Hur är isotoper viktiga för att studera människokroppen?

Isotoper är atomer av samma element som har olika antal neutroner i sina kärnor; när de införs i människokroppen kan de detekteras genom strålning eller på annat sätt. Isotoperna, som används tillsammans med sofistikerad utrustning, ger läkare ett kraftfullt "fönster" in i kroppen, låta dem diagnostisera sjukdomar, studera biologiska processer och undersöka läkemedlets rörelse och metabolism i livet människor.

Isotoper kan vara stabila eller instabila; de instabila avger strålning och de stabila inte. Till exempel utgör den stabila kol-12-atomen 98,9 procent av allt kol på jorden; eftersom den sällsynta kol-14-isotopen är radioaktiv och förändras över tid, använder forskare den för att bestämma åldern på ibland gamla biologiska prover och material. Kemiskt verkar stabila och instabila isotoper ungefär detsamma, vilket gör det möjligt för läkare att ersätta radioaktiva atomer med stabila i läkemedel som används för att spåra biologiska aktiviteter. Stabila isotoper, som lätt kan identifieras med en anordning som kallas masspektrometer, hjälper forskare att bestämma tillstånd i blod och vävnad när radioaktivitet inte är önskvärd.

Stabila isotoper hjälper näringsforskare att övervaka mineralers rörelse genom kroppen. Till exempel, av de fyra stabila isotoperna för järn, står järn-56 naturligt för cirka 92 procent, och den sällsynta är järn-58 med 0,3 procent. En forskare ger en försöksdos doser av järn-58 och övervakar mängderna av olika järnisotoper i blod och andra biologiska prover. Eftersom järn-58 är tyngre än järn-56, skiljer en masspektrometer dem lätt. Tidiga prover visar mer järn-56, men med tiden kommer järn-58 att hittas i betydande mängder i olika vävnader och substanser, vilket gör det möjligt för forskaren att exakt mäta hur ämnets kropp bearbetar järn.

Positron Emission Tomography producerar tredimensionella bilder av organ och vävnader genom användning av radioaktiva isotoper. Isotoperna, såsom fluor-18, avger gammastrålning - en form av energi som passerar genom kroppen och in i en detektor. I kombination med socker och ges till en patient, migrerar fluor till de vävnader som aktivt metaboliserar socker, såsom områden i hjärnan hos en person som arbetar med matematiska problem. PET-skanningar visar dessa kroppsdelar i tydlig detalj. Genom att observera de olika nivåerna av ämnesomsättning kan en läkare identifiera tecken på avvikelser som tumörer och demens.

En Myocardial Perfusion Imaging-skanning använder radioaktiva isotoper för att producera bilder i en metod som liknar en PET-skanning, men för att övervaka hjärtat i realtid. Enligt Stanford University Hospital använder tekniken isotoper som technetium-99 eller thallium-201. Dessa isotoper injiceras i en ven och hittar vägen till hjärtat. En specialkamera plockar upp de emitterade gammastrålarna och producerar en bild av det pulserande hjärtat under vila och stressförhållanden, så att en läkare kan utvärdera organets hälsa.