W poszukiwaniu pomidora, który zaginął na orbicie

110 lat temu Marcel Proust napisał książkę (w zasadzie aż siedmiotomowy cykl) „W poszukiwaniu straconego czasu”. Dziś jest już zupełnie inaczej. W XXI wieku poszukiwaliśmy straconego pomidora.

Frank Rubio, amerykański astronauta, pilot i chirurg dzierży aktualny rekord USA czasu przebywania w kosmosie. Ale prawdopodobnie zostanie zapamiętany głównie dzięki zupełnie innemu wydarzeniu.
Ale zacznijmy od początku. Jedzenie w kosmosie jest na pewno prawidłowo zbilansowane pod względem kalorii oraz wartości odżywczych. Niestety, wszystko, co astronauci jedzą, jest dostarczone z Ziemi. Mogą więc oni tylko pomarzyć np. o świeżych owocach czy warzywach. Jednak za sprawą prowadzonych właśnie na orbicie ziemskiej eksperymentów może to w końcu ulec zmianie. Eksperyment nosi nazwę „The eXposed Root On-Orbit Test System” (XROOTS).

Frank Rubio przy zestawie do hodowli roślin
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

Uprawa kojarzy się zwykle z ziemią. Wiemy jednak, że nie jest ona wcale niezbędna, wystarczy roślinom dostarczać wodę i składniki odżywcze. Są dwie inne, całkiem efektywne metody niż uprawa w ziemi. Zacznijmy jednak od definicji. Już od dawna (połowa XIX wieku) na Ziemi hodujemy rośliny metodą hydroponiczną. Jest to metoda bezglebowa – rośliny są umieszczone w roztworze zawierającym specjalną mieszaninę soli mineralnych, bo tylko one i woda (oczywiście poza światłem) są niezbędne do rozwoju roślin. Z kolei aeroponika polega na umieszczeniu korzeni rosnących roślin w powietrzu zamiast w wodzie i dostarczaniu mineralnej mieszanki w postaci aerozolu bezpośrednio do korzeni. Aeroponika została wprowadzona do uprawy w roku 1970. Na początku była to metoda stosowana głównie do celów badawczych, dziś można komercyjnie kupić systemy, które wszystko wykonują automatycznie.

NASA rozpoczęła testy systemów hydroponicznych oraz aeroponicznych już pod koniec lat 90. XX wieku. Pierwotne eksperymenty skupiały się na hodowli sałaty, ale plany obejmowały cały szereg innych warzyw. W tym celu pierwotnie zaprojektowano nadmuchiwane urządzenie ze sterowaniem elektronicznym, którego można używać wtedy, gdy jest niezbędne, a po wypuszczeniu powietrza zajmuje niewiele miejsca. Jako oświetlenie stosowano lampy LED. Okazało się, że uprawa warzyw na orbicie jest jak najbardziej możliwa. Wielką zaletą w tym przypadku jest to, że nie trzeba wysyłać w przestrzeń niepotrzebnych kilogramów ziemi, co kosztuje gigantyczne pieniądze.

Kompaktowy testowy system uprawy roślin na orbicie XROOTS
źródło: NASA, licencja: domena publiczna


Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) cały czas są prowadzone badania nad uprawami hydroponicznymi i aeroponicznymi. Tym razem jednak zaprojektowano porządny, automatyczny system, który wymaga tylko minimalnej obsługi. I właśnie o uprawach traktuje ta opowieść, której głównym bohaterem jest amerykański astronauta, Frank Rubio. Jest jeszcze drugi bohater – pomidor. Sadzonki pomidorów zostały oczywiście przywiezione z Ziemi i umieszczone w dwóch uprawach: hydroponicznej i aeroponicznej. Co prawda Rubio jest inżynierem i chirurgiem, ale tutaj miał dodatkową rolę – rolnika doświadczalnego. Każdego dnia dbał o to, aby każdy pomidor był właściwie odżywiany, fotografowany i mierzony. W marcu 2023 odbył się zbiór i każdy z astronautów dostał swoją część. Pomidory nie miały imponujących rozmiarów – średnica wyniosła ok. 2,5 cm.

Ten, który dostał Rubio po zbiorach, został zamknięty w worku foliowym i przymocowany chwilowo rzepem do ściany stacji. I tyle go widziano. Rubio nie znalazł pomidora w miejscu, w którym podobno go zostawił. Reszta załogi podejrzewała, że pan doktor zwyczajnie go zeżarł i nie chciał się przyznać. Normalnie sytuacja, jak z jabłkami w „Seksmisji”. Zarządzono szeroko zakrojone poszukiwania – bez rezultatu. Zniknął jak kamfora. Wszystko działo się w zamkniętej przestrzeni, a więc pomidor musiał tam być. Prawdziwa zagadka kryminalna. Zniknięcie pomidora ujawniono dopiero we wrześniu 2023 r., gdy amerykański astronauta świętował swój rekord – rok w kosmosie. Powiedział wtedy, że ma nadzieję, że kiedyś w przyszłości pomidor się znajdzie, a on zostanie oczyszczony z zarzutów.
Rubio poszukiwał go aż do czasu, gdy jesienią 2023 musiał, po roku pobytu, wrócić na Ziemię (pół roku później niż to było planowane). Do samego końca upierał się, że nie był pomidorowym skrytożercą.
Zagadka rozwiązała się w grudniu. W czasie transmisji z ISS padły słowa: Houston, mamy pomidora! Frank Rubio został oczyszczony z zarzutu skrytożerstwa, ponieważ pomidor się znalazł. Ba, okazało się, że znaleziono dwa pomidory. Trzeba przyznać, że po tych 9 miesiącach nie wyglądały one imponująco. Były wysuszone i odbarwione, ale nie zauważono, aby rozwinęły się na nich pleśnie czy grzyby. Jednak nic nie wiadomo o tym, że ktokolwiek próbował je zjeść.
Eksperymenty z uprawą roślin jadalnych są oczywiście kontynuowane, i to z sukcesem. Warunki hodowli są cały czas optymalizowane. Doświadczenia te mają wielkie znaczenie dla kolejnych wypraw kosmicznych – na Księżyc, ale oczywiście też na Marsa. Miejmy tylko nadzieję, że nie będzie kolejnych zaginionych pomidorów ani innych warzyw.

Krótka historia pomidorowa w filmie

Opowieść o Franku Rubio – chirurgu i rolniku

O uprawie roślin w przestrzeni kosmicznej

Siła słabości – rzecz o wiązaniu wodorowym

Nie będzie zapewne dużej przesady, jeśli napiszę, że jedno ze zdecydowanie najsłabszych wiązań – wiązanie wodorowe – jest tym, dzięki któremu istniejemy zarówno my, jak też cały świat żywy na Ziemi.
Wyjaśnię, co jest w nim takiego specjalnego. Skupię się najpierw na jednej z najprostszych cząsteczek, a mianowicie na oksydanie. Pewnie wielu z was zastanawia się nad tą nazwą. Oksydan? W szkole nie uczyli. Cóż, to aktualna nazwa formalna, ale zapewne wielu z was zna nazwę „woda”. Tak, zwykła H2O. Proponuję przed czytaniem rzucić okiem na układ okresowy i odnaleźć te dwa pierwiastki – wodór i tlen. Dobrze by było, aby w tym układzie był też taki element, jak elektroujemność pierwiastków. Co to takiego? Otóż jest to miara tego, jak atom danego pierwiastka przyciąga elektrony. Jest to wymyślony parametr praktyczny, użyteczny w analizie wiązań i innych zachowań atomów. Wodór ma elektroujemność 2,1, a tlen 3,5. Im większa elektroujemność, tym chętniej atom przyjmie elektrony. Jak widać z układu, najchętniej będą to robić fluorowce, a najmniej chętnie litowce. To raczej jasne, bo litowce, które mają jeden elektron na ostatniej powłoce, znacznie chętniej oddadzą elektron. I teraz – im większa różnica elektroujemności, tym bardziej jonowe będzie wiązanie (im mniejsza, tym bardziej kowalencyjne). Dla układu H-O różnica ta wynosi 1,4. Oznacza to (mówiąc skrótowo), że elektron, który wodór oddaje do wiązania, woli przebywać w okolicy tlenu niż wodoru. Gdybyśmy zmierzyli tzw. gęstość elektronową, okazałoby się, że atom wodoru niesie ze sobą cząstkowy ładunek dodatni, a więc konsekwentnie – tlen ma cząstkowy ładunek ujemny. Wiązanie ma więc charakter polarny, czyli biegunowy. Z lekcji fizyki wiemy, że siła przyciągania elektrostatycznego jest potężna, ale tu mamy tylko ładunek cząstkowy, stąd niezbyt duża energia wiązania. Dlatego też we wzorach zaznacza się je zwykle linią kropkowaną albo przerywaną. No i mamy już sporą część wiedzy o wiązaniu wodorowym.

Budowa cząsteczki wody wraz z wiązaniami wodorowymi (zaznaczone kropkami)
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

Jedziemy dalej. Tlen ma na ostatniej orbicie 6 elektronów. Oddaje po jednym po to, aby związać się z dwoma atomami wodoru. A więc mamy jeszcze cztery, czyli dwie pary, bo elektrony lubią się trzymać parami. I tu musimy się odwołać do pewnego wpisu Lucasa.
Hybrydyzacja – słowo kluczowe. W tym przypadku mamy do czynienia z hybrydyzacją sp3, podobnie jak w przypadku metanu (CH4). Całość wpisuje się w znaną strukturę czworościanu (tetraedru).

Cząsteczka wody wpisana w tetraedr. Widoczne dwa atomy wodoru oraz dwie pary elektronowe. Hybrydyzacja atomu tlenu sp3

Tak więc trójatomowa cząsteczka wody nie ma struktury liniowej, przypomina raczej bumerang, i to częściowo naładowany elektrycznie, z nierównomiernie rozłożonym ładunkiem. Środek „bumerangu” ma cząstkowy ładunek ujemny, a dwa końce – cząstkowy dodatni. Jeśli więc do jednej cząsteczki wody zbliży się druga, para elektronowa zaczyna oddziaływać z atomem wodoru tamtej drugiej – i w ten sposób powstaje wiązanie wodorowe. Jedno. A ponieważ mamy dwie wolne pary elektronowe, może powstać drugie takie wiązanie. Z kolei każdy z atomów wodoru może wejść w interakcję z parą elektronową sąsiedniej cząsteczki wody. W efekcie każda z tych cząsteczek może utworzyć łącznie cztery wiązania. Cztery to w zasadzie niedużo, ale… Wyobraźmy sobie maleńką kropelkę wody, np. taką, która tworzy mgiełkę. Nie ciężką mgłę, ale delikatną mgiełkę. Jedna kropla ma średnicę ok. 10µm. Znajduje się w niej ok. 30 bilionów (tysięcy miliardów) cząsteczek wody. A więc w tej jednej, niemal niewidocznej kropelce może się znaleźć nawet 120 bilionów wiązań wodorowych! Dużo.
Popatrzmy też na kropelkę wody na liściu. Zauważymy, że jest ona wypukła, nie rozlewa się na powierzchni. Ten efekt też częściowo wynika z obecności wiązań wodorowych. Ich istnienie wewnątrz kropli powoduje, że woda jest ściślej związana. Te oddziaływania są na tyle silne, że inne, z otoczeniem, nie mają szans.
Teraz być może tytuł tego odcinka będzie jaśniejszy – siła tego niepozornego wiązania tkwi w jego wszechobecności. Dodam też, że siła wiązania (każdego!) ma konkretny wymiar, mianowicie energii. Typowe wiązanie wodorowe ma energię zaledwie kilku kcal/mol. Klasyczne wiązanie kowalencyjne jest kilkadziesiąt razy silniejsze. Jednak wiązania wodorowe praktycznie nie występują pojedynczo – i w tym tkwi ich moc.

Temperatura topnienia i wrzenia substancji chemicznych jest zależna od ich masy molowej. Im większa masa, tym wyższa temperatura. Rozważmy trzy znane związki: metan (CH4), amoniak (NH3) i wodę (H2O). W pierwszym ze związków nie ma wiązań wodorowych, w drugim są, ale dość słabe, a trzeci już omówiliśmy. Porównajmy temperatury wrzenia: dla metanu jest to -161°C, dla amoniaku -33°C, a dla wody 100°C. Gdyby nie istniały wiązania wodorowe, woda (i amoniak) miałaby temperaturę wrzenia podobną do metanu. Nie byłoby rzek, jezior, oceanów. Powiedzmy sobie wprost – życia też by nie było. Warto też uświadomić sobie, że żadna cząsteczka wody nie występuje pojedynczo (chyba że w kosmosie). W szklance, rzece czy jeziorze połączone są miliardy. Jeśli gotujemy wodę w czajniku, przekształca się ona w parę wodną. Gdy przyjrzymy się dzióbkowi, zauważymy, że tuż przy wylocie nie widać typowej mgiełki, ona tworzy się nieco dalej. Para wodna jest niewidoczna, przezroczysta. Ale oczywiście woda jako związek tam jest. Ba, jest też obecna cały czas w powietrzu, którym oddychamy. W każdym m3 powietrza jest jej co najmniej kilka gramów. Czy są to swobodne cząsteczki H2O? Absolutnie nie. Woda ma tendencję do skupiania się w tzw. klastry połączone wiązaniami wodorowymi. Nawet w gorącej parze wodnej znajdziemy głównie dimery wody. Woda jest po prostu bardzo towarzyska.

Jednym z ciekawych zjawisk, na które wpływ mają wiązania wodorowe, jest tzw. zjawisko kontrakcji. Badał je jako pierwszy Dymitr Mendelejew (tak, ten od układu okresowego). Co więcej – jego badania uratowały od carskiego więzienia kierownika fabryki wódek. Był on podejrzany o kradzież sporej ilości alkoholu ze swojej wytwórni. A on przecież tylko mieszał spirytus z wodą. Mendelejew wykazał, że fizykochemia działa inaczej niż matematyka. 50+50 nie równa się 100. Okazało się, że jeśli zmieszamy 50 ml spirytusu i 50 ml wody, uzyskamy ok. 96,3 ml roztworu. Zjawisko to nazywamy właśnie kontrakcją objętości. Zarówno woda, jak i alkohol tworzą wiązania wodorowe – także między sobą. Powoduje to skrócenie odległości między cząsteczkami, a co za tym idzie, zmniejszenie łącznej objętości roztworu. Dodam tylko dla porządku, że kontrakcja dotyczy objętości, a nie masy. Masa roztworu będzie oczywiście równa sumie mas obu roztworów.

Tak naprawdę sens wiązań wodorowych możemy poznać, analizując ich występowanie w przyrodzie. Zacznijmy od białek. Łańcuchy połączonych aminokwasów zawierają elementy, które mogą się łączyć wiązaniami wodorowymi. W efekcie powstaje tzw. struktura drugorzędowa – albo jest to helisa α, albo harmonijka β. W obu tych przypadkach wiązania wodorowe powstają pomiędzy grupą karbonylową (C=O) a grupą iminową (N-H). Te słabe z natury wiązania zupełnie wystarczą do stabilizacji struktury białka.

Wiązania wodorowe między łańcuchami białka
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

Dużo wiązań wodorowych znajdziemy też w takich biomolekułach, jak celuloza. Występują tam zarówno wiązania wodorowe wewnątrzcząsteczkowe, jak też międzycząsteczkowe, które łączą całe łańcuchy tych węglowodanów. Także tutaj słabiutkie wiązania manifestują swoją siłę dzięki ich liczbie – są ich tam dziesiątki tysięcy.
Ale dla mnie najbardziej spektakularnym przykładem wiązań wodorowych występujących w biomolekułach jest struktura DNA.

Uproszczona struktura DNA – pomiędzy nićmi widoczne wiązania wodorowe adenina-tymina i guanina-cytozyna
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

Przypomnijmy: cząsteczka DNA składa się z dwóch nici, które w procesie replikacji dają nici potomne. Wiązania wodorowe łączą z sobą tzw. pary zasad komplementarnych: adeninę z tyminą (dwa wiązania) oraz guaninę z cytozyną (trzy wiązania). Łącznie w jednej helisie DNA mamy miliardy takich wiązań. Wiążą one obie nici trwale, ale pojedyncze wiązania są na tyle słabe, że bez problemu zostają zerwane w procesie replikacji.

Na koniec mogę dodać, że wiązania wodorowe czasami mają swój aspekt praktyczny. Sporo prac prowadzi się w tematach przewodników jonowych oraz półprzewodników organicznych. Jest to obecnie bardzo obiecujący kierunek badań, które mogą dać potencjalnie bardzo ciekawe zastosowania we współczesnej elektronice.

Promieniowanie. Część 6: Zastosowanie promieniowania w medycynie

Poprzednie części cyklu:
Część 1: Wstęp
Część 2: Czas półtrwania
Część 3: Dawka, moc dawki, gdzie znajdziemy dane
Część 4: Działanie w przypadku skażenia
Część 5: Datowanie radiowęglowe

W poprzednim odcinku pisałem o zastosowaniu promieniowania do datowania radiowęglowego, ale nie można zapomnieć o niesamowicie istotnej sprawie – wykorzystaniu promieniowania w medycynie. A jest to temat bardzo szeroki, tutaj omówię go tylko skrótowo.
Zastosowaniem izotopów promieniotwórczych zajmuje się medycyna nuklearna. Dzieli się ona na diagnostykę z wykorzystaniem izotopów oraz interwencyjną medycynę nuklearną, wykorzystującą izotopy w procesie leczenia.

Medycyna nuklearna wykorzystuje cały szereg izotopów promieniotwórczych, z czego kilkanaście ma znaczenie kluczowe. Jednym z pierwszych był fosfor-32, zastosowany w 1936 roku w Berkeley Laboratory do leczenia białaczki. Bardzo ważny jest radioaktywny jod (131, potem też 128). Stosowano też sód-24. Od bardzo długiego czasu stosuje się także kobalt-60. Kolejnymi izotopami, które były lub są stosowane w diagnostyce lub terapii, są ksenon-133, gal-67, technet-99m, tal-201 itd.

Na świecie w wielu miejscach produkowane są izotopy do zastosowań medycznych. Warto wiedzieć, że Polska ma też w tym swój niebagatelny udział. Reaktor „Maria”, który w tym roku będzie obchodził 50-lecie, służy m.in. do produkcji radiofarmaceutyków. Produkuje się tam generatory technetu 99mTc(pisał o nich Lucas), jod-131, itr-90, lutet-177, złoto-198 i wiele innych. Z polskich radioizotopów, szczególnie technetu i jodu, korzystają setki tysięcy ludzi tygodniowo na całym świecie.

Diagnostyka izotopowa nosi nazwę scyntygrafii. Najogólniej mówiąc, polega ona na podaniu badanemu radioizotopów, a następnie rejestracji ich promieniowania. Radiofarmaceutyk podaje się doustnie, dożylnie albo wziewnie i po jakimś czasie, zwykle kilkudziesięciu minut, pacjent trafia do tzw. gammakamery, która rejestruje emitowanie przez ciało promieniowanie.

Gammakamera do rejestracji obrazu scyntygraficznego
źródło: Wikipedia, licencja: CC SA 2.5 Poland


Obraz ten jest nieco podobny do tego, który uzyskujemy w tomografii komputerowej. Charakteryzuje się wielką dokładnością, pozwalającą na precyzyjne diagnozowanie wielu poważnych chorób. Jednym z narządów badanych przy pomocy scyntygrafii jest tarczyca. Wykorzystuje się tutaj zdolność tego narządu do kumulacji jodu. W celu badania podaje się pacjentowi promieniotwórczy izotop jodu-131 albo jodu-123. Pierwsze badanie wykonuje się po 4-6, kolejne po 24 godzinach. Pierwszy z tych izotopów ma czas półtrwania ok. 8 dni, drugi zaledwie 1 dzień. Dzięki temu badaniu można diagnozować zarówno występowanie przerzutów, jak też inne schorzenia. Słaby wychwyt jodu może sugerować zapalenie gruczołu tarczowego (m.in. chorobę Hashimoto), zwiększony z kolei wskazuje na chorobę Gravesa-Basedowa.

Bardzo istotna z punktu widzenia diagnostyki jest możliwość badania metodą scyntygraficzną płuc, które trudno dokładnie obrazować innymi metodami. Bada się w ten sposób ukrwienie miąższu płuc. Do jego oceny wykorzystuje się promieniotwórczy technet-99m albo gazowy ksenon-133. Możemy w ten sposób wykluczyć lub potwierdzić występowanie ciężkiej zatorowości płucnej.

Technet-99m stosuje się też do wykonania scyntygrafii nerek. Izotop podaje się dożylnie, a następnie pacjent jest kierowany do gammakamery, która rejestruje przepływ krwi przez nerki, a także działanie układu moczowego.

Obraz mózgu wykonany w badaniu PET
Obszary czerwone wskazują na gromadzenie się glukozy
z fluorem-18
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna

Niesamowicie ciekawą techniką diagnostyczną jest PET – Pozytonowa Tomografia Emisyjna. Rozszyfrujmy tę nazwę. Pozyton to antyelektron, a więc elektron o ładunku dodatnim. Tomografia to technika obrazowania polegająca na zapisie przekrojów badanego obiektu (niekoniecznie ciała człowieka) i generowaniu obrazu trójwymiarowego. Emisyjna – to znaczy, że zamiast używania zewnętrznego promieniowania (prześwietlania), bada się promieniowanie gamma wysyłane przez ciało.

No dobrze, ale skąd się to promieniowanie bierze? Do ciała człowieka wprowadza się radiofarmaceutyk, np. fluorodezoksyglukozę, będącą tzw. znacznikiem. Jest to pochodna zwykłej glukozy, zawierająca w strukturze promieniotwórczy atom 18F. Związek ten wędruje w organizmie, „udając” zwykłą glukozę. Ponieważ w komórkach nowotworowych obserwuje się zwiększony metabolizm cukrów, miejsca, w których glukoza się gromadzi, będą wyraźnie widoczne na tomogramie. Promieniotwórczy fluor rozpada się, wydzielając pozyton. Ten z kolei żyje bardzo krótko, przelatuje zaledwie kilka milimetrów i zderza się ze zwykłym elektronem. Antymateria spotyka materię i następuje anihilacja. Powstają z tego dwa kwanty promieniowania gamma (fotony) o energii 511 keV każdy, które są emitowane w dwóch przeciwległych kierunkach. I to promieniowanie gamma jest właśnie rejestrowane przez aparaturę.

Fluor-18 ma wielką zaletę – jego czas półtrwania to niecałe 2 godziny. Już kilkanaście godzin po badaniu jego promieniowanie jest śladowe, dlatego nie wyrządza dużych szkód w organizmie. Ale ta zaleta jest jednocześnie wadą. Nie da się go kupić i umieścić na półce nawet na kilka dni. Dlatego pracownie PET są zwykle wyposażone w aparaturę do produkcji tego izotopu. Używa się do tego niewielkiego cyklotronu, w którym strumień rozpędzonych protonów bombarduje wodę wzbogaconą w stabilny izotop 18O. Powstaje wtedy 18F, który następnie dołącza się do cząsteczki glukozy. Całość tej radiochemii i chemii dzieje się w obecnych czasach automatycznie.

Inną nowoczesną metodą jest SPECT – tomografia emisyjna pojedynczych fotonów. Tu również pacjent najpierw dostaje znacznik promieniotwórczy (w ilościach nano-, a nawet pikomolowych). Zostaje on związany przez komórki nowotworowe. Po jakimś czasie pacjent zostaje umieszczony w tzw. kamerze gamma, której zadaniem jest wyłapywanie pojedynczych fotonów emitowanych przez znacznik. Sygnały zebrane przez kamerę gamma są następnie zbierane przez elektronikę i przetwarzane komputerowo na obraz 3D. Badanie SPECT pozwala na diagnostykę aktywności metabolicznej badanych organów.

Gdy już mamy diagnozę choroby (niezależnie od tego, czy użyto do niej izotopów, czy też nie), następnym etapem jest terapia. Mówiąc skrótowo, mamy dwa rodzaje radioterapii – teleradioterapia (naświetlanie z pewnej odległości) oraz brachyterapia, czyli naświetlanie kontaktowe, bezpośrednio w okolicy guza. Pierwsza z metod trwa zwykle znacznie dłużej, druga jest krótkotrwała, ponieważ operuje większymi dawkami. Czasem obie metody stosuje się komplementarnie. Do brachyterapii stosuje się najczęściej emitery gamma i beta, takie jak 192Ir, 125I, 103Pd, 131Cs.

Z kolei w przypadku terapii przerzutów do kości najczęściej stosuje się emitery promieniowania beta (elektronów), takie jak 89Sr, 153Sm, 32P.

Kobalt-60 był przez wiele lat stosowany do naświetlań. Była to metoda dość drastyczna, ponieważ emitowane promieniowanie gamma oddziaływało nie tylko na tkanki rakowe, ale też na otaczające je zdrowe komórki. W latach 60. XX w. w Szwecji wymyślono rewolucyjne narzędzie do leczenia guzów mózgu – nazwane zostało nożem gamma. Kiedyś niezbędne było otwarcie czaszki, w przypadku noża gamma nie jest to konieczne. Ideą jest tutaj naświetlenie chorego miejsca z wielu stron (zwykle ponad 200) wąskimi strumieniami promieniowania gamma emitowanego z kobaltu-60. Głowa pacjenta jest unieruchamiana w tzw. ramie stereotaktycznej, a na czaszkę nakłada się specjalny ołowiany hełm z 200 otworami, przez które dociera promieniowanie ze źródeł kobaltowych. Każdy pojedynczy strumień ma niewielką energię, ale skupiają się one dokładnie w jednym miejscu – z precyzją lepszą niż 0,2-0,3 mm. Działa to więc trochę jak soczewka skupiająca. Naświetlanie trwa zwykle od 20 min. do 2 h. Po zabiegu pacjent zostaje dobę na obserwacji, po czym wraca do domu. W Polsce terapię nożem gamma stosuje się z powodzeniem od kilkunastu lat.

Schemat działania noża gamma (wizja artystyczna, promieni gamma nie widać)
źródło: Elekta, licencja: fair use

Prawdopodobnie tylko nieliczni spotkali się z tym pojęciem. Zostało ono sformułowane 20 lat temu, a jest to połączenie dwóch słów: terapia i diagnostyka. Jest to najnowszy trend w medycynie nuklearnej. Skrótowo mówiąc: najpierw diagnozujemy zmiany nowotworowe przy pomocy znacznika izotopowego, co pozwala na oszacowanie niezbędnej dawki i zasięgu promieniowania. W kolejnym kroku przygotowujemy radiofarmaceutyk, którego zadaniem jest dotarcie do miejsc zmienionych chorobowo i zniszczenie komórek rakowych. Jest to najlepszy przykład terapii celowanej – każdy pacjent dostaje indywidualnie przygotowany lek, którego zadaniem jest jak najdokładniejsze trafienie w cel, z minimalną szkodą dla otaczających tkanek. Dzisiejsza teranostyka wykorzystywana jest głównie w onkologii, endokrynologii oraz w terapii procesów zapalnych i zmian autoimmunologicznych.

Tym odcinkiem zamykam aktualny cykl opowieści o promieniowaniu. Wiem, że nie wyczerpałem w nim tematyki, ale trzeba zrobić nieco przerwy. Jeśli macie jakieś zagadnienia, o których chcielibyście poczytać, napiszcie w komentarzach. Za jakiś czas będzie kolejne kilka odcinków.

Historia medycyny nuklearnej

Medycyna nuklearna – historia, zastosowania, trendy

Nuclear medicine – Johns Hopkins University

Isotopes in medicine