Искусственные изотопы и минимум вреда
Первая часть статьи “Зрелость мирного медицинского атома“.
Бета-минус
Пожалуй, самый непростой для понимания вид радиационного излучения – бета-распад. Для того, чтобы его объяснить, физикам потребовалось разобраться со свойствами слабого взаимодействия, которое имеется у протонов и нейтронов, если те и другие входят в состав атомного ядра. Нейтрону в ядре откровенно скучно – протоны его не любят, электроны на орбиталях никакого внимания не обращают. И время от времени нейтрон от тоски просто сходит с ума – превращается в протон.
А что такого? Масса почти такая же, может себе позволить. А, путаница с электрическим зарядом получается: был ноль, стал плюс 1. Нехорошо. Но есть вариант – одновременно вот с таким превращением вытолкнуть из себя электрон с его минусом в единицу, и математически все сходится: минус 1 плюс 1 получается тот же ноль, что и был. Про уравнения электрослабого взаимодействия – в соответствующие учебники, а ядерных медиков интересует только вот этот дополнительный электрон.
В ядре он не удерживается, вылетает прочь, в компанию к электронам на орбиталях, а дальше все по схеме: одноименные заряды отталкиваются друг от друга, и вот уже этот дополнительный электрон высвобождается и отправляется в самостоятельное путешествие. Этот поток дополнительных электронов и есть бета-излучение или, если точнее бета-минус излучение. Почему минус – понятно – образуются отрицательно заряженные частицы.
И вот они для ядерной медицины уже интересны, поскольку куда охотнее, чем фотоны гамма-излучения, взаимодействуют с клетками организма.
Бета-плюс
Но не меньший интерес у ядерных медиков вызывает и бета-плюс излучение. Да-да, все верно – в ядре атома сойти с ума вполне способен и протон. Соседи выталкивают, какая-то электронная мелочь норовит притянуться, нейтроны под ногами путаются – и так 24 часа в сутки без выходных. И, чуточку напрягшись, протон превращается в нейтрон, а для уравнивания электрического заряда исторгает из себя позитрон – тот же электрон, но с положительным зарядом.
Читайте по теме:
Становление мирного медицинского атома
Начало мирного медицинского атома
Звучит простенько, однако позволю себе напомнить, что позитрон – это антивещество, а клетки нашего тела представляют собой причудливые цепочки атомов, состоящих из вещества. Никаких вариантов: позитрон, попадая в наш организм, мгновенно вступает в реакцию с электронами. Реакция эта называется аннигиляция – позитрон и электрон взаимно уничтожают друг друга, результат такого взрыва – два фотона с очень высокой энергией, гамма-излучение. Вот его клетки организма удержать уже не могут – гамма-излучение уносится прочь. Страшно?
Масса покоя что электрона, что позитрона – нуль, запятая, 28 нулей и единичка, если в граммах. Следовательно, и доза энергии, которую получают клетки нашего организма – то ли минимальна, то ли микроскопична, ученые еще не определились.
Первичное накопление
Детекторы для фиксации всех видов радиоактивного излучения физики создавали без дополнительных просьб со стороны медиков – им самим требовалось понять все свойства искусственных изотопов. Можно ли при помощи детекторов определить основные характеристики излучения и как на эти характеристики влияет взаимодействие с различными материалами? Ответ на оба вопроса оказался положительным и постепенно физики – то ли сами, то ли под давлением медиков, приступили и к изучению взаимодействия разных видов излучения на органические материалы.
При изучении органики выяснились два интересных момента. На ускорителях удавалось получать микроскопические объемы искусственных изотопов, которые могли обеспечить минимальные дозы излучения – для медиков это уже неплохо, поскольку вписывается в основное требование “минимум вреда”. При прохождении через различные ткани тела гамма-кванты и бета-излучение (оба вида) получают разные возмущения, что, в принципе, теоретически должно было давать возможность обнаружить сторонние вещества в тканях. Вот ткань печени – частота излучения на ней меняется определенным образом, а вот совершенно нехарактерное возмущение – значит, в ткани находится нечто, чего там не должно быть.
Так начался период первичного накопления информации – не простой процесс, но медики уже понимали, что вышли на нечто совершенно новое, поскольку выяснился еще один момент. Активнее всего излучение взаимодействует с быстро растущими клетками, передавая свою энергию прежде всего именно им. Надеюсь, что все читатели помнят, что радиоактивное излучение опаснее всего для детей, а люди пожилого возраста куда как выносливее? Но это – про излучение, поступающее извне, а в том случае, если источник излучения находится внутри нашего организма, там, где были обнаружены некие аномальные клетки – это совсем другое.
При помощи радиоизлучения и его детекторов в тканях обнаруживаются чужеродные клетки, растущие опухоли. Второй шаг – подобрать источник радиоизлучения, которое будет атаковать именно клетки опухоли, щадя при этом клетки здоровые. Я ведь не раскрою секрет, что самое главное предназначение ядерной медицины – борьба со всеми известными случаями онкологии? Но направлений, как видим, было сразу два: использование радиоизлучения для диагностики и использование его же для терапии.
Почему так неторопливо
Радиологическое излучение – шире, поскольку позволяет обнаружить не только онкологию, но и диагностировать целый спектр других заболеваний. Дело оставалось за “малым”: накопить сведения о тех видах искусственных изотопов, которые можно использовать при диагностике и при терапии, при этом еще более тщательно соблюдая главную заповедь: максимум информации при минимальном вреде в случае диагностики. При использовании радиоактивных веществ в терапии – точечное, ювелирно точное воздействие на инородные клетки при минимальном воздействии на клетки здоровые.
Еще одно требование тоже вполне очевидно: введенные в человеческий организм радиоактивные вещества не должны в нем задерживаться на больший промежуток времени, чем требуется для диагностической или терапевтической процедуры. Поработал изотоп для получения информации диагностами – и прочь, чтобы ни в коем случае не навредил. Прошел сеанс терапии – тоже долой из организма.
При накоплении информации медики и физики выявляли радиоактивные вещества, терапевтически воздействующие на совершенно определенные ткани организма. Ткани эти – далеко не одинаковые, потому для излечения тканей костей требуются одни радиоактивные вещества, для излечения, допустим, тканей головного или спинного мозга – совершенно другие.
Мне кажется, что вот такое описание, помимо прочего, дает и ответ на вопрос “Почему развитие ядерной медицины идет так неторопливо”. Все очевидно – тут каждая кроха информации очень дорогого стоит. Каких результатов к сегодняшнему дню достигли ядерные диагносты и ядерные терапевты – в следующей статье.
Оригинал статьи:
https://itek.ru/analytics/zrelost-mirnogo-medicinskogo-atoma-chast-vtoraya
