In che modo gli isotopi sono importanti nello studio del corpo umano?

Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno un diverso numero di neutroni nei loro nuclei; quando introdotti nel corpo umano, possono essere rilevati mediante radiazioni o altri mezzi. Gli isotopi, utilizzati in combinazione con apparecchiature sofisticate, offrono ai professionisti del settore medico una potente "finestra" sul corpo, permettendo loro di diagnosticare malattie, studiare i processi biologici e studiare il movimento e il metabolismo dei farmaci nella vita persone.

Gli isotopi possono essere stabili o instabili; quelli instabili emettono radiazioni e quelli stabili no. Ad esempio, l'atomo stabile di carbonio-12 costituisce il 98,9% di tutto il carbonio sulla Terra; poiché l'isotopo carbonio-14 più raro è radioattivo e cambia nel tempo, gli scienziati lo usano per determinare l'età di campioni e materiali biologici a volte antichi. Chimicamente, gli isotopi stabili e instabili agiscono allo stesso modo, consentendo ai medici di sostituire gli atomi radioattivi con quelli stabili nei farmaci usati per tracciare le attività biologiche. Gli isotopi stabili, facilmente identificabili con un dispositivo chiamato spettrometro di massa, aiutano i ricercatori a determinare le condizioni nel sangue e nei tessuti quando la radioattività non è desiderabile.

Gli isotopi stabili aiutano gli scienziati della nutrizione a monitorare il movimento dei minerali attraverso il corpo. Ad esempio, dei quattro isotopi stabili per il ferro, il ferro-56 rappresenta naturalmente circa il 92 percento e il più raro è il ferro-58 allo 0,3 percento. Uno scienziato somministra a un soggetto di prova dosi di ferro-58 e monitora le quantità di diversi isotopi di ferro nel sangue e in altri campioni biologici. Poiché il ferro-58 è più pesante del ferro-56, uno spettrometro di massa li distingue facilmente. I primi campioni mostreranno più ferro-56, ma nel tempo il ferro-58 sarà trovato in quantità significative in vari tessuti e sostanze, consentendo allo scienziato di misurare con precisione come il corpo del soggetto lavora il ferro.

La tomografia a emissione di positroni produce immagini tridimensionali di organi e tessuti attraverso l'uso di isotopi radioattivi. Gli isotopi, come il fluoro-18, emettono radiazioni gamma, una forma di energia che passa attraverso il corpo ed entra in un rivelatore. Quando combinato con lo zucchero e somministrato a un paziente, il fluoro migra verso quei tessuti che stanno metabolizzando attivamente lo zucchero, come le aree del cervello in una persona che lavora su problemi di matematica. Le scansioni PET mostrano queste parti del corpo in modo chiaro e dettagliato. Osservando i diversi livelli del metabolismo, un medico può identificare segni rivelatori di anomalie come tumori e demenza.

Una scansione di imaging della perfusione miocardica utilizza isotopi radioattivi per produrre immagini in un metodo simile a una scansione PET, ma per monitorare il cuore in tempo reale. Secondo lo Stanford University Hospital, la tecnica impiega isotopi come il tecnezio-99 o il tallio-201. Questi isotopi vengono iniettati in una vena e trovano la loro strada verso il cuore. Una telecamera specializzata rileva i raggi gamma emessi e produce un'immagine del cuore che batte in condizioni di riposo e di stress, consentendo a un medico di valutare la salute dell'organo.