Применение Радионуклидов в медицинской практике

В медицинской практике Радионуклиды применяют для лечения и диагностики различных заболеваний, а так же для радиационной стерилизации медицинских изделий, материалов, медикаментов. В клинике используют радиодиагностические и радиотерапевтические препараты (открытые радиофармацевтические препараты) и закрытые радиоизотопные источники излучения.

Знакомство практического врача с Р., особенностями их биологического действия необходимо в связи с реальной возможностью радиоактивного загрязнения местности в результате аварий на ядерных производствах, как это имело место на Чернобыльской АЭС, когда огромные контингенты населения подверглись воздействию самых разнообразных радионуклидов.

Радиоактивные изотопы — это радионуклиды определенных элементов. Поэтому их обозначают символами соответствующих химических элементов, вверху слева ставят массовое число, например, химические символы радиоактивных изотопов магния (Mg) имеющего Радионуклид с массовыми числами 20, 21, 22, 23, 27, 28, — ²⁰Mg, ²¹Mg, ²²Mg, ²³Mg, ²⁷Mg, ²⁸Mg. Все Радионуклиды делятся на естественные, или природные, и искусственные, получаемые при ядерных реакциях. Число естественных Радионуклидов сравнительно невелико (100); искусственные Радионуклиды получены у всех без исключения элементов периодической системы, число их приближается к 1500, что не является пределом.

Практически устойчивыми считают все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, начиная от водорода (Н), значащегося под № 1, и кончая висмутом (Bi), значащимся под № 83, за исключением технеция (Тс) — № 43 и прометия (Рм) — № 61. Все элементы, следующие за висмутом, радиоактивны.

Среди практически устойчивых элементов есть ряд элементов, природные атомы которых в той или иной степени радиоактивны, — это калий(К), рубидий (Rb), индий (In), лантан (La), самарий (Sm), лютеций (Lu) и рений (Re).

Естественные Радионуклиды связаны друг с другом генетическим родством и образуют так называемые ряды, или семейства. В каждом семействе процесс распада, начавшись с ядра-прародителя и пройдя через целую серию промежуточных дочерних ядер, также нестойких, заканчивается на устойчивом нерадиоактивном ядре — потомке. Ядра-прародители: атом урана (U) с массой 238, возглавляющий радиоактивное семейство урана; атом тория (Th) с массой 232, атом урана с массой 235, называвшийся ранее актиноураном. Конечные ядра, являющиеся продуктами многоступенчатых превращений в этих семействах, — ядра изотопов свинца (Pb) с массой 206, 208, 207.

Известно несколько видов радиоактивных превращений. α-Распад — самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (α-частиц, т. е. двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро ⁴₂Не. В результате заряд исходного ядра уменьшается на 2, а общее число нуклидов, или массовое число, — на 4 единицы (например, ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₈Ra + ⁴Не).

β-Распад — самопроизвольное превращение ядер, при котором заряд исходного ядра изменяется на единицу, а массовое число остается тем же. β-Распад представляет собой взаимопревращение входящих в состав ядра протонов и нейтронов, сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е^-) или позитронов (е⁺), а также нейтрино (ν) и антинейтрино (ν) Существует три вида β-распада: 1) электронный; 2) позитронный; 3) электронный захват. При β-распаде происходят взаимные превращения протонов и нейтронов до достижения наиболее выгодного соотношения протонов и нейтронов, обеспечивающего устойчивое содержание ядра.

Естественные Радионуклиды, содержащиеся в горных породах, водоемах и почвах, вместе с космическим излучением являются источниками внешнего радиационного фона. ⁴⁰К и радионуклиды урана и тория, которые находятся в организме в равновесных концентрациях в результате поступления с пищей, питьевой водой и атмосферным воздухом, являются источниками внутреннего облучения. За счет естественных Радионуклидов, содержащихся в строительных материалах, выбросах электростанций в результате сжигания ископаемого топлива, светосоставах некоторых приборов и часов, формируется техногенный радиационный фон.

Искусственные Радионуклиды получают на ядерных реакторах и ускорителях заряженных частиц. Уже синтезированы заурановые элементы (№ 93—103). Элементом № 103 (лоуренсием) заканчивается серия элементов под названием «актиниды». Искусственным путем были получены курчатовий — ²⁶⁰₁₀₄Ku, нильсборий — ^261(260) Ns. Последний по химическим свойствам является аналогом тантала (Та).

Радионуклиды различаются физическим периодом полураспада, (Т¹/_2ф — время, в течение которого число ядер данного Радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в 2 раза), видом распада, энергией частиц, удельной активностью и удельной массой. Активность нуклида в радиоактивном источнике в системных единицах измеряется к беккерелях (Бк); внесистемной единицей является кюри (ku): 1 ku = 3,7․10¹⁰ Бк.

Каждый Р. определяет особенности макро- и микрогеометрии передачи энергии излучения в клетках и тканях, а также реакцию организма на лучевое воздействие Радионуклида поступают в организм через органы дыхания, пищеварительный тракт, кожу, царапины, раны, ожоговую поверхность. Наиболее реальными источниками поступления Р. являются воздух, зараженный радиоактивными газами и аэрозолями, а также продукты питания и вода. Величина коэффициента резорбции (всасывания) Радионуклида из места его поступления, а также дальнейшее поведение в организме определяютсяхимическими свойствами элементов (растворимостью, способностью к гидролизу), физико-химическим состоянием, сродством элементов и их соединений тканям и физиологическими факторами.

По характеру распределения в организме Радионуклид условно делят на 4 группы:

1) сравнительно равномерно распределяющиеся (¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ²⁴Na,¹⁰⁶Ru, ²¹⁰Ро, ⁹⁵Nb, ¹⁴С, ³²S);

2) остеотропные (⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁰Ва, ²²⁶Ra, ²²⁴Ra, ⁴⁰Са, ⁹⁰Y, ⁹¹Y);

3) накапливающиеся преимущественно в органах ретикулоэндотелиальной системы и скелете (¹⁴⁴Се, ¹⁴⁷Pm, ²⁴¹Am, ²³⁸Pu, ²³⁹Pu, ²²⁷As, ¹⁴⁰La);

4) избирательно накапливающиеся в отдельных органах и тканях (радиоактивные изотопы йода — в щитовидной железе, ⁵⁹Fe — в эритроцитах, ⁶⁵Zn — в поджелудочной железе,⁹⁹Мо — в радужной оболочке глаза). Наибольшее количество Радионуклидов выделяется через желудочно-кишечный тракт, особенно плохо из него всасывающиеся трансурановые элементы, лантаноиды. Растворимые соединения, а также Радионуклиды с равномерным типом распределения (тритий, цезий) выделяются через почки. Основное количество газообразных веществ выводится через кожу и легкие. Наибольшее количество Радионуклидов выделяется в первые дни после поступления. Длительно задерживаются Радионуклиды с большой атомной массой, находящиеся в организме и коллоидном состоянии (²¹⁰Po, ²²⁶Ra, ²³⁸U) и редкоземельные элементы Радионуклидов, образующие коллоидные комплексы с белками, поступают в печень и выводятся с желчью. Скорость обмена Радионуклидов в тканях характеризуется биологическим периодом полувыведения — временем, в течение которого выводится половина поступившего в организм радиоактивного вещества (Т_1/2б). Фактическая убыль Радионуклидов из организма измеряется эффективным периодом полувыведения (Т_1/2эф) — временем освобождения организма от половины депонированного вещества путем биологического выведения и физического распада. Это сложный процесс, т.к. в отдельных органах Радионуклиды имеют свой Т_1/2б, который может существенно отличаться от такового во всем теле. Например, ¹³¹I в щитовидной железе и во всем теле имеет Т_1/2б = 138 сут., в почках — 7 сут., в костях — 14 сут. Кроме того, в одном и том же органе Радионуклид может иметь несколько Т_1/2б.

В таблице приведены величины физического, биологического и эффективного Т_1/2б некоторых Радионуклидов для человека и животного.

Таблица