Физико-биологические основы радионуклидной диагностики

Гренков Г. И., Медведский В. В.

Радионуклидный метод в биологии и медицине основывается на сходстве химических свойств различных изотопов одного элемента. Разница в атомной массе между радионуклидами, взятыми для метки, и наиболее распространенными изотопами того же элемента не отражается на поведении меченных ими соединений в химических реакциях, в том числе протекающих в организме человека. Одно из важнейших достоинств этого метода заключается в возможности ввести в организм вещество в ничтожно малых количествах и обнаружить включенные в него радиоактивные атомы при огромных разведениях вещества. Например, в щитовидной железе можно обнаружить всего одну десятимиллионную часть миллиграмма йода-131. Таким образом, хотя количество вводимого вещества не изменяет практически общего содержания элемента в организме и тем самым не влияет на ход жизненных процессов, оно всегда может быть обнаружено по излучению, пока полностью не распадется или не выведется из организма.
Многообразные радиодиагностические исследования можно проводить со следующей целью:
1.Оценка степени разведения радиоактивного соединения в жидких средах организма.
2.Определение динамики включения, перемещения и выведения радиоактивных веществ.
3.Определение степени накопления и характеристика распределения препаратов в отдельных органах или в организме в целом.
4.Определение биологически активных веществ в жидких средах организма.
Выделяют две группы методов исследования: «ин виво» и «ин витро». При методе исследования «ин виво» радиоактивный препарат вводится в организм человека (хотя измерение может проводиться и «ин витро») при исследовании «ин витро» радиоактивное вещество вносится в пробирку.
По способу регистрации и представления данных методы исследования делятся на радиометрию, радиографию, визуализацию органов. Последняя группа делится на две подгруппы : статическую и динамическую визуализацию органов.
Радиометрия проводится для изучения содержания радиофармпрепарата (РФП) в организме, органе или его участке, биопробе на определенный момент времени. Данные представляются в виде числа импульсов за определенное время.
При радиографии изучают изменение содержания препарата в органе, его части или в организме в целом непрерывно в течение какого-то времени. Данные представляются в виде кривых, графиков.
При статической визуализации определяют распределение препарата в органе или организме на какой-то момент времени. Данные представляются в виде изображения ( штриховая черно-белая или цветная печать, цветная цифропечать, фотопечать, снимки на поляроид или фотопленку). Динамическая визуализация позволяет оценивать изменение распределения препарата в органе или организме с течением времени. Данные представляются в виде серии изображений с определенным интервалом между ними.                                                                                                            
Поскольку, в большинстве случаев, препарат вводится в организм обследуемого, к нему предъявляются определенные требования:

Видео: Авторская программа Марины Аствацатурян «Медицина в контексте», тема: «Амилоидные болезни»

1. во-первых, препарат должен отражать какую-либо функцию организма или органа, обладать способностью повышенного накопления в той или иной ткани                                                  
2. во-вторых, препарат не должен оказывать вредного воздействия на организм, как за счет химических свойств, так и за счет ионизирующей радиации
3. в-третьих, препарат должен быть помечен радионуклидом обладающим излучением удобным для регистрации.             

Для выполнения первого условия используются препараты с различным механизмом повышенного накопления в том или ином органе. Коллоидные частицы, например, фагоцитируются клетками РЭС в основном печени, макро и микроагрегаты альбумина вызывают кратковременную эмболию легочных капилляров, йодиды активно поглощаются щитовидной железой и т.д. Вредного действия препарата на организм за счет химических свойств практически не бывает, поскольку количество вводимого вещества ничтожно мало (миллионные и миллиардные доли миллиграмма), поэтому основную опасность представляет лучевая нагрузка. Степень лучевой нагрузки на орган (организм) при введении одной и той же дозы радиоактивности препарата зависит от времени пребывания препарата в органе (организме) и вида излучения, которым обладает радионуклид. Уменьшение активности введенного в организм вещества с течением времени происходит как за счет распада атомов, так и за счет выведения соединения из организма. Время, в течение которого происходит распад половины от исходного количества ядер называется периодом полураспада (Т/2). Время, в течение которого содержание препарата в организме уменьшается наполовину в результате его выведения, называется биологическим периодом полувыведения (Т1/2 биол.). Время, в течение которого активность введенного в организм препарата уменьшается вдвое как за счет радиоактивного распада, так и за счет выведения, называется эффективным периодом полувыведения (Т1/2 эфф.). В тех случаях, когда препарат из организма практически не выводится, эффективный период полувыведения будет равен периоду полураспада (например, коллоидные растворы). Поскольку, чем короче эффективный период полувыведения, тем меньше лучевое воздействие на организм, то для метки используют радионуклиды с коротким периодом попураспада (от нескольких часов до нескольких дней) или применяют долгоживущие изотопы для метки соединений с коротким периодом полувыведения. В зависимости от вида излучения, также меняется степень лучевого воздействия на органы. Наибольшую лучевую нагрузку дают альфа-частицы, так как они обладают наибольшей ионизирующей способностью, а малый пробег в тканях приводит к тому, что вся их энергия передается органу, в котором находится радиофармпрепарат. Бета-частицы тоже практически не выходят за пределы органа, хотя ионизирующая способность у них в 300 раз меньше, чем у альфа-частиц. Наименьшее воздействие при внутреннем облучении оказывают гамма-лучи, вследствие малой ионизирующей (в 10 раз меньше бета-частиц) и большой проникающей способности.
Гамма излучение имеет преимущество и при выполнении третьего требования, поскольку легко регистрируются внешним детектором, в то время как для регистрации бета-частиц датчик должен быть расположен вплотную к месту локализации препарата. А это возможно только при расположении патологического очага на поверхности тела или в некоторых полостях (пищевод, тело матки и т.п.). Таким образом, если обобщить все вышесказанное, можно сделать вывод, что радиофармпрепарат (РФП) должен обладать коротким эффективным периодом полувыведения и чистым гамма-излучением. Из использующихся в настоящее время радионуклидов этим требованиям более всего отвечают технеций-99м (Т 1/2- 6 часов) и индий-11Зм(Т 1/2-1,7 часа), являющийся чистым гамма- излучателем. Чтобы риск от последствий проведения радиодиагностической процедуры не превысил риска последствий имеющегося заболевания, вводят ограничения проведения исследований в зависимости от категории пациентов. Выделяют следующие категории пациентов в зависимости от цели с которой проводится исследование:
АД- пациенты, исследование которым проводится в связи с наличием онкозаболевания или подозрением на него, или по жизненным показаниям БД- пациенты, исследования которым проводится r связи с наличием  заболевания неонкологического характера
ВД- пациенты, исследования которым проводится в плане обследования, в том числе с профилактической или научной целью.
Прямыми противопоказаниями к проведению радиодиагностических исследований является детский возраст для категории ВД и беременность для категории ВД и БД. Допускается проведение исследований кормящим матерям при условии, что они не будут кормить ребенка во время пребывания препарата в организме.
Существуют также противопоказания по дозе. Предельно допустимая доза зависит от категории пациентов и группы критических органов (табл.1).
Таблица 1. ПДД облучения критических органов пациентов различных категорий при радионуклидных исследованиях.

Для детей эти дозы должны быть снижены соответственно возрасту (табл.2).
Таблица 2. Зависимость дозы в соответствии с возрастом.