacutea sobrepasado el rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades superparamagneacuteticas
La clasificacioacuten del comportamiento magneacutetico de las nanopartiacuteculas de magnetita sinteacutetica
difiere tambieacuten de la reportada para magnetitas nanomeacutetricas de origen biogeacutenico en que un
cristal de proporcioacuten cuacutebica (no alargado) de 70 nm es SSD+MD (SSD = magneto estable de
dominio simple MD = multidominio) mientras que los de 30 nm sigue siendo de dominio
simple Asiacute pues el origen de la magnetita tambieacuten puede ser un paraacutemetro diferencial de
algunas de sus propiedades magneacuteticas
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9 FUTUROS TRABAJOS
En este trabajo de investigacioacuten se ha partido de tres aacutereas diferentes
En primer lugar se atiende a los campos electromagneacuteticos sus efectos bioloacutegicos y los
meacutetodos de compensacioacuten de calor de que dispone el cuerpo humano Este aacuterea es
interesante porque indica coacutemo pueden afectar los campos electromagneacuteticos a los seres
vivos auacuten sin tenerse en cuenta la presencia de materiales magneacuteticos
Este aacuterea tiene un amplio abanico de investigaciones pendientes Cada vez son maacutes las
aplicaciones que se realizan y que emiten campos electromagneacuteticos con diferentes
objetivos En el campo de las directrices en cuanto a radiacioacuten es previsible que con el
avance de las investigaciones eacutestas lleguen a tener en cuenta no soacutelo los efectos teacutermicos y
de variaciones conductuales en los animales sino otros efectos de caraacutecter fisioloacutegico Por
ejemplo el hecho de que el cuerpo humano no aumente su temperatura frente a un campo
electromagneacutetico no significa que el hipotaacutelamo no esteacute trabajando para que asiacute sea
Por otro lado y en segundo lugar los estudios de Kirschvink en 1992 demostraron la
presencia de magnetita en el ser humano Este punto se ha desarrollado partiendo de la
magnetita que se haya podido detectar en otros organismos y finaliza presentando los
uacuteltimos descubrimientos acerca de las conexiones entre las concentraciones de hierro en el
cuerpo humano y las enfermedades neurodegenerativas
Respecto a este aacuterea queda mucho por investigar Sirvan de ejemplo la definicioacuten de las
relaciones exactas entre la ferritina y la biomineralizacioacuten de la magnetita en el cuerpo
humano o la definicioacuten de las funciones de la magnetita en el cerebro Sin embargo es un
aacuterea que a priori escapa a una investigacioacuten basada en las tecnologiacuteas industriales
En tercer lugar este trabajo recopila las caracteriacutesticas generales y propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas de la magnetita Sin embargo al constatarse el tamantildeo nanomeacutetrico de los
cristales de magnetita encontrados en el cuerpo humano se hace necesaria la investigacioacuten
de las nanopartiacuteculas magneacuteticas y maacutes concretamente de las caracteriacutesticas y propiedades
eleacutectricas y magneacuteticas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico
Dentro de este aacuterea de investigacioacuten se encauza el presente trabajo de investigacioacuten dentro
de las tecnologiacuteas industriales a traveacutes de la simulacioacuten del comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica de caracteriacutesticas similares a las detectadas en el cuerpo humano
No obstante para ello seriacutea necesario todaviacutea resolver algunas definiciones como son
Se han extraiacutedo los valores de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas
eleacutectricas de la magnetita nanomeacutetrica para diferentes oacuterdenes de frecuencias (de 102 a 10
6
Hz) Sin embargo queda pendiente su homoacutelogo en cuanto a propiedades magneacuteticas
(permeabilidad magneacutetica y tangente de peacuterdidas)
Se ha de revisar si hay otras propiedades que puedan afectar al comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica A modo de ejemplos la magnetoestriccioacuten o inclusive
comportamientos derivados de la teoriacutea cuaacutentica Es probable que la respuesta sea negativa
precisamente en estos dos casos por ejemplo un cristal cuacutebico de unos 30 nm de arista
estariacutea conteniendo unas 36 celdas unitarias de magnetita por arista lo que lleva a 46656
celdas dentro del cristal Puesto que cada celda contiene 8 moleacuteculas de Fe3O4 finalmente
se tendriacutean unos 2612736 aacutetomos de Fe y O cifra muy superior a la habitual en teoriacutea
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cuaacutentica No obstante una revisioacuten maacutes completa de eacutestas y otras propiedades es
aconsejable
Es muy interesante definir el comportamiento teacutermico de la magnetita nanomeacutetrica Por
ejemplo su calor especiacutefico junto con las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas podriacutean
concluir en una simulacioacuten frente a un campo electromagneacutetico en la generacioacuten de un
aumento de temperatura de orden nanomeacutetrico (nanoclima) Si esto se comprobara en
primer lugar y luego se confirmara podriacutea tener serias repercusiones en cuanto a la
concepcioacuten actual de los efectos de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos ya
que un aumento de temperatura en un espacio nanomeacutetrico podriacutea catalizar reacciones
bioquiacutemicas no previstas
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IV
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global 2
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro 3
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica 4
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos 5
Figura 5 Radiacioacuten gamma 10
Figura 6 Partiacutecula alfa 10
Figura 7 Partiacuteculas beta 10
Figura 8 Partes de una ceacutelula 18
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
18
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena 21
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico 23
Figura 12 Efecto Compton 24
Figura 13 Produccioacuten de pares 24
Figura 14 Modelo de cabeza humana del Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda) plano
coronal y leyenda (abajo-derecha) 48
Figura 15 Magnetosoma de la bacteria magnetotaacutectica 51
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de magnetita
y maghemita del cerebelo humano 55
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano 56
Figura 18 Escaacutener de microscopio de fuerza magneacutetica (MEM) de material de placa de
hipocampo humano mostrando una respuesta magneacutetica dipolar 61
Figura 19 Magnetitas 68
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y 2
tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro 69
Figura 21 Estructura del grupo de la espinela 69
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada en caras 70
Figura 23 Celda unitaria de la magnetita 70
Figura 24 Octaedro 71
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble 71
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica de la magnetita con la temperatura 76
V
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita a bajas temperaturas 76
Figura 28 Isotropiacutea de la conductividad de la magnetita a temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la temperatura de transicioacuten 76
Figura 29 Tipos de magnetismo 78
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar 1χmol en funcioacuten de la temperatura
para MnFe2O4 y Fe3O4 80
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido con magnetita a partir de queroseno (a) y
con aceite comestible (b) 85
Figura 32 Comportamiento de un ferrofluido con un 21 de magnetita y preparado en
aceite comestible 85
Figura 33 Cristales de magnetita producidos hidroteacutermicamente a 250 oC 87
Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC 88
Figura 35 Fotografiacutea HREM de partiacuteculas de magnetita sintetizada 88
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita 88
Figura 37 Difractograma de rayos X de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y patroacuten
de la magnetita (b) 89
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita Fe3O4+δ 94
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha) 95
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b) Imaacutegnes
HRTEM observadas en el eje de la zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las partiacuteculas
magneacuteticas 96
Figura 41 Representaciones de las variaciones de la parte real de la permitividad (41a) la
conductividad (41b) y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas (41c) al variar la frecuencia
de 102
a 106 Hz a una temperatura constante de 300K utilizando en ambos ejes
escalas logariacutetmicas 97
Figura 42 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura medida a 1
MHz 98
Figura 43 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la temperatura e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz 98
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K 99
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La liacutenea
corresponde a la ecuacioacuten de Froumlhlisch-Kennelly 100
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en polvo 100
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe 101
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de magnetita nanomeacutetrica de 30 nm 101
VI
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de magnetita cuacutebica al aplicar un campo
magneacutetico en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes tamantildeos (de izquierda a
derecha 01μm 02 μm 05 μm 07 μm 10 μm) 101
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica 102
Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute 104
VII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro 3
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell 6
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos 7
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM
guidelines Health Physics 74 494-522 (1998) 14
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa) 16
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos 26
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida 28
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex cerebral y
el cerebelo de cada cerebro 53
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las concentraciones
de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal 59
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano 59
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control 64
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras
cerebrales 66
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012 93
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias 97
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la celda unitaria
temperatura de transicioacuten magneacutetica y magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4 102
IX
OBJETIVO Y RESUMEN
El presente trabajo de investigacioacuten tiene como objetivo la recopilacioacuten de informacioacuten que
sirva para determinar en trabajos posteriores las probabilidades si es que las hay de que la
exposicioacuten a un campo electromagneacutetico actualmente permitido y evaluado como inofensivo
para el cuerpo humano pueda tener alguacuten efecto cuando se tiene en cuenta la presencia de
magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico Por ejemplo el efecto de la generacioacuten de un nano-clima
podriacutea tener consecuencias graves en cuanto a desencadenante de reacciones quiacutemicas
bioloacutegicas
Para ello se introduce en primer lugar dentro de la exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos
en los seres vivos algunas de las aplicaciones que pueden afectar a los tejidos bioloacutegicos una visioacuten desde la Organizacioacuten Mundial de la Salud acerca de la normativa vigente y seguridad en materia de radiacioacuten no ionizante y una revisioacuten de los materiales bioloacutegicos a tener en cuenta
junto con algunos ejemplos de simulaciones
A continuacioacuten se realiza una recopilacioacuten de los efectos bioloacutegicos detectados como
consecuencia de la exposicioacuten a los diferentes campos electromagneacuteticos tanto ionizantes
como no ionizantes distinguieacutendose entre efectos teacutermicos ateacutermicos y no teacutermicos y una
aproximacioacuten a los meacutetodos de compensacioacuten del calentamiento de los que dispone el cuerpo
humano y que pueden estar apantallando algunos de los efectos bioloacutegicos pero tambieacuten
pudiendo provocar sobreesfuerzos en otras zonas como el hipotaacutelamo
Posteriormente se expone la presencia de magnetita en los seres vivos (magnetita biogeacutenica) y
en el cuerpo humano y la relacioacuten encontrada entre algunas enfermedades neurodegenerativas
(Parkinson Alzheimer paraacutelisis supranuclear progresiva y neuroferritinopatiacutea) y las
concentraciones de hierro en el organismo
A partir de lo anterior y habiendo introducido en primer lugar la magnetita como uno de entre
los dieciseacuteis oacutexidos hidroacutexidos y oacutexido-hidroacutexidos de hierro presentes en la naturaleza el
trabajo se centra en determinar las principales propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la magnetita
incidiendo en las caracteriacutesticas de su moleacutecula celda unitaria y propiedades cristalograacuteficas y
en las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Finalmente puesto que la magnetita biogeacutenica hallada es en su mayoriacutea de tamantildeo
nanomeacutetrico resulta imprescindible centrar la atencioacuten en las nanopartiacuteculas de magnetita
para seguidamente incidir sobre sus procesos de siacutentesis sus principales usos y aplicaciones
principales caracteriacutesticas y propiedades eleacutectricas y magneacuteticas
Paacutegina 1 de 124
1 INTRODUCCIOacuteN
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son no magneacuteticos
(diamagneacuteticos y paramagneacuteticos) Sin embargo tambieacuten existen materiales ferromagneacuteticos
como la magnetita (Fe3O4) que podriacutea interactuar hasta un milloacuten de veces maacutes frente a un
campo magneacutetico externo En 1992 Kirschivink y colaboradores [1][2]
identifican la presencia
de minerales magneacuteticos presumiblemente magnetita y maghemita en el cerebro del cuerpo
humano Es por ello que se ha incluido en primer lugar a modo de introduccioacuten en el apartado
11 unas nociones baacutesicas acerca de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro su ubicacioacuten en el
sistema global y su intereacutes multidisciplinar
Ante este hallazgo ha surgido repetidamente en el transcurso de los antildeos la pregunta de si los
diferentes campos electromagneacuteticos a los que se expone el cuerpo humano pueden afectar de
alguna manera a los cristales de magnetita que pudieran encontrarse en el cuerpo humano y
provocar asiacute efectos no necesariamente nocivos en el organismo Es por ello que en la
presente introduccioacuten se ha incluido una informacioacuten baacutesica de campos electromagneacuteticos y
dosimetriacutea (apartado 12) Como se veraacute maacutes adelante las relaciones encontradas entre
algunas enfermedades neurodegenerativas y las concentraciones de Fe en el cuerpo humano
son cuanto menos inquietantes
Finalmente se ha de tener en cuenta que las muestras de magnetita encontradas en los
organismos y en el cuerpo humano tienen en general tamantildeo nanomeacutetrico Como se veraacute maacutes
adelante muchos materiales cambian sus caracteriacutesticas al reducir su tamantildeo hasta esta escala
nanomeacutetrica Ello representa un reto antildeadido ya que es la razoacuten por la que tambieacuten resultaraacute
imprescindible una introspeccioacuten en el campo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas
11 LOS OacuteXIDOS DE HIERRO
Son compuestos comunes en la naturaleza y disponibles en el laboratorio Estaacuten presentes en
casi todas las partes del sistema global atmoacutesfera pedosfera biosfera hidrosfera y litosfera
y participan en las interrelaciones entre ellas
La figura 1 [3]
esquematiza la localizacioacuten de los oacutexidos de hierro en la Tierra a partir de
menas rocas y el agua
Paacutegina 2 de 124
Figura 1 Oacutexidos de Fe en el sistema global
Inicialmente la formacioacuten de oacutexidos de FeIII
se relacionaba predominantemente con las rocas
magmaacuteticas tanto en ambiente terrestre como marino Luego se han de tener en cuenta los
procesos de redistribucioacuten entre los subsistemas del sistema global que incluyen el
transporte mecaacutenico a traveacutes de la erosioacuten del aire y del agua desde la pedosfera hacia la
hidrosfera y la atmoacutesfera y lo que es maacutes importante la disolucioacuten de FeII y precipitacioacuten
oxidativa en otro subsistema
La formacioacuten de minerales de hierro y la precipitacioacuten de oacutexidos de hierro en biologiacutea son
ejemplos importantes de redistribucioacuten El ser humano participa en estos procesos no soacutelo
como organismo vivo sino tambieacuten como un consumidor del metal de hierro y sus oacutexidos
para diferentes propoacutesitos El resultado general de todos estos procesos es un incremento de
la presencia de oacutexidos de hierro en el sistema global a expensas de las rocas magmaacuteticas
primarias
La consecuencia loacutegica de la amplia distribucioacuten de los oacutexidos de hierro es que muchas
disciplinas diferentes se han interesado en ellos En la figura 2 se esquematiza la naturaleza
multidisciplinar de las investigaciones que se han realizado sobre los oacutexidos de hierro
Paacutegina 3 de 124
Figura 2 Naturaleza multidisciplinar en la investigacioacuten de los oacutexidos de hierro
Hay 16 oacutexidos de hierro [3]
los cuales pueden ser oacutexidos hidroacutexidos u oacutexido-hidroacutexidos
aunque de forma geneacuterica se les llama oacutexidos de hierro los cuales se han listado en la tabla 1
Los oacutexidos de hierro estaacuten compuestos de Fe junto con O yo OH La mayoriacutea de los
compuestos de hierro estaacuten en estado trivalente Tres compuestos entre ellos la magnetita
contienen FeII Los oacutexidos de hierro constituyen paquetes cerrados de aniones (normalmente
en configuracioacuten hexagonal o cuacutebica) cuyos huecos se llenan parcialmente con Fe divalente o
trivalente predominantemente en configuracioacuten octaeacutedrica y en algunos casos tetraeacutedrica
Tabla 1 Listado de los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro
Paacutegina 4 de 124
12 CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS Y DOSIMETRIacuteA
Los campos electromagneacuteticos son una combinacioacuten de campos de fuerza eleacutectricos y
magneacuteticos Tienen lugar tanto de forma natural como debido a la actividad humana [4]
La
figura 3 representa la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica a lo largo de una direccioacuten de
propagacioacuten al tiempo que los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten en fase es decir toman
valores extremos y valores nulos al mismo tiempo
Figura 3 Representacioacuten de la propagacioacuten de una onda electromagneacutetica
En el medio en que vivimos hay campos electromagneacuteticos en todo lugar y tiempo pero son
invisibles para el ojo humano Por ejemplo los campos eleacutectricos se producen por
acumulacioacuten de cargas eleacutectricas en determinadas zonas de la atmoacutesfera por efecto de las
tormentas mientras que el campo magneacutetico terrestre provoca la orientacioacuten de las agujas de
los compases en direccioacuten norte-sur y paacutejaros y peces lo utilizan para orientarse La figura 4
muestra para un espectro electromagneacutetico a diferentes frecuencias y loacutegicamente de
longitudes de onda la penetracioacuten de los campos electromagneacuteticos en la atmoacutesfera asiacute como
la temperatura en Kelvin y grados Celsius a la que los cuerpos emiten la onda maacutes
intensamente
Paacutegina 5 de 124
Figura 4 Representacioacuten de los diferentes tipos de radiacioacuten generada por los campos
electromagneacuteticos
Ademaacutes de las fuentes naturales en el espectro electromagneacutetico hay fuentes artificiales Por
ejemplo para diagnosticar la rotura de un hueso se utilizan los rayos X el suministro
eleacutectrico lleva asociados campos electromagneacuteticos de frecuencia baja y se usan diferentes
tipos de ondas de radio de frecuencia maacutes alta para transmitir informacioacuten ya sea por medio
de antenas de televisioacuten estaciones de radio o estaciones base de telefoniacutea moacutevil
Consideremos ahora el ejemplo de la exposicioacuten a la radiacioacuten solar El Sol da calor y luz
que puede provocar quemaduras si la exposicioacuten es suficientemente prolongada (efecto del
tiempo de exposicioacuten) para que la melanina no pueda protegernos (la melanina es un
pigmento que da al pelo y a la piel su color y que nos protege frente a las radiaciones
ultravioleta ndashUV- y visible) Podemos controlar sus efectos utilizando gafas de sol
sombreros ropas etc (medidas de prevencioacuten frente a la intensidad de exposicioacuten) Algunos
efectos de esta radiacioacuten pueden ser nocivos pero otros pueden ser altamente beneficiosos
para la salud
Un efecto bioloacutegico de un campo electromagneacutetico ocurre cuando la exposicioacuten al mismo
causa alguacuten efecto fisioloacutegico detectable en un sistema vivo Este efecto puede o no llevar a
un efecto nocivo Por tanto es esencial diferenciar entre efecto bioloacutegico y efecto nocivo
Los efectos sobre la salud positivos y negativos son frecuentemente resultado de efectos
bioloacutegicos que se acumulan sobre un cierto espacio temporal y que ademaacutes dependen de la
dosis recibida
Los campos electromagneacuteticos pueden propagarse a traveacutes de cualquier medio dieleacutectrico o
magneacutetico y quedan definidos matemaacuteticamente por las ecuaciones de Maxwell A
continuacioacuten se expone en la tabla 2 las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial asiacute
como su ley predecesora y las denominadas ecuaciones constitutivas
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Ley precedente Forma diferencial de la ecuacioacuten de Maxwell
Ley de Gauss
nabla
Ley de Gauss para el campo
magneacutetico nabla
Ley de Faraday
Ley de Ampere
generalizada
Ecuaciones constitutivas
Tabla 2 Ecuaciones de Maxwell
Siendo
= densidad de flujo o induccioacuten magneacutetica (Wbm2)
= densidad de flujo o desplazamiento eleacutectrico (Cm2)
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
= intensidad de campo magneacutetico (Am)
= densidad superficial de corriente (Am2)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
ε = permitividad eleacutectrica (Fm)
μ = permeabilidad magneacutetica (Hm)
Radiacioacuten ionizante y no ionizante [5]
Las ondas electromagneacuteticas son transportadas por
partiacuteculas llamadas cuantos de luz Los cuantos de luz de ondas con frecuencias maacutes altas
(longitudes de onda maacutes cortas) transportan maacutes energiacutea que los de las ondas de menor
frecuencia (longitudes de onda maacutes largas) Algunas ondas electromagneacuteticas transportan
tanta energiacutea por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moleacuteculas
De las radiaciones que componen el espectro electromagneacutetico los rayos gamma que emiten
los materiales radioactivos los rayos coacutesmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se
conocen como laquoradiacioacuten ionizanteraquo
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energiacutea suficiente para romper los enlaces
moleculares se conocen como laquoradiacioacuten no ionizanteraquo
Las fuentes de campos electromagneacuteticos artificiales que constituyen una parte fundamental
de las sociedades industriales (electricidad microondas y campos de radiofrecuencia) estaacuten
en el extremo del espectro electromagneacutetico correspondiente a longitudes de onda
relativamente largas y frecuencias bajas y su radiacioacuten es no ionizante
Frecuencia de resonancia El fenoacutemeno de resonancia se manifiesta cuando una onda
interactuacutea con un sistema cuya frecuencia propia o fundamental es igual o un muacuteltiplo entero
de la frecuencia de la oscilacioacuten La frecuencia propia del sistema es la frecuencia
fundamental en alguno de sus modos de vibracioacuten
Un ejemplo cotidiano Cuando se impulsa un columpio con un nintildeo sentado si se considera
el columpio como un peacutendulo eacuteste tiene una frecuencia propia dada por el peso del nintildeo sin
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importar la amplitud de la oscilacioacuten es decir sin importar la altura que alcanza el nintildeo al
columpiarse Cuando otra persona impulsa al nintildeo en el columpio cada vez que pasa por su
posicioacuten eacutesta ejerce su fuerza una vez por ciclo por lo que la frecuencia de la fuerza
impulsora es igual a la frecuencia propia del sistema columpio-nintildeo y la amplitud de
oscilacioacuten aumenta (fuerza y movimiento estaacuten en fase estaacuten en resonancia)
A nivel de campos electromagneacuteticos el acoplo de los campos y la distribucioacuten interna de
energiacutea absorbida son funciones del tamantildeo forma orientacioacuten y propiedades dieleacutectricas
(permitividad y conductividad baacutesicamente) de los seres vivos
Dosimetriacutea Electromagneacutetica Establece la relacioacuten entre una distribucioacuten de campos
electromagneacuteticos libre de perturbaciones y los campos inducidos dentro de los tejidos
bioloacutegicos El fenoacutemeno de exposicioacuten es muy diferente en situaciones de campo proacuteximo y
campo lejano El cuerpo humano extrae energiacutea fundamentalmente del campo eleacutectrico La
TAE (Tasa de Absorcioacuten Especiacutefica) o SAR (Specific Absorption Rate) es la cantidad que
describe la potencia de absorcioacuten de los campos electromagneacuteticos en los tejidos
expresados en vatios por kilogramo [6]
TAE =
Wm
3 TAE = =
WKg
Siendo
= intensidad de campo eleacutectrico (Vm)
ρ = densidad de carga eleacutectrica volumeacutetrica (Cm3)
σ = conductividad eleacutectrica (Sm -siemens por metro- o Ω-1
middotm-1
)
Para un oacutergano concreto la potencia recibida es P =
m = masa (Kg)
El efecto bioloacutegico mejor detectado de la absorcioacuten de un campo electromagneacutetico en los
seres vivos es un incremento de la temperatura T por lo que se suele asociar
TAE = c
c = calor especiacutefico (Jmiddotkg
-1middotK
-1)
No obstante esta relacioacuten puede resultar bastante maacutes compleja en los seres vivos por los
efectos termorreguladores
Por otro lado se presenta en la tabla 3 con respecto a la cuantificacioacuten de la exposicioacuten a
muacuteltiples fuentes electromagneacuteticas los liacutemites actuales establecidos teniendo en cuenta las
sumas de cada fuente detectada con diferente formulacioacuten seguacuten el organismo
NRPB
le 1
le 1
le 1
ICNIRP
+
le 1
+
le 1
NRPB (National Radiological Protection Board)
ICNIRP (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection)
Tabla 3 Liacutemites establecidos para las sumas de las fuentes seguacuten diferentes organismos
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2 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
En este capiacutetulo se realiza una recopilacioacuten de las fuentes principales y aplicaciones que se
hacen de los campos electromagneacuteticos y que pueden afectar en diferentes formas y grados a
los tejidos bioloacutegicos tanto en radiacioacuten ionizante como no ionizante Posteriormente se
expone un resumen de las directrices en cuanto a radiacioacuten no ionizante y la evaluacioacuten de la
exposicioacuten a los campos electromagneacuteticos Finalmente se realiza una introduccioacuten a los
diferentes tipos de materiales bioloacutegicos que se han de tener en cuenta en la exposicioacuten a los
campos electromagneacuteticos y se citan algunos ejemplos de simulaciones
21 APLICACIONES QUE PUEDEN AFECTAR A TEJIDOS BIOLOacuteGICOS
211 Radiacioacuten Ionizante
Radiacioacuten ultravioleta (UV) Soacutelo pueden originar ionizacioacuten en determinadas
circunstancias Para distinguir este tipo de radiacioacuten de la radiacioacuten que siempre causa
ionizacioacuten se establece un liacutemite energeacutetico inferior arbitrario para la radiacioacuten ionizante
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)
Equipos de Difraccioacuten de Rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina
principalmente con objetivos diagnoacutesticos Los rayos X usados en difraccioacuten [7]
tienen
longitudes de onda en el rango 05 ndash 25 Aring siendo el angstrom (1Aring = 10-10
m) Los rayos X
se producen cuando una partiacutecula cargada eleacutectricamente con suficiente energiacutea cineacutetica es
frenada raacutepidamente Habitualmente las partiacuteculas utilizadas son los electrones y la radiacioacuten
se obtiene en un dispositivo conocido como tubo de rayos X que contiene una fuente de
electrones y dos electrodos metaacutelicos
El alto voltaje entre los electrodos dirige los electrones hacia el aacutenodo ndasho blanco- y al
golpear sobre eacutel con una elevada velocidad producen rayos X en el punto de impacto que se
irradian en todas direcciones La mayor parte de la energiacutea cineacutetica de los electrones que
golpean el blanco se convierte en calor y uacutenicamente menos de un 1 se transforma en rayos
X
La difraccioacuten es esencialmente un fenoacutemeno de dispersioacuten al interactuar los rayos X con la
materia Se produce cuando algunos fotones del haz incidente son desviados sin peacuterdida de
energiacutea constituyendo la radiacioacuten dispersada exactamente con la misma longitud de onda λ
que la radiacioacuten incidente
Rayos Gamma Los rayos gamma maacutes energeacuteticos se han observado en los rayos coacutesmicos
Se producen en la desintegracioacuten radiactiva normalmente con el objetivo de producir
energiacutea en reactores nucleares y en aplicaciones meacutedicas como fuentes de radioterapia
aunque tambieacuten se usan con fines militares
La radiacioacuten gamma como muestra esquemaacuteticamente la figura 5 es radiacioacuten
electromagneacutetica emitida por un nuacutecleo cuando experimenta una transicioacuten de un estado de
energiacutea maacutes alta a un estado energeacutetico maacutes bajo El nuacutemero de protones y neutrones del
nuacutecleo no variacutea en estas transiciones
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Los rayos gamma se emiten a menudo inmediatamente despueacutes de una desintegracioacuten alfa o
beta en la que el nuacutecleo haya quedado en un estado de mayor energiacutea Los rayos gamma
tambieacuten pueden ser el resultado de la captura de un neutroacuten y de la dispersioacuten inelaacutestica de
partiacuteculas subatoacutemicas por nuacutecleos
Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen
alcances definidos en la materia los rayos
gamma experimentan una atenuacioacuten
exponencial a medida que atraviesan la materia
(si no se tiene en cuenta la acumulacioacuten de
energiacutea que resulta de la dispersioacuten de los
rayos gamma dentro de un material)
Figura 5 Radiacioacuten gamma
2111 Partiacuteculas Alfa Partiacuteculas Beta y Neutrones
Partiacuteculas alfa Estas partiacuteculas son el conjunto de dos
protones y dos electrones como se representa en la figura
6 Tienen su origen en el nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo
en proceso de desintegracioacuten y consiste en un
acercamiento ocasional de dos protones y dos neutrones
que se mueven lentamente atrapando electrones y
asemejando la estructura del helio [8]
Tienen una carga
eleacutectrica positiva y alta densidad de ionizacioacuten (7 MeV)
a pesar de lo cual viajan muy poco (10cms) y son
detenidas por una peliacutecula de agua papel o la piel
Figura 6 Partiacutecula alfa
Partiacuteculas beta Estaacuten formadas por electrones que
vienen del nuacutecleo de un aacutetomo radiactivo en
desintegracioacuten Las partiacuteculas beta tienen una carga
negativa y en algunas ocasiones se desprenden tambieacuten
partiacuteculas con la misma masa del electroacuten pero con carga
positiva (positrones) Viajan a una alta velocidad y tienen
una energiacutea de 4MeV o mayor Su capacidad de
penetracioacuten es mayor que las partiacuteculas alfa pero su
poder de ionizacioacuten es menor Penetran 4 cm en madera y
hasta 13 cm en piel [8]
La figura 7 representa
esquemaacuteticamente las partiacuteculas beta
Figura 7 Partiacuteculas beta
Neutrones Por lo general los neutrones no son emitidos como resultado directo de la
desintegracioacuten radiactiva natural sino que se producen durante reacciones nucleares [8]
Los reactores nucleares son los que generan neutrones con mayor abundancia Los reactores
nucleares producen neutrones cuando los nuacutecleos del uranio que constituye el combustible
nuclear se desdoblan o fisionan De hecho la produccioacuten de neutrones es esencial para
mantener la fisioacuten nuclear en un reactor
Los aceleradores de partiacuteculas y las fuentes especiales de neutrones tambieacuten producen
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neutrones Los aceleradores de partiacuteculas producen neutrones mediante la aceleracioacuten de
partiacuteculas cargadas como protones o electrones hasta que alcanzan altas energiacuteas para
bombardear con ellas los nuacutecleos estables de un blanco Las partiacuteculas que pueden resultar
de estas reacciones nucleares no son uacutenicamente neutrones
212 Radiacioacuten No Ionizante (ultravioletas radiofrecuencias y microondas)
Radiacioacuten Ultravioleta (RUV) Por su longitud de onda se distingue entre UVA (315 a 400
nm) UVB (280 a 315 nm) y UVC (100 a 280 nm) Entre las fuentes artificiales maacutes
importantes de exposicioacuten humana estaacuten las siguientes [9]
Soldadura al arco industrial La principal fuente de exposicioacuten potencial a la RUV es la
energiacutea radiante de los equipos de soldadura al arco Los niveles de RUV en torno al
equipo de soldadura son muy altos y pueden producirse lesiones oculares y cutaacuteneas
graves en un tiempo de 3 a 10 minutos de exposicioacuten a distancias visuales de unos pocos
metros La proteccioacuten de ojos y piel es obligatoria
Laacutemparas de RUV industriales y en el puesto de trabajo Muchos procesos industriales y
comerciales tales como el curado fotoquiacutemico de tintas pinturas y plaacutesticos requieren la
utilizacioacuten de laacutemparas que emiten una radiacioacuten intensa en la regioacuten del UV
Laacutemparas de luz negra Son laacutemparas especializadas que emiten predominantemente en la
regioacuten UV y por lo general se utilizan para pruebas no destructivas con polvos
fluorescentes para la autentificacioacuten de billetes bancarios y documentos y para efectos
especiales en publicidad y discotecas No plantean ninguacuten riesgo de exposicioacuten
considerable para las personas excepto en ciertos casos de piel fotosensibilizada
Tratamiento meacutedico Las laacutemparas de RUV se utilizan en medicina para diversos fines de
diagnoacutestico -normalmente UVA- y terapeacuteuticos Los niveles de exposicioacuten del paciente
variacutean considerablemente seguacuten el tipo de tratamiento y las laacutemparas UV empleadas en
dermatologiacutea requieren una utilizacioacuten cuidadosa por parte del personal
Laacutemparas RUV germicidas La RUV con longitudes de onda en el intervalo de 250-265
nm es la maacutes eficaz para esterilizacioacuten y desinfeccioacuten dado que corresponde a un nivel
maacuteximo en el espectro de absorcioacuten del ADN Como fuente UV se utilizan con frecuencia
tubos de descarga de mercurio de baja presioacuten ya que maacutes del 90 de la energiacutea radiada
se emite en la liacutenea de 254 nm(UVC)
Bronceado cosmeacutetico Se trata de las camas solares para broncearse por medio de
laacutemparas especiales que emiten principalmente UVA aunque tambieacuten algo en de UVB
El uso habitual de una cama solar puede contribuir considerablemente a la exposicioacuten
cutaacutenea anual de una persona al UV Asiacute mismo el personal que trabaja en salones de
bronceado puede resultar expuesto a bajos niveles
Alumbrado general Las laacutemparas fluorescentes son de uso habitual en el lugar de trabajo
y domeacutestico Estas laacutemparas emiten pequentildeas cantidades de RUV y solo contribuyen en
un pequentildeo porcentaje a la exposicioacuten anual de una persona a la radiacioacuten UV
Radiofrecuencias (RF) Y Microondas (MW) Entre las aplicaciones de las MW y RF
podemos nombrar las estaciones de radio y televisioacuten comunicaciones punto-punto en
microondas comunicaciones moacuteviles de todo tipo (celulares de onda corta etc)
radioaficionados navegacioacuten (mariacutetima y aeacuterea) aplicaciones radar (militares y civiles)
hornos microondas (para cocinar y aplicaciones industriales) amplificadores en
compatibilidad electromagneacutetica y metrologiacutea
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Los elementos baacutesicos de un sistema de RFMW son generadores o fuentes de RFMW
liacuteneas de transmisioacuten (elementos utilizados para transportar la energiacutea del generador a la
antena y baacutesicamente pueden ser cables coaxiales liacuteneas planas o guiacuteas de onda) y las
antenas (dispositivos que acoplan el circuito que genera la energiacutea electromagneacutetica al
espacio libre por donde se propaga la energiacutea electromagneacutetica que posteriormente recogeraacute
otra antena)
En cuanto a los diferentes sistemas dependiendo de las aplicaciones podemos nombrar los
siguientes [9]
[5]
Transmisores de televisioacuten y radio terrestres Las estaciones de radio y televisioacuten emiten
sus sentildeales a traveacutes de antenas de AM (amplitud modulada) FM (frecuencia modulada)
VHF (Very High Frecuency) y UHF (Ultra High Frecuency) Normalmente las sentildeales de
radio AM emiten entre 535-1700 KHz y las de FM entre 87-108 MHz
Sistemas de radar La palabra radar es un acroacutenimo utilizado por la marina estadounidense
en 1942 que significa deteccioacuten y alcance viacutea radio (radio detecting and ranging) y por
supuesto desarrollado uacutenicamente con fines militares aunque despueacutes su utilidad se
expandioacute a otros aacutembitos El radar mide la intensidad y tiempo que tarda en volver un
pulso que enviacutea una antena y que choca en un blanco De esa informacioacuten se obtiene la
distancia a la que se encuentra Se enviacutean alrededor de 1500 pulsos de alta potencia por
segundo con una anchura de 10-50 μs Asiacute mismo son comunes los radares de traacutefico que
a traveacutes del efecto Doppler calculan la velocidad a la que avanza un moacutevil Los primeros
radares de efecto Doppler funcionaban a 10525 GHz dentro de la banda X
Posteriormente se usaron a frecuencias de 2415 GHz (en banda milimeacutetrica) En la
actualidad se utilizan en la banda de 337-36 GHz Estos radares emiten una sentildeal de deacutebil
potencia en forma de onda continua (CW) en lugar de pulsos y las potencias son del orden
de 10 a 100 mW siendo un valor tiacutepico 15 mW que es considerado una sentildeal de deacutebil
Estaciones de sateacutelites terrestres Un sateacutelite es un transmisor receptor que es lanzado por
un cohete y colocado en oacuterbita alrededor de la Tierra sometido a la atraccioacuten
gravitacional Sus funciones son muacuteltiples telefoacutenicas meteoroloacutegicas deteccioacuten en la
Tierra y lejana televisioacuten y radio y en plataformas para sistema global de
posicionamiento (GPS) Son muy comunes las antenas paraboacutelicas para plataformas de
televisioacuten digital que reciben sentildeal enviada por las situadas en sateacutelites en oacuterbita
geoestacionaria a 36000 Kms de la Tierra
Comunicaciones microondas Las comunicaciones punto a punto entre antenas con
ldquovisioacutenrdquo directa es una forma de comunicacioacuten utilizada habitualmente en
radiocomunicaciones Las antenas de comunicacioacuten de microondas emiten y reciben
sentildeales de relativamente baja potencia a traveacutes de distancia no muy grandes
Normalmente las antenas empleadas son muy directivas de forma que existe muy poca
sentildeal en otra direccioacuten que no sea la del camino directo entre dos antenas
Equipos moacuteviles de radio Estos sistemas (no los celulares actuales) son los maacutes antiguos
sistemas de comunicacioacuten sin cable Comenzoacute en USA en 1921 operando a 2MHz de
forma experimental para los departamentos de policiacutea y no empezaron de forma praacutectica
hasta los antildeos 40
Equipos buscadores Son equipos que avisan cuando reciben una sentildeal emitida por una
antena Su utilidad ha disminuido con la llegada de la telefoniacutea celular pero auacuten sigue
siendo una buena opcioacuten en determinados sectores Las frecuencias de las sentildeales pueden
estar entre 16-150 KHz para lugares de menos de 4 hectaacutereas en las bandas de HF (26-31
MHz) o VHF (49 MHz) en la de UHF (459 MHz) para edificios e industrias
Habitualmente los transmisores se colocan en lo alto de los edificios
Comunicaciones celulares (telefoniacutea moacutevil) Este es un tipo de comunicacioacuten de banda
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limitada analoacutegica o digital en la que una persona se comunica viacutea radio a traveacutes de un
terminal moacutevil con una antena que estaacute situada relativamente cerca de eacutel Su crecimiento
ha sido brutal es estos pocos uacuteltimos antildeos comenzando en los antildeos 80 con la primera
generacioacuten de moacuteviles con tecnologiacutea analoacutegica Posteriormente se inicioacute la tecnologiacutea
digital lo que supuso una mejora en las prestaciones y servicios ofrecidos Se ha utilizado
el sistema GSM (Global System for Mobile Comunication) y la estandarizacioacuten llevoacute a
una tercera generacioacuten de moacuteviles denominada UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System) que en Europa se localiza en la banda de 2 GHz
Sistemas de comunicacioacuten personal Aquiacute se engloban todos aquellos sistemas de
comunicacioacuten personal sin cable
Otros sistemas Se engloban todos aquellos sistemas que no se utilizan para la
comunicacioacuten personal Asiacute la energiacutea de RF en el rango de 3 a 300 MHz se utiliza para
distintos procesos industriales de calentamiento Asimismo aprovechando la habilidad de
la energiacutea de microondas para penetrar en un medio material se utilizan para muchas
aplicaciones los hornos microondas En particular en los hogares se utilizan hornos
microondas operando a una frecuencia de 245 GHz
213 Radiacioacuten No Ionizante (frecuencias bajas y muy bajas)
Los campos eleacutectrico y magneacutetico de muy baja frecuencia (ELF) -de 0 a 300 Hz- se
encuentran comuacutenmente en nuestro entorno [9]
[5]
En los hogares las fuentes de estos campos son por ejemplo mantas eleacutectricas
calentadores de agua secadores de pelo afeitadoras eleacutectricas televisiones terminales de
video sistemas de muacutesica sistemas de aire acondicionado tubos fluorescentes
frigoriacuteficos estufas y cualquier otro electrodomeacutestico
En los lugares de trabajo son comunes fuentes de radiacioacuten ELF tales como ordenadores
maacutequinas de fax copiadoras luces fluorescentes impresoras scanner centralitas
telefoacutenicas motores y otros dispositivos eleacutectricos
Normalmente la discusioacuten sobre los efectos se restringe al campo magneacutetico que es
producido por corrientes alternas o campos variantes en el tiempo cuya intensidad y
direccioacuten cambien de forma regular Estos campos provienen principalmente de fuentes
creadas por el hombre especialmente de servicios de potencia eleacutectrica electrodomeacutesticos y
sistemas de comunicacioacuten
Es muy comuacuten citar el campo estaacutetico magneacutetico generado por la Tierra como fuente de
especial atencioacuten Sin embargo hay que considerar que su comparacioacuten con los campos
provocados artificialmente no es adecuada debido a que la influencia en la materia es
bastante diferente entre un campo estaacutetico y uno variable en el tiempo [9]
La variacioacuten del campo magneacutetico con la distancia a la fuente que lo crea depende del tipo
de fuente [9]
Asiacute si la fuente es un simple hilo conductor el campo variacutea como 1r Si el
campo lo provocan un par de hilos conductores entonces la variacioacuten es 1r2 Si la fuente es
un lazo de corriente como lo que ocurre en los transformadores de la mayoriacutea de los
electrodomeacutesticos y ordenadores la variacioacuten es como 1r3 Otro tipo de fuente es la creada
por las liacuteneas de alta tensioacuten Eacutestas son transmitidas mediante liacuteneas de distribucioacuten de tres
hilos Cada uno de ellos lleva una corriente desfasada de los demaacutes en 120ordm que se llama
circuito balanceado En este caso el campo magneacutetico es proporcional a 1r2 y si la liacutenea no
estaacute balanceada entonces el campo variacutea como 1r
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22 DIRECTRICES EN RADIACIOacuteN NO IONIZANTE
Las normas que previenen la exposicioacuten excesiva a los campos electromagneacuteticos (CEM)
presentes en el entorno existen de forma similar a otras normas establecidas para proteger
nuestra salud (aditivos alimentarios concentraciones de productos quiacutemicos en agua
contaminantes del aire etc)
Cada paiacutes establece sus propias normas nacionales relativas a la exposicioacuten a CEM Sin
embargo la mayoriacutea de estas normas nacionales se basan en las recomendaciones de la
Comisioacuten Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) Esta
organizacioacuten no gubernamental reconocida formalmente por la OMS evaluacutea los resultados
de estudios cientiacuteficos realizados en todo el mundo Basaacutendose en un anaacutelisis en profundidad
de todas las publicaciones cientiacuteficas la ICNIRP elabora unas directrices en las que
establece liacutemites de exposicioacuten recomendados las cuales se revisan perioacutedicamente y en
caso necesario se actualizan
El siguiente cuadro (tabla 4) [5]
resume los liacutemites recomendados de exposicioacuten actualizados
en 1998 por la ICNIRP correspondientes a los tipos de tecnologiacuteas que han causado
preocupacioacuten en la sociedad la electricidad en el hogar las estaciones base de telefoniacutea
moacutevil y los hornos de microondas
Frecuencia de
la red eleacutectrica
europea
Frecuencia de estaciones
base de telefoniacutea moacutevil
Frecuencia de los hornos
de microondas
Frecuencia 50 Hz 50 Hz 900 MHz 18 GHz 245 GHz
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Campo
magneacutetico
(microT)
Densidad de
potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Densidad
de potencia
(Wm2)
Liacutemites de
exposicioacuten
para la
poblacioacuten
5 000 100 45 9 10
Liacutemites de
exposicioacuten
ocupacionales
10 000 500 225 45
Tabla 4 Liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos electromagneacuteticos Comisioacuten
Internacional de Proteccioacuten contra la Radiacioacuten No Ionizante (ICNIRP) CEM guidelines
Health Physics 74 494-522 (1998)
Los liacutemites de exposicioacuten recomendados de algunos paiacuteses de la ex Unioacuten Sovieacutetica y los de
paiacuteses occidentales pueden llegar a diferenciarse en un factor de maacutes 100 Con la
globalizacioacuten del comercio y la raacutepida penetracioacuten de las telecomunicaciones en todo el
mundo ha surgido la necesidad de disponer de normas universales Las normas futuras se
basaraacuten en los resultados del Proyecto Internacional sobre campos electromagneacuteticos de la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (OMS)
Un liacutemite recomendado no define de forma exacta el liacutemite entre la seguridad y el peligro
No existe un nivel uacutenico por encima del cual la exposicioacuten se convierte en peligrosa para la
salud sino que el riesgo potencial para la salud aumenta de forma gradual con el nivel de
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exposicioacuten de las personas Las directrices marcan un determinado umbral por debajo del
cual la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos se considera segura seguacuten los conocimientos
de la ciencia No se deduce de forma automaacutetica que por encima del liacutemite indicado la
exposicioacuten sea perjudicial
Para fijar los liacutemites de exposicioacuten los estudios cientiacuteficos deben identificar el umbral en el
que se manifiestan los primeros efectos sobre la salud cuyos experimentos deben basarse en
estudios con animales
Los estudios en animales [9]
llamados in vivo tienen por objeto determinar los efectos
bioloacutegicos de campos eleacutectrico y magneacutetico sobre animales completos Las investigaciones
en animales expuestos a agentes toacutexicos sospechosos son importantes para la prediccioacuten de
la potencial toxicidad en los humanos y en la confirmacioacuten de los efectos indicados por los
estudios epidemioloacutegicos Tambieacuten proporcionan una informacioacuten muy valiosa para estimar
los niveles a los que la toxicidad puede ocurrir Los estudios en animales son muy
importantes pues pueden ser la base para elaborar modelos fiables en los que examinar coacutemo
los campos electromagneacuteticos influyen en la causa del riesgo El proceso usual es exponer a
los animales a un CEM y observar si desarrollan riesgos en su salud caacutencer u otras
enfermedades Estos experimentos en si mismos hay que tomarlos con mucha cautela en el
sentido en que los animales podriacutean no exhibir las mismas respuestas sensibilidad y
propiedades que los humanos a los paraacutemetros de la exposicioacuten
Frecuentemente se producen en los animales cambios sutiles de comportamiento a niveles
bajos de exposicioacuten que preceden a cambios draacutesticos en la salud con niveles altos El
comportamiento anormal es un indicador muy sensible de la existencia de una respuesta
bioloacutegica este comportamiento anormal se ha seleccionado como el miacutenimo efecto
perjudicial para la salud observable Las directrices recomiendan prevenir la exposicioacuten a
campos electromagneacuteticos a niveles en los que se producen cambios de comportamiento
perceptibles
Este umbral de cambios de comportamiento no es igual al liacutemite recomendado sino que la
ICNIRP aplica un factor de seguridad de 10 en el caacutelculo de los liacutemites de exposicioacuten
ocupacionales y un factor de 50 para obtener el valor recomendado para la poblacioacuten
general Asiacute por ejemplo en los intervalos de frecuencia de radio y microondas los niveles
maacuteximos que probablemente experimentaraacute en el entorno o en el hogar son al menos 50
veces menores que el umbral en el que se manifiestan los primeros cambios de
comportamiento en animales
La razoacuten por la que los liacutemites de exposicioacuten para la poblacioacuten general son maacutes estrictos que
los liacutemites para la poblacioacuten expuesta por motivos ocupacionales es que eacutesta uacuteltima estaacute
formada por adultos que generalmente estaacuten sometidos a condiciones de campos
electromagneacuteticos conocidas y recibe formacioacuten sobre los riesgos potenciales y sobre coacutemo
tomar precauciones adecuadas mientras que en la poblacioacuten general hay personas de todas
las edades y con diversos estados de salud que en muchos casos no saben que estaacuten
expuestos a CEM
Las directrices o normas no se pueden establecer actualmente basaacutendose en especulaciones
sobre los posibles efectos a largo plazo sobre la salud Del conjunto de los resultados de
todas las investigaciones no puede deducirse que los campos electromagneacuteticos produzcan
efectos a largo plazo sobre la salud como el caacutencer
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Las directrices se establecen para la poblacioacuten media y no pueden tener en cuenta
directamente las necesidades de una minoriacutea de personas potencialmente maacutes sensibles Por
ejemplo las directrices sobre contaminacioacuten atmosfeacuterica no se basan en las necesidades
especiales de las personas asmaacuteticas De forma similar las directrices sobre campos
electromagneacuteticos no estaacuten disentildeadas para proteger a las personas de las interferencias en los
dispositivos electroacutenicos meacutedicos implantados como los marcapasos cardiacuteacos Por el
contrario estas personas deben solicitar a los fabricantes y al meacutedico que ha implantado el
dispositivo que les asesore sobre el tipo de exposiciones que deben evitar
El siguiente cuadro (tabla 5) [5]
indica las fuentes maacutes comunes de campos
electromagneacuteticos Todos los valores son niveles maacuteximos de exposicioacuten de la poblacioacuten
por lo que normalmente la poblacioacuten estaacute sometida a una exposicioacuten mucho menor
Fuente Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten
Campo
eleacutectrico
(Vm)
Densidad de flujo
magneacutetico (microT)
Campos naturales 200 70 (campo magneacutetico
terrestre)
Red eleacutectrica (en hogares que no estaacuten
proacuteximos a liacuteneas de conduccioacuten eleacutectrica)
100 02
Red eleacutectrica (bajo liacuteneas principales de
conduccioacuten eleacutectrica)
10 000 20
Trenes y tranviacuteas eleacutectricos 300 50
Pantallas de televisioacuten y computadora (en la
posicioacuten del usuario)
10 07
Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la
poblacioacuten (Wm2)
Transmisores de televisioacuten y radio 01
Estaciones base de telefoniacutea moacutevil 01
Radares 02
Hornos de microondas 05
Tabla 5 Exposicioacuten maacutexima tiacutepica de la poblacioacuten frente a una fuente de campo
electromagneacutetico (Oficina Regional de la OMS para Europa)
En situaciones cotidianas la mayoriacutea de las personas no se ven expuestas a campos
electromagneacuteticos superiores a los liacutemites recomendados Los niveles de exposicioacuten tiacutepicos
son muy inferiores a estos liacutemites Sin embargo en ocasiones una persona puede exponerse
durante un periacuteodo corto a niveles que se aproximan o incluso superan los niveles
recomendados Seguacuten la ICNIRP para tener en cuenta los efectos acumulados la exposicioacuten
a los campos de frecuencia de radio y de microondas se debe calcular como promedio
durante un determinado periacuteodo las directrices establecen que dicho periacuteodo debe ser de seis
minutos y se consideran aceptables las exposiciones a corto plazo superiores a los liacutemites
Seguacuten las directrices la exposicioacuten a campos eleacutectricos y magneacuteticos de frecuencia baja no
se calcula como promedio en el tiempo sino que se incorpora el factor de acoplamiento El
acoplamiento se refiere a la interaccioacuten entre los campos eleacutectricos y magneacuteticos y el cuerpo
expuesto a la radiacioacuten y es funcioacuten del tamantildeo y forma del cuerpo el tipo de tejido y la
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orientacioacuten del cuerpo con respecto al campo
Las directrices deben ser conservadoras la ICNIRP siempre supone un acoplamiento
maacuteximo del campo a la persona expuesta Por consiguiente los liacutemites recomendados
proporcionan una proteccioacuten maacutexima Por ejemplo aunque las intensidades del campo
magneacutetico de las secadoras de pelo y de las maacutequinas de afeitar superan aparentemente los
valores recomendados el acoplamiento extremadamente deacutebil entre el campo y la cabeza
impide la induccioacuten de corrientes eleacutectricas que podriacutean superar los liacutemites recomendados
221 Evaluacioacuten de la Exposicioacuten
La evaluacioacuten de la exposicioacuten es la determinacioacuten o estimacioacuten de la magnitud y
frecuencia de ocurrencia de la exposicioacuten para un individuo o grupo a un agente del medio
ambiente [9]
Ello es clave para los estudios epidemioloacutegicos si los epidemiologistas no
pueden evaluar la exposicioacuten de los individuos a un agente ldquosospechosordquo no podraacuten
determinar la influencia de ese agente sobre la salud o la enfermedad
Siempre que estamos en contacto con un agente medioambiental (en el aire el agua la
comida etc) estamos expuestos a ese agente Algunos factores son beneficiosos otros
perjudiciales y otros ninguna de las dos cosas y ello baacutesicamente dependiendo de la
duracioacuten de la exposicioacuten Es muy uacutetil diferenciar entre exposicioacuten y dosis
Exposicioacuten se refiere uacutenicamente a la medida de un agente sin un particular conocimiento
de aquellas caracteriacutesticas del agente que influyen en la salud
Dosis se refiere a la evaluacioacuten de una caracteriacutestica particular de la exposicioacuten que es
significativa respecto a la salud En los estudios de salud los investigadores intentan
medidas de dosis pero en ausencia de las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que son
significativas tienen que medir la exposicioacuten y usarla como una aproximacioacuten a la dosis
Para entender mejor esto consideremos el caso de la radiacioacuten ionizante de rayos X Una
placa que detecta la radiacioacuten X mide la exposicioacuten a un individuo pero difiacutecilmente es
una medida de la dosis Sabemos que la razoacuten a la que ocurre la exposicioacuten es importante
y la placa no da esa informacioacuten Tambieacuten se sabe que el aacuterea de exposicioacuten es importante
y la placa no nos dice si la exposicioacuten corresponde al aacuterea de la placa o al cuerpo entero
Por ello es importante conocer la dosis es decir las caracteriacutesticas de la exposicioacuten que
sean significativas
Existen medios para determinar la exposicioacuten a campos electromagneacuteticos pero no de medir
la dosis Cuando la evidencia del dantildeo de la exposicioacuten a un agente ambiental es inequiacutevoca
se toman medidas preventivas auacuten cuando se tenga poco conocimiento de coacutemo ldquofuncionardquo
el mecanismo
En el caso de CEM muchos cientiacuteficos consideran los estudios epidemioloacutegicos como
equiacutevocos El motivo en parte es que no se conocen todos los mecanismos (es decir ldquocomo
funcionanrdquo) que describen la interaccioacuten del campo electromagneacutetico con tejidos y ceacutelulas
Si se quieren disentildear estudios epidemioloacutegicos mejores a partir de los cuales resolver el
problema de los riesgos se deben hacer mejores trabajos en cuanto a la evaluacioacuten de la
exposicioacuten y eso probablemente no sucederaacute hasta que se pueda contestar a las cuestiones
acerca de los mecanismos
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23 MATERIALES BIOLOacuteGICOS Y SIMULACIONES
Es necesario conocer algunas caracteriacutesticas
de las ceacutelulas y tejidos en el cuerpo humano
para poder entender sus mecanismos
asociados de interaccioacuten [9]
Cada ser humano
estaacute constituido por billones de ceacutelulas vivas
que se agrupan entre siacute para formar un
oacutergano con unas ciertas funciones asignadas
Ceacutelulas Las ceacutelulas tienen diferentes
tamantildeos (las de los muacutesculos pueden ser de
unos pocos miliacutemetros y las nerviosas de un
metro) La figura 8 representa los elementos
generales que constituyen una ceacutelula Las
ceacutelulas estaacuten formadas por la membrana que
mantiene a la ceacutelula unida el citoplasma que
Figura 8 Partes de una ceacutelula
es una especie de gel en el interior de la membrana y normalmente el nuacutecleo No todas las
ceacutelulas tienen nuacutecleo Dentro del citoplasma existen diferentes tipos de estructuras maacutes
pequentildeas que realizan ciertas funciones metaboacutelicas
Las ceacutelulas son estructuras complejas con superficies cargadas Las ceacutelulas contienen
moleacuteculas y aacutetomos cargados que pueden cambiar su orientacioacuten y movimiento cuando se
encuentran expuestos a una fuerza electromagneacutetica En la figura 9 se muestra un caso para
el campo eleacutectrico a la izquierda se muestra una ceacutelula en reposo y a la derecha una ceacutelula
bajo la influencia de un campo eleacutectrico
Figura 9 Ceacutelula en reposo (izquierda) y bajo la influencia de un campo eleacutectrico (derecha)
Las cargas se redistribuyen la ceacutelula sigue siendo neutra pero es una estructura polar Las
interacciones del campo electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico se efectuacutean a traveacutes de
las ceacutelulas y se categorizan en interacciones con la membrana celular con el citoplasma y
con el nuacutecleo Estas interacciones dependen entre otras cosas de la frecuencia
Los nuacutecleos de las ceacutelulas contienen la mayoriacutea de la informacioacuten hereditaria en los
cromosomas y los genes Las ceacutelulas crecen cambian y se reproducen en un proceso
continuo llamado mitosis que comienza en el nuacutecleo a traveacutes de una duplicacioacuten e igual
distribucioacuten de los cromosomas Las ceacutelulas sin nuacutecleo no se pueden dividir mientras que
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otras sufren de mitosis frecuentemente como por ejemplo las de los embriones Por ello es
especialmente importante la proteccioacuten a campos electromagneacuteticos durante el embarazo A
su vez el proceso de mitosis tiene cuatro fases profase metafase anafase y telofase El
periacuteodo entre las divisiones se llama fase de reposo
Hay diferentes procesos en la mitosis celular que podriacutean verse afectados por la radiacioacuten
electromagneacutetica y existe un amplio campo de investigacioacuten en el estudio de los procesos
que afectan a los cromosomas durante la mitosis afectada por un campo electromagneacutetico
Tejidos Las ceacutelulas se agrupan y combinan con otros materiales para formar tejidos Existen
cuatro tipos de tejidos epitelial conectivo muscular y nervioso
El tejido epitelial consta de ceacutelulas con una o varias capas Realizan funciones de
proteccioacuten y regulacioacuten de la secrecioacuten o absorcioacuten de materiales
El tejido conectivo consta de ceacutelulas y materiales no vivos como fibras y sustancias
gelatinosas que sostienen y conectan tejidos celulares al esqueleto El tejido conectivo
contiene muchas de las sustancias intercelulares que desarrollan la importante labor de
transportar materiales entre ellas Ejemplos de estos tejidos son los huesos y los
cartiacutelagos
El tejido muscular consta de ceacutelulas que van desde 1 a 40 miliacutemetros de longitud con 40
μm (1μ=10-6
metros) de diaacutemetro Estos tejidos contienen una gran cantidad de sangre
El tejido nervioso controla y gobierna toda la actividad corporal y consta de ceacutelulas
nerviosas o neuronas Las neuronas tienen largas proyecciones llamadas axones y que son
anaacutelogas a liacuteneas de transmisioacuten y enviacutean informacioacuten al sistema nervioso central desde
diferentes receptores de informacioacuten
Ademaacutes merecen especial atencioacuten los siguientes conceptos [9]
Material geneacutetico El genoma humano que es una secuencia quiacutemica que contiene la
informacioacuten baacutesica del cuerpo humano consiste en una cadena de ADN y estaacute asociado a
las moleacuteculas proteiacutenicas Estaacute organizado en estructuras llamadas cromosomas El ADN
es una macromoleacutecula compleja compuesta por dos cadenas o heacutelices que se entrelazan
entre siacute formando una doble heacutelice Cada cadena estaacute formada por millones de eslabones
llamados nucleoacutetidos o bases nitrogenadas Ambas heacutelices estaacuten unidas entre siacute a nivel de
los eslabones complementarios de cada heacutelice por parejas La secuencia de los pares de
bases es lo que determina el coacutedigo geneacutetico
Seguacuten el orden que sigan esos pares de bases se codifica una funcioacuten u otra o
simplemente no se codifica nada El ADN de la ceacutelula se organiza en cromosomas Cada
cromosoma es una moleacutecula muy larga de ADN Cada vez que una ceacutelula se divide en
dos el genoma entero se duplica en humanos y otros organismos complejos esa
duplicacioacuten se realiza en el nuacutecleo La miacutenima secuencia de ADN que es capaz de
codificar una funcioacuten o una estructura completa se denomina GEN Cada moleacutecula de
ADN contiene muchos genes unidad funcional y fiacutesica fundamental de la herencia
Un gen es una secuencia ordenada de nucleoacutetidos localizados en una cierta posicioacuten de un
cromosoma especiacutefico y que codifica la informacioacuten final Podemos pensar en los genes
como la informacioacuten de un ordenador que se estructura en unidades de informacioacuten
llamados bits Los genes son las unidades de informacioacuten del ADN que se utilizan para
construir las proteiacutenas entre otras cosas del cuerpo humano Se estima que el genoma
humano tiene al menos 100000 genes El nuacutecleo de la mayoriacutea de las ceacutelulas humanas
contiene dos conjuntos de cromosomas provenientes cada uno de ellos del padre y de la
madre El ser humano tiene su ADN organizado en 23 pares de cromosomas distintos es
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decir 46 cromosomas Cada conjunto de 23 cromosomas tiene 22 autoacutenomos y dos
cromosomas sexuales X e Y Los cromosomas contienen aproximadamente partes
iguales de proteiacutenas y ADN
Transporte de calcio Los iones de calcio son partiacuteculas cargadas que tienen un papel
vital en varios procesos celulares El calcio es un componente criacutetico en la comunicacioacuten
intercelular en el cuerpo y un regulador del crecimiento celular El mantenimiento de una
oacuteptima concentracioacuten de calcio es muy importante
Actividad de las enzimas Como otras proteiacutenas las enzimas consisten de largas cadenas
de aminoaacutecidos que se mantienen unidas Estaacuten presentes en todas las ceacutelulas vivas y
tienen una funcioacuten esencial en el control de los procesos metaboacutelicos
Hormonas Las hormonas son sustancias quiacutemicas que se transportan en la sangre de un
oacutergano a otro y alteran la actividad funcional y algunas veces la estructura de algunos
oacuterganos
Los biosistemas como generadores de campos electromagneacuteticos [12]
Hoy en diacutea no hay
duda de que los campos electromagneacuteticos pueden afectar a los biosistemas en diferentes
niveles ni de que no sean capaces de generar campos electromagneacuteticos Y hay una pequentildea
duda acerca de que los biosistemas sean generadores de campos electromagneacuteticos La
cuestioacuten principal es si los biosistemas utilizan los CEM para una interaccioacuten decidida
(comunicacioacuten) y si es asiacute en queacute nivel del organismo sucederaacute La cantidad de datos que
soporta la uacuteltima idea se construye con tanta rapidez como el incremento de preguntas que se
necesitan resolver
Uno de los principales problemas en esta liacutenea de investigacioacuten tiene su origen en la falta de
reproductibilidad tiacutepica que ya los cientiacuteficos estaacuten acostumbrados a observar en sus
experimentos Muchos cientiacuteficos culpan estas discrepancias a factores de confusioacuten
conocidos como propiedades geofiacutesicas del lugar del experimento gestioacuten de tiempos y
eacutepoca del antildeo del experimento iluminacioacuten o condiciones del laboratorio y factores
cosmofiacutesicos Lo anterior sin mencionar que el propio cientiacutefico es un biosistema y por lo
tanto un generador de UPE (ultraweak photon emission) medible como indican estudios
desde 2005 a 2009 [13] [14] [15] [16] [17]
que puede inintencionadamente influir en el proceso
experimental durante la manipulacioacuten de las muestras
La cuestioacuten primordial es ldquoiquestpor queacute deberiacutea importarnos si las ceacutelulas interactuacutean viacutea
CEMrdquo si la existencia de la comunicacioacuten celular a distancia resultara ser cierta tendriacutea un
impacto sustancial sobre la comprensioacuten de la biologiacutea y la investigacioacuten bioloacutegica Dominar
e influir el sistema de sentildeales a distancia en los biosistemas podriacutea abrir un completo
horizonte nuevo en nuestra aproximacioacuten a la biologiacutea y sus aplicaciones en biologiacutea y
medicina podriacutean ser asombrosas [10]
Simulaciones Los campos eleacutectrico y magneacutetico que interaccionan con el cuerpo debidos a
una fuente proacutexima pueden causar dos tipos de efectos bioloacutegicos teacutermicos y no teacutermicos
Los efectos del campo magneacutetico variacutean con la frecuencia y son probablemente maacutes
importantes en tejidos bioloacutegicos con pequentildeas cantidades de magnetita de tamantildeo
nanomeacutetrico
En la figura 10 se presenta una simulacioacuten robotizada del efecto bioloacutegico de la telefoniacutea
moacutevil sobre un modelado de cuerpo humano Simplificando el modelado del cuerpo de un
animal como un dieleacutectrico con peacuterdidas la cantidad de energiacutea absorbida es funcioacuten de la
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longitud de onda de la radiacioacuten recibida
Para un cuerpo humano de altura 175 metros
y peso 70 Kgs la maacutexima absorcioacuten se
produce aproximadamente a unos 70 MHz
En contraste para un ratoacuten de 55 cms de
largo y 15 gramos de peso la frecuencia de
resonancia es de 25 GHz aproximadamente [9]
La frecuencia de resonancia ademaacutes de la
eficiencia de acoplo del campo al cuerpo
depende de la orientacioacuten de la dimensioacuten
maacutes larga del cuerpo con la direccioacuten de
polarizacioacuten del campo electromagneacutetico En
general el maacuteximo acoplo se produce cuando
esa dimensioacuten es paralela a la direccioacuten en la
que vibra el campo eleacutectrico
Figura 10 Simulacioacuten robotizada de efecto
bioloacutegico de telefoniacutea moacutevil Universidad
Politeacutecnica de Cartagena
Por estas dependencias se ha introducido el concepto de SAR y tener asiacute una normalizacioacuten
Asiacute por ejemplo a la frecuencia de resonancia de 77 MHz un modelo humano en forma de
esferoide tendriacutea una SAR de 0022 WKg por cada vatiom2 de potencia incidente mientras
que un modelo de ratoacuten con frecuencia de resonancia 25 GHz tendriacutea un SAR de 012 WKg
para la misma densidad de potencia
Otra dependencia esencial para ver la dificultad en la absorcioacuten de energiacutea electromagneacutetica
es la dependencia de la conductividad eleacutectrica con la frecuencia
Por otro lado ademaacutes de todas estas dependencias es necesario apuntar otra que indica que
la distribucioacuten de energiacutea interna absorbida tambieacuten depende de la longitud de onda y de las
propiedades dieleacutectricas del medio En ciertas condiciones se pueden excitar modos
complejos en el cuerpo debido a muacuteltiples reflexiones que provocan la aparicioacuten de una onda
estacionaria y dando lugar a distribuciones no uniformes de energiacutea conocidos como ldquopuntos
calientesrdquo o ldquohot spotsrdquo
Simulaciones con implantes A pesar de que las simulaciones simplifiquen la realidad
pueden aportar resultados uacutetiles En 2012 Adamos Kyriakou y colaboradores [11]
publicaron
los resultados de una investigacioacuten acerca de si las personas con dispositivos meacutedicos
implantados estaacuten protegidas seguacuten las guiacuteas de seguridad de CEM actuales en un rango de
10 a 100 MHz realizando simulaciones de los propios dispositivos implantados y
concluyeron que estas personas no estaacuten intriacutensecamente protegidas y necesitan especial
consideracioacuten en las guiacuteas de seguridad
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3 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS
ELECTROMAGNEacuteTICOS
A continuacioacuten se describiraacuten con maacutes detalle algunos de los bioefectos y sus mecanismos
descritos seguacuten el rango de frecuencia que dividiremos en ionizantes radiofrecuencia y
microondas (RFMW) y en baja frecuencia
El efecto maacutes evidente de la energiacutea electromagneacutetica es el calentamiento de los tejidos En
consecuencia los liacutemites recomendados de exposicioacuten a campos de radiofrecuencia y de
microondas se establecen con el fin de prevenir los efectos sobre la salud ocasionados por el
calentamiento localizado o de todo el organismo El cumplimiento de las directrices asegura
que los efectos de calentamiento son suficientemente pequentildeos para que no sean
perjudiciales
31 EFECTOS DE LA RADIACIOacuteN IONIZANTE
Los fotones de los rayos X y gamma interactuacutean con la materia y causan ionizacioacuten de al
menos tres maneras diferentes
Efecto fotoeleacutectrico Es la interaccioacuten de un fotoacuten que incide sobre los electrones de
un aacutetomo [8]
representado en la figura 11 El fotoacuten cede toda su energiacutea a un electroacuten y
desaparece totalmente desprendieacutendose el electroacuten (llamado fotoelectroacuten) del aacutetomo Se
realiza en las capas electroacutenicas interiores (k l m y n) y el fotoelectroacuten resulta con una
Energiacutea cineacutetica Ec = h υ Ee
donde h es la constante de Plank υ es la frecuencia de la radiacioacuten incidente y Ee es la
energiacutea de enlace de la capa donde se originoacute
Figura 11 Efecto fotoeleacutectrico
Efecto Compton Los fotones de energiacutea intermedia interactuacutean fundamentalmente
mediante el efecto Compton [8]
en virtud del cual el fotoacuten y un electroacuten colisionan
esencialmente como partiacuteculas El fotoacuten continuacutea su trayectoria en una nueva direccioacuten
con su energiacutea disminuida mientras que el electroacuten liberado parte con el resto de la
energiacutea entrante (menos la energiacutea de unioacuten del electroacuten al aacutetomo o a la moleacutecula) como
se representa en la figura 12
En este proceso la energiacutea interactuacutea con un electroacuten orbital del aacutetomo como si eacuteste fuera
un electroacuten libre debido a que la energiacutea de enlace del electroacuten es mucho menor que la
energiacutea del fotoacuten incidente El electroacuten recibe parte de la energiacutea del fotoacuten y es emitido en
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un aacutengulo α en tanto que el fotoacuten con energiacutea reducida es dispersado con un aacutengulo ndashα
Figura 12 Efecto Compton
Produccioacuten de pares La produccioacuten de pares soacutelo es posible con fotones cuya energiacutea
sea superior a 102 MeV Sin embargo cerca este valor el efecto Compton predomina
todaviacutea La produccioacuten de pares [8]
predomina con energiacuteas maacutes altas Tal como se
representa en la figura 13 el fotoacuten desaparece y en su lugar aparece una pareja electroacuten-
positroacuten (este fenoacutemeno soacutelo ocurre en la proximidad de un nuacutecleo por consideraciones
de conservacioacuten del momento cineacutetico y de la energiacutea) La energiacutea cineacutetica total del par
electroacuten-positroacuten es igual a la energiacutea del fotoacuten menos la suma de las energiacuteas de la masa
residual de electroacuten y positroacuten (102 MeV)
Figura 13 Produccioacuten de pares
Tras su descubrimiento por Roentgen en 1895 los rayos X fueron introducidos con tanta
rapidez para el diagnoacutestico y tratamiento de las enfermedades que casi en seguida
comenzaron a encontrarse lesiones debidas a exposicioacuten excesiva a la radiacioacuten entre los
primeros radioacutelogos que todaviacutea no eran conscientes de sus riesgos Las primeras lesiones
fueron sobre todo reacciones cutaacuteneas en las manos de quienes trabajaban con los primeros
equipos de radiologiacutea pero ya en el primer decenio se habiacutean comunicado otros tipos de
lesioacuten incluidos los primeros caacutenceres atribuidos a la radiacioacuten
En el curso del siglo transcurrido desde estos primeros hallazgos el estudio de los efectos
bioloacutegicos de la radiacioacuten ionizante ha recibido un impulso permanente como consecuencia
del uso cada vez mayor de la radiacioacuten en medicina ciencia e industria asiacute como de las
aplicaciones paciacuteficas y militares de la energiacutea atoacutemica
El resultado es que los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten se han investigado maacutes a fondo que
los de praacutecticamente cualquier otro agente ambiental El desarrollo de los conocimientos
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sobre los efectos de la radiacioacuten ha determinado el perfeccionamiento de medidas para
proteger la salud humana contra muchos otros peligros medioambientales ademaacutes de la
radiacioacuten
Naturaleza y mecanismos de los efectos bioloacutegicos de la radiacioacuten [8]
Deposicioacuten de energiacutea A diferencia de otras formas de radiacioacuten la radiacioacuten
ionizante es capaz de depositar suficiente energiacutea localizada para arrancar electrones de
los aacutetomos con los que interactuacutea Asiacute cuando la radiacioacuten colisiona al azar con aacutetomos y
moleacuteculas al atravesar ceacutelulas vivas da lugar a iones y radicales libres que rompen los
enlaces quiacutemicos y provoca otros cambios moleculares que dantildean las ceacutelulas afectadas
La distribucioacuten espacial de los fenoacutemenos ionizantes depende del factor de ponderacioacuten
radioloacutegica (wR) de la radiacioacuten
Efectos sobre el ADN Cualquier moleacutecula de la ceacutelula puede ser alterada por la
radiacioacuten pero el ADN es el blanco bioloacutegico maacutes criacutetico debido a la redundancia
limitada de la informacioacuten geneacutetica que contiene Una dosis absorbida de radiacioacuten de 2
Gray (Gy) podriacutea originar centenares de lesiones en sus moleacuteculas de ADN e incluso la
muerte celular La mayoriacutea de lesiones son reparables pero las producidas por una
radiacioacuten ionizante concentrada (por ejemplo un protoacuten o una partiacutecula alfa) son en
general menos reparables que las generadas por una radiacioacuten ionizante dispersa (por
ejemplo un rayo X o un rayo gamma) Por lo tanto las radiaciones ionizantes
concentradas (alta TLE) tienen por lo comuacuten un mayor efecto bioloacutegico relativo (EBR)
que las radiaciones ionizantes dispersas (baja TLE) en casi todas las formas de lesioacuten
Cabe en este punto las definiciones de Gray (Gy) y Sievert (Sv) Gray es la medida de la
dosis absorbida por la materia radiada a razoacuten de 1 julio por Kg mientras que Sievert es
la medida de la dosis eficaz o equivalente que es 1 Gy multiplicado por un factor de
ponderacioacuten consustancial a cada radiacioacuten (fotones protones electrones neutrones
partiacuteculas alfa iones pesados) y oacutergano (goacutenadas meacutedula oacutesea pulmoacuten estoacutemago
hiacutegado piel hellip) [12]
Efectos sobre los genes El dantildeo del ADN que queda sin reparar o es mal reparado puede
manifestarse en forma de mutaciones cuya frecuencia parece aumentar como una funcioacuten
lineal de la dosis El hecho de que la tasa de mutaciones parezca ser proporcional a la
dosis se considera indicativo de que una sola partiacutecula ionizante que atraviese el ADN es
suficiente en principio para causar una mutacioacuten En las viacutectimas del accidente de
Chernoacutebil la relacioacuten dosis-respuesta de las mutaciones de la glicoforina de ceacutelulas de la
meacutedula oacutesea es muy similar a la observada en supervivientes de la bomba atoacutemica
Efectos sobre los cromosomas Las lesiones por radiacioacuten del aparato geneacutetico pueden
causar tambieacuten cambios en el nuacutemero y la estructura de los cromosomas modificaciones
cuya frecuencia se ha observado que aumenta con la dosis en trabajadores expuestos en
supervivientes de la bomba atoacutemica y en otras personas expuestas a la radiacioacuten ionizante
La relacioacuten dosis-respuesta para las aberraciones cromosoacutemicas en linfocitos de sangre
humana se ha determinado con bastante exactitud de manera que la frecuencia de
aberraciones en esas ceacutelulas puede servir de dosiacutemetro bioloacutegico uacutetil
Efectos sobre la supervivencia celular Entre las reacciones maacutes tempranas a la
irradiacioacuten figura la inhibicioacuten de la divisioacuten celular que aparece en seguida tras la
exposicioacuten aunque su grado y duracioacuten variacutean con la dosis Si bien la inhibicioacuten de la
mitosis es caracteriacutesticamente pasajera la lesioacuten radioloacutegica de genes y cromosomas
puede ser letal para las ceacutelulas en divisioacuten que en conjunto son muy sensibles a la
radiacioacuten
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Medida en teacuterminos de capacidad de proliferacioacuten la supervivencia de las ceacutelulas en
divisioacuten tiende a disminuir exponencialmente con el aumento de la dosis de manera que
1-2 Gy bastan por lo general para reducir la poblacioacuten superviviente en alrededor del
50
Efectos sobre los tejidos Las ceacutelulas maduras que no estaacuten en divisioacuten son relativamente
radiorresistentes pero las que se dividen dentro de un tejido son radiosensibles por lo que
la irradiacioacuten intensiva puede matar un nuacutemero suficiente para que el tejido se atrofie
La rapidez de esta atrofia depende de la dinaacutemica de la poblacioacuten celular dentro del tejido
afectado es decir en oacuterganos caracterizados por un recambio celular lento como el
hiacutegado y el endotelio vascular el proceso es tiacutepicamente mucho maacutes lento que en oacuterganos
caracterizados por un recambio celular raacutepido como la meacutedula oacutesea la epidermis y la
mucosa intestinal
Por otra parte conviene subrayar que si el volumen de tejido irradiado es lo bastante
pequentildeo o si la dosis se acumula con la lentitud suficiente la gravedad de la lesioacuten puede
reducirse notablemente por la proliferacioacuten compensatoria de las ceacutelulas supervivientes
Efectos agudos Como
muestra la tabla 6 los
efectos agudos de la
radiacioacuten se deben sobre
todo a la deplecioacuten
(disminucioacuten de liacutequidos)
de ceacutelulas progenitoras en
los tejidos afectados y soacutelo
pueden inducirse por dosis
lo bastante grandes para
matar muchas de estas
ceacutelulas
Tabla 6 Dosis umbral aguda y efectos bioloacutegicos
Por este motivo tales efectos se consideran de naturaleza no estocaacutestica o determinista
en contraste con los efectos mutaacutegenos y canceriacutegenos de la radiacioacuten que se consideran
fenoacutemenos estocaacutesticos resultantes de alteraciones moleculares aleatorias en ceacutelulas
individuales que aumentan como funciones lineales sin umbral de la dosis Las lesiones
agudas de los tipos que predominaban en los primeros trabajadores expuestos y en los
pacientes tratados inicialmente con radioterapia han desaparecido praacutecticamente gracias a
las mejoras introducidas en las precauciones de seguridad y en los meacutetodos de
tratamiento Sin embargo la mayoriacutea de los pacientes tratados con radiacioacuten en la
actualidad experimentan tambieacuten alguna lesioacuten del tejido normal irradiado
Ademaacutes siguen ocurriendo accidentes radioloacutegicos graves Por ejemplo entre 1945 y
1987 se informoacute de unos 285 accidentes en reactores nucleares ocurridos en diversos
paiacuteses en los que resultaron irradiadas maacutes de 1350 personas 33 de ellas con resultado
mortal El accidente de Chernoacutebil por siacute solo liberoacute material radiactivo suficiente para
exigir la evacuacioacuten de decenas de millares de personas y animales domeacutesticos del aacuterea
circundante y originoacute enfermedades radioloacutegicas y quemaduras en maacutes de 200 personas
entre componentes de equipos de emergencia y bomberos de las que 31 fallecieron
Los efectos a largo plazo del material radiactivo liberado sobre la salud no pueden
predecirse con certeza pero las estimaciones de los riesgos resultantes de efectos
canceriacutegenos basadas en modelos de incidencia de dosis sin umbral suponen que pueden
producirse hasta 30000 muertes adicionales por caacutencer en la poblacioacuten del hemisferio
norte durante los 70 proacuteximos antildeos a consecuencia del accidente aunque es probable que
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los casos adicionales de caacutencer en cualquier paiacutes sean demasiado escasos para permitir su
deteccioacuten epidemioloacutegica
Menos catastroacuteficos pero mucho maacutes numerosos que los accidentes de reactores han sido
los accidentes en que han intervenido fuentes de rayo gamma meacutedicas e industriales que
tambieacuten han sido causa de lesiones y peacuterdida de vidas Por ejemplo la eliminacioacuten
inadecuada de una fuente de radioterapia de cesio 137 en Goiacircnia Brasil en 1987 originoacute
la irradiacioacuten de docenas de viacutectimas cuatro de las cuales murieron
Las reacciones agudas de los tejidos maacutes radiosensibles son de intereacutes general por lo que se
describen brevemente en las secciones siguientes
Piel Las ceacutelulas de la capa germinal de la epidermis son muy sensibles a la radiacioacuten En
consecuencia la raacutepida exposicioacuten de la piel a una dosis de 6 Sievert (Sv) o maacutes provoca
eritema (enrojecimiento) de la zona expuesta que aparece dentro del primer diacutea suele
durar unas cuantas horas y va seguido al cabo de dos a cuatro semanas de una o maacutes
oleadas de un eritema maacutes profundo y prolongado asiacute como de depilacioacuten (peacuterdida de
pelo) Si la dosis supera los 10 a 20 Sv en dos o cuatro semanas pueden surgir ampollas
necrosis y ulceracioacuten seguidas de fibrosis de la dermis y los vasos subyacentes que
pueden desembocar en atrofia y una segunda oleada de ulceracioacuten meses o antildeos despueacutes
El factor de ponderacioacuten de la piel es de 1Sv = (001 Fr) Gr siendo Fr el factor de
ponderacioacuten del tipo de radiacioacuten
Meacutedula oacutesea y tejido linfoide Los linfocitos tambieacuten son muy radiosensibles una dosis
de 2 a 3 Sv irradiada en poco tiempo a todo el cuerpo puede destruir un nuacutemero suficiente
de ellos para que disminuya el recuento de linfocitos perifeacutericos y la respuesta inmunitaria
se deteriore en pocas horas Las ceacutelulas hematopoyeacuteticas de la meacutedula oacutesea tienen una
sensibilidad similar a la radiacioacuten y su deplecioacuten con una dosis comparable es suficiente
para causar granulocitopenia y trombocitopenia en las tres a cinco semanas siguientes Si
la dosis es mayor estas disminuciones del recuento de granulocitos y plaquetas pueden
ser lo bastante graves para originar hemorragia o una infeccioacuten mortal El factor de
ponderacioacuten de la meacutedula oacutesea es 012
Intestino Las ceacutelulas progenitoras del epitelio que reviste el intestino delgado tambieacuten
tienen extraordinaria sensibilidad a la radiacioacuten La exposicioacuten aguda a 10 Sv disminuye
su nuacutemero en grado suficiente para causar la denudacioacuten de las vellosidades intestinales
suprayacentes en unos diacuteas La denudacioacuten de una superficie grande de la mucosa puede
dar lugar a un siacutendrome fulminante similar a la disenteriacutea que causa raacutepidamente la
muerte El factor de ponderacioacuten por defecto para los oacuterganos es 005
Goacutenadas Los espermatozoides maduros pueden sobrevivir a dosis grandes (100 Sv)
pero los espermatogonios son tan radiosensibles que una dosis de soacutelo 015 Sv aplicada
raacutepidamente a ambos testiacuteculos basta para causar oligospermia y una dosis de 2 a 4 Sv
puede provocar esterilidad permanente Tambieacuten los ovocitos son radiosensibles Una
dosis raacutepida de 15 a 20 Sv aplicada a ambos ovarios origina esterilidad temporal y una
dosis mayor esterilidad permanente en funcioacuten de la edad de la mujer en el momento de
la exposicioacuten El factor de ponderacioacuten de las goacutenadas es 020
Aparato respiratorio El pulmoacuten no es muy radiosensible pero la exposicioacuten raacutepida a
una dosis de 6 a 10 Sv puede hacer que en la zona expuesta se desarrolle neumoniacutea aguda
en el plazo de uno a tres meses Si se afecta un volumen grande de tejido pulmonar el
proceso puede originar insuficiencia respiratoria al cabo de unas semanas o conducir a
fibrosis pulmonar en meses o antildeos despueacutes El factor de ponderacioacuten de los pulmones es
012
Cristalino del ojo Las ceacutelulas del epitelio anterior del cristalino que continuacutean
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dividieacutendose toda la vida son relativamente radiosensibles El resultado es que una
exposicioacuten raacutepida del cristalino a una dosis superior a 1 Sv puede generar en unos meses
la formacioacuten de una opacidad polar posterior microscoacutepica y 2 a 3 Sv recibidos en una
sola exposicioacuten breve (o la exposicioacuten a 55 a 14 Sv acumulada a lo largo de meses)
pueden producir cataratas que dificulten la visioacuten
Otros tejidos En comparacioacuten con los tejidos ya mencionados la sensibilidad de otros
tejidos del cuerpo a la radiacioacuten es en general bastante inferior aunque el embrioacuten
constituye una notable excepcioacuten Conviene destacar que la radiosensibilidad de cualquier
tejido aumenta cuando se encuentra en estado de crecimiento raacutepido
Lesioacuten radioloacutegica de todo el cuerpo La exposicioacuten raacutepida de una parte importante del
cuerpo a una dosis superior a 1 Gy puede producir el siacutendrome de radiacioacuten agudo que
comprende
(1) Fase inicial prodroacutemica malestar general anorexia naacuteuseas y voacutemitos
(2) Periacuteodo latente
(3) Fase principal de enfermedad La fase principal de la enfermedad adopta por lo
general una de las formas siguientes seguacuten la localizacioacuten predominante de la lesioacuten
radioloacutegica hematoloacutegica gastrointestinal cerebral o pulmonar
(4) Recuperacioacuten o muerte
Lesioacuten radioloacutegica localizada A diferencia de las manifestaciones cliacutenicas de la lesioacuten
radioloacutegica aguda de todo el cuerpo que suelen ser dramaacuteticas e inmediatas la reaccioacuten a
la irradiacioacuten muy localizada tanto si procede de una fuente de radiacioacuten externa como de
un radionucleido depositado en el interior del cuerpo
tiende a evolucionar con
lentitud y a producir
pocos siacutentomas o signos
a menos que el volumen
de tejido irradiado yo la
dosis sean relativamente
grandes como muestra
la tabla 7
Tabla 7 Lesiones radioloacutegicas seguacuten la dosis absorbida
32 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE RADIO FRECUENCIA Y
MICROONDAS
En cuanto a los efectos bioloacutegicos de la RFMW se han desarrollado un nuacutemero significativo
de estudios que exploran la posible relacioacuten entre la exposicioacuten a la radiacioacuten de campos
RFMW y las enfermedades incluyendo el caacutencer Sin embargo todaviacutea deberaacute de pasar un
tiempo hasta que se tengan los resultados finales de la mayoriacutea de los estudios
Baacutesicamente existen tres tipos de efectos bioloacutegicos a estas frecuencias efectos de nivel alto
(teacutermicos) de nivel medio (ateacutermicos) y de nivel bajo (no teacutermicos)
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Los efectos teacutermicos [8]
son los que causan un
aumento de la temperatura debido a la energiacutea absorbida de un campo electromagneacutetico Si la
termorregulacioacuten no interviene se habla de efecto ateacutermico
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321 Efectos Teacutermicos
La fuerza producida por un campo eleacutectrico sobre un cuerpo cargado tales como los iones
moacuteviles del cuerpo produce que eacutestos se muevan y la resistencia a ese movimiento hace que
el cuerpo se caliente El aumento de temperatura se compensa por la termorregulacioacuten
conducida por el flujo de la sangre La relacioacuten entre el aumento de temperatura y la SAR es
muy complicada debido principalmente a lo complicado de modelar la influencia del flujo de
sangre sobre la transferencia de calor
Un resultado obvio de la radiacioacuten de RFMW es el calentamiento del cuerpo humano a pesar
de sus procesos propios de termorregulacioacuten Estos efectos son conocidos desde las primeras
investigaciones en efectos terapeacuteuticos realizadas por los ldquopadresrdquo del electromagnetismo en
el siglo XIX Los efectos teacutermicos tienen implicaciones significativas en la salud humana y
estaacuten relacionados con las corrientes inducidas El calentamiento es la interaccioacuten primordial
de los campos de RFMW especialmente a frecuencias por encima de 1MHz Por debajo el
efecto dominante es el de las corrientes inducidas
Los efectos teacutermicos se pueden definir como una deposicioacuten de energiacutea mayor que la
capacidad termorregulatoria del cuerpo humano Si una persona se calienta por alguna fuente
externa a una razoacuten maacutes elevada puede ocurrir un dantildeo teacutermico Los efectos teacutermicos estaacuten
fuertemente influidos por la temperatura ambiente y la humedad relativa El calor inducido
en el cuerpo aumenta con la masa del cuerpo al menos para animales pequentildeos
El cuerpo humano intenta regular su temperatura debido a un aumento teacutermico a traveacutes de la
respiracioacuten y el intercambio de calor viacutea flujo sanguiacuteneo Las partes del cuerpo que tienen
menos riego sanguiacuteneo son las maacutes afectadas por los efectos teacutermicos debido a que la
termorregulacioacuten tiene una menor capacidad de accioacuten
Los sistemas bioloacutegicos alteran su funcionamiento debido al cambio de temperatura
Temperaturas elevadas tienen efectos como cataratas incremento de la presioacuten arterial
veacutertigo y mareos debilidad desorientacioacuten o naacuteuseas Efectos teacutermicos adversos tales
como cataratas y quemaduras en la piel se producen con exposiciones a campos de
RFMW con densidades de potencia muy altas y por encima de 1000 Wm2 Estos valores
no se encuentran nunca cerca de fuentes de RFMW convencionales aunque siacute pueden
existir cerca de transmisores de alta potencia tales como radares militares
Efectos geneacuteticos Los agentes que pueden dantildear el ADN de las ceacutelulas se dice que tienen
un potencial carcinoacutegeno y se llaman genotoxinas o que tienen actividad genotoacutexica
El concepto de dantildeo de ADN como base para la formacioacuten del caacutencer estaacute puesto en tela
de juicio por la evidencia de que el caacutencer puede provenir de factores que no actuacutean
directamente sobre el ADN
Si los campos de RFMW no son directamente mutageacutenicos existe siempre la cuestioacuten de
si pueden incrementar el desarrollo de ceacutelulas malignas o alterar otros procesos que
produzcan cambios en el material geneacutetico Relacionado con esto estaacute la preocupacioacuten
acerca de los efectos sobre la salud a exposiciones prolongadas a campos de RFMW de
bajo nivel
Los investigadores creen que los cambios geneacuteticos soacutelo se producen en presencia de un
aumento sustancial de la temperatura observaciones que estaacuten en total acuerdo con la
interpretacioacuten de que la energiacutea de RFMW no causa dantildeo directo en el ADN debido a la
poca energiacutea asociada a sus fotones
Estudios en ceacutelulas (in vitro) Aunque la radiacioacuten no ionizante no puede dantildear el
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ADN de la misma forma que lo hace la ionizante es probable que la exposicioacuten a
campos de RFMW pueda producir alguna alteracioacuten en procesos celulares lo que
indirectamente puede afectar a la estructura de ADN Por tanto los estudios en ceacutelulas
(in vitro) son esenciales para interpretar los resultados experimentales Sin embargo la
criacutetica a estos estudios se basa en el hecho de indicar dantildeos en el ADN y ademaacutes en
que los estudios en su gran mayoriacutea no han sido replicados Son multitud los estudios
celulares unos mostrando efectos y otros no Probablemente el maacutes famoso fue el
realizado por Lai y Singh en 1995 [18]
en la Universidad de Washington en Seattle con
frecuencias de 245 GHz (las de los hornos de microondas) y con valores de SAR de
12 Wkg vieron efectos en las ceacutelulas del cerebro de ratas Eso produjo una gran
controversia en las compantildeiacuteas de telefoniacutea moacutevil (la frecuencia de los moacuteviles de
tercera generacioacuten la famosa UMTS estaacute en torno a esa frecuencia y las de GSM
cercanas) y preocupacioacuten entre los usuarios pues pareciacutea que se encontraba una
conexioacuten con datos ciertamente sin comprobar entre los teleacutefonos moacuteviles y el caacutencer
de cerebro Sin embargo no parece haber otros estudios que respalden estos resultados
Estudios en animales (in vivo) Tambieacuten se han realizado estudios en animales en los
que es maacutes difiacutecil de controlar los paraacutemetros pero pueden dar una mejor valoracioacuten de
las posibles consecuencias De nuevo existe controversia entre diferentes estudios
Como resumen de los estudios geneacuteticos podemos decir que los estudios experimentales
especialmente los celulares sobre exposicioacuten a campos de RFMW no han dado indicios
de evidencia genotoacutexica a menos que la potencia incidente fuera suficiente para causar
dantildeos teacutermicos Por otro lado hay muy pocos resultados positivos sobre efectos geneacuteticos
de radiacioacuten de RFMW de baja intensidad de entre los que algunos resultados no han
sido replicados o bien no han sido confirmados cuando han sido replicados por otros
autores
Proliferacioacuten celular La perturbacioacuten del ciclo normal celular es un posible signo de
crecimiento incontrolado de ceacutelulas cancerosas Se han descrito incrementos soacutelo en el
caso en que haya calentamiento e incluso otros estudios no encontraron estos
incrementos
322 Efectos Ateacutermicos y No Teacutermicos
La radiacioacuten electromagneacutetica puede producir efectos no teacutermicos
[8] En general pueden
surgir cambios detectables soacutelo si el efecto del campo eleacutectrico con el medio bioloacutegico
expuesto a un campo electromagneacutetico no estaacute enmascarado por el ruido teacutermico
El ruido teacutermico es un movimiento aleatorio debido a la energiacutea teacutermica que todos los
cuerpos tienen al poseer una temperatura por encima del cero absoluto (-273ordmC o 0 Kelvin)
Fueacute identificado por Jonson en 1928 Es debido al movimiento aleatorio de los electrones
originado por su energiacutea teacutermica Este movimiento da lugar a una corriente aleatoria y debido
a ella en bornes de una resistencia aparece una tensioacuten de ruido Vn El valor medio de la
tensioacuten de ruido es siempre nulo pero no su valor eficaz La energiacutea producida por un campo
de radiofrecuencia en general es menor que el ruido teacutermico bioloacutegico[8]
y por tanto su efecto
no teacutermico quedariacutea completamente enmascarado
Polarizacioacuten celular Un mecanismo no teacutermico proviene de las moleacuteculas que se polarizan
con el campo eleacutectrico pudiendo producirse atracciones eleacutectricas entre ellas como se vioacute
anteriormente Otro mecanismo no teacutermico estaacute asociado al movimiento de corriente a traveacutes
de las membranas que tienen un comportamiento fuertemente no lineal es decir cuando se
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aplica una tensioacuten a una membrana la corriente no es proporcional a ella pudiendo afectar a
las funciones de la membrana
Frecuencias resonantes Es posible que ciertos tejidos bioloacutegicos reaccionen muy
sensiblemente a ciertas frecuencias resonantes y se deberiacutean estudiar estas situaciones En cuanto a los efectos de la radiacioacuten de nivel bajo y medio
[8] se trata de ver si estos niveles
de potencia pueden causar cambios bioloacutegicos dantildeinos en ausencia de un aumento
demostrable de la temperatura Sobre este aspecto existe alguna controversia Todos estos
efectos se producen con valores de SAR inferiores a 2Wkg
Se han descrito muchos en la literatura pero baacutesicamente casi todos hablan de efectos
neuronales morfoloacutegicos actividad neurotransmisora y de las enzimas concentracioacuten de
iones y efectos sobre el metabolismo Sobre este tema existe todaviacutea mucha discrepancia
entre los investigadores Algunos consideran probados estos efectos y otros consideran que
no estaacute probada de ninguna manera la conexioacuten entre los efectos no teacutermicos dantildeinos y la
radiacioacuten de bajo nivel
Telefoniacutea moacutevil Respecto a la aplicacioacuten de los resultados obtenidos sobre los efectos de la
RFMW correspondiente a la telefoniacutea moacutevil hay que tener una enorme precaucioacuten Parece
claro que no existe en la actualidad una gran cantidad de datos que permitan concluir si la
exposicioacuten a campos de RFMW durante el uso normal de un teleacutefono moacutevil puede producir
o no efectos nocivos sobre la salud Puesto que paraacutemetros de la RFMW tales como
frecuencia intensidad duracioacuten modulacioacuten forma de onda etc son esenciales para
determinar la respuesta bioloacutegica es necesario investigar mucho maacutes en la interaccioacuten de
tales paraacutemetros con la respuesta de la sentildeal de un moacutevil en condiciones normales
Algunos investigadores dan por cientiacuteficamente probados los efectos bioloacutegicos no teacutermicos
de campos de RFMW de niveles intermedios y bajos Otros investigadores sin embargo no
confirman la opinioacuten anterior asegurando que esos resultados son meramente especulativos
afirmando que haya o no conexioacuten entre los efectos y la exposicioacuten a campos de RFMW
eacutestos soacutelo se producen a niveles mucho mayores de los que se encuentran en aplicaciones de
telecomunicaciones
Los diferentes organismos encargados de elaborar los liacutemites a la exposicioacuten de CEM no han
tenido hasta ahora en cuenta la proteccioacuten frente a efectos no teacutermicos y ateacutermicos debido a
la poca evidencia cientiacutefica que existe en este aspecto
Los efectos no teacutermicos tambieacuten dependen fuertemente de factores de propagacioacuten de la onda
electromagneacutetica como la modulacioacuten y la frecuencia En la mayoriacutea de los casos los
mecanismos de los efectos no se conocen todaviacutea Es importante conocer coacutemo se propaga la
energiacutea de RFMW a traveacutes de un cuerpo bioloacutegico Y coacutemo se distribuye la energiacutea
electromagneacutetica por el cuerpo y coacutemo se dispersa por el cuerpo especialmente si el aumento
de temperatura no es medible por ser muy pequentildeo
A continuacioacuten se indicaraacuten algunos efectos maacutes significativos relacionados en la literatura
sobre el tema pero deben ser entendidos con bastante cautela
Sistema nervioso Una revisioacuten de la literatura sobre efectos de campos de RFMW de
niveles intermedios y bajos muestran que la exposicioacuten a niveles de SAR bajos (siempre
menores que 2Wkg) bajo ciertas condiciones pueden afectar al sistema nervioso
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incluyendo efectos morfoloacutegicos electrofisioloacutegicos en la actividad neurotransmisora y
en el metabolismo
Sistema inmunoloacutegico Tambieacuten se han descrito efectos sobre el sistema inmunoloacutegico
sobre la morfologiacutea de los genes y los cromosomas concentracioacuten de iones morfologiacutea
celular etc Algunos de estos efectos nombrados han sido refutados por otros autores por
lo que la situacioacuten al respecto no es clara
Enzimas Se estima que la RFMW modulada de bajo nivel puede afectar la actividad
intracelular de las enzimas Algunos estudios han detectado evidencias de cambios en esta
actividad
Hormonas La influencia de los campos de RFMW pueden influir sobre la concentracioacuten
de hormonas en la sangre
Funciones de la membrana Las ceacutelulas poseen un voltaje a traveacutes de sus membranas y
utilizan iones de calcio para muchos de los procesos de regulacioacuten en las ceacutelulas Una
alteracioacuten del campo eleacutectrico sobre la superficie de las ceacutelulas cambia la eficiencia de su
comportamiento Algunos estudios han encontrado cambios en la concentracioacuten de iones
de calcio lo que se relaciona con las alteraciones en el funcionamiento de la membrana
Catalizador de caacutencer en animales Como la exposicioacuten a campos de RFMW no se
considera causante directo de carcinogeacutenesis la investigacioacuten se centra maacutes bien en sus
posibles efectos catalizadores de ayuda a la proliferacioacuten de caacutencer
Para hacernos una idea de coacutemo son estos estudios y que caracteriacutesticas tienen podemos
nombrar el realizado en la Universidad de Washington un centenar de ratas se expusieron
a radiacioacuten de RFMW de 245 GHz modulada por una sentildeal de 800 Hz durante 25 meses
215 horas al diacutea y con una SAR aproximada en los animales de 04 Wkg Las ratas
expuestas tuvieron un aumento significativo de tumores malignos respecto al grupo de
control [19]
Tambieacuten existe un conjunto de estudios realizados sobre animales tratados con
carcinoacutegenos quiacutemicos Observemos que todos los estudios someten a los animales a
radiaciones extremadamente prolongadas
Otros estudios Los estudios se han centrado en efectos sobre la morfologiacutea del cerebro
(soacutelo se han encontrado efectos a intensidades altas) sobre la morfologiacutea del ojo y sobre
cambios en el comportamiento
o Aprendizaje espacial y memoria Como ejemplo en 2004 Jean-Christophe Cassel
Brigitte Cosquer Rodrigue Galani y Niels Kuster [20]
experimentaron que una
exposicioacuten corporal completa realizada a ratas a 245 GHz no afectaba en absoluto sus
capacidades de aprendizaje espacial y memoria mediante lo que se conoce como
laberinto de brazo radial
o Memoria a corto plazo Sin embargo una investigacioacuten posterior (2010) realizada por
MP Ntzouni A Stamatakis F Stylianopoulou y LH Margaritis sobre los efectos de
la radiacioacuten de los moacuteviles en la memoria a corto plazo de los ratones [21]
indica que si
bien en exposiciones agudas no se detectan efectos cuando la exposicioacuten es croacutenica
afecta de forma significativa a su memoria a corto plazo
o Ondas cerebrales de personas Un estudio [22]
realizado por Jose Luis Relova Sonia
Pertega Jose Antonio Vilar Elena Lopez-Martin Manuel Peleteiro y Francisco Ares-
Pena en 2010 sobre la exposicioacuten del cerebro a la radicacioacuten de los moacuteviles sugiere
que los campos electromagneacuteticos pueden modular la actividad de las redes
neuronales asiacute como que los pacientes epileacutepticos pueden ser especialmente sensibles
a la radiacioacuten electromagneacutetica En concreto en primer lugar se ratifica que la
exposicioacuten a CEM de los moacuteviles incrementa en todos los individuos (epileacutepticos y no
epileacutepticos) la actividad en frecuencia alfa (relacionado con la velocidad de procesado
de la informacioacuten y la capacidad cognitiva) pues este punto ha sido ya estudiado por
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otros autores Y en segundo lugar se detecta ademaacutes para los pacientes epileacutepticos un
incremento de la actividad de ondas beta y gamma (implicadas en la coordinacioacuten
subyacente de los procesos neuronales de percepcioacuten cognitivos y de atencioacuten) o Barrera Hematoencefaacutelica (sistema fisioloacutegico que separa el cerebro de la meacutedula
espinal de vital importancia para la salud ya que cualquier interrupcioacuten o trastorno de
este sistema puede tener graves consecuencias) En una revisioacuten de estudios [23]
realizada por Anne Perrin Celine Cretallaz Alice Collin Christine Amourette y
Catherine Yardin en 2010 enfocada sobre 16 artiacuteculos de 2005 a 2009 [24] [25] [26] [27] [28]
[29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] de los cuales 3 fueron in vitro 11 in vivo y 2 en
personas se detectoacute una calidad metodoloacutegica muy heterogeacutenea En detalle y aparte su
metodologiacutea los estudios aportaron pruebas no convincentes del efecto de la
exposicioacuten a bajos niveles de radiofrecuencia sobre la integridad de la barrera
hematoencefaacutelica (BBB) Ademaacutes algunos estudios con metodologiacutea correcta sugeriacutean
que no habiacutea efectos para un SAR de maacutes de 6 WKg en incluso de 20 WKg para
exposiciones agudas
33 EFECTOS DE LOS CAMPOS DE BAJAS FRECUENCIAS
Los campos electromagneacuteticos de frecuencia baja (ELF) inducen corrientes en el organismo
pero tambieacuten las pueden generar diversas reacciones bioquiacutemicas del propio organismo Las
ceacutelulas o tejidos no podraacuten detectar ninguna corriente inducida por debajo de este nivel de
generacioacuten propio En consecuencia a frecuencias bajas las directrices aseguran que las
corrientes inducidas por los campos electromagneacuteticos son menores que las corrientes
naturales del organismo
Recordemos que la electricidad es la fuente de energiacutea maacutes comuacuten en el mundo debido a la
facilidad con que se genera y se transmite allaacute donde se necesita Desde el principio del siglo
XX la industria basada en la electricidad y sus tecnologiacuteas relacionadas han sido una parte
fundamental de nuestra sociedad Debido a que la electricidad es usada universalmente y
juega un papel esencial en la economiacutea y desarrollo de las naciones la posibilidad de que los
campos eleacutectrico y magneacutetico sean perjudiciales para los trabajadores y consumidores es una
materia que merece especial atencioacuten y estudio
Durante mucho tiempo los investigadores han intentado diversas teoriacuteas de interaccioacuten de
frecuencias de ELF Aunque la radiacioacuten de ELF no puede romper debido a su baja energiacutea
ninguacuten enlace quiacutemico por deacutebil que sea existen mecanismos de interaccioacuten bien definidos [9]
que muestran la interaccioacuten con los tejidos bioloacutegicos sin necesidad de romper enlace
alguno
Los campos eleacutectricos pueden crear fuerzas sobre moleacuteculas cargadas o neutras o sobre
sistemas celulares dentro de sistemas vivos Estas fuerzas pueden causar movimiento de
partiacuteculas cargadas o inducir tensiones entre las membranas celulares
Los campos magneacuteticos tambieacuten pueden producir fuerzas sobre estructuras celulares pero
como la mayoriacutea de los medios bioloacutegicos son no magneacuteticos estas fuerzas son muy
pequentildeas
Ademaacutes los campos magneacuteticos pueden producir campos eleacutectricos en el interior de los
cuerpos
Aunque los campos eleacutectrico y magneacutetico ocurren juntos la mayoriacutea de los estudios
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uacutenicamente se centran en los efectos del campo magneacutetico El argumento es que el campo
magneacutetico es muy difiacutecil de apantallar y penetra mucho maacutes faacutecilmente en los edificios y en
el cuerpo humano que el campo eleacutectrico
Campo interno y externo acoplo Existen diversos mecanismos de interaccioacuten propuestos
en la literatura Pero antes es necesario entender la relacioacuten entre el campo fuera y en el
interior de un sistema bioloacutegico (acoplo) que depende fuertemente de la frecuencia
El campo eleacutectrico en el interior de un tejido bioloacutegico es mucho menor que fuera
habitualmente en varios oacuterdenes de magnitud Eso significa que por ejemplo el cuerpo
humano es un buen apantallamiento del campo eleacutectrico es decir no lo deja ldquopasarrdquo
Consideacuterese el caso de un cuerpo humano bajo exposicioacuten a un campo de ELF
eleacutectricamente el acoplo es muy pequentildeo por ejemplo un campo eleacutectrico externo de 1
KVm (1000 Vm) puede inducir un campo interno de 1mVm (que es 10-3
Vm) lo que
significa una reduccioacuten de 1 milloacuten Este valor de campo eleacutectrico es el tiacutepico bajo una
liacutenea de alta tensioacuten Ademaacutes este campo eleacutectrico crea una corriente de conduccioacuten en el
interior del cuerpo unos cuantos oacuterdenes de magnitud inferior a las corrientes creadas
naturalmente por el corazoacuten nervios o muacutesculos
Sin embargo los tejidos bioloacutegicos son medios no magneacuteticos lo que significa que el
campo magneacutetico externo es praacutecticamente el mismo que en el interior La mayor parte
del debate sobre liacutemites aceptables sobre campos de ELF estaacute expresado en teacuterminos del
campo magneacutetico
Se han propuesto diferentes mecanismos de interaccioacuten con el campo electromagneacutetico pero
no todos estaacuten suficientemente bien establecidos Fundamentalmente los mecanismos
propuestos son corrientes eleacutectricas inducidas efectos directos sobre materiales bioloacutegicos
magneacuteticos y efectos sobre radicales libres
Corrientes inducidas por el campo magneacutetico En el rango de ELF un material bioloacutegico
es un medio conductor Debido a sus caracteriacutesticas morfoloacutegicas las ceacutelulas presentan por
debajo de 100 Hz un comportamiento baacutesicamente resistivo y muy poco inductivo Un
posible mecanismo de interaccioacuten del campo electromagneacutetico con sistemas vivos que se ha
propuesto teoacutericamente es la habilidad del campo magneacutetico para estimular corrientes
circulares (eddy currents) en las membranas de las ceacutelulas y en los fluidos de los tejidos que
circulan en un bucle cerrado que descansa en un plano perpendicular a la direccioacuten del
campo magneacutetico Esta corriente se puede calcular usando las ecuaciones de Faraday y
Laplace sin necesidad de resolver las ecuaciones de Maxwell Por tanto en el interior de un
medio bioloacutegico se inducen corrientes y campos eleacutectricos debido al campo magneacutetico
La obtencioacuten de estas corrientes es complicada y soacutelo puede hacerse a traveacutes de simulaciones
numeacutericas Soacutelo en supuestos sencillos es decir modelando el cuerpo como un medio
homogeacuteneo la corriente puede obtenerse de forma analiacutetica
Asiacute la densidad de corriente en un camino circular alrededor de un campo magneacutetico
sinusoidal se puede obtener de la ley de Faraday y resulta ser
J = π σ r B f A m2
siendo σ la conductividad en Sm r el radio del lazo o bucle B la induccioacuten magneacutetica en
Teslas y f la frecuencia en Hz
Xi y Stuchly en 1994 [40]
hicieron caacutelculos basados en modelos anatoacutemicos humanos
eleacutectricamente refinados y obtuvieron densidades de corrientes de 2mAm2
para campos de
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100μT a 60 Hz A frecuencias por encima de 100 KHz las corrientes inducidas producen
calentamiento del sistema bioloacutegico expuesto En el rango de las ELF el calentamiento de
tejidos no es problema pero si la corriente inducida es muy grande hay riesgo de estimular
ceacutelulas eleacutectricamente excitables como las neuronas A frecuencias menores de
aproximadamente 100 KHz las corrientes necesarias para calentar sistemas bioloacutegicos son
mayores que las corrientes necesarias para excitar neuronas y otras ceacutelulas eleacutectricamente
excitables
Sustancias biomagneacuteticas Todos los organismos vivos estaacuten compuestos esencialmente de
compuestos orgaacutenicos diamagneacuteticos pero tambieacuten estaacuten presentes algunas moleacuteculas
paramagneacuteticas (por ejemplo el oxiacutegeno O2) y microestructuras y estructuras
ferromagneacuteticas (hemoglobina magnetita) Estas microestructuras se comportan como
pequentildeos imanes que estaacuten influenciados por campos externos que modifican su contenido
de energiacutea y se encuentran en bacterias y otros elementos bioloacutegicos pequentildeos
El cerebro humano [2]
contiene estos elementos que responden al campo magneacutetico aplicado
orientaacutendose con eacutel y creando alguacuten efecto bioloacutegico Los campos de ELF pueden crear
efectos bioloacutegicos actuando como se ha descrito pero para ello se necesitan campos
magneacuteticos muy grandes de al menos 2 a 5 μT
Radicales libres Los radicales libres son aacutetomos o moleacuteculas con al menos un electroacuten
desapareado Estos electrones son muy inestables y peligrosos porque normalmente los
electrones vienen en pares Estos electrones hacen que los radicales libres choquen con otras
moleacuteculas a las que pueden arrancar electrones lo que causa que cambie su estructura
pudieacutendolas convertir a su vez en radicales libres que puede ademaacutes prolongarse como una
reaccioacuten en cadena Los radicales libres son muy reactivos y existen durante cortos periacuteodos
de tiempo (tiacutepicamente menor que 1 ns) pero su efecto es extremo pues puede dantildear la
cadena de ADN
Los campos magneacuteticos estaacuteticos pueden influir en la respuesta de reacciones quiacutemicas entre
pares de radicales libres Puesto que el periacuteodo de vida de los radicales libres es muy
pequentildeo y los campos de ELF tienen un periacuteodo muy alto baacutesicamente actuacutean para estos
casos como los campos estaacuteticos
Campos magneacuteticos con intensidades menores que 50μT no producen efectos bioloacutegicos
significativos en radicales libres esto si no se tiene en cuenta las sustancias biomagneacuteticas
pues cualquier efecto se antildeadiriacutea al campo geoestacionario que variacutea entre 30 y 70 μT
Membrana celular y enlace quiacutemico El campo eleacutectrico de baja frecuencia puede excitar
la membrana celular causando efectos nocivos A frecuencias de liacuteneas de alta tensioacuten el
valor liacutemite de la densidad de corriente para producir efectos nocivos es de alrededor de 10
mAm2 que se corresponde con un valor del campo eleacutectrico en los tejidos de 100 Vm
Muchos cientiacuteficos opinan que la membrana celular juega un papel esencial en los
mecanismos de interaccioacuten ente el campo electromagneacutetico y los tejidos bioloacutegicos El
mecanismo teoacuterico propuesto por los cientiacuteficos concluye que las ceacutelulas son estructuras bio-
electroquiacutemicas que interactuacutean con su entorno de varias formas entre las que se incluyen
interacciones mecaacutenicas teacutermicas quiacutemicas bioquiacutemicas y eleacutectricas El Dr William Ross [41][42][43]
(Universidad de California) asegura que los iones especialmente los iones de calcio
podriacutean jugar un papel similar al de un enlace quiacutemico entre el campo electromagneacutetico y los
procesos de la vida
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Como conclusioacuten de los tres mecanismos biofiacutesicos nombrados (corrientes inducidas efectos
directos sobre los materiales bioloacutegicos magneacuteticos y efectos sobre radicales libres) podemos
decir que para que haya efectos nocivos notables es necesario intensidades de campo
electromagneacutetico importantes y en cualquier caso mucho mayores de las que habitualmente
existen en nuestro entorno Sin embargo para entender los efectos bio-electro-quiacutemicos se
necesita conocer maacutes sobre coacutemo el campo de ELF afecta a los procesos de la vida Los
investigadores creen que hay que hacer una clara distincioacuten entre esos tres bioefectos y el
proceso de efectos bio-electro-quiacutemicos de manera que el efecto de campos ELF deacutebiles hay
que encontrarlo fuera del aacutembito de la fiacutesica convencional
Estudios sobre ELF y caacutencer En la literatura sobre bioefectos de campos de ELF existen
estudios sobre diferentes efectos sobre la salud sin embargo al que maacutes atencioacuten se le ha
prestado es a su posible relacioacuten con la induccioacuten del caacutencer [9]
Mecanismos del caacutencer El caacutencer es un teacutermino que describe al menos 200 enfermedades
diferentes todas ellas con la caracteriacutestica comuacuten de un crecimiento incontrolado de las
ceacutelulas
El caacutencer es un caso de mitosis incontrolada en el que las ceacutelulas se dividen de forma
incontrolada y crecen fuera de todo control Esencialmente el caacutencer es por tanto un
desorden geneacutetico a nivel celular siendo un fallo en las propias ceacutelulas maacutes que en el cuerpo
entero Las causas de muchos caacutenceres son desconocidas y son muchos los factores de
influencia en el riesgo de contraer caacutencer Cada uno de los factores de riesgo conocidos tales
como el tabaco alcohol radiacioacuten ionizante y otros contribuyen a tipos de caacutencer
especiacuteficos El riesgo de caacutencer estaacute relacionado con muchas causas
El riesgo con amianto estaacute relacionado con la longitud y dureza de las fibras
El riesgo con partiacuteculas en el aire estaacute relacionado con su tamantildeo y su propensioacuten para
fijarse en los pulmones
La luz visible rompe enlaces en los procesos de fotosiacutentesis aunque ello no parece
relacionado con el caacutencer
La radiacioacuten de origen solar como la radiacioacuten ultravioleta UV (especialmente la UVB)
estaacute asociada con el riesgo de contraer caacutencer de piel y melanoma maligno
Sin embargo ya sabemos que la energiacutea de un fotoacuten de campos de baja frecuencia es
insuficiente para romper enlaces quiacutemicos En general los caacutenceres potencialmente
asociados a exposicioacuten a campo electromagneacutetico son leucemia y tumores de pecho y
cerebrales
Carcinogeacutenesis La transformacioacuten de ceacutelulas sanas en ceacutelulas malignas es un proceso
complejo que incluye al menos tres etapas distintas debidas a deformaciones en el material
geneacutetico de las ceacutelulas El proceso global se denomina modelo de carcinogeacutenesis multietapa
El caacutencer humano es el resultado de la acumulacioacuten de varios cambios geneacuteticos y
epigeneacuteticos en una poblacioacuten de ceacutelulas dada y se inicia por un dantildeo en la cadena de
ADN Al agente que causa tal efecto se le llama genotoxina Es altamente improbable que
un simple dantildeo geneacutetico en las ceacutelulas cause caacutencer Para ello se necesita una serie de
dantildeos geneacuteticos La genotoxina puede afectar a maacutes de un tipo de ceacutelulas y por tanto
causar maacutes de un tipo de caacutencer Un agente epigeneacutetico es algo que incrementa la
probabilidad de causar caacutencer por un agente genotoacutexico No existen ensayos estaacutendares
para la actividad epigeneacutetica y por tanto no hay una manera faacutecil de predecir si una agente
presenta tal actividad
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Los efectos genotoacutexicos de campos de ELF han sido ampliamente estudiados No se ha
confirmado ninguacuten cambio celular significativo baja exposiciones a campos de ELF con
niveles usuales Los estudios muestran que los campos de ELF no causan ni dantildeo en el
ADN ni aberraciones cromosoacutemicas ni mutaciones ni transformaciones en las ceacutelulas ni
formacioacuten de micronuacutecleos ni efectos mutageacutenicos a niveles comparables a los que existen
en el ambiente habitual Soacutelo unos pocos estudios han comunicado genotoxicidad de
estudios experimentales en animales pero la mayoriacutea no han reproducido fielmente las
condiciones ambientales o no han sido replicados
Otros estudios han indicado que los campos de ELF podriacutean tener alguna actividad
epigeneacutetica Los mayores inconvenientes de los resultados provenientes de los estudios
experimentales es que la mayoriacutea de ellos no han sido replicados y su repeticioacuten por otros
autores es la uacutenica manera de comprobacioacuten de los resultados Por otro lado los resultados
necesitan estar apoyados en mecanismos confirmados lo que claramente no estaacute todaviacutea
disponible
La conclusioacuten final de un gran nuacutemero de estudios [9]
en este campo es que exposiciones a
campo eleacutectrico y magneacutetico con intensidades menores a 01mT no producen ninguacuten cambio
celular significativo tales como actividad genotoacutexica o epigeneacutetica Sin embargo unos pocos
estudios siacute han encontrado evidencia de actividad epigeneacutetica Tambieacuten para campos
superiores a 01 mT pueden existir efectos nocivos
Hipoacutetesis de la melatonina [9]
Una posible interaccioacuten bajo investigacioacuten es que la
exposicioacuten a campos de ELF suprime la produccioacuten de melatonina que es una hormona
producida por la glaacutendula pineal localizada en una zona profunda del cerebro La melatonina
se produce principalmente por la noche y se libera mediante el flujo sanguiacuteneo a traveacutes del
cuerpo
La melatonina llega a casi todas las ceacutelulas del cuerpo humano destruyendo los radicales
libres ademaacutes de regular a otras actividades como los ciclos menstruales femeninos el ritmo
cardiacuteaco el suentildeo el estado de aacutenimo y la geneacutetica La secrecioacuten de melatonina decrece con
la edad siendo maacutexima en la nintildeez y su produccioacuten es esencial para el sistema inmunoloacutegico
protegiendo al cuerpo de infecciones y de las ceacutelulas cancerosas Si el nivel de melatonina
decrece diversos tipos de caacutenceres pueden proliferar
Como se veraacute a continuacioacuten algunos estudios han concluido que los ELF pueden tener
alguacuten efecto relevante en el caacutencer a traveacutes de una serie de subprocesos Maacutes concretamente
los CEM reduciriacutean la melatonina lo que puede producir efectos geneacuteticos que provocariacutean
ceacutelulas cancerosas defectos inmunoloacutegicos crecimiento anormal y finalmente caacutencer
Es conocido que la melatonina se ve afectada por la luz [9]
Por ejemplo las mujeres ciegas
tiacutepicamente tienen maacutes nivel de melatonina que las videntes y la incidencia del caacutencer de
mama es mucho menor Otras frecuencias de la energiacutea electromagneacutetica diferente a la del
visible pueden tambieacuten tener influencia en la generacioacuten de melatonina El intereacutes baacutesico en
la melatonina de muchos cientiacuteficos es que podriacutea servir de base para explicar algunos
estudios epidemioloacutegicos
Diversos laboratorios han encontrado reduccioacuten de melatonina en ceacutelulas animales y
personas expuestos a campos de ELF siendo un efecto que depende fuertemente del periacuteodo
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de exposicioacuten y de la intensidad del campo
En 1995 Selmaoui y colaboradores [44]
realizaron un estudio con ratones expuestos a
campos de 50 Hz con intensidades de 1 10 y 100 μTeslas durante 12 horas o durante 30
diacuteas durante 18 horas al diacutea Se observoacute un decrecimiento en la melatonina para los
ratones expuestos 30 diacuteas (un 40 de reduccioacuten) y en los expuestos 12 horas a 100μT (un
20 de reduccioacuten) Para un 1μT no se observoacute reduccioacuten en ninguacuten caso
Seguacuten Michael H Repacholi (World Health Organization 1998) en 1987 Stevens [45]
propuso una relacioacuten entre la exposicioacuten a campos ELF (5060 Hz) y la carcinogeacutenesis a
traveacutes de la accioacuten del campo sobre la secrecioacuten de melatonina Se reportoacute una inhibicioacuten
de la secrecioacuten de melatonina y un descenso de la actividad de las enzimas involucradas
en el metabolismo de la melatonina con exposicioacuten a ELF o campos magneacuteticos estaacuteticos
alternados raacutepidamente
Pero tambieacuten existen estudios en los que no se ha encontrado esa reduccioacuten
En 1995 Rogers y sus colaboradores [46]
sometieron a monos a campos eleacutectricos de 60
kVm y magneacuteticos de 50μT o de 30 kVm y 100μT de 60 Hz durante 12 horas al diacutea y 6
semanas No encontraron ninguna evidencia de reduccioacuten en la melatonina
Graham y colaboradores en 2000 [47]
no encontraron efectos entre hombres joacutevenes
voluntarios expuestos a campos de 60 Hz de 283μT
Ninguacuten estudio ha determinado los efectos en el metabolismo de la melatonina provocados
por niveles bajos de corriente continua o campos de RF de amplitud modulada Estos efectos
deberiacutean investigarse
Los posibles efectos sobre diferentes actividades del cuerpo se resumen a continuacioacuten [9]
Material geneacutetico Mucha de la investigacioacuten en efectos bioloacutegicos de los CEM se ha
dedicado a encontrar si la exposicioacuten a campos de ELF puede dantildear el ADN o inducir
mutaciones en eacutel Generalmente se cree que la energiacutea asociada con campos de ELF no es
suficiente para causar un dantildeo directo en el ADN sin embargo debe entenderse que pueden
ser posibles efectos indirectos que cambien los procesos en las ceacutelulas que puedan producir
un dantildeo en el ADN Por otro lado campos de ELF con intensidades muy superiores a las
habituales en el ambiente pueden producir cambios en la siacutentesis del ADN cambiar la
distribucioacuten molecular o inducir aberraciones cromosoacutemicas Sin nombrar ninguacuten estudio en
particular en general los cambios mutageacutenicos soacutelo se observan a intensidad de campo
magneacutetico alta
Transporte de calcio El fenoacutemeno de liberacioacuten de iones de calcio Ca++
de las ceacutelulas por
exposicioacuten de campos de ELF es conocido especialmente en el cerebro y las ceacutelulas
linfaacuteticas Niveles elevados de Ca++ se han encontrado con niveles tanto bajos como altos de
campo en cultivos celulares y animales El exceso de Ca++
puede causar perturbaciones en la
actividad hormonal Sin embargo muchos cientiacuteficos no estiman tan importante el papel del
Ca++
en el caacutencer y la leucemia aunque se conoce que las ceacutelulas segregan iones de calcio a
las ceacutelulas circundantes como un mensaje para bloquear el desarrollo celular
Seguacuten R Glaser M Michalsky y R Schramek(1998) [48]
a partir de 400 pruebas no hay
efectos claros para esta actividad para campos magneacuteticos superiores pico a pico a 26 mT y
frecuencias de 45Hz a 12kHz ni para campos eleacutectricos superiores a 150 Vm a frecuencias
de 15 45 100 y 500 Hz y 1 2 5 y 10 Kz existiendo importantes desviaciones estadiacutesticas
de resultados a frecuencias de 45 740 y 1040 Hz
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Actividad de las enzimas Existen estudios [9]
sobre la influencia de los campos de ELF
sobre las enzimas
Hormonas Muchos estudios [9]
han demostrado los efectos sobre las hormonas de campos
de ELF
Sistema inmunoloacutegico El sistema inmunoloacutegico no parece que se vea alterado por campos
de ELF de niveles bajos
Comunicacioacuten intercelular Las interacciones intercelulares juegan un papel primordial en
el desarrollo del sistema nervioso de todos los organismos Las sentildeales quiacutemicas y eleacutectricas
a traveacutes de las membranas son las responsables de las comunicaciones intercelulares Los
campos de ELF pueden cambiar las propiedades de la membrana de las ceacutelulas modificar las
funciones celulares e interferir en la transferencia de informacioacuten intercelular
Efectos no cancerosos Los efectos no cancerosos del campo de ELF en estudios in vitro no
son tan numerosos como los anteriores Se han estudiado efectos sobre la divisioacuten y
crecimiento celular para campos del orden de unos pocos Vm o deacutecimas de mT
Tambieacuten se han estudiado efectos asociados con la exposicioacuten de embriones a campos de
ELF La importancia de estos estudios es que se han realizado conjuntamente en seis
laboratorios de cuatro paiacuteses Con campos de 100 Hz y sentildeales pulsadas (de corta duracioacuten)
se encontroacute un 6 de incremento en el nuacutemero de embriones anormales
Estudios sobre caacutencer en animales
No existe ninguna evidencia en ninguacuten estudio de que campos de ELF de baja intensidad
puedan causar caacutencer en animales
Existe un estudio [9]
sobre animales tratados con un iniciador quiacutemico que ha encontrado
un gran nuacutemero de tumores en ellos cuando son sometidos a campos magneacuteticos de
intensidades medias
Otros estudios en roedores sometidos a campos de ELF con valores de campo magneacutetico
de 100μT mostraron crecimiento en los tumores de mama pero no una mayor incidencia
en su presencia
Basaacutendonos en los estudios realizados es posible concluir que no hay una evidente conexioacuten
que ligue la exposicioacuten a campos de ELF con niveles del orden de los que existen en el
ambiente habitual con el caacutencer en animales Para campos magneacuteticos altos se ha visto en
ciertos estudios una relacioacuten positiva en la incidencia sobre el caacutencer
Otros estudios en animales [9]
Sobre la incidencia de campos de ELF en animales
estudiando sus efectos sobre enfermedades no cancerosas existen tambieacuten muchos estudios
Se han realizado estudios en ratas y ratones midiendo la influencia de campos de ELF en su
presioacuten sanguiacutenea actividad funcional y celular y resistencia del sistema inmunoloacutegico El
valor del campo magneacutetico era de 2 200 y 1000μT a 60Hz y la exposicioacuten era continua No
se encontraron efectos significativos No hay una evidencia de que la exposicioacuten a campos
de ELF cause cambios en los animales Algunos estudios han indicado algunos cambios en
el comportamiento social de monos pero la recomendacioacuten en este sentido es continuar con
los estudios
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Estudios en humanos Los efectos de campos de ELF podriacutean ser estudiados en humanos
con seguridad y con efectividad sobre voluntarios a pesar de las limitaciones en la duracioacuten
de la exposicioacuten y los tipos de pruebas que se les puedan hacer Estos estudios se centran en
los efectos que pueden ocurrir durante un tiempo que va de unos minutos a algunas semanas
Estudios maacutes extensos en el tiempo son muy difiacuteciles si no imposibles por la dificultad de
controlar la exposicioacuten
La seleccioacuten de mecanismos fisioloacutegicos para analizar estaacute tambieacuten limitada a aquellos que
se puedan medir por meacutetodos no invasivos o miacutenimamente invasivos Por otro lado estos
estudios tienen ciertas ventajas pues se centran directamente en la especie ldquocorrectardquo
evitando extrapolacioacuten de resultados obtenidos de otras especies
Los estudios con humanos voluntarios pueden ayudar a definir dosimetriacutea y tipos de
respuesta a los resultados dados por los estudios epidemioloacutegicos y podriacutean guiar aacutereas de
investigacioacuten en animales en los que hubiera que recurrir a meacutetodos y mecanismos maacutes
invasivos
Es conocido que muchas personas han dado a conocer diferentes efectos sobre la salud
debidos a exposiciones de campos de ELF tales como dolores de cabeza cambios
cardiovasculares cambios en el comportamiento confusioacuten depresioacuten dificultad en la
concentracioacuten perturbaciones del suentildeo malas digestiones etc Las fuentes esenciales en
este campos son las encuestas a las personas que viven cerca de fuentes potenciales de
campos de ELF pruebas de laboratorio y datos epidemioloacutegicos
Efectos en el comportamiento El sistema nervioso central es un lugar de potencial
interaccioacuten con los campos de ELF debido a la sensibilidad eleacutectrica de sus tejidos El
sistema nervioso central estaacute compuesto de nervios perifeacutericos la meacutedula espinal y el
cerebro y su labor es controlar la transferencia de informacioacuten entre los organismos y el
entorno y tambieacuten controla los procesos internos La posibilidad de que los campos de
ELF afecten al sistema nervioso central y en especial al cerebro causando efectos
adversos en el comportamiento y las capacidades cognitivas ha sido una preocupacioacuten
constante en los diferentes estudios No hay resultados concluyentes
Efectos en el sistema cardiovascular El corazoacuten es un oacutergano bioeleacutectrico El
electrocardiograma es el diagnoacutestico esencial de los cardioacutelogos para determinar la
condicioacuten del corazoacuten Densidades de corriente alrededor de 01 mAm2 pueden estimular
tejidos mientras que corrientes de 1 Am2 interfieren con la accioacuten del corazoacuten causando
fibrilacioacuten ventricular [9]
Sensibilidad eleacutectrica La sensibilidad eleacutectrica tambieacuten conocida como
hipersensibilidad electromagneacutetica o electrosensibilidad es un desorden neuroloacutegico con
siacutentomas de tipo aleacutergico que estaacute relacionado con los CEM Algunos individuos se
muestran maacutes sensibles a ciertas frecuencias reaccionando cuando se encuentran en las
proximidades de fuentes electromagneacuteticas Los siacutentomas de la electrosensibilidad pueden
incluir dolores de cabeza irritacioacuten en los ojos nauseas irritaciones en la piel debilidad
fatiga peacuterdida de concentracioacuten dificultad de respirar trastornos del suentildeo etc Algunos
autores consideran que este siacutendrome es puramente psicosomaacutetico [9]
Shocks y microshocks Un mecanismo de interaccioacuten ente los campos de ELF y los
tejidos vivos es la estimulacioacuten directa de ceacutelulas y membranas Esto prueba la capacidad
del cuerpo humano para percibir corrientes eleacutectricas que con toda probabilidad puedan
producir shocks o microshocks dependiendo de la intensidad de la corriente Por
microshock se entiende arritmias cardiacuteacas producidas por corrientes de baja intensidad
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que pasan a traveacutes del corazoacuten El teacutermino shock se utiliza para describir todos los dantildeos
importantes de la corriente eleacutectrica que pueden causar peacuterdida de conciencia y graves
quemaduras o a perder la vida Shocks ocurren maacutes frecuentemente en personas que tocan
un objeto conductor grande como un motor cuando no estaacute aislado de tierra Se estima [9]
que el umbral para la densidad de corriente para la estimulacioacuten de ceacutelulas excitables es
de 1 mAm2 A frecuencias de ELF esto se corresponde con un campo eleacutectrico en el
interior del cuerpo de 100 Vm El campo eleacutectrico necesario para producir un shock es
comparable con el que se necesita para producir calor El valor miacutenimo para el shock se
incrementa con la frecuencia Por tanto a bajas frecuencias el shock es el dantildeo liacutemite y a
frecuencias grandes el calentamiento y las quemaduras pueden ocurrir a intensidades de
campo bajas antes de dar lugar a un shock
Como cierre de este apartado se reproduce la conclusioacuten de un artiacuteculo [49]
que revisa los
efectos de los CEM
ldquoSe han llevado a cabo un gran nuacutemero de estudios experimentales y epidemioloacutegicos para
dilucidar efectos asociados a la exposicioacuten de las personas a CEM de ELF y RF No hay
evidencia convincente de que se dantildee el ADN No obstante muchos estudios han aportado
pruebas de que los CEM de relativamente baja intensidad son capaces de interactuar con
muchas moleacuteculas ceacutelulas y procesos sisteacutemicos asociados a la carcinogeacutenesis mutageacutenesis
y teratogeacutenesis No estaacute claro coacutemo estos estudios se interpretaraacuten en teacuterminos de riesgos
para la salud puacuteblica Uno de los principales problemas es la ausencia de un mecanismo de
interaccioacuten biofiacutesico de aceptacioacuten general que pueda explicar los efectos bioloacutegicos
reportados sin violar los principios fiacutesicos baacutesicos Ademaacutes se han dado casos de intentos
de reproducir algunos de los hallazgos clave en laboratorios que no han tenido eacutexito Las
dificultades en reproducir los experimentos de CEM pueden ser debidos en parte al hecho
de que no se hayan reproducido tambieacuten de forma exacta todos los detalles del experimento
No obstante estas dificultades de repetitividad podriacutean indicar que los posibles efectos de
los CEM son sutiles ya que los efectos fuertes no seriacutean sensibles a pequentildeas variaciones en
los detalles de los experimentos Pero la sutileza de los efectos no necesariamente significa
que sean insignificantes Debido al gran nuacutemero de personas expuestas incluso efectos
sutiles pueden resultar importantes para la salud puacuteblicardquo (J Juutilainene S Lang 1997)
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4 MEacuteTODOS DE COMPENSACIOacuteN DE CALENTAMIENTO
Como se puede comprobar los efectos teacutermicos ya conocidos [50]
de las radiaciones de campos
electromagneacuteticos artificiales no se recogen normalmente entre las causas probables de
ganancia de calor ni de fiebre Ello es debido a que las directrices y normativas que regulan la
exposicioacuten a CEM para la poblacioacuten general velan por que esto no suceda a pesar de la
posibilidad de que ocurran accidentes
Todas las valoraciones de efectos no teacutermicos (no asiacute los ateacutermicos) pasan por alto el
fenoacutemeno de la termorregulacioacuten
Termorregulacioacuten La termorregulacioacuten es la capacidad del cuerpo para regular su
temperatura Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura
La temperatura normal del cuerpo de una persona variacutea dependiendo de su sexo actividad
reciente consumo de alimentos y liacutequidos hora del diacutea y en las mujeres de la fase del ciclo
menstrual en la que se encuentren La temperatura corporal normal de acuerdo con la
Asociacioacuten Meacutedica Americana (American Medical Association) puede oscilar entre 365 y
372 degC El cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37ordmC mientras que la temperatura
cutaacutenea es de 335ordmC
La temperatura con que la sangre llega al hipotaacutelamo seraacute el principal determinante de la
respuesta corporal a los cambios climaacuteticos ya que el hipotaacutelamo es el centro integrador que
funciona como termostato y mantiene el equilibrio entre la produccioacuten y la peacuterdida de calor Si
la temperatura disminuye aumenta la termogeacutenesis y los mecanismos conservadores del calor
El mantenimiento de la temperatura corporal ademaacutes depende del calor producido por la
actividad metaboacutelica y el perdido por los mecanismos corporales asiacute como de las condiciones
ambientales La termogeacutenesis o generacioacuten de la temperatura se realiza por dos viacuteas
Raacutepida termogeacutenesis fiacutesica producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo
sanguiacuteneo perifeacuterico
Lenta termogeacutenesis quiacutemica de origen hormonal y movilizacioacuten de sustratos procedentes
del metabolismo celular
41 MECANISMOS DE PEacuteRDIDA Y GANANCIA DE CALOR
411 Mecanismos de Peacuterdida de Calor
El cuerpo siempre estaacute perdiendo calor ya sea por factores ambientales o por procesos
bioloacutegicos externos o internos Una vez producido el calor es transferido y repartido a los
distintos oacuterganos y sistemas [50]
Mecanismos externos
Conveccioacuten Asiacute se pierde el 12 del calor Ocurre en todo fluido hace que el aire
caliente ascienda y sea reemplazado por aire maacutes friacuteo La ropa disminuye la peacuterdida Si
existe una corriente de aire (viento o ventilador mecaacutenico) se produce una convencioacuten
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forzada y la trasferencia es mayor Si no hay aire maacutes fresco para hacer el reemplazo el
proceso se detiene Esto sucede por ejemplo en una habitacioacuten pequentildea con muchas
personas
Radiacioacuten emitida Como todo cuerpo con temperatura mayor que 265 degC los seres
vivos tambieacuten irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagneacuteticas Es el
proceso en que maacutes se pierde calor el 60 [50]
La radiacioacuten es la propagacioacuten de energiacutea
a traveacutes del espacio vaciacuteo sin requerir presencia de materia Asiacute es como el Sol que estaacute
mucho maacutes caliente que los planetas y el espacio de alrededor nos trasmite su energiacutea y
nos transmite su calor
Conduccioacuten En este proceso se pierde el 3 del calor si el medio circundante es aire a
temperatura normal Es la transferencia de calor por contacto con el aire la ropa el agua
u otros objetos (una silla por ejemplo) Si la temperatura del medio circundante es
inferior a la del cuerpo la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (peacuterdida) si no la
transferencia se invierte (ganancia) Si el medio circundante es agua la transferencia
aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisioacuten teacutermica del agua es
mayor que el del aire
Evaporacioacuten Peacuterdida del 22 del calor corporal mediante el sudor debido a que el
agua tiene un elevado calor especiacutefico y para evaporarse necesita absorber calor y lo
toma del cuerpo el cual se enfriacutea Una corriente de aire que reemplace el aire huacutemedo por
el aire seco aumenta la evaporacioacuten La evaporacioacuten de agua en el organismo se produce
por los siguientes mecanismos
o Evaporacioacuten insensible o perspiracioacuten se realiza en todo momento y a traveacutes de los
poros de la piel siempre que la humedad del aire sea inferior al 100 Tambieacuten se
pierde agua a traveacutes de las viacuteas respiratorias
o Evaporacioacuten superficial formacioacuten del sudor por parte de las glaacutendulas sudoriacuteparas
que estaacuten distribuidas por todo el cuerpo pero especialmente en la frente palmas de
manos pies zona axilar y puacutebica
Cuando la temperatura ambiental excede a la corporal el calor se gana por el
metabolismo radiacioacuten conveccioacuten y conduccioacuten y solo se pierde por la evaporacioacuten
asociada al sudor El grado de humedad del aire influye en la peacuterdida de calor por
sudoracioacuten ya que cuanto mayor sea la humedad del medio ambiente menor cantidad de
calor podraacute eliminarse por este mecanismo
La adaptacioacuten del organismo a temperaturas extremas es fundamental en los deportes en los
que se requiere un trabajo continuo (carreras de fondo ciclismo carreras de esquiacute natacioacuten
de aguas abiertas) Es necesario un conocimiento detallado sobre la influencia que ejercen el
calor y el friacuteo en el organismo del deportista sobre todo durante la ejecucioacuten de cargas de
entrenamiento y de competicioacuten de gran magnitud asiacute como nociones acerca de los
mecanismos y de las viacuteas de suministro utilizables para conseguir una eficaz adaptacioacuten
individual a temperaturas altas y bajas
La aclimatacioacuten del organismo del deportista a los cambios de temperatura del medio
ambiente estaacute orientada baacutesicamente a la disipacioacuten de calor cuando la temperatura es alta y
a mantener el calor si la temperatura es baja Del total de energiacutea generada por el organismo
de una persona entre un 60 y un 80 se transforma en calor que va al medio y el resto
entre 20 y 40 se transforma en energiacutea uacutetil para el trabajo
Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel la conservacioacuten del balance
teacutermico no supone ninguacuten problema para el organismo de la persona ya que la peacuterdida de
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calor se facilita por la suma de la conveccioacuten y la radiacioacuten siendo las peacuterdidas por
conduccioacuten marginales
En el ejercicio la intensidad de trabajo determina una mayor produccioacuten de calor y esta
carga de calor es tan grande que este mecanismo aunque es el primero en activarse no
alcanza para eliminar el calor circulante que la sangre lleva hasta la piel En estas
condiciones el uacutenico medio del que dispone el cuerpo para liberarse del calor es la
evaporacioacuten Para ello se activan las glaacutendulas sudoriacuteparas que seraacuten las encargadas de
eliminar el calor por medio del sudor Por lo tanto la evaporacioacuten es la forma maacutes eficaz que
el organismo tiene para disipar el calor durante el ejercicio y la posibilidad de realizar este
trabajo de termorregulacioacuten con eficacia es crucial para el deportista
Mecanismos internos (controlados por el organismo) Pueden ser voluntarios (sacarse ropa o
desabrigarse ndashcorteza cerebral- o involuntarios Estos uacuteltimos son
Sudoracioacuten Cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva se enviacutea informacioacuten al
aacuterea preoacuteptica ubicada en el cerebro por delante del hipotaacutelamo Eacuteste desencadena la
produccioacuten de sudor El cuerpo humano puede perder hasta 15 litros de sudor por hora
Transpiracioacuten insensible Cada persona en promedio pierde 800 ml de agua
diariamente Eacutesta proviene de las ceacutelulas e impregna la ropa que adquiere el olor
caracteriacutestico
Vasodilatacioacuten Cuando la temperatura corporal aumenta los vasos perifeacutericos se dilatan
y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel para enfriarse Por eso despueacutes de un
ejercicio la piel se enrojece ya que estaacute maacutes irrigada
Termoacutelisis para controlar la temperatura nuestro organismo utiliza mecanismos fiacutesicos
de disipacioacuten cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado Estos mecanismos pueden
tener control fisioloacutegico o no tales como la orina heces aire expirado e ingesta de
alimentos friacuteos con los que podemos reducir la temperatura pero nuestro metabolismo
apenas intervendraacute
Por el contrario cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiologiacutea se produce
vasodilatacioacuten los vasos sanguiacuteneos de la piel se dilatan intensamente Una vasodilatacioacuten
plena puede aumentar la transferencia de energiacutea hacia la piel hasta 8 veces
o Termoacutelisis intensa cuando la temperatura central del cuerpo es mayor que el nivel
criacutetico se produce una mayor peacuterdida de calor por evaporacioacuten (sudoracioacuten) Un
aumento adicional de 1degC en la temperatura corporal provoca suficiente sudoracioacuten
para eliminar 10 veces la produccioacuten basal de calor del cuerpo Muchos animales
inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a
que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoriacutea no presentan
glaacutendulas sudoriacuteparas por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo el mecanismo del
jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiracioacuten muy
superficial que colabora con la raacutepida evaporacioacuten del agua de las superficies mucosas
especialmente la saliva en la lengua
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412 Mecanismos de Ganancia de Calor
Mecanismos externos (radiacioacuten)
Radiacioacuten directa del sol La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor
como radiacioacuten infrarroja Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92
Irradiacioacuten desde la atmoacutesfera La atmoacutesfera actuacutea como una pantalla amplificadora
frente a las radiaciones provenientes del Sol y hace incidir las radiaciones infrarrojas
directamente sobre el cuerpo
Mecanismos internos Estos pueden ser voluntarios (abrigarse ndashcorteza cerebral- o
involuntarios Estos uacuteltimos son
Vasoconstriccioacuten En el hipotaacutelamo posterior existe el centro nervioso simpaacutetico
encargado de enviar sentildeales que causa una disminucioacuten del diaacutemetro de los vasos
sanguiacuteneos cutaacuteneos eacutesta es la razoacuten por la cual la gente palidece con el friacuteo
Piloereccioacuten La estimulacioacuten del sistema nervioso simpaacutetico provoca la contraccioacuten de
los muacutesculos erectores ubicados en la base de los foliacuteculos pilosos lo que ocasiona que
se levanten Esto cierra los poros y evita la peacuterdida de calor Tambieacuten crea una capa densa
de aire pegada al cuerpo evitando perder calor por conveccioacuten esto es un signo geneacutetico
de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa
de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno)
Espasmos musculares o tiritones La musculatura esqueleacutetica se escapa del control
voluntario y queda sometido al hipotaacutelamo El friacuteo produce contracciones musculares
involuntarias que aumentan el tono muscular o contraccioacuten basal que tienen los
muacutesculos y si es maacutes intenso produce un temblor perceptible Estas contracciones
consumen energiacutea que se transforma en calor
Termogeacutenesis Nuestra fuente permanente de calor es la actividad metaboacutelica basal al
favorecer el temblor la excitacioacuten simpaacutetica de produccioacuten de calor y la secrecioacuten de
hormonas tiroideas Durante los escalofriacuteos la produccioacuten de calor puede aumentar 4 oacute 5
veces por estimulacioacuten del hipotaacutelamo posterior en el aacuterea llamada ldquocentro motor
primario del temblorrdquo Las sentildeales que provocan el temblor van por la meacutedula espinal y a
traveacutes de las motoneuronas anteriores llegan al muacutesculo esqueleacutetico aumentando su tono
o Termogeacutenesis quiacutemica este mecanismo bioloacutegico es muy simple la noradrenalina y la
adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular pero
tambieacuten el enfriamiento (accioacuten sobre el aacuterea preoacuteptica hipotalaacutemica anterior) aumenta
la produccioacuten de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides)
Esta a su vez estimula la produccioacuten de hormonas tiroideas lo que aumenta el
metabolismo celular de todo el cuerpo
o Termogeacutenesis fiacutesica la estimulacioacuten de los centros simpaacuteticos del hipotaacutelamo posterior
causan vasoconstriccioacuten cutaacutenea La vasoconstriccioacuten perifeacuterica favorece la
conservacioacuten de la temperatura de la sangre circulante al desplazarla a los tejidos maacutes
profundos
42 HIPOTAacuteLAMO Y ALTERACIONES DE LA REGULACIOacuteN TEacuteRMICA
Hipotaacutelamo El hipotaacutelamo tiene un doble sistema de regulacioacuten de la temperatura [50]
Regioacuten preoacuteptica del hipotaacutelamo anterior centro que regula el exceso de calor
Hipotaacutelamo posterior centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de friacuteo y la
peacuterdida de calor Conserva y mantiene la temperatura corporal Son las ceacutelulas de la
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regioacuten posterior (conservadora de calor) las que predeterminan la temperatura de 37ordmC La
norma para los centros es una temperatura de 368 + 04 ordmC
Si la temperatura disminuye con respecto a la norma aumenta la termogeacutenesis Si la
temperatura aumenta con respecto a la norma se activa la termoacutelisis
Receptores teacutermicos El funcionamiento fisioloacutegico de los receptores cutaacuteneos estaacute entre 33ordm
y 25ordmC de forma que cuando la temperatura cutaacutenea es de 29ordmC praacutecticamente no hay
sudoracioacuten
Neurotransmisores Existen tambieacuten algunos neurotransmisores que actuacutean a nivel de los
centros Asiacute por ejemplo la serotonina estimula al centro de la termogeacutenesis y las
catecolaminas estimulan al centro de la termoacutelisis
Alteracioacuten de la Regulacioacuten Teacutermica
Fiebre ldquoEstado de elevacioacuten de la temperatura central la cual a menudo pero no
necesariamente hace parte de la respuesta de un organismo pluricelular a la invasioacuten de
organismos vivos o materia inanimada reconocidas como patogeacutenicas o extrantildeas por el
hueacutespedrdquo A esta definicioacuten se debe agregar que dicho aumento en la temperatura central
es debido a un aumento en el punto de ajuste hipotalaacutemico en el cual las respuestas
homeostaacuteticas del individuo se encuentran intactas
Hipertermia Aumento en la temperatura en el cual el control estrecho ejercido por el
hipotaacutelamo se encuentra abolido es decir que a diferencia de la fiebre es un estado en el
que la homeostasis se encuentra deteriorada
Causas de la Fiebre
Golpes de calor El liacutemite de calor que puede aumentar el humano estaacute relacionado con
la humedad ambiental Asiacute si el ambiente es seco y con viento se pueden generar
corrientes de conveccioacuten que enfriacutean el cuerpo Por el contrario si la humedad ambiental
es alta no se producen corrientes de conveccioacuten y la sudoracioacuten disminuye el cuerpo
comienza a absorber calor y se genera un estado de hipertermia Esta situacioacuten se agudiza
maacutes auacuten si el cuerpo estaacute sumergido en agua caliente
En el humano se produce una aclimatacioacuten a las temperaturas altas asiacute nuestra
temperatura corporal puede llegar a igualar la del ambiente sin peligro de muerte Los
cambios fiacutesicos que conducen a esta aclimatacioacuten son el aumento de la sudoracioacuten el
incremento del volumen plasmaacutetico y la disminucioacuten de la peacuterdida de sal a traveacutes del
sudor
Enfermedades infecciosas Es el caso de las bacterias que generan toxinas que afectan al
hipotaacutelamo aumentando el termo estado Afecta a los mecanismos de ganancia de calor
los cuales se activan Los compuestos quiacutemicos que generan aumento de temperatura son
los piroacutegenos (virus productos bacterianos endotoxinas complejos inmunes)
Lesiones cerebrales Al practicar cirugiacuteas cerebrales se puede causar dantildeo
involuntariamente en el hipotaacutelamo el cual controla la temperatura corporal Esta
alteracioacuten ocurre tambieacuten por tumores que crecen en el cerebro especiacuteficamente en el
hipotaacutelamo de manera que el termostato corporal se dantildea desencadenando estados
febriles graves Cualquier lesioacuten a esta importante estructura puede alterar el control de la
temperatura corporal ocasionando fiebre permanente
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421 Simulacioacuten Mediante un Modelo Termorregulatorio
En 2009 [51]
MA Garciacutea J Valenzuela y
D Saacutenchez del Dpto de Tecnologiacuteas de
la Informacioacuten y Comunicaciones de la
Universidad Politeacutecnica de Cartagena
realizaron simulaciones 2D de un plano
coronal de cabeza humana extraiacutedo del
Proyecto Humano Visible (PHV) como
muestra la figura 14 La simulacioacuten
contemplaba los tejidos cerebrales de
usuarios de telefoniacutea moacutevil en la banda
GSM 1800 por lo que la exposicioacuten
simulada era de 1 W a frecuencia de
1800 MHz
La combinacioacuten mediante software
propio de las ecuaciones de Maxwell y
de un modelo termorregulatorio humano
proporcionoacute tanto la TAE (tasa de
absorcioacuten especiacutefica) como los
incrementos de temperatura asociados a
la exposicioacuten electromagneacutetica para
todos los tejidos del modelo a lo largo de
la direccioacuten de propagacioacuten para varias
distancias entre el dipolo y la cabeza
Figura 14 Modelo de cabeza humana del
Proyecto Humano Visible (arriba-izquierda)
plano coronal y leyenda (abajo-derecha)
Ello sin tener en cuenta factores como sudoracioacuten respiracioacuten peacuterdidas de calor variables en
los pulmones capilaridad vasodilatacioacuten flujo sanguiacuteneo o metabolismo variables ritmo
cardiacuteaco o alteraciones en la propia respuesta termorregulatoria debidas a que se incremente
la temperatura en el hipotaacutelamo
En cuanto a las conclusiones en primer lugar se ha de tener en cuenta que habriacutea que
extrapolar el modelo a 3D pero se obtuvieron resultados muy interesantes como
La naturaleza protectora del craacuteneo
Incrementos teacutermicos por encima de 1 grado Celsius en tejidos del cerebro
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5 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La mayoriacutea de los materiales encontrados en los organismos son clasificados como no-
magneacuteticos bien sea diamagneacuteticos (repelidos deacutebilmente por un campo magneacutetico como el
agua en casi todas las sustancias grasas) o paramagneacuteticos (atraiacutedos deacutebilmente hacia el
campo magneacutetico como la desoxihemoglobina en las ceacutelulas sanguiacuteneas) Para los materiales
de estos tipos la influencia fiacutesica directa del campo magneacutetico terrestre es extraordinariamente
deacutebil ya que la energiacutea de interaccioacuten magneacutetica es muchos oacuterdenes de magnitud por debajo
de la energiacutea teacutermica de base (interna de la materia) kT (donde k es la constante de Boltzman
y T la temperatura absoluta) [1]
No obstante existen otros materiales denominados ferromagneacuteticos que interactuacutean muy
fuertemente con el campo magneacutetico terrestre A diferencia de las sustancias diamagneacuteticas y
paramagneacuteticas las acciones mecaacutenico-cuaacutenticas sobre electrones no pareados con los
materiales ferromagneacuteticos fuerzan los momentos magneacuteticos de los electrones (magnetones
de Bohr) a formar alineaciones de rango elevado Los momentos magneacuteticos de cada
magnetoacuten de Bohr en tales cristales se suman vectorialmente y en algunos materiales un
cristal de tan soacutelo unas pocas decenas de nanoacutemetros de tamantildeo tendraacute energiacutea de interaccioacuten
magneacutetica con el campo magneacutetico terrestre de 50 micro-teslas (μT) [1]
en exceso de energiacutea
teacutermica de base
51 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN LOS ANIMALES
Seguacuten Lowenstam y Weinel en 1989 [52]
ya se habiacutean identificado al menos 12 minerales de
hierro en los organismos aunque soacutelo dos de ellos han sido encontrados tambieacuten precipitados
en los vertebrados Estos son la ferrihidrita (5Fe2O3 9H2O) que es el mineral que se
encuentra en la moleacutecula ferritina y la sustancia denominada frecuentemente en la literatura
meacutedica como hemosiderina y la magnetita (Fe3O4) De estos materiales la ferrihidrita es
paramagneacutetica mientras que la magnetita posee una variedad de ferromagnetismo
denominado ferrimagnetismo
A voluacutemenes similiares [2]
estas propiedades hariacutean que la magnetita interactuara sobre 106
veces maacutes con los campos magneacuteticos externos que con cualquier material bioloacutegico La
magnetita es tambieacuten el uacutenico compuesto metaacutelico conocido fabricado por organismos vivos
y tiene la conductividad eleacutectrica maacutes alta que cualquier otro material celular
Debido a que la magnetita es el uacutenico material biogeacutenico conocido en organismos superiores
que es ferromagneacutetico a temperatura ambiente es importante revisar brevemente la historia
de su descubrimiento en animales y queacute se conoce de su distribucioacuten filogeneacutetica
(clasificacioacuten de las especies seguacuten su proximidad evolutiva) y funcioacuten bioloacutegica
Heinz A Lowenstam (1962) [53]
fue quien descubrioacute la magnetita precipitada
bioquiacutemicamente como material de recubrimiento en la raacutedula (estructura que se localiza
en la base de la boca y la concha de los moluscos) de los chitones (moluscos marinos de la
clase Polyplacophora) Eacutel y sus colaboradores fueron capaces de demostrar el origen
bioloacutegico de este material a traveacutes de una variedad de estudios de trazado radio-isotoacutepico y
mediante el examen detallado de la ultra-estructura de la boca Antes de este
descubrimiento el origen de la magnetita soacutelo se concebiacutea en rocas iacutegneas o metamoacuterficas
sometidas a altas temperaturas y presiones En los chitones la magnetita sirve para
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endurecer las capas dentales capacitaacutendolos para extraer y comer algas de los sustratos
rocosos maacutes superficiales (unos pocos miliacutemetros) En 1985 Nesson y Lowenstam [54]
publicaron los resultados de los anaacutelisis ultra-estructurales e histoloacutegicos detallados de la
formacioacuten de la magnetita en la raacutedula y apuntaron que el proceso comienza con un
transporte inicial de hierro metaboacutelico al extremo posterior del saco de la raacutedula Este
hierro se deposita como mineral ferrihidrita en una malla orgaacutenica previamente formada de
material proteiacutenico formando una o dos filas distintas de dientes rojizos A traveacutes de alguacuten
proceso la ferrihidrita se convierte raacutepidamente en magnetita a traveacutes de una reaccioacuten
acoplada con reduccioacuten de hierro y re-cristalizacioacuten
La bacteria magnetotaacutectica fue el segundo organismo en que se encontroacute magnetita
biogeacutenica [55]
Se precipitoacute cristales de magnetita de tamantildeo sub-micromeacutetrico en una
vacuola de membrana fosfoliacutepida intracelular formando estructuras denominadas
ldquomagnetosomasrdquo que se describen en el apartado 511 Las cadenas de estos
magnetosomas actuacutean como simples agujas de compaacutes que pasivamente dirigen a las
ceacutelulas de la bacteria en alineaciones con el campo magneacutetico terrestre y les permiten
buscar la zona micro-aerofiacutelica en la interfaz agualodo de la mayoriacutea de los ambientes
acuosos naturales Estas bacterias nadan hacia el norte magneacutetico en el hemisferio norte
hacia el sur magneacutetico en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador
geomagneacutetico aunque en el ecuador las densidades de poblacioacuten son mucho maacutes bajas [2]
Los magnetosomas basados en magnetita se han encontrado tambieacuten en las algas
magnetotaacutecticas eucarioacuteticas en que cada ceacutelula contiene varios miles de cristales La
greigita mineral ferrimagneacutetica (Fe3S4) tambieacuten ha sido descubierta posteriormente en los
magnetosomas de un primitivo grupo de bacterias
Una recopilacioacuten extensiva de los 30 antildeos anteriores a los antildeos 90 [2]
demuestra que muchos
organismos poseen la habilidad bioquiacutemica de precipitar la magnetita mineral ferrimagneacutetica
(Fe3O4) y la greigita (Fe3S4) En teacuterminos de su distribucioacuten filogeneacutetica la biomineralizacioacuten
de la magnetita estaacute particularmente esparcida habieacutendose documentado en moacutenera
protozoos y animales con un registro foacutesil hasta el periacuteodo Precaacutembrico Dentro del reino
animal se conoce dentro de moluscos artroacutepodos y cordados y se sospecha en muchos otros
grupos En los microorganismos y peces cadenas lineales de cristales de magnetita enlazados
por membrana (magnetosomas) forman estructuras descritas como ldquomagnetos bioloacutegicos de
barrardquo
El movimiento del material ferromagneacutetico encontrado en los organismos como respuesta a
los campos magneacuteticos externos ha de tenerse en cuenta en principio en los efectos
magneacuteticos a nivel celular tales como la alineacioacuten magneacutetica de la bacteria magnetotaacutectica y
algas o la respuesta magnetotaacutectica de las abejas Bajo ciertas condiciones los movimientos
inducidos de los magnetosomas pueden ser suficientemente capaces para abrir
mecaacutenicamente los canales ioacutenicos de las trans-membranas sensitivas que por otro lado
tienen el potencial de influir en un amplio rango de procesos celulares
Aunque el conocimiento de las funciones bioloacutegicas de la magnetita es todaviacutea incompleto en
la boca de chitoacuten sirve como un agente que aporta dureza ndash es el material biogeacutenico conocido
maacutes duro formado por un organismo En los microorganismos la magnetita es responsable de
la respuesta magnetotaacutectica de la bacteria y del alga eucarioacutetica La magnetita tambieacuten parece
estar involucrada en la habilidad de muchos animales para usar el campo geomagneacutetico como
direccioacuten de orientacioacuten o navegacioacuten las cadenas de magnetosomas en el salmoacuten que se
parecen muchiacutesimo a aquellas de bacterias y algas podriacutean utilizarse con este propoacutesito El
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trabajo conductual realizado con abejas por H Schiff y G Canal [56]
que demuestra que la
buacutesqueda del norte puede cambiarse al sur con un breve pulso magneacutetico confirma que un
material ferromagneacutetico como la magnetita forma parte del sistema sensorial magneacutetico de la
abeja
Aparte de las funciones de la magnetita descritas anteriormente existe un problema antildeadido
la magnetita se sabe [2]
que se forma comuacutenmente en una variedad de tejidos para los que la
funcioacuten sensorial es bastante improbable ndash tumores en ratones y humanos por ejemplo
Incluso muchos de los cristales de magnetita extraiacutedos del cerebro humano muestran
caracteriacutesticas que podriacutean ser efectos de disolucioacuten De ahiacute que se sospeche que la magnetita
tiene todaviacutea roles desconocidos en la bioquiacutemica eucarioacutetica (ceacutelulas con nuacutecleo) quizaacutes
como una fuente localizada de hierro para activar enzimas basadas en hierro Los altos niveles
de magnetita en los tumores que crecen raacutepidamente en ratones atisban que pueden tener un
rol en la divisioacuten celular
Aunque el hierro juega un papel importante en praacutecticamente todos los organismos vivos -
principalmente a traveacutes del transporte electroacutenico debido a su capacidad para cambiar la
valencia- tiene una capacidad bioloacutegica bastante limitada y en algunas situaciones puede
resultar toacutexico para las ceacutelulas Por esta razoacuten es necesario para los organismos segregar
hierro en una forma no toacutexica
511 Los Magnetosomas
En 1975 Blakemore [55]
descubrioacute que ciertas
bacterias se orientaban seguacuten el campo magneacutetico
terrestre
Son orgaacutenulos presentes en las bacterias procariotas
magnetotaacutecticas Contienen entre 15 y 20 cristales
de magnetita que juntos actuacutean como una bruacutejula
para orientar las bacterias magnetotaacutecticas en los
campos geomagneacuteticos lo que simplifica la
buacutesqueda de sus ambientes preferidos de
microaerofilia Cada cristal de magnetita dentro de
un magnetosoma estaacute rodeado por una bicapa
lipiacutedica y proteiacutenas solubles La membrana que los
rodea contiene fospoliacutepidos [2]
proteiacutenas y
glicoliacutepidos
Figura 15 Magnetosoma de la
bacteria magnetotaacutectica
En la mayoriacutea de las bacterias magnetotaacutecticas los magnetosomas estaacuten dispuestos en una o
maacutes cadenas como puede observarse en la figura 15
En general los cristales magnetosomas tienen alta pureza quiacutemica [1]
rangos estrechos de
tamantildeo las especies especiacuteficas de morfologiacuteas de cristal y exhiben un reacutegimen especiacutefico
dentro de la ceacutelula Estas caracteriacutesticas indican que la formacioacuten de magnetosomas estaacute
bajo el control bioloacutegico preciso y es mediada por biomineralizacioacuten Las bacterias
magnetotaacutecticas mineralizan de oacutexido de hierro los cuales contienen cristales de magnetita
(Fe3O4) o magnetosomas de sulfuro de hierro que contienen cristales de greigita (Fe3S4) Se
han identificado tambieacuten otros minerales de sulfuro de hierro en magnetosomas de sulfuro
de hierro
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La morfologiacutea de las partiacuteculas de cristales de magnetosomas variacutea pero es coherente dentro
de las ceacutelulas de una sola especie o cepa bacteriana magnetotaacutecticas [1]
Tres morfologiacuteas
cristalinas generales han sido reportadas en las bacterias magnetotaacutecticas
maacutes o menos cuacutebico
alargado prismaacutetico (maacutes o menos rectangular)
forma de diente bala o punta de flecha
Los cristales de menor tamantildeo son superparamagneacuteticos es decir no permanentemente
magneacuteticos a temperatura ambiente y las paredes de dominio se forman en cristales maacutes
grandes
La funcioacuten de los magnetosomas en la ceacutelula bacteriana es la de orientar en el campo
magneacutetico existente El magnetosoma puede permitir a la bacteria ir fijando su posicioacuten con
respecto al norte pudiendo trazar una ruta a traveacutes del campo magneacutetico hacia zonas de
distintas concentraciones de oxiacutegeno y de nutrientes
La mayoriacutea de las bacterias que producen los magnetosomas se engloban en los geacuteneros
Magnetospirillum o Magnetococcus Las bacterias del geacutenero Magnetospirillum son
bacterias con forma de sacacorchos (espirilos) Gram negativas perteneciente al grupo
taxonoacutemico de las alfa-proteobacterias Son anaerobios facultativos o microaeroacutefilos y viven
en zonas de transicioacuten entre zonas anoxigeacutenicas y zonas oxigenadas Su haacutebitat predilecto
son las zonas huacutemedas enfangadas o sedimentos marinos donde existen ambientes ricos en
azufre y escasos en oxiacutegeno
52 BIOMINERALIZACIOacuteN DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
Antes de 1992 [1][2]
en los estudios de imaacutegenes de resonancia magneacutetica (MRI) y
almacenamiento ioacutenico se asumiacutea universalmente que no habiacutea materiales magnetizados
permanentemente (ferromagneacuteticos) presentes en los tejidos humanos Una asuncioacuten similar
se habiacutea realizado en praacutecticamente todas las valoraciones biofiacutesicas del riesgo humano
asociado con la exposicioacuten a campos magneacuteticos de frecuencia extremadamente baja (ELF)
y por estudios criacuteticos epidemioloacutegicos que sugeriacutean una conexioacuten entre los campos
magneacuteticos deacutebiles de frecuencia de suministro eleacutectrico y varios desoacuterdenes de salud
humana Estos anaacutelisis se enfocaron en los efectos colaterales de la induccioacuten eleacutectrica o
posibles interacciones diamagneacuteticas y paramagneacuteticas De ahiacute que la asuncioacuten impliacutecita de
los estudios del pasado de que los tejidos humanos estaacuten libres de material ferromagneacutetico
necesita ser valorada de nuevo criacuteticamente y testeada experimentalmente
El descubrimiento en los antildeos 80 de que los tejidos humanos tambieacuten contienen trazas de
magnetita podriacutea tener implicaciones biomeacutedicas importantes La magnetita ha sido el primer
material verdaderamente novedoso descubierto como un precipitado bioquiacutemico en tejidos
humanos desde el comienzo de la ciencia meacutedica ndashtodo en el cuerpo humano desde los
huesos hasta los tejidos maacutes blandos se consideraba diamagneacutetico o paramagneacutetico [52]
Aunque la cantidad total de magnetita en un cuerpo humano adulto es pequentildea (unos pocos
cientos de microgramos) hay varios millones de cristales por gramo interactuando
fuertemente con los campos magneacuteticos externos Como los efectos a nivel celular pueden a
menudo conducir a efectos globales particularmente en los sistemas neuroloacutegico e
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inmunoloacutegico es importante para la salud humana conocer queacute hace este material en los
tejidos humanos y coacutemo se forma
No obstante se considera que las investigaciones previas a 1992 sobre la magnetita biogeacutenica
en tejidos humanos no fueron del todo concluyentes En 1992 Joseph L Kirschvink y
colaboradores [1]
reportaron que los tejidos humanos poseen cristales similares de magnetita
biogeacutenica con un miacutenimo estimado entre 5 y 100 millones de cristales de dominio simple
por gramo en los tejidos del cerebro humano Los extractos de partiacuteculas magneacuteticas del
tejido solubilizado examinados con TEM (microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten) de alta
resolucioacuten y difraccioacuten electroacutenica identificaron minerales la solucioacuten soacutelida magnetita-
maghemita con muchas morfologiacuteas de cristal y estructuras parecidas a aquellas precipitadas
por bacterias magnetotaacutecticas y peces
Muestras de tejidos En sus experimentos utilizaron material del cerebro humano
obtenido entre 12 a 14 horas postmortem del Consorcio Centro de Investigacioacuten de la
Enfermedad de Alzhemier de California del Sur Se tomaron muestras de siete cerebros de
pacientes de edad media 65 antildeos desde 48 a 88 antildeos Se sospechaba que cuatros de ellos
padeciacutean Alzheimer Se incluyeron muestras tanto de aacutereas corticales cerebrales como de
cerebelo de los siete cerebros Se obtuvieron ademaacutes de los anteriores en un caso cerebro
y dura espinal ganglio basal y cerebro medio y en otro caso bulbos olfativos sinus
sagital superior y tentorium de la dura
Magnetometriacutea Las sub-muestras de las medidas magneacuteticas se retiraron de los tejidos
utilizando herramientas similares en un laboratorio libre de polvo protegido
magneacuteticamente Las medidas de los materiales ferromagneacuteticos se realizaron utilizando
un magnetoacutemetro que empleaba dispositivos superconductores de interferencia cuaacutentica
(SQUID) sesgado a radiofrecuencias RF disentildeado para medir el momento ferromagneacutetico
total de las muestras situadas dentro de la bobina de Helmholtz
Resultados de Magnetometriacutea Todos los tejidos examinados teniacutean magnetizaciones
remanentes isoteacutermicas (IRMs) que saturaban al aplicar campos de aproximadamente 300
mT una caracteriacutestica propia de las series de magnetita-maghemita La habilidad de ganar
o perder magnetizacioacuten remanente en estos experimentos es una caracteriacutestica definitiva
de los materiales ferromagneacuteticos La tabla 8 muestra los valores medios de cada cerebro
La magnetizacioacuten media indica el equivalente a unos 4 ng de magnetita por cada gramo
de tejido En contraste los valores medios para las meninges de tres cerebros (tabla 4) son
casi 20 veces mayor o de unos 70 ngg En comparacioacuten las medidas de IRM de los
cubitos de hielo des-ionizados arrojan un ruido de fondo de unos 05 ngg
Tabla 8 IRM (magnetizacioacuten remanente isoteacutermica) saturada media para el cortex
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cerebral y el cerebelo de cada cerebro
En la tabla 8 los datos de IRM saturado se han expresado en μA m2 kg
-1 (peso huacutemedo)
(media plusmnSD) Las muestras occipitales eran de las aacutereas de Brodman (BA) 17 18 y 19 las
muestras temporales eran de BA 20 21 y 22 las muestras parietales eran de BA 31 2 5
y 7 y las muestras frontales eran de BA 4 y 6 Los tamantildeos de las muestras iban de los
05 g a 22 g Las meninges de las muestras cerebrales 1 2 y 6 fueron analizadas aparte La
teacutecnica del cubito de hielo se utilizoacute para todas las meninges y para los tejidos cerebrales
2 y para 7 de las 11 muestras del 1 No se detectaron diferencias en los resultados al
utilizar esta teacutecnica Las concentraciones de magnetita fueron estimadas teniendo en
cuenta que la remanencia de saturacioacuten deberiacutea ser exactamente la mitad de la
magnetizacioacuten de saturacioacuten para una dispersioacuten de cristales de dominio simple Los
cerebros 1 a 4 eran de pacientes normales los cerebros 5 y 6 eran de pacientes con
Alzheimer confirmado y el cerebro 7 era de un paciente con sospecha de Alzheimer
Hubo una consistencia considerable en las medidas IRM tanto para los tejidos cerebrales
como de las meninges Hubo una pequentildea diferencia en IRM de un aacuterea del cortex
cerebral a otra en el cerebro versus cortex del cerebelo Las diferencias entre tejidos de
cerebros normales y aquellos con sospecha o Alzheimer confirmado fueron despreciables
Las aacutereas de cerebro que se reportaron previamente con un contenido alto de hierro
incluiacutean el nuacutecleo dentado ganglio basal y aacutereas de cerebro medio Las muestras de estas
aacutereas no teniacutean mayor contenido de partiacuteculas magneacuteticas que las del cerebelo o del
cortex cerebral
Los valores de coercitividad magneacutetica (resistencia a la desimanacioacuten) media eran de
aproximadamente 30 mT pero con rangos desde 12 mT (piacutea del cerebelo) a 50 mT
(ganglio basal) dentro del rango de coercitividad para la magnetita de dominio simple En
cuanto a las distribuciones de coercitividad medida por adquisicioacuten de IRM y su
desmagnetizacioacuten y la relativamente lenta tendencia a adquirir un ARM (magnetizacioacuten
remanente anhisteacuterica) sugiere que las partiacuteculas in situ estaacuten en pequentildeos grupos que
interactuacutean La comparacioacuten con las muestras de control de las bacterias sugiere entre 50
a 100 partiacuteculas por agrupacioacuten [1]
Resultados de Extraccioacuten y Microscopiacutea Electroacutenica La figura 16 muestra dos
morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas extraiacutedas Los tamantildeos
de grano eran bimodales con 62 de los 70 cristales medidos en el rango de 10 a 70 nm y
los restantes 8 con tamantildeos 90 a 200 nm Las medidas de las sombras TEM de 62 de las
partiacuteculas maacutes pequentildeas en un agregado muestra un tamantildeo medio de 334plusmn152 nm El
valor medio estaba sesgado hacia los tamantildeos mayores debido a que el procedimiento de
extraccioacuten discriminaba contra partiacuteculas muy pequentildeas que se mueven maacutes lentamente a
traveacutes del liacutequido La relacioacuten entre forma y tamantildeo para todas las partiacuteculas medidas cae
dentro de los campos superparamagneacuteticos y de dominio simple para la magnetita El
volumen estimado de los cristales realizado asumiendo formas de partiacuteculas equivalentes
implica que las partiacuteculas maacutes grandes se componen de un maacuteximo de aproximadamente
85 de la magnetita Se estimoacute que los tejidos cerebrales contienen un miacutenimo de 5
millones de cristales por gramo distribuidos en clases discretas de 50000 a 100000 De
forma similar las meninges contienes un miacutenimo de 100 millones de cristales por gramo
en clases de 1 a 2 millones
Los anaacutelisis de rayos x de dispersioacuten de energiacutea de los cristales dieron picos consistentes
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de Fe con picos de Cu variable (de las rejillas TEM de cobre) y menor de Si Ca y Cl
(probablemente contaminantes de los envases) La mezcla de oacutexidos Fe-Ti que estaacuten
normalmente presentes al menos en cantidades de traza en los minerales magneacuteticos
formados geoloacutegicamente no se detectaron en ninguno de los cristales cerebrales
examinados Los patrones de micro-difraccioacuten electroacutenica indexada de los cristales
individuales y agregados de partiacuteculas arrojaron la caracteriacutestica d-espacial de la
magnetita (Fe3O4) con partiacuteculas maacutes pequentildeas que mostraban una oxidacioacuten variable
hacia el radical de solucioacuten soacutelida ferrimagneacutetica maghemita (γ-Fe2O3) Esta oxidacioacuten
probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten como se observa comuacutenmente en
las magnetitas de grano muy fino
Figura 16 Imaacutegenes TEM y patrones de difraccioacuten de cristales representativos de
magnetita y maghemita del cerebelo humano
(A) Agrupacioacuten de pequentildeas partiacuteculas del cerebelo
(B) Imagen TEM de alta resolucioacuten de maghemita muestra el patroacuten de interseccioacuten
111 y bordes 02 con elongacioacuten en la direccioacuten de mallado [111]
(C) Patroacuten de difraccioacuten electroacutenica indexado del aacuterea seleccionada de este cristal
tomado en la zona lt211gt Los anillos de difraccioacuten para un agregado de pequentildeos
cristales confirma la identificacioacuten de magnetita-maghemita
(D) Una de las partiacuteculas de magnetita de mayor tamantildeo
La Figura 16A es una imagen de una agrupacioacuten de partiacuteculas pequentildeas del cerebelo y la
Figura 16B muestra una imagen TEM de alta resolucioacuten de un cristal de maghemita de
dominio simple bien ordenado en la zona [211] Muestra caracteriacutesticas tiacutepicas de los
cristales de magnetita formados dentro de las membranas de los magnetosomas y son muy
similares a las partiacuteculas de dominio simple de las estructuras de cadenas de magnetosomas
presentes en los tejidos dermo-etmoidales del salmoacuten La Figura 16C muestra el patroacuten de
ubicacioacuten de difraccioacuten electroacutenica indexada del cristal
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La Figura 16D muestra una de las partiacuteculas mayores de aproximadamente 200 nm Otras
partiacuteculas pueden tener hasta 600 nm de diaacutemetro La microdifraccioacuten electroacutenica indica que
estas partiacuteculas estaacuten dominadas por un cristal simple con partiacuteculas maacutes pequentildeas
ocasionalmente adheridas a su superficie Su tamantildeo y forma medidos las situacutea dentro del
campo estable de dominio simple Estas partiacuteculas tienen energiacuteas de orientacioacuten magneacutetica
en el campo geomagneacutetico de 20 a 150 veces mayor que la energiacutea teacutermica kT
Desde el descubrimiento de la magnetita en el cerebro humano se han extraiacutedo partiacuteculas de
este material y se han visualizado y caracterizado magneacutetica y morfoloacutegicamente a traveacutes del
microscopio electroacutenico de transmisioacuten (TEM) (Figura 17) y magnetometriacutea de dispositivos
superconductores de interferencia cuaacutentica (SQUID) Las partiacuteculas son generalmente
menores de 200 nm y en la mayoriacutea de los casos son del orden de unas pocas decenas de
nanoacutemetros
Seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de
2001 [57]
mientras que algunas partiacuteculas
muestran bordes disueltos otras mantienen
las caras cristalinas originales y todas las
partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente
puras (esto es comuacuten en la magnetita
biogeacutenica) Morfoloacutegicamente las partiacuteculas
son similares a aquellas observadas en la
bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis
magneacutetico de las muestras de masa de tejido
indica que las partiacuteculas se presentan
generalmente en grupos que interactuacutean
magneacuteticamente
Figura 17 Microacutegrafo TEM de magnetita
biogeacutenica extraiacuteda del hipocampo humano
Aunque la ferritina es el principal mecanismo para el almacenamiento de hierro en el
cerebro el trabajo experimental de los antildeos 90 demostraron la presencia de otra forma de
hierro en el tejido cerebral humano la magnetita biogeacutenica (Fe3O4) Se veraacuten maacutes adelante
algunas de las consecuencias potenciales de la presencia de magnetita en el tejido con
enfermedad neurodegenerativa
521 Hierro divalente y trivalente en el Cerebro Humano Estreacutes oxidativo
El hierro divalente juega una funcioacuten crucial en la reaccioacuten de Fenton conduciendo al estreacutes
oxidativo En 1988 Sofic y colaboradores [58]
encontraron altas concentraciones de hierro
divalente en la sustancia negra (SN) Debido a que tales concentraciones altas de hierro
divalente seriacutean muy peligrosas para las ceacutelulas la confirmacioacuten de este hallazgo era
esencial y el espectroscopio de Moumlssbauer es probablemente el mejor meacutetodo para
determinar el ratio de Fe2+
Fe3+
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011 [59]
los estudios de Moumlssbauer mostraron
que no habiacutea sentildeal del hierro divalente y la simulacioacuten computarizada indica que la sentildeal no
es detectable por debajo del 5 del hierro total Las concentraciones elevadas de hierro
divalente encontradas por Sofic y alumnos podriacutean explicarse por el meacutetodo que utilizaron en
sus investigaciones Los tejidos eran homogeacuteneos en presencia de pepsina y aacutecido
hidrocloacuterico Cuando se prepararon las muestras de esta forma el hierro trivalente pudo
reducirse a ferroso Es maacutes el espectroscopio de Moumlssbauer para muestras tratadas de esta
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forma dio el espectro del hierro divalente
Durante deacutecadas se ha considerado el estreacutes oxidativo [59]
como un factor importante en el
proceso de la neurodegeneracioacuten Esta teoriacutea propone que un exceso de radicales libres
conduce a la muerte de las ceacutelulas nerviosas El desequilibrio puede ser causado tanto por
una produccioacuten creciente de radicales libres como por una neutralizacioacuten insuficiente de los
organismos carrontildeeros El cerebro humano parece ser particularmente vulnerable a los dantildeos
por estreacutes oxidativo debido a su alta concentracioacuten de liacutepidos y aacutecidos grasos no saturados a
su relativamente alta concentracioacuten de hierro y a la baja concentracioacuten de enzimas capaces de
desactivar las especies de oxiacutegeno reactivo (ROS) La presencia de dantildeos debido al estreacutes
oxidativo puede demostrarse por la presencia de altas concentraciones de productos de
oxidacioacuten como el malonildialdehido y el glicol timina Los radicales libres son generados
entre otros a traveacutes de la reaccioacuten de Fenton en la que el hierro divalente juega un papel
importante
Fe2+
+ H2O2 rarr Fe3+
+ OH + OH-
Como la mayoriacutea del hierro en el cerebro humano estaacute presente como hierro destinado a la
ferritina es obvio que cualquier cambio en la estructura o funcioacuten de la ferritina puede
relacionarse con el dantildeo oxidativo [59]
522 La Ferritina
Las ferritinas fueron identificadas sobre los antildeos 40 y desde entonces se han podido
caracterizar bastante bien Se encuentran en casi todos los sistemas bioloacutegicos con una
remarcable conservacioacuten de la estructura y capacidad para oxidar e incorporar hierro Las
propiedades de las ferritinas en animales plantes y bacterias han sido sujeto de numerosos
estudios y de un reciente estudio completo en Biochimica Biophysica Acta (1800 8 2010) [60]
En el cuerpo humano tanto en el cerebro como en la mayoriacutea de los organismos el hierro se
almacena principalmente en el nuacutecleo de la proteiacutena de almacenamiento de hierro ferritina
La ferritina [59]
es una celda esferoidal hueca de 12 nm de diaacutemetro compuesta de 24
subunidades El hueco central de la celda es de 8 nm de diaacutemetro y estaacute ocupado
habitualmente por el biomineral de hierro ferrihidrita un oacutexido de hierro hidratado
(5Fe2O39H2O) que generalmente contiene soacutelo Fe(III) Esta es la forma en que se almacena
la mayor parte del hierro en el cuerpo
Su funcioacuten principal es almacenar hierro celular de forma dinaacutemica [59]
protegiendo la ceacutelula
del dantildeo potencial de los radicales de hierro y permitir la liberacioacuten del metal seguacuten la
demanda celular
El cuerpo humano tiene tres genes de ferritina funcional FTH en el cromosoma 11 codifica
la cadena pesada citosoacutelica (cadena-H) de 183 aminoaacutecidos FTL en el cromosoma 19
codifica la cadena ligera citosoacutelica (cadena-L) de 175 aminoaacutecidos y la menos introacuten (regioacuten
dentro de un gen) FTMT del cromosoma 5 que codifica el precursor de la ferritina
mitocondrial (FtMt) de 242 residuos
El nuacutecleo de ferrihidrita de la ferritina [59]
es capaz de almacenar correctamente maacutes de 4500
aacutetomos de hierro que en condiciones normales se mantienen no-reactivas frente a otras
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moleacuteculas dentro de la ceacutelula debido al aprisionamiento de la misma proteiacutena La captacioacuten
se cree que se hace principalmente a traveacutes de un proceso de oxidacioacuten en que el Fe(II)
altamente toacutexico es capturado dentro de la proteiacutena y oxidado para ser almacenado como
Fe(III) menos toacutexico en forma de ferrihidrita Como la cantidad de hierro almacenado en el
nuacutecleo de la ferritina es de alguna forma variable los incrementos de hierro observados
durante los exaacutemenes histoloacutegicos de tejido neurodegenerativo pueden ser debidos al
aumento de aacutetomos de hierro almacenados en el nuacutecleo de la proteiacutena Mientras que el
incremento del nuacutemero de aacutetomos de hierro en el nuacutecleo de la ferritina habriacutea de tenerse en
cuenta para algunos excesos de hierro observados en exaacutemenes histoloacutegicos otra forma de
hierro aparece presente la cual podriacutea tener consecuencias significativas para la progresioacuten
de las enfermedades neurodegenerativas y su deteccioacuten temprana
Si el nuacutecleo de la ferritina llega a saturarse o la ferritina funcionara de forma anoacutemala el
mecanismo oxidacioacuten del Fe(II) se perderiacutea Este proceso podriacutea conducir a la formacioacuten de
magnetita biogeacutenica que es mucho maacutes magneacutetica (ferrimagneacutetica) que la ferrihidrita
(antiferromagneacutetica superparamagneacutetica a temperatura corporal) y contiene mallas
alternativas de Fe(II) toacutexico y Fe(III) menos toacutexico
523 Compuestos de Almacenamiento de Hierro en Estructuras Cerebrales
Patoloacutegicamente las enfermedades neurodegenerativas que pueden ser causadas por estreacutes
oxidativo [59]
-Alzheimer (AD) Parkinson (PD) y parkinsonismos atiacutepicos- tienen lugar en
aacutereas definidas del cerebro humano El coacutertex hipocampo (Hip) es la regioacuten cerebral maacutes
afectada en las primeras fases de AD el PD involucra la sustancia negra (SN) y en
parkinsonismos atiacutepicos otros ganglios basales (pe globus pallidus GP) tambieacuten son
afectados Por consiguiente la mayoriacutea de los estudios que investigan la etiologiacutea de la
neurodegeneracioacuten analizan estas estructuras Se han utilizado bastantes meacutetodos fiacutesicos
quiacutemicos y bioquiacutemicos para averiguar las propiedades de la ferritina y de otras moleacuteculas
vinculadas al hierro en Hip SN y GP humanos algunos de ellos son el espectroscopio de
Moumlssbauer (MS) microscopio electroacutenico (EM) y el ensayo inmuno-absorbente ligado a
enzimas (ELISA)
El espectroscopio de Moumlssbauer MS es un meacutetodo fiacutesico basado en la emisioacuten de
resonancia sin contraste y absorcioacuten de rayos gamma descubierto en 1958 por Rudolf
Moumlssbauer (galardonado con el Premio Nobel en fiacutesica por este descubrimiento en
1961) Se utiliza principalmente para cuantificar los compuestos que contienen hierro
pero tambieacuten en muestras bioloacutegicas y tejidos humanos Este meacutetodo permite una
identificacioacuten inequiacutevoca de los compuestos que contienen hierro con una evaluacioacuten
del ratio de hierro divalente versus trivalente y concentracioacuten de hierro total de la
muestra
El microscopio electroacutenico se ha utilizado para determinar el diaacutemetro de los nuacutecleos de
hierro dentro de la ferritina y de la hemosiderina y para la identificacioacuten de las formas de
hierro dentro del nuacutecleo de hierro
El ensayo inmuno-absorbente ligado a enzimas ELISA se ha utilizado para determinar las
concentraciones de las cadenas H y L de la ferritina en la SN GP e Hip
El espectro de Moumlssbauer de los tejidos cerebrales humanos normales sugiere que casi todos
los aacutetomos de hierro forman grupos e interactuacutean magneacuteticamente a bajas temperaturas [59]
Los paraacutemetros obtenidos de Moumlssbauer de todos los espectros medidos sugieren que en
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todas las muestras que se han investigado el hierro estaacute presente como hierro de ferritina
Si se asume que la mayoriacutea del hierro en los tejidos cerebrales humanos normales estaacute
asociado a la ferritina averiguar la composicioacuten de las sub-unidades de la ferritina parece
convertirse en una investigacioacuten necesaria para los proacuteximos pasos Las concentraciones de
ferritinas H y L en SN GP y Hip se determinaron mediante ELISA basado en anticuerpos
monoclonales especiacuteficos y calibrado con homopoliacutemeros de ferritina H y L Estos
resultados junto con las concentraciones de hierro total en la ferritina del espectro de
Moumlssbauer son los que se muestran en la Tabla 9 La uacuteltima columna de la tabla muestra el
ratio entre la concentracioacuten de Fe y el total de las concentraciones de ferritina H y L de la
muestra Este ratio refleja el llenado de las cavidades de la ferritina por los aacutetomos de hierro
El valor de este ratio se correlaciona con el diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina
determinado por el microscopio electroacutenico
Tabla 9 Concentraciones de ferritinas H y L total de hierro y ratio entre las
concentraciones de hierro y ferritina en varias estructuras del cerebro humano normal
Otra cuestioacuten es el posible rol de la hemosiderina en el proceso de la neurodegeneracioacuten La
hemosiderina es un producto de la degradacioacuten de la ferritina y se detecta en el cerebro
humano Se ha aislado hemosiderina de la SN humana y esto ha permitido su investigacioacuten
mediante el microscopio electroacutenico que demuestra que los nuacutecleos de hierro son
significativamente maacutes pequentildeos que los de la ferritina (20 plusmn 05 nm vs 37 plusmn 05 nm)
Queda por investigar coacutemo la hemosiderina podriacutea interferir en el proceso de la
neurodegeneracioacuten
Las diferencias estructurales de las ferritinas de diferentes oacuterganos e incluso de varias partes
del cerebro pueden afectar a la cristalizacioacuten del nuacutecleo de hierro de la ferritina Estudios
maacutes detallados de los nuacutecleos de hierro de la ferritina de SN GP Hip e hiacutegado con el
microscopio electroacutenico muestran diferencias significativas Los resultados se han
presentado junto con el ratio HL en la tabla 10
Tabla 10 Comparacioacuten del diaacutemetro de hierro de la ferritina en diferentes estructuras del
cuerpo humano
Como se puede ver el decremento del diaacutemetro del nuacutecleo de hierro de la ferritina estaacute
acompantildeado por un incremento del ratio HL Se postula que esto puede ser un reflejo de las
diferencias locales del ratio del metabolismo del hierro [59]
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53 REPERCUSIONES EN LA SALUD HUMANA
531 Disrupcioacuten del Metabolismo Normal de Hierro en el Cerebro
En el cuerpo humano la disrupcioacuten del metabolismo normal del hierro en el cerebro es una
caracteriacutestica de varios desoacuterdenes neurodegenerativos [57]
como la enfermedad de Alzheimer
(AD) Parkinson (PD) y la paraacutelisis supranuclear progresiva (PSP)
Por ejemplo se sabe que en los pacientes de Alzheimer ocurre una acumulacioacuten de hierro
excesiva particularmente en las placas AD y los niveles totales de hierro son elevados en el
hipocampo amiacutegdala nuacutecleo basal de Meynert y el cortex cerebral Estos elevados niveles
de hierro en el tejido neurodegenerativo no se correlacionan con niveles elevados de ferritina
o de la proteiacutena de transporte de hierro extracelular transferrina De hecho se ha reportado
una reduccioacuten de transferrina en algunas regiones de los cerebros de pacientes AD y PD
indicando movilidad y segregacioacuten de hierro reducidas
Algunos estudios [57]
han mostrado que hay varias formas de hierro que pueden jugar un rol
significativo en los procesos bioquiacutemicos que conducen a la progresioacuten de estas
enfermedades Se cree principalmente que es resultado del estreacutes oxidativo ndash la generacioacuten
de radicales libres a traveacutes de la reaccioacuten Fenton No obstante otros resultados sugieren que
la ferritina podriacutea actuar modulando la formacioacuten de los filamentos tau en PSP (aunque no
existen indicaciones fiables de niveles anormales de ferritina en el tejido neurodegenerativo)
y que el hierro podriacutea promover agregados de betaA4
Aunque la asociacioacuten de concentraciones anoacutemalas de hierro con el tejido neurodegenerativo
estaacute bien documentada particularmente en AD los meacutetodos anteriores a 2001 para ensayar
con el hierro en tejidos enfermos generalmente son especiacuteficamente ioacutenicos han tenido una
resolucioacuten espacial pobre y proporcionaron una informacioacuten cuantitativa poco fiable [57]
Posteriormente se han realizado algunos progresos en el anaacutelisis de hierro en alta resolucioacuten
de tejidos de AD (Smith y otros) Estos mostraron utilizando teacutecnicas de tentildeido de hierro
modificado que el hierro activo redox estaacute fuertemente asociado con las placas AD y los
ovillos neurofibrilares Este trabajo tambieacuten demostroacute que el hierro asociado a lesiones es
distinto del hierro segregado en la ferritina y proporcionoacute la evidencia indirecta de la
presencia de Fe(II) en el tejido de AD
Si bien esta teacutecnica ofrece una resolucioacuten mejorada todaviacutea no es posible identificar la forma
estructural del hierro o la distribucioacuten mapeada del Fe(II) De manera que las anomaliacuteas del
hierro asociadas con la enfermedad neurodegenerativa no estaacuten bien caracterizadas y la
forma estructuralmolecular del exceso de hierro en las placas AD y tejido neurodegenerativo
en general no se conocen
No obstante la investigacioacuten en este campo [57]
comienza a ver algo de luz sobre el rol del
hierro Por ejemplo un trabajo realizado por Floor E [61]
publicado en el antildeo 2000 demostroacute
una mayor conexioacuten entre los niveles altos de hierro en el ganglio basal y el estreacutes oxidativo
en los pacientes de Parkinson
Una disrupcioacuten del metabolismo del hierro y un incremento de hierro en la misma regioacuten del
cerebro tambieacuten implica las enfermedades de Huntington y Alzheimer y la acumulacioacuten de
hierro se ha asociado a la microgliosis y se ha correlacionado con el dantildeo incrementado a la
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regioacuten CA1 del hipocampo a traveacutes de las interacciones hierro-zinc en los modelos de
enfermedades neurodegenerativas
Deberiacutea apreciarse no obstante que algunos resultados han mostrado que la presencia de
nucleoacutesidos oxidados en las neuronas no parece estar relacionada con material de placa senil
ni ovillos neurofibrilares en el Alzheimer aunque hay indicaciones de que el hierro es una
fuente significativa de dantildeo oxidativo
532 Consecuencias Potenciales de la Magnetita Biogeacutenica en Tejidos
Neurodegenerativos
Los estudios experimentales preliminares realizados por el equipo de Jon Dobson y Carmen
Quintana (Instituto de Microelectroacutenica de Madrid) [57]
sugieren que esta magnetita biogeacutenica
puede encontrarse en las placas AD placas seniles y filamentos tau anoacutemalos extraiacutedos de
tejidos PSP Ademaacutes los anaacutelisis de muestras relativamente grandes (varios gramos) de tejido
AD realizados por el equipo de Kirschvink indican la presencia de magnetita yo maghemita
aunque las placas se fueron analizadas de forma separada
En 1995 se utilizoacute un microscopio de fuerza magneacutetica (MFM) para examinar una muestra de
tejido del hipocampo que conteniacutea material de plaqueta Este material opaco exhibiacutea una
respuesta como la de un dipolo consistente con la presencia de material magneacutetico como la
magnetita yo la maghemita (ambas tienen propiedades magneacuteticas similares) (Figura 18) La
ferritina que es superparamagneacutetica (no tiene un comportamiento como el de un magneto a
temperatura corporal) no produciriacutea una respuesta tal
Figura 18 Escaacutener de
microscopio de fuerza
magneacutetica (MEM) de
material de placa de
hipocampo humano
mostrando una respuesta
magneacutetica dipolar
A finales de 1999 se utilizoacute un microscopio HR-TEM y un espectroscopio de peacuterdida de
energiacutea electroacutenica para examinar la ferritina en filamentos helicoidales pareados de tejido
AD y ferritina ligada a filamentos tau anoacutemalos en paraacutelisis supranuclear progresiva neuro-
degenerativa Los resultados dieron indicaciones preliminares de la presencia de oacutexido de
hierro cuacutebico dentro de la cavidad de la proteiacutena ferritina con espectro similar al de los
estaacutendares de magnetita maghemita sinteacuteticas
Como se discutioacute previamente es posible que la ferritina pueda actuar como un precursor en
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la formacioacuten de magnetita biogeacutenica en el cuerpo humano quizaacute a traveacutes de una sobrecarga
de hierro en el nuacutecleo y la ruptura de la funcioacuten normal de la proteiacutena Esto estaacute avalado por la
evidencia de que haya magnetita dentro de la cavidad de la ferritina
Si la presencia de magnetita biogeacutenica en las placas de AD y tejido neurodegenerativo se
confirma tendriacutea consecuencias importantes para la comprensioacuten de la progresioacuten de las
enfermedades neurodegenerativas ndashincluso posiblemente tambieacuten su inicio- y permitiriacutea una
deteccioacuten y diagnoacutestico temprano
La magnetita biogeacutenica puede jugar un papel en el inicio y progresioacuten de la enfermedad
neurodegenerativa mediante la produccioacuten de radicales libres que dantildearan el tejido en el lugar
de la acumulacioacuten de magnetita Niveles elevados de hiero libre en el tejido cerebral afectado
de Alzheimer se han supuesto como posible causa de la degeneracioacuten neuronal a traveacutes de los
procesos de radicales libres viacutea reaccioacuten Fenton No obstante las nanopartiacuteculas de magnetita
y maghemita muestran tener un efecto sustancial en la generacioacuten de radicales libres
Experimentos anteriores demostraron que los complejos hierro-oxiacutegeno pueden ser un
catalizador maacutes efectivo para los radicales libres dantildeinos en los tejidos cerebrales que la
reaccioacuten Fenton
Estos efectos se han conseguido a traveacutes de campos magneacuteticos fuertes locales generados
mediante partiacuteculas de magnetita biogeacutenica que estabilizan estados triplet durante las
reacciones bioquiacutemicas que tienen lugar a su alrededor Esto conduce a la produccioacuten de
radicales libres que dantildeariacutean la membrana y cambios en los resultados de la reaccioacuten Incluso
campos magneacuteticos relativamente deacutebiles podriacutean influir fuertemente sobre los resultados de
la reaccioacuten Ademaacutes Fe(II) en la magnetita puede ser oxidado con facilidad (formando
maghemita) y este proceso junto con los efectos de campo magneacutetico local pueden influir en
la produccioacuten y agregacioacuten de β-amiloides Esto es particularmente relevante si se considera
que existen estudios que muestran que el hierro promueve la agregacioacuten de β-amiloides
peacuteptidos in vitro y que los β-amiloides potencian la formacioacuten de radicales libres al
estabilizarse el hierro ferroso [57]
533 Magnetita Biogeacutenica y Deteccioacuten de Enfermedades Neurodegenerativas
Ademaacutes de las implicaciones potenciales para la progresioacuten de la enfermedad existen tambieacuten
posibles beneficios en la presencia de magnetita en tejidos neurodegenerativos [57]
La
deteccioacuten temprana es uno de los objetivos principales en los esfuerzos de la investigacioacuten en
neurodegeneracioacuten y uno de los meacutetodos que se consideran actualmente es el uso de imaacutegenes
de resonancia magneacutetica MRI Habitualmente en pacientes maacutes avanzados las imaacutegenes MR
muestran regiones de hiperintensidad debida a la atrofia del aacuterea afectada del cerebro
Mientras que este meacutetodo puede ser bueno en la identificacioacuten de enfermedades
neurodegenerativas tales como el Alzheimer cuando se observa la enfermedad ya se ha
desarrollado significativamente desde sus estados iniciales
Si la magnetita estaacute presente en las placas y tejido neurodegenerativo estos meacutetodos podriacutean
adaptarse para buscar regiones en que hubiera acumulacioacuten de magnetita en sujetos que
puedan tener predisposicioacuten a estas enfermedades Ello podriacutea conducir a teacutecnicas para la
deteccioacuten de las enfermedades neurodegenerativas en una fase maacutes temprana que la posible
actualmente en que el tejido atrofiado ya se encuentra en estados avanzados de la enfermedad
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534 La Ferritina y el Hierro en las Neurodegeneraciones
5341 Neurodegeneracioacuten con Acumulacioacuten de Hierro en el Cerebro
Seguacuten Andrzej Friedman y colaboradores en 2011
[59] la neurodegeneracioacuten con acumulacioacuten
de hierro en el cerebro (NBIA) es un grupo de desoacuterdenes cognitivos y extrapiramidales
progresivos que incluyen el anteriormente denominado siacutendrome de Hallervorden-Spatz la
neuroferritinopatiacutea y la aceruloplasminemia El epoacutenimo original para esta enfermedad
reconocioacute el trabajo de los neuropatoacutelogos alemanes Julius Hallervorden y Hugo Spatz El
nuevo teacutermino NBIA es maacutes favorable a la luz de las poco eacuteticas actividades de Hallervorden
y Spatz antes y durante la Segunda Guerra Mundial
Las NBIAs estaacuten caracterizadas por la acumulacioacuten de hierro predominantemente en el globus
pallidus asiacute como esferoides axonales extensivas en varias regiones del cerebro Estudios
recientes indican muacuteltiples causas geneacuteticas y la enfermedad puede ocurrir tambieacuten sin un
respaldo geneacutetico evidente La forma geneacutetica maacutes frecuente es la pantotenato kinasa-2
asociado a neurodegeneracioacuten (PKAN) con una mutacioacuten en el gen de la pantotenato kinasa-2
(PKAN2) Otras formas estaacuten asociadas con una mutacioacuten en los genes de fosfolipasa A2
(PLA2G6) FTL (neuroferritinopatiacutea) CP (aceruloplasminemia) FA2H (hidroxilasa 2 de
aacutecido graso) y ATP13A2 (ATPasa tipo 13A2)
La PKAN claacutesica se caracteriza por su aparicioacuten a edad temprana y raacutepida progresioacuten a
menudo asociada con mutaciones sin sentido o de desplazamiento del marco Rasgos
caracteriacutesticos son distonia disartria parkinsonismo espasticidad hiperreflexia
retinopatiacutea pigmentaria y posibles impedimentos cognitivos La PKAN atiacutepica se
caracteriza por una aparicioacuten maacutes tardiacutea y lenta progresioacuten y a menudo estaacute asociada a
mutaciones sustitutivas de PANK2 La mayoriacutea de los individuos con PKAN muestran
acumulaciones de hierro cerebral en el GP y SN en escaneos MRI de T2-ponderados que
forman un grafo muy caracteriacutestico conocido como ldquoojo de tigrerdquo Maacutes recientemente se
ha demostrado que una regulacioacuten baja de PANK2 en ceacutelulas de cultivo alteroacute el status de
hierro con un gran incremento en la ferroportina ndash proteiacutean exportadora del hierro celular-
y decremento en la ferritina
Un segundo tipo de NBIA es causado por la mutacioacuten del gen PLA2G6 que codifica la
enzima fosfolipasa A2 independiente de calcio que cataliza la hidroacutelisis de los
glicerofosfoliacutepidos Defectos en la fosfolipasa A2 conducen a una serie de fenotipos Las
mutaciones PLA2G6 estaacuten asociados a praacutecticamente todos los casos de distrofia
neuroaxonal infantil pero soacutelo a unos pocos casos de neurodegeneracioacuten idiopaacutetica con
acumulacioacuten de hierro cerebral Las caracteriacutesticas cliacutenicas y neuropatoloacutegicos presentan
una conexioacuten entre PLA2G6 y PD
La aceruloplasminemia un desorden del metabolismo del hierro con ausencia completa de
la actividad de la ferroxidasa ceruloplasmina estaacute causado por mutaciones en el gen CP
que codifica la ceruloplasmina Curiosamente esta proteiacutena es conocida por asistir a la
ferroportina en el mecanismo de la exportacioacuten de hierro celular en el cerebro pero no
hay datos de coacutemo pueda afectar a la ferritina en el cerebro Las sentildeales neuroloacutegicas
tiacutepicas incluyen impedimento cognitivo dyskinesia craneofacial ataxia cerebelar y
degeneracioacuten retinal Ademaacutes los pacientes muestran ausencia de ceruloplasmina serica y
alguna combinacioacuten de las siguientes baja concentracioacuten de cobre serico baja
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concentracioacuten de hierro serico alta concentracioacuten de ferrtina serica e incremento de la
concentracioacuten de hierro hepaacutetico El diagnostico estaacute soportado por un MRI caracteriacutestico
que encuentra intensidades bajas anormales que reflejan la acumulacioacuten de hierro en el
cerebro (estriato taacutelamo nuacutecleo dentado) e hiacutegado en imaacutegenes ponderadas de T1 y T2
La neuroferritinopatiacutea es predominantemente un desorden en el movimiento heredado
caracterizado por la deposicioacuten de hierro y ferritina en el cerebro niveles de ferrtina de
serita baja o normal y valores cliacutenicos variables elevados Cliacutenicamente los siacutentomas
tienen un espectro muy amplio desde chorea a distonia o caracteriacutesticas parkinsonianas
tiacutepicas y perturbaciones de funciones cognitivas La neuroferritinopatiacutea es una enfermedad
de progresioacuten lenta que aparece en adultos caracterizada por la formacioacuten de agregados de
ferritina y agrupaciones de hierro en el cerebro y otros oacuterganos FTL es el uacutenico gen
actualmente conocido asociado a la neuroferritinopatiacutea La mayoriacutea de las mutaciones son
inserciones de uno o dos nucleoacutetidos en el gen FTL que causa un desplazamiento y
modifica el teacutermino-C de FTL Estas modificaciones alteran las propiedades fiacutesicas y
funcionales de las ferritinas causando un desequilibrio en la homeostasis de hierro del
cerebro
Las mutaciones patogeacutenicas en el gen FTL se cree que reducen la capacidad de la ferritina
para almacenar hierro resultando como consecuencia un exceso de hierro en las neuronas
cerebrales Estas ceacutelulas pueden responder produciendo maacutes ferritina en un intento de
gestionar el hierro libre El exceso de hierro y ferritina acumulado en el cerebro
particularmente en el ganglio basal provoca desoacuterdenes de movimiento y otros cambios
neuroloacutegicos vistos en la neuroferritinopatiacutea Las neuroferritinopatiacuteas representan una
evidencia directa de que los cambios en la estructura de la ferritina causan un
almacenamiento de hierro deficiente y pueden conducir a una neurodegeneracioacuten con
dantildeo neuronal probablemente causado por un exceso de hierro laacutebil maacutes que por los
agregados de hierro y ferritina
5342 La Enfermedad de Parkinson (PD)
La enfermedad de Parkinson PD es un desorden progresivo con un cuadro cliacutenico tiacutepico y
patologiacutea que involucra principalmente la SN con agregados de a-sinucleina y formacioacuten de
cuerpos de Lewy La hipoacutetesis de que el incremento de la concentracioacuten de hierro en la SN es
una de las causas de PD se formuloacute en 1989 [59]
Esta hipoacutetesis estaba soportada por los datos
experimentales que mostraban un incremento de hierro en la sustancia negra SN
parkinsoniana Pero tambieacuten se publicaron datos mostrando que no se incrementaba la
concentracioacuten de hierro en la SN parkinsoniana comparada con otras de control La tabla 11
presenta los resultados de varios estudios en que se evaluacutea la concentracioacuten del hierro total en
SN Parece que no hay una evidencia concluyente para un incremento sustancial de la
concentracioacuten de hierro total en SN parkinsoniano [59]
Tabla 11 Comparativa de las concentraciones de hierro en la sustancia negra en afectados
por Parkinson y de control
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Esto no excluye un posible rol del hierro en el proceso ya que puede afectar no en su cantidad
total pero siacute en su forma como hierro laacutebil que dispara la neurodegeneracioacuten viacutea quiacutemica de
Fenton Al evaluar la concentracioacuten de hierro laacutebil en Parkinson y control de la SN se detectoacute
un incremento de hierro laacutebil Es importante destacar que la cantidad de este hierro laacutebil es
pequentildea sobre 12000 del total del hierro tanto en PD como en control
Una cuestioacuten importante es la fuente de hierro en PD para la reaccioacuten de Fenton En la
literatura se han considerado dos fuentes posibles neuromelanina y ferritina [59]
Neuromelanina La neuromelanina de la SN podriacutea jugar un papel doble Al inicio del
proceso la neuromelanina quelata el hierro en exceso pero con la progresioacuten de la
enfermedad cuando la concentracioacuten de hierro en la neuromelanina alcanza un nivel
criacutetico eacutesta libera el hierro causando estreacutes oxidativo Es difiacutecil confirmar esta hipoacutetesis
desde que el hierro se une a la neuromelanina durante la preparacioacuten de la muestra para la
determinacioacuten del hierro Tampoco el espectro de Moumlssbauer obtuvo ninguna sentildeal de
muestras no pretratadas de SN parkinsonianos ni de control que pudiera atribuirse a la
neuromelanina
Ferritina Una evidencia importante para la posible involucracioacuten de la ferritina en la
patogeacutenesis de la neurodegeneracioacuten en PD viene del MS El espectro de la ferritina en
PD muestra una asimetriacutea mayor que en los controles Esta diferencia no puede ser
relacionada a hierro que no sea de la ferritina ya que las concentraciones de este son
demasiado pequentildeas para ser detectadas mediante MS Por consiguiente puede postularse
que en PD el hierro de la SN es empacado dentro de la ceacutelula de ferritina de una manera
ligeramente diferente al de control que podriacutea ser debido a una diferencia en la estructura
de ferritina de PD frente a la de control Existe alguna controversia en la literatura en
cuanto al cambio de concentracioacuten de ferritina en SN parkinsoniano comparado con el de
control Aproximadamente 5 -10 de los individuos de maacutes de 60 antildeos tienen Cuerpos
de Lewy (LB) en su SN A estos sujetos se les refiere como casos incidentales de cuerpos
de Lewy (ILB) El ILB se cree que es un pre-siacutentoma del Parkinson Koziorowski y
alumnos encontraron bajas concentraciones de ferritina L en ILB y en PD comparado con
los controles La ferritina H en PD es mayor que en ILB y los controles
Bajos niveles de ferritina L en PD y ILB como en las mutaciones del gen FTL en
neuroferritinopatiacutea pueden reducir la capacidad de la ferritina para almacenar hierro
resultando una liberacioacuten del mismo En la neuroferritinopatiacutea las mutaciones en el gen
FTL afectan al plegamiento y estabilidad de la proteiacutena incrementando la sensibilidad y
capacidad del hierro intracelular para el estreacutes oxidativo y el dantildeo del DNA En general
se acepta que el estreacutes oxidativo juega un rol importante en la patogeacutenesis de PD
5343 La Paraacutelisis Supranuclear Progresiva (PSP)
La PSP es un desorden parkinsoniano atiacutepico asociado con la rigidez axial progresiva
paraacutelisis de la mirada vertical disartria y disfagia Sus sentildeales patoloacutegicas son atrofia peacuterdida
de neuronas y gliosis en el cortex ganglio basal y nuacutecleo del tronco encefaacutelico Las neuronas
afectadas muestran acumulacioacuten de ovillos neurofibrilares derivados de microtuacutebulos
asociados a la proteiacutena tau a la que estaacute asociada la ferritina A diferencia de PD PSP no ha
sido estudiada intensamente para el hierro Se demostroacute en los primeros estudios que habiacutea un
incremento del total de concentracioacuten de hierro en la SN de PSP utilizando el espectroscopio
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de plasma acoplado inductivamente y se sugirioacute en estudios maacutes recientes la posibilidad de
que hubiera un exceso de hierro en el ganglio basal de estos pacientes utilizando
nanodifraccioacuten electroacutenica y microscopiacutea electroacutenica de alta resolucioacuten Ademaacutes un estudio
de MS encontroacute un incremento de un 50 de la concentracioacuten total de hierro en GP y SN
aislada de cerebros PSP sobre los de control Hay una correlacioacuten significativa entre la
concentracioacuten de hierro en GP y SN en cerebros de PSP que sugiere un mecanismo similar de
destruccioacuten en ambas estructuras [59]
El coeficiente de asimetriacutea del espectro de Moumlssbauer
era significativamente superior en GP de PSP que en GP de control que puede reflejar la
cristalizacioacuten diferente del hierro dentro de la ferritina en PSP
5344 La Enfermedad de Alzheimer (AD)
Se trata de un desorden neurodegenerativo progresivo que afecta a las funciones cognitivas
El cortex del hipocampo es el aacuterea del cerebro mayormente afectada en la fase temprana de la
enfermedad asiacute como el estreacutes oxidativo Smith y alumnos encontraron acumulaciones de
hierro en placas seniles y ovillos neurofibrilares en cerebros de pacientes AD Se podriacutea
especular que como el cortex hipotalaacutemico estaacute ya fisioloacutegicamente en alto riesgo de estreacutes
oxidativo la desregulacioacuten de hierro podriacutea ser el punto de inicio en esta enfermedad
neurodegenerativa con cambios en los niveles de ferritina que pueden conllevar un
incremento de la capacidad de hierro para la reaccioacuten de Fendon Galazka-Friedman y
colaboradores utilizaron diferentes meacutetodos para evaluar el hierro y los compuestos ligados al
hierro en los tejidos Hip humanos Los resultados de estos estudios se presentan en la tabla
12
Tabla 12 Comparativa de las concentraciones de hierro total de ferritinas H y L
coeficientes de asimetriacutea y concentraciones de hierro laacutebil en varias estructuras cerebrales
Los paraacutemetros de Moumlssbauer obtenidos para todas las muestras sugeriacutean que la mayor parte
del hierro estaacute asociado a la ferritina La concentracioacuten media de hierro determinada por MS
en las muestras Hip de Alzheimer determinadas por absorcioacuten atoacutemica eran mayores que las
de control Las concentraciones de las cadenas H y L de ferritina en Alzheimer eran ambas
superiores a las de control
Connor y alumnos [62]
tambieacuten encontraron que el ratio HL en el cortex era mayor que en la
sustancia negra y se detectoacute una disminucioacuten de la concentracioacuten de la ferritina L en el cortex
y en la sustancia negra en pacientes con Alzheimer y Parkinson La disminucioacuten en la
concentracioacuten de ferritina L en el cortex de pacientes con Alzheimer fue mayor que en la
sustancia negra de pacientes con Parkinson
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6 LA MAGNETITA MINERAL
En este capiacutetulo una vez realizada la introduccioacuten a los oacutexidos e hidroacutexidos de hierro se
presenta la magnetita como mineral su generacioacuten geoloacutegica natural sus propiedades
generales cristalograacuteficas fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas asiacute como propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas cerrando el capiacutetulo con algunas de sus principales aplicaciones
61 LA GENERACIOacuteN GEOLOacuteGICA NATURAL
La geacutenesis geoloacutegica natural de la magnetita tiene lugar en un origen magmaacutetico accesorio en
casi todas las rocas baacutesicas y otros como por diferenciacioacuten magmaacutetica pegmatiacutetico
neumatoliacutetico de metamorfismo de contacto exhalativo volcaacutenico hidrotermal y
sedimentario
En cuanto a yacimientos de magnetita eacutesta es frecuente en ambientes de tipos diversos Hay
gran abundancia de este material en la zona de Kiruna Suecia
En Espantildea [63]
- Los cristales octaeacutedricos mejor formados presentando recrecimientos se encuentran en
San Pablo de los Montes (Toledo) como producto de meteorizacioacuten y en placeres
- Econoacutemicamente los yacimientos maacutes importantes radican en los Cotos Wagner y Vivaldi
de la provincia de Leoacuten
- Estaacute citado en las arenas de las riacuteas gallegas principalmente en la de Vigo y Viveros
(Pontevedra)
- Tambieacuten de igual forma en las playas de Marbella (Maacutelaga) y Cabo de Gata (Almeriacutea)
- De cierta importancia es la mineralizacioacuten de Cala (Huelva) lo mismo que las de la
provincia de Sevilla y las de Burguillos del Cerro (Badajoz)
- Cabe destacar tambieacuten El Escorial (Madrid) Jerez de los Caballeros y Zafra (Badajoz)
Naralaacutezaro (Sevilla) Os Civis (Leacuterida) Campos (Asturias) Cehegiacuten (Murcia) y Sierra
Almagrera (Almeriacutea)
En la Regioacuten de Murcia [64]
- En la Sierra de Cartagena se localizan mineralizaciones masivas en el denominado manto
silicatado o de magnetita que se caracteriza por su contenido en sulfuros siderita cuarzo y
greenalita entre otros Algunos ejemplares de estas zonas son muy magneacuteticos por lo que
pueden ser considerados como imanes naturales
- En el Cabezo Gordo (Torre Pacheco) aparecen importantes mineralizaciones en las rocas
metamoacuterficas del complejo Nevado-Filaacutebride junto con otros oacutexidos e hidroacutexidos de
hierro donde hay ejemplares masivos y octaedros de hasta 2 cm Algo semejante ocurre en
algunas minas de la Sierra de Enmedio (Lorca) aquiacute aparecen ejemplares masivos
asociados a mineralizaciones de oligisto y goethita en rocas del complejo Alpujaacuterride
- En los materiales triaacutesicos (facies Keuper) del norte de Ulea aparecen cristales octaeacutedricos
aislados de cerca de los 3 cm
- Pero el yacimiento maacutes importante de este mineral en la regioacuten se localiza en Cehegiacuten
donde aparecen importantes mineralizaciones asociadas a ofitas Fueron objeto de diversas
explotaciones cuyos restos se localizan desde el paraje del Chaparral hasta los Bantildeos de
Gilico En esta zona la magnetita aparece asociada a pirita y calcopirita o a cloritas
localizaacutendose masas granulares con pequentildeos octaedros y rombododecaedros de tamantildeo
centimeacutetrico en las fracturas de la ofita
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62 DEFINICIOacuteN
La magnetita Fe3O4 es un mineral
[65] negro
ferrimagneacutetico que contiene tanto FeII como Fe
III
constituido por oacutexido ferroso-difeacuterrico (veacuteanse las
figuras 19a y 19b) Junto con la titanomagnetita es el
responsable de las propiedades magneacuteticas de las rocas
objeto de los estudios paleomagneacuteticos Es caracteriacutestico
que este material tenga propiedades magneacuteticas en su
estado puro (veacutease la figura 19c)
Designacioacuten La magnetita pertenece a la categoriacutea de
los minerales oacutexidos del grupo de las espinelas
Etimologiacutea [66]
Probablemente derivada del nombre de
la localidad griega de Magnesia en Macedonia Una
faacutebula de Plinio atribuiacutea el nombre al de un pastor de
nombre Magnes que descubrioacute el mineral al observar
que se adheriacutea a los clavos de su calzado
Sinoacutenimos ICSD 65339 piedra imaacuten (cuando se
presenta con polaridad natural) piedra de Heacutercules
mineral de hierro magneacutetico PDF 19-629 Eacutestos reflejan
la diversidad de disciplinas que se han podido interesar
en este mineral
Seguacuten la Asociacioacuten Mineraloacutegica Internacional (IMA)
la magnetita se clasifica como
Especies vaacutelidas (Pre-IMA) 1845
Clasificacioacuten de Strunz 4BB05
Clasificacioacuten de Dana 07020203
Foacutermula aprobada Fe2+
(Fe3+
)2ordm4
Figura 19 Magnetitas
19a Magnetita
Figura 19b Magnetita de Isla de
Ischia (Italia)
Figura 19c Magnetita de
Cartagena (Espantildea)
Forma de presentarse Mineral accesorio comuacuten en rocas iacutegneas y metamoacuterficas Puede ser
producido biogeacutenicamente por una amplia variedad de organismos Frecuentemente en
cristales octoeacutedricos raramente en dodecaeacutedricos Masivo o diseminado en agregados
granudos compactos tambieacuten en arenas sueltas magneacuteticas de color pardo oscuro Una
variedad particular la constituye la valentinesita combinacioacuten de magnetita con cuarzo
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63 PROPIEDADES GENERALES
631 La Moleacutecula de la Magnetita
La magnetita [3]
difiere de la mayoriacutea del resto de oacutexidos de hierro en que es un oacutexido mixto
de FeII y Fe
III Su foacutermula es Fe3O4 Fe
2+OFe2
3+O3 o como Y[YX]O4 donde X = Fe
II Y =
FeIII
y los corchetes denotan ubicaciones octaeacutedricas (M ubicaciones) Entre el FeII y el Fe
III
se distribuyen 8 ubicaciones tetraeacutedricas (T ubicaciones) donde los iones trivalentes
ocupan ambas ubicaciones tetraeacutedricas y octaeacutedricas
En la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
En la figura 20(izquierda) se representa una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3
octaedros y 2 tetraedros mientras que en la figura 20(derecha) la configuracioacuten es tan soacutelo
de 2 octaedros y 1 tetraedro
Figura 20 Izquierda Modelo de una disposicioacuten octaeacutedrica y tetraeacutedrica con 3 octaedros y
2 tetraedros Derecha Configuracioacuten de 2 octaedros y 1 tetraedro
632 La Celda Unitaria de la Magnetita
Los principales detalles de la estructura de la
magnetita se establecieron en 1915 siendo uno
de las primeras estructuras minerales a las que
se aplicaron los rayos X La magnetita [3]
presenta estructura cristalina de espinela
inversa -que puede observarse en la figura 21-
y es isoestructural con otros compuestos como
el Jacobsite (FeIII
MnII Fe
III O4)
Magnesioferrita (Fe Mg Fe O4) y Ulvoespinela
(Fe2 Ti O4) Existen sustituciones de Fe por
magnesio y manganeso El vanadio tambieacuten
puede reemplazar al hierro dando lugar a la
Coulsonita
Figura 21 Estructura del grupo de la
espinela
Algunas de sus caracteriacutesticas son
Sistema cristalino Cuacutebico
o Clase normal o hexoctaedro
o Siacutembolo H-M 4m 2m o m3m (3 ejes cuaternarios + 3 planos de simetriacutea
perpendiculares + 4 ejes ternarios + 6 ejes binarios + 6 planos de simetriacutea
O Oxiacutegeno
Fe Hierro (octaedro)
Fe Hierro (tetraedro)
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perpendiculares + 1 centro de simetriacutea)
o Red de Bravais cuacutebica centrada en las
caras (F) como se muestra en la figura
22 Tiene una celda unitaria cuacutebica
centrada en las caras de 32 iones O2-
que se distribuyen regularmente en
paquetes cerrados cuacutebicos a lo largo del
[111]
o Grupo espacial Fd3m
Dimensiones de celda
o La longitud de la arista de la celda
unitaria es a = 08396nm 83963Aring
Unidades de foacutermula por unidad de celda
o Z = 8 La celda unitaria contiene 8
moleacuteculas de magnetita
El volumen de la celda unitaria es V =
59080 Aring3
Figura 22 Celda unitaria cuacutebica centrada
en caras
En esta estructura la
mitad de los cationes de
FeIII
ocupan huecos
tetraeacutedricos mientras que
la otra mitad de los
cationes FeIII
y todos los
FeII ocupan huecos
octaeacutedricos Estos huecos
tetraeacutedricos y octaeacutedricos
se generan debido al
empaquetamiento de
aniones oacutexido seguacuten el
esquema representado en
la figura 23 Figura 23 Celda unitaria de la magnetita
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633 Cristalizacioacuten
El octaedro (figura 24) es una forma compuesta de 8 triaacutengulos
equilaacuteteros Dichas caras en forma de triaacutengulos interceptan a los
tres ejes cristalograacuteficos a la misma distancia su forma de
notacioacuten de 111 Los minerales comuacutenmente exhiben la
misma forma octaeacutedrica simple como es el caso de la magnetita
y tambieacuten de la cromita franklinita espinela pirocloro cuprita
oro y diamante En ocasiones la fluorina pirita y galena toman
esta forma
Figura 24 Octaedro
La magnetita geoloacutegica natural se presenta comuacutenmente [3]
como cristales octaeacutedricos
limitados por planos 111 y menos frecuentemente rombo-dodecaeacutedricos aunque puede
presentarse en otras formas (figura 25) La simetriacutea ocurre sobre el plano 111
Figura 25 Formas cristalograacuteficas de la magnetita a- octaedro b ndash rombododecaedro c ndash
octaedro limitado por planos 111 d ndash doble
634 Algunas Propiedades Baacutesicas
Propiedades Oacutepticas Existen diferentes sistemas para cuantificar el color y asistir en la
comparacioacuten de colores entre los maacutes importantes existen dos sistemas de CIE-Lab y la
clasificacioacuten de colores de Munsell Brevemente los sistemas CIE estaacuten basados en el
principio de la tricromaticidad debido a que el ojo humano responde a soacutelo 3 componentes de
color correspondientes a los valores de triestiacutemulo X Y y Z Los valores de triestiacutemulo
pueden ser computerizados a partir del espectro reflejante y pueden convertirse
matemaacuteticamente a coordenadas para crear un espacio de color uniforme En el sistema CIE-
LAB estas coordenadas cartesianas son L(brillo o valor) a(rojo-verde) y b(amarillo ndash
azul) de forma que todos los colores pueden expresarse como combinacioacuten de L a y b
Existen instrumentos para una medida raacutepida de las componentes L a y b La saturacioacuten
de color viene dada por y el matiz por el arctan (ba)
En las ciencias geoloacutegicas el color se mide habitualmente utilizando el sistema de
clasificacioacuten de Munsell [3]
Este sistema define el color en funcioacuten del matiz H (posicioacuten del
color en el espectro) cantidad o croma C (pureza del matiz desde el gris al color puro) y valor
V(brillo del color en una escala que va desde el blanco al negro)
Color Negro grisaacuteceo negro metaacutelico
o Seguacuten la clasificacioacuten de Munsell negro
o Color RL (reflected light) Gris con tinte marroacuten
Raya Negra
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Brillo Metaacutelico
Iacutendice de refraccioacuten n =242
Isotroacutepico
Transparencia Opaco
Luminiscencia no fluorescente
El moacutedulo de Young o de elasticidad de la magnetita cristalina simple Fe3O4 es Emagn = 248
GPa en la direccioacuten lt111gt 230 GPa en la direccioacuten lt110gt y 208 GPa en la direccioacuten
lt110gt En su forma policristalina Emagnpc = 2258 GPa y se constata una disminucioacuten del
moacutedulo de Young en presencia de Co o Mn
Dureza 55 a 6 Hoja de cuchillo Ortoclase
Densidad 518 gcm3
Exfoliacioacuten Imperfecta Fractura Sub concoidea - Fracturas desarrolladas en materiales
fraacutegiles caracterizados por un punto y superficies curvas Tenacidad quebradiza
Radiactividad GRapi = 0 (Gamma Ray American Petroleum Institute) La magnetita no es
radiactivo
Peso molecular 23154 gm
La magnetita pulverizada es soluble en clorhiacutedrico concentrado
Composicioacuten
Contiene el 3103 de FeO y el 6897 Fe2O3
Hierro 7236 Fe 3103 FeO
6897 Fe2O3
Oxiacutegeno 2764 O
________ _______
10000 10000 = TOTAL OXIDO
Punto de fusioacuten 1583 a 1597 oC
Punto de ebullicioacuten 2623 oC
Calor de fusioacuten 13816 KJmol
Calor de descomposicioacuten 6050 KJmol
Calor de vaporizacioacuten 298 KJmol
Energiacutea libre estaacutendar de formacioacuten Δ -10126 KJmol
Producto de solubilidad log (Fe+2
)3 (H)
8 (e
-)2 357
Sustitucioacuten de cationes [3]
Aunque la magnetita estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05
frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica debido a un submallado de FeIII
con
deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede tambieacuten ser reemplazado parcial o
completamente por otros iones divalentes como el MnII Ni
II Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
El ajuste de los iones hueacutespedes en las estructura es asistido por la flexibilidad del oxiacutegeno
que lo rodea el cual puede expandirse o contraerse para acomodar cationes que difieran en
tamantildeo al FeII La sustitucioacuten de cationes viene acompantildeada de cambios en la longitud de la
arista de la celda unitaria
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En la siacutentesis de magnetitas [3]
se sintetizaron magnetitas sustituidas que conteniacutean maacutes de
001 metales de transicioacuten a 90 oC Las curvas de disolucioacuten indicaban que Co Ni y Zn se
distribuiacutean aleatoriamente dentro de la estructura y reemplazaban el FeII octaeacutedrico En
contraste a lo anterior Cu Mn y Cd se concentraban cerca de la superficie de los
cristales Tras convertir estas magnetitas a maghemita se formaba alrededor del cristal una
zona libre exterior a partir de los elementos de traza indicando que el Fe oxidado habiacutea
migrado y formado una nueva capa de maghemita dejando los elementos de traza en el
interior
Cuando se convirtioacute la magnetita a hematite los elementos de traza divalentes eran
expulsados debido a su valencia y tamantildeo y se concentraban en las capas superficiales
del oacutexido mientras que Cr y Mn compatibles con la estructura corundum permaneciacutean
en la hematite
Las magnetitas sustituidas [3]
preparadas a pH 12 desde ferrihidrita conteniacutean maacutes de 01
molmol de Mn Cu Co o Ni Los productos proporcionaron desde magnetitas con bajos
niveles de sustitucioacuten a totalmente sustituidas MFe2O4 (ferritas)
Cuando en la magnetita hay sustituciones de Ca aumenta la arista de la celda unitaria y si
hay sustituciones de aluminio disminuye el tamantildeo de la celda y baja el punto de Curie [3]
635 Principales Usos de la Magnetita Mineral
La magnetita fue el primer material magneacutetico que el hombre observoacute en la naturaleza y el
primero que utilizoacute tecnoloacutegicamente al introducir con su uso mejoras cruciales en los
sistemas de orientacioacuten para la navegacioacuten (en particular con el desarrollo de la bruacutejula) Es
uno de los oacutexidos de hierro maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentra naturalmente en
muy diversos ambientes razoacuten por la cual presenta intereses especiales en diferentes campos
como se pretende ilustrar con alguacuten detalle a continuacioacuten
Importante mena de hierro Junto con la hematita es una de las menas maacutes importantes al
contener un 72 de hierro (es el mineral con maacutes contenido en hierro)
Como material de construccioacuten se usa como antildeadido natural de alta densidad en
hormigones especialmente para proteccioacuten radioloacutegica
En calderas industriales la magnetita es un compuesto muy estable a altas temperaturas
aunque a temperaturas bajas o en presencia de aire huacutemedo a temperatura ambiente se
oxide lentamente y forme oacutexido feacuterrico Esta estabilidad de la magnetita a altas
temperaturas hace que sea un buen protector del interior de los tubos de la caldera Es por
ello que se hacen tratamientos quiacutemicos en las calderas industriales que persiguen formar
en el interior de los tubos capas continuas de magnetita
64 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
641 Propiedades Electroacutenicas y Eleacutectricas
La configuracioacuten electroacutenica [3]
del Fe+3
es 1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 mientras que la del Fe
+2 es
1s2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
6 Para los oacutexidos de hierro son precisamente los electrones del Fe de la
capa 3d los que determinan sus propiedades electroacutenicas magneacuteticas e inclusive algunas
espectroscoacutepicas de ahiacute que los orbitales con estos electrones tengan un mayor intereacutes
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Un orbital es la regioacuten del espacio ocupada por un electroacuten simple o por un par de electrones
Seguacuten el principio de exclusioacuten de Pauli el maacuteximo nuacutemero de electrones en un orbital
cualquiera es 2 y donde esto se consigue los electrones han de tener spin (momento angular
intriacutenseco) opuesto El spin del electroacuten influye fuertemente en las propiedades magneacuteticas
de un compuesto
Hay 5 orbitales d disponibles cada uno con una orientacioacuten espacial diferente En un aacutetomo
aislado estos 5 orbitales estaacuten degenerados por ejemplo sus energiacuteas son iguales En el nivel
maacutes bajo de energiacutea el Fe3+
tiene 5 electrones d desapareados y el Fe2+
tiene 2 electrones
apareados y 4 desapareados
En relacioacuten con su estructura los dos lugares de catioacuten diferentes ndash (A) tetraeacutedrica ocupada
por Fe3+
y (B) octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados
magneacuteticos interpuestos La estructura espinela inversa de la magnetita resulta del hecho de
que el CFSE (crystal field stabilitation energy) del Fe2+
es mayor para la coordinacioacuten
octaeacutedrica que para la tetraeacutedrica asiacute que el Fe2+
ocupa preferentemente los lugares
octaeacutedricos Para el Fe3+
el CFSE es cero tanto para la coordinacioacuten octaeacutedrica como para la
tetraeacutedrica de forma que este ioacuten no tiene preferencia alguna por el tipo de coordinacioacuten
El principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos En los
uacuteltimos sitios los electrones estaacuten teacutermicamente deslocalizados sobre los iones de Fe2+
y
Fe3+
Es esta deslocalizacioacuten la responsable de la alta conductividad de la magnetita
Densidad electroacutenica 489 gmcc
Iacutendice de fermiones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten semientero responsable de casi toda
la masa) 001
Iacutendice de bosones (tipo baacutesico de partiacutecula con spiacuten entero) 099
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eleacutectrico o magneacutetico la
presioacuten la radiacioacuten que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre
El hematite wuumlstite maghemita y magnetita son semiconductores [3]
En concreto la
magnetita muestra casi todas las propiedades metaacutelicas Para que un compuesto sea
semiconductor la caracteriacutestica principal es que la separacioacuten entre la banda de valencia de
los orbitales y la banda de conduccioacuten sea menor de 5 eV y esta condicioacuten se encuentra para
los oacutexidos anteriores
En la mayoriacutea de los oacutexidos de hierro con propiedades semiconductoras la excitacioacuten
electroacutenica se consigue por irradiacioacuten con luz visible de un longitud de onda adecuada (1 eV
= 1000 cm-1
- fotoconductividad)
Fotoelectricidad de la magnetita
Efecto de absorcioacuten fotoeleacutectrico (Pe) 2214 barnselectron
Pe = (Z36
10)00025 Z = Nuacutemero atoacutemico del aacutetomo
Pemin = Ai = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i en el mineral
Zi = nuacutemero atoacutemico del aacutetomo i Pi = valor Pe del aacutetomo i
Efecto fotoeleacutectrico (U) Pemin x ρe (densidad electroacutenica) = 10832 barnscc
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En un semiconductor intriacutenseco por ejemplo cuando el cristal se encuentra a temperatura
ambiente algunos electrones pueden absorber la energiacutea necesaria para saltar a la banda de
conduccioacuten dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia Obviamente el
proceso inverso tambieacuten se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado
energeacutetico correspondiente a la banda de conduccioacuten a un hueco en la banda de valencia
liberando energiacutea A este fenoacutemeno se le denomina recombinacioacuten
Sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacioacuten de pares e-h y de
recombinacioacuten se igualan de modo que la concentracioacuten global de electrones y huecos
permanece constante Siendo n la concentracioacuten de electrones (cargas negativas) y p la
concentracioacuten de huecos (cargas positivas) se cumple que ni = n = p
A ni se le denomina concentracioacuten intriacutenseca del semiconductor y es funcioacuten exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento
Si a un semiconductor intriacutenseco se le antildeade un pequentildeo porcentaje de impurezas es decir
elementos trivalentes o pentavalentes el semiconductor se denomina extriacutenseco y se dice
que estaacute dopado
Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones)
Un semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado antildeadiendo un
cierto tipo de aacutetomos al semiconductor para poder aumentar el nuacutemero de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos)
La magnetita puede considerarse como casi un metal deficiente con huecos en los espacios
octaeacutedricos Como semiconductor tanto tipo p como n [3]
presenta una barrera de energiacutea
potencial de tan soacutelo 01 eV (de ahiacute que la magnetita tenga la resistividad maacutes baja de todos
los oacutexidos) siendo su longitud de onda de excitacioacuten de 103 cm
-1
Su conductividad de entre 102-10
3 Ω
-1 cm
-1 es casi metaacutelica En la arista del octaedro
compartido los iones de Fe2+
y Fe3+
en las posiciones octaeacutedricas estaacuten muy cercanos y
como resultado los huecos pueden migrar faacutecilmente de Fe2+
a Fe3+
y facilita una buena
conductividad
642 Variacioacuten de la Conductividad Eleacutectrica con la Temperatura
A temperaturas por encima de TV~120 K (llamada temperatura de Verwey) los electrones en
los sitios octaeacutedricos se encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones Fe3+ y Fe2+
(en el fenoacutemeno conocido como electron hopping) lo que da lugar a la alta conductividad
eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas
(TVerwey = 120K ~ 153C) lt T lt (859K ~ 586C)
En la figura 26 puede observarse [67]
coacutemo la conductividad en (Ω cm)-1
aumenta significativamente (pasando
de menos de 50 a 250) hasta
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aproximadamente los 400K en que
comienza a disminuir en menor grado
hasta que pierde su comportamiento
ferrimagneacutetico a la temperatura de
859K con un valor proacuteximo a 200 A
temperaturas superiores el valor de la
conductividad se estabiliza En 1939
el cientiacutefico holandeacutes Evert Verwey [67]
descubrioacute que la conductividad
eleacutectrica de la magnetita disminuye
abrupta y dramaacuteticamente a bajas
temperaturas A unos -150 degC el
mineral metaacutelico se convierte en un
aislante
Figura 26 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita con la temperatura
Por debajo de la temperatura de Verwey se produce un ordenamiento de la configuracioacuten de
los iones de Fe2+
y Fe3+
en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten electroacutenica
643 Anisotropiacutea de la Conductividad Eleacutectrica
La anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica de la magnetita aumenta desde la temperatura de
transicioacuten (1194 plusmn 03 K) a 95K para permanecer praacutecticamente constante [68]
a temperaturas
inferiores La figura 27 representa la anisotropiacutea de la conductividad de una muestra de
magnetita de cristales sinteacuteticos formando una barra rectangular de 1cm de longitud y paralela
a la direccioacuten [110] tras enfriarla en dos campos magneacuteticos de orientacioacuten diferente Sin
embargo por encima de la transicioacuten la conductividad eleacutectrica de la magnetita presentoacute
propiedad isotroacutepica La figura 28 muestra la conductividad entre la temperatura ambiente y
la de transicioacuten para dos muestras con forma de barra rectangular en las direcciones [111] y
[110]
Figura 27 Anisotropiacutea de la conductividad eleacutectrica
de la magnetita a bajas temperaturas
Figura 28 Isotropiacutea de la
conductividad de la magnetita a
temperaturas inferiores a la
temperatura ambiente hasta la
temperatura de transicioacuten
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Se destaca que a temperaturas proacuteximas a la del cuerpo humano (37degC aproximadamente
310K) la variacioacuten de la conductividad respecto a la temperatura sigue siendo significativa
con un valor aproximado a 25 103 Sm que lo ubica dentro del rango de los conductores
eleacutectricos casi metaacutelicos [69]
65 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
651 Principales Paraacutemetros en Magnetismo
Los principales paraacutemetros utilizados para caracterizar las propiedades magneacuteticas de los
soacutelidos son la susceptibilidad magneacutetica la permeabilidad y el momento magneacutetico [3]
Cuando una sustancia se situacutea dentro de un campo magneacutetico de fuerza H (unidades Teslas)
la intensidad de magnetizacioacuten J (por ejemplo el momento magneacutetico de la muestra por
unidad de volumen [A m-1
o J T-1
m-3
] se relaciona con H a traveacutes de la susceptibilidad
magneacutetica k de la sustancia J = k H
La susceptibilidad magneacutetica puede expresarse en teacuterminos de volumen como k (m3
m-3
o J
T-2
m-3
) o de masa χ (m3 kg
-1 o J T
-2 kg
-1)
La densidad o flujo de las liacuteneas de fuerza en un soacutelido situado en un campo magneacutetico H se
denomina induccioacuten magneacutetica B definida seguacuten la siguiente relacioacuten B = μ (H + J)
La tendencia de las liacuteneas magneacuteticas de fuerza a pasar a traveacutes de un medio en relacioacuten a la
tendencia a pasar a traveacutes del vaciacuteo es la permeabilidad magneacutetica μ Este es uno de los
paraacutemetros que distingue un material diamagneacutetico de una sustancia paramagneacutetica
La permeabilidad se define como μ = μo (1 + k) donde μo es la permeabilidad en el vaciacuteo
La permeabilidad magneacutetica [70]
es la relacioacuten entre la induccioacuten magneacutetica y la intensidad
del campo magneacutetico es respecto al magnetismo lo que la conductividad es respecto a la
electricidad Es una propiedad del material y asiacute cuando se emplean fuentes electromotrices
(EM) el voltaje inducido en un conductor bajo la superficie variacutea no soacutelo en la relacioacuten del
campo magneacutetico sino tambieacuten con la permeabilidad magneacutetica del conductor De la
ecuacioacuten de Maxwell nabla se desprende que las corrientes inducidas son
multiplicadas por el factor en Hm (henrios por metro)
El momento magneacutetico m es un teacutermino utilizado para cuantificar las propiedades magneacuteticas
de una sustancia No se mide directamente pero se obtiene de la medida de la susceptibilidad
molar con la que se relaciona de la siguiente forma
χ = μ0
donde N es el nuacutemero de Avogadro y k la constante de Boltzman El momento magneacutetico
fundamental es el magnetoacuten de Bohr β tal que
β =
= 92732 10
-24 A m
2
donde e y me son la carga y masa del electroacuten respectivamente
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La expresioacuten del momento magneacutetico puede reducirse a m = 283
Las unidades del momento magneacutetico son JuliosTesla aunque a veces se expresa en
magnetones de Bohr
652 Tipos de Magnetismo
La figura 29 representa los diferentes tipos de magnetismo
[3] El diamagnetismo es la
propiedad baacutesica de tolas sustancias a repeler un campo magneacutetico La susceptibilidad
magneacutetica k de una sustancia diamagneacutetica es pequentildea negativa e independiente de la
temperatura (-10-6
)
Figura 29 Tipos de magnetismo
a) ferromagnetismo b) antiferromagnetismo c) ferrimagnetismo d) esperomagnetismo
Las sustancias paramagneacuteticas son atraiacutedas hacia un campo magneacutetico Dichas sustancias
poseen electrones no pareados que estaacuten aleatoriamente orientados en diferentes aacutetomos
Cada aacutetomo ioacuten o moleacutecula de una sustancia paramagneacutetica puede visualizarse como un
pequentildeo imaacuten con su propio momento magneacutetico inherente La aplicacioacuten de un campo
magneacutetico causa un alineamiento parcial de estos imanes paralelos al campo La
susceptiblidad magneacutetica es positiva y pequentildea (0 a 001) variacutea con la temperatura y su
comportamiento puede describirse seguacuten la ley de Curie-Weiss
χM =
siendo CM y TC la constante de Curie y la temperatura de Curie respectivamente y T es la
temperatura
La dependencia de la temperatura de χM es el resultado de dos fuerzas opuestas cuando la
temperatura aumenta la alineacioacuten incrementada por los momentos magneacuteticos enla
sustancia se opone mediante vibraciones teacutermicas maacutes fuertes de ahiacute que χM decrezca Bajo
una cierta temperatura (Neacuteel o Curie) que depende de cada oacutexido los oacutexidos de hierro
transitan hacia un estado ordenado magneacuteticamente y se convierten en ferromagneacuteticos
anitferromagneacuteticos ferrimagneacuteticos o esperomagneacuteticos
La temperatura de transicioacuten se denomina temperatura de Curie (TC) para ferromagneacuteticos y
ferrimagneacuteticos y temperatura de Neacuteel (TN) para sustancias antiferromagneacuteticas
Las sustancias ferro y ferrimagneacuteticas son fuertemente atraiacutedas por un campo magneacutetico En
una sustancia ferromagneacutetica la alineacioacuten de los spines de los electrones es paralela Tienen
un momento magneacutetico neto gran permeabilidad magneacutetica y susceptibilidad magneacutetica
positiva y de valores altos (001 ndash 106) Al aumentar la temperatura los momentos
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magneacuteticos y la susceptibilidad bajan raacutepidamente
En sustancias antiferromagneacuteticas los spines de los electrones tienen momentos magneacuteticos
iguales y estaacuten alineados de una forma antiparalela Tienen un momento magneacutetico global 0
permeabilidad positiva y una positiva pero baja susceptibilidad (0 ndash 01) Al incrementar la
temperatura normalmente aumenta la susceptibilidad debido a que el ordenamiento
antiparalelo se desequilibra
Las sustancias ferrimagneacuteticas tienen en comuacuten con las antiferromagneacuteticas en que existe
antiparalelismo pero los diferentes spines tienen momentos diferentes de forma que un
material ferrimagneacutetico tienen un momento magneacutetico resultante
El supermagnetismo resulta de una anisotropiacutea magneacutetica por ejemplo debido a la existencia
de direcciones cristalograacuteficas preferidas a lo largo de las cuales los spines de los electrones
se alinean maacutes faacutecilmente y la sustancia se magnetiza con maacutes facilidad La direccioacuten
preferida para esta faacutecil magnetizacioacuten es a lo largo del eje o juego de ejes cristalograacuteficos
por ejemplo para la magnetita a lo largo de las direcciones [111]
El esperomagnetismo es una propiedad por la que algunos materiales amorfos o pobremente
ordenados que contienen enlaces metal-O-metal que si el metal lleva momento magneacutetico
puede dar soporte a reaccione de super-intercambio
653 Caracteriacutesticas Magneacuteticas Baacutesicas de la Magnetita
El fuerte magnetismo de la magnetita se debe a un fenoacutemeno de ferrimagnetismo los
momentos magneacuteticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran
fuertemente acoplados por interacciones antiferromagneacuteticas pero de forma que en cada
celda unidad resulta un momento magneacutetico no compensado La suma de estos momentos
magneacuteticos no compensados fuertemente acoplados entre siacute es la responsable de que la
magnetita sea un imaacuten [3]
Temperatura de Curie 859 oK (a partir de la cual el material pasa a ser paramagneacutetico)
Magnetizacioacuten de saturacioacuten (σS a 300 K) 92 - 100 A m2 kg
-1 o J T
-1 kg
-1
Constante de anisotropiacutea (Keff) 104 ndash 10
5 J m
-3
Constante de restriccioacuten magneacutetica (λ) 35 10-6
Susceptibilidad magneacutetica (K = MH) en el SI 1200x103 a 19200x10
3
Los dos lugares de catioacuten diferente en la estructura ndash (A) tetraeacutedrica ocupada por Fe3+
y (B)
octaeacutedrica ocupada por Fe3+
y Fe2+
- forman la base para dos submallados magneacuteticos
interpuestos Por debajo de TC los momentos magneacuteticos de los sitios A y B son antiparalelos
y en suma las magnitudes de los tipos de estos momentos magneacuteticos son desiguales
causando el ferrimagnetismo La disposicioacuten de spin se escribe como Fe3+
[Fe3+
Fe2+
] O4 El
principal tipo de interaccioacuten es de acoplamiento antiferromagneacutetico a traveacutes del enlace de
127o FeA ndash O ndash FeB que es maacutes fuerte que el acoplamiento en los sitios octaeacutedricos
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654 Variacioacuten del Comportamiento Magneacutetico con la Temperatura
El comportamiento ferrimagneacutetico de la magnetita ocurre a temperatura ambiente por debajo
de la Temperatura de Curie TC que en el caso de la magnetita es de 859 K Por encima de
eacutesta el material tiene un comportamiento paramagneacutetico
El paramagnetismo se produce cuando las moleacuteculas de una sustancia tienen un momento
magneacutetico permanente El campo magneacutetico externo produce un momento que tiende a
alinear los dipolos magneacuteticos en la direccioacuten del campo La agitacioacuten teacutermica aumenta con la
temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magneacutetico En las sustancias
paramagneacuteticas la susceptibilidad magneacutetica es positiva pero muy pequentildea comparada con la
unidad
En la figura 30 se representa el valor
inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura
tanto para MnFe2O4 como para la
magnetita Fe3O4 [71]
Las asiacutentotas
para altas temperaturas se exponen
con pendientes acordes a las
constantes de Curie Puede
observarse coacutemo la susceptibilidad
de la magnetita toma valores
proacuteximos a 002 para 900K y 001
para 1000K como se indicaba
anteriormente valores positivos pero
muy pequentildeos comparados con la
unidad
Figura 30 Valor inverso de la susceptibilidad molar
1χmol en funcioacuten de la temperatura para MnFe2O4 y
Fe3O4
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7 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
71 NANOPARTIacuteCULAS MAGNEacuteTICAS Y FERROFLUIDOS
Las nanopartiacuteculas [72]
son partiacuteculas cuya caracteriacutestica principal es su tamantildeo que es del
orden del nanoacutemetro esto es 10-9
metros hasta unos 100nm Como referencia los aacutetomos
pueden estar entre los 01 a 04 nm
La sola caracteriacutestica del tamantildeo hace variar otras caracteriacutesticas que se asumiacutean como
propias del elemento o material especiacutefico Un ejemplo que puede aportar una idea
significativa es el de una macropieza de metal en una esfera de 2cm de diaacutemetro soacutelo una
pequentildeiacutesima proporcioacuten de ella (1 entre 10 millones de aacutetomos) forman la capa superficial En
una partiacutecula nanomeacutetrica de 10 nm de diaacutemetro el 10 de sus aacutetomos estaacuten en la capa
superficial y esto se incrementa hasta un 50 en partiacuteculas de 2 nm
Las propiedades mecaacutenicas de los materiales como la resistencia y maacutes en concreto la dureza
y la resistencia a la friccioacuten de los metales pueden incrementarse enormemente al bajar a
nivel nano el tamantildeo del grano
En cuanto a las propiedades quiacutemicas es evidente que cuando se trabaja con nanopartiacuteculas la
superficie aumenta enormemente respecto al mismo material a escala macro Muchos
catalizadores de reacciones quiacutemicas se han sintetizado a escala nano para mejorar sus
prestaciones hasta el punto de que incluso el oro arquetipo de material inerte a escala
nanomeacutetrica es un excelente catalizador para la oxidacioacuten del monoacutexido de carbono (CO)
Respecto a las propiedades magneacuteticas es conocido que el hierro es un material magneacutetico y
sin embargo un trozo de hierro puro no se magnetiza Se puede probar que eacuteste no atraeraacute a
una bola de hierro Por el contrario la bola seraacute atraiacuteda por un imaacuten Y sin embargo si se
situacutea la bola entre el imaacuten y el trozo de hierro inicial la bola seraacute atraiacuteda hacia el hierro
perdieacutendose esta propiedad al alejar el imaacuten Es decir ante un imaacuten el hierro se magnetiza
tanto que supera el magnetismo del imaacuten y esta propiedad revierte al alejarse el imaacuten
La fuente del magnetismo son sus aacutetomos constituyentes que disponen de diminutos imanes
dipolares permanentes cuya fuerza se denomina momento magneacutetico del aacutetomo En estos
materiales la fuerte interaccioacuten entre los aacutetomos alinea los imanes atoacutemicos para producir
magnetizacioacuten macroscoacutepica pero no es eacuteste su estado habitual ya que por lo general el
hierro puro no es un imaacuten quedando los momentos magneacuteticos compensados para minimizar
la energiacutea
Sin embargo esta compensacioacuten se rompe al llegar a un tamantildeo criacutetico (aproximadamente 100
nm) en que los momentos magneacuteticos dejan de compensarse y actuacutean en un uacutenico sentido
comportaacutendose el trozo de hierro como un fuerte imaacuten permanente
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711 Nanopartiacuteculas Magneacuteticas
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas son en general reactivamente superiores a las
micropartiacuteculas magneacuteticas (MMPs) ya que reaccionan mucho maacutes raacutepidamente y sin
necesidad de agitar la mezcla Loacutegicamente ello estaacute vinculado a su mayor ratio superficie
por volumen [72]
Al mismo tiempo su magnetizacioacuten de saturacioacuten (MS) es un paraacutemetro importante que
permite que las MNPs puedan ser manipuladas mediante un campo magneacutetico externo Los
metales puros (Fe Co Ni) los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
ferromagnetos tipo espinela (MeOFe2O3 Me=Fe Co Mg Zn Mn Ni etc) y aleaciones
(FePt FeCo FePd CoPt MnAl CoPt3 etc) son candidatos a construcciones de MNPs
biofuncionales Entre ellos la magnetita la maghemita y FePt son los materiales maacutes
empleados debido a su alta MS y estabilidad quiacutemica
Generacioacuten natural Las nanopartiacuteculas se encuentran habitualmente en la Tierra En la
atmoacutesfera por ejemplo las generan los volcanes y los incendios forestales En los oceacuteanos las
generan las fosas hidrotermales Tambieacuten algunas bacterias y moluscos generan
nanopartiacuteculas e incluso las explosiones de supernovas en el espacio generan nanopartiacuteculas
Las nanopartiacuteculas afectan al clima quizaacute la mayor contribucioacuten de las nanopartiacuteculas al
clima sea que sirven de nuacutecleo de condensacioacuten de las nubes es decir contribuyen
fuertemente a la formacioacuten de las nubes de forma que una nanopartiacutecula de 100 nm puede
condensar una nube de 10 μm que a su vez se transformaraacute en una gota de lluvia de 05 mm
Siacutentesis Una simple vela encendida produce a traveacutes de la combustioacuten nanopartiacuteculas de
carbono de diaacutemetro aproximado a 10 nm [72]
y la tinta india posteriormente china en el
2700 adc conteniacutea nanopartiacuteculas de carbono es suspensioacuten
Pero la siacutentesis de nanopartiacuteculas ya se ha estructurado en meacutetodos Bottom-Up y Top-Down
En los meacutetodos Bottom-Up en primer lugar se identifica la nanopartiacutecula de intereacutes para
luego producir y ensamblar el dispositivo requerido mientras que en los meacutetodos Top-Down
se parte de un material macro para crear una estructura o dispositivo
Entre los meacutetodos Bottom-Up se desarrollan los que usan vapor supersaturado los que
producen las nanopartiacuteculas en vaciacuteo por seleccioacuten de tamantildeo en aerosoles siacutentesis quiacutemica
en liacutequidos en suspensioacuten etc y entre los meacutetodos Top-Down baacutesicamente se realiza por
litografiacutea de haz de electrones (EBL) y utilizando haces de iones focalizados (FIB)
El tamantildeo de las nanopartiacuteculas magneacuteticas (MNPs) de 1 a 100 nm puede aproximarse al de
las biomacromoleacuteculas lo que permite interactuar con ellas mucho mejor que las partiacuteculas
de escalas superiores Por ello la biocompatibilidad de las MNPs seraacute un requisito a tener en
cuenta seleccionando aquellas que no sean toacutexicas o al menos las de menor toxicidad
Preparacioacuten modificacioacuten de la superficie y funcionalizacioacuten de las NNPs [73]
Preparacioacuten de MNPs (algunos ejemplos claacutesicos de bioseparacioacuten) La coprecipitacioacuten
quiacutemica de Fe2+
y Fe3+
en solucioacuten de H2O en presencia alcalina (NaOH o NH3H2O) para
sintetizar nanopartiacuteculas de los oacutexidos de hierro (magnetita Fe3O4 y maghemita γ-Fe2O3)
es quizaacute el meacutetodo maacutes faacutecil y utilizado
La descomposicioacuten teacutermica y reduccioacuten de precursores organometaacutelicos (acetilacetonatos
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metaacutelicos M(acac)n M=Fe Mn Co Ni Cr n=2 o 3 acac=acetelilacetonato
cupferronatos metaacutelicos MxCupx M=ion metaacutelico Cup=N-nitrosofenilhidroxilamina
pentacarbonilos de hierro) la siacutentesis de microemulsioacuten (agua en aceite WO aceite en
agua OW) y la siacutentesis hidroteacutermica son ejemplos tiacutepicos de siacutentesis de MNPs
Frente a los anteriores otros meacutetodos de siacutentesis como por spray y pirolisis laser
sonoquiacutemica y sol-gel recientemente existe un creciente intereacutes en utilizar las MNPs
originadas por bacterias para aplicaciones bioloacutegicas (magnetosomas) Un beneficio del
uso de MNPs originadas bioloacutegicamente es su superior biocompatibilidad ya que estaacuten
rodeadas de una membrana de liacutepido que contiene fosfoliacutepidos
Modificacioacuten de la superficie de las MNPs Mantener la estabilidad en el tiempo de las
MNPs sin aglomeracioacuten ni precipitacioacuten es todaviacutea un reto perdiendo a veces incluso sus
propiedades superparamagneacuteticas Por ello en la mayoriacutea de procesos para evitar esta
inestabilidad se recurre a aislar el nuacutecleo magneacutetico del entorno mediante una funda
protectora Ademaacutes a traveacutes de estos procesos esta caacutepsula protectora se selecciona de
forma que aumente la funcionalidad de las MNPs seguacuten la aplicacioacuten deseada
Un ejemplo es a traveacutes de surfactantes cuidadosamente seleccionados que reducen la
tensioacuten superficial como el aacutecido laurico el aacutecido miristico el aacutecido oleacuteico el aacutecido
dodecilbencenosulforico etc eficientes con MNPs solubles en agua
Con el fin de prevenir la agregacioacuten de MNPs se utilizan los poliacutemeros tanto naturales
como sinteacuteticos que abren una puerta hacia lo que parece un rango ilimitado de
posibilidades en la incorporacioacuten de propiedades especiacuteficas a las MNPs Macromoleacuteculas
originales naturales celulosas dextran gelatinas agarosa y carragenina se utilizan en
biomedicina
Tambieacuten se utilizan materiales inorgaacutenicos como carbono plata oro y silicio para
encapsular las MNPs de forma que a la vez que proporcionan estabilidad a las
nanopartiacuteculas en soluciones acuosas son muy uacutetiles como agentes bioloacutegicos y quiacutemicos
En los uacuteltimos antildeos se ha estudiado muchas pequentildeas moleacuteculas orgaacutenicas con el fin de
dar estabilidad y funcionalidad a las MNPs El aacutecido ciacutetrico es el ejemplo tiacutepico utilizado
para la magnetita Fe3O4 en el rango de 8 a 10 nm
Principales usos [73]
Las nanopartiacuteculas se aplican mediante la denominada nanotecnologiacutea
incremental para producir materiales avanzados con propiedades especiacuteficas a sus uso
gracias al cambio de propiedades de los materiales a escala nanomeacutetrica
Hoy en diacutea ya se estaacuten usando en los dispositivos de almacenamiento de datos (en paquetes
de nanopartiacuteculas) pero la capacidad de utilizar las nanopartiacuteculas individualmente
aumentariacutea la densidad de almacenamiento enormemente
Un punto cuaacutentico generalmente es una nanoestructura semiconductora que confina el
movimiento en las tres direcciones espaciales de los electrones de la banda de conduccioacuten
los huecos de la banda de valencia o excitones (pares de enlaces de electrones de conduccioacuten
de banda y huecos de banda de valencia) En el mundo macroscoacutepico los puntos cuaacutenticos
pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana o estar disueltos en un liacutequido Sin
embargo esa sustancia ha sido elaborada en el laboratorio partiendo de unos pocos aacutetomos
con teacutecnicas que manipulan la materia a escalas de nanoacutemetros Los puntos cuaacutenticos se
utilizan en
Optoelectroacutenica Con los puntos cuaacutenticos de materiales semiconductores como arseniuro
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de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos laacuteser emisores de luz maacutes eficientes que los
usados hoy en lectores de CD y de coacutedigos de barras
Biomedicina En forma de cristales independientes pero manteniendo su fundamento y sus
propiedades fiacutesicas Los puntos cuaacutenticos emiten luz brillante y muy estable Con ellos se
obtienen imaacutegenes de mucho contraste usando laacuteseres menos potentes y no existe el temor
de que se apaguen Ademaacutes la longitud de onda tan especiacutefica a la que brillan evita las
superposiciones y permite tentildeir a la vez muchas maacutes estructuras que con los meacutetodos de
tincioacuten tradicionales
Paneles solares experimentales La tercera generacioacuten de ceacutelulas fotovoltaicas usa entre
otras posibilidades las superficies con puntos cuaacutenticos El rendimiento es mayor que las
ceacutelulas de primera y segunda generacioacuten y su fabricacioacuten es maacutes econoacutemica Un punto
poliacutemero cuaacutentico funcionando podriacutea colocar eventualmente a la electricidad solar en
una posicioacuten econoacutemica igual a la electricidad del carboacuten Si esto pudiera hacerse seriacutea
revolucionario
Nuevos sistemas de iluminacioacuten con un rendimiento maacutes eficiente
Uno de los saltos tecnoloacutegicos en la nanotecnologiacutea de evolucioacuten (nanotecnologiacutea que trata
de construir nanopartiacuteculas que de forma individual realicen alguna funcioacuten especiacutefica uacutetil)
ha sido el desarrollo de nanopartiacuteculas simples que pueden funcionar como transistores
insertables modularmente en dispositivos electroacutenicos
Aplicaciones de las MNPs [73]
Aislamiento de ceacutelulas con MNPs Para una separacioacuten efectiva las ceacutelulas de intereacutes han
de ser etiquetadas con MNPs extriacutensecas para lograr el contrate suficiente de
susceptibilidad magneacutetica respecto a las otras ceacutelulas y al medio a excepcioacuten de la bacteria
magnetotaacutectica que contiene MNPs intriacutensecas en sus propias ceacutelulas que no necesitan
etiquetado
Extraccioacuten de proteiacutenas con MNPs El aislamiento y purificacioacuten de proteiacutenas
tradicionalmente se ha realizado mediante repeticioacuten de procesos como electroforesis
filtracioacuten centrifugacioacuten y cromatografiacutea hasta alcanzar una calidad miacutenima Para superar
sus limitaciones se han desarrollado teacutecnicas de separacioacuten mediante afinidad magneacutetica
intercambio ioacutenico e hidrofoacutebico Es evidente que en estos uacuteltimos procesos se obtendraacuten
mejores resultados con MNPs que con MMPs
Extraccioacuten de aacutecidos nucleacuteicos con MNPs La extraccioacuten de ADNARN estaacute siendo un
paso fundamental para estudios de diagnosis terapia y anaacutelisis geneacutetico La extraccioacuten de
aacutecidos nucleacuteicos en fase soacutelida magneacutetica comparada con los meacutetodos convencionales
ofrece claras ventajas tanto en tiempo de proceso como en requisitos quiacutemicos coste
econoacutemico y facilidad de automatizacioacuten
Las nanopartiacuteculas pueden interacturar con los organismos vivos [72]
En general en las
aplicaciones meacutedicas actuales basadas en nanopartiacuteculas eacutestas estaacuten destinadas a localizar
tipos especiacuteficos de ceacutelulas (normalmente ceacutelulas tumorales) y realicen alguna accioacuten
como eliminarlas o mostrarlas en una resolucioacuten muy alta para diagnosis
Una forma diferente de alcanzar el objetivo es incorporar el medicamento a nanopartiacuteculas
magneacuteticas de forma que puedan ser dirigidas y concentradas en el lugar objetivo
mediante un campo magneacutetico externo
En el tratamiento de tumores por hipertermia las nanopartiacuteculas magneacuteticas pueden elevar
la temperatura de las ceacuteluclas canceriacutegenas con el fin de eliminarlas
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712 Ferrofluidos Siacutentesis con Magnetita
Los ferrofluidos [74]
forman parte de una nueva clase de materiales magneacuteticos Estos
consisten en nanopartiacuteculas magneacuteticas coloidales dispersas y estabilizadas en un liacutequido
portador y que presentan propiedades de fluido y magneacuteticas por lo que son de gran
importancia tecnoloacutegica
Ciclo de histeacuteresis de ferrofluido de magnetita [74]
Para un ferrofluido a partir de
queroseno o de aceite comestible se observa que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es
directamente proporcional al aumento en la concentracioacuten de magnetita seguacuten graacuteficas de la
figura 31
En los preparados con queroseno se obtiene un rango de magnetizacioacuten especiacutefica entre 73 y
1337 emug y en los preparados con aceite comestible se obtiene un rango de 549 a 189
emug dependiendo de las concentraciones de magnetita de cada preparado Es interesante
observar el comportamiento de estos ferrofluidos al acercar un magneto como puede
comprobarse en la figura 32 El ferrofluido responde inmediatamente al acercarle un magneto
debido a la alineacioacuten de las partiacuteculas e incrementando la viscosidad del ferrofluido Este
vuelve a su estado inicial al retirar el magneto
Figura 31 Ciclos de histeacuteresis para el ferrofluido
con magnetita a partir de queroseno (a) y con
aceite comestible (b)
Figura 32 Comportamiento de un
ferrofluido con un 21 de
magnetita y preparado en aceite
comestible
Actualmente entre sus aplicaciones se pueden mencionar algunas como sellos magneacuteticos en
motores como lubricantes en discos magneacuteticos instrumentos para memoria oacuteptica y
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giroscopios Otras aplicaciones son en instrumentos magneacuteticos como bocinas tintas
magneacuteticas para cheques bancarios unidades de refrigeracioacuten magneacutetica etc Los ferrofluidos
tambieacuten tienen aplicaciones en medicina como por ejemplo liberadores de medicinas para
restringir el flujo sanguiacuteneo en determinadas partes del cuerpo y actuacutean como material opaco
para el diagnoacutestico de imaacutegenes usando rayos X o resonancia magneacutetica nuclear
Una forma de obtener partiacuteculas de magnetita para posteriormente obtener un ferrofluido es a
traveacutes de la teacutecnica de coprecipitacioacuten quiacutemica [74]
que consiste en mezclar una solucioacuten de
cloruro feacuterrico (FeCl36H2O) y cloruro ferroso (FeCl24H2O) al 01 M con agitacioacuten mecaacutenica
a una velocidad de 2000 rpm La relacioacuten molar de FeCl3FeCl2 se obtiene constante con un
valor de 21
Esta solucioacuten se calienta hasta una temperatura de 70 oC inmediatamente se aumenta la
velocidad de agitacioacuten hasta 7500 rpm y se agrega raacutepidamente una solucioacuten de hidroacutexido de
amonio (NH4OH) al 10 en volumen formaacutendose instantaacuteneamente un precipitado oscuro
que son las nanopartiacuteculas de magnetita
Este precipitado ha de lavarse varias veces con agua destilada para eliminar los iones de Cl- y
el hidroacutexido de amonio remanente que inhiben la adsorcioacuten de las moleacuteculas del estabilizador
que se usaraacute para la preparacioacuten del ferrofluido Las nanopartiacuteculas de magnetita lavadas han
de mantenerse en suspensioacuten para facilitar su uso en la preparacioacuten del ferrofluido
Preparacioacuten de un ferrofluido con magnetita [74]
Se puede llevar a cabo mediante el
meacutetodo de peptizacioacuten Utilizando aacutecido oleico como surfactante queroseno o aceite
comestible como liacutequido portador y la magnetita en suspensioacuten como material magneacutetico En
primer lugar se prepara una solucioacuten de magnetitaaacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible
y se pone a calentar a 70 ndash 75 oC con agitacioacuten constante a 450 rpm hasta que se evapora el
agua residual que conteniacutea la magnetita y se forma una pasta (tiempo aproximado 6 horas)
Despueacutes se agrega una solucioacuten de aacutecido oleicoqueroseno o aceite comestible hasta obtener
el ferrofluido estable (aprox 4 horas) a la misma temperatura y velocidad de agitacioacuten
72 SIacuteNTESIS DE MAGNETITAS NANOMEacuteTRICAS MORFOLOGIacuteAS Y
TAMANtildeOS
La siacutentesis en sistemas acuosos [3]
a temperaturas inferiores a 100 oC produce un fino
granulado (lt01 μm) de cristales cuacutebicos u octaeacutedricos redondeados Son ejemplos la
oxidacioacuten de soluciones Fe2+
a pH neutro viacutea verdiacuten y la precipitacioacuten directa de las
soluciones mezcla de Fe2+
Fe3+
a pH 4-6
La magnetita se puede obtener a partir de un proceso de siacutentesis basado en la adicioacuten de una
base a una disolucioacuten acuosa de sales feacuterricas y ferrosa [75]
La reaccioacuten se realiza mediante
i Se mezcla 40 ml de una disolucioacuten 1 moll de FeCl3 y 10 ml de otra disolucioacuten 2 moll de
FeCl2 y 2 moll de HCl
ii La mezcla se vierte poco a poco con una pipeta que llega hasta el fondo del recipiente en
500 ml de otra disolucioacuten 07 moll de NH4OH mientras esta uacuteltima se mantiene en
agitacioacuten mecaacutenica
iii Se mantiene la agitacioacuten durante 20 minutos y posteriormente se elimina el sobrenadante
mediante decantacioacuten magneacutetica
iv Una vez obtenidas las partiacuteculas de magnetita es necesario asegurara la estabilidad de las
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suspensiones en disolucioacuten acuosa Para ello hay que tener en cuenta que la estabilidad
depende del pH de la suspensioacuten con la que se va a trabajar
o Si el medio es baacutesico las partiacuteculas se dispersan en una disolucioacuten acuosa 1 moll de
hidroacutexido de tetrametilamonio
o Por el contrario si es aacutecido el precipitado obtenido despueacutes de la decantacioacuten
magneacutetica se dispersa en una disolucioacuten 2 moll de aacutecido percloacuterico
v Despueacutes la suspensioacuten de magnetita obtenida se centrifuga y se redispersa en agua
desionizada hasta alcanzar el pH final deseado en la suspensioacuten resultante
Una siacutentesis hidroteacutermica de magnetita [3]
habitualmente produce cristales octaeacutedricos
simples que pueden llegar a ser del orden de 10
nm como puede comprobarse en la figura 33 en
la que los cristales de magnetita se han
producido hidroteacutermicamente a 250 oC a partir
de una solucioacuten 001 M Fe2(SO4)3 en presencia
de 04 M trietanolamina 24 M NaOH y 085 M
N2H4
En presencia de mineralizadores como 01 M HI
o 2 M NH4Cl y a 0207 MPa y 416-800 oC la
magnetita crece en cristales cuyas formas son
combinacioacuten de roacutembico dodecaedro (formas
101) estando los cristales maacutes redondeados de
lo normal Con aacutecido foacutermico se pueden producir
cristales de 01-02 mm [3]
Figura 33 Cristales de magnetita
producidos hidroteacutermicamente a 250 oC
Una descomposicioacuten hidroteacutermica de quelatos Fe-TEA en presencia de hidracina (180 oC)
produce octaedros polidispersos microscoacutepicos Se pueden obtener esferas y octaedros
uniformes y de mayor tamantildeo (003-11 μm) si el verdiacuten se oxida con KNO3 a 90 oC y pH 6-
10
La magnetita obtenida a partir de Fe(OH)2 en una solucioacuten muy baacutesica forma cubos de mayor
tamantildeo que con verdiacuten a pH 85 forma pequentildeos y gruesos platos y que a partir de
soluciones FeIIFe
III a pH 13 cristaliza partiacuteculas de 5 nm La coagulacioacuten inicial de las
partiacuteculas primarias es seguida de una recristalizacioacuten de contacto dentro de los agregados
esfeacutericos Las esferas formadas cuando el Fe2+
se encuentra en exceso sobre el OH- a pH 12
forma cristales cuacutebicos
La magnetita producida por reduccioacuten seca de hematite mantiene la forma y tamantildeo de las
partiacuteculas originales de hematite obtenieacutendose magnetitas tanto esfeacutericas como en listones [3]
Las magnetitas sustituidas con metal (Mn Co Cu Ni) se obtienen a partir de ferrihidritas
sustituidas con metal a pH 12 son cuacutebicas y de 10 a 50 nm de grosor Las magnetitas que
crecen mediante una oxidacioacuten lenta de verdiacuten a pH 6 en presencia de fosfato 005-010
molmol se presentan en octaedros bien definidos con planos 111 suaves
La figura 34 [3]
(izquierda) muestra cristales redondeados de magnetita obtenida con una
lenta oxidacioacuten (150 diacuteas) de una solucioacuten 005 M FeCl2 a pH 117 y temperatura ambiente
mientras que la figura 34 (derecha) magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten de una
solucioacuten 05 M FeSO4 con KNO3 en 143 M KOH a 90 oC
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Figura 34 Izquierda Cristales redondeados de magnetita obtenida con una lenta oxidacioacuten
a temperatura ambiente Derecha Magnetita octaeacutedrica obtenida por oxidacioacuten a 90 oC
En la figura 35 puede verse una de las
fotografiacuteas obtenidas en un microscopio
electroacutenico de transmisioacuten de alta resolucioacuten
HREM (STEM Philips CM20) de las partiacuteculas
de magnetita sintetizadas se ha realizado un
histograma midiendo el diaacutemetro de
aproximadamente 250 partiacuteculas [75]
El diaacutemetro medio obtenido es de 111plusmn20
nm como muestra la figura 36 En dichas
fotografiacuteas tambieacuten se observa que la forma de
las partiacuteculas es aproximadamente esfeacuterica
Figura 35 Fotografiacutea HREM de
partiacuteculas de magnetita sintetizada
Figura 36 Distribucioacuten de diaacutemetros de las partiacuteculas sinteacuteticas de magnetita
Superficie especiacutefica Tambieacuten se determinoacute
[75] la superficie especiacutefica de estas partiacuteculas de
magnetita mediante absorcioacuten de N2 por el meacutetodo BET multipunto con un aparato
Quantasorb Jr Quantachrome (USA) El valor obtenido fue de 422 m2g
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Estructura cristalina La estructura de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas
mediante coprecipitacioacuten quiacutemica se
determina mediante difraccioacuten de rayos X
empleando el meacutetodo de Debye-Scherrer
Se adjunta un ejemplo (figura 37) [74]
en
el que se ha utilizado un difractoacutemetro
Siemens D-5000 usando radiacioacuten CuKα
(25 mA 35 kV) en un rango de medicioacuten
de 10 a 80 grados angulares en la escala
de 2θ con una velocidad de barrido de
002 grados angulares por segundo Se
observa la correspondencia entre ambos
espectros
Figura 37 Difractograma de rayos X de las
partiacuteculas de magnetita sintetizadas (a) y
patroacuten de la magnetita (b)
Si el tamantildeo de partiacutecula y la distribucioacuten del tamantildeo de los cristales de magnetita son
similares la morfologiacutea del cristal afecta coercitivamente en el orden
esferasltcubosltoctaedros [3]
alineados con el incremento del nuacutemero de ejes magneacuteticos a lo
largo de estas series de formas Controlando las condiciones de precipitacioacuten y de ahiacute el
tamantildeo de la partiacutecula y su morfologiacutea se pueden producir magnetitas con rangos coercitivos
del orden de 24 a 20 kAm-1
721 Siacutentesis Bacteriana de Magnetita Nanomeacutetrica
Las nanopartiacuteculas magneacuteticas que son uacutenicas debido a sus elementos estructurales y
funcionales tienen varias aplicaciones novedosas La popularidad y practicidad de los
materiales de nanopartiacuteculas crean la necesidad de un meacutetodo de siacutentesis que produzca
partiacuteculas de calidad en cantidades considerables En 2005 Yeary LW Ji-Won Moon
Love LJ Thompson JR y colaboradores [76]
describieron un meacutetodo que utiliza siacutentesis
bacterial para crear nanopartiacuteculas de magnetita Se incuboacute la cepa de la bacteria termofiacutelica
Thermoanaerobacter ethanolicus TOR-39 bajo condiciones anaeroacutebicas a 65ordmC durante dos
semanas en una solucioacuten acuosa que conteniacutea iones de Fe de un precursor de la magnetita
(akaganeita) Las partiacuteculas de magnetita se formaron fuera de las ceacutelulas bacterianas Se
verificoacute el tamantildeo y morfologiacutea de la partiacutecula mediante scattering de luz dinaacutemica
difraccioacuten de rayos X y microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten Los cristales teniacutean un
tamantildeo medio de 45 nm Se caracterizaron las propiedades magneacuteticas utilizando el
magnetoacutemetro SQUID y se observoacute una magnetizacioacuten de saturacioacuten de 77 emug a 5K
Estos resultados son comparables a aquellos obtenidos de nanopartiacuteculas de magnetita
sintetizada quiacutemicamente
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73 PRINCIPALES APLICACIONES
Las aplicaciones de la magnetita nanomeacutetrica son muy diversas distinguieacutendose entre
aquellas de origen natural yo bioloacutegico y las aplicaciones que el ser humano ha realizado A
continuacioacuten se exponen un conjunto de ambos tipos [77]
Un interesante tema entre bioacutelogos y naturalistas ha sido el de los meacutetodos de orientacioacuten de
especies como aves abejas tortugas y peces durante sus procesos migratorios Muchas clases
de ceacutelulas y especies animales pueden sintetizar sus propios cristales de magnetita
En efecto una de las bruacutejulas maacutes pequentildeas conocidas tiene lugar en las llamadas bacterias
magnetotaacutecticas que contienen del orden de medio centenar de nanopartiacuteculas de magnetita
con diaacutemetros de entre 20 y 150 nanoacutemetros que forman estructuras magneacuteticas de entre 1 y
3 microacutemetros de largo [55]
[78]
Estas estructuras se encuentran alineadas en el interior de las
ceacutelulas por medio de la accioacuten de una proteiacutena Es el caso por ejemplo de la
Magnetospirillium magnetotacticum [79]
Son amplios los estudios en este campo y muacuteltiples los reportes de identificacioacuten de
magnetita en los oacuterganos de diversas especies [80]
[81] [82]
En 1999 se informoacute el
descubrimiento de un oacutergano que podriacutea funcionar como una bruacutejula magneacutetica interna una
liacutenea de cristales de magnetita en la nariz de una especie de trucha [83]
Han sido de tal relevancia los hallazgos que hoy se cree que la magnetita es el material
universal usado por todas las especies de animales que pueden orientarse aunque persiste la
creencia en muchos investigadores de que los animales podriacutean tener maacutes de un oacutergano de
navegacioacuten [84]
Por otro lado en el campo de la cultura y los estudios en paleontologiacutea tambieacuten se ha
sugerido otra posibilidad muy llamativa Se trata de utilizar los resultados de estudios sobre
magnetitas en bacterias halladas en excavaciones y cuevas para determinar condiciones
ambientales temperaturas e incluso direcciones de los campos magneacuteticos terrestres en
eacutepocas ancestrales Esta posibilidad nace de un hecho interesante dado su caraacutecter
magneacutetico la magnetita que se usaba como pigmento en las pinturas rupestres puede retener
informacioacuten precisa sobre la direccioacuten del campo magneacutetico terrestre en el momento en que
se grabaron por medio del proceso de ldquocongelamientordquo de los momentos magneacuteticos del
material durante el secado de las pinturas rupestres [85] [86] [87]
Otro aspecto en el que la magnetita ha tenido un papel altamente relevante es el relacionado
con estudios de oacutexidos de hierro en ambientes extraterrestres Hay numerosos reportes en los
que se devela la presencia de magnetita en Marte y otros lugares del sistema solar Se ha
encontrado incluso en el famoso meteorito ALH84001 y se ha relacionado su presencia con
foacutesiles de microorganismos como indicativo posible de la presencia de vida en el pasado en
Marte [88] [89] [90]
Otra de las uacutetiles aplicaciones actuales de los materiales ferrimagneacuteticos como la magnetita
corresponde a los ferrofluidos Dentro de los usos llamativos de los ferrofluidos se puede
citar su empleo en ejes de rotacioacuten de discos duros ayudando a mantener sellos de polvo en
los ejes y previniendo desperfectos y mal funcionamiento por contaminantes Tambieacuten se
usan en sistemas de sonido como bocinas y parlantes elementos que presentan vibracioacuten y
transformacioacuten de impulsos eleacutectricos en ondas sonoras Asiacute mismo como componentes de
amortiguamiento en motores dado que ciertas piezas pueden quedar suspendidas en el
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ferrofluido con cuyo uso se evita la necesidad de soportes y se disminuyen los efectos de
vibracioacuten por contactos directos entre partes del motor
Una aplicacioacuten muy valiosa para la industria y los procesos de reciclaje consiste en la
separacioacuten de metales de desperdicio Actualmente se emplean grandes tanques llenos con
ferrofluidos ante todo basados en magnetita en los que se sumergen los residuos de chatarra
metaacutelica de diferentes industrias La separacioacuten de los diferentes metales se logra
controlando la densidad (o la viscosidad) del ferrofluido por medio de la variacioacuten de la
temperatura y la aplicacioacuten de campos magneacuteticos de intensidad variable Con esto se logra
que trozos de diferentes metales floten en instantes distintos (dependiendo de la densidad del
ferrofluido) permitiendo su extraccioacuten y recuperacioacuten de manera diferenciada Tambieacuten se
ha implementado el uso de los ferrofuidos en sensores de aceleracioacuten o ldquoaceleroacutemetrosrdquo
dispositivos en los que se registran cambios en la posicioacuten de un imaacuten que levita sobre el
ferrofluido Ademaacutes presentan aplicaciones oacutepticas en cuanto exhiben propiedades como
birrefringencia magneacutetica y dicroiacutesmo con ellos se disentildean interruptores o switches oacutepticos y
obturadores Una maacutes es la posibilidad de usarlos en el campo de la seguridad bancaria al
emplearse en el desarrollo de tintas magneacuteticas lectores y medios de grabacioacuten magneacutetica
Como aplicaciones maacutes llamativas y sorprendentes en el creciente campo de la biomedicina
podemos citar diversos estudios sobre el uso de nanopartiacuteculas de magnetita como agente de
contraste en imaacutegenes de resonancia magneacutetica para efectos de diagnoacutestico meacutedico [91] [92]
y
como agente de transporte y dosificacioacuten eficaz de medicamentos en lo que en ingleacutes se
conoce como ldquodrug targeting deliveryrdquo [93]
En este caso el concepto consiste en generar
sistemas ldquointeligentesrdquo de dosificacioacuten con caracteriacutesticas especiales como la posibilidad de
controlar el desprendimiento de una droga ndasho cualquier sustancia activandash por medio de la
produccioacuten de un estiacutemulo externo tal como un cambio de temperatura o de pH
Generalmente la estructura de la sustancia que se aplica es del tipo core-shell consistente en
un nuacutecleo o core de material magneacutetico como magnetita y una corteza de recubrimiento o
shell de alguacuten poliacutemero biocompatible (termosensible y biodegradable) [94] [95] [96]
Por sus caracteriacutesticas biocompatibles la magnetita es quizaacute uno de los oacutexidos maacutes
empleados en aplicaciones biomeacutedicas El rasgo de ldquotermosensiblerdquo es muy importante si se
requiere controlar la zona o lugar de descarga y la cantidad de medicamento de acuerdo con
alguacuten patroacuten especiacutefico de dosificacioacuten Estos materiales ldquointeligentesrdquo se pueden guiar a las
ubicaciones deseadas por medio de campos magneacuteticos externos y luego generar un cambio
de temperatura aplicando un campo magneacutetico alterno en la zona afectada de forma que se
realice la liberacioacuten del medicamento De esta manera puede incrementarse de forma
sustancial la eficiencia en su transporte y al mismo tiempo disminuir efectos secundarios no
deseados por aplicacioacuten indiscriminada en otras porciones de tejido vecino [97] [98] [99]
En los uacuteltimos antildeos se ha experimentado en usos biomeacutedicos sobre animales en las que se
emplean partiacuteculas con nuacutecleos de oacutexidos con recubrimientos de azuacutecares para atacar algunos
tipos de caacutencer localizados Asiacute estas partiacuteculas ingresan en las ceacutelulas cancerosas y
mediante la aplicacioacuten de campos magneacuteticos alternos se induce hipertermia en la regioacuten
afectada aumentando la temperatura por unos minutos a unos 45 degC debido a la friccioacuten
generada por el movimiento de las partiacuteculas con la consecuente eliminacioacuten del tejido
afectado [100]
Cabe mencionar los trabajos maacutes recientes del Grupo de Magnetismo del Centro Atoacutemico de
Bariloche en Argentina en forma conjunta con la Facultad de Medicina de la Universidad de
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Buenos Aires Alliacute han avanzado en una teacutecnica para tratar el problema de desprendimiento
de retina La idea es insertar un imaacuten pequentildeo en la parte posterior del ojo afectado y luego
inyectar una solucioacuten de nanopartiacuteculas de magnetita que resultan atraiacutedas por el imaacuten y en
su trayectoria empujan la retina devolvieacutendola a su posicioacuten normal Este es un tratamiento
promisorio que ya se ha probado con eacutexito en animales estaacute en la fase inicial de la
experimentacioacuten en ojos humanos
Por otro lado uno de los aspectos maacutes recientes hacia los que se ha dirigido la atencioacuten es
que la magnetita ha resultado un excelente candidato para usos en el campo de la
espintroacutenica debido al alto grado de polarizacioacuten en una de las sub-bandas de espiacuten en el
nivel de Fermi a temperatura ambiente [101] [102] [103] [104]
brindando la posibilidad de obtener
corrientes de espines altamente polarizadas Este es un novedoso campo de la nanotecnologiacutea
relacionado con la dinaacutemica y procesos de transferencia de informacioacuten basados en el
transporte del espiacuten (en lugar de la carga eleacutectrica) de un sistema para disentildear dispositivos
funcionales Entre las motivaciones para trabajar en el campo de la espintroacutenica estaacute la
creciente demanda puacuteblica por incrementar cada vez maacutes la velocidad y disminuir el tamantildeo
de los dispositivos electroacutenicos ademaacutes entre los potenciales beneficios se cuenta la
posibilidad de desarrollar computadores en los que una uacutenica unidad se utilice como
dispositivo de coacutemputo y almacenamiento con menores niveles de consumo o aun maacutes la
posibilidad de disentildear dispositivos conceptualmente innovadores en los que se combinen las
prestaciones funcionales conocidas con algunas otras novedosas
74 PROPIEDADES GENERALES Y PECULIARIDADES
741 Carencias en las Fichas de Datos de Seguridad
A pesar de que la magnetita nanomeacutetrica se utiliza en numerosos campos de investigacioacuten
como se veraacute posteriormente y eacutesta se puede adquirir por ejemplo en solucioacuten acuosa o de
tolueno faacutecilmente en el mercado en precios que oscilan entre los 150 a 350 euro5ml es
destacable la carencia de informacioacuten respecto a sus propiedades tanto fiacutesicas y quiacutemicas
como de estabilidad y reactividad como se puede comprobar en la tabla 13 A continuacioacuten
se lista algunos detalles de la ficha de datos de seguridad de una solucioacuten de nanopartiacuteculas
magnetitas de 10 nm de tamantildeo medio y de 5 mgmL en agua (Sigma-Aldrich 2012) [105]
con
las siguientes propiedades
concentration 5 mgmL in H2O
magnetization gt45 emugat 4500 Oe
avg part size 10 nm
particle size 9-11 nm (TEM)
density 0865 gmL at 25 degC
Composicioacuteninformacioacuten sobre los componentes
Mezclas
Sinoacutenimos Magnetic iron oxide nanocrystals
Formula Fe3O4
Peso molecular 23153 gmol
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Aldrich - 725358 Pagina 2 de 6
Componente Clasificacioacuten Concentracioacuten
Triiron tetraoxide
No CAS 1317-61-9 Skin Irrit 2 Eye Irrit 2 STOT
No CE 215-277-5 SE 3 H315 H319 H335 lt 10
Xi R363738
Propiedades Fiacutesicas y Quiacutemicas
Informacioacuten sobre propiedades fiacutesicas y quiacutemicas baacutesicas
a) Aspecto Estado fiacutesico liacutequido
b) Olor sin datos disponibles
c) Umbral olfativo sin datos disponibles
d) pH sin datos disponibles
e) Punto de fusioacuten punto de congelacioacuten
sin datos disponibles
f) Punto inicial de ebullicioacuten e intervalo de
ebullicioacuten sin datos disponibles
g) Punto de inflamacioacuten
sin datos disponibles
h) Tasa de evaporacioacuten
sin datos disponibles
i) Inflamabilidad (soacutelido gas)
sin datos disponibles
j) Inflamabilidad superiorinferior o liacutemites
explosivos sin datos disponibles
k) Presioacuten de vapor sin datos disponibles
l) Densidad de vapor sin datos disponibles
m) Densidad relativa sin datos disponibles
n) Solubilidad en agua
sin datos disponibles
o) Coeficiente de reparto n-octanolagua
sin datos disponibles
p) Temperatura de autoinflamacioacuten
sin datos disponibles
q) Temperatura de descomposicioacuten
sin datos disponibles
r) Viscosidad sin datos disponibles
s) Propiedades explosivas
sin datos disponibles
t) Propiedades comburentes
sin datos disponibles
Otra informacioacuten de seguridad
sin datos disponibles
Estabilidad y reactividad
Reactividad sin datos disponibles
Estabilidad quiacutemica sin datos disponibles
Posibilidad de reacciones peligrosas
sin datos disponibles
Condiciones que deben evitarse
sin datos disponibles
Materiales incompatibles
sin datos disponibles
Productos de descomposicioacuten peligrosos
Otros productos de descomposicioacuten
peligrosos sin datos disponibles
Tabla 13 SIGMA-ALDRICH sigma-aldrichcom Ficha de Datos de Seguridad de acuerdo el
Reglamento (CE) No 19072006 Versioacuten 48 Fecha de revisioacuten 13122011 Fecha de
impresioacuten 10062012
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742 Diferencias en el Moacutedulo de Young
Moacutedulo de Young E o de elasticidad
longitudinal (Kester y col 1999) [106]
Se obtiene el moacutedulo de Young en
funcioacuten de la temperatura de oxidacioacuten
para la magnetita Fe3O4+δ Como se
presenta en la figura 38 eacuteste primero
decrece con la temperatura de
oxidacioacuten llegando a un miacutenimo a 150 oC y obtenieacutendose el maacuteximo a 230
oC
Y luego vuelve a decrecer hasta los 300 oC Al principio de la oxidacioacuten el
moacutedulo de Young es de 180 GPa para
la magnetita nanocristalina no
existiendo una influencia significativa
en presencia de Co o Mn a escala
nanomeacutetrica
Figura 38 Moacutedulo de Young para la magnetita
Fe3O4+δ
Se ha de recordar del apartado 634 Algunas Propiedades Baacutesicas que el moacutedulo de
Young de la magnetita cristalina simple Fe3O4 tiene valores acotados de 208 a 248 GPa
seguacuten la direccioacuten disminuyendo en presencia de Co o Mn
743 Diferencias de Pureza en Magnetitas Biogeacutenicas
Seguacuten Joseph L Kirschvink y colaboradores [1]
los cristales magnetosomas tienen alta
pureza quiacutemica Las magnetitas bacterianas tienden a ser de oacutexido de hierro bastante puro
con concentraciones no detectables del elemento titanio que estaacute presente tiacutepicamente en la
magnetita producida geoloacutegicamente
Por otra parte seguacuten Jon Dobson en su mini-revisioacuten de 2001 [57]
mientras que algunas
partiacuteculas muestran bordes disueltos otras mantienen las caras cristalinas originales y todas
las partiacuteculas examinadas son quiacutemicamente puras refirieacutendose a la magnetita biogeacutenica
humana
744 Diferencias Morfoloacutegicas en las Magnetitas Biogeacutenicas
Los cristales de magnetita formados dentro de las vesiacuteculas magnetosoacutemicas tienen aparte
de la pureza dos caracteriacutesticas principales que las distinguen de las magnetitas formadas en
procesos geoloacutegicos [1]
bull Cristalizacioacuten Las magnetitas inorgaacutenicas normalmente son pequentildeos cristales
octaeacutedricos a menudo con dislocaciones de mallado y otros defectos de cristal Sin
embargo los estudios utilizando el microscopio electroacutenico de alta resolucioacuten (HR-TEM)
revelan que las magnetitas bacterianas son cristales casi perfectos normalmente
alargados en la direccioacuten [111] La elongacioacuten de los cristales biogeacutenicos en la direccioacuten
[111] sirve para maximizar el momento magneacutetico neto de la partiacutecula y
presumiblemente es el resultado de la seleccioacuten natural de sus propiedades magneacuteticas
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Morfoloacutegicamente las partiacuteculas de magnetita en el cuerpo humano [57]
son similares a
aquellas observadas en la bacteria magnetotaacutectica y el anaacutelisis magneacutetico de las muestras
de masa de tejido indica que las partiacuteculas se presentan generalmente en grupos que
interactuacutean magneacuteticamente
bull Tamantildeo de cristal Las magnetitas inorgaacutenicas tienden a tener distribuciones de tamantildeo
seguacuten la normal-logariacutetmica Sin embargo los cristales de magnetita bacteriana estaacuten
restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a 500 nm [1]
En concreto seguacuten Jing Yang y colaboradores [107]
los cristales de los magnetosomas son
tiacutepicamente 35-120 nm de largo que los hace de un solo dominio y por consiguiente
tienen el maacuteximo momento magneacutetico posible por unidad de volumen para una
composicioacuten dada
Seguacuten se indicoacute en el apartado 52 Biomineralizacioacuten de Magnetita en el Cuerpo Humano se
han encontrado dos morfologiacuteas de cristal representativo de las partiacuteculas magneacuteticas
extraiacutedas Los tamantildeos de grano eran bimodales
62 de los 70 cristales medidos (8857) se encontraban en el rango de 10 a 70 nm con un
tamantildeo medio de 334nm (sesgado hacia mayores debido al procedimiento de extraccioacuten) y
una amplia dispersioacuten de plusmn152 nm
8 de los 70 cristales (1143) teniacutean tamantildeos 90 a 200 nm
Las caracteriacutesticas citadas de las magnetitas biogeacutenicas son compartidas por los cristales de
magnetita extraiacutedos de la bacteria magnetotaacutectica y del salmoacuten y por algunas de las extraiacutedas
posteriormente de tejidos blandos del cerebro humano [1]
Figura 39 Imaacutegenes HR-TEM de la magnetita de dominio simple extraiacuteda de la bacteria
Aquaspirillum magnetotacticum (izquierda) y del cerebelo humano (derecha)
La figura 39 realiza una comparativa de imaacutegenes de Microscopiacutea Electroacutenica de Transicioacuten
de Alta Resolucioacuten (HR-TEM) de magnetitas bacteriana y humana Noacutetese las caras
correctamente expresadas 111 cubriendo ambas terminaciones de la partiacutecula Eacutesta es una
caracteriacutestica comuacuten de los cristales de magnetita formados dentro de vacuolas de membrana
de bicapa-liacutepida y se desconoce la magnetita geoloacutegica de este tamantildeo
Sin embargo tambieacuten hay diferencias La imagen HR-TEM de la magnetita bacteriana
muestra varias series de bordes de mallado del cristal (finas liacuteneas) que corresponden a tres
series de planos 111 espaciados una distancia de 48 Aring En el cristal de origen humano hay
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un patroacuten de bordes de mallado de dos 111 intersecando y uno 11 (48 Aring y 29 Aring
respectivamente) con un alargamiento de la partiacutecula en la direccioacuten [111]
En una revisioacuten [108]
de 2008 sobre la
formacioacuten de la magnetita bacteriana y su
aplicacioacuten Atsushi Arakaki y colaboradores
proponen la siguiente morfologiacutea (cubo-
octaedro) de cristal a partir de las imaacutegenes
de microscopiacutea electroacutenica de transicioacuten
realizadas de cristales de magnetita
extraiacutedos de la bacteria Magnetospirillum
magneticum AMB-1 (figura 40)
Figura 40 Magnetita extraiacuteda de M
magneticum AMB-1 a) Imaacutegenes TEM b)
Imaacutegnes HRTEM observadas en el eje de la
zona [110] c) Morfologiacutea ideal de las
partiacuteculas magneacuteticas
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75 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS
751 Permitividad Conductividad y Tangente de Peacuterdidas a 300K
La permitividad eleacutectrica compleja (εr = εrsquor - i εrsquorsquor) se ha medido [109]
para magnetitas de
tamantildeo nanomeacutetrico (muestras homogeacuteneas de 30 nm de tamantildeo) a 300 K para un intervalo
de frecuencias comprendido entre 100 Hz y 1 MHz
Como puede verse en la figura 41a la parte real de la
permitividad se mantiene praacutecticamente constante en
gran parte del intervalo de frecuencias aumentando
para frecuencias bajas y disminuyendo fuertemente
para frecuencias altas
Concretamente otros estudios de 2010 realizados por
Kong y colaboradores [110]
arrojan datos muy
inferiores de permitividad eleacutectrica εrsquor en magnetitas
de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm) a
temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 49 - 48
La conductividad de la magnetita nanomeacutetrica
permanece constante en la figura 41b aumentando
ligeramente al aumentar la frecuencia al final del
intervalo
No obstante estos resultados de conductividad son
muy inferiores a los obtenidos para magnetitas
micromeacutetricas 102 ndash 10
3 (Ωcm)
-1 [3] y maacutes
concretamente 25 103 Sm
[67] a 300K frente a 15
middot10-3
Sm en magnetitas nanomeacutetricas [109]
lo que
evidencia que la magnetita pasa a ser un
semiconductor en tamantildeos nanomeacutetricos
En la figura 41c la tangente de peacuterdidas disminuye
casi linealmente al aumentar la frecuencia
estabilizaacutendose a frecuencias elevadas
Los estudios mencionados anteriormente [59]
arrojan
datos muy similares para la tangente de peacuterdidas en
magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico (entre 20 y 50 nm)
a temperatura ambiente (~300K) y a altas frecuencias
(1 ndash 20 GHz) de valores entre 034 - 022
Figura 41 Representaciones de las
variaciones de la parte real de la
permitividad (41a) la conductividad
(41b) y la tangente de peacuterdidas
eleacutectricas (41c) al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K
utilizando en ambos ejes escalas
logariacutetmicas
De los graacuteficos representados anteriormente se pueden tomar los siguientes valores (tabla 14)
de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas para diferentes oacuterdenes de magnitud de
frecuencias
ν (Hz) 102
103
104
105
106
εr 400 200 200 200 100
σ (Ωm)-1
14 middot10-3
15 middot10-3
15 middot10-3
16 middot10-3
60 middot10-3
tanδ 700 100 10 1 07
Tabla 14 Valores extraiacutedos de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas de la
magnetita nanomeacutetrica para diferentes frecuencias
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752 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 1Mz
Estudios [109]
publicados en 2010 (figura 42)
muestran la variacioacuten de la constante
dieleacutectrica (parte real de la permitividad) de
muestras homogeacuteneas de magnetita de 30 nm
de tamantildeo al variar la temperatura de 200K a
300K para una frecuencia de 1 MHz
Como se observa al tomar escala logariacutetmica
en la representacioacuten de la constante dieleacutectrica
el valor aumenta de forma lineal con la
temperatura mostrando a 300K un valor
proacuteximo a 100 No obstante este valor soacutelo es
vaacutelido para la frecuencia de 1MHz y habraacute que
tener en cuenta otros valores dependiendo de la
frecuencia
Figura 42 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica en funcioacuten de la temperatura
medida a 1 MHz
753 Variacioacuten de la Permitividad con la Temperatura a 0 y 05 T a 3906Hz
La figura 43 muestra la variacioacuten de la
constante dieleacutectrica (parte real de la
permitividad) de muestras homogeacuteneas de
magnetita de 30 nm de tamantildeo al variar la
temperatura de 200K a 300K para una
frecuencia de 3906 Hz con campos
magneacuteticos nulo y de 05 teslas [109]
Como puede verse el valor de la constante
dieleacutectrica aumenta al aumentar el campo
magneacutetico de forma progresiva entre los 200
y los 230K y luego entre 230K y 300K
mantiene un cierto paralelismo respecto a los
valores sin campo magneacutetico
Figura 43 Variacioacuten de la constante
dieleacutectrica con la temperatura e influencia
de campo magneacutetico para Fe3O4 a 3906 Hz
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754 Variacioacuten de la Permitividad con la Frecuencia a 0 y 05 T
La figura 44 muestra la representacioacuten de
las variaciones de la parte real de la
permitividad de las muestras de
magnetita de 30 nm al variar la
frecuencia de 102
a 106 Hz a una
temperatura constante de 300K al
someter al material a un campo
magneacutetico de 0 y 05 teslas [109]
Como puede verse en dicha figura las
variaciones respecto a la existencia o no
de campo magneacutetico son miacutenimas
Cabe destacar el detalle del efecto
magnetocapacitativo MC en la figura 44
que mide precisamente la diferencia
relativa porcentual de la permitividad en
presencia de un campo magneacutetico
Figura 44 Variacioacuten de la constante dieleacutectrica
con la frecuencia e influencia de campo
magneacutetico para Fe3O4 medido a T= 300 K
MC () = 100 middot (εr (H=05T) - εr (H=0T) ) εr (H=0T)
76 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS
761 Permeabilidad Magneacutetica
En la praacutectica considerando que las maacuteximas susceptibilidades auacuten de los materiales
magneacuteticos raras veces son mayores de 02 cgsu Por lo tanto los valores de la
permeabilidad son apreciablemente mayores que la unidad soacutelo en casos muy raros Por ello
el efecto de es muy ligero en general excepto en la magnetita concentrada ( ) [70]
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En la figura 45 se puede ver la curva de
primera imanacioacuten para una distribucioacuten de
magnetitas nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm
con una media de 111 nm de grosor
obtenida con un dispositivo DSM-8
Magnetosusceptometer (Francia) [75]
Los
datos de la curva de magnetizacioacuten se
pueden ajustar a la ley de Froumlhlisch-
Kennelly
M = χ
χ
Donde χi es la susceptibilidad magneacutetica
inicial (Hrarr0) y MS es la magnetizacioacuten de
saturacioacuten Los valores correspondientes al
mejor ajuste de los datos de la figura a la
ecuacioacuten anterior son
MS = 448plusmn9 kAm (1kAm=4π Oe -Oersted)
χi = 903 plusmn 012
Figura 45 Curva de primera imanacioacuten de
las partiacuteculas de magnetita sintetizadas La
liacutenea corresponde a la ecuacioacuten de
Froumlhlisch-Kennelly
De este modo la permeabilidad magneacutetica inicial de las partiacuteculas de magnetita es
= 1+ χi = 1003 plusmn 012
Que es un valor muy superior al arriba indicado para magnetita no nanomeacutetrica
concentrada
762 Ciclo de Histeacuteresis de la Magneacutetica
La magnetita en polvo tiene un
comportamiento tiacutepico de un material
superparamagneacutetico es decir con
cero coercitividad La figura 46
muestra el graacutefico del ciclo de
histeacuteresis de la magnetita en polvo con
una magnetizacioacuten especiacutefica de
saturacioacuten de 732 emug [74]
Figura 46 Ciclo de histeacuteresis de la magnetita en
polvo
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La figura 47 recoge la variacioacuten de la
magnetizacioacuten de muestras de
magnetita en funcioacuten del campo
magneacutetico medida a temperatura
ambiente [109]
Como se puede
observar la magnetizacioacuten se
incrementa al aumentar la intensidad
del campo magneacutetico aplicado hasta
alcanzar praacutecticamente el punto de
saturacioacuten cerca del campo maacuteximo
de plusmn1 Tesla
Cabe sentildealar que la magnetizacioacuten
maacutexima de estas muestras [109]
es
inferior a los valores encontrados en la
bibliografiacutea (~80 emug) [71]
como es
de esperar para partiacuteculas con un
tamantildeo menor que el del
monodominio (~70 nm)
Figura 47 Ciclo de magnetizacioacuten de partiacuteculas
de magnetita de unos 30 nm a temperatura
ambiente medida entre plusmn750 Oe
Figura 48 Detalle del ciclo de magnetizacioacuten de
magnetita nanomeacutetrica de 30 nm
Ademaacutes y como se puede ver en el
detalle de la Figura 48 las partiacuteculas
de magnetita auacuten muestran un
pequentildeo campo coercitivo (HC) de
unos 20 Oe para muestras con un
tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm
Por otro lado mientras diferentes
simulaciones realizadas en 1995 [111]
(figura 49) de magnetitas muestran un
endurecimiento magneacutetico al
disminuir el tamantildeo de grano dese
1μm hasta 100 nm la figura 48 revela
una magnetizacioacuten suave para
magnetitas de 30nm lo que en
principio parece incoherente salvo si
se considera que mientras en la figura
49 van aumentando las propiedades de
dominio simple conforme disminuye
el tamantildeo de grano en la figura 49
con un tamantildeo de grano de magnetita
no biogeacutenica de 30nm se considera
que el material ha sobrepasado el
rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades
superparamagneacuteticas
Figura 49 Simulacioacuten de ciclos de histeacuteresis de
magnetita cuacutebica al aplicar un campo magneacutetico
en el eje de faacutecil magnetizacioacuten con diferentes
tamantildeos (de izquierda a derecha 01μm 02 μm
05 μm 07 μm 10 μm)
Sin embargo los datos de permeabilidad magneacutetica de magnetitas de tamantildeo nanomeacutetrico
(entre 20 y 50 nm) tambieacuten se ha medido en unidades cgs [110]
a temperatura ambiente
(~300K) y a altas frecuencias (1 ndash 20 GHz) obtenieacutendose un valor de lo que
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infiere la peacuterdida del comportamiento magneacutetico a altas frecuencias frente a los datos
anteriores
763 Variacioacuten de las Propiedades Magneacuteticas en Funcioacuten del Tamantildeo del Cristal
Las magnetitas inorgaacutenicas tienen propiedades magneacuteticas desde superparamagnetismo (en
partiacuteculas menores de 6 nm y hasta de 30 nm [75]
) a de dominio muacuteltiple en funcioacuten del
tamantildeo
En la siacutentesis de la magnetita por precipitacioacuten mezclando soluciones de FeCl24H2O y 7 M
de NH4OH a 80-90 oC se puede controlar el tamantildeo de la partiacutecula variando la concentracioacuten
del cloruro ferroso para obtener partiacuteculas del rango de 5 a 100 nm [112]
En la tabla 15 se
muestran los
resultados
experimentales a 5
K de coacutemo variacutean el
volumen de celda
unitaria la
temperatura de
transicioacuten magneacutetica
y la magnetizacioacuten
de saturacioacuten de la
magnetita para
distintas muestras
con tamantildeo desde
64 a 914 nm
Tabla 15 Efecto del tamantildeo de la partiacutecula sobre el volumen de la
celda unitaria temperatura de transicioacuten magneacutetica y
magnetizacioacuten de saturacioacuten de Fe3O4
A dicha temperatura la magnetizacioacuten es maacutexima para las partiacuteculas de 10 nm Se concluye [112]
que la magnetizacioacuten de saturacioacuten es maacutexima para nanopartiacuteculas del orden de 10 nm
como puede observarse en la figura 50
Se ha de tener en cuenta que mientras que
las muestras M28 y M32 estaacuten en fase
sencilla las M34 y M37 de mayor tamantildeo
de grano contienen Fe2O3 como fase de
impureza (12 y 7 respectivamente)
Recientes investigaciones (CSIC 2012) [113]
han demostrado que la magnetita
conserva su orden ferrimagneacutetico
(imanacioacuten) estable con un espesor de tan
soacutelo 1 nm y al menos hasta 200 oC lo que
supone un avance para su posible uso en
espintroacutenica tecnologiacutea relacionada con el
almacenamiento y el tratamiento de la
informacioacuten Podriacutea tratarse del imaacuten
(oacutexido de hierro imantado) maacutes delgado
estudiado hasta la fecha
Figura 50 Magnetizacioacuten (M) en funcioacuten del
campo (H) aplicado a 5K para diferentes
muestras de magnetita nanomeacutetrica
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Para el caso de magnetitas biogeacutenicas es decir aquellas cuyo origen se encuentra en los seres
vivos a continuacioacuten se lista algunas caracteriacutesticas magneacuteticas de las magnetitas biogeacutenicas
en funcioacuten de su origen y tamantildeo
Los cristales de magnetita bacteriana estaacuten restringidos a un tamantildeo de rango entre 30 a
500 nm con formas que los confinan a un campo de estabilidad magneacutetica de dominio
simple
Los cristales de menor tamantildeo (lt 30 nm) tienen un dominio simple tambieacuten pero no
presentan en general estabilidad magneacutetica debido a la agitacioacuten teacutermica y presentan un
comportamiento superparamagneacutetico es decir no permanentemente magneacuteticos a
temperatura ambiente
Los cristales de mayor tamantildeo (gt 500 nm) muestran estructuras de dominio muacuteltiple
La mayoriacutea de los cristales de magnetosomas documentados en la literatura tienen un
rango de tamantildeo de 35ndash120 nm [114]
y estaacuten por encima de la franja de tamantildeo SPSSD
(SP = superparamagneacutetica SSD = magneto estable de dominio simple) para granos
individuales de magnetita cuacutebica esto es 25ndash30 nm [115]
aunque hay documentacioacuten por
ejemplo Aratoacute y colaboradores en 2005 [116]
de cristales de magnetosomas que caen bien
dentro de la regioacuten superparamagneacutetica ya que se reportoacute cristales de magnetosomas de
menos de 20 nm de longitud [117]
Seguacuten se representa en la figura 51 se ha combinado los estudios realizados [117]
para el
liacutemite de la zona SP a SSD (tiempo de relajacioacuten tm=60s y cadena alineada en
configuracioacuten lt111gt) con los modelos de Muxworthy amp Williams [118]
para el tamantildeo de
transicioacuten de SD a MD (multidominios)
Utilizando el formato de Butler amp Banerjee de 1975 [119]
se muestra la longitud (eje
longitudinal) mejor que el volumen frente a los diferentes ratios axiales de elongacioacuten
del grano (AR ejes transversallongitudinal o anchuralongitud) para cristales individuales
paralelepiacutepedos de magnetitas
El uso de la longitud facilita la comparacioacuten con Butler amp Banerjee [119]
pero la figura es
algo maacutes compleja de entender debido a que al movernos horizontalmente sobre la figura
el volumen del grano cambia esto es existe un cambio tanto de forma como de volumen
que contribuyen a la banda criacutetica De ahiacute que el tamantildeo de bloqueo crece con la
elongacioacuten Para granos que no interactuacutean existe un rango de tamantildeo de grano marcado
por dmin y dmax donde ambos estados SD y MD son posibles
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Figura 51 Rangos SSD para granos individuales y cadenas de cristales de magnetosomas
interactuando entre siacute
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8 VALORACIOacuteN Y CONCLUSIOacuteN
81 LA EXPOSICIOacuteN A CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS EN SERES
VIVOS
Durante deacutecadas los cientiacuteficos han intentado explicar coacutemo interacciona el campo
electromagneacutetico con un sistema bioloacutegico auacuten cuando eacuteste no tenga energiacutea suficiente
como para ionizar un aacutetomo o inducir calor Soacutelo en el caso de la radiacioacuten ionizante se
evidencia rotundo acuerdo entre los cientiacuteficos acerca de los graves efectos bioloacutegicos que
provoca su exposicioacuten
Sistemas bioloacutegicos y campos electromagneacuteticos Las bases de la interaccioacuten
electromagneacutetica con un medio material fueron resueltas hace maacutes de un siglo a traveacutes de las
ecuaciones de Maxwell Sin embargo la aplicacioacuten de estas bases a un sistema bioloacutegico es
muy complicada debido a la extrema complejidad y muacuteltiples niveles de organizacioacuten de los
organismos vivos ademaacutes de la gran variedad de propiedades eleacutectricas de los tejidos
bioloacutegicos
Hoy diacutea no existe la menor duda de que los campos electromagneacuteticos afectan a los sistemas
bioloacutegicos ni de que los sistemas bioloacutegicos sean capaces de generar campos
electromagneacuteticos Las investigaciones en este sentido incluive ya estaacuten enfocadas en si los
sistemas bioloacutegicos son capaces de utilizar los campos electromagneacuteticos que generan con
alguacuten fin especiacutefico
No obstante muchas simulaciones sobre los efectos de los CEM en la cabeza humana la
simplifican aproximaacutendola a un dieleacutectrico con peacuterdidas pasando por alto cuestiones ya no
soacutelo caracteriacutesticas de los diferentes tejidos sino otras de tipo funcional como la
termorregulacioacuten o la emisioacuten de ondas cerebrales
Efectos teacutermicos no teacutermicos y ateacutermicos Cuando la termorregulacioacuten hace que la
temperatura no aumente cualquier efecto bioloacutegico se dice que es no teacutermico lo que
realmente es un efecto teacutermico enmascarado en el que el organismo lucha por mantener su
temperatura ya que la propia termorregulacioacuten es su efecto teacutermico
Como comparativa supongamos el caso de un vehiacuteculo con control de velocidad que se
programa a velocidad constante al subir una carretera inclinada la velocidad se mantiene
invariable pero el motor trabaja maacutes el consumo se dispara y los neumaacuteticos sufren mayor
desgaste Si el vehiacuteculo pierde la velocidad establecida es porque es incapaz de mantenerla a
pesar de sus recursos de regulacioacuten cineacutetica
Cuando en un ser vivo aumenta la temperatura tan soacutelo 1 oC se dice que tiene fiebre y lo que
se espera como causa probable es un golpe de calor o una enfermedad infecciosa Puesto que
los efectos maacutes evidentes de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos son los
teacutermicos y a diferencia con la materia inerte existen procesos termorreguladores se evidencia
la necesidad de investigarlos en profundidad coacutemo actuacutean frente a un efecto teacutermico
provocado por un campo electromagneacutetico y maacutes auacuten si son afectados funcionalmente por el
propio campo electromagneacutetico En este punto juega un papel fundamental el hipotaacutelamo
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82 EFECTOS BIOLOacuteGICOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNEacuteTICOS
Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MW) En relacioacuten a los efectos bioloacutegicos de las
radiofrecuencias y microondas muchos de los estudios experimentales publicados en revistas
y reuniones cientiacuteficas presentan el inconveniente de no proporcionar suficientes detalles
sobre las condiciones de exposicioacuten La mayoriacutea de los efectos citados en la literatura no se
relacionan directamente con enfermedades humanas o su relacioacuten es cuanto menos dudosa
debido a la falta de explicacioacuten y conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten En
cualquier caso es esencial entender que la falta de evidencia sobre posibles efectos adversos
para la salud no es igual a la evidencia de que no exista ninguacuten efecto De la misma forma es
imposible demostrar la inocuidad del campo electromagneacutetico por lo que la pregunta que
debemos hacernos no es si la radiacioacuten electromagneacutetica es inocua para la salud sino bajo
queacute niveles la ciencia no ha encontrado ninguacuten efecto nocivo y por tanto a la luz del
conocimiento cientiacutefico no producen efectos nocivos en la salud
El balance de los estudios disponibles no propone que los campos de RFMW causen caacutencer
u otras enfermedades aunque siacute exista alguna evidencia sobre efectos en las funciones
bioloacutegicas incluyendo las cerebrales que puedan ser inducidas por radiacioacuten de RFMW a
niveles comparables con los asociados a los habituales de la telefoniacutea moacutevil
Hasta el momento sin embargo no hay evidencia de que esos efectos bioloacutegicos desarrollen
riesgos para la salud No se sabe con absoluta seguridad cuaacuteles son los efectos de exposicioacuten
prolongada a campos de RFMW ni si son acumulativos
El resultado de un efecto acumulativo es sustancial en los efectos sobre la salud La larga
exposicioacuten acumulativa es el producto del tiempo y la exposicioacuten personal media como el
efecto de la radiacioacuten ionizante por ejemplo los rayos X que es acumulativo
Merece la pena destacar que los campos de RFMW modulados (mezclados con una sentildeal de
menor frecuencia) o pulsados (transmisioacuten a intervalos de tiempo muy pequentildeos) parece ser
que producen maacutes efectos
Claramente se necesitan maacutes estudios y anaacutelisis bien realizados independientes e
imparciales y asiacute conseguir un avance significativo en el conocimiento del comportamiento
los sistemas vivos que ademaacutes debe de ser difundido al puacuteblico en general Todo esto
implica la necesidad de invertir esfuerzos para poder realizar evaluaciones precisas de las
fuentes de campo electromagneacutetico maacutes habituales en nuestro entorno
Finalmente podemos decir que los efectos de la radiacioacuten de RFMW son soacutelo una amenaza
si la dosis de radiacioacuten es muy alta En el caso de la mayoriacutea de las fuentes de RFMW de
nuestro entorno habitual especialmente las correspondientes a la telefoniacutea moacutevil la dosis no
es alta La deteccioacuten de respuestas bioloacutegicas a exposiciones de bajo nivel requiere el disentildeo
de procedimientos de investigacioacuten muy sensibles lo que puede crear una gran posibilidad de
producir resultados contradictorios Estas investigaciones dependen fuertemente de la
habilidad y experiencia de los investigadores involucrados siendo necesario que los
resultados que se obtengan sean comparados con investigaciones bien estructuradas de
laboratorios independientes de equipos expertos
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Conflicto de intereses En 2010 [120]
Lotte E van Nierop Martin Roumloumlsli Matthias Egger y
Anke Hussa publicaron una actualizacioacuten de una revisioacuten sobre 59 estudios sobre los efectos
bioloacutegicos producidos por los moacuteviles publicados entre 1995 y 2005 y se detectoacute que los
estudios financiados por las industrias eran los menos propensos a reportar efectos de la
radiacioacuten de los moacuteviles sobre la salud Se actualizoacute con los estudios realizados de 2005 a
2009 extrayendo financiaciones conflictos de intereacutes y resultados De los 75 estudios
adicionales el 12 fueron financiados por la industria el 44 por las administraciones y el
19 de financiacioacuten mixta no estando clara la financiacioacuten en el 25 de ellos Los hallazgos
previos fueron confirmados los estudios financiados por la industria volvieron a ser los maacutes
reacios a reportar efectos en sus resultados Es interesante que la proporcioacuten de estudios
indicando efectos declinoacute en el periacuteodo de 1995 a 2009 independientemente de los fondos de
financiacioacuten Las fuentes de financiacioacuten y los conflictos de intereses son importantes en este
campo de investigacioacuten
Frecuencias bajas y muy bajas (ELF) En conjunto de la literatura disponible sobre
efectos bioloacutegicos de campos de ELF no se deducen resultados adversos sobre la salud Esto
significa que la preocupacioacuten puacuteblica sobre estos efectos no estaacute basada en pruebas
cientiacuteficamente establecidas
Por otro lado establecer tales pruebas es muy difiacutecil La falta de conexioacuten entre los
resultados experimentales (in vitro o in vivo) datos en humanos y los mecanismos de
interaccioacuten complica en gran manera las conclusiones Dada la complejidad de los
organismos vivos es muy difiacutecil aplicar el conocimiento de esas fuentes
Los estudios celulares dan un conocimiento de las alteraciones fisioloacutegicas potenciales a
nivel celular baacutesico debido a la exposicioacuten y otros efectos siendo necesario evaluar los
efectos sobre la salud humana de la exposicioacuten prolongada a campos de ELF
Sin embargo existe cierta dificultad para extrapolar evidencias de los estudios en animales a
otras especies aunque es plausible aceptar que ciertos efectos ocurridos en una especie
incrementa el indicio de que se puedan producir efectos similares en otras especies Muchas
de las evidencias experimentales justifican moderadamente una relacioacuten causal entre la
exposicioacuten a campos de ELF ambientales y cambios en la funcioacuten bioloacutegica Sin embargo la
falta de consistencia debilita la creencia de que esta asociacioacuten sea realmente debida a los
campos de ELF Por tanto no es posible de estudios experimentales demostrar la existencia
de ese riesgo
Soacutelo es posible probar que bajo ciertas condiciones de exposicioacuten existe un efecto Para
conseguir una posible prueba se necesitaraacute mejor control de la exposicioacuten a los campos de
ELF incluyendo efectos transitorios incrementar los estudios en animales y simular de
forma maacutes fiable los efectos en humanos reales y asimismo incrementar los estudios en
personas con incidencia directa en los efectos que podriacutean llevar a alteraciones de la salud
Aunque la evaluacioacuten de riesgos estaacute generalmente basada en datos experimentales de
sistemas bioloacutegicos es necesaria la consideracioacuten de posibles mecanismos por dos razones
baacutesicas
Los datos experimentales de efectos de campos de radiofrecuencia son inconsistentes y
fragmentados en muchos aspectos de manera que una comprensioacuten de los mecanismos
biofiacutesicos sobre los efectos estudiados puede ayudar a racionalizar y entender los datos
Es necesario extrapolar datos desde una condicioacuten de exposicioacuten a otras y para una
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extrapolacioacuten fiable es necesario un entendimiento de los mecanismos
Por lo tanto el conocimiento de los mecanismos de interaccioacuten es esencial para identificar
procesos apropiados de dosimetriacutea para predecir las relaciones dosis-respuesta para disentildear
mejores experimentos y para servir de base para determinar si ciertos niveles de exposicioacuten
provocan dantildeos en los tejidos bioloacutegicos
Respecto a la exposicioacuten a radiacioacuten de ELF ocurre a distancias mucho menores que la
longitud de onda Esto tiene importantes implicaciones porque bajo tales condiciones se
tratan como componentes independientes La situacioacuten es sustancialmente diferente de la que
ocurre en la radiacioacuten a campos de RFMW en donde los campos eleacutectrico y magneacutetico estaacuten
indisolublemente unidos Esta es la razoacuten por la que a estas frecuencias las investigaciones se
han centrado en los efectos de un campo o el otro
83 PRESENCIA DE MAGNETITA EN EL CUERPO HUMANO
La magnetita biogeacutenica se ha encontrado en muchos organismos desde bacterias a
vertebrados superiores incluyendo el cuerpo humano Donde se ha estudiado maacutes
ampliamente forma cristales de dominio simple (permanentemente magneacutetico) dentro de
vacuolas de bicapa-liacutepida denominadas magnetosomas a menudo alineadas
El hallazgo de cristales de magnetita (Fe3O4) en el cerebro humano ha sido uno de los
descubrimientos mineralogeneacuteticos maacutes importantes de la uacuteltima deacutecada J L Kirschvink
hizo puacuteblica en 1992 -mediante su ya trabajo claacutesico Magnetite biomineralization in the
human brain- la presencia en el cerebro humano de minerales de la familia de la magnetita-
maghemita cuyas morfologiacuteas y estructuras se asemejan a los precipitados por bacterias
magnetotaacutecticas No obstante posteriormente y a traveacutes del espectroscopio de Moumlssbauer se
demostroacute que la maghemita (Fe267O4 o bien γ-Fe2O3) no era sino uno de sus productos
tiacutepicos de oxidacioacuten Esta oxidacioacuten probablemente ocurrioacute durante el proceso de extraccioacuten
de las muestras
Se ha estimado que en la mayoriacutea de los tejidos del cerebro humano hay un miacutenimo de cinco
millones de cristales de magnetita por gramo y maacutes de 100 millones de cristales por gramo
para la piacutea y dura Si a esto le antildeadimos que los cristales de magnetita se encuentran en el
cerebro constituyendo grupos de entre 50 y 100 partiacuteculas parece evidente concluir que todo
cerebro humano estaacute caracterizado por unas determinadas propiedades magneacuteticas Como era
de esperar el descubrimiento de la magnetita en el cerebro ha hecho que la controversia
sobre los efectos generados por la exposicioacuten continuada de los seres vivos a determinados
campos eleacutectricos magneacuteticos o electromagneacuteticos se abriera de nuevo
Desde otra perspectiva de investigacioacuten se sabe por ejemplo que existe un sentido
magneacutetico en varias especies y que la base de este sentido y su papel determinante en los
desplazamientos migratorios se basa en la existencia de materiales ferri y ferromagneacuteticos
en el cerebro
El descubrimiento de la magnetita del cerebro no soacutelo ha supuesto un marco comuacuten de
investigacioacuten donde convergen distintas disciplinas cientiacuteficas (medicina mineralogiacutea fiacutesica
etceacutetera) sino que ha abierto nuevas liacuteneas para el estudio de los procesos de
biomineralizacioacuten y para comprender mejor determinados tipos de interacciones entre el
cerebro humano y el medio que nos rodea
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Existen indicadores de que tambieacuten hay en los tejidos partiacuteculas magneacuteticas agrupadas maacutes
grandes El origen de eacutestas permanece sin conocerse habieacutendose incluso afirmado
recientemente que praacutecticamente todo el hierro de un cerebro humano normal estaacute en la
ferritina Aunque de forma general el Fe se encontrariacutea bajo la forma de ferrihidrita (5Fe2O3
9H2O) se ha reportado que incluso dentro de la ferritina podriacutean crecer partiacuteculas de
magnetita y tambieacuten a partir de nuacutecleos con ferritina seguida de una disfuncioacuten celular Maacutes
concretamente anaacutelisis recientes de microscopiacutea electroacutenica de la ferritina de tejidos
afectados de la enfermedad de Alzheimer indican que se pueden formar oacutexidos de hierro
dentro de la proteiacutena relacionada con la patogeacutenesis
Existen varios caminos que conducen a la neurodegeneracioacuten Uno de estos es el dantildeo por
estreacutes oxidativo a traveacutes de la quiacutemica de Fenton La ferritina puede jugar un papel
importante en este proceso particularmente cuando las mutaciones o su desregulacioacuten
conducen a incapacitar la retencioacuten del hierro dentro de la ferritina El hierro que no es
retenido puede comenzar la produccioacuten de radicales libres en cantidades excesivas En la
enfermedad de Parkinsosn (PD) y en neuroferritinopatiacutea hay un defecto de cadenas L de
ferritina que puede disminuir en concentracioacuten (PD) o ser defectuosa (neuroferritinopatiacutea)
conduciendo hacia un exceso de hierro laacutebil En la enfermedad de Alzheimer (AD) hay un
suave incremento del ratio de las cadenas de ferritina HL En la paraacutelisis supranuclear
progresiva (PSP) parece ser muy diferente y caracterizada por un incremento importante de
la concentracioacuten total de hierro en el tejido afectado Desafortunadamente no se conocen
datos hasta la fecha sobre cualquier cambio en la ferritina que pueda concernir tanto al ratio
de las cadenas de ferritina HL como a la estructura del nuacutecleo de hierro
84 LA MAGNETITA MINERAL
La magnetita mineral conocido desde la antiguumledad debido a su propiedad magneacutetica como
oacutexido de hierro es un material comuacuten en la naturaleza
Su magnetismo y comportamiento como semiconductor eleacutectrico viene derivado de la
estructura de sus aacutetomos constituyentes y estaacute perfectamente definida tanto su estructura
molecular Fe3O4 como la de su celda unitaria cuacutebica centrada en caras constituida por 8
moleacuteculas Habitualmente cristaliza formando octaedros si bien puede presentarse formando
cubos e incluso formas maacutes redondeadas y alargadas dependiendo del tamantildeo y proceso de
siacutentesis del cristal
Hoy en diacutea existen diferentes meacutetodos artificiales para sintetizar magnetita nanomeacutetrica
siendo los maacutes comunes los de coprecipitacioacuten quiacutemica Aunque la magnetita
estequiomeacutetrica es FeII Fe
III = 05 frecuentemente la magnetita no es estequiomeacutetrica
debido a un submallado de FeIII
con deficiencia de catioacuten El hierro divalente puede
tambieacuten ser reemplazado parcial o completamente por otros iones divalentes como el MnII
NiII Cu
II Co
II Zn
II y Ca
II
En cuanto a las propiedades eleacutectricas la magnetita es un semiconductor aunque por debajo
de los 119K (temperatura de transicioacuten de Verwey) es aislante Conforme aumenta la
temperatura aumenta tambieacuten la conductividad hasta aproximadamente los 400K luego
disminuye y finalmente se estabiliza a los 859K con un valor proacuteximo a los 200 (Ω cm)-1
La
conductividad presenta anisotropiacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten e isotropiacutea por
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encima de la misma es decir a temperatura ambiente es isotroacutepica
Respecto a las propiedades magneacuteticas la magnetita es paramagneacutetica a temperaturas
superiores a la Temperatura de Curie (Tc = 859 oK) siendo ferrimagneacutetica por debajo de la
misma En la propiedad ferrimagneacutetica aunque existe antiparalelismo tiene un momento
magneacutetico resultante Ademaacutes existe una direccioacuten preferente de magnetizacioacuten a lo largo de
la direccioacuten [111] presentando anisotropiacutea a temperatura ambiente La susceptibilidad
magneacutetica de la magnetita variacutea con la temperatura tomando valores proacuteximos a 002 para
900K y 001 para 1000K es decir valores positivos pero pequentildeos comparados con la
unidad
85 LA MAGNETITA NANOMEacuteTRICA
La geacutenesis bioloacutegica de la magnetita es decir la magnetita generada por los seres vivos no la
fabrica sino a escala nanomeacutetrica y sus propiedades auacuten en estudio pueden diferir de la
magnetita de mayor tamantildeo Por ejemplo el moacutedulo de elasticidad o de Young de la magnetita
es de 225 GPa frente a los soacutelo 180 GPa para la magnetita nanocristalina su grado de pureza
es mayor en nanocristales biogeacutenicos y su comportamiento magneacutetico puede pasar de ser
ferrimagneacutetico a superparamagneacutetico (una combinacioacuten de ferromagneacutetico y paramagneacutetico)
cuando su tamantildeo es nanomeacutetrico
La magnetita nanomeacutetrica tiene como principales ventajas frente a otras nanopartiacuteculas
magneacuteticas su alta magnetizacioacuten de saturacioacuten y estabilidad quiacutemica a las que hay que
antildeadir sus caracteriacutesticas biocompatibles lo que convierte en un verdadero foco de atencioacuten
en investigacioacuten aflorando multitud de aplicaciones tanto a nivel industrial como tecnoloacutegico
y de biomedicina y pudiendo surgir nuevos retos como la investigacioacuten de la interaccioacuten de
los campos electromagneacuteticos y la magnetita nanomeacutetrica ubicada en los seres vivos
En cuanto a las propiedades eleacutectricas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico se ha tabulado
las variaciones de la permitividad la conductividad y la tangente de peacuterdidas eleacutectricas a
330K de 100 Hz y 1 MHz La permitividad tambieacuten variacutea con la temperatura y con el campo
magneacutetico habieacutendose documentado varios trabajos al respecto
Finalmente en el capiacutetulo dedicado a las propiedades magneacuteticas se ha evidenciado por
ejemplo que mientras que la bibliografiacutea aporta valores para la permeabilidad magneacutetica de
para magnetita no nanomeacutetrica concentrada para una distribucioacuten de magnetitas
nanomeacutetricas entre 6 y 17 nm con una media de 111 nm de grosor la permeabilidad
magneacutetica inicial registrada es de 1003
Es interesante comprobar que incluso a nivel nanomeacutetrico la magnetita tiene propiedades que
variacutean en funcioacuten del tamantildeo de la partiacutecula como la magnetizacioacuten de saturacioacuten
habieacutendose comprobado en 2012 que la magnetita nanomeacutetrica puede mantener estables sus
propiedades magneacuteticas incluso en partiacuteculas de tan soacutelo 1 nm de grosor
No obstante otros ciclos de histeacuteresis reportados indican que mientras que la magnetita en
polvo tiene un comportamiento superparamagneacutetico las partiacuteculas de magnetita auacuten muestran
un pequentildeo campo coercitivo (HC) de unos 20 Oe (1kAm=4π Oe -Oersted) para muestras con
un tamantildeo de partiacutecula de unos 30 nm Por otro lado diferentes simulaciones de magnetitas
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muestran un endurecimiento magneacutetico al disminuir el tamantildeo de grano dese 1μm hasta 100
nm
La explicacioacuten de lo anterior podriacutea ser el aumento de las propiedades de dominio simple
conforme disminuye el tamantildeo de grano hasta que con un tamantildeo de grano de magnetita no
biogeacutenica de 30nm el material habriacutea sobrepasado el rango de magneto estable de dominio
simple y tendriacutea propiedades superparamagneacuteticas
La clasificacioacuten del comportamiento magneacutetico de las nanopartiacuteculas de magnetita sinteacutetica
difiere tambieacuten de la reportada para magnetitas nanomeacutetricas de origen biogeacutenico en que un
cristal de proporcioacuten cuacutebica (no alargado) de 70 nm es SSD+MD (SSD = magneto estable de
dominio simple MD = multidominio) mientras que los de 30 nm sigue siendo de dominio
simple Asiacute pues el origen de la magnetita tambieacuten puede ser un paraacutemetro diferencial de
algunas de sus propiedades magneacuteticas
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9 FUTUROS TRABAJOS
En este trabajo de investigacioacuten se ha partido de tres aacutereas diferentes
En primer lugar se atiende a los campos electromagneacuteticos sus efectos bioloacutegicos y los
meacutetodos de compensacioacuten de calor de que dispone el cuerpo humano Este aacuterea es
interesante porque indica coacutemo pueden afectar los campos electromagneacuteticos a los seres
vivos auacuten sin tenerse en cuenta la presencia de materiales magneacuteticos
Este aacuterea tiene un amplio abanico de investigaciones pendientes Cada vez son maacutes las
aplicaciones que se realizan y que emiten campos electromagneacuteticos con diferentes
objetivos En el campo de las directrices en cuanto a radiacioacuten es previsible que con el
avance de las investigaciones eacutestas lleguen a tener en cuenta no soacutelo los efectos teacutermicos y
de variaciones conductuales en los animales sino otros efectos de caraacutecter fisioloacutegico Por
ejemplo el hecho de que el cuerpo humano no aumente su temperatura frente a un campo
electromagneacutetico no significa que el hipotaacutelamo no esteacute trabajando para que asiacute sea
Por otro lado y en segundo lugar los estudios de Kirschvink en 1992 demostraron la
presencia de magnetita en el ser humano Este punto se ha desarrollado partiendo de la
magnetita que se haya podido detectar en otros organismos y finaliza presentando los
uacuteltimos descubrimientos acerca de las conexiones entre las concentraciones de hierro en el
cuerpo humano y las enfermedades neurodegenerativas
Respecto a este aacuterea queda mucho por investigar Sirvan de ejemplo la definicioacuten de las
relaciones exactas entre la ferritina y la biomineralizacioacuten de la magnetita en el cuerpo
humano o la definicioacuten de las funciones de la magnetita en el cerebro Sin embargo es un
aacuterea que a priori escapa a una investigacioacuten basada en las tecnologiacuteas industriales
En tercer lugar este trabajo recopila las caracteriacutesticas generales y propiedades eleacutectricas y
magneacuteticas de la magnetita Sin embargo al constatarse el tamantildeo nanomeacutetrico de los
cristales de magnetita encontrados en el cuerpo humano se hace necesaria la investigacioacuten
de las nanopartiacuteculas magneacuteticas y maacutes concretamente de las caracteriacutesticas y propiedades
eleacutectricas y magneacuteticas de la magnetita de tamantildeo nanomeacutetrico
Dentro de este aacuterea de investigacioacuten se encauza el presente trabajo de investigacioacuten dentro
de las tecnologiacuteas industriales a traveacutes de la simulacioacuten del comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica de caracteriacutesticas similares a las detectadas en el cuerpo humano
No obstante para ello seriacutea necesario todaviacutea resolver algunas definiciones como son
Se han extraiacutedo los valores de permitividad conductividad y tangente de peacuterdidas
eleacutectricas de la magnetita nanomeacutetrica para diferentes oacuterdenes de frecuencias (de 102 a 10
6
Hz) Sin embargo queda pendiente su homoacutelogo en cuanto a propiedades magneacuteticas
(permeabilidad magneacutetica y tangente de peacuterdidas)
Se ha de revisar si hay otras propiedades que puedan afectar al comportamiento de la
magnetita nanomeacutetrica A modo de ejemplos la magnetoestriccioacuten o inclusive
comportamientos derivados de la teoriacutea cuaacutentica Es probable que la respuesta sea negativa
precisamente en estos dos casos por ejemplo un cristal cuacutebico de unos 30 nm de arista
estariacutea conteniendo unas 36 celdas unitarias de magnetita por arista lo que lleva a 46656
celdas dentro del cristal Puesto que cada celda contiene 8 moleacuteculas de Fe3O4 finalmente
se tendriacutean unos 2612736 aacutetomos de Fe y O cifra muy superior a la habitual en teoriacutea
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cuaacutentica No obstante una revisioacuten maacutes completa de eacutestas y otras propiedades es
aconsejable
Es muy interesante definir el comportamiento teacutermico de la magnetita nanomeacutetrica Por
ejemplo su calor especiacutefico junto con las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas podriacutean
concluir en una simulacioacuten frente a un campo electromagneacutetico en la generacioacuten de un
aumento de temperatura de orden nanomeacutetrico (nanoclima) Si esto se comprobara en
primer lugar y luego se confirmara podriacutea tener serias repercusiones en cuanto a la
concepcioacuten actual de los efectos de los campos electromagneacuteticos sobre los seres vivos ya
que un aumento de temperatura en un espacio nanomeacutetrico podriacutea catalizar reacciones
bioquiacutemicas no previstas
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