כיצד יש איזוטופים חשובים בלימוד גוף האדם?

איזוטופים הם אטומים מאותו יסוד שיש בגרעינים מספר שונה של נויטרונים; כשמכניסים אותם לגוף האדם, ניתן לאתר אותם באמצעות קרינה או אמצעים אחרים. האיזוטופים, המשמשים יחד עם ציוד מתוחכם, מעניקים לאנשי המקצוע הרפואי "חלון" חזק לגוף, המאפשר להם לאבחן מחלות, ללמוד תהליכים ביולוגיים ולחקור את התנועה והחילוף החומרים של תרופות בחיים אֲנָשִׁים.

איזוטופים עשויים להיות יציבים או לא יציבים; הלא יציבים פולטים קרינה, והיציבים לא. לדוגמא, האטום היציב של פחמן 12 מהווה 98.9 אחוז מכלל הפחמן על פני כדור הארץ; מכיוון שהאיזוטופ הפחמן 14 הנדיר יותר הוא רדיואקטיבי ומשתנה עם הזמן, מדענים משתמשים בו כדי לקבוע את גילם של דגימות וחומרים ביולוגיים עתיקים. מבחינה כימית, איזוטופים יציבים ובלתי יציבים פועלים באותה המידה, ומאפשרים לרופאים להחליף אטומים רדיואקטיביים באלה יציבים בתרופות המשמשות למעקב אחר פעילויות ביולוגיות. איזוטופים יציבים, המזוהים בקלות עם מכשיר הנקרא ספקטרומטר מסה, מסייעים לחוקרים לקבוע מצבים בדם וברקמות כאשר רדיואקטיביות אינה רצויה.

איזוטופים יציבים עוזרים למדעני התזונה לעקוב אחר תנועת המינרלים דרך הגוף. לדוגמה, מתוך ארבעת האיזוטופים היציבים של ברזל, ברזל 56 מהווה באופן טבעי כ- 92 אחוזים, והנדיר ביותר הוא ברזל -58 עם 0.3 אחוזים. מדען נותן נבדק מינונים של ברזל 58 ומפקח על כמויות איזוטופי הברזל השונים בדם ובדגימות ביולוגיות אחרות. מכיוון שברזל 58 הוא כבד יותר מברזל 56, ספקטרומטר מסה מבדיל אותם בקלות. דגימות מוקדמות יראו יותר ברזל 56, אך עם הזמן ברזל 58 יימצא בכמויות משמעותיות ב רקמות וחומרים שונים, מה שמאפשר למדען למדוד במדויק כיצד גופו של הנבדק מעבד ברזל.

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרון מייצרת תמונות תלת מימד של איברים ורקמות באמצעות איזוטופים רדיואקטיביים. האיזוטופים, כמו פלואור -18, מפיצים קרינת גמא - סוג של אנרגיה העוברת בגוף אל תוך גלאי. בשילוב עם סוכר וניתן לחולה, הפלואור נודד לאותן רקמות שעוברות מטבוליזם פעיל של סוכר, כמו אזורים במוח אצל אדם העובד על בעיות מתמטיות. סריקות PET מראות את חלקי הגוף הללו בפירוט ברור. על ידי התבוננות ברמות השונות של חילוף החומרים, רופא יכול לזהות סימנים מדויקים לחריגות כגון גידולים ודמנציה.

סריקת הדמיית זלוף שריר הלב משתמשת באיזוטופים רדיואקטיביים כדי לייצר תמונות בשיטה הדומה לסריקת PET, אך לצורך ניטור הלב בזמן אמת. על פי בית החולים האוניברסיטאי סטנפורד, הטכניקה מפעילה איזוטופים כגון טכניום -99 או תליום -201. איזוטופים אלה מוזרקים לווריד ומוצאים את דרכם אל הלב. מצלמה מיוחדת קולטת את קרני הגמא הנפלטות ומייצרת תמונה של הלב הפועם בתנאי מנוחה ומתח, ומאפשרת לרופא להעריך את בריאות האיבר.