Метод меченых атомов в медико-биологических исследованиях

Физико-химические основы и чувствительность метода меченых атомов. Сущность метода меченых атомов (изотопного индикатора) заключается в том, что радиоизотоп, добавленный к неактивным атомам — стабильным изотопам, отличается от них, «намечен» своим излучением, регистрируя которое, можно проследить за поведением, миграцией изотопа и изучить тем самым соответствующий процесс. Смесь активных и стабильных изотопов вводят в организм, добавляя их к продуктам питания, лекарственным веществам и т. д. Поскольку изотопы одного и того же вещества обладают одинаковыми химическими свойствами, то биохимия процесса остается неизменной, а поведение радиоизотопа не будет отличаться от поведения стабильного элемента. Обнаружить же поведение, распределение и перемещение радиоизотопа можно с помощью дозиметрической аппаратуры.

Радиометрическая чувствительность и биологическая безопасность. Метод меченых атомов обладает очень высокой чувствительностью. Дозиметрическая аппаратура дает возможность считать отдельные частицы. Практически это означает возможность обнаружить радиоизотопы в ничтожных количествах — порядка 10⁻²⁰ г, что для медиков играет особо важную роль, так как введение в организм большого количества радиоизотопа оказывается небезызвестным для больного. Кроме того, что очень важно, введение незначительного количества меченых атомов не нарушает нормальной жизнедеятельности организма.

Примечание: 1 кюри — активность такой массы вещества, которая претерпевает 3,7 · 10¹⁰ распадов за 1 сек.

Методология регистрации и визуализации радиоизотопов. Изучение распределения радиоизотопов в живой системе ведется несколькими методами. Если объект невелик по размерам, то используется метод авторадиографии (как показано на рис. 1); «заряженный» радиоизотопом объект устанавливается, прижимается к фотопластинке или фотопленке, которая через некоторое время проявляется. Те места объекта, которые содержат большое количество радиоизотопа, вызывают на пленке большую плотность почернения. На рис. 1 показано распределение радия в горохе, питавшемся радиоактивным раствором. Значительно точнее микроавторадиография: срез исследуемого образца в темноте поливают жидкой фотоэмульсией, которую после затвердевания оставляют в контакте со срезом на время, необходимое для экспонирования. Затем проявленный фотослой вместе с образцом изучают под микроскопом. При таком совместном рассмотрении образца и микроавторадиограммы локализация изотопа устанавливается с высокой степенью точности.

Рис. 1. Авторадиография.

Радиоизотопное сканирование и топографическая диагностика. Для исследования больших объектов, например внутренних органов, применяются специальные автоматически действующие приборы — сканеры. На рис. 2 дана принципиальная схема работы сканера. Главной частью его является гамма-счетчик с коллиматором, которые с постоянной скоростью перемещаются над поверхностью исследуемого органа, последовательно просматривая каждый его участок и фиксируя испускаемое им γ-излучение. Результаты своего исследования сканер выдает в виде сканограммы, т. е. фотопленки, степень почернения которой в разных местах соответствует интенсивности зарегистрированного γ-излучения.

Рис. 2. Схема действия сканера.

Клиническое применение сканографии в онкологии. Иногда интенсивность γ-излучения отмечается на обычной бумаге числом штрихов или точек на единицу пути, пройденного счетчиком. Сканограмма дает представление о распределении радиоизотопов в организме. В частности, с ее помощью можно уточнить расположение органа, его размеры и форму, а также выявить места возможных опухолевых поражений. На рис. 3 показана сканограмма легких человека, на которой отчетливо видно накопление радиоактивного иода в метастазах раковой опухоли.

Рис. 3. Сканограмма легких.

Применение изотопных индикаторов в физиологии и биохимии. Изучение физиологических процессов с помощью радиоизотопов дает возможность производить исследования в условиях, максимально приближающихся к естественным. Рассмотрим кратко некоторые результаты, полученные с помощью метода меченых атомов. Прежде всего удалось изучить вопросы обмена веществ в организме, в частности поведение, пути миграции, накопление и т. д. сахара, инсулина, глюкозы; процессы всасывания и усвоения, переваривания жиров, белков, углеводов; сделаны первые шаги на пути выяснения судьбы пищи в организме — «предмет физиологии будущего», по меткому выражению И. П. Павлова.

Количественные показатели метаболизма и междисциплинарные исследования. Так, оказалось, что до 30% фосфора в скелете может обновляться за одни сутки, обмен азота завершается в сроки от 3–4 суток до 1–2 недель, кальций в различной степени накапливается в молодых (90%) и старых костях. Метод меченых атомов позволил измерить скорость кровотока, пути перемещения микроэлементов, изучить механизм фотосинтеза, а «меченые» микробы, вирусы, мухи, комары оказались весьма полезными при микробиологических исследованиях в вирусологии и эпидемиологии.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е. А. Безденежных, И. С. Брикман

Источник: Физика в живой природе и медицине

Данные публикации будут полезны учащимся старших классов общеобразовательных школ, учителям физики и биологии, учащимся и преподавателям средних медицинских учебных заведений, а также студентам первых курсов медицинских институтов, биологических факультетов университетов и педагогических институтов.