МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЯВЛЕНИИ

РАДИОАКТИВНОСТИ

Методы анализа, основанные на явлении и эффектах радиоактив­ности, используют вещества-радиоизотопы, способные спонтанно или вынужденно распадаться с получением из ядра корпускулярного или электромагнитного излучения. Число радиоизотопов в настоящее вре­мя превышает 1100.

Сущность использования изотопов заключается во введении их в исследуемую систему и контроле перемещения или концентрирования в процессе функционирования данной системы. По распределению ра­диоизотопов в образце можно выявлять области с большей или мень­шей относительной концентрацией интересующих исследователя со­единений, определять размеры этих областей, изучать особенности протекания реакций/Введение активных изотопов в соединения и ре­гистрация их, а также вторичных излучений позволяют получать ин­формацию о составе и структуре исследуемых сред. Радиоизотопный метод приобрел большое значение для медико-биологических лабора­торий, где с его помощью уже можно определить более 50 различных биологических соединений. Основным преимуществом радиоизотопно­го метода по сравнению с другими является возможность изучения равновесных биологических процессов без нарушения их химического равновесия.

Все медико-диагностические радиоизотопные методики исследова­ния можно разделить на две группы:

— in vivo — осуществляются на целом организме человека;

— in vitro — проводятся в предварительно отобранной из организ­ма пробе.

Все исследования биопроб можно также разделить на два типа в зависимости от способа введения радиоактивного (РА) препарата: в первом случае РА-вещество предварительно вводится в организм, по­сле чего уровень радиоактивности через определенное время измеряет­ся в отобранной пробе (например, в крови); во втором — РА-препарат в организм вообще не вводится, а служит маркером для выявления конкретного компонента пробы (например, радиоиммунологический).

При выборе типа радиоизотопа должны выполняться некоторые специфические требования:

— учет характерности соединения для изучаемых процессов, кото­рая выражается тропностью — отношением концентрации вводимого вещества к естественной концентрации этого вещества в исследуемой биопробе;

— минимальная токсичность соединений для исследователей, что определяет концентрацию используемых радиоизотопов;

— обязательный контроль процессов взаимодействия вводимого радиоизотопного индикатора с компонентами соединений;

— учет естественной убыли активности изотопа при анализе ре­зультатов (определяется временем полураспада Т_0,5).

Для регистрации активности радиоизотопов используются методы спектроскопии ионизирующих соединений.

Одним из вариантов радиоизотопного метода является авторадио­графия ,в основе которой лежит фотохимический процесс. Ве­щество биопробы, содержащее предварительно введенные радиоизото­пы, приводится в соприкосновение с фотоэмульсией на пленке. Интен­сивность почернения эмульсии пропорциональна концентрации иссле­дуемого компонента. Количественные измерения проводят на денсито­метрах после проявления пленки.

При исследованиях жидких проб их необходимо предварительно подготовить. С этой целью пробу наносят на подложку (чаще всего стеклянную). Затем препарат окрашивают красителями, содержащими радиоактивные изотопы. Эти вещества концентрируются на отдельных участках в соответствии с зонами исследуемого вещества.

Основной характеристикой метода является разрешающая способ­ность, которая определяется как линейное расстояние между двумя то­чечными источниками излучения, различаемыми как отдельные на проявленной пленке. На достоверность авторадиограммы влияют каче­ство фотоэмульсии, расстояние от поверхности образца до пленки, а также вид излучения. Альфа-излучение вызывает сильную ионизацию эмульсии, но оно токсично; а бета-излучение дает расплывчатое изо­бражение. Широкое распространение получило гамма-излучение, хотя оно имеет более низкую ионизирующую способность.

Метод гамма-резонансной спектроскопии (ГРСС) основан на изучении зависимости числа гамма-квантов, прошедших через образец (т. е. интенсивности поглощенного гамма-излучения), от частоты из­лучения гамма-квантов РА-изотопом.

Метод позволяет получить необходимые сведения о строении мо­лекул. Разная частота излучения создается изменением скорости пере­мещения источника гамма-излучения относительно образца (эффект Доплера). При определенной частоте гамма-излучения ядра атомов, поглощая гамма-кванты, переходят из нормального состояния в возбу­жденное. В спектре этому эффекту соответствует минимум пропуска­ния (рис. 4.12.).

Эффект Мессбауэра, на котором основана гамма-спектроскопия, заключается в том, что относительная энергия основного и возбуж­денного состояний ядра атома зависит от электронной плотности около него. Поэтому метод оказывается чувствительным при изуче­нии строения электронных оболочек атомов в различных химических соединениях.

Как уже отмечалось, при исследовании структуры и свойств моле­кул, взаимодействия молекул в растворах, процессов ассоциации моле­кул находит применение флуоресцентный анализ. Одной из разновид­ностью этого метода является рентгенофлуоресцентный анализ .Такие характеристики, как спектр излучения и длительность, не зависят от вида возбуждения. Флуоресценция с помощью радиоак­тивных веществ подкупает простотой своей технической реализации, поэтому она нашла применение при исследовании многих жидких био­проб и структуры биологических микрообъектов.

Рис. 4.12. Типичный спектр для гамма-резонансной спектроскопии

Весьма чувствительным (нанограммы вещества и менее на 1 мл пробы) и специфичным методом исследования некоторых биологиче­ских веществ (в частности, антигенов и антител) в жидких пробах яв­ляется радиоиммунологический анализ , технологическая процедура которого подробно рассмотрена ранее. Принцип РИА со­стоит в применении радиоактивного изотопа, который действует как маркер исследуемого вещества. Оценка результата производится коли­чественно с помощью различных счетчиков радиоактивности.

Принципиальным для радиоиммунологического исследования явля­ется введение в анализируемую смесь специфического реагента в оп­ределенной концентрации. В зависимости от этого реагента различают несколько модификаций метода. Так при введении специфических свя­зывающих белков проводится конкурентный белковосвязный анализ ;при введении специфических энзимов—радиоэнзимный анализ : при введении специфических микроорганизмов—ра­диомикробиологический анализ и т.п.