Hvordan er isotoper viktige for å studere menneskekroppen?

Isotoper er atomer av samme element som har forskjellige antall nøytroner i kjernene; når de blir introdusert i menneskekroppen, kan de oppdages ved stråling eller andre måter. Isotoper, brukt sammen med sofistikert utstyr, gir medisinsk fagpersonell et kraftig "vindu" inn i kroppen, slik at de kan diagnostisere sykdommer, studere biologiske prosesser og undersøke bevegelse og metabolisme av legemidler i livet mennesker.

Isotoper kan være stabile eller ustabile; de ustabile avgir stråling, og de stabile ikke. For eksempel utgjør det stabile karbon-12-atomet 98,9 prosent av alt karbon på jorden; fordi den sjeldnere karbon-14-isotopen er radioaktiv og endrer seg over tid, bruker forskere den til å bestemme alderen til noen ganger eldgamle biologiske prøver og materialer. Kjemisk virker stabile og ustabile isotoper omtrent det samme, slik at leger kan erstatte radioaktive atomer med stabile i medisiner som brukes til å spore biologiske aktiviteter. Stabile isotoper, som lett kan identifiseres med en enhet som kalles massespektrometer, hjelper forskere med å bestemme forhold i blod og vev når radioaktivitet ikke er ønskelig.

Stabile isotoper hjelper ernæringsforskere med å overvåke bevegelsen av mineraler gjennom kroppen. For eksempel, av de fire stabile isotopene for jern, utgjør jern-56 naturlig nok 92 prosent, og den sjeldneste er jern-58 med 0,3 prosent. En forsker gir en testperson doser av jern-58 og overvåker mengden av forskjellige jernisotoper i blod og andre biologiske prøver. Fordi jern-58 er tyngre enn jern-56, skiller et massespektrometer dem enkelt ut. Tidlige prøver vil vise mer jern-56, men over tid vil jern-58 bli funnet i betydelige mengder i forskjellige vev og stoffer, slik at forskeren kan måle nøyaktig hvordan motivets kropp prosesserer jern.

Positron Emission Tomography produserer tredimensjonale bilder av organer og vev ved bruk av radioaktive isotoper. Isotoper, som fluor-18, avgir gammastråling - en form for energi som passerer gjennom kroppen og inn i en detektor. Når det kombineres med sukker og gis til en pasient, migrerer fluoren til de vevene som aktivt metaboliserer sukker, for eksempel områder av hjernen hos en person som arbeider med matematiske problemer. PET-skanninger viser disse kroppsdelene i klare detaljer. Ved å observere de forskjellige metaboliseringsnivåene, kan en lege identifisere tegn på avvik som svulster og demens.

En Myocardial Perfusion Imaging-skanning bruker radioaktive isotoper til å produsere bilder i en metode som ligner på en PET-skanning, men for å overvåke hjertet i sanntid. I følge Stanford University Hospital bruker teknikken isotoper som technetium-99 eller thallium-201. Disse isotopene injiseres i en blodåre og finner veien til hjertet. Et spesialkamera tar opp de utsendte gammastrålene og produserer et bilde av det bankende hjertet under hvile- og stressforhold, slik at en lege kan vurdere organets helse.