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.

Izotopy w medycynie

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.

Badania z użyciem izotopów

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.

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.

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.

Terapia izotopowa

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.

Nóż gamma

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.

Teranostyka

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.

Literatura dodatkowa:

Historia medycyny nuklearnej

Medycyna nuklearna – historia, zastosowania, trendy

Nuclear medicine – Johns Hopkins University

Isotopes in medicine