Зачетный билет № 2
Радиометрическая диагностика. Метод меченых атомов. Примеры применения метода меченых атомов. Метод меченых атомов в медицине. Радиоизотопные диагностические препараты. Период полувыведения. Наиболее приемлемые радиофармацевтические препараты. Соединения и радиофармацевтические препараты, используемые в радиоизотопной диагностике.
Метод меченых атомов.
Метод меченых атомов состоит в том, что к исследуемому элементу примешивается некоторое количество его радиоактивного изотопа. Эта радиоактивная примесь химически неотличима от основной массы элемента, но может быть обнаружена с помощью счетчика Гейгера — Мюллера или другого детектора радиоактивных излучений.
В другом варианте метода в исследуемый элемент вводится стабильный изотоп, нарушающий естественный изотопный состав. Присутствие этого добавочного изотопа в дальнейшем можно установить масс-спектроскопическими методами. Так как атомы одного и того же элемента химически неотличимы друг от друга, то применение меченых атомов открывает новые возможности исследования, позволяя проследить за перемещениями и химическими превращениями атомов элемента в средах, содержащих этот элемент.
Несколько примеров.
В физике использование меченых атомов дало возможность прямого измерения коэффициента самодиффузии — процесса, в котором атомы или молекулы одного и того же вещества перемешиваются друг с другом в растворе.
Вводя меченые атомы в детали машин, можно измерять и контролировать износ дета-лей в процессе работы по радиоактивности смазочного масла, омывающего деталь. С помощью меченых атомов можно проследить движение грунтовых вод и обнаружить протечки заглубленных трубопроводов и много других приложений.
В биохимии меченые атомы позволили выяснить ряд важнейших особенностей фундаментального для всего растительного мира процесса фотосинтеза. Раньше было известно, что результатом фотосинтеза является эндотермическое превращение в листьях растений атмосферного углекислого газа в глюкозу C6H1206 под действием солнечного света:
Было ясно, что эта реакция идет через какие-то быстро протекающие промежуточные стадии. Но механизм этих промежуточных реакций долгие годы не поддавался прямому исследованию. Использование меченых атомов позволило перейти от догадок к экспериментальному исследованию. Так, используя воду, обогащенную изотопом 8O18 (с кислородной меткой), установили, что кислород в этой реакции выделяется из воды, а не в результате разложения СО2, как считалось раньше. Дальнейшие сведения о механизме фотосинтеза были получены в опытах с углекислым газом, меченным по углероду изотопами бС13 и бС14. (для естественной смеси - бС12 - 98.892%, бС13 – 1.108%)
В этих опытах растение помещают в атмосферу с меченым углеродом, производят короткое освещение и затем либо просто измеряют активность разных частей растения, либо выделяют и исследуют химические соединения, содержащие меченый углерод. В результате удалось установить, в какой последовательности возникают промежуточные продукты фотосинтеза, что позволило воссоздать обоснованную картину всего процесса.
В сельском хозяйстве важно знать, в виде каких химических соединений следует вносить удобряющие элементы — азот, фосфор, кальций и др. в почву, чтобы они лучше усваивались растениями. И здесь решающую роль сыграли меченые атомы, позволившие выяснить, каким путем и в каком количестве попадает в растение элемент именно из удобрения. Особенно хорошо изучено усвоение фосфора, имеющего сравнительно удобный для работы радиоактивный изотоп 15P32 с временем жизни 14 дней. В этих опытах было установлено, какой процент фосфора усваивается в различных условиях. Это позволило дать практически полезные рекомендации по оптимальному размеру гранул суперфосфата, по глубине его внесения и т. д. Был открыт ряд совершенно новых фактов. Например, оказалось, что в определенных условиях растения могут поглощать питательные соли не только корнями, но и листьями.
Только методом меченых атомов можно получить информацию о скорости обмена веществ в тканях живого организма. Оказалось, что в целом ткани обновляются гораздо быстрее, чем считалось раньше. Выяснен целый ряд подробностей такого обмена. Так, с помощью радио-углерода 6С14 было установлено, что жирные кислоты, образовавшиеся из масла, быстро усваиваются организмом, а сходные соединения из смальца (жир, вытапливаемый из сала) и солонины имеют тенденцию откладываться в костях.
Метод меченых атомов в медицине.
Метод меченых атомов основан на регистрации излучения радионуклидов и их соединений, введенных в организм или образцы биологических сред организма. С помощью этого метода изучают распределение, перемещение, превращение и выведение радиофармацевтических препаратов из организма. Используемые для радиоизотопной диагностики количества радионуклидов получили наименование индикаторных количеств, они не нарушают нормального течения физиологических и биохимических процессов.
Стабильные и радиоактивные изотопы одних и тех же элементов тождественны по своим химическим свойствам, их поведение в организме одинаково. Следовательно, изучение динамики радиоактивных индикаторов позволяет судить о динамике соответствующих изотопов. Химические соединения, в которых часть стабильных атомов заменена радиоактивными, называют мечеными соединениями.
Радиоизотопные диагностические препараты по их назначению можно свести к четырем группы.
· Препараты для определения объема исследуемой жидкой среды. После введения точно дозированного количества радиофармацевтического препарата берут пробы биологических субстратов и определяют их радиоактивность. Отношение радиоактивности полученной пробы к величине активности введенного препарата позволяет установить, например, объем циркулирующей в организме плазмы крови или количество воды в теле человека.
· Препараты для определения динамики включения, перемещения и выведения химических соединений, участвующих в биохимических процессах. С этой целью после введения радиофармацевтического препарата производят повторные или непрерывные измерения радиоактивности всего тела или его части. Подобным способом устанавливают сроки накопления и выведения меченых соединений, или скорость прохождения их по системам организма. Посредством исследований такого типа судят о движении крови по камерам сердца и по сосудам, об объеме йода в организме, о некоторых функциях печени, почек и т. п.
· Препараты для обнаружения патологических очагов в организме. После введения меченых соединений на специальных радиодиагностических приборах получают гамма-топограммы, отражающие положение, величину и форму органов, содержащих радиоактивные изотопы. Гамма-топограммы дают возможность обнаруживать патологические очаги, в которых радиофармацевтический препарат не накапливается («холодный очаг») или, наоборот, накапливается больше, чем в окружающих тканях («горячий очаг»).
· Препараты для оценки гормональной активности организма, а также для исследования биохимических показателей. С этой целью изучается взаимодействие меченых соединений с составными частями биологических сред организма (кровь, моча, слюна, и пр.) в пробирке, т. е. без введения радиоактивных веществ в организм (in virto).
В связи с разнообразными задачами радиоизотопных исследований разработано большое количество оригинальных радиометрических методик, специальная радиодиагностическая аппаратура и набор радиофармацевтических препаратов. Для радиодиагностических исследований выбирают изотопы и соединения с малым эффективным периодом полувыведения Т эф, что обеспечивает безвредность препарата. Т эф - эффективный период полувыведения — время, в течение которого активность введенного препарата уменьшается вдвое за счет радиоактивного распада и в результате биологического выведения: 
где Т - период полураспада; Т б – период биологического полувыведения – время, в течение которого за счет биологических процессов из живого организма выводится примерно половина радиоактивного вещества. Значения периода полураспада Т и периода биологического выведения Тб, некоторых радионуклидов при воздействии их излучения на критический орган приведены в таблице.
Наиболее приемлемы радиофармацевтические препараты, содержащие радионуклиды с периодом полураспада от 6-24 часов до 10—30 дней. За этот срок не происходит значительного облучения тканей и вместе с тем можно изучить физиологические функции организма.