Тема: применение радионуклидов в биологии и медицине

Цель:

1. Рассмотреть основные задачи и методы радиоизотопной диагностики.

2. Познакомиться с принципами организации и работы радиоизотопной лаборатории.

3. Познакомиться с радионуклидными исследованиями в медицине.

4. Освоить метод авторадиографии.

 

І. Самостоятельная работа во внеучебное время

Основные вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Общие сведения о радионуклидах, их получение и применение.

2. Радионуклиды, используемые в медицинской практике. Требования к радиофармпрепаратам.

3. Виды радионуклидной диагностики.

4. Устройство радиоизотопной лаборатории и организация работы в ней.

5. Радионуклиды и меченые соединения в экспериментальных медико-биологических исследованиях (технеций-99m, тритий, натрий-22, натрий-24, фосфор-32, хром-51, железо-55, железо-59, кобальт-60 и др.)

6. Метод авторадиографии.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Когда и кем были открыты явления естественной и искусственной радиоактивности?

2. Чем характеризуются радионуклиды, наиболее часто применяемые в экспериментальных медико-биологических исследованиях?

3. Каковы отличия радионуклидов, используемых в клинической практике?

4. Как устроена радиоизотопная диагностическая лаборатории?

5. Как и кем осуществляется контроль за радиационной обстановкой в радиоизотопной лаборатории и за уровнем облучения медицинского персонала?

6. Какие средства радиационной защиты медперсонала и пациентов существуют? 

7. Где хранятся радионуклиды, поступившие в лабораторию, и как утилизируются остатки радиоактивных веществ?

8. В чем суть поэтапного получения  радиофармпрепаратов?

9. Какие требования предъявляются к  радиофармпрепаратам?

10. Какая радиодиагностическая аппаратура применяется в радионуклидных исследованиях?

11.  Какие виды радионуклидной диагностики in vivo выделяют?

12.  В чем состоит особенность радионуклидных исследований in vitro? В чем заключается принцип радиоиммунного анализа?

13.  Что Вы знаете о позитронно-эмиссионной томографии?

14.  На чем основан метод авторадиографии?

15.  Какие радионуклиды используют для приготовления автографов костного мозга? Дайте характеристику тритию.

16.  Как приготовить радиоавтограф клеток костного мозга?

17.  Какие факторы могут влиять на качество автографов?

18.  Как можно интерпретировать радиоавтографы клеток костного мозга?

 

ІІ. Работа на занятии

План занятия:

1. Вводное слово преподавателя о порядке проведения занятия – 5 мин.

2. Компьютерная презентация «Радионуклидная диагностика» – 40 мин.

3. Решение ситуационных задач – 45 мин.

4. Знакомство с методом авторадиографии – 15 мин.

5. Изучение студентами препаратов-автографов клеток костного мозга и их интерпретация – 30 мин.

 

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1. Для чего требуется больным при проведении некоторых радиодиагностических исследований вводить датчик в полость тела (например, в полость рта, в полость матки)? Почему нельзя регистрировать излучение с поверхности тела? Выберите правильный ответ из двух вариантов:

а) датчик вводят в полость тела в тех случаях, когда необходимо зарегистрировать β-излучение препарата; ввиду малой проникающей способности β-частиц датчик приходится подводить непосредственно к исследуемому участку;

б) чем ближе подводят датчик к исследуемому участку, тем точнее результат измерения.

Задача 2. Необходимо изучить распределение в щитовидной железе введённого в организм радиофармацевтического препарата. Какой из радионуклидов йода Вы выберите для этой цели?

 

Символ элемента	Период полураспада	Тип излучения	Энергия, Мэв
			β-частиц	γ-лучей
^125I ^131I ^132I	56 сут 8 сут 2,26 ч	γ β,γ β,γ	- 0,250 0,73	0,03 0,08 0,77

 

Задача 3. Для γ-топографии щитовидной железы, помимо ¹³¹I, можно применять соединения радиоактивного технеция (^99mTc). Какому радионуклиду следует отдать предпочтение для данной цели и почему?

     ^99mTc: Т_1/2 – 6,04 час, γ-излучатель

     ¹³¹I: Т_1/2 – 8 сут, β-излучатель.

Задача 4. Представлена γ-топограмма печени. Густота штриховки в разных ее местах неодинакова. От чего это зависит: от степени накопления в разных частях печени радионуклида или также от объема органа в разных отделах? Выберите правильный вариант ответа:

а) объем подлежащей части органа не имеет значения для густоты штриховки, так как γ-кванты из глубоких слоев органа поглощаются в его тканях и рассеиваются, не доходя до детектора;

б) густота штриховки определяется и массой (объемом) поглощающих радионуклид тканей и степенью накопления в них препарата.

Задача 5. Злокачественные опухоли накапливают радионуклид ³²Р (β-излучатель) больше, чем нормальные ткани. Можно ли применять его для исследования больного, у которого предполагаются метастазы в поясничные позвонки удаленного в прошлом рака легкого?

Задача 6. Какой счетчик – газоразрядный или сцинтилляционный следует использовать для изучения функции внешнего дыхания и кровотока в легких с помощью ксенона-133 (¹³³Хе; β-,γ-излучатель)?  Какой вид излучения ¹³³Хе при этом регистрируется? Выберите правильный ответ из трех вариантов:

 а) применяют газоразрядный счетчик, регистрирующий как γ- так и β- излучение;

 б) применяют сцинтилляционный счетчик, регистрирующий только γ-излучение;

 в) применяют сцинтилляционный счетчик, регистрирующий только β-излучение.

Задача 7. Удельная активность ¹³¹I на 1 сентября составляла 300 МБк/мл. Сколько миллилитров раствора ¹³¹I надо дать больному 9 сентября, чтобы в них содержался препарат, активностью 400 кБк?

Задача 8. Больному ввелимеченые эритроциты в количестве 5 мл. Радиоактивность 0,01 мл исходного раствора – 80 имп./мин. Радиоактивность 1 мл эритроцитов в крови, полученной через 10 мин после инъекции радионуклида, равна 20 имп./мин показатель венозного гематокрита у больного – 45%.

Определите объём циркулирующих эритроцитов (ОЦЭ) и объём циркулирующей крови (ОЦК).

Задача 9. Больному ввели внутривенно 1 мл меченого альбумина человеческой сыворотки. Радиоактивность стандарта, составляющего 0,01 от введённого количества, равна 1200 имп\мин. Через 10 мин после инъекции исследовали радиоактивность 1 мл плазмы крови, которая оказалась равна 40имп\мин.

Определите объём циркулирующей плазмы (ОЦП), а также ОЦК, если показатель венозного гематокрита равен 40%.

 

Практическая работа студентов

 Работа 1. Освоение метода авторадиографии

 Метод авторадиографии представляет собой способ фотографической регистрации излучения радиоактивных веществ, оказавшихся в тканях и клетках живых организмов. Он сочетает в себе принципы морфологического и биохимического анализов с принципами научной фотографии.

В авторадиогрфии используется процесс радиоактивного распада, состоящий в перегруппировке нейтронов и протонов и сопровождающийся испусканием α-, β-, γ-лучей. Наибольшее распространение в цитологических исследованиях получили искусственные изотопы с мягким β-излучением. Относительно небольшая энергия β-частиц и их слабая проникающая способность создают благоприятные условия для регистрации следов пробега этих частиц в фотографических эмульсиях. К числу искусственных изотопов с β-излучением относятся такие изотопы как ³H, ¹⁴C, ³⁵S, ³²P, ⁵⁹Fe, ¹³¹I и др., т.е. изотопы элементов, входящих в состав либо всех органических соединений (водород, углерод), либо в состав отдельных структурных или биологически активных соединений (серосодержащие белки, сульфомукополисахариды, гормоны, гемоглобин и др.)

Возможность регистрации траекторий β-частиц в эмульсии основана на способности электронов при прохождении через эмульсию вызывать ионизацию и освобождение электронов в ионной решетке кристаллов AgBr. Такая ионизация создает условия для образования скрытого изображения. Сущность этого процесса состоит в том, что свободные электроны, возникшие в результате воздействия частицы на кристалл AgBr, перемещаются к центрам чувствительности. Взаимодействие ионов серебра с электронами в центрах чувствительности приводит к образованию здесь зародышей кристаллов металлического серебра. Проявитель (восстановитель, снабжающий кристаллы электронами) вызывает восстановление зерен, содержащих скрытое изображение, в металлическое серебро, что и обусловливает почернение эмульсии. В современной авторадиографии применяются в основном ядерные эмульсии, специально предназначенные для регистрации α- и β-излучения.

Необходимо помнить, что большое значение при анализе субстрата включения имеет правильный выбор меченого предшественника, который должен обладать избирательностью включения в естественные процессы внутриклеточного метаболизма исследуемого соединения. В настоящее время синтезированы меченые предшественники, обладающие высокой избирательностью включения в нуклеиновые кислоты, белки и другие соединения. Наиболее широко применяется тимидин, меченный по тритию.

Тритий (³Н) – единственный радиоактивный изотоп водорода. Период его полураспада (Т ½) 12,5 лет. Возникающие при распаде β-частицы обладают малой энергией –18 кэВ, длина пробега в фотоэмульсии составляет 1-2 мкм (длина пробега электрона в веществе прямо пропорциональна квадрату его энергии и обратно пропорциональна плотности вещества). Тимидин, меченный по тритию, – соединение, используемое ядром для синтеза ДНК в период его редупликации. Включение меченого тимидина в естественные процессы синтеза ДНК происходит на его последних этапах. Экзогенный тимидин в организме сохраняется лишь в течение 1 часа. Благодаря этому обеспечивается импульсный характер включения.

Недостатком ³Н-тимидина является возможный радиационный эффект в связи с локализацией его в хромосомах и большой чувствительностью последних к облучению.

 

Приготовление автографа

Тимидин, меченный по тритию, вводится животному (подкожно) из расчета 18,5 мБк на 1 г массы животного (мыши). Через 60 мин после введения препарата мышь забивают методом декапитации. Затем трубчатые кости, грудину освобождают от мышц и ножницами отсекают. Из них шприцем набирают костный мозг и готовят мазки, разбавив его сывороткой крови, оставшейся в кювете после декапитации животного. Приготовленные мазки подсушивают и фиксируют в метиловом спирте в течение 3 мин, затем обезжиривают, погружая мазки трижды по 3 мин в стаканчики с этиловым спиртом (96˚). После этого в фотокомнате при зеленом светофильтре наносится фотоэмульсия (источник света должен быть расположен на расстоянии 90 см от манипуляционного стола).

После экспозиции (1-3 недели) мазки помещают в подставки и проявляют в течение 6 мин в мягкодействующем проявителе, затем быстро промывают в воде и переносят в кислый фиксатор на 10-минутную фиксацию. Следующий этап: препараты помещают в ванночку и в течение 10-15 мин промывают в проточной воде. Температура проявляющего раствора должна быть 19˚С, что предотвращает отделение эмульсии от мазков. После отмывания препараты сушат на воздухе, затем окрашивают азурII-эозином (на 6 частей воды 1 часть азура и 0,5 эозина) в течение 7 мин и вновь осторожно промывают и сушат на воздухе. Эмульсия подсыхает, и мазки можно исследовать под микроскопом. Положительные автографы определяют по наличию небольших черных зерен (величина 0,5 – 1 М) над клетками.

Приготовление проявителя и закрепителя в авторадиографических исследованиях

На 1000 мл дистиллированной воды:

Проявитель: 1. Амидол – 3 г

                2. Сульфит натрия – 10 г

                3. Лимонная кислота – 0,4-0,5 г

Закрепитель: 1. Гипосульфит – 400 г

 

1   2   3

Рис. 18-1. Схема радиоавтографа

1 – эмульсия; 2 – срез; 3 – предметное стекло.

Светлые кружки – интактные зерна AgBr, темные кружки – зерна AgBr, образующие скрытое изображение в результате их ионизации электронами различной энергии (³H, ¹⁴C, ³²P); крестики – места локализации изотопов.

 

Интерпретация радиоавтографов

Интерпретация радиоавтографов дает информацию по следующим вопросам:

а) какой тип клеток метится;

б) какое соотношение между пометившимися и непометившимися клетками среди одного и того же типа клеток;

в) где локализуется метка;

г) какова интенсивность включившегося в клетку метчика (степень включения в единицу времени);

д) какие химические формы метятся в клетке.

 

Например. Костномозговые клетки человека были инкубированы с ³Н-тимидином при температуре +37˚С 3 часа, экспозиция 2 дня:

а) метка видна в ранних формах, т.е. в промиелоцитах, миелоцитах, базофильных нормобластах и ранних полихроматофильных нормобластах. Метамиелоциты, палочкоядерные нейтрофилы, поздние полихроматофильные нормобласты, плазмоциты и небольшие лимфоциты не метились;

б) пометилось около 50 % промиелоцитов, 35 % миелоцитов; 60 % базофильных нормобластов и 35 % ранних полихроматофильных номобластов;

в) метка всегда локализовалась в ядрах;

г) подсчет среднего количества зерен на меченую клетку: 60 зерен в промиелоцитах и базофильных нормобластах, 40 зерен в миелоцитах и ранних полихроматофильных нормобластах.

 

Работа 2.Подсчет процента меченых клеток костного мозга и интенсивность метки

Для подсчета процента меченых клеток необходимо взять препарат костного мозга и под микроскопом сосчитать 100 пометившихся и непометившихся ядросодержащих клеток. Во время просмотра мазка необходимо учитывать, что меченой считается клетка, содержащая не менее 3 гранул (зерен) серебра в ядре.

Интенсивность метки оценивают по количеству гранул серебра в ядре. При этом суммируют подсчитанные зерна во всех меченых клетках и вычисляют среднее их количество на клетку:

                                                  J = S / n,                                     

где J – интенсивность метки; S – сумма гранул; n – количество случаев.

Например. Из 100 клеток 10 клеток были мечеными и содержали гранулы в следующих количествах: 15+20+24+16+20+32+16+19+22+16=200 гранул

                                          200 гранул /10 = 20 гранул

В конце работы анализируют полученные результаты и заносят их в таблицу.

   

Вопросы для обсуждения:

1. Каковы особенности  радиоактивных изотопов, применяемых в авторадиографии?

2. Почему для приготовления радиоавтографов чаще всего используют β-излучатели?

3. Что может повлиять на качество радиоавтографов?

4. Какие физические процессы происходят в приготовленном автографе при экспозиции?

В чем достоинства и недостатки метода авторадиографии?

 

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ:

1.  Акиев Р.М, Атаев А.Г., Багненко С.С. Лучевая диагностика: т.1 М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007.

2. Малаховский В.Н., Труфанов Г.Е., Рязанов В.В. Радиационная безопасность при радионуклидных исследованиях. Учебно-методическое пособие для врачей. – Санкт-Петербург: ЭЛБИ-СПБ, 2008

3. Козлов Ю.А., Новицкий В.В., Байков А.Н. Радионуклиды в медико-биологических исследованиях. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1994.

4. Радионуклидная диагностика для практических врачей. Учебное пособие / Под ред. Ю.Б. Лишманова, В.Н. Чернова. – Томск: STT, 2004.

5. Терновой С.К., Синицын В.Е. Лучевая диагностика и терапия: учебное пособие ГЭОТАР-Медиа, 2009.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

6. Кинетические аспекты гемопоэза / Под ред. Г.И. Козинца, Е.Д. Гольдберга. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1982

7. Уразова О.И., Новицкий В.В. Лабораторная диагностика гематологических синдромов и болезней. Учебное пособие. – Томск: Изд-во Печатная мануфактура, 2008.

 

 

Занятие 19