Hvordan er isotoper vigtige for at studere menneskekroppen?

Isotoper er atomer af det samme element, der har forskellige antal neutroner i deres kerner; når de introduceres i menneskekroppen, kan de detekteres ved stråling eller andre måder. Isotoperne, der bruges sammen med sofistikeret udstyr, giver medicinske fagfolk et kraftigt "vindue" ind i kroppen, tillader dem at diagnosticere sygdomme, studere biologiske processer og undersøge bevægelse og stofskifte af stoffer i levende mennesker.

Isotoper kan være stabile eller ustabile; de ustabile udsender stråling, og de stabile ikke. For eksempel udgør det stabile carbon-12-atom 98,9 procent af alt kulstof på Jorden; fordi den sjældnere carbon-14-isotop er radioaktiv og ændrer sig over tid, bruger forskere den til at bestemme alderen på undertiden gamle biologiske prøver og materialer. Kemisk virker stabile og ustabile isotoper stort set det samme, hvilket gør det muligt for læger at erstatte radioaktive atomer med stabile i lægemidler, der bruges til at spore biologiske aktiviteter. Stabile isotoper, der let kan identificeres med en enhed kaldet et massespektrometer, hjælper forskere med at bestemme forhold i blod og væv, når radioaktivitet ikke er ønskelig.

Stabile isotoper hjælper ernæringsforskere med at overvåge bevægelsen af ​​mineraler gennem kroppen. For eksempel udgør jern-56 naturligt omkring 92 procent af de fire stabile isotoper til jern, og den sjældneste er jern-58 med 0,3 procent. En forsker giver en testperson doser af jern-58 og overvåger mængderne af forskellige jernisotoper i blod og andre biologiske prøver. Fordi jern-58 er tungere end jern-56, adskiller et massespektrometer dem let. Tidlige prøver viser mere jern-56, men over tid vil jern-58 findes i betydelige mængder i forskellige væv og stoffer, der giver videnskabsmanden mulighed for nøjagtigt at måle, hvordan motivets krop behandler jern.

Positron Emission Tomography producerer tredimensionelle billeder af organer og væv ved brug af radioaktive isotoper. Isotoperne, såsom fluor-18, afgiver gammastråling - en form for energi, der passerer gennem kroppen og ind i en detektor. Når det kombineres med sukker og gives til en patient, migrerer fluor til de væv, der aktivt metaboliserer sukker, såsom områder af hjernen hos en person, der arbejder på matematiske problemer. PET-scanninger viser disse kropsdele i klare detaljer. Ved at observere de forskellige niveauer af stofskifte kan en læge identificere tegn på tegn på abnormiteter såsom tumorer og demens.

En Myocardial Perfusion Imaging-scanning bruger radioaktive isotoper til at producere billeder på en metode svarende til en PET-scanning, men til overvågning af hjertet i realtid. Ifølge Stanford University Hospital anvender teknikken isotoper som technetium-99 eller thallium-201. Disse isotoper injiceres i en vene og finder vej til hjertet. Et specialkamera opfanger de udsendte gammastråler og producerer et billede af det bankende hjerte under hvile- og stressforhold, så en læge kan vurdere organets helbred.