UNIVERZITET U BANJALUCI

MEDICINSKI FAKULTET

Predmet: BIOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA

RADIOIZOTOPI U MEDICINISEMINARSKI RAD

Banja Luka, 2012. godina

UNIVERZITET U BANJALUCI

MEDICINSKI FAKULTET

Tema: RADIOIZOTOPI U MEDICINISeminarski rad

Predmet: BIOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA

2

SADRŽAJ:

1.

UVOD ......................................................................................................................4

2. RADIOIZOTOPI U MEDICINI........................................................................5

2.1. Kratki istorijat..............................................................................................5

2.2. Prirodni radioaktivni izotopi.......................................................................6

2.3. Umjetni radioaktivni izotopi.......................................................................7

2.4. Primjena radioaktivnih izotopa u medicini...............................................8

3. ZAKLJUČAK....................................................................................................11

4. LITERATURA....................................................................................................12

3

1. UVOD

Izotopi  su  atomi  hemijskog elementa čije jezgro ima isti  atomski broj (Z), ali različitu

atomsku masu (A). Reč izotop, znači na istom mjestu, i dolazi od činjenice da se izotopi nalaze

na istom mjestu u periodnom sistemu elemenata.

U naučnoj nomenklaturi, izotopi se označavaju imenima datog elementa iza kog slijedi

crtica, pa broj nukleona (protona i neutrona) u atomskom jezgru (helijum-3, ugljenik-

12, ugljenik-14, gvožđe-57, uranijum-238). U simboličkoj formi, broj nukleona se iskazuje

iznad hemijskog simbola sa lijeve strane (npr., 3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U).

Iako izotopi imaju skoro identične elektronske i hemijske osobine, njihove nuklearne

osobine se dramatično razlikuju. Atomsko jezgro se sastoji iz protona i neutrona koje na okupu

drži jaka nuklearna sila. Kako su protoni pozitivno naelektrisani, oni se međusobno odbijaju.

Neutroni koji su elektroneutralni prave određenu distancu između protona, redukuju

elektrostatičko odbijanje i stabilizuju jezgro. Iz ovog razloga su potrebni neutroni da bi se dva ili

više protona vezali u jezgro. Kako broj protona raste, potrebni su dodatni neutroni da bi se

formiralo stabilno jezgro, na primjer, iako je odnos neutron/proton kod 3He 1/2, neutron/proton

odnos kod 238U je >3/2. Ipak, ako je prisutno previše neutrona, jezgro postaje nestabilno.

Kako izotopi datog elementa imaju različit broj neutrona, oni imaju i različit odnos

neutron/proton. Ovo utiče na njihovu nuklearnu stabilnost, što rezultira činjenicom da neki

izotopi podliježu nuklearnom raspadu.

Raspad ovih radioaktivnih izotopa (kraće radioizotopa) je važna tema u nuklearnoj

fizici. Proučavanjem načina na koji se ovaj raspad odigrava, fizičari stiču uvid u svojstva

atomskog jezgra. 1

1 Zubović, I. (2010): "Nuklearna medicina", Monografija KC Banja Luka, izvod

4

2. RADIOAKTIVNI IZOTOPI

2.1. Kratki istorijat

Fizičar Raderford je 1903. godine zajedno sa hemičarem Sodijem dokazao da

radioaktivnost zrači raspadanje atoma i da su zraci, koje je Bekerel otkrio, atomsko iverje koje

leti na sve strane.

Dokazano je da proces raspadanja radioaktivnih atoma teče različitom brzinom, tako da

se uran raspada vrlo sporo (4,5 milijardi godina), a radijum relativno brže (1590 godina). Uskoro

je dokazano da je radioaktivni raspad atoma, odnosno atomskih jezgara, propraćen oslobađanjem

velikih količina energije.

Istraživanja radioaktivnih izotopa (radioizotopa) traju i danas, sa ciljem utvrđivanja novih

načina upotrebe prirodnih i vještačkih radioaktivnih izotopa.

Radioaktivne izotope proizvodi:

Nuklearni reaktor (31I, 125I, 99Mo, 133Xe, 32P, 14C, 166Ho, 186Re);

Ciklotron, akcelerator (201Tl, 67Ga, 123I, 111In, 57Co, 11C, 13N, 15O, 18F);

Generator (99mTc, 188Re). 2

Slika br.1. Nuklearni reaktor 3

2 Zubović, I. (2010): "Nuklearna medicina", Monografija KC Banja Luka, izvod3 http://nuklem.tripod.com/reaktor.jpg

5

2.2. Prirodni radioaktivni izotopi

Radioaktivni izotopi se u prirodi pojavljuju u ograničenom broju i količini. Zapaženo je

da su prirodno radioaktivni elementi sa atomskim brojem preko 80, dakle, elementi koji se

nalaze na kraju Mendeljevog periodnog sistema elemenata, kao i da su većinom međusobno

genetički grupisani u nizove ili radioaktivne porodice. Radioaktivnim raspadom izvjesnog člana

niza nastaju nova radioaktivna jezgra, iz njih opet nova, itd. Sve dok se poslije nekoliko stepeni

niz ne završi stvaranje atoma sa stabilnom jezgrom.

Prirodni radioaktivni izotopi uglavnom pripadaju trima porodicama i to:

uran – radijumovoj, koja broji 15 članova, a osnovni je uran (poslije većeg broja alfa i

beta raspada niz se završava radi radijumom G-koji predstavlja stabilni izotop olova

mase 206),

torijumovoj, koja se poslije izvjesnog broja stepeni završava torijumom D-ThD-

stabilnim izotopom olova mase 208;

aktinijumovoj, koja se završava stabilnim izotopom olova mase 207.

Četvrta radioaktivna porodica koju teorija predviđa, naziva se po članu najdužim

vremenom poluraspada neptunijumovon. Članovi ovog niza imaju kratko vrijeme poluraspada u

odnosu na geološko vrijeme, tako da se u prirodi ne mogu naći. Neptinijumov radioaktivni niz se

završava stabilnim izotopom bizmuta mase 209, a njegovi članovi se proizvode vještačkim

putem tj. nuklearnim reakcijama.

Pored prirodnih radioaktivnih izotopa grupisanih u radioaktivne porodice postoje i mnogi

drugi koji zbog dugog vremena poluraspada i teškoća oko njihove identifikacije i mjerenja

slabijih aktivnosti nemaju veći praktički značaj.

Već početkom XX vijeka naučnici su pokušali silom da razbiju atomsko jezgro i da

vještačkim putem izazovu radioaktivno zračenje. Analogno hemijskim operacijama nazvane su

operacije u vezi sa vještačkim razbijanjem atomskih jezgara nuklearnim reakcijama. Godine

1919. pošlo je za rukom Raderfordu da bombardovanjem azota alfa-česticama prirodnog

radioaktivnog izotopa radijuma C`–RaC`– postigne razbijanje atomskih jezgara azota i izvede

prvu nuklearnu reakciju. Pri ovoj reakciji je jezgro atoma azota primilo jezgro helijumovog

atoma-alfa-česticu-pa je, izbacivši proton, prešlo u stabilno jezgro kiseonika. Godine 1934. su

francuski naučnici Žolio-Kiri bombardovanjem aluminijuma alfa-česticama prirodnog

radioaktivnog elementa polonijuma, uspjeli da dobiju radioaktivni izotop fosfor 30, čime je

otkrivena vještačka radioaktivnost.

6

Poslije ovih značajnih otkrića, prirodni radioaktivni izotopi su izgubili svoj prvobitni

značaj, a u čitavom svijetu se počelo raditi na vještačkom razbijanju atomskih jezgara i

proizvodnji vještačkih radioaktivnih izotopa. 4

2.3. Umjetni radioaktivni izotopi

Umjetni radioaktivni izotopi nastaju bombardovanjem atoma pomoću akceleratora ili

izlaganjem sporim neutronima u nuklearnom reaktoru. Tako se dobijaju izotopi (radionuklidi)

koji se ne nalaze u prirodi jer su nestabilni i radioaktivnom transformacijom prelaze u stabilne

izotope. Najvažniji umjetni radioaktivni izotopi su izotopi:

kobalta,

fosfora i

ugljika.

Radioaktivni izotop kobalta dobija se bombardovanjem običnog metalnog kobalta

neutronima u nuklearnom reaktoru.

Radioaktivni izotop fosfora dobija se bombardovanjem običnog fosfora deuteronima

proizvedenim u ciklotronu.

Radioaktivni izotop ugljika dobija se u nuklearnom reaktoru bombardovanjem dušika

sporim neutronima. On se najviše upotrebljava kao radioaktivni indikator. 5

4 Kusić, S i saradnici (1999). "Klinička nuklearna medicina", Medicinska naklada, Zagreb5 Kusić, S i saradnici (1999). "Klinička nuklearna medicina", Medicinska naklada, Zagreb

7

2.4. Primjena radioaktivnih izotopa u medicini

Najveći rezultati u oblasti nuklearne energije na našim prostorima (bivša Jugoslavija)

postižu se upravo u proizvodnji i primjeni radioaktivnih izotopa. U prvom periodu rada naučno-

istraživačkih ustanova (sredina prošlog vijeka), kako proizvodnja tako i primjena izotopa bila je

neznatna. Korišćenje ovih dragocjenih elemenata odvijalo se mahom u okvirima samih

instituta. Međutim, od 1955. godine i kasnije primjena je toliko narasla da je dostigla gigantske

razmjere u svim djelatnostima života. Najveći uspjesi postignuti su u oblastima industrije,

medicine i poljoprivrede. Korišćenje radioaktivnih izotopa je jedna od najznačajnijih primjena

nuklearne energije.

Istovremeno sa korišćenjem izotopa u industriji njihova primjena rasla je u medicini.

Izvršena su brojna biološka i medicinska istraživanja, otkriveni su uzročnici raznih bolesti i tako

smanjen procenat umrlih. Izotopi se koriste na klinikama i raznim medicinskim centrima za

dijagnozu i terapiju. 

Unošenjem radioizotopa u organizam bolesnika oni su bezopasni za njegovo zdravlje.

Kretanjem radioizotopa u sastavu organske materije kroz organizam mogu se pratiti i analizirati

biohemijske reakcije. Najznačajniji izotopi koji se koriste za liječenje u medicini su radioaktivni

jod, J 131 (za provjeravanje funkcije štitne žlijezde-scintigrahijom), Cr 51, Fe 59, Co 60 (za

proučavanje raznih anomalija krvi), P 32 (za oboljenjea kostiju), C 14 (za metabolizam) i dr.

Zahvaljujući izotopima ispitana je detaljna fiziologija svih organa čovječjeg tijela. Oni

otkrivaju različite bolesti u pravo vrijeme što bi svakom drugom metodom bilo kasno za život i

zdravlje čoveka. Njihovo korišćenje u medicinske svrhe stalno je u porastu, a budućnost

medicine zavisiće baš od ovih elemenata. Izotopi su prodrli u tajne žive ćelije, najmanjeg

nosioca života svakog organizma.

Ranije su se u medicini koristili izotopi radijum i radon. Ovi prirodni radioizotopi

potisnuti su ili zamjenjeni vještačkim radioizotopima. Vještački kobalt uspješno zamjenjuje

radijum. Kada se unesu u organizam, radioizotopi se nagomilavaju u pojedinim organima. Kao

obilježivači pojedinih organskih materija otkriva se njihovo prisustvo i analizira funkcija datog

organa.

Radioaktivnim jodom sa sa uspjehom liječi tumor štitaste žlijezde, Bazedova bolest, a

radioaktivnim zlatom razne vrste zloćudnih tumora. Pomoću radioaktivnog fosfora liječi se teško

oboljenje – leukemija. Sve ove brste bolesti liječe se pomoću radioizotopa u našoj zemlji.

Radioizotopi stoje na raspolaganju biološkim, veterinarskim, agronomskim institutima, i dr. da

shvate mnogobrojne procese u tijelu biljke, životinje i čovjeka.

8

Radioaktivno zračenje koristi se i za konzerviranje namirnica i uništavanje biljnih

štetočina. Korišćenjem izotopa došlo se i do nekih rijetkosti u prirodi. Zračenjem pojedinih

dijelova biljke trešnje dobijena je samooplodna trešnja, a takođe dobijene su neke nove vrste

ovaca ubacivanjem P 32, u mušku oplodnu ćeliju.

U svim ustanovama u kojima se radi sa radioaktivnim materijalom vrši se redovna

kontrola tog osoblja. Time se osigurava zdravlje čovjeka i materijalna dobra koja je stvorio.

Gama zračenje ima najveću prirodnu moć te kao zaštita može poslužiti debeli slojevi olova i

betona. Čovječji organizam izložen je zračenju sunca kao i kosmičkom zračenju. doze

kosmičkog zračenja i suviše su male tako da nemaju štetnog uticaja na čovjeka. Prisustvo

zračenja manifestuje se nešto kasnije što je kasno za preduzimanje svake intervencije.

Manifestacija radijacije javlja se u nekoliko etapa i zahvata cijeli organizam. Ozračeni organizam

koji je preživeo radijacionu bolest predstavlja dobru podlogu za pojavu tumora, leukemije i

zaostalog rasta. Takav organizam postaje besplodan, nastaju mutacije gena i razaranje

hromozoma. Ne može doći do oplođenja ili ako dođe nastaje mrtav zametak.

Radioizotopi u upotrebi u medicini

Radioaktivni izotopi (radionuklidi) pojedinih elemenata (14C, 15N,133I,...) nemaju

stabilne jezgre, nego se one transmutiraju i relaksiraju uz emisiju radioaktivnog zračenja: čestica

(a, b) ili fotona (y). U dijagnostici su u upotrebi najviše radioaktivni izotopi koji su emiteri g

fotona, i to onih energija za koje je interakcija s atomima tkiva malo vjerovatna. To su

9

metastabilni izotopi, jer je vrijeme života jezgre u pobuđenom stanju dugo (99mTc).

Radioaktivni izotopi mogu se ugraditi u organizmu. Detektira se y zračenje koje izlazi iz

pacijenta i tako određuje raspodjela radionuklida u tijelu.

Rezolucija slike u metodama nuklearne medicine je slabija nego kod kod strukturnih

tehnika (CT, MRI), ali se zato dobija funkcionalna slika.

Vrijeme boravka radioaktivnih nuklida u tijelu mora biti dovoljno dugo da se izvrši

pretraga, ali ne i previše dugo da se nepotrebno ne ozračava organizam. To vrijeme određuju dva

parametra:

1. vrijeme poluraspada koje zavisi od radioaktivne jezgre,

2. vrijeme potrebno da se polovina unesenog radionuklida izluči iz tijela.

Pri radu sa radioaktivnim izotopima koristi se zaštitna odeća. U ovakvoj odjeći čovjek je

hermetički izolovan od spoljašnje sredine. Rad u ovoj odjeći je otežan te zato osoblje koje ga

koristi mora brzo i spretno raditi.

Uticaj zračenja na žive organizme mjeri se jedinicom rentgenom. 6

3. ZAKLJUČAK6 Dodig, D. i saradnici (2009): "Nuklearna medicina u dijagnostici i liječenju bolesti", Medicinska naklada, Zagreb

10

U medicini je primjena radioaktivnih izotopa prilično raširena. Radioaktivni izotopi

(radioizotopi) pojedinih elemenata (14C, 15N, 133I, ...) nemaju stabilne jezgre, nego se one

transmutiraju i relaksiraju uz emisiju radioaktivnog zračenja: čestica (α, β) ili fotona (γ). U

dijagnostici su u upotrebi najviše radioaktivni izotopi koji su emiteri γ fotona, i to onih energija

za koje je interakcija sa atomima tkiva malo vjerovatna. To su metastabilni izotopi, jer je vrijeme

života jezgre u pobuđenom stanju dugo (99mTc).

Radioaktivni izotopi mogu se unijeti u organizam. Detektira se γ zračenje koje izlazi iz

pacijenta i tako određuje raspodjela radionuklida u tijelu, što se koristi za dijagnostiku oboljenja.

Rezolucija slike u metodama nuklearne medicine je slabija nego kod kod strukturnih tehnika

(CT, MRI), ali se zato dobija funkcionalna slika.

U medicinskoj dijagnostici primjenjuju se radioizotopi kojih nema u prirodi pa ih treba

proizvesti u nuklearnim reaktorima (bombardujemo stabilne jezgre sporim neutronima; od

elemenata koji postoje u tragovima u našem organizmu možemo dobiti njihove radioaktivne

izotope); u akceleratorima (bombardujemo jezgre ubrzanim pozitivno nabijenim česticama); u

procesu fisije koristimo produkte cijepanja velikih jezgara uzrokovanog neutronima (za potrebe

medicine tako se dobija radioaktivni jod i molibden).

Vrijeme boravka radioaktivnih izotopa u tijelu mora biti dovoljno dugo da se izvrši

pretraga, ali ne i previše dugo da se nepotrebno ne ozračava organizam. 7

7 Dodig, D. i saradnici (2009): "Nuklearna medicina u dijagnostici i liječenju bolesti", Medicinska naklada, Zagreb

11

4. LITERATURA

1. Dodig, D. i saradnici (2009): "Nuklearna medicina u dijagnostici i liječenju bolesti",

Medicinska naklada, Zagreb

2. Kusić, S i saradnici (1999). "Klinička nuklearna medicina", Medicinska naklada,

Zagreb

3. Zubović, I. (2010): "Nuklearna medicina", Monografija KC Banja Luka, izvod

12