Фізико-біологічні основи радіонуклідної діагностики

Гренков Г. І., Медведський В. В.

Радіонуклідний метод в біології та медицині грунтується на схожості хімічних властивостей різних ізотопів одного елемента. Різниця в атомній масі між радіонуклідами, взятими для мітки, і найбільш поширеними ізотопами того ж елемента не відбивається на поведінці мічених ними сполук в хімічних реакціях, в тому числі що перебігають в організмі людини. Одне з найважливіших переваг цього методу полягає в можливості ввести в організм речовина в мізерно малих кількостях і виявити включені в нього радіоактивні атоми при величезних розведеннях речовини. Наприклад, в щитовидній залозі можна виявити лише одну десятимільйонну частина міліграма йоду-131. Таким чином, хоча кількість введеного речовини не змінює практично загального змісту елемента в організмі і тим самим не впливає на хід життєвих процесів, воно завжди може бути виявлено по випромінюванню, поки повністю не розпадеться або не відбудеться з організму.
Різноманітні радіодіагностичних дослідження можна проводити з наступною метою:
1.Оценка ступеня розведення радіоактивного з`єднання в рідких середовищах організму.
2.Визначення динаміки включення, переміщення і виведення радіоактивних речовин.
3. Визначення ступеня накопичення і характеристика розподілу препаратів в окремих органах або в організмі в цілому.
4. Визначення біологічно активних речовин в рідких середовищах організму.
Виділяють дві групи методів дослідження: «ін віво» і «ін вітро». При методі дослідження «ін віво» радіоактивний препарат вводиться в організм людини (хоча вимір може проводитися і «ін вітро») при дослідженні «ін вітро» радіоактивну речовину вноситься в пробірку.
За способом реєстрації та подання даних методи дослідження поділяються на радіометр, радіографію, візуалізацію органів. Остання група ділиться на дві підгрупи: статичну і динамічну візуалізацію органів.
Радіометрія проводиться для вивчення змісту радіофармпрепаратів (РФП) в організмі, органі або його ділянці, біопробі на певний момент часу. Дані представляються у вигляді числа імпульсів за певний час.
При радіографії вивчають зміна змісту препарату в органі, його частини або в організмі в цілому безперервно протягом якогось часу. Дані представляються у вигляді кривих, графіків.
При статичної візуалізації визначають розподіл препарату в органі або організмі на якийсь момент часу. Дані представляються у вигляді зображення (штрихова чорно-біла або кольоровий друк, кольорова цифродрук, фотодрук, знімки на поляроїд або фотоплівку). Динамічна візуалізація дозволяє оцінювати зміну розподілу препарату в органі або організмі з плином часу. Дані представляються у вигляді серії зображень з певним інтервалом між ними.                                                                                                            
Оскільки, в більшості випадків, препарат вводиться в організм обстежуваного, до нього пред`являються певні вимоги:

1. по-перше, препарат повинен відображати будь-яку функцію організму або органу, мати здатність підвищеного накопичення в тій чи іншій тканини                                                  
2. по-друге, препарат не повинен мати шкідливого впливу на організм, як за рахунок хімічних властивостей, так і за рахунок іонізуючої радіації
3. по-третє, препарат повинен бути позначений радіонуклідом володіє випромінюванням зручним для реєстрації.             

Для виконання першої умови використовуються препарати з різним механізмом підвищеного накопичення в тому чи іншому органі. Колоїдні частинки, наприклад, фагоцитируются клітинами РЕС в основному печінки, макро і мікроагрегати альбуміну викликають короткочасну емболію легеневих капілярів, йодиди активно поглинаються щитовидною залозою і т.д. Шкідливої дії препарату на організм за рахунок хімічних властивостей практично не буває, оскільки кількість введеного речовини мізерно мало (мільйонні і мільярдні частки міліграма), тому основну небезпеку становить променеве навантаження. Ступінь променевого навантаження на орган (організм) при введенні однієї і тієї ж дози радіоактивності препарату залежить від часу перебування препарату в органі (організмі) і виду випромінювання, яким володіє радіонуклід. Зменшення активності введеного в організм речовини з плином часу відбувається як за рахунок розпаду атомів, так і за рахунок виведення сполуки з організму. Час, протягом якого відбувається розпад половини від початкової кількості ядер називається періодом напіврозпаду (Т / 2). Час, протягом якого вміст препарату в організмі зменшується наполовину в результаті його виведення, називається біологічним періодом напіввиведення (Т1 / 2 біол.). Час, протягом якого активність введеного в організм препарату зменшується вдвічі як за рахунок радіоактивного розпаду, так і за рахунок виведення, називається ефективним періодом напіввиведення (Т1 / 2 еф.). У тих випадках, коли препарат з організму практично не виводиться, ефективний період напіввиведення буде дорівнює періоду напіврозпаду (наприклад, колоїдні розчини). Оскільки, чим коротше ефективний період напіввиведення, тим менше променеве вплив на організм, то для мітки використовують радіонукліди з коротким періодом попураспада (від декількох годин до декількох днів) або застосовують довгоживучі ізотопи для мітки з`єднань з коротким періодом напіввиведення. Залежно від виду випромінювання, також змінюється ступінь променевого впливу на органи. Найбільшу променеве навантаження дають альфа-частинки, так як вони мають найбільшу іонізуючої здатністю, а малий пробіг в тканинах призводить до того, що вся їхня енергія передається органу, в якому знаходиться радіофармпрепарат. Бета-частинки теж практично не виходять за межі органу, хоча іонізуюча здатність у них в 300 разів менше, ніж у альфа-частинок. Найменша вплив при внутрішньому опроміненні надають гамма-промені, внаслідок малої іонізуючої (в 10 разів менше бета-частинок) і великий проникаючої здатності.
Гамма випромінювання має перевагу і при виконанні третьої вимоги, оскільки легко реєструються зовнішнім детектором, в той час як для реєстрації бета-частинок датчик повинен бути розташований впритул до місця локалізації препарату. А це можливо тільки при розташуванні патологічного вогнища на поверхні тіла або в деяких порожнинах (стравохід, тіло матки і т.п.). Таким чином, якщо узагальнити все вищесказане, можна зробити висновок, що радіофармпрепарат (РФП) повинен володіти коротким ефективним періодом напіввиведення і чистим гамма-випромінюванням. Із решти в даний час радіонуклідів цим вимогам найбільше відповідають технеций-99м (Т 1/2 6 годин) і індій-11Зм (Т 1 / 2-1,7 години), що є чистим гамма випромінювачем. Щоб ризик від наслідків проведення радіодіагностичної процедури не перевищив ризику наслідків наявного захворювання, вводять обмеження проведення досліджень в залежності від категорії пацієнтів. Виділяють наступні категорії пацієнтів в залежності від мети з якою проводиться дослідження:
АТ- пацієнти, дослідження яких проводиться в зв`язку з наявністю онкозахворювання або підозрою на нього, або за життєвими показаннями БД- пацієнти, дослідження яких проводиться r зв`язку з наявністю захворювання неонкологічними характеру
ВД- пацієнти, дослідження яких проводиться в плані обстеження, в тому числі з профілактичною або науковою метою.
Прямими протипоказаннями до проведення радіодіагностичних досліджень є дитячий вік для категорії ВД і вагітність для категорії ВД і БД. Допускається проведення досліджень годуючим матерям за умови, що вони не будуть годувати дитину під час перебування препарату в організмі.
Існують також протипоказання щодо дозі. Гранично допустима доза залежить від категорії пацієнтів і групи критичних органів (табл.1).
Таблиця 1. ПДР опромінення критичних органів пацієнтів різних категорій при радіонуклідних дослідженнях.

Для дітей ці дози повинні бути знижені відповідно до віку (табл.2).
Таблиця 2. Залежність дози відповідно до віку.