Фізичні та медико-біологічні основи використання радіонуклідів в медицині

Нагадуємо, що ізотопи - це атоми одного і того ж хімічного елементу, які мають однаковий заряд ядра (однакова кількість протонів і електронів), але різну атомну вагу, маючи різну кількість нейтронів. Хімічні властивості різних ізотопів одного елементу подібні. Відомо, що в багатьох хімічних реакціях в організмі їх посібником є ферменти - біологічні каталізатори, але ферменти не визначають відмінностей в масі сполук, мічених радіоактивним чи стабільним ізотопом. Тому хімічне перетворення радіонуклідів в організмі здійснюється практично з тими ж швидкостями, що і перетворення стабільних. Наприклад: на мишах проводили такий дослід - після повного видалення із крові калію, який накопичується в серцевому м'язі, наступала смерть тварини. Коли ж мишам вводили радіоактивний ізотоп - К40, серцева діяльність одразу ж відновлювалась і зупинялася лише після кінцевого розпаду ізотопу. Таким чином, як звичайний хімічний елемент, так і його ізотопи однаково беруть участь в біохімічних реакціях організму.

В медичній радіології цей фактор є одним із головних принципів використання радіоактивних ізотопів при вивченні біохімічних реакцій.

Методи радіонуклідної діагностики (РНД)

Основою радіонуклідної діагностики є вимірювання радіоактивності всього тіла, окремих ділянок, тобто органів, тканин або біологічного матеріалу, який ми беремо у пацієнта. При цьому вивчаються:

1. Розбавлення РФП. Частіше відбувається в рідких середовищах організму людини. Наприклад, за допомогою принципу розбавлення вимірюється об'єм циркулюючої крові (ОЦК). Внутрішньовенно вводиться альбумін сироватки крові, помічений 99mТс-пертехнетатом, який циркулює з кров'ю і не виходить за межі судинного русла. Після його перемішування (через 15-20 хвилин) береться кров і в колодязному лічильнику вимірюється радіоактивність, яка порівнюється з радіоактивністю введеного РФП. Чим більший об'єм циркулюючої крові, тим менша буде концентрація в ній РФП. ОЦК розраховуємо по формулі розбавлення:

Для визначення об'єму води в організмі використовуємо радіоактивну воду (тритієву).

2. Швидкість переміщення. Наприклад, визначення швидкості венозного кровообігу нижніх кінцівок. Для цього вводиться у вену ступні РФП, детектор встановлений в ділянці пупартової зв'язки, включається самописець, який записує хронограму. Час появи підйому активності на кривій і буде мірою швидкості кровообігу (сек).
3. Накопичення і виведення. Якщо ми вводимо тропний до органу препарат, то чим кращий кровообіг в ньому, чим краще функціонує орган, тим швидше він захопить цей препарат із крові. Радіоактивність препарату при цьому понизиться, і тим швидше він виведеться із організму, якщо він екскретується, наприклад нирками. В інших випадках, коли препарат не екскретується, наприклад мічений колоїд печінкою, то фаза екскреції буде відсутньою. Тому на самописці підйом кривої буде високим і крутим. Якщо функція органу знижена, то цей підйом буде низький і пологий, а доза виведення повільною, більш повільно відповідно знижується і прекардіальна крива радіоактивності (крива кліренсу крові). Отримані параметри можуть розраховуватись у відносних або абсолютних величинах, що визначається за допомогою математичного моделювання фізіологічних процесів і дає можливість вивчити функцію органу.

4. Розподілення РФП. Цей принцип дає можливість за допомогою органотропного препарату отримати гамма-топограму (сканограму, статичну сцинтиграму, емісійну томограму), вивчити топографію органу - місце розташування, розміри, форму, обриси, виявити вогнищеві і дифузні патологічні зміни завдяки нерівномірному розподіленню РФП в ньому.

5. Взаємодія. Принцип використовується частіше при in vitro діагностиці, який базується на взаємодії (конкурентному сполученні) шуканих стабільних і аналогічних їм мічених сполук (антигенів) із специфічною сприймаючою системою - з антитілом. Для цього використовують комерційні набори, до складу яких входять: антиген радіоактивний (аналог того, який ми будемо визначати), 5 пробірок зі стандартними відомими концентраціями для одержання калібруючої кривої. Ці компоненти вносять в пробірку, в яку додається сироватка крові хворого. Антитіл береться менше, ніж сумарно антигенів, котрі конкурують за зв'язок з антитілами. В такому випадку перевага буде на боці того антигену, якого більше. Після інкубації центрифугуємо і проводимо радіометрію зв'язаних комплексів, що випали в осадок. Якщо у сироватці крові високий вміст тироксину, то осадок буде менш радіоактивний. А якщо антигену у сироватці мало, то з антитілами зв'яжеться більше радіоактивного тироксину і осад буде більш радіоактивним. Для кількісного визначення тироксину, таке ж дослідження провадиться зі стандартними концентраціями нерадіоактивного антигену, наприклад, 30, 60, 90, 120, 150 нмоль/л тироксину. За результатами радіометрії будуємо графік залежності радіоактивності від концентрації, тобто отримується калібровочна крива. Від значення радіоактивності на осі ординат проводимо горизонтальну лінію до перетину з калібровочною кривою, опускаємо перпендикуляр на лінію абсцис і знімаємо показник концентрації тироксину в крові хворого. При оснащенні багатоканального лічильника, наприклад 12-канального Гамма-800, ЕОМ результати радіоімунологічного аналізу (РІА) розраховуються і виводяться на принтер автоматично.

Області, в яких найбільш поширений РІА:
1. Ендокринологія (інсулін, Т3, Т4, ТТГ).
2. Онкологія (раково-ембріональний антиген ( PEA ), альфа-фетопротеїн, хоріонічний гонадотропін (ХГТ).
3. Кардіологія (міоглобін).
4. Педіатрія (соматотропний гормон (СТГ), ТТГ).
5. Акушерство і гінекологія (лютеінізуючий гормон (ЛГ), фолікулостимулюючий гормон (ФСГ).

1. Алергологія (Ig Е).

7. Токсикологія (лікарські препарати).

Схема радіоімунного (радіоконкурентного) аналізу in vitro