Medycyna nuklearna pozwala obecnie na rozpoznanie schorzenia, ocenę ryzyka nawrotu choroby, planowanie leczenia i kontrolę efektywności prowadzonej już terapii.
Prof. Leszek Królicki. Fot. Michał Teperek/ WUM
Funkcja – nie tylko obraz
Współczesna medycyna, zarówno w zakresie diagnostyki, jak i terapii, wymaga szczegółowych informacji dotyczących nie tylko zmian morfologicznych (zmian w budowie narządów), ale także tłumaczących przyczynę ich występowania i zaburzeń, które powodują. Mówiąc inaczej, współczesna medycyna opiera się przede wszystkim na informacjach dotyczących zaburzeń czynnościowych, funkcjonalnych. Zgodnie z poglądami francuskiego fizjologa, Cl. Bernarda, przyczyną procesów chorobowych są zaburzenia czynnościowe, które dopiero wtórnie prowadzą do zmian morfologicznych. Tak więc, aby poznać przyczynę choroby, musimy poznać przyczynę zaburzeń w funkcjonowaniu narządu, komórki; przyczynę zmian na poziomie molekularnym. Dzięki możliwości stosowania różnego rodzaju znaczników – radiofarmaceutyków, wskazujących na zaburzenia funkcjonalne na poziomie molekularnym, medycyna nuklearna jest obecnie jednym z najważniejszych narzędzi w badaniach funkcjonalnych.
Słoń i komar – wyjątkowa czułość
Metody medycyny nuklearnej wyróżniają się na tle innych dostępnych technik diagnostycznych wyjątkową czułością. W medycynie nuklearnej możliwe jest stwierdzenie „in vivo” zmian w stężeniu wybranej substancji chemicznej już wówczas, gdy sięgają one 10-11 mol. Stosując technikę tomografii rezonansu magnetycznego można ocenić zmiany w stężeniu badanej substancji, gdy różnice stężeń sięgają 10-4 mol, czyli są znacznie, znacznie większe (widoczne są dopiero wtedy, kiedy choroba jest bardziej zaawansowana). Mówiąc obrazowo, różnicę między 10-11 i 10-4 można porównać do różnicy w wadze słonia i komara. Bardzo dobrym przykładem jest diagnostyka choroby Parkinsona. W początkowym okresie tego schorzenia obserwuje się zmniejszenie stężenia przekaźników synaptycznych (dopaminy) o około 10-11 mol, co można już stwierdzić z zastosowaniem technik medycyny nuklearnej – wiele lat przed wystąpieniem pierwszych objawów klinicznych choroby!
Wyjątkowe promieniowanie
Medycyna nuklearna jest efektem współpracy naukowców wielu dziedzin nauki. Wielu z nich zostało laureatami nagrody Nobla. W tym miejscu należy podkreślić przede wszystkim osiągnięcia Henri Becquerel’a i Piotra Curie oraz Marii Curie-Skłodowskiej (odkrycie naturalnej promieniotwórczości). Także późniejsze dokonania uznanej za najbardziej wpływową kobietę na świecie Marii Curie-Skłodowskiej, a także jej córki Ireny Joliot-Curie oraz zięcia Fryderyka Joliot były kamieniami milowymi w powstaniu medycyny nuklearnej. Małżonkowie Joliot opisali, jak w sposób sztuczny w warunkach laboratoryjnych można otrzymać zaprojektowany wcześniej radioizotop. Warto podkreślić, że radioizotopy otrzymywane dzięki badaniom małżonków Joliot są obecnie stosowane w milionach procedur medycznych rocznie. Ich użycie ratuje miliony chorych.
Fizyka i medycyna
Idea mówiąca o tym, że promieniotwórczość może zostać wykorzystana w medycynie, była bliska już prekursorom medycyny nuklearnej. Twórcy filmowej biografii Marii Curie-Skłodowskiej przypominają w jednej ze scen, jak do laboratorium małżonków Curie ustawiali się w kolejce paryscy lekarze proszący o próbki radioaktywnego radu, stosowanego do leczenia zmian nowotworowych skóry. Metoda polegająca na naświetlaniu zmian chorobowych promieniowaniem emitowanym przez radioizotop w postaci zamkniętego źródła promieniowania jest nazywana brachyterapią – znamienne, że we Francji wciąż nazywana jest Curie-terapią.
Medycyna i filozofia
Zjawisko sztucznej transmutacji, polegające na emisji promieniowania jonizującego w wyniku spontanicznego rozpadu promieniotwórczego, zostało opisane przez Ernesta Rutheforda, który w 1908 roku za to odkrycie otrzymał Nagrodę Nobla. Badacz wprowadził do nauki pojęcia takie jak: czas półtrwania, promieniowanie alfa i beta, radon, jądro atomowe, protony. Warto nadmienić, że podobnie jak w wielu innych przypadkach wybitnym odkryciom w obszarze fizyki, chemii i innych dyscyplin towarzyszyła nowa idea postrzegania świata. Pewnym potwierdzeniem tej koncepcji jest fakt, że Ernest Rutheford był członkiem Amerykańskiego Towarzystwa… Filozoficznego.
Technologie kosmiczne
Aby zastosować niewidzialne promieniowanie w medycynie, konieczne okazało się skonstruowanie urządzeń, które mogłyby je mierzyć i obrazować jego rozkład w organizmie. Roentgen w celu pomiaru promieniowania X zastosował folię światłoczułą. W przypadku medycyny nuklearnej technika ta okazała się jednak niewystarczająca. Pierwsze tego typu urządzenie zostało skonstruowane w 1950 roku przez Benedicta Cassena. Był to scyntygraf liniowy. Aparat zbudowany był z pojedynczej sondy scyntylacyjnej, która skokowo przesuwała się na specjalnym ramieniu poruszanym przez silnik elektryczny nad badanym narządem i mierzyła kolejno radioaktywność w rzucie bardzo małych objętości. Było to możliwe dzięki zastosowaniu specjalnych ołowianych kolimatorów, ograniczających pole widzenia sondy. Mierzone radioaktywności były z kolei rejestrowane przez drukarkę na papierze lub na błonie światłoczułej. Drugim urządzeniem była gamma kamera scyntylacyjna, skonstruowana przez Hala Angera w 1952 roku. W aparacie tym zastosowano duży kryształ i wiele fotopowielaczy, co umożliwiało jednoczesny pomiar radioaktywności w rzucie całego badanego narządu. Możliwe okazały się badania dynamiczne. Obydwa aparaty opierały się na zjawisku scyntylacji i scyntylatorach połączonych z fotopowielaczami czyli lampami próżniowymi pozwalającymi na zamianę scyntylacji (błysku świetlnego) na prąd elektryczny. Pierwszy scyntylator zawierający płytkę z naniesionym siarczkiem cynku skonstruował Wiliam Crookes w 1903 roku. Naukowiec użył go do badania właściwości promieniowania alfa.
