Изотопы - это атомы одного и того же элемента, которые имеют разное количество нейтронов в своих ядрах; при попадании в организм человека их можно обнаружить с помощью излучения или других средств. Изотопы, используемые в сочетании со сложным оборудованием, дают медицинским работникам мощное «окно» в тело, позволяя им диагностировать болезни, изучать биологические процессы и исследовать движение и метаболизм лекарств в живых люди.
Стабильные и нестабильные изотопы
Изотопы могут быть стабильными или нестабильными; нестабильные излучают излучение, а стабильные - нет. Например, стабильный атом углерода-12 составляет 98,9% всего углерода на Земле; Поскольку более редкий изотоп углерода-14 является радиоактивным и со временем изменяется, ученые используют его для определения возраста иногда древних биологических образцов и материалов. В химическом отношении стабильные и нестабильные изотопы действуют примерно одинаково, что позволяет врачам заменять стабильные атомы радиоактивными атомами в лекарствах, используемых для отслеживания биологической активности. Стабильные изотопы, легко идентифицируемые с помощью устройства, называемого масс-спектрометром, помогают исследователям определять условия в крови и тканях, когда радиоактивность нежелательна.
Исследования в области питания
Стабильные изотопы помогают диетологам отслеживать движение минералов в организме. Например, из четырех стабильных изотопов железа, железо-56, естественно, составляет около 92 процентов, а самым редким является железо-58 - 0,3 процента. Ученый дает испытуемому дозы железа-58 и контролирует количество различных изотопов железа в крови и других биологических образцах. Поскольку железо-58 тяжелее железа-56, масс-спектрометр легко их распознает. Ранние образцы покажут больше железа-56, но со временем железо-58 будет обнаружено в значительных количествах в различные ткани и вещества, что позволяет ученому точно измерить, как тело испытуемого обрабатывает железо.
ПЭТ сканирование
Позитронно-эмиссионная томография позволяет получать трехмерные изображения органов и тканей с использованием радиоактивных изотопов. Изотопы, такие как фтор-18, испускают гамма-излучение - форму энергии, которая проходит через тело и попадает в детектор. При сочетании с сахаром и введении пациенту фтор мигрирует в те ткани, которые активно метаболизируют сахар, например в области мозга человека, решающего математические задачи. ПЭТ-сканирование показывает эти части тела во всех деталях. Наблюдая за различными уровнями метаболизма, врач может определить контрольные признаки аномалий, таких как опухоли и слабоумие.
Сканирование MPI
Сканирование перфузионной визуализации миокарда использует радиоактивные изотопы для получения изображений методом, аналогичным сканированию ПЭТ, но для мониторинга сердца в режиме реального времени. По данным больницы Стэнфордского университета, в этом методе используются изотопы, такие как технеций-99 или таллий-201. Эти изотопы вводятся в вену и попадают в сердце. Специализированная камера улавливает испускаемые гамма-лучи и создает изображение бьющегося сердца в состоянии покоя и стресса, что позволяет врачу оценить состояние здоровья органа.