Radionuklid

V současné době obsahuje standardní 18sloupcová periodická soustava prvků 118 prvků. Nuklidy prvků, které jsou schopné samovolné radioaktivní přeměny jader, nazýváme radionuklidy. Během této radioaktivní přeměny se uvolňuje radioaktivní záření. Radionuklidů je mnohem více než stabilních nuklidů, v současnosti je jich známo okolo 2000. Každý prvek bývá zastoupen více radioizotopy. Některé radionuklidy, zvláště s vysokým jaderným číslem, se po rozpadu mohou dále přeměňovat (rozpadové řady) a tím zvyšovat radiační zátěž organismu. Každý radionuklid má svůj charakteristický poločas rozpadu, druh přeměny a aktivitu.

Radionuklidy jsou v medicíně používány pro značení nejrůznějších látek, sledování jejich množství a metabolismu.

• kvantitativní metody sledují množství záření ze vzorku,
• kvalitativní metody slouží k určení rozložení radionuklidu (v orgánech, buňkách).

Shrnutí jednotlivých radionuklidů využívaných v nukleární medicíně a jejich charakteristických vlastností je uvedeno v tabulce:

Tabulka radionuklidů využívaných v nukleární medicíně

radionuklidy	poločas rozpadu	druh přeměny	energie
11C	20 minut	beta+,pozitrony	0.96 MeV
13N	10 minut	beta+,pozitrony	1.19 MeV
15O	2 minuty	beta+,pozitrony	1.73 MeV
18F	110 minut	beta+,pozitrony	0.635 MeV
68Ga	68 minut	beta+,pozitrony	1.9 MeV
82Rb	1.3 minuty	beta+,pozitrony	3.15 MeV
57Co	272 dnů	EZ, gama	122 keV
51Cr	27,7 dnů	EZ, gama	320 keV
67Ga	78 hodin	EZ, gama	91, 185, 300, 394 keV
123I	13 hodin	EZ, gama	157 KeV
125I	60 dnů	EZ, gama	35 keV
131I	8 dnů	beta-,beta; gama	606 keV; 80, 284 364 keV
111In	2,8 dne	EZ, gama	171, 245 keV
81mKr	13,3 sekund	IP, gama	190 keV
99Mo	67 hodin	beta-,beta; gama	1.214 MeV; 141,181,740 keV
32P	14,3 dne	beta-,beta	1.709 MeV
153Sm	47 hodin	beta-,beta; gama	630, 700, 803 keV; 103 keV (34%)
89Sr	50,5 dne	beta-,beta	1.488 MeV
99mTc	6 hodin	IP, gama	140 keV
201Tl	73 hodin	EZ, gama	78, 167 keV
133Xe	36,4 dne	EZ, gama	172, 203 keV
90Y	64 hodin	beta-,beta	2,28 MeV
186Re	90,6 hodin	beta-,beta; gama	1.07 MeV; 137 keV
223Ra	11,4 dne	alfa	5.75 MeV
211At	7,2 hodiny	alfa	5.87 MeV
212Bi	1,01 hodin	alfa + beta-, alfa; beta	6.09 MeV; 2.25 MeV

Využití radionuklidů

Laboratorní metody založené na detekci záření (např. RIA) ustupují novým metodám (ELISA), které nevyužívají ionizující záření, neboť práce s radionuklidy vyžaduje nákladné zabezpečení a znamená vyšší riziko. Dříve ale byly jedinou cestou, jak sledovat buněčné děje (syntéza DNA, metabolické dráhy, …).

Naprosto klíčovou roli hrají radioizotopy v nukleární medicíně, kde se používají k výrobě radiofarmak. Rozlišujeme radionuklidy pro diagnostické a pro terapeutické využití. Jejich rozložení je pak sledováno speciálními přístroji (např. PET, Gamakamera, …).

Diagnostické radionuklidy

^99mTechnecium

^99mTechnecium (zkráceně ^99mTc) je dnes nejčastěji používaným radioizotopem při scintilačních vyšetřeních v nukleární medicíně. Písmeno m značí metastabilní stav jádra, které je na vyšší energetické hladině a při deexcitaci emituje γ fotony.

Oproti jiným radionuklidům má mnoho výhod. Snadno se získává rozpadem uměle připravovaného ⁹⁹molybdenu, který je nejčastěji umístěn v radionuklidovém generátoru. Energie jeho fotonů je 140 keV a poločas rozpadu asi 6 hodin, znamená tedy malou radiační zátěž pro organismus. Zároveň je jeho energie dostatečná k dobré detekci záření. Krátký poločas umožňuje podání radiofarmaka o vyšší aktivitě, čímž získáme lepší výsledky vyšetření (víc signálů).

^99mTc se získává z generátorů ve formě pertechnátu (technecistanu) TcO₄^-. Ten lze přímo využít při vyšetření štítné žlázy. Redukcí pertechnátu chloridem cínatým vzniká látka, která se velmi ochotně zapojuje do dalších chemických reakcí, čehož se využívá k připojení na nosič (označení látky).

⁶⁷Galium

⁶⁷Ga se ve formě ⁶⁷Ga-citrátu podává při vyšetření nádorů a zánětů. Specificky se vychytává v hepatocelulárním ca., lymfomech, maligním melanomu a v měkkotkáňových sarkomech. Rovněž se používá k vyhledávání zánětlivých ložisek. Může se ale také fyziologicky hromadit v aktivní tkáni thymu a štítné žlázy.

Jodové radionuklidy

Nevázaný ¹³¹I je nejdéle používaným radionuklidem. Je to smíšený β a γ zářič. β složka radiačně zatěžuje tkáně a není scintigraficky detekovatelná, proto není ¹³¹I doporučován k diagnostickým vyšetřením. Hojně je využíván při terapii diferencovaných karcinomů štítné žlázy (ne medulárních!). Dávky s menší aktivitou se podávají při hyperaktivní strumě. γ složka záření je vhodná pro sledování průběhu terapie (post-terapeutická scintigrafie), případně pro diagnostické účely pro vyhledávání metastáz. Při diagnostice karcinomů štitné žlázy podáváme menší dávku, než při terapii.

V případě jaderných havárií je potřeba obyvatelstvu podat neradiokativní jód, kterým se štítná žláza vysytí. Jinak by došlo k záchytu radoaktivního jódu a ten by při rozpadu mohl vést ke vzniku malignit a těžkému poškození žlázy.

Nevázané ¹²³I a ¹²⁵I lze využít k ryze diagnostickým záměrům, vychytávají se obdobně jako ¹³¹I. Ve vázané podobě se používají jako ostatní radionuklidy např. při značení monoklonálních protilátek (¹²⁵I-MoAb).

¹⁸Fluor

¹⁸F je pozitronový zářič. Ve formě ¹⁸F-FDG (fluordeoxyglukózy) je nejpoužívanějším radiofarmakem při PET vyšetřeních, kdy se zobrazuje metabolismus glukozy ve vyšetřované oblasti. Jeho nevýhodou jsou krátký poločas rozpadu, dodání fluoru musí proto být velmi rychlé, (urychlovače musí být blízko), vysoká energie anihilačního záření (2x 511 keV) a vysoké nároky na ochranu před zářením.

²⁰¹Thallium

²⁰¹Tl je umělý radionuklid, který se s T_1/2=72h přeměňuje na izotop rtuti ²⁰¹Hg. ²⁰¹Tl se využívá při perfuzní scintigrafii myokardu. Jednou z nevýhod ²⁰¹Tl je jeho dlouhý poločas rozpadu, čímž vzniká větší zátěž na tělo. I proto ho dnes nahrazuje izotop Technecia ^99mTc, který má podobné využití, avšak díky svému T_1/2=6h zatěžuje tělo méně.

¹¹¹Indium

¹¹¹In se využívá při imunoscintigrafii k diagnostice nádorových onemocnění.

^81mKr - Krypton

Využíváme při scintigrafii plicní ventilace.

Ostatní radionuklidy

Mezi další používané radionuklidy patří:

• ¹¹C, ¹³C – krátký poločas rozpadu, využívány při scintigrafii plicní ventilace a při dechovém testu se značenou močovinou;
• ⁴⁵Ca – vyšetření metabolismu kostí;
• ³²P – sledování metabolických dějů v buňkách (např. syntéza DNA).

Terapeutické radionuklidy

Jako terapeutické radionuklidy využíváme takové, které mají vysokou aktivity a krátký dosah záření. Radionuklidy, které se specificky vychytávají ve tkáních a prodělávají β přeměnu, jsou využívány v terapii některých nádorových onemocnění. Otevřené α zářiče se zatím terapeuticky neuplatňují. V současné době ale probíhají výzkumy, které by tuto skutečnost mohly změnit. α zářiče mají velmi malý dosah, při specifické aplikaci by ničily pouze nádorové tkáně. Ale jejich záření je natolik „tvrdé“ (vysoký LET → poškození tkání), že bychom pacientovi spíše přitížili.

¹³¹I - Jód

Využívá se k léčbě hyperfunkce štítné žlázy (už více než 50 let) a k léčbě diferencovaných karcinomů štítné žlázy.

⁹⁰Y - Yttrium

Podává se ve formě koloidu a využívá se k radionuklidové synovektomii.

⁸⁹Sr - Stroncium

Využívá se k léčbě bolestivých kostních metastáz, váže se do lemu osteoblastické aktivity v okolí metastáz a k paliativní léčba kostních malignit.

Výroba radionuklidů

V dnešní době se pro potřeby nukleární medicíny používají pouze uměle připravené radionuklidy, které dosahují vysoké čistoty. Získávají se z:

• cyklotronů,
• radionuklidových generátorů,
• jaderných reaktorů.

Výroba v cyklotronu

Kladně nabité částice (deuterony, protony, heliová jádra) jsou urychlena a naráží do terče, vyrobeného z „mateřských“ prvků. Jadernými interakcemi se zabudovávají do struktury cílových atomů a mění jejich jaderná a protonová čísla → změna prvků. Po ozařování se z terče chemickými reakcemi uvolní radionuklid, zbylý „mateřský“ prvek nereaguje a neuvolní se.

Radionuklidy vyráběné v cyklotronech

• ¹¹¹In,
• ¹²³I,
• ²⁰¹Tl,
• lze vyrábět i jiné radionuklidy (např. ⁶⁷Ga), pro jejich získávání jsou ale vhodnější generátory (viz níže).

Jaderné reaktory

Z jaderných reaktorů štěpících nejčastěji ²³⁵U lze získávat jednak radioizotopy izolací ze štěpných produktů, jednak lze využít vzniklých neutronů.

Neutrony, vzniklé štěpením uranu, jsou příliš rychlé, mají vysokou energii a při jejich interakci s jádrem by došlo k jeho rozštěpení. Proto je nutné neutrony zpomalit (moderovat). Pomalé, tzv tepelné, neutrony se pak snadno spojují s jádrem, často za vyzáření fotonu γ.

Ze štěpných produktů se získávají podobné radionuklidy jako z neutronových interakcí. Při čištění se využívá různých chemických metod (destilace, chromatografie, precipitace). Lze ovšem získávat jen radionuklidy s delším poločasem rozpadu.

Radionuklidy získávané z reaktorů nebo ozařováním neutrony

• ⁹⁹Mo,
• ⁵⁹Fe.

Radionuklidové generátory

Jsou, díky své ceně, velikosti, jednoduchosti a snadnému použití, nejvyužívanějším zdrojem radionuklidů.

1. Generátor ⁹⁹Mo → ^99mTc
2. Generátor ⁸¹Rb → ^81mKr
3. Generátor ⁶⁸Ge → ⁶⁸Ga
4. Generátor ⁹⁰Sr → ⁹⁰Y

Generátor ⁹⁹Mo -> ^99mTc

⁹⁹Mo (T ½ 66 h.) → ^99mTc (T ½ 6 h.) → ⁹⁹Tc (2.1x105 let) Základem je olovem stíněná kolona obsahující oxid hlinitý s adsorbovaným ⁹⁹Mo (T ½ 66 hodin). ⁹⁹Mo se přeměňuje beta- rozpadem na ^99mTc, které je velmi slabě vázáno na oxid hlinitý a je vymýváno elucí sterilním fyziologickým roztokem do sterilní olovem stíněné vakuované lahvičky. Generátor je použitelný dva týdny.

Generátor ⁸¹Rb -> ^81mKr

⁸¹Rb (T ½ 4.6 h.) → ^81mKr (T ½ 13 s., 191 keV) Generátor je umístěn v olověném krytu přímo u pacienta a plynný ^81mKr je vymýván proudem vzduchu. Rozložení radioaktivity v plicích po inhalaci se zobrazuje gamakamerou.

Generátor ⁶⁸Ge -> ⁶⁸Ga

⁶⁸Ge (T ½ 287 dní) → ⁶⁸Ga (T ½ 68 minut) ⁶⁸Ga – pozitronový zářič pro PET, slouží k zobrazení neuroendokrinních nádorů.

Generátor ⁹⁰Sr -> ⁹⁰Y

⁹⁰Sr (T ½ 28 let) → ⁹⁰Y (T ½ 64.2 hodin) ⁹⁰Y – používá se k radiační synovektomii.

Odkazy

Související články

• Radiofarmaka
• PET
• Scintigrafie
• Radionuklidový generátor

Zdroj

• ULLMANN, Vojtěch. 1.Jaderná a radiační fyzika [online]. [cit. 2014-12-05]. <http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika4.htm>.

• SKALICKÁ, Zuzana a Jiří HALAŠKA. 4.3.1. Zdroje Ionizujícího záření využívané ve zdravotnictví [online]. [cit. 2014-12-05]. <http://fbmi.sirdik.org/4-kapitola/43/431.html>.

Použitá literatura

• KUPKA, Karel, Jozef KUBINYI a Martin ŠÁMAL, et al. Nukleární medicína. 1. vydání. vydavatel, 2007. 185 s. ISBN 978-80-903584-9-2.