РАДИОНУКЛИДНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Наше проникновение в мир атомов можно сравнить с ве­ликими, паяными открытий кругосветными путешест­виями и дерзкими исследованиями астрономов, проникших в глубины мирового пространства.

Нильс Бор

Удручающе длинной казалась дистанция между физическими лаборато­риями, где ученые регистрировали треки ядерных частиц, и будничной клинической практикой. Сама мысль о возможности использования ядер­но-физических феноменов для обследования больных могла показаться если не сумасбродной, то сказочной. Однако именно такая идея родилась в опытах венгерского ученого Д.Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 г. Э. Резерфорд показал ему груду хло­рида свинца, валявшуюся в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, займитесь этой кучей. Постарайтесь из соли свинца выделить радий D».

После множества опытов, проведенных Д.Хевеши совместно с австрий­ским химиком А.Панетом, стало ясно, что химическим способом разделить свинец и радий D невозможно, так как это не отдельные элементы, а изо­топы одного элемента — свинца! Они различаются только тем, что один из них радиоактивный. Распадаясь, он испускает ионизирующее излучение. Значит, радиоактивный изотоп — радионуклид — можно применять как метку при изучении поведения его нерадиоактивного близнеца.

Перед врачами открылись заманчивые перспективы: вводя в организм больного радионуклиды, наблюдать за их местонахождением с помощью радиометрических приборов. За сравнительно короткий срок радионуклид-ная диагностика превратилась в самостоятельную медицинскую дисципли­ну. За рубежом радионуклидную диагностику в сочетании с лечебным при­менением радионуклидов называют ядерной медициной.

Радионуклидный метод — это способ исследования функционального и морфологического состояния органов и систем с помощью радионук­лидов и меченных ими индикаторов. Эти индикаторы — их называют радиофармацевтическими препаратами (РФП) — вводят в организм больного, а затем с помощью различных приборов определяют ско­рость и характер перемещения, фиксации и выведения их из органов и тканей.

Кроме того, для радиометрии могут быть использованы кусочки тка­ней, кровь и выделения больного. Несмотря на введение ничтожно малых количеств индикатора (сотые и тысячные доли микрограмма), не оказывающих влияния на нормальное течение жизненных процес­сов, метод обладает исключительно высокой чувствительностью.

Радиофармацевтическим препаратом называют разрешенное для введения человеку с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид. Радионуклид должен обладать спектром излучения определенной энергии, обусловливать минимальную лучевую нагрузку и отра­жать состояние исследуемого органа.

В связи с этим РФП выбирают с учетом его фармакодинамических (по­ведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамику РФП определяет то химическое соединение, на основе которого он синте­зирован. Возможности же регистрации РФП зависят от типа распада радио­нуклида, которым он помечен.

Выбирая РФП для исследования, врач должен прежде всего учесть его физиологическую направленность и фармакодинамику. Рассмотрим это на примере введения РФП в кровь. После инъекции в вену РФП первоначаль­но равномерно распределяется в крови и транспортируется по всем орга­нам и тканям. Если врача интересуют гемодинамика и кровенаполнение органов, то он выберет индикатор, который длительное время циркулирует в кровеносном русле, не выходя за пределы стенок сосудов в окружающие ткани (например, альбумин человеческой сыворотки). При исследовании печени врач предпочтет химическое соединение, которое избирательно улавливается этим органом. Некоторые вещества захватываются из крови почками и выделяются с мочой, поэтому они служат для исследования почек и мочевых путей. Отдельные РФП тропны к костной ткани, в связи с чем они незаменимы при исследовании костно-суставного аппарата (рис. 11.27). Изучая сроки транспортировки и характер распределения и выведе­ния РФП из организма, врач судит о функциональном состоянии и струк­турно-топографических особенностях этих органов.

Однако недостаточно учитывать лишь фармакодинамику РФП. Нужно обязательно принимать во внимание ядерно-физические свойства входя­щего в его состав радионуклида. Прежде всего он должен иметь определен­ный спектр излучения. Для получения изображения органов применяют только радионуклиды, испускающие у-лучи или характеристическое рент­геновское излучение, так как эти излучения можно регистрировать при на­ружной детекции. Чем больше у-квантов или рентгеновских квантов обра­зуется при радиоактивном распаде, тем эффективнее данный РФП в диа­гностическом отношении. В то же время радионуклид должен испускать по возможности меньше корпускулярного излучения — электронов, которые поглощаются в теле пациента и не участвуют в получении изображения ор­ганов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядерным превра­щением по типу изомерного перехода — ^99mTc, ^lI3mIn.

Радионуклиды, период полураспада которых — несколько десятков дней, принято считать долгоживущими, несколько дней — среднеживущими, несколько часов — короткоживущими, несколько минут — ультракоротко-живущими. По понятным соображениям стремятся использовать короткожи-вущие радионуклиды. Применение среднеживущих и тем более долгоживу-

щих радионуклидов связано с по­вышенной лучевой нагрузкой, использование ультракороткожи-вуших радионуклидов затруднено по техническим причинам.

Существует несколько спо­собов получения радионуклидов. Часть из них образуется в реак­торах (Щ, ³²Р> ^шХе, ^,251), часть — в ускорителях (⁶⁷Ga, ^1П1п, ^I23I, ^IS0, "С, ^I3N). Однако наиболее распространенным способом по­лучения радионуклидов является генераторный, т.е. изготовление радионуклидов непосредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генера­торов. Таким образом получают самый распространенный радио­нуклид — ^99пТс, а также ^133ш1п.

Очень важный параметр ра­дионуклида — энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, сле­довательно, не попадают на де­тектор радиометрического при­бора. Кванты же очень высоких энергий частично пролетают де­тектор насквозь, поэтому эффек­тивность их регистрации также невысока. Оптимальным диапа­зоном энергии квантов в радио­нуклидной диагностике считают 70-200 кэВ.

Важным требованием к РФПявляется минимальная лучевая нагрузка при его введении. Из­вестно, что активность приме­ненного радионуклида уменьша­ется вследствие действия двух факторов: распада его атомов, т.е. физического процесса, и выведе­ния его из организма — биологи­ческого процесса. Время распада половины атомов радионуклида называют физическим периодом полувыведения (Т^. Время, за которое активность препарата, введенного в организм, снижается наполовину за счет его выведения, именуют периодам биологического полувыведения. Время, в течение которого активность введен-108

ного в организм РФП уменьшается наполовину вследствие физического рас­пада и выведения, называют эффективным периодом полувыведения (7UA

Для радионуклидных диагностических исследований стремятся вы­брать РФП с наименее продолжительным Т^. Это и понятно: ведь от дан­ного параметра зависит лучевая нагрузка на больного. Однако очень корот­кий физический период полураспада также неудобен: нужно успеть доста­вить РФП в лабораторию и провести исследование. Общее же правило та­ково: Т«фф препарата должен приближаться к продолжительности диагнос­тической процедуры.

Как уже отмечалось, в настоящее время в лабораториях чаще использу­ют генераторный способ получения радионуклидов, причем в 90—95 % слу­чаев — это радионуклид ^МтТс, которым метят подавляющее большинство РФП. Кроме радиоактивного технеция, иногда применяют ^,3Ч, ^,33Хе, ^Оа, очень редко — другие радионуклиды.

Ниже приведены РФП, наиболее часто используемые в клинической практике.

РФП

альбумин

меченные эритроциты коллоид (технифит) бутил-ИДА (бромезида) пирофосфат (технифор) МАА

цитрат

сестамиби

моноклональные антитела

хлорид

Tc-DMSA (технемек)

^ш1-гиппуран Tc-DTPA (пентатех) •*Tc-MAG-3 (технемаг) Тс-пертехнетат

^,8F-DG ^,MI-MIBG

Область применения

Исследование кровотока

Исследование кровотока

Исследование печени

Исследование желчевыделительной системы

Исследование скелета

Исследование легких

Исследование легких

ТуморотропныЙ препарат, исследование сердца

Туморотропный препарат

ТуморотропныЙ препарат

Исследование сердца, головного мозга, туморо­тропный препарат

Исследование почек

Исследование почек

Исследование почек и сосудов

Исследование почек

Исследование щитовидной железы и слюнных желез

Исследование головного мозга и сердца

Исследование надпочечников

Однажды во время своего обучения в Гвттингене Нильс Бор плохо подготовился к коллоквиуму и его вы­ступление оказалось слабым. Однако Бор не пал духом и в заключение с улыбкой сказал: «Я выслушал здесь столь плохие выступления, что прошу рассмат­ривать мое нынешнее как месть».

(Физики шутят.— М.: Мир, 1966)

Для выполнения радионуклидных исследований разработаны разно­образные диагностические приборы. Независимо от их конкретного назначения все эти приборы устроены по единому принципу: в них есть де-

тектор, преобразующий ионизирующее из­лучение в электрические импульсы, блок электронной обработки и блок представле­ния данных. Многие радиодиагностические приборы оснащены компьютерами и микро­процессорами,

В качестве детектора обычно исполь­зуют сцинтилляторы или, реже, газовые счетчики. Сцинтиллятор — это вещество, в котором под действием быстро заря­женных частиц или фотонов возникают световые вспышки — сцинтилляции. Эти сцинтилляции улавливаются фотоэлек­тронными умножителями (ФЭУ), кото­рые превращают световые вспышки в электрические сигналы. Сиинтилляцион-ный кристалл и ФЭУ помещают в защит­ный металлический кожух — коллима­тор, ограничивающий «поле видения» кристалла размерами органа или изучае­мой части тела пациента.

Обычно у радиодиагностического прибо­ра имеется несколько сменных коллиматоров, которые подбирает врач в зависимости от задач исследования. В коллиматоре имеется одно большое или несколько мелких отверстий, через которые радиоактивное излучение проникает в де­тектор. В принципе, чем больше отверстие в коллиматоре, тем выше чувст­вительность детектора, т.е. его способность регистрировать ионизирующее излучение, но одновременно ниже его разрешающая способность, т.е. свойство раздельно различать мелкие источники излучения. В современных коллиматорах имеется несколько десятков мелких отверстий, положение которых выбрано с учетом оптимального «видения» объекта исследования! В приборах, предназначенных для определения радиоактивности био­логических проб, применяют сцинтилляционные детекторы в виде так на­зываемых колодезных счетчиков (рис. 11.28). Внутри кристалла имеется ци­линдрический канал, в который помещают пробирку с исследуемым мате­риалом. Такое устройство детектора значительно повышает его способ­ность улавливать слабые излучения биологических проб. Для измерения ра­диоактивности биологических жидкостей, содержащих радионуклиды с мягким р-излучением, применяют жидкие сцинтилляторы.

Все радионуклидные диагностические исследования делят на две боль­шие группы: исследования, при которых РФП вводят в организм паци­ента,— исследования in vivo, и исследования крови, кусочков ткани и выделений больного — исследования in vitro.

При выполнении любого исследования in vivo требуется психологи­ческая подготовка пациента. Ему необходимо разъяснить цель процедуры, ее значение для диагностики, порядок проведения. Особенно важно под-

черкнуть безопасность исследования. В специальной подготовке, как пра­вило, нет необходимости. Следует лишь предупредить пациента о его по­ведении во время исследования. При исследованиях in vivo применяют различные способы введения РФП в зависимости от задач процедуры. В большинстве методик предусматривается проведение инъекции РФП, преимущественно в вену, гораздо реже в артерию, паренхиму органа, дру­гие ткани. РФП применяют также перорально и путем вдыхания (ингаля­ция).

Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, его проводят после других клинических, лабораторных и неинвазивных лучевых процедур, когда ста­новится ясна необходимость радионуклидных данных о функции и морфо­логии того или иного органа.

Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, имеются лишь ограничения, предусмотренные инструкциями Министерства здравоохра­нения Российской Федерации.

Среди радионуклидных методов различают: методы радионуклидной визуализации, радиографию, клиническую и лабораторную радиомет­рию.

Термин «визуализация* образован от английского слова vision (зре­ние). Им обозначают получение изображения, в данном случае с помо­щью радиоактивных нуклидов. Радионуклидной визуализация — это со­здание картины пространственного распределения РФП в органах и тка­нях при введении его в организм пациента. Основным методом радио­нуклидной визуализации является гаммасцинтиграфия (или просто сцинтиграфия), которую проводят на аппарате, называемом гамма-ка­мерой. Вариантом сцинтиграфии, выполняемой на специальной гамма-камере (с подвижным детектором), является послойная рад иону кл ид -ная визуализация — однофотонная эмиссионная томография. Редко, главным образом из-за технической сложности получения ультрако-роткоживущих позитронизлучающих радионуклидов, проводят двухфо-тонную эмиссионную томографию также на специальной гамма-камере. Иногда применяют уже устаревший метод радионуклидной визуализа­ции — сканирование; его выполняют на аппарате, называемом скане­ром.

Сцинтиграфия — это получение изображения органов и тканей па­циента посредством регистрации на гамма-камере излучения, испуска­емого инкорпорированным радионуклидом.

Физиологической сущностью сцинтиграфии является органотроп-ность РФП, т.е. способность его избирательно аккумулироваться в оп­ределенном органе — накапливаться, выделяться или проходить по нему в виде компактного радиоактивного болюса.

Гамма-камера (рис. 11.29) представляет собой сложное техническое устройство, насыщенное микроэлектроникой и компьютерной техникой. В качестве детектора радиоактивных излучений применяют сцинтилляци-онный кристалл (обычно йодид натрия) больших размеров — диаметром до 50 см. Это обеспечивает регистрацию излучения одномоментно над

Pic. И.29. Гамма-камера «Эльсцинт».

всей исследуемой частью тела. Исходящие из органа гамма-кванты вызы­вают в кристалле световые вспышки. Эти вспышки регистрируются не­сколькими ФЭУ, которые равномерно расположены над поверхностью кристалла. Электрические импульсы из ФЭУ через усилитель и дискрими­натор передаются в блок анализатора, который формирует сигнал на эк­ране дисплея. При этом координаты светящейся на экране точки точно соответствуют координатам световой вспышки в сцинтилляторе и, следо-

вательно, расположению радионуклида в органе. Одновременно с помо­щью электроники анализируется момент возникновения каждой сцинтил­ляции, что дает возможность определить время прохождения радионукли­да по органу.

Важнейшей составной частью гамма-камеры, безусловно, является спе­циализированный компьютер, который позволяет производить разнообраз­ную компьютерную обработку изображения: выделять на нем заслуживаю­щие внимания поля — так называемые зоны интереса — и проводить в них различные процедуры: измерение радиоактивности (общей и локальной), определение размеров органа или его частей, изучение скорости прохожде­ния РФП в этом поле. С помощью компьютера можно улучшить качество изображения, выделить на нем интересующие детали, например питающие орган сосуды.

При анализе сцинтиграмм широко применяют математические методы, системный анализ, камерное моделирование физиологических и патологи­ческих процессов. Естественно, все полученные данные не только отобра­жаются на дисплее, но также могут быть перенесены на магнитные носи­тели, переданы по компьютерным сетям.

Заключительным этапом сцинтиграфии обычно является создание твердой копии изображения на бумаге (с помощью принтера) или пленке (посредством фотокамеры).

В принципе каждая сцинтиграмма в той или иной степени характери­зует функцию органа, так как РФП накапливается (и выделяется) пре­имущественно в нормальных и активно функционирующих клетках, поэтому сцинтиграмма — это функционально-анатомическое изображе­ние. В этом уникальность радионуклидных изображений, отличающая их от получаемых при рентгенологическом и ультразвуковом исследо­ваниях, магнитно-резонансной томографии. Отсюда вытекает и основ­ное условие для назначения сцинтиграфии — исследуемый орган обя­зательно должен быть хотя бы в ограниченной степени функционально активным. В противном случае сцинтиграфическое изображение не получится. Вот почему бессмысленно назначать радионуклидное ис­следование печени при печеночной коме.

Сцинтиграфию широко применяют практически во всех разделах кли­нической медицины: терапии, хирургии, онкологии, кардиологии, эндо­кринологии и др.— там, где необходимо «функциональное изображение» органа. В том случае, если выполняют один снимок, то это статическая сцинтиграфия. Если же задачей радионуклидного исследования является изучение функции органа, то выполняют серию сцинтиграмм с различны­ми временными интервалами, которые могут измеряться в минутах или се­кундах. Такую серийную сцинтиграфию называют динамической. Проана­лизировав на компьютере полученную серию сцинтиграмм, выбрав в каче­стве «зоны интереса» весь орган или его часть, можно получить на дисплее кривую, отображающую прохождение РФП через этот орган (или его часть). Такие кривые, построенные на основании результатов компьютер­ного анализа серии сцинтиграмм, именуют гистограммами. Они предназна­чены для изучения функции органа (или его части). Важным достоинством

гистограмм является возможность обрабатывать их на компьютере: сглажи­вать, выделять отдельные составляющие части, суммировать и вычитать, оцифровывать и подвергать математическому анализу.

При анализе сцинтиграмм, в основном статических, наряду с топогра­фией органа, его размерами и формой определяют степень однород­ности его изображения. Участки с повышенным накоплением РФП на­зывают горячими очагами, или горячими умами (рис. 11.30). Обычно им соответствуют избыточно активно функционирующие участки орга­на — воспалительно измененные ткани, некоторые виды опухолей, зо­ны гиперплазии. Вели же на сшттиграмме выявляется область пони­женного накопления РФП, то, значит, речь идет о каком-то объемном образовании, заместившем нормально функционирующую паренхиму органа,— так называемые холодные узлы (рис 11.31). Они наблюдаются при кистах, метастазах, очаговом склерозе, некоторых опухолях.

Синтезированы РФП, избирательно накапливающиеся в опухолевой ткани,— туморотропные РФП, которые включаются преимущественно в клетки, обладающие высокой митотической и метаболической активнос­тью. Вследствие повышенной концентрации РФП опухоль будет вырисовы­ваться на сцинтиграмме в виде горячего очага. Такую методику исследова­ния называют позитивной сцинтиграфией. Для нее создан ряд РФП (см. ранее).

Сцинтиграфия с мечеными моноклональными антителами носит на­звание иммуносцинтиграфии.

Разновидностью сцинтиграфии является бинуклидное исследование, т.е. получение двух сцинтиграфических изображений с использованием одно­временно вводимых РФП. Такое исследование проводят, например, для более отчетливого выделения мелких паращитовидных желез на фоне более массивной ткани щитовидной железы. С этой целью одновременно вводят два РФП, один из которых — ^'П-хлорид — накапливается в обоих орга­нах, другой — ""Тс-пертехнетат — только в щитовидной железе. Затем с помощью дискриминатора и компьютера из первого (суммарного) изобра­жения вычитают второе, т.е. выполняют процедуру субтракции, в результа­те чего получают итоговое изолированное изображение паращитовидных желез.

Существует особый тип гамма-камер, предназначенный для визуализа­ции всего тела пациента. При этом датчик камеры перемещается над обсле­дуемым пациентом (или, наоборот, пациент перемещается под датчиком). Получающаяся при этом сцинтиграмма будет содержать информацию о распределении РФП во всем теле больного. Таким путем получают, напри­мер, изображение всего скелета, выявляя при этом скрытые метастазы.

Для исследования сократительной функции сердца применяют гамма-камеры, снабженные специальным устройством — триггером, который под управлением электрокардиографа включает сцинтилляционный детектор камеры в строго заданные фазы сердечного цикла — систолу и диастолу. В результате этого после компьютерного анализа полученной информации на экране дисплея появляются два изображения сердца — систолическое и диастолическое. Совместив их на дисплее, можно изучить сократительную функцию сердца.

Ш/ Ш

i

A#|| 1 пиши iiiii ||(i hiu i ir I

"Я

WW,

>s^

Рис. П.ЗО.Сканограмма щитовидной железы, В правой доле определяется зона повышенного накопления РФП — «горячий» очаг.

Рис.11.31. Сцинтиграмма легких. Отсутствие РФП в верхней зоне левого легкого.

Среднее время,которое ученыйотдает работе

Среднее время жизни человека— 60 лет Детство (школа, колледж, университет)— 24 года Сон (8 часов в сутки; сон во время научных дискуссий, лекций и семинаров не учиты­вается)— 20 лет

Отпуск (плюс выходные дни и праздники, 73 дня в год)— 12 лет Рдй(1 час в день)— 2,5 года Прочие потребности (0,5 ч в день)—1,5 года

Итог о... — 59,75 года

Чистое рабочее время — 0,25 года, т.е. около 90 дней. Ученый в среднем работает 1,5 дня в год или, если исключить детство,— 2,5 дня в год.

(Физики продолжают шутить.-' М.: Мир, 1968)

Однофотпонная эмиссионная томография (ОФЭТ) постепенно вытесня­ет обычную статическую сцинтиграфию, так как позволяет с таким же количеством того же РФП добиться лучшего пространственного разре­шения, т.е. выявлять значительно более мелкие участки поражения ор­гана — горячие и холодные узлы. Для выполнения ОФЭТ применяют специальные гамма-камеры (рис. 11.32). От обычных они отличаются тем, что детекторы (чаще два) камеры вращаются вокруг тела больного. В процессе вращения сцинтилляционные сигналы поступают на ком­пьютер из разных ракурсов съемки, что дает возможность построить на экране дисплея послойное изображение органа (как при другой по­слойной визуализации — рентгеновской компьютерной томографии).

ОФЭТ предназначена для тех же целей, что и статическая сцинтигра-фия, т.е. для получения анатомо-функционального изображения органа, но отличается от последней более высоким качеством изображения. Она по­зволяет выявить более мелкие детали и, следовательно, распознать заболе­вание на более ранних стадиях и с большей достоверностью. При наличии достаточного числа поперечных «срезов», полученных за короткий период времени, с помощью компьютера можно построить на экране дисплея трех­мерное объемное изображение органа, позволяющее получить более точное представление о его структуре и функции (рис. 11.33).

Существует еще один вид послойной радионуклидной визуализации — позитронная двухфотонная эмиссионная томография (ПЭТ). В качестве РФП используют радионуклиды, испускающие позитроны, в основном ультракороткоживущие нуклиды, период полураспада которых состав­ляет несколько минут,— "С (20,4 мин), ^,3N (10 мин), »Ю (2,03 мин), ^I8F (НО мин). Испускаемые этими радионуклидами позитроны аннигили­руют вблизи атомов с электронами, следствием чего является возник­новение двух гамма-квантов — фотонов (отсюда и название метода), разлетающихся из точки аннигиляции в строго противоположных на­правлениях. Разлетающиеся кванты регистрируются несколькими де­текторами гамма-камеры, располагающимися вокруг обследуемого.

Рис. П.32. Ротационная гамма-камера для эмиссионной томографии.

Основным достоинством ПЭТ является то, что используемыми при ней радионуклидами можно метить очень важные в физиологическом отноше­нии лекарственные препараты, например глюкозу, которая, как известно, активно участвует во многих метаболических процессах. При введении в организм пациента меченой глюкозы она активно включается в тканевый обмен головного мозга и сердечной мышцы. Регистрируя с помощью ПЭТ поведение этого препарата в названных органах, можно судить о характере метаболических процессов в тканях. В головном мозге, например, таким образом выявляют ранние формы нарушения кровообращения или разви­тия опухолей и даже обнаруживают изменение физиологической активнос­ти мозговой ткани в ответ на действие физиологических раздражителей — света и звука (рис. 11.34). В сердечной мышце определяют начальные про­явления нарушения метаболизма.

Распространение этого важного и весьма перспективного метода в кли­нике сдерживается тем обстоятельством, что ультракороткоживущие радио­нуклиды производят на ускорителях ядерных частиц — циклотронах. Ясно, что работать с ними можно только в том случае, если циклотрон располо­жен непосредственно в лечебном учреждении, что, по понятным причи-

Рис. П.ЗЗ. Эмиссионная томография головного мозга.

а - томограммы в трех проекциях; б - объемная реконструкция изображения

мозга.

Рис. 11.34. Серия томограмм (позитронная двухфотонная эмиссионная томогра­фия). Очаги инфаркта в головном мозге (указаны стрелками).

нам, доступно лишь ограниченному числу медицинских центров, в основ­ном крупным научно-исследовательским институтам.

Сканирование предназначено для тех же целей, что и сцинтиграфия, т.е. для получения радионуклидного изображения. Однако в детекторе сканера имеется сцинтилляционный кристалл сравнительно небольших размеров,

несколько сантиметров в диаметре, поэтому для обозрения всего исследуе­мого органа приходится перемещать этот кристалл последовательно строка за строкой (например, как электронный пучок в электронно-лучевой труб­ке). Движения эти медленные, вследствие чего продолжительность иссле­дования составляет десятки минут, иногда 1 ч и более. Качество получае­мого при этом изображения низкое, а оценка функции - лишь приблизи­тельная. По этим причинам сканирование в радионуклидной диагностике применяют редко, в основном там, где отсутствуют гамма-камеры.

Для регистрации функциональных процессов в органах — накопле­ния, выведения или прохождения по ним РФП — в некоторых лаборато­риях применяют радиографию. Радиограф имеет один или несколько сцинтилляционных датчиков, которые устанавливают над поверхностью тела пациента. При введении в организм больного РФП эти датчики улав­ливают гамма-излучение радионуклида и преобразуют его в электричес­кий сигнал, который затем записывается на диаграммной бумаге в виде кривых.

Однако простота устройства радиографа и всего исследования в целом перечеркивается весьма существенным недостатком — низкой точностью исследования. Дело в том, что при радиографии в отличие от сцинтиграфии очень трудно соблюсти правильную «геометрию счета», т.е. расположить детектор точно над поверхностью исследуемого органа. В результате подоб­ной неточности детектор радиографа часто «видит» не то, что нужно, и эф­фективность исследования оказывается низкой.

Под клинической радиометрией понимают измерение радиоактивности всего тела или его части после введения в организм РФП. Обычно в кли­нической практике используют гамма-излучающие радионуклиды. После введения в организм РФП, содержащего такой радионуклид, его излуче­ния улавливаются сцинтилляционным детектором, расположенным над соответствующей частью тела пациента. Результаты исследования обычно представляются на световом табло в виде количества импульсов, зареги­стрированных за определенный промежуток времени, либо в виде скорос­ти счета (в импульсах в минуту). В клинической практике данный метод не имеет большого значения. Обычно его используют в тех случаях, когда необходимо выявить и оценить инкорпорацию радионуклидов при слу­чайном их попадании в организм человека — пб неосторожности, при ка­тастрофах.

Более интересный метод — радиометрия всего тела. При ее проведении человека помещают в специальную низкофоновую камеру, содержащую не­сколько специально ориентированных сцинтилляционных детекторов. Это позволяет регистрировать радиоактивное излучение всего тела, причем в условиях минимального влияния естественного радиоактивного фона, ко­торый, как известно, в некоторых областях поверхности Земли может быть весьма высоким. Если во время выполнения радиометрии закрыть свинцо­вой пластиной какую-либо часть тела (орган), то можно оценить вклад именно этой части тела (или располагающегося под пластинкой органа) в общую радиоактивность организма. Таким путем удается изучить мета­болизм белков, витаминов, железа, определить объем внеклеточной воды. Этот метод применяют также при обследовании людей со случайной инкорпорацией радионуклидов (вместо обычной клинической радиоме­трии).

рис. 11.35. Аппаратура для радиоиммунологического анализа.

Для лабораторной радиометрии используют автоматизированные ра­диометры (счетчики проб; рис. 11.35). В них на конвейере располагают­ся пробирки с радиоактивным материалом. Под управлением микро­процессора пробирки автоматически подаются к окну колодезного счетчика; после выполнения радиометрии происходит автоматическая смена пробирок. Результаты измерения подсчитываются в компьютере, и после соответствующей обработки они поступают на печатающее устройство. В современных радиометрах в автоматическом режиме производятся сложные расчеты, и врач получает готовую информацию, например о концентрации в крови гормонов и ферментов с указанием точности выполненных измерений. Если объем работы по лаборатор­ной радиометрии невелик, то применяют более простые радиометры с ручным перемещением пробирок и выполнением радиометрии вруч­ную, в неавтоматическом режиме.

Радионуклидная диагностика in vitro (от лат. vitrum — стекло, по­скольку все исследования проводят в пробирках) относится к микро­анализу и занимает пограничное положение между радиологией и кли­нической биохимией. Она позволяет обнаружить присутствие в биоло­гических жидкостях (кровь, моча) различных веществ эндогенного и экзогенного происхождения, находящихся там в ничтожно малых или, как говорят химики, исчезающих концентрациях. К таким веществам относятся гормоны, ферменты, лекарственные препараты, введенные в организм с лечебной целью, и др.

При различных заболеваниях, например при раке или инфаркте мио­карда, в организме появляются вещества, специфические для этих заболе­ваний, их называют маркерами (от англ. mark — метка). Концентрация маркеров столь же ничтожно мала, как и гормонов: буквально единичные молекулы в 1 мл крови.

Все эти уникальные по своей точности исследования могут быть вы­полнены с применением радиоиммунологического анализа, разработанного в 1960 г. американскими исследователями С. Берсоном и Р. Ялоу, которым впоследствии за эту работу была присуждена Нобелевская премия. Широ­кое внедрение его в клиническую практику ознаменовало собою революци­онный скачок в микроанализе и радионуклидной диагностике. Впервые врачи получили возможность, причем весьма реальную, расшифровывать механизмы развития многих заболеваний и диагностировать их на самых ранних стадиях. Наиболее зримо ощутили значение нового метода эндо­кринологи, терапевты, акушеры, педиатры¹.

Принцип радиоиммунологического метода состоит в конкурентном связывании искомых стабильных и аналогичных им меченых веществ со специфической воспринимающей системой.

Для выполнения такого анализа выпускают стандартные наборы реа­гентов, каждый из которых предназначен для определения концентрации какого-либо одного конкретного вещества.

Схема радиоиммунологического исследования представлена на рис. 11.36. Как видно на рисунке, связывающая система (чаще всего это специ­фические антитела или антисыворотка) вступает во взаимодействие одно­временно с двумя антигенами, один из которых искомый, другой — его ме­ченый аналог. В качестве метки по ряду соображений наиболее часто ис­пользуют гамма-излучатель ^,251, реже — бета-излучатель ³Н. Применяют растворы, в которых меченого антигена содержится всегда больше, чем антител. В этом случае разыгрывается настоящая борьба меченого и неме­ченого антигенов за связь с антителами. Последние относятся к иммуно­глобулинам класса G.

Они должны быть узкоспецифическими, т.е. реагировать только с ис­следуемым антигеном. Антитела акцептируют на своих открытых связыва­ющих местах (сайтах) лишь специфичные для них антигены, причем в ко­личествах, пропорциональных количеству антигенов. Этот механизм образ­но описывают как феномен «замка и ключа»: чем больше исходное содер­жание искомого антигена в реагирующих растворах, тем меньше радиоак­тивного аналога антигена будет захвачено связывающей системой и тем большая его часть останется несвязанной.

Одновременно с определением концентрации искомого вещества в крови пациента в тех же условиях и с теми же реагентами проводят иссле­дование стандартных сывороток с точно установленной концентрацией ис­комого антигена. По соотношению радиоактивностей прореагировавших компонентов строят калибровочную кривую, отражающую зависимость ра­диоактивности пробы от концентрации исследуемого вещества. Затем, со­поставляя радиоактивность проб материала, полученного от пациента, с ка­либровочной кривой, определяют концентрацию искомого вещества в пробе.

• Подробнее см.: Гринин А.С., Рыбаков С.С. Радиоиммунологический анализ.— М.: Энергоатомиздат, 1984; Ткачева ГЛ., Балабоякин М.И., Ларичева #//• Ра­диоиммунологические методы исследования.— М.: Медицина, 1983; Нард /. Радиоиммунологический анализ: Пер. с англ.— М.: Мир, 1981.

Исследуемое вещество

Меченый аналог исследуемого вещества

Л

0.

Концентрация

Рис. 11.36. Схема выполнения радиоиммунологического анализа.

Радионуклидный анализ in vitro стали называть радиоиммунологичес­ким, поскольку он основан на использовании иммунологических реак­ций антиген—антитело. Однако в дальнейшем были созданы другие близкие по целям и методике» но различающиеся по деталям виды ис­следования in vitro. Так, если в качестве меченой субстанции применя­ют антитело, а не антиген, анализ называют иммунорадиометрическим; если же в качестве связывающей системы взяты тканевые рецепторы, говорят о радиореиепторном анализе.

Радионуклидное исследование в пробирке состоит из 4 этапов (рис. 11.37).

Первый этап — смешивание анализируемой биологической пробы с ре­агентами из набора, содержащего антисыворотку (антитела) и связываю­щую систему. Все манипуляции с растворами проводят специальными полуавтоматическими микропипетками, в некоторых лабораториях их осу­ществляют с помощью автоматов.

Второй этой — инкубация смеси. Она продолжается до достижения ди­намического равновесия: в зависимости от специфичности антигена ее

Рис. 11.37. Этапы радиоиммунологи­ческого анализа.