Studio con radionuclidi

Storia della scoperta della diagnostica radionuclidica

La distanza tra i laboratori di fisica, dove gli scienziati registravano le tracce delle particelle nucleari, e la pratica clinica quotidiana sembrava deprimentemente grande. L'idea stessa di utilizzare i fenomeni di fisica nucleare per esaminare i pazienti poteva sembrare, se non folle, almeno favolosa. Tuttavia, questa fu l'idea nata dagli esperimenti dello scienziato ungherese D. Hevesi, che in seguito vinse il Premio Nobel. Un giorno d'autunno del 1912, E. Rutherford gli mostrò una pila di cloruro di piombo che giaceva nel seminterrato del laboratorio e gli disse: "Ecco, prenditi cura di questa pila. Cerca di isolare il radio D dal sale di piombo".

Dopo numerosi esperimenti condotti da D. Hevesi insieme al chimico austriaco A. Paneth, divenne chiaro che era impossibile separare chimicamente il piombo e il radio D, poiché non erano elementi separati, ma isotopi di un unico elemento: il piombo. Differiscono solo per il fatto che uno dei due è radioattivo. Durante il decadimento, emette radiazioni ionizzanti. Ciò significa che un isotopo radioattivo, un radionuclide, può essere utilizzato come marcatore per studiare il comportamento del suo gemello non radioattivo.

Si aprirono prospettive affascinanti per i medici: l'introduzione di radionuclidi nel corpo del paziente e il monitoraggio della loro posizione mediante dispositivi radiometrici. In un tempo relativamente breve, la diagnostica con radionuclidi divenne una disciplina medica indipendente. All'estero, la diagnostica con radionuclidi, in combinazione con l'uso terapeutico dei radionuclidi, è chiamata medicina nucleare.

Il metodo dei radionuclidi è un metodo di studio dello stato funzionale e morfologico di organi e apparati utilizzando radionuclidi e indicatori marcati con essi. Questi indicatori, chiamati radiofarmaci (RP), vengono introdotti nel corpo del paziente e, utilizzando diversi dispositivi, vengono determinati la velocità e la natura del loro movimento, fissazione e rimozione da organi e tessuti.

Inoltre, campioni di tessuto, sangue e secrezioni dei pazienti possono essere utilizzati per la radiometria. Nonostante l'introduzione di quantità trascurabili dell'indicatore (centesimi e millesimi di microgrammo) che non influenzano il normale corso dei processi vitali, il metodo presenta una sensibilità eccezionalmente elevata.

Un radiofarmaco è un composto chimico approvato per la somministrazione all'uomo a scopo diagnostico e che contiene un radionuclide nella sua molecola. Il radionuclide deve avere uno spettro di radiazione di una certa energia, causare un'esposizione minima alle radiazioni e riflettere le condizioni dell'organo esaminato.

A questo proposito, un radiofarmaco viene selezionato tenendo conto delle sue proprietà farmacodinamiche (comportamento nell'organismo) e fisico-nucleari. La farmacodinamica di un radiofarmaco è determinata dal composto chimico sulla base del quale viene sintetizzato. Le possibilità di registrare una richiesta di offerta (RFP) dipendono dal tipo di decadimento del radionuclide con cui è marcato.

Nella scelta di un radiofarmaco da esaminare, il medico deve innanzitutto considerare il suo orientamento fisiologico e la sua farmacodinamica. Consideriamo questo aspetto con l'esempio dell'introduzione di un radiofarmaco nel sangue. Dopo l'iniezione in vena, il radiofarmaco viene inizialmente distribuito uniformemente nel sangue e trasportato a tutti gli organi e tessuti. Se il medico è interessato all'emodinamica e al riempimento ematico degli organi, sceglierà un indicatore che circoli a lungo nel flusso sanguigno, senza oltrepassare le pareti dei vasi sanguigni nei tessuti circostanti (ad esempio, l'albumina sierica umana). Nell'esame del fegato, il medico preferirà un composto chimico che venga catturato selettivamente da questo organo. Alcune sostanze vengono catturate dal sangue dai reni ed escrete nelle urine, quindi vengono utilizzate per esaminare i reni e le vie urinarie. Alcuni radiofarmaci sono insensibili al tessuto osseo, il che li rende indispensabili per l'esame dell'apparato muscolo-scheletrico. Studiando i tempi di trasporto e la natura della distribuzione e dell'eliminazione del radiofarmaco dall'organismo, il medico valuta lo stato funzionale e le caratteristiche strutturali e topografiche di questi organi.

Tuttavia, non è sufficiente considerare solo la farmacodinamica di un radiofarmaco. È necessario tenere conto delle proprietà fisico-nucleari del radionuclide incluso nella sua composizione. Innanzitutto, deve avere un determinato spettro di radiazione. Per ottenere un'immagine degli organi, vengono utilizzati solo radionuclidi che emettono raggi γ o radiazioni caratteristiche dei raggi X, poiché queste radiazioni possono essere registrate con una rivelazione esterna. Maggiore è il numero di quanti γ o di quanti di raggi X formati durante il decadimento radioattivo, maggiore è l'efficacia diagnostica di questo radiofarmaco. Allo stesso tempo, il radionuclide dovrebbe emettere la minor quantità possibile di radiazioni corpuscolari, ovvero elettroni che vengono assorbiti nel corpo del paziente e non contribuiscono all'acquisizione dell'immagine degli organi. Da questo punto di vista, sono preferibili i radionuclidi con una trasformazione nucleare di tipo isomerico.

I radionuclidi con un'emivita di diverse decine di giorni sono considerati a lunga vita, diversi giorni a vita media, diverse ore a vita breve, diversi minuti a vita ultrabreve. Per ovvie ragioni, si tende a utilizzare radionuclidi a vita breve. L'uso di radionuclidi a vita media e soprattutto a lunga vita è associato a una maggiore esposizione alle radiazioni, mentre l'uso di radionuclidi a vita ultrabreve è difficile per motivi tecnici.

Esistono diversi modi per ottenere radionuclidi. Alcuni si formano nei reattori, altri negli acceleratori. Tuttavia, il metodo più comune per ottenere radionuclidi è il metodo del generatore, ovvero la produzione di radionuclidi direttamente nel laboratorio di diagnostica dei radionuclidi utilizzando generatori.

Un parametro molto importante di un radionuclide è l'energia dei quanti di radiazione elettromagnetica. I quanti a bassissima energia vengono trattenuti nei tessuti e, pertanto, non raggiungono il rivelatore di un dispositivo radiometrico. I quanti ad altissima energia attraversano parzialmente il rivelatore, quindi anche la loro efficienza di registrazione è bassa. L'intervallo ottimale di energia quantica nella diagnostica dei radionuclidi è considerato compreso tra 70 e 200 keV.

Un requisito importante per un radiofarmaco è la minima esposizione alle radiazioni durante la sua somministrazione. È noto che l'attività del radionuclide applicato diminuisce a causa di due fattori: il decadimento dei suoi atomi, ovvero un processo fisico, e la sua eliminazione dall'organismo, ovvero un processo biologico. Il tempo di decadimento di metà degli atomi del radionuclide è chiamato emivita fisica T½. Il tempo durante il quale l'attività del farmaco introdotto nell'organismo si dimezza a causa della sua eliminazione è chiamato emivita biologica. Il tempo durante il quale l'attività del radiofarmaco introdotto nell'organismo si dimezza a causa del decadimento fisico e dell'eliminazione è chiamato emivita effettiva (Ef).

Per gli studi diagnostici con radionuclidi, si cerca di scegliere un radiofarmaco con il T½ più breve. Ciò è comprensibile, poiché il carico di radiazioni sul paziente dipende da questo parametro. Tuttavia, anche un'emivita fisica molto breve è sconveniente: è necessario avere il tempo di consegnare il radiofarmaco al laboratorio ed eseguire l'esame. La regola generale è: il Tdar del farmaco dovrebbe essere prossimo alla durata della procedura diagnostica.

Come già accennato, attualmente i laboratori utilizzano più spesso il metodo del generatore per ottenere radionuclidi, e nel 90-95% dei casi si tratta del radionuclide ^99mTc, utilizzato per marcare la stragrande maggioranza dei radiofarmaci. Oltre al tecnezio radioattivo, vengono utilizzati anche ^133Xe, ^67Ga e, molto raramente, altri radionuclidi.

Radiofarmaci più frequentemente utilizzati nella pratica clinica.

Richiesta di proposta	Ambito di applicazione
99m Tc-albumina	Studio del flusso sanguigno
99m eritrociti marcati con Tc	Studio del flusso sanguigno
99m Tc-colloide (technifit)	Esame del fegato
99m Tc-butil-IDA (bromoside)	Esame del sistema biliare
99m Tc-pirofosfato (technifor)	Esame scheletrico
99m Ts-MAA	Esame polmonare
133 Lui	Esame polmonare
67 Ga-citrato	Farmaco tumoritropico, esame cardiaco
99m Ts-sestamibi	Farmaco tumoritropico
Anticorpi monoclonali 99m Tc	Farmaco tumoritropico
201 T1-cloruro	Ricerca su cuore e cervello, farmaco tumorotropico
99m Tc-DMSA (technemek)	Esame renale
131 T-hippuran	Esame renale
99 Tc-DTPA (pentatech)	Esame dei reni e dei vasi sanguigni
99m Tc-MAG-3 (technemag)	Esame renale
99m Tc-pertecnetato	Esame della tiroide e delle ghiandole salivari
18 F-DG	Ricerca sul cervello e sul cuore
123 I-MIBG	Esame della ghiandola surrenale

Sono stati sviluppati diversi dispositivi diagnostici per eseguire studi sui radionuclidi. Indipendentemente dal loro scopo specifico, tutti questi dispositivi sono progettati secondo un unico principio: sono dotati di un rivelatore che converte le radiazioni ionizzanti in impulsi elettrici, di un'unità di elaborazione elettronica e di un'unità di presentazione dei dati. Molti dispositivi radiodiagnostici sono dotati di computer e microprocessori.

Gli scintillatori o, meno comunemente, i contatori di gas vengono solitamente utilizzati come rivelatori. Uno scintillatore è una sostanza in cui si verificano lampi di luce, o scintillazioni, sotto l'azione di particelle o fotoni a carica rapida. Queste scintillazioni vengono catturate da tubi fotomoltiplicatori (PMT), che convertono i lampi di luce in segnali elettrici. Il cristallo di scintillazione e il PMT sono inseriti in un involucro metallico protettivo, un collimatore, che limita il "campo visivo" del cristallo alle dimensioni dell'organo o della parte del corpo in studio.

Di solito, un dispositivo radiodiagnostico è dotato di diversi collimatori sostituibili, selezionati dal medico in base agli obiettivi dell'indagine. Il collimatore presenta uno o più fori grandi attraverso i quali la radiazione radioattiva penetra nel rivelatore. In linea di principio, maggiore è il foro nel collimatore, maggiore è la sensibilità del rivelatore, ovvero la sua capacità di registrare le radiazioni ionizzanti, ma allo stesso tempo la sua risoluzione, ovvero la capacità di distinguere separatamente piccole sorgenti di radiazioni, è inferiore. I collimatori moderni presentano diverse decine di piccoli fori, la cui posizione viene scelta tenendo conto della "visione" ottimale dell'oggetto di studio! Nei dispositivi progettati per determinare la radioattività di campioni biologici, vengono utilizzati rivelatori a scintillazione sotto forma di cosiddetti contatori a pozzetto. All'interno del cristallo è presente un canale cilindrico in cui viene inserita una provetta con il materiale in esame. Tale design del rivelatore aumenta significativamente la sua capacità di catturare radiazioni deboli dai campioni biologici. Gli scintillatori liquidi vengono utilizzati per misurare la radioattività di fluidi biologici contenenti radionuclidi con radiazioni β morbide.

Tutti gli studi diagnostici sui radionuclidi si dividono in due grandi gruppi: studi in cui il radiofarmaco viene introdotto nel corpo del paziente (studi in vivo) e studi sul sangue, sui frammenti di tessuto e sulle secrezioni del paziente (studi in vitro).

Qualsiasi studio in vivo richiede la preparazione psicologica del paziente. È necessario spiegargli lo scopo della procedura, la sua importanza ai fini diagnostici e la procedura stessa. È particolarmente importante sottolineare la sicurezza dello studio. Di norma, non è richiesta una preparazione specifica. Il paziente deve solo essere informato sul suo comportamento durante lo studio. Gli studi in vivo utilizzano vari metodi di somministrazione del radiofarmaco a seconda degli obiettivi della procedura. La maggior parte dei metodi prevede l'iniezione del radiofarmaco principalmente in vena, molto meno spesso in un'arteria, nel parenchima di un organo o in altri tessuti. Il radiofarmaco viene utilizzato anche per via orale e per inalazione.

Le indicazioni all'esame radiologico sono determinate dal medico curante dopo aver consultato un radiologo. Di norma, l'esame viene eseguito dopo altre procedure cliniche, di laboratorio e di radioterapia non invasiva, quando emerge chiaramente la necessità di dati radiologici sulla funzione e la morfologia di un particolare organo.

Non esistono controindicazioni alla diagnostica con radionuclidi, esistono solo le restrizioni previste dalle disposizioni del Ministero della Salute.

Tra i metodi basati sui radionuclidi si distinguono: metodi di visualizzazione dei radionuclidi, radiografia, radiometria clinica e di laboratorio.

Il termine "visualizzazione" deriva dall'inglese "vision" (visione). Indica l'ottenimento di un'immagine, in questo caso utilizzando nuclidi radioattivi. La visualizzazione di radionuclidi consiste nella creazione di un'immagine della distribuzione spaziale del radiofarmaco negli organi e nei tessuti quando viene introdotto nel corpo del paziente. Il metodo principale di visualizzazione di radionuclidi è la scintigrafia gamma (o semplicemente scintigrafia), che viene eseguita su un dispositivo chiamato gamma camera. Una variante della scintigrafia eseguita su una speciale gamma camera (con un rivelatore mobile) è la visualizzazione di radionuclidi strato per strato: la tomografia a emissione di singolo fotone. Raramente, principalmente a causa della complessità tecnica dell'ottenimento di radionuclidi a emissione di positroni a vita ultrabreve, viene eseguita anche la tomografia a emissione di due fotoni su una speciale gamma camera. Talvolta viene utilizzato un metodo obsoleto di visualizzazione di radionuclidi: la scansione; questa viene eseguita su un dispositivo chiamato scanner.

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