Применение радионуклидов в ядерной медицине

Сцинтилляционный датчик представляет собой кристалл соли галогена и щелочного металла (чаще соль KI), активированного 3-х валентным таллием. В середине 50-х годов, с развитием атомной промышленности, появилась возможность производить в достаточных количествах различные радионуклиды, что привело к расширению ассортимента органотропных радиофармпрепаратов. В это же время совершенствовались и радиометрические приборы. Так появилась возможность ввести радиоактивную метку в гиппуровую кислоту, которая традиционно использовалась для определения функционального состояния канальцевого аппарата почек. Для определения функции почек гиппуровую кислоту вводили пациенту и наблюдали динамику ее появление в моче. При введении меченого гиппурана и внешней радиометрии раздельно каждой из почек к датчику двухканального радиометра присоединяли самописец, который регистрировал изменение радиоактивности во времени. Получали две кривые, которые представляли собой суммарный график накопления и выведения препарата каждой из почек – ренограммы. Изменение формы и высоты кривых характеризовали ту или иную патологию.

Описанная методика представляет собой классический случай динамического, так называемого функционального, исследования. Следующим этапом в развитии радионуклидной визуализации стало создание сканера. Было предложено измерять радиоактивность, перемещая датчик радиометра по прямой линии вдоль исследуемого органа, останавливаясь на определенное время счета через равные значения расстояния, при этом получался линейный срез. Далее датчик перемещался на одно значение расстояния перпендикулярно предыдущему передвижению и снова двигался параллельно первой прямой. Подобное движение повторялось последовательно до получения полного изображения проекции органа. Такая совокупность линейных срезов или сканов получила название сканограммы, а метод – сканирование. Создание новых приборов стимулировало создание новых радиофармпрепаратов. Появилась возможность для визуализации на сканере различных органов: щитовидной железы с 131I, печени c 197Au, почек c 169Yb, сердца c 201Tl, легких c 133Xe, поджелудочной железы с 75Se, и т.д. При отсутствии ультразвуковой диагностики и компьютерной томографии радионуклидное сканирование являлось единственным методом визуализации очагового поражения органов и тканей.

Большинство из перечисленных радиофармпрепаратов имело повышенную радиотоксичность, в основном из-за большего периода полураспада (max у 75Se – 121 день). Оптимальным для проведения исследования являлся бы препарат с наименьшим периодом полураспада, идеально несколько часов или минут. Такие препараты практически не могли быть использованы на практике, т.к. для того, чтобы доставить необходимую для введения дозу от производителя до пользователя, приходится вывозить дозы препарата превышающие предельно допустимые уровни во много раз. Эта, на первый взгляд, не имеющая решения проблема была снята с помощью использования генераторов радиоактивных изотопов. Принцип работы генератора основывается на том, что распад некоторых нестабильных элементов заканчивается не образованием стабильного изотопа, а созданием дочернего, нового нестабильного элемента.

В медицинской диагностической практике используются чаще всего две генераторные пары 113Sn – 113mIn и 99Mo – 99mTc. В Росси чаще работают с радиоактивным изотопом 99mTc, имеющим идеальный для сцинтиграфии моноэнергетический спектр гамма излучения 140 кэВ и период полураспада - 6 часов. Для его получения используется 99Mo – период полураспада ~ 7 суток. Технологически 99MoО42– прочно соединяется с сорбентом – окисью алюминия и опускается в стеклянную колонку, заполненную стерильным физиологическим раствором. При этом оксид молибдена (99MoО42–) остается жестко присоединенным к сорбенту, и в результате ?– - распада превращается в водорастворимый оксид технеция (99mTcО42–), который оказывается в растворе в виде пертехнетата натрия – Na+(99mTcO4)–. В медицинское учреждение привозят генератор с находящимся внутри защитного контейнера молибденом 99MoО42–, из которого в течение недели и более, непосредственно на рабочем месте, можно получать соединения технеция 99mTc с периодом полураспада всего 6 часов.

Таким образом, создаются условия для минимальной лучевой нагрузки на пациента. Период полураспада радиоактивной метки всего 6 часов, т.е., если бы препарат вообще не выводился из организма, то через 6 часов его осталась половина, через 12 часов ?, через 18 – 1/8 и через сутки 1/16 часть от введенной дозы – значения близкие к естественному фону.

С учетом биологического выведения препарата (в случае с исследованием почек биологическое полувыведение – 15 минут) лучевые нагрузки на пациента невелики и в большинстве исследований не превышают облучение при флюорографии. [7]Технеций является радионуклидной меткой, общей для различных радиофармпрепаратов. Многие фирмы, в том числе и в России, производят леофилизированные химические наборы для приготовления технециевых радиофармпрепаратов. Большинство из них требует только добавления перхенетата, который после растворения леофилизата жестко соединяется с химическим веществом, тропным для того или иного органа.

Таблица 1

Коллективная эффективная доза и возможный риск отдаленных последствий.

В конце 60-х, начале 70-х годов бурное развитие технологии создания крупных кристаллов, химии полимеров и радиоэлектроники позволили создать качественно новый вид радиометрического прибора – гамма-камеру (см. приложения 1). Проблема заключалась в том, что для ее создания требовался кристалл KI большего диаметра, с тщательно отполированными параллельными стенками, полностью изолированный от воздушной среды. Соль KI является исключительно гигроскопичной, при контакте с воздухом впитывает находящиеся там пары воды, и теряет свои оптические свойства.

Сложность заключалась в создании и напылении на кристалл прозрачной полимерной пленки, коэффициент преломления которой был бы равен коэффициенту преломления кристалла. Поверх кристалла на специальной смазке (для полного оптического контакта) устанавливались фотоэлектронные умножители для регистрации сцинтилляционных вспышек. При попадании гамма-частицы кристалл засвечивается целиком, но с разной интенсивностью, наибольшей в месте попадания частицы. Несложная плечевая электронная схема опроса ФЭУ позволяет определить координаты попадания частицы и вывести их на дисплей прибора. Изображения полученные на гамма-камере получили название сцинтиграмм, а метод – сцинтиграфии.

На первых гамма-камерах регистрация количества частиц происходила за счет длительного «запоминающего» свечения люминофора дисплея. С развитием компьютерной техники все гамма-камеры снабжались компьютерами, где сразу же были созданы программы обработки изображения. Бурное развитие компьютерной техники в 80-е годы привело к созданию новых систем обработки сцинтиграмм, в частности к созданию эмиссионного компьютерного томографа.

Эмиссионный компьютерный томограф представляет собой гамма-камеру, детектор которой имеет возможность вращаться вокруг стола с пациентом, делая несколько кадров под различными углами наклона.

Компьютерная программа реконструирует срезы в любом направлении и любой толщины и дает возможность получить объемное изображение исследуемого органа.

Новейшим достижением развития радионуклидной диагностики стало создание позитронного эмиссионного томографа (ПЭТ). Регистрирующее устройство – детекторы позитронного эмиссионного томографа – по принципу действия мало, чем отличается от регистрирующего устройства обычной 2-х детекторной гамма-камеры. Сам же позитрон сразу же после излучения аннигилирует с электроном, испуская при этом два фотона, двигающихся строго в противоположных направлениях. Регистрируются только те частицы, которые одновременно попали в идентичные координаты обоих детекторов. Это позволяет значительно увеличить разрешающую способность прибора при введении меньших доз радиофармпрепарата., Небольшой период полураспада не позволяет перевозить позитронные радиофармпрепараты на большие расстояния. На позитронном эмиссионном томографе можно исследовать сложные процессы метаболизма, диагностировать новообразования и т.д. (см. приложение 2).

3. Лечение с помощью радиоактивных элементов

Помимо диагностики, ядерная медицина выполняет лечебные функции. Она эффективно используется при лечении некоторых видов рака (лимфомы), раковых болей в костях и базедовой болезни (с использованием радиоактивного йодина). Количество радиоактивного материала, используемого в ядерной медицине, очень мало, поэтому риск облучения не превышает риска от обычной рентгеноскопии. Не следует забывать, что организм человека непрерывно подвергается радиоизлучению от естественных и искусственных источников: воздуха, воды, почвы, скал. Радиоактивны даже атомы человеческого тела, а также многие промышленные товары (например, детекторы дыма, цветные телевизоры, светящиеся знаки "выход" и люминесцентные диски наручных часов). Способ и место применения радиоактивных материалов в ядерной медицине строго нормированы, для диагностического исследования в среднем используется радиоактивная доза в 300 микроБЭР. Это равняется среднему уровню фоновой радиации для жителей США и других развитых стран.

Один из самых ранних случаев ядерной медицины относится к 1946г., когда для исследования щитовидной железы в составе т.н. "атомного коктейля" был впервые применен радиоактивный йод. Радиация уничтожила раковые клетки! Широко распространенное клиническое использование ядерной медицины началось в начале 1950-ых. Первый сканер для ядерной диагностики был введен Бенедиктом Кассеном в 1951 г. В дополнение к лечению рака щитовидной железы, радиоактивный йод, в значительно меньших дозах, использовался чтобы исследовать функционирование щитовидной железы и диагностировать связанные с ней заболевания. По мере углубления научных знаний об основных биохимических процессах развивались методы использования радиоактивных версий определенных элементов, чтобы "проследить" эти метаболические процессы, и это стало вехой в развитии диагностической медицины. В 1960-ых годах наблюдался беспрецедентный рост популярности ядерной медицины как самостоятельной специализации. К 1970-ым ядерная медицина получила доступ к большей части органов, включая печень, локализацию опухоли головного мозга, и исследования желудочно-кишечного тракта. В 1971 американская Медицинская Ассоциация официально признала ядерную медицину как медицинскую специальность. В 1980-ых были разработаны радиоактивные медицинские препараты для таких критических диагнозов как сердечная болезнь и рак. Основным методом лечения онкологических заболеваний является лучевой метод.Как самостоятельный метод может применяться при лечении рака кожи, нижней губы, слизистых оболочек полости рта, гортани, рака шейки матки, лимфосарком, злокачественных опухолей носоглотки, миндалин, лимфогранулематоза. Однако при этих локализациях возможны разные сочетания и применение других методов в зависимости от распространения процесса. При других локализациях и гистологических формах злокачественных опухолей лучевое лечение сочетается с хирургическими и химиотерапевтическими методами.Метод предусматривает применение различных источников ионизирующего излучения. Облучение является не только ведущим методом консервативного лечения многих опухолей, но применяется как важный компонент комбинированного лечения. В качестве основного и радикального метода лучевая терапия применяется для лечения ранних стадий рака кожи, губы, языка, гортани, шейки матки. Неоперабельным больным лучевую терапию назначают в сочетании с лекарственным лечением. Используют различные источники облучения.Лучевое лечение осуществляется рентгеновскими лучами и гамма-лучами радиоактивных элементов. Достижения современной физики позволили значительно усовершенствовать метод лучевого лечения, оснастив лечебные учреждения аппаратами сверхвысокого напряжения, дающими жесткие лучи высокой проникающей активности (бетатрон, линейные ускорители). Искусственные радиоактивные элементы, заменив дорогостоящий радий, позволили широко внедрить этот наиболее эффективный вид лучевого лечения. Такие аппараты имеют мощный заряд радиоактивного изотопа кобальта. Радиоактивным цезием заряжены короткофокусные гамма-установки. Лечение радиоактивными изотопами производится не только воздействием заряда на расстоянии (дистанционного), но и путем непосредственного введения радиоактивного элемента в ткань опухоли или около нее в виде радиоактивных игл, зерен или жидких изотопов. В настоящее время разработаны шланговые аппараты, позволяющие производить внутриполостное облучение. Например, облучение шейки, цервикального канала матки при поражении их раковым процессом. [2]Широко внедрено лечение жидкими изотопами: радиоактивным йодом при раке щитовидной железы, радиоактивным фосфором при лечении костной системы и при заболевании кроветворной системы.Сочетание наружного облучения с внутритканевым или внутриполостным, рентгенотерапии с телегамматерапией часто повышает эффективность лечения. Такой метод лучевого лечения называется сочетанно-лучевой терапией. Методика лучевого лечения, а также величины разовых и суммарных очаговых доз определяются задачами лечения, локализацией, распространением опухолей и ее гистологической структур.Дистанционные методы лучевой терапии осуществляются статической и подвижной гамма-терапией, которая проводится установками типа "Луч" и "Рокус". Гамма-излучение образуется при торможении электронов (бетатрон, линейный ускоритель). Контактные методы облучения. К ним относятся внутриполостная, радиохирургическая, аппликационная, близкофокусная рентгенотерапия, метод избирательного накопления изотопа.

Сочетанные методы лучевой терапии. Осуществляются сочетанием одного из способов дистанционного и контактного облучения.

Рентгенотерапия: статическая (открытыми полями через свинцовую решетку), подвижная - ротационная, маятниковая, тангенциальная.

Применение указанных методов зависит от локализации и морфологической структуры опухоли, стадии заболевания и общего состояния больного. Все виды ионизирующих излучений (альфа- и бета-частицы, нейтроны, протоны, рентгеновское или гамма-излучение) вызывают однотипное, но различное по степени ионизации действие.

Биологическая эффективность зависит от вида излучения, плотности ионов, распределения их вдоль пути пробега ионизирующей частицы. Радиобиологический эффект зависит от площади облучения, дозы и вида излучения, фактора времени, метода терапии и индивидуальной чувствительности больного.Измерение величины рентгеновского или гамма-излучения производят экспозиционной дозой Р (рентген) и поглощенной дозой (рад). В клетке ионизирующее излучение действует на молекулу ДНК, что приводит к гибели клетки. Ионизирующее излучение в результате радиолиза воды оказывает токсическое воздействие с нарушением всех видов обмена.

Терапевтическая активность лучевого лечения во многом зависит от стадии митотического цикла. Высокой радиочувствительностью обладают гематосаркомы, эмбриональные опухоли (семиномы), мелкоклеточный низкодифференцированный рак. Радиочувствительны плоскоклеточный рак кожи, рак ротоглотки, пищевода, мочевого пузыря. Средней чувствительностью обладают сосудистые и соединительнотканные опухоли, низкой - аденокарциномы молочной железы, почек, печени, поджелудочной железы, ободочной кишки. Очень низкой чувствительностью обладают опухоли из нервной и мышечной тканей (рабдомиосаркомы, леомиосаркомы).

В зависимости от режимов облучения различают:

· одномоментное облучение;

· непрерывное облучение (доза 5000-6000 рад);

· фракционно-дробное облучение при дистанционной гамма-терапии.

· Лучевая терапия противопоказана при:

· общем тяжелом состоянии больного;

· обширном поражении опухолью с распадом, кровотечением, прорастанием в сосуды, полые органы, множественными метастазами;

· активном туберкулезе легких, инфаркте миокарда, сердечно-сосудистой недостаточности, диабете;

· выраженной анемии, лейкопении;

· острых или хронических лучевых повреждениях.

Лечение опухолей производят естественными и искусственными радиоактивными элементами. Из естественных элементов наибольшее применение нашел радий (продукт промежуточного распада урана). Из искусственных радиоактивных элементов применяются радиоактивное золото, радиоактивный фосфор, радиоактивный йод. Радиоактивные изотопы используются в виде аппликаций, сделанных из пластмассы, содержащей соответствующий изотоп, и нанесенных на пораженную ткань при помощи специальных платиновых игл.Лучевое лечение может быть радикальным, если применяется полная доза облучения, и паллиативным при небольшой дозе.

Лечение с помощью радиоактивного йода требуется для контроля за возможными изменениями в органах и системах, связанными с болезнью щитовидной железы.Радиоактивный йод (I131) - радиоактивная форма йода, которая используется для того, чтобы обследовать и лечить различные заболевания щитовидной железы человека.

Йод - это элемент, необходимый для нормальной работы щитовидной железы. Она расположена у основания шеи, по передней поверхности, и участвует в процессах обмена практически всех жизненно важных органов и систем организма. Подобно обычному йоду, радиоактивный йод проникает и накапливается в клетках щитовидной железы. Это позволяет использовать его в тестировании, диагностике и лечении заболеваний щитовидной железы. Лечебный эффект основан на радиоактивности I131, который облучает изнутри всю железу бета- и гамма-излучением. 90% терапевтического эффекта обусловлено именно бета-излучением с пробегом радиоактивных частиц в 2-3 мм. Радиоактивность уничтожает как клетки железы (остатки самой ткани), так и опухолевые клетки, распространившиеся за её пределы. Лечение проходит практически безболезненно.

Данное лечение назначается пациентам, подвергшимся оперативному удалению щитовидной железы. После операции тиреоидные гормоны не назначаются. Через 4 недели больному вводится радиойод. Возможные остатки ткани щитовидной железы и опухолевые клетки обладают способностью захватывать йод и накаливают его. Через сутки после приёма капсулы радиойода на специальном аппарате, представленном на фотографии ниже, с области шеи получают информацию о наличии или отсутствии функционирующей ткани. Сразу же производится обследование на гамма-камере с целью визуального определения места возможного расположения ткани. Если тест положительный, то в дальнейшем необходимо проведение радиойодтерапии. Последняя также проводится по данным других обследований о распространенности Вашего заболевания (ультразвуковым, рентгенологическим, лабораторным).Прием радиоактивного йода обычно осуществляется через рот, путем проглатывания обычного вида и размеров желатиновых капсул, содержащих сам радиоактивный элемент. Капсулы без вкуса и запаха проглатываются, не разжевывая, и запиваются одним - двумя стаканами воды (не сока). В исключительных случаях, возможно, Вам будет предложена жидкая форма радиойода с аналогичными характеристиками. В этом случае после приема необходимо хорошо прополоскать полость рта водой, а последнюю сразу выпить. Если Вы носите съемные зубные протезы, скорее всего Вас будут просить удалить их перед приемом жидкого йода. Широко применяется в терапевтической медицине радиоактивный газ ксенон. Кроме общеизвестного его использования, как анестетика при хирургических операциях, газ применяется при обследованиях мозга. Ксенон сильно поглощает рентгеновское излучение и помогает найти места поражения. При этом он совершенно безвреден. Поэтому ксеноном пользуются при рентгеноскопических обследованиях головного мозга. Радиоактивный изотоп элемента №54, ксенон-133, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца. Проводятся исследования для использования ксенона в качестве лекарства.

Экперименты показали, что инертный газ ксенон помогает уменьшить последствия инсультов, мозговых травм и других поражений, которые вызывают омертвение нервных тканей. Как обнаружили биофизики из Имперского колледжа в Лондоне, ксенон способен блокировать работу рецепторов, управляющих нервными клетками, и предотвратить их гибель. Специфическое действие ксенона было обнаружено в ходе испытаний новых средств анестезии. Профессор Имперского колледжа Мервин Мейз, работающий анестезиологом в госпитале Челси и Вестминстера (Лондон) считает, что это поможет создать эффективные средства для борьбы с поражениями нервной системы. Хотя такой метод не позволяет восстановить нервные клетки, но он позволит сохранить их и создать условия для последующего лечения. Профессор Ник Френк, обнаруживший это действие ксенона, считает, что этот инертный газ неплохой кандидат на роль лекарственного средства, поскольку он входит в наше природное окружение и не токсичен.

Имперский колледж выступил учредителем компании Protexeon, которая займется разработкой клинических применений ксенона совместно с фирмой Air Products and Chemicals Inc.Ксенон применяется при лечении наркомании. Использование ксеноновой терапии позволяет сократить срок снятия абстинентного синдрома (болезненное состояние, появляющееся


8-09-2015, 20:04