59. Изотопы. Радиоактивные изотопы в медицине. Проблема стронция 90

Стронций (Strontium, Sr) — химический элемент II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Щелочноземельный металл: порядковый номер 38, атомный вес 87,62. Стронций имеет 4 стабильных изотопа с массовыми числами 84, 86, 87, 88 и несколько радиоактивных изотопов. В земной коре содержится в небольших количествах. Стронций может концентрироваться животными и  растительными организмами, при этом у животных и человека он отлагается главным образом в костях в виде фосфата. В медицине наибольшее применение получил радиоактивный изотоп стронция — Sr⁹⁰, который при распаде (Т = 28,4 года) испускает бета-частицы с энергией 0,535 Мэв (см. Бета-излучение). Sr⁹⁰ применяют для лучевой терапии (см.) методом аппликации при болезнях глаз (опухоли) и поверхностных поражениях кожи и слизистых оболочек (капиллярные ангиомы, гиперкератозы, болезнь Боуэна, эрозии, лейкоплакии и др.). Малопроникающее бета-излучение Sr⁹⁰ в основном оказывает воздействие на Поверхностно расположенные патологические очаги, тогда как глубже расположенные здоровые ткани остаются неповрежденными. Доза излучения от стронциевого аппликатора, помещенного на кожу, составляет на глубине 5 мм всего лишь 2,8%. Токсикологическое значение имеют радиоактивные изотопы стронция, образующиеся в ядерных реакторах (см. Реакторы ядерные) и при взрывах атомных бомб (см. Радиоактивные осадки). Стронций радиоактивный, образовавшийся при взрывах, попадает в почву и воду, усваивается растениями и затем с растительной пищей или с молоком животных, питающихся этими растениями, проникает в организм человека. В организме радиоактивный стронций концентрируется в костях и прочно фиксируется там. Эффективный период (см.) полувыведения Sr⁹⁰ из организма человека составляет 15,3 года. Таким образом, в организме создается постоянный очаг радиоактивности, воздействующий на костную ткань и костный мозг. Исходом такого облучения в отдаленные сроки могут быть лучевые остеосаркомы и лейкозы. При попадании больших количеств радиоактивного стронция в организм имеется опасность развития острого лучевого поражения; длительное поступление в малых дозах может вызвать хроническую форму лучевой болезни (см.). Работа со стронцием радиоактивным должна проводиться с большой осторожностью. Меры защиты от попадания стронция радиоактивного внутрь организма (см. Атомная промышленность. Противолучевая защита, физическая). ИЗОТОПЫ РАДИОАКТИВНЫЕ — неустойчивые разновидности атомов химических элементов, самопро­извольно превращающиеся в результате радиоактив­ного распада в атомы других элементов. Атомы — мельчайшие частицы химических элементов — состоят из атомного ядра, в котором практически сосредоточена вся масса атома, и электронов, расположенных вокруг ядра. В целом атомы обычно электрически нейтральны. Это объясняется тем, что положитель­ный заряд атомного ядра компенсируется отрица­тельным зарядом электронов.

Атомное ядро не является монолитным телом, а состоит из микрочастиц другого типа — положи­тельно заряженных протонов и электрически ней­тральных нейтронов. У одного и того же химического элемента могут существовать разновидности атомов, отличающиеся друг от друга лишь числом нейтронов в ядро. В связи с этим физические свойства таких разно­видностей различны. Химические свойства этих атомов обусловлены их местоположением в периодической систе­ме элементов Д. И. Менделеева, что, в свою очередь, определяется числом протонов в их ядрах; поскольку это число одинаково, различий в химических свойствах такие атомы не имеют. Подобные разновидности атомов называют изотопами. Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые, то есть изотопы радиоактивные.

Атомы изотопов обозначают символом химического элемента, к которому относится данный атом, а вверху у символа ставится общее число протонов и нейтро­нов в атомном ядре. Например, один из изотопов радиоактивных иода обо­значается J131; это означает, что каждое ядро рас­сматриваемой разновидности атомов иода имеет в сумме 131 протон и нейтрон. Другие изотопы радиоактивные иода обозначаются J¹³², . J¹²⁸ и так далее. Число протонов у всех атомов иода одинаково, а общее число частиц (131, 132, 128) меняется лишь за счет изменения числа нейтронов в ядре. В настоящее время известны изотопы радиоактивные всех химических элементов.

Основными типами радиоактивного распада изотопов радиоактивных являются альфа-распад и бета-распад. При альфа-распаде атомное ядро испускает альфа-частицу (ядро атома гелия) и превращается в ядро другого эле­мента, электрический заряд которого меньше первоначального на 2 единицы, а масса — на 4 массовые единицы. Испускаемые альфа-частицы состоят из одной или нескольких групп частиц с определенными значе­ниями энергии частиц в каждой группе.

При бета-распаде ядро испускает электрон или позитрон (частица, отличающаяся от электрона положительным электрическим зарядом). Масса атома при этом практически не меняется, а заряд ядра увеличивается на единицу при испускании электрона и уменьшается на единицу при испускании пози­трона, то есть ядро данного элемента становится изо­топом смежного элемента. Испускаемые позитроны и электроны обладают всеми возможными значениями энергии в области от 0 до некоторой максимальной, характерной для данного изотопа радиоактивного.

Радиоактивные превращения изотопа радиоактивного часто сопро­вождаются испусканием гамма-лучей — электро­магнитным излучением с очень малой длиной волны (от 10 ³ см и менее). Гамма-лучи имеют ту же при­роду, что и рентгеновские лучи, но обладают гораздо большей проникающей способностью через тела.

Основными физическими характеристиками изотопа радиоактивного яв­ляются: тип радиоактивности, которым он обладает; его период полураспада, то есть время, в течение которого в среднем распадается половина всех атомов данного радиоактивного вещества; энергия испускаемого излучения. В настоящее время известно около 50 при­родных изотопов радиоактивных и около 1 000 искусственных изотопов радиоактивных, по­лученных на ядерных реакторах и ускорителях заряженных частиц.

Излучения, испускаемые изотопами радиоактивными, широко исполь­зуются в медицине и биологии.

Изотопы радиоактивные  для целей диагностики применяются как радиоактивные индикаторы: внутрь организма вво­дится некоторое, вполне безопасное количество пре­парата, в котором содержится определенный изотоп радиоактивный. По гамма- или бета-излучению, испускаемому этим изотопы радиоактивные, можно судить о перемещении в организме данного вещества (отсюда название «меченые атомы»). По «меченым атомам» изучают характер накопления препарата в том или ином органе аткани, скорость его передвижения в крови и так далее. Регистрация излу­чения производится специальными счетчиками заря­женных частиц, расположенными над изучаемым органом или тканью. В настоящее время для целей диагностики наиболее широко применяются  радиоактивные изотопы иода J¹³¹, фосфора Р³², натрия Na²⁴ и так далее. Для опре­деления функционального состояния щитовидной железы, печени, почек, а также при диагностике метастазов рака щитовидной железы и печени применяется J¹³¹. Изотоп фосфора Р³² используется при диагностике опухолей головного мозга, половой сферы, носоглотки, глаза; изотоп натрия Na²¹ используется для определения скорости кроветока в кругах кровообращения.

Ценность диагностики с помощью радиоактивных изотопов состоит в том, что этот метод является высокочувствитель­ным, позволяющим обнаруживать начальные пато­логические сдвиги в организме, которые в большинстве случаев невозможно установить другими методами. При этом исследование проводится без всякого на­рушения нормальной жизнедеятельности организма. Поскольку интенсивное длительное воздействие излучения на организм может привести к лучевому поражению (см. [[Лучевая болезнь]]), в организм при диагностическом исследовании вводятся весьма малые дозы радиоактивных изотопов, обладающих малыми периодами полу­распада (например, иод J¹³¹ — 8 дней, фосфор Р³² — 14 дней, натрий Na²⁴ — 15 часов) и быстро выводя­щихся из организма.

Изотопы радиоактивные для целей лечения используются как источ­ники излучений. Наиболее широко применяются радиоактивные изотопы при лечении злокачественных (и доброкаче­ственных) опухолей. Лечение радиоактивными изотопами основано на разрушающем действии излучения на ткани (при длительном облучении или большом количестве радиоактивных изотопов); при этом ткани со злокачественным ростом более чувствительны к излучению радиоактивных изотопов. Подробнее см. [[Радиотерапия]].

Учитывая, что контакт с радиоактивными изотопами безопасен для чело­века лишь в определенных пределах, для работающих с ними установлены предельно-допустимые дозы излучения от веществ, находящихся вне организма и внутри организма, нормы содержания радиоактив­ных веществ в воздухе, нормы загрязненности по­верхностей оборудования, спецодежды и рук. Важ­ное значение имеет также применение специального защитного оборудования при работе с радиоактивными изотопами (защит­ные радиоманипуляционные столы для приготовле­ния необходимых доз радиоактивного препарата, специальные шприцы с защитой для введения ра­диоактивных растворов в организм и так далее) и средств индивидуальной защиты (специальные комбинезоны, халаты, перчатки, обувь, очки и так далее), а также со­блюдение правил личной гигиены.