Методы радионуклидной диагностики
Далее группа методов, связанная с применением ионизирующих излучений – радионуклидная диагностика (ядерная медицина): применение с диагностической целью меченых радиоактивными нуклидами веществ для исследования функционального и морфологического состояния организма.
Для радионуклидной диагностики используют радиофармацевтические препараты (РФП) и различные типы радиодиагностических приборов.
РФП называется химическое соединение, содержащее в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид, которое разрешено для введения человеку с диагностической или лечебной целью.
В большинстве случаев в качестве индикаторов применяют физиологически активные или, как принято говорить, тропные к тем или иным органам (физиологическим системам) неорганические или органические соединения, белковые тела (в том числе, антигены, антитела, гормоны), в ряде случаев форменные элементы крови. В типичном варианте меченый индикатор вводится в кровеносное русло, и с этого момента начинается процесс собственно радионуклидного диагностического исследования.
Все этапы транспорта индикатора могут быть представлены в систематизированном виде:
1. Введение в кровеносное русло порции раствора индикатора.
2. Механический его транспорт по венозному руслу и к сердцу.
3. Постепенное размешивание препарата в камерах сердца и в кровеносном русле, а в ряде случаев и связывание с белками плазмы.
4. Проникновение физиологически активного соединения сквозь гематотканевые барьеры.
5. Прохождение из межуточного вещества в тропные для данного индикатора клетки.
6. Концентрирование препарата, реакции его с нейтрализующими соединениями или белками-кондукторами и т.д., а в ряде случаев даже инкорпорирование в специализированных клетках или включение в синтезируемые в организме соединения (аминокислоты, белки и т.д.).
7. Активный выход препарата из клеток в протоки экскретирующих систем или в межуточное вещество, затем вновь в кровяное русло или в лимфатические капилляры.
8. Выведение препарата из организма через выделительные системы.
Очевидно, что первый, второй, третий и восьмой этапы (первая группа) должны быть отнесены к этапам биомеханического транспорта препарата. Четвертый, пятый, шестой и седьмой этап (вторая группа) должны быть отнесены к этапам биохимического или метаболического характера. Разумеется, что последовательность эта условна.
Кроме того, при энтеральном, ингаляционном или интралюмбальном введении появляется некоторое дополнительное количество этапов транспорта. Наоборот, количество этапов транспорта резко уменьшается, если в качестве индикатора используется физиологически инертное высокомолекулярное соединение или меченые элементы крови, длительное время не покидающие кровяное русло и циркулирующие в нем.
Радионуклидная диагностика строится на применении таких меченых соединений, поведение которых в организме отражает особенности состояния его органов и функциональных систем. При этом, благодаря высочайшей чувствительности радиодиагностических приборов, РФП вводится в индикаторных количествах, не влияя на физиологические и морфологические показатели, а только отражает их состояние.
Требованиями, предъявляемыми к РФП, являются:
1. Малая токсичность.
2. Испускание частиц, или фотонов, которые можно зарегистрировать.
3. Диагностический смысл.
Для регистрации радиоактивного нуклида, находящегося в организме человека, необходимо, чтобы его излучение обладало достаточным уровнем энергии гамма-квантов, а большая его часть проникала с минимальным рассеиванием в тканях. В этом плане целесообразны излучатели с энергией гамма-квантов от 50 до 150 кэВ (наиболее часто применяется 99mTc, образующий g-излучение с энергией 140 кэВ).
Каждый РФП подвергается экспериментальным и клиническим испытаниям, РФП утверждаются Министерством Здравоохранения. Осуществляется контроль РФП за их химической, радиохимической и радионуклидной частотой, а также за стерильностью и апирогенностью.
Все радиодиагностические методики делятся на группы, характеризующиеся идентичным способом получения информации, ее первичной обработкой и использованием одинаковой приборной техники. Эти методики исследования делятся на методики in vivo (в целом организме) и методики in vitro (в биологических пробах). При исследованиях in vitro РФП в организм не вводятся. Выполнение любого радиодиагностического исследования осуществляется с помощью радиоэлектронных приборов, специально предназначенных для этих целей. Весь комплекс радиодиагностических приборов целесообразно классифицировать по медико-функциональному назначению.
В первую группу входят приборы (радиометры), при помощи которых производится радиометрия – определение накопления g- и b-излучающих препаратов в органе, установки для определения содержания радиоактивного вещества в биологических пробах и счетчики излучения всего тела человека (СИЧ), позволяющие измерять общую радиоактивность в организме человека.
Вторую группу составляют приборы, называемые хронографами, или радиографами, используемые для исследования временных характеристик накопления радиоактивного препарата в органах человека.
Третья группа приборов предназначена для исследования пространственных характеристик распределения РФП в организме пациента и представлена следующими разновидностями: приборами с подвижным детектором, обеспечивающими получение гамма-топографической картины распределения радиоактивных индикаторов в исследуемом органе методом механического перемещения детектора (сканирования); установками с неподвижным детектором – гамма-камерами (сцинтиграфия). Гамма-камера представляет собой основной радиодиагностический прибор, позволяющий визуализировать распределение индикатора в органах человека. Выделяют статическую сцинтиграфию, когда исследуется распределение и накопление РФП в исследуемом объекте, и динамическую сцинтиграфию, при которой исследуется распределение РФП и временные характеристики накопления и выведения РФП в исследуемом объекте.
| Рис. 1.5. Статическая сцинтиграфия скелета с 99mТс – технефором. Метастаз рака в 12 ребро слева. |
Четвертая группа приборов: гамма-томографы. В отличие от обычных гамма-камер, детектор вращается вокруг тела пациента, что позволяет изучать накопление индикатора в поперечной, сагиттальной, фронтальной плоскостях и получить трехмерную картину содержания индикатора в исследуемом объекте (однофотонная эмиссионная компьютерная томография).
Пятая группа приборов связана с позитронной эмиссионной компьютерной томографией (ПЭТ): в этих приборах гамма-кванты регистрируются при помощи коллинсарно расположенных детекторов гамма-камеры. Особенностью ПЭТ является использование метаболически активных субстанций (чаще всего глюкозы), которые метятся позитронными радионуклидами (обычно 18F), результатом чего является РФП – флюородеоксиглюкоза (18-ФДГ). Вследствие гиперметаболизма, характерного для злокачественных опухолей, 18-ФДГ очень активно включается в опухолевые клетки. Регистрация распределения 18-ФДГ ведется по фотонному излучению, возникающему вследствие аннигиляции позитронов. В результате получают более точные данные о распространенности опухолевого процесса, чем при использовании других методов лучевой диагностики. ПЭТ имеет колоссальные потенциальные возможности по изучению метаболических процессов различных заболеваний.
С точки зрения клинической значимости, радионуклидные исследования можно разделить на 4 группы:
1. Полностью обеспечивающие установление диагноза заболевания.
2. Определяющие нарушения функции исследуемого органа или системы, на основании которых разрабатывается план дальнейшего обследования.
3. Устанавливающие особенности анатомо-топографических положений внутренних органов.
4. Дающие возможность получить дополнительно прогностическую информацию в комплексе клинико-инструментального обследования с целью более полного диагностического заключения.
К первой группе относят комплекс радионуклидных исследований йодного обмена, позволяющий в большинстве случаев установить диагноз заболеваний щитовидной железы; сцинтиграфическое исследование скелета с пирофосфатом для распознавания МТС злокачественных опухолей; переломов костей, обусловленных суммацией микротравм.
Ко второй группе относят исследования функций почек и гепатобилиарной системы, результаты которых определяют необходимость и показания к выполнению других исследований. Таким образом, радионуклидные исследования мочевой и гепатобилиарной систем являются начальными у больных с заболеваниями этих органов.
К третьей группе относят сцинтиграфию ряда органов (почек, печени, щитовидной железы, селезенки и др.), поскольку она является надежным способом определения их анатомо-топографического состояния.
К четвертой группе относят исследования легких, сердечно-сосудистой системы, лимфатической системы, головного мозга. В этих случаях удается не только подтвердить наличие патологического процесса, но и установить его биологическую активность, а также степень и распространенность поражения.
Принципиальной основой методик радионуклидных исследований in vitro является конкурентное связывание искомых (немеченых и идентичных искусственно меченых) веществ или соединений со специфически связывающими системами. При этом РФП в организм человека не вводятся, используются биосубстраты (кровь, моча).
Специфическая связывающая система (именуемая “биндер”, т.е. связывающий) вступает в равноправное взаимодействие как с исследуемым веществом (именуемым “лигандом”, т.е. связываемым), так и с его аналогом, меченым радиоактивным нуклидом, связываясь с ними в количествах, пропорциональных их исходным концентрациям. Таким образом, чем больше содержание исследуемого вещества в данной пробе, тем меньшая часть его меченого аналога свяжется со специфической связывающей системой, и тем большая часть остается несвязанной. Чаще всего комплекс лиганд + биндер выпадает в осадок, а не связанная часть меченого аналога остается в надосадочной жидкости.
При этом количество искомого вещества в различных пробах варьирует, а количество меченого аналога и специфической связывающей системы постоянно. Кроме того, обычно меченого лиганда больше, чем биндера.
Отделив комплекс меченый лиганд+биндер от несвязавшегося лиганда, можно измерить связавшуюся величину активности, которая обратно пропорциональна содержанию искомого вещества. Одновременно в тех же условиях проводится серия анализов известных концентраций искомого вещества (так называемые стандартные разведения), которые позволяют построить калибровочную кривую, отражающую изменения связанной активности в зависимости от концентрации немеченого лиганда (искомого вещества).
В настоящее время методики РИА разработаны для более чем 400 соединений различной химической природы и применяются в следующих областях медицины:
1. В эндокринологии для диагностики сахарного диабета, патологии гипофизарно-надпочечниковой и тиреоидной систем, выявления механизмов других эндокринно-обменных нарушений.
2. В онкологии для ранней диагностики злокачественных опухолей и контроля за эффективностью лечения путем определения концентрации альфа-фетопротеина, раково-эмбрионального антигена, а также более специфических туморальных маркеров.
3. В кардиологии для диагностики инфаркта миокарда путем определения концентрации миоглобина, контроля лечения препаратами дигоксин, дигитоксин.
4. В педиатрии для определения причин нарушения развития у детей и подростков (определение соматотропного гормона, тиреотропного гормона гипофиза).
5. В акушерстве и гинекологии для контроля за развитием плода путем определения концентрации эстрола, прогестерона, в диагностике гинекологических заболеваний и выявления причин бесплодия женщин (определение лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов).
6. В аллергологии для определения концентрации иммуноглобулинов Е и специфических антигенов.
7. В токсикологии для измерения концентрации в крови лекарственных веществ и токсинов.
Широкое применение радионуклидных методов диагностики в различных областях клинической медицины, ее высокая информативность сделали радиоизотопные исследования необходимым звеном.