Jakie znaczenie mają izotopy w badaniu ludzkiego ciała?

Izotopy to atomy tego samego pierwiastka, które mają różną liczbę neutronów w swoich jądrach; po wprowadzeniu do ludzkiego ciała można je wykryć za pomocą promieniowania lub innych środków. Izotopy, stosowane w połączeniu z wyrafinowanym sprzętem, dają lekarzom potężne „okno” w ciele, pozwalając im diagnozować choroby, badać procesy biologiczne oraz badać ruch i metabolizm leków w życiu ludzie.

Izotopy mogą być stabilne lub niestabilne; niestabilne emitują promieniowanie, a stabilne nie. Na przykład stabilny atom węgla 12 stanowi 98,9 procent całego węgla na Ziemi; ponieważ rzadszy izotop węgla-14 jest radioaktywny i zmienia się w czasie, naukowcy wykorzystują go do określenia wieku czasami starożytnych biologicznych okazów i materiałów. Chemicznie stabilne i niestabilne izotopy działają bardzo podobnie, pozwalając lekarzom na zastępowanie atomów radioaktywnych stabilnymi w lekach stosowanych do śledzenia aktywności biologicznej. Stabilne izotopy, łatwo identyfikowane za pomocą urządzenia zwanego spektrometrem mas, pomagają naukowcom określić warunki we krwi i tkankach, kiedy radioaktywność nie jest pożądana.

Stabilne izotopy pomagają naukowcom zajmującym się żywieniem monitorować ruch minerałów w organizmie. Na przykład, z czterech stabilnych izotopów żelaza, żelazo-56 naturalnie stanowi około 92 procent, a najrzadsze żelazo-58 to 0,3 procent. Naukowiec podaje badanemu dawki żelaza-58 i monitoruje ilość różnych izotopów żelaza we krwi i innych próbkach biologicznych. Ponieważ żelazo-58 jest cięższe niż żelazo-56, spektrometr masowy łatwo je rozróżnia. Wczesne próbki wykażą więcej żelaza-56, ale z biegiem czasu żelazo-58 będzie znajdować się w znacznych ilościach w różne tkanki i substancje, co pozwala naukowcowi dokładnie zmierzyć, jak wygląda ciało badanego przetwarza żelazo.

Pozytonowa Tomografia Emisyjna pozwala uzyskać trójwymiarowe obrazy narządów i tkanek dzięki wykorzystaniu izotopów promieniotwórczych. Izotopy, takie jak fluor-18, wydzielają promieniowanie gamma – formę energii, która przechodzi przez ciało do detektora. Po połączeniu z cukrem i podaniu pacjentowi fluor migruje do tych tkanek, które aktywnie metabolizują cukier, takich jak obszary mózgu osoby zajmującej się problemami matematycznymi. Skany PET pokazują te części ciała z wyraźnymi szczegółami. Obserwując różne poziomy metabolizmu, lekarz może zidentyfikować charakterystyczne oznaki nieprawidłowości, takich jak guzy i demencja.

Obrazowanie perfuzji mięśnia sercowego wykorzystuje izotopy radioaktywne do tworzenia obrazów w sposób podobny do skanowania PET, ale do monitorowania serca w czasie rzeczywistym. Według Stanford University Hospital technika ta wykorzystuje izotopy, takie jak technet-99 lub tal-201. Te izotopy są wstrzykiwane do żyły i trafiają do serca. Specjalistyczna kamera rejestruje emitowane promienie gamma i tworzy obraz bijącego serca w warunkach spoczynku i stresu, umożliwiając lekarzowi ocenę stanu zdrowia narządu.