темный фон, а где сильное – светлый1. Так, костная ткань гораздо сильнее поглощает рентгеновское излучение, чем мышечная, поэтому на фотопленке кости будут светлее остальных частей организма, см. рис. 23 с рентгеновским снимком рыбы. Этот метод рентгенодиагностики называется рентгенографией. При проведении процедуры пациент располагается так, чтобы снимаемый объект (например, зуб, конечность или органы грудной клетки) находился между рентгеновской трубкой и кассетой с рентгеновской пленкой.

Рентгенография используется в диагностике костного аппарата человека и животных для выявления переломов, вывихов, костных наростов, а также выяснения состояния зубов. Можно диагностировать и мягкие ткани, например, легкие на предмет пневмонии или плеврита. Гнойная жидкость хорошо поглощает рентгеновское излучение и пораженные участки легкого на пленке гораздо светлее здоровых (при остром заболевании почти прозрачные). Если же исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные контрастные вещества. Так, например, наполнив желудок и кишечник кашеобразной массой сульфата бария, можно видеть их теневое изображение.

При проведении диагностических процедур всегда надо помнить, что рентгеновское излучение является ионизирующим. Фотоны рентгеновского излучения выбивают электроны из молекул ДНК и РНК, белковых и всех других биомолекул. Это приводит к ошибкам в репликации и транскрипции, а также росту концентрации свободных радикалов в организме. Возникают мутации и онкологические заболевания. Доза излучения во время одного сеанса рентгенографии достаточно мала и безопасна, но если эти сеансы проводятся слишком часто, организм может в целом получить запредельную дозу излучения. Особенно вредно облучение для молодого растущего организма.

§ 12. Использование радиоактивных изотопов в диагностике и лечении

Свойство некоторых веществ самопроизвольно испускать ионизирующее излучение называют радиоактивностью, а сами вещества радиоактивными. Это в основном изотопы. Изотопами называют элементы, у которых в ядре избыток или недостаток нейтронов (по сравнению с элементом таблицы Менделеева). Почти каждый элемент имеет изотопы.

Существует несколько видов радиоактивности: α-распад, когда ядро испускает α-частицу (ядро He2+); β-распад, когда ядро испускает электрон е– или позитрон е+, или захватывает электрон (К-захват); γ-излучение, когда ядро излучает γ-кванты (жесткое электромагнитное излучение предельно малой длины волны 10–10 – 10–13 м) при переходе из возбужденного в более низкое энергетическое состояние.

1 На рентгеновской пленке или экране получается негативное изображение: светлые участки соответствуют слабой засветке пленки, а темные участки – сильной. В лексиконе врачей светлые участки называются «затемнениями», а темные – «просветлениями».

38

Согласно закону радиоактивного распада количество радиоактивных ядер экспоненциально убывает со временем, и активность образца уменьшается. В связи с этим любой радиоактивный изотоп характеризуется периодом полураспада – временем, за которое количество радиоактивных ядер уменьшается в 2 раза. Если период полураспада маленький, распад идет быстро, если большой – медленно.

В медицинской и ветеринарной практике радиоактивные ядра используются с диагностическими и исследовательскими целями. Здесь радиоак-

тивные ядра называют радиоактивными индикаторами или мечеными ато-

мами. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения радиоактивных изотопов для лечения. Сюда же можно отнести и бактерицидное действие излучения.

Метод меченых атомов (метод радиоактивных индикаторов).

Сущность метода состоит в следующем. Микроскопическую дозу радиоактивного изотопа (обычно с небольшим периодом полураспада) вводят в

один из участков исследуемой системы, например, в корм животного или же непосредственно в ткань инъекцией. Затем с помощью дозиметра (счетчика радиоактивного излучения) по интенсивности излучения наблюдают за перемещением введенного изотопа в данной системе. Анализируя результаты этих наблюдений, получают довольно ценные сведения о процессах обмена веществ в живом организме.

Приведем несколько примеров.

Для диагностирования заболевания щитовидной железы в организм вводят радиоактивный йод 131I, который накапливается в этой железе. По скорости накопления радиоактивного йода, которая измеряется специальными дозиметрами, можно сделать диагностический вывод о состоянии щитовидной железы. Рак щитовидной железы часто сопровождается метастазами в разные органы. Радиоактивный йод, попавший в них, дает информацию о местах нахождения и ориентировочных размерах метастаз.

Для определения местоположения радиоактивных изотопов в организме в настоящее время используют усовершенствованные дозиметры, назы-

ваемые гамма-топографами (сцинтиграфами). Они автоматически регист-

рируют распределение интенсивности излучения радиоактивного препарата и определяют его локализацию. Современный сцинтиграф представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного, передавая данные об интенсивности излучения на компьютер, на дисплее которого формируется изображение участков организма, где концентрируются изотопы.

Гамма-топограф дает достаточно грубую картину распределения радиоактивных ядер в организме. Эти исследования обычно дополняют радиоавтографированием: к исследуемому объекту прикладывают фотопластинку. Под действием радиоактивного излучения фотопластинка засвечивается сильнее или слабее в зависимости от интенсивности излучения. После проявления на фотопластинке появляется картина распределения радиоактивных

39

изотопов – радиоавтограф. По степени почернения различных участков радиоавтографа можно судить о распределении изотопов в организме. При этом самые темные участки соответствуют максимальной концентрации радиоактивного изотопа.

Еще один пример. Объемы жидкостей в живом организме измерить непосредственно очень трудно. Метод меченых атомов позволяет решить эту задачу. Так, например, вводя определенное количество радиоактивного индикатора в кровь и выдержав время для его равномерного распределения в кровеносной системе, можно по активности единицы объема крови найти ее общий объем. Подобным образом можно оценить скорость образования уксусной кислоты в рубце жвачных животных, например, коров. Через фистулу в рубец коровы вводят раствор меченой уксусной кислоты, содержащей радиоактивный изотоп углерода 14С. Затем через определенные промежутки времени отбирают пробы уксусной кислоты из содержимого рубца и определяют их удельную активность. Со временем удельная активность снижается из-за непрерывного образования в содержимом рубца новых порций нерадиоактивной уксусной кислоты. По скорости уменьшения активности уксусной кислоты находят скорость ее образования.

Кроме того, с помощью метода меченых атомов успешно изучаются такие важные в сельскохозяйственном производстве вопросы как питание сельскохозяйственных животных, синтез молочного жира и мышечных белков, миграция насекомых, действие инсектицидов и др.

Заканчивая разговор о методе меченых атомов, еще раз отметим, что радиоактивные изотопы в живой организм вводятся в таком микроскопическом количестве, что ни они, ни продукты их распада практически не наносят вреда организму.

Лечебное применение радиоактивных изотопов.

Лечебное применение радиоактивных ядер в основном связано с использованием γ-излучения (гамма-терапия). Гамма установка состоит из источника (обычно радиоактивного изотопа 60Со) в защитном контейнере. Пациент размещается на столе. γ-излучение высокой энергии разрушает глубоко расположенные опухоли, причем поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию.

Терапевтическое применение имеют и α-частицы (альфа-терапия). Они обладают сильным ионизирующим действием, но небольшой проникающей способностью (поглощаются слоем биологической ткани 0,12 мм). Поэтому использование α-распада эффективно лишь при введении α-радиоактивного препарата внутрь органа непосредственно на опухоль. Препарат вводят с помощью иглы.

40

Рекомендуемая литература

Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии. – М.: Дрофа, 2007. Гаврилов Л.Р., Цирульников Е.М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине. – Л.: Наука, 1980.

Журавлев А.И., Белановский А.С. и др. Основы физики и биофизики. – М.:

Мир, 2008.

Иванов И.В. Основы физики и биофизики. – Калуга, 2011.

Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики. – М.: Дрофа, 2006.

Рис Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию. – М.: Мир, 2002. Рубин А.В. Биофизика, в 2-х т. – М.: Высшая школа, 1987.

41