Resumen La radiación electromagnética es la transmisión de energía mediante ondas electromagnéticas a través del espacio o a través de un medio material
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La radioterapiaThe radiotherapy Johana Virginia Hernández2 2 Fluidos y Electromagnetismo para Biociencias, Dpto. Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. Mayo de 2010 Resumen La Radioterapia es un tratamiento contra el cáncer, que usa altas cantidades de radiación para destruir células cancerosas y evitar que se propaguen. La radioterapia (RT) es un tema de gran importancia hoy en día pues se han venido mejorando o aún creando nuevas técnicas para ayudar a mejorar la calidad de vida de los pacientes, que es lo que en última instancia busca cualquier profesional de la salud. En el presente artículo el lector podrá informarse acerca de las técnicas de vanguardia en radioterapia, como la (CIRT) que usa los iones de carbono como fuente de radiación, en la actualidad esta técnica cuenta con un gran número de pacientes registrados, pues ha mostrado resultados clínicos importantes en el tratamiento contra el cáncer. Existen otras técnicas avanzadas que mejoran la efectividad de la radioterapia como la Radioterapia de intensidad modulada (IMRT). Palabras claves: Radioterapia, cáncer, botánico, tejidos. Abstract Radiotherapy is a cancer treatment, that uses high amounts of radiation to kill cancer cells and prevent their Spreads. Nowadays Radiotherapy (RT) is a theme of great importance because there`s been an improvement or even the creation of new techniques to improve the quality of life of patients, which is what ultimately seeks any health care professional. In this article the reader will learn about advanced techniques in radiotherapy, such as (CIRT) using carbon ions as a source of radiation, nowadays this technique has a large number of registered patients, as it has been showing important clinical outcomes in cancer treatment. There are other advanced techniques that improve the effectiveness of radiotherapy such us the Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) Keywords: Radiotherapy, cancer, botanical, tissues.
La radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma, etc.) o partículas subatómicas (rayos x). Las radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, se llaman Radiaciones Ionizantes; éstas pueden provenir de sustancias radiactivas, que emiten radiaciones de forma espontánea o de generadores artificiales como los generadores de rayos X y los aceleradores de partículas. La Radioterapia es un tratamiento contra el cáncer, que usa cantidades o dosis altas de radiación para destruir células cancerosas y evitar que se propaguen. En bajas dosis la radiación se usa en forma de rayos X, como los que se usan para obtener imágenes de los dientes o de un hueso roto. Por eso es que cuando las cantidades son altas se destruyen las células cancerosas o demora su crecimiento. Cuando la radioterapia no puede curar el cáncer se utiliza para reducir el tamaño de los tumores y así alivia los síntomas del mismo. Existen dos formas de administrar la radioterapia: ex terna e interna, la primera cuando una máquina fuera del cuerpo dirige la radiación a las células cancerosas (como la que se puede ver en la imagen 2) y la interna cuando la radiación se introduce dentro del cuerpo (véase imagen 3), a través de tubos delgados se hacen llegar materiales que producen radiación o radioisótopos a las células cancerosas. No todos los pacientes con cáncer necesitan radioterapia, sin embargo, más de la mitad de la gente con esta patología recibe radioterapia. Figura No 1: Radioterapia.  Figura No 2: Ilustración de una radioterapia externa.  Figura No 3: Ilustración de una radioterapia interna.  Las células cancerosas no son destruidas de inmediato, el tratamiento da efecto luego de días o semanas, de igual modo, siguen destruyéndose estas células hasta meses después de terminar la radioterapia. La radioterapia se puede administrar antes, durante o después de una cirugía, del mismo modo también se aplica junto con la quimioterapia, tratamiento médico que se basa en la administración de sustancia quimica o fármacos. La cantidad de radiación tiene que ser suficientemente alta para destruir las células cancerosas. Pero al mismo tiempo, tiene que ser suficientemente baja para limitar el daño a las células sanas, porque por eso a veces las personas sanas pueden padecer efectos secundarios, los cuales se tratan de reducir al máximo ya que son los que causan dolor o malestar; pues se conoce que la radiación en sí no causa dolor mientras se recibe. Entre los efectos secundarios más comunes se tienen: la pérdida del cabello, el dolor, picazón, ardor o enrojecimiento de la piel, fatiga y malestar. Ya se habló en este trabajo, de la baja cantidad de radiación que se necesita para obtener por rayos X radiografías de los huesos o imanes de los dientes, sin embargo también es relevante nombrar otros usos de la radioterapia, por ejemplo ayuda mediante ondas electromagnéticas de frecuencias bajas al alivio de las personas que sufren de artritis. Vale la pena resaltar la relación existente entre estas nuevas técnicas desarrolladas por investigadores de la época y los verdaderos físicos que permitieron su desarrollo pues como es conocido, las nuevas investigaciones se basan en las leyes y descubrimientos físicos de hace cientos de años; como las ondas electromagnéticas que permitieron la radioterapia, éstas ondas fueron observadas teóricamente por primera vez por James Clerck Maxwell que formuló las cuatro leyes que llevan su nombre; él afirmó que un campo electromagnético variable admite una solución cuya ecuación de movimiento corresponde a la de una onda. También Heinrich Rudolph Hertz fue un pionero en las investigaciones relacionadas con las ondas elctromagnéticas y la electricidad, él se interesó por lo que había iniciado Maxwell diez años antes sobre el electromagnetismo, pues éste último nunca pudo comprobar si sus predicciones eran acertadas. Se usan muchas sustancias radiactivas para tratar el cáncer, tales como Yodo, cobalto y cesio, entre otros. La Radioterapia con el Ion de carbón ha sido objeto de experimentos en el NIRS (Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas), por su nombre en inglés. En Japón para el año de 1994, se abrió el primer centro del mundo en ofrecer este tipo de radioterapia con iones de carbón (CIRT ó C-Ion RT), abrió sus puertas precisamente en el Instituto Nacional de ciencias radiológicas. Como ya se mencionó existen muchos iones o sustancias usadas en radioterapia, sin embargo, se escogió para este estudio, de entre todas ellas, los iones de carbón por ser considerada la sustancia que posee las más óptimas propiedades, las mejores características biológicas y físicas. Además, en comparación con tratamientos de protones, las partículas de carbono son más pesadas y producen más altas dosis de energía por lo que se emplean para tratar tumores radioresistentes.
Para marzo de 2010, se habían registrado ya más de cinco mil (5000) pacientes para la radioterapia con iones de carbón, pues los resultados clínicos han mostrado que este tipo de radioterapia tiene el potencial de irradiar con una dosis suficiente al tumor, al mismo tiempo que tiene una incidencia aceptable en el tejido normal circundante; analizando este aspecto, y como ya se resaltó anteriormente en este artículo, es de vital importancia que las zonas sanas alrededor del tumor no se vean afectadas en sobremanera. Aprovechando las ventajas únicas de las propiedades de los iones de carbón, el tratamiento con fracciones pequeñas por cortos períodos se ha realizado con éxito para una gran variedad de tumores. Esto es un gran avance en la ciencia, pues significa que la radioterapia con iones de carbón ofrece hoy en día, un tratamiento para un número mayor de pacientes de lo que era posible con otras modalidades en el mismo período de tiempo. Las nuevas técnicas permiten a los médicos dirigir la radiación directamente al cáncer, es decir orientarla a una parte exacta del cuerpo. Al mismo tiempo, se reduce la radiación a otras partes sanas del cuerpo que están cerca del cáncer. Aparte del ejemplo ya explicado de la Radioterapia con Ion de carbón, cabe resaltar otra técnica como la IMRT (radioterapia de intensidad modulada) y la radioterapia conformacional 3D. En otros estudios recientes se cuestionaba si el beneficio de la radioterapia se podría incrementar por la administración de productos botánicos de Asia. Los resultados muestran que se puede mejorar este objetivo principal, si se sensibilizan las células malignas y se protege del mismo modo al tejido normal. El problema es que conseguir este objetivo en dosis clínicas efectivas es demasiado tóxico. Pero se encontró que efectivamente productos botánicos asiáticos están siendo evaluados por su capacidad de mejorar los beneficios terapéuticos a través de la modulación de las especies reactivas de oxígeno. Algunos productos en especial pueden no sólo proteger el tejido sano sino que también pueden aumentar su reparación después de la radioterapia. Se considerarán los ensayos clínicos ya que los resultados hasta ahora son bien prometedores. A comienzos de este año, en Febrero específicamente, se realizó un estudio más personalizado que las investigaciones regulares –estudio llamado “Predicción de la eficacia de la radioterapia en pacientes individuales con glioblastoma en vivo: un enfoque basado en modelos matemáticos-; fue gracias al modelo de terapia con radiación que nueve pacientes considerados en este estudio fueron analizados. Éstos fueron seleccionados básicamente por su diagnóstico reciente de GBM o Glioblastoma Multiforme, que es la forma más maligna de los tumores cerebrales primarios conocidos como Gliomas. Los pacientes recibieron el tratamiento regular que incluye por supuesto la radioterapia de haz externo (XRT), sin embargo la relevancia de este innovador estudio radica en que gracias a las nuevas técnicas usadas y sus aplicaciones los investigadores llegaron a tener en cuenta las diferencias específicas para cada paciente en la cinética del crecimiento tumoral, que se ha demostrado varía considerablemente entre los pacientes incluso dentro del mismo diagnóstico, esto se debe analizar con detalle pues los estudios ignoran estas diferencias que pueden ser vitales a la hora de encontrar nuevas tendencias que ayuden a desarrollar mejores técnicas. Por último desarrollaron y aplicaron en este estudio un modelo matemático basado en el crecimiento del glioma como respuesta al tratamiento de radioterapia XRT.
La Radioterapia (RT) es un tratamiento contra el cáncer, que usa altas dosis de radiación para destruir células cancerosas y evitar que se propaguen en el organismo. La radioterapia es una aplicación de los descubrimientos físicos, como los son muchas técnicas utilizadas en la medicina de hoy día. Algunas técnicas modernas en radioterapia son la CIRT o C-Ion RT (Carbon Ion Radiotherapy), que usa los iones de carbono como fuente de radiación; la IMRT o Radioterapia de Intensidad Modulada, entre otras. Se considera el estudio clínico de algunos productos botánicos en la radioterapia, pues pueden proteger y hasta aumentar la reparación del tejido sano, aún después de la terapia. En otro estudio reciente, se creó un modelo matemático que utiliza las tasas de proliferación y migración de las células tumorales malignas para caracterizar el crecimiento del tumor y para verificar la respuesta a la radioterapia.
Nombre: Johana Virginia Hernández Páez. Edad: 20 años. Fecha de nacimiento: 29 de mayo de 1989. Profesión: Estudiante. Carrera: Farmacia. Universidad: Universidad Nacional de Colombia. Sede: Bogotá
Rockne, R. Predicting the efficacy of radiotherapy in individual glioblastoma patients in vivo: a mathematical modeling approach. En: Physics in Medicine and Biology. [Base de datos en línea]. Febrero 2010; [Citado en 29 de mayo de 2010] Disponible en Instutute of Physics IOP Databases. Okada, T. Carbon Ion Radiotherapy: Clinical Experiences at National Institute of Radiological Science (NIRS). En: Research Center for Charged Particle Therapy, National Institute or Radiological Sciences. [Base de datos en línea]. Mayo 2010; [Citado en 19 de mayo de 2010] Disponible en PubMed Databases. Sagar, S. Can the therapeutic gain of radiotherapy be increased by concurrent administration of Asian botanicals? En: Integrative Cancer Therapies. [Base de datos en línea]. Mayo 2010; [Citado en 19 de mayo de 2010] Disponible en Disponible en MEDLINE with Full Text Databases. Radioterapia [en línea]. Radioterapia [en línea]. <http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/001918.htm> [citado en 18 de Mayo de 2010].
Trenes de levitación magnética Maglev train Cristian Alejandro Suárez Rojas3 3Universidad Nacional de Colombia, carrera quimica. Resumen En este artículo se discute sobre la aplicación de la levitación magnética en los trenes, siendo esto una forma bastante novedosa de disminuir los tiempos de recorrido durante un viaje, también se menciona sobre el funcionamiento de este, más exactamente la parte física involucrada, sus ventajas como medio de transporte, las características de los sistemas de suspensión y los costos que representa el uso de esta tecnología. Palabras claves: levitación magnética, suspensión electromagnética, suspensión electrodinámica Abstract This article discusses the application of magnetic levitation on trains, this being a fairly new to reduce travel times while traveling, also it mentions the operation of this, more precisely the physics involved, its advantages as a transport system, the characteristics of suspension systems and the costs involved in the use of this technology. Keywords: magnetic levitation, electromagnetic suspension, electrodynamic suspension 1. Introducción A lo largo de la historia se ha visto que motivos de origen biológico, antropológico e histórico han llevado al hombre a desarrollar formas de desplazarse, también es notorio que el espíritu curioso del ser humano ha llevado a que desee explorar su entorno, y es allí en donde debe inventar, usando su mente para lograr crear dispositivos que le permitan explorar lugares lejanos. Así es como, desde los primeros troncos usados en forma de rodillos, pasando por la rueda, los barcos a vela, los aviones y los cohetes espaciales, el hombre fue creando los medios que le permitieron, por necesidad o curiosidad, transportarse a través del espacio. Los primeros vehículos usados por el ser humano eran trineos de madera, y deben haber sido utilizados por tribus de todo el mundo; con el propósito de transportar cargas pesadas se usaban troncos a modo de rodillos; esto llevo que al final construyeran rodillos de una sola pieza al unir los troncos con maderas transversales y atar todo el conjunto con tiras de cuero. Después de esto, se produjo el invento de la rueda, el cual es uno de los más maravillosos e importantes de la historia y fue a partir de este invento que se desarrolló la relativamente amplia gama de transportes terrestres. Entre tales medios de transporte, se encuentra el tren, caracterizado por poseer vagones o coches conectados que circulan sobre un carril de riel para el transporte, no solo de pasajeros, sino de mercancías. El ferrocarril, como se conoce al grupo de vehículos que se están guiados sobre un riel o carril, como es el caso de los trenes convencionales, u otras vías destinadas y diseñadas para la levitación magnética. Pueden tener una o varias locomotoras, pudiendo estar acopladas en cabeza o en configuración push pull (una en cabeza y otra en cola) y vagones, o ser automotores en cuyo caso los vagones (todos o algunos) son autopropulsados. Tren de levitación magnética Se conoce con este nombre a aquel tren que está suspendido, guiado y propulsado por un gran número de imanes para la sustentación y la propulsión usando levitación magnética. Al ser propulsado mediante la levitación magnética, ofrece la ventaja de ser silencioso, rápido y suave comparado con otros sistemas de transporte sustentados por ruedas. El efecto de levitación Este sistema de transporte emplea la levitación magnética para poder guiarse, sustentarse y moverse, pero entremos en materia sobre la física de la levitación magnética. La levitación magnética se conoce al fenómeno por el cual algún material puede generar la levitación de este gracias a la repulsión que hay entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, propiedad inherente a los superconductores. Estos compuestos, por debajo de una determinada temperatura crítica, no oponen resistencia al paso de la corriente; o dicho de otro modo, pueden alcanzar una resistencia nula. Bajo tales condiciones de temperatura no solamente son capaces de transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas, sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas de un campo magnético aplicado. Esto es conocido como “Efecto Meissner”. Esta capacidad de los superconductores permite rechazar un campo magnético que intente penetrar en su interior; de manera que si se acerca un imán a un superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo. La levitación en un tren Maglev (como también se conocen a estos trenes), se logra mediante la interacción de campos magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión, dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el tren utilice un sistema EMS (electromagnetic suspension o suspensión electromagnética) o EDS (electrdynamic suspension o suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero la levitación del tren es generada por la atracción entre las bobinas colocadas en el vehículo y la vía, mientras que en el segundo se consigue este fenómeno por medio de las fuerzas de repulsión entre estas. También el fenómeno de diamagnetismo permite que los trenes Maglev puedan levitar. Este fenómeno se debe a la propiedad de repulsión que presentan ciertos materiales, este fenómenos ayuda a que el tren se pueda elevar unos centímetros del suelo, el cual cuenta con unos potentes electroimanes que son a su vez repelidos por otros que se encuentran a lo largo de la vía. El diamagnetismo se puede describir como el resultado de aplicar la ley de Lenz a escala atómica. De acuerdo con la teoría electromagnética, cada vez que varía el flujo magnético se genera una corriente inducida y según esta ley "el sentido de las corrientes inducidas es tal que con sus acciones electromagnéticas ocurre la tendencia a oponerse a la causa que las produce". Todos los átomos contienen electrones que se mueven libremente y cuando se aplica un campo magnético externo se induce una corriente superpuesta que genera un efecto magnético que se caracteriza por ser opuesto al campo aplicado. Otra forma de explicar el fenómeno de diamagnetismo es por medio de la configuración electrónica de los átomos o de las moléculas. De esta forma, el comportamiento diamagnético lo presentan sistemas moleculares que contengan todos sus electrones apareados y los sistemas atómicos o iónicos que contengan orbitales (que se pueden relacionar de manera análoga a unos cajones en donde se ubican los electrones, cabe resaltar que los orbitales no son exactamente cajones, pero es una forma sencilla de explicarlo) completamente llenos. Aquí, los espines de los electrones del último nivel se encontrarán apareados. El diamagnetismo se presenta en todos los sistemas aromáticos, como el benceno y sus derivados, en donde surge un anillo de 4n + 2 electrones π conjugados. Suspensión electrodinámica (EDS) La levitación EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar cualquier campo magnético que intente penetrar en ellos. Esta propiedad se da en superconductores y es llamada Efecto Meissner, como se explicó con anterioridad La suspensión, por tanto, consiste en que el superconductor rechazará las líneas de campo magnético de manera que no pasen por su interior, lo que provocará la elevación del tren.  Fig. 1. Esquema de la EDS En la gráfica también se muestra a un superconductor que se ubica a unos centímetros de un conjunto de bobinas localizadas sobre el carril guía. Al moverse el vehículo a lo largo del carril se inducirá una corriente en las bobinas de este, las cuales actuarán entonces como electroimanes. La interacción con los superconductores montados en el tren producirán la levitación. Debido a esto, la fuerza de levitación será cero cuando el vehículo se encuentre parado; para esto el tren tiene incorporadas unas ruedas neumáticas, estas ruedas quedan flotando cuando el tren está en movimiento. Suspensión electromagnética (EMS) En este tipo de suspensión, la parte inferior del tren queda por debajo de una guía formada por material ferromagnético, cuyo magnetismo no es permanente. Al poner en marcha los electroimanes situados sobre el vehículo, se genera una fuerza de atracción. Como el carril no puede cambiar de posición, son los electroimanes son los responsables del movimiento en dirección a éste elevando con ellos el tren completo. Los sensores con los que cuenta el tren tienen la función de regular la corriente circulante en las bobinas, esto genera que el tren pueda circular a una distancia de aproximadamente un centímetro del carril guía. Hay unos electroimanes que se desempeñan su función de encargarse de la guía lateral del vehículo y están colocados en los laterales del tren de manera que se garantice de que el tren esté centrado en la vía.  Fig. 2. Esquema de la EMS Si se comparan ambos sistemas de suspensión, se tiene que la principal ventaja de las EMS es el uso de electroimanes en vez de los complicados imanes superconductores que exige la EDS. Al no requerir imanes superconductores, no son necesarios complicados y costosos sistemas de refrigeración, en donde se usa nitrógeno líquido. Aunque el consumo actual del EMS es inferior al del EDS, se espera que al avanzar las investigaciones en superconductividad, los consumos de las suspensiones EDS bajen considerablemente. Ventajas y limitaciones (costos) Mediante el uso de la levitación magnética, el tren solo se vería afectado en cuanto a su velocidad, debido a la fuerza de rozamiento que generaría el aire sobre él, pero esto se vio compensado en los diseños aerodinámicos que ayudan a disminuir el efecto del rozamiento del aire en el tren. Por consiguiente, los trenes Maglev; aunque presentan un consumo de energía elevado, esto permite mantener y controlar la polaridad de los imanes generando un bajo nivel de ruido (una gran ventaja sobre su competidor llamado aerotrén), lo más importante es su velocidad, en donde se puede llegar a alcanzar 650 km/h, aunque el máximo testeado en este tren es de 584 km/h. Estas altas velocidades hacen que los Maglev se conviertan en competidores directos del transporte aéreo y de otros medios de transporte. A pesar de esto, los trenes de suspensión EMS sufren ciertas limitaciones, la principal es su inestabilidad. Cuando la distancia entre la guía y los electroimanes disminuye, la fuerza de atracción crece y, aunque la corriente eléctrica circulante en los electroimanes puede ser regulada inmediatamente, existe el peligro de que aparezcan vibraciones o de que el tren toque la guía. Otra de las limitaciones de este diseño es la enorme precisión necesaria en su construcción, lo cual encarece su producción. Una pequeña desviación de unos pocos milímetros a lo largo de la estructura del tren puede provocar un desastre. Además, con unas tolerancias tan pequeñas un simple terremoto podría destruir completamente todo un sistema de líneas maglev. Por otro lado la amplitud del hueco entre vehículo y guía no puede ampliarse porque el costo de esto haría al sistema prohibitivo. No obstante, el alto coste de las líneas ha limitado su uso comercial. El altísimo costo de la infraestructura necesaria para la vía y el sistema eléctrico, y otro no menos relevante es el alto consumo energético son los responsables del alto costo monetario que representaría para un país utilizar este sistema. También, la fuerza electromagnética es el sostén principal del Maglev, la cual es el factor fundamental de diseño, y del consumo también, el peso del tren hace que esta tecnología no tenga utilidad en el hecho de poder transportar mercancías; sin embargo, el desarrollo práctico del sistema Maglev se produciría al abaratarse los costos de producción eléctrica mediante usinas basadas en la fusión nuclear. Conclusiones El tren Maglev emplea la levitación magnética para poder moverse, tal efecto genera que solo se vea afectada su velocidad a causa del rozamiento del aire, sin embargo, su diseño aerodinámico compensa este problema. El uso de EMS evita que se empleen costosos sistemas de refrigeración, que sí son necesarios en la EDS; a pesar de esto, los costos de construcción, la limitada investigación en los superconductores, el alto consumo de energía y la delicada calibración que se debe realizar para distribuir el peso limitan enormemente el uso de este sistema que es la competencia directa del transporte aéreo. Referencias <http://www.yosoycurioso.com/2010/02/02/tren-de-levitacion-magnetica/ > [citado en 14 de mayo de 2010]. <http://www.fceia.unr.edu.ar/~fisica3/MagLev.pdf > [citado en 14 de mayo de 2010]. <http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/rc-68.htm> [citado en 15 de mayo de 2010]. <http://cultura.terra.es/cac/articulo/html/cac2511.htm> [citado en 16 de mayo de 2010]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Tren_de_levitaci%C3%B3n_magn%C3%A9tica> [citado en 14 de mayo de 2010].
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