Hoe zijn isotopen belangrijk bij het bestuderen van het menselijk lichaam?

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen in hun kernen; wanneer ze in het menselijk lichaam worden geïntroduceerd, kunnen ze worden gedetecteerd door straling of andere middelen. De isotopen, die worden gebruikt in combinatie met geavanceerde apparatuur, geven medische professionals een krachtig "venster" in het lichaam, waardoor ze ziekten kunnen diagnosticeren, biologische processen kunnen bestuderen en de beweging en het metabolisme van medicijnen in het leven kunnen onderzoeken mensen.

Isotopen kunnen stabiel of onstabiel zijn; de onstabiele zenden straling uit, en de stabiele niet. Het stabiele koolstof-12-atoom maakt bijvoorbeeld 98,9 procent uit van alle koolstof op aarde; omdat de zeldzamere koolstof-14-isotoop radioactief is en in de loop van de tijd verandert, gebruiken wetenschappers het om de ouderdom van soms oude biologische specimens en materialen te bepalen. Chemisch, stabiele en onstabiele isotopen werken vrijwel hetzelfde, waardoor artsen radioactieve atomen kunnen vervangen door stabiele in medicijnen die worden gebruikt om biologische activiteiten te traceren. Stabiele isotopen, gemakkelijk te identificeren met een apparaat dat een massaspectrometer wordt genoemd, helpen onderzoekers de omstandigheden in bloed en weefsel te bepalen wanneer radioactiviteit niet wenselijk is.

Stabiele isotopen helpen voedingswetenschappers om de beweging van mineralen door het lichaam te volgen. Van de vier stabiele isotopen voor ijzer bijvoorbeeld, is ijzer-56 natuurlijk goed voor ongeveer 92 procent, en de zeldzaamste is ijzer-58 met 0,3 procent. Een wetenschapper geeft een proefpersoon een dosis ijzer-58 en controleert de hoeveelheden verschillende ijzerisotopen in bloed en andere biologische monsters. Omdat ijzer-58 zwaarder is dan ijzer-56, onderscheidt een massaspectrometer ze gemakkelijk. Vroege monsters zullen meer ijzer-56 laten zien, maar na verloop van tijd zal ijzer-58 in aanzienlijke hoeveelheden worden gevonden in verschillende weefsels en stoffen, waardoor de wetenschapper nauwkeurig kan meten hoe het lichaam van de proefpersoon verwerkt ijzer.

Positronemissietomografie produceert driedimensionale beelden van organen en weefsels door het gebruik van radioactieve isotopen. De isotopen, zoals fluor-18, geven gammastraling af - een vorm van energie die door het lichaam en in een detector gaat. Wanneer het wordt gecombineerd met suiker en aan een patiënt wordt gegeven, migreert het fluor naar die weefsels die actief suiker metaboliseren, zoals delen van de hersenen in een persoon die aan wiskundige problemen werkt. PET-scans laten deze lichaamsdelen duidelijk in detail zien. Door de verschillende niveaus van het metabolisme te observeren, kan een arts veelbetekenende tekenen van afwijkingen zoals tumoren en dementie identificeren.

Een Myocardial Perfusion Imaging-scan maakt gebruik van radioactieve isotopen om beelden te produceren in een methode die vergelijkbaar is met een PET-scan, maar om het hart in realtime te bewaken. Volgens het Stanford University Hospital maakt de techniek gebruik van isotopen zoals technetium-99 of thallium-201. Deze isotopen worden in een ader geïnjecteerd en vinden hun weg naar het hart. Een gespecialiseerde camera pikt de uitgezonden gammastralen op en produceert een beeld van het kloppende hart in rust- en stressomstandigheden, waardoor een arts de gezondheid van het orgaan kan beoordelen.