ZASTOSOWANIE
PIERWIASTKÓW
PROMIENIOTWÓRCZY
CH W DIAGNOSTYCE I
TERAPII
Źródłami promieniowania beta i
gamma są promieniotwórcze
izotopy. Do często stosowanych
należą m.in. izotopy kobaltu, cezu,
irydu, złota, jodu oraz itru. Coraz
częściej stosowane są w terapii
także strumienie cząsteczek
naładowanych, przyspieszanych w
akceleratorach lub bardzo twarde
promieniowanie X uzyskiwane
dzięki przyspieszonym w
akceleratorze elektronom.
Najważniejszą dziedziną, w której podstawowe
znaczenie i bardzo szerokie zastosowanie mają
izotopy promieniotwórcze otrzymane sztucznie jest
medycyna nuklearna. W same medycynie
nuklearnej można wyodrębnić radiodiagnostykę,
zajmującą się diagnozą różnych schorzeń z
wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych,
oraz radioterapię, wykorzystującą radioizotopy do
celów terapeutycznych. Zarówno w
radiodiagnostyce jak i w radioterapii stosuje się
radionuklidy otrzymane syntetycznie w specjalnych
reaktorach lub w akceleratorach. Bardzo często w
metodach diagnostycznych i leczniczych
wprowadza się bezpośrednio do organizmu
człowieka substancję promieniotwórczą.
Aby dany radioizotop mógł zostać
bezpiecznie wprowadzony do organizmu
człowieka musi spełnić wiele rygorystycznych
wymagań. Podstawowe z nich to:
łatwość wbudowywania się w badany lub leczony
organ z jednoczesnym zastępowaniem nuklidów
nieradioaktywnych,
zbliżone do nuklidów właściwości chemiczne do
nuklidów nieradioaktywnych,
niska szkodliwość dla organizmu emitowanego
promieniowania oraz łatwość jego detekcji,
odpowiednio długi czas półtrwania umożliwiający
podanie izotopu pacjentowi i zarejestrowanie
aktywności promieniotwórczej w tkankach, lecz na
tyle krótki, by po zabiegu szybko uległ rozkładowi
na nietoksyczne i niepromieniotwórcze nuklidy,
łatwość utylizacji.
RADIODIAGNOSTYKA
TECHNET
Jednym z podstawowych badań
wykorzystujących izotopy promieniotwórcze
(głównie technet-99 (99Tc)) jest
scyntygrafia. Badanie to wykorzystuje się w
diagnostyce mózgu, wątroby, nerek,
tarczycy. Polega ono na wprowadzeniu do
organizmu pacjenta odpowiedniego związku
chemicznego znakowanego technetem
(czasami też innym promieniotwórczym
izotopem), i rejestrowaniu sygnałów
pochodzących z emitującego promieniowanie
izotopu. Przy pomocy tej metody można
uzyskać obraz badanego narządu, ocenić
jego czynności (np. przepływ krwi, filtracja
moczu pierwotnego, przepływ żółci w
przewodach wątrobowych itp.)
POTAS, CEZ I WAPŃ
Do badań serca oraz dużych naczyń
krwionośnych wykorzystuje się głównie
Potas-42 i 43 (42K, 43K) oraz cez-129
(129Cs). Wykorzystywany jest tu fakt, iż
ilość pierwiastka promieniotwórczego
gromadzona w mięśniu sercowym jest
proporcjonalna do ilości przepływającej
krwi. Przy pomocy promieniotwórczych
izotopów potasu można również
diagnozować między innymi przepływ krwi
przez mięśnie lub nowotwory mózgu.
Nowotwory układu szkieletowego, jak i
dokładne miejsca złamania kości mogą
zostać uwidocznione z wykorzystaniem
izotopu wapnia-47 (47Ca).
CHLOR, ŻELAZO,
FLUOR,IND
Chrom-51 (51Cr), fosfor-32 (32P) i żelazo-59
(59Fe) wykorzystywane są przy badaniach krwi.
Radioizotop wstrzykuje się dożylnie, jest on
rozprowadzany wraz z krwią po całym ciele a po
kilku minutach bada się jego rozkład w organizmie.
Żelazo-52 (52Fe) wykorzystywane jest do badań
hematologicznych (między innymi do badań szpiku
kostnego).
Spośród izotopów mających szczególne znaczenie
w radiodiagnostyce należy wymienić jeszcze Ind-
111 (111In), który znalazł zastosowanie w
badaniach układu krążenia, płuc, płynu mózgowo -
rdzeniowego, oraz układu limfatycznego.
Fluor-18 (18F) używany do badań
scyntygraficznych szkieletu oraz w celu lokalizacji
nowotworów układu szkieletowego.
RAD
Promieniotwórczość znajduje zastosowanie w
medycynie, a dokładnie w onkologii.
Odkrycie promieniotwórczości wzbudziło
nadzieje na przezwyciężenie nieuleczalnych
chorób. Podarowanie w 1932 roku przez
Marię Skłodowską-Curie 1gramu radu
otworzyło nowe możliwości walki z
nowotworami. Zastosowanie radu w terapii
nowotworów polega na niszczeniu komórek
rakowych promieniowaniem alfa i gamma
wysyłanymi przez ten emiter. Obecnie rad
zastępowany juz jest innymi
izotopami,np.cezem-137,lub kobaltem-60
W Polsce rad stosowano do niszczenia
nowotworów od roku 1932. Terapia z
wykorzystaniem radu polega na
umieszczeniu związków tego pierwiastka
(głównie soli Ra2+) w postaci tzw. igieł
radowych w tkankach zaatakowanych przez
nowotwór. Rad, pozostawiony na pewien
czas, ulega promieniotwórczemu rozpadowi,
w wyniku którego wydziela się
promieniowanie niszczące komórki
nowotworowe. Obecnie rad wycofywany jest
z użycia i zastępowany bezpieczniejszymi
izotopami otrzymanymi syntetycznie.
RADIOTERAPIA
JOD
Do leczenia nadczynności tarczycy stosuje się
jod131,ktory jest wchłaniany przez ten gruczoł.
Promieniowanie emitowane przez jod niszczy część
tkanki tarczycy i zapobiega nadmiernej produkcji
hormonów. Takie zastosowanie radioizotopów, w
których promieniowanie niszczy chore tkanki należy
do działań terapeutycznych. Poza tym radioizotopy
są stosowane w diagnostyce, czyli służą do
wykrywania przyczyn choroby i lokalizacji guzów
nowotworowych. Komórki rakowe cechują się
szybkim wzrostem i w związku z tym intensywniej
pochłaniają różne substancje w porównaniu ze
zdrowymi komórkami.Dlatego wprowadzając do
organizmu związek chemiczny, zawierający izotop, i
rejestrując przez niego promieniowanie, można
wykryć gdzie umiejscowione są chore tkanki.
KOBALT
Izotop kobaltu-60 (60Co) wykorzystywany
jest do naświetlania komórek
nowotworowych. Duża wrażliwość komórek
nowotworowych na promieniowanie
jonizujące sprawia, iż metoda ta jest bardzo
skuteczna. Urządzenia wykorzystywane do
tego typu terapii nazywają się bombami
kobaltowymi. Sam proces polega na
naświetlaniu chorej tkanki wiązką promieni,
która pochodzi ze źródła umieszczonego w
pewnej odległości od naświetlanej, chorej
tkanki. W tego typu terapii stosowany jest
również izotop cezu-137 (137Cs).
Bomba kobaltowa to urządzenie do
napromieniowywania przedmiotów lub organizmów
żywych promieniami gamma (γ) emitowanymi przez
izotop kobaltu 60. Ze względu na dużą przenikliwość
promieniowania γ, aktywny kobalt jest otoczony grubą
osłoną biologiczną (warstwą ołowiu), w której znajdują się
kanały wyprowadzające na zewnątrz wiązkę
promieniowania. Bomba kobaltowa może też być
wyposażona w mechanizm umożliwiający zdalną
manipulację próbkami bez narażania otoczenia na
promieniowanie. Bomba kobaltowa jest stosowana w
lecznictwie do zwalczania chorób nowotworowych, w
defektoskopii, do sterylizacji żywności oraz w chemii
radiacyjnej do badań procesów fizykochemicznych
zachodzących podczas napromieniowywania
wysokoenergetycznymi kwantami γ prostych i złożonych
układów chemicznych
TOMOGRAFIA EMISJI
POZYTONOWEJ (PET)
Tomografia
Pozytonowa jest
rodzajem tomografii
komputerowej - techniką
obrazowania, w której
zamiast zewnętrznego
źródła promieniowania
rentgenowskiego lub
radioaktywnego
rejestruje się
promieniowanie
powstające podczas
pozytonów
(antyelektronów czyli
elektronów o dodatnim
ładunku).
Źródłem pozytonów jest podana
pacjentowi substancja
promieniotwórcza, ulegająca
rozpadowi beta plus. Substancja ta
zawiera krótko żyjące izotopy
promieniotwórcze, dzięki czemu
większość promieniowania powstaje
w trakcie badania, co ogranicza
powstawanie uszkodzeń tkanek
wywołanych promieniowaniem.
Zasada działania
Powstające w rozpadzie promieniotwórczym
pozytony, po przebyciu drogi kilku milimetrów,
zderzają się z elektronami zawartymi w tkankach
ciała, ulegając anihilacji. W wyniku anihilacji pary
elektron - pozyton powstają dwa kwanty
promieniowania elektromagnetycznego (fotony)
poruszające się w przeciwnych kierunkach (pod
kątem 180°) i posiadają energię o wartości 511 keV
każdy. Fotony te rejestrowane są jednocześnie przez
dwa z wielu detektorów ustawionych pod różnymi
kątami w stosunku do ciała pacjenta (najczęściej w
postaci pierścienia), w wyniku czego można określić
dokładne miejsce powstania pozytonów. Informacje
te rejestrowane w postaci cyfrowej na dysku
komputera, pozwalają na konstrukcję obrazów
będących przekrojami ciała pacjenta, analogicznych
do obrazów uzyskiwanych w tomografii NMR.
W badaniu PET wykorzystuje
się fakt, że określonym
zmianom chorobowym
towarzyszy podwyższony
metabolizm niektórych
związków chemicznych, np.
cukrów. Ponieważ energia w
organizmie uzyskiwana jest
głównie poprzez spalanie
cukrów, to w badaniach
wykorzystuje się
deoxyglukozę znakowaną
izotopem F-18. Najczęściej
stosowanym preparatem
jest F18-FDG.
SCHEMAT ZASADY
DZIAŁANIA
ZASTOSOWANIE
PET stosuje się w medycynie nuklearnej głównie przy
badaniach mózgu, serca, stanów zapalnych
niejasnego pochodzenia oraz nowotworów.Umożliwia
wczesną diagnozę choroby Huntingtona.
Zastosowanie PET wpłynęło na znaczne poszerzenie
wiedzy o etiologii i przebiegu w przypadku choroby
Alzheimera, Parkinsona czy różnych postaci
schizofrenii.
Dzięki diagnostyce PET istnieje bardzo duże
prawdopodobieństwo rozpoznania nowotworów (w
około 90% badanych przypadków). Takiego wyniku
nie daje się osiągnąć przy pomocy żadnej innej
techniki obrazowania. PET daje także możliwość
kontroli efektów terapeutycznych w trakcie leczenia
chorób nowotworowych, np. za pomocą
chemioterapii.
DZIĘKUJEMY
ZA UWAGĘ
Magdalena Putra
I
Anna Stańkowska