Giáo trình phân tích quy trình vận dụng hệ ghi đo phóng xạ trong y học theo định luật RIA p7 doc

Y Học Hạt Nhân 2005 Từ hợp chất ban đầu lấy từ lò phản ứng hạt nhân là Ba 14 CO 3 điều chế ra 5 chất chính làm nguyên liệu tổng hợp một số HCĐD với 14 C. Đó là 14 CO 2 , 14 CN, 14 CNNH 2 , 14 C 2 H 2 và 14 CH 3 OH. 2.1.2. Đánh dấu 3 H Dùng 3 H dới dạng 3 H 2 hay dạng 3 H 0 mới sinh để tham gia vào phản ứng cộng hởng với các nối đôi hoặc nối ba của các hợp chất hữu cơ cần đánh dấu. 2.1.3. Đánh dấu với 35 S Nguyên liệu xuất phát để tổng hợp chất đánh dấu với 35 S là dùng dới dạng nguyên tố hoặc hợp chất acid sulfuric - 35 S. Từ đây, tùy theo hợp chất cần đánh dấu mà biến đổi 35 S ở các dạng hợp chất thích hợp dùng làm nguyên liệu tổng hợp ra HCĐD có chứa 35 S. Ví dụ: CNNH 2 + H 2 35 S H 2 N 35 SCNH 2 2.1.4. Đánh dấu các hạt nhân phóng xạ nhóm halogen Để điều chế các HCĐD với 36 Cl, 82 Br và 131 I có thể đi từ phản ứng halogen hoá với các hợp chất hữu cơ. Nguyên liệu ban đầu có thể là phân tử halogen hay dạng acid halogen, dạng nguyên tử và dạng mang điện tích dơng. Ví dụ: 82 Br C 6 H 5 C 6 H 5 82 Br Trong nhóm halogen phóng xạ, có iốt phóng xạ là những đồng vị đợc dùng nhiều nhất trong điều chế các thuốc phóng xạ và các hoá chất phóng xạ trong y học hạt nhân. Phản ứng đánh dấu của các hạt nhân phóng xạ này có thể thực hiện các phản ứng thế ái nhân, trao đổi đồng vị, cộng hợp với các hợp chất cần đánh dấu. Ví dụ: - Trao đổi đồng vị: 131 I triiodothyronin - 127 I triiodothyronin - 131 I - Thế nhân: iod phóng xạ thế một ion H + trong nhân của axit amin tyrosin. Các chất kháng nguyên, kháng thể, các hormon có cấu trúc peptid đều đợc đánh dấu iốt phóng xạ theo phơng pháp này. 2.1.5. Đánh dấu với 32 P Nguyên liệu ban đầu có thể là 32 P hoặc bắn phá hạt nhân bia 31 P (hạt nhân bền) trong các hợp chất. Thông thờng có thể dùng 32 P ở dạng hợp chất ion. Ví dụ: ROH + H 3 32 PO 4 ROH 2 32 PO 4 2.2. Tổng hợp HCĐD bằng phơng pháp sinh học Phơng pháp tổng hợp sinh học hay còn gọi là sinh tổng hợp chỉ dùng cho những HCĐD không thực hiện đợc bằng phơng pháp tổng hợp hoá học. Dựa vào phản ứng tạo chất trong cơ thể động vật, thực vật hay vi khuẩn để thực hiện đánh dấu. Ví dụ: - Đánh dấu 14 C vào carbonhydrat hay các acid amin, ngời ta cho 14 CO 2 vào trong môi trờng trao đổi chất, môi trờng nuôi cấy. Sản phẩm sinh tổng hợp của thực vật hay vi khuẩn trong môi trờng trên sẽ có chứa 14 C trong cấu trúc phân tử. Làm tách chiết và tinh chế ta sẽ thu đợc HCĐD - 14 C tinh khiết. - Đánh dấu 58 Co vào vitamin B 12 . Cho nguyên liệu có chứa 58 Co vào môi trờng nuôi cấy của vi khuẩn tổng hợp B 12 . Sau quá trình tách chiết và tinh chế ta thu đợc B 12 - 58 Co. 2.3. Tổng hợp HCĐD bằng phơng pháp kích hoạt Dùng phơng pháp chiếu tia phóng xạ thích hợp nh nơtron hay tia X vào các hợp chất trong ống nghiệm hoặc trong cơ thể sống có thể tạo ra các hợp chất đánh dấu phóng xạ theo mong muốn. Cơ chế của phơng pháp này là chuyển dạng hạt nhân hay các điện tử qũy đạo do tơng tác bức xạ. u điểm của phơng pháp là có thể sản xuất Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 bất kỳ HCĐD nào bằng 14 C với tốc độ nhanh và không có chất mang. Nhng nhợc điểm là không đánh dấu đợc ở vị trí mong muốn. 2.4. Tổng hợp HCĐD bằng phân r beta Các hạt nhân phóng xạ "mẹ" có phân r beta thờng sinh ra các hạt nhân phóng xạ con. Dựa theo tính chất này có thể điều chế đợc một số HCĐD đặc biệt. Phơng pháp này ít đợc ứng dụng. 3. ứng dụng các HCĐD Các HCĐD hạt nhân phóng xạ đợc dùng làm thuốc phóng xạ (xem phần thuốc phóng xạ) và hoá chất phóng xạ. Hoá chất phóng xạ là các HCĐD phóng xạ đợc điều chế dới dạng thuốc thử trong một số phân tích định lợng hoá phóng xạ, vật lý phóng xạ. Đặc biệt, HCĐD dới dạng tracer để dùng trong định lợng miễn dịch phóng xạ (Radioimmunoassay: RIA), trong phơng pháp đo phóng xạ miễn dịch (Immunoradiometricassay: IRMA) hay phơng pháp đo chất nhận đặc hiệu phóng xạ (Radioreceptorassay: RRA). Phần II: Dợc phóng xạ Định nghĩa Dợc chất phóng xạ hay thuốc phóng xạ là những hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ đợc điều chế dới dạng thuốc uống hoặc tiêm dùng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Phân loại: thuốc phóng xạ đợc điều chế dới nhiều dạng khác nhau. - Dạng khí: Khí 85 Kr và 133 Xe. Dạng 133 Xe hay đợc dùng trong thông khí phổi. - Dạng khí hòa tan trong dung dịch: Khí 133 Xe hoà tan trong dung dịch NaCl 9 0 / 00 dới áp suất cao. - Dạng dung dịch thực: Các hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ hoà tan hoàn toàn vào dung dịch, tạo thành một môi trờng trong suốt. Ví dụ: dung dịch Na 131 I, dung dịch vitamin B 12 - 58 Co. - Dạng keo hạt: là dạng keo hạt của các muối vô cơ. Các phân tử muối vô cơ tụ lại bền vững có kích thớc cỡ àm. Ví dụ: keo vàng phóng xạ ( 198 Au - colloid) dùng trong ghi hình lách và điều trị các khoang ảo hoặc hệ bạch huyết. - Dạng huyền phù, nhũ tơng: Là dạng đông vón của các phân tử hữu cơ. Thông thờng là dạng đông vón của các phân tử albumin huyết thanh ngời. Dới điều kiện pH, nhiệt độ thích hợp làm biến tính protein tạo ra những thể tụ tập kích thớc nhỏ cỡ dới 20 àm, gọi là các microspheres (dạng vi cầu). Với kích thớc lớn hơn 20 àm, gọi là các macroaggregate (thể tụ tập). Các chất này thờng dùng ghi hình tơi máu các hệ nhiều vi mạch. - Dạng viên nang: Giống nh các dạng viên nang trong thuốc tân dợc. Bao nang đợc làm bằng gelatin. Các thuốc phóng xạ có thể là dạng bột hoặc dạng dẫu chứa trong bao nang viên. Ví dụ: dung dịch Na 131 I trộn trong bột tinh thể anhydratdisodium phosphat. Dùng viên nang - 131 I trong điều trị bệnh basedow hay ung th tuyến giáp thể biệt hoá sau mổ. 1. Các đặc trng của thuốc phóng xạ Thuốc phóng xạ khác với thuốc thông thờng bởi các khái niệm đặc trng sau đây: Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 1.1. Đơn vị liều lợng Đơn vị tính liều của thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đoán và điều trị không giống nh thuốc thờng. Thuốc phóng xạ đợc tính liều lợng bằng hoạt độ phóng xạ. Đơn vị hoạt độ phóng xạ đợc ký hiệu là Ci (viết tắt của chữ Curie, tên của Marie Curie, ngời tìm ra Radium phóng xạ). Một Ci có hoạt tính phóng xạ nh sau: Ci = 3,7 x 10 10 phân huỷ / giây (hay Bq/s) Lợng hoạt tính phóng xạ này tơng đơng với 1 gam Radium phân r trong thời gian 1 giây. Để kỷ niệm ngời tìm ra nguyên tố phóng xạ đầu tiên trên thế giới là Hanrie Becquerel (phát hiện ra Uranium năm 1896), ngời ta đ thay phân huỷ trong một giây bằng Becquerel, do đó ta có: Ci = 3,7 x 10 10 Becquerel ( Bq ) mCi = 37 x 10 7 MBq MBq = 27 àCi 1.2. Không có dợc tính Thuốc phóng xạ là một hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ. Hợp chất đó phải đảm bảo một số tính chất sau: - Không có tác dụng làm thay đổi chức năng của các cơ quan trong cơ thể. - Không có tác dụng phụ nguy hiểm. - Mục đích sử dụng thuốc phóng xạ trong chẩn đoán hay điều trị là chỉ dùng hợp chất đánh dấu nh một chất mang (chuyên chở) hạt nhân phóng xạ tới nơi cần chẩn đoán hay điều trị. Do đó, thuốc phóng xạ thờng là không có tác dụng nh thuốc thông thờng hay không có dợc tính. 1.3. Nồng độ hoạt độ Đơn vị đo liều lợng là hoạt độ phóng xạ cho nên nồng độ thuốc phóng xạ đợc tính từ hoạt độ phóng xạ trong một đơn vị thể tích dung dịch, hoặc nói cách khác là lợng hoạt độ phóng xạ có trong một đơn vị thể tích. Ví dụ: nồng độ hoạt độ phóng xạ của dung dịch Na 131 I là 5 mCi /ml. Ký hiệu tổng quát của nồng độ hoạt độ phóng xạ là: NĐHĐ = HĐPX / V Nồng độ hoạt độ phóng xạ có ý nghĩa quan trọng trong một số phơng pháp chẩn đoán và điều trị. Vì trong một số trờng hợp cần phải đa vào cơ thể một lợng thể tích rất nhỏ mà lại có một lợng hoạt độ phóng xạ rất lớn mới đạt đợc mục đích chẩn đoán hay điều trị, cho nên cần phải có một nồng độ hoạt độ thích hợp. 1.4. Hoạt độ riêng Hoạt độ riêng (specific activitive) là hoạt độ phóng xạ có trong một đơn vị khối lợng hợp chất đánh dấu. Gọi m là khối lợng của hợp chất đợc đánh dấu hạt nhân phóng xạ. Ta có: m PX HĐ RHĐ = Trong cùng một hợp chất đánh dấu, nếu biết HĐR và NĐHĐ, có thể tính đợc nồng độ HCĐD có trong dung dịch chứa nó: )/(: lg V m H m x H H H ==== PX Đ V PX Đ m PX Đ V PX Đ R HĐ HĐ NĐ DHCĐ Vậy nồng độ HCĐD là: Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 )/( lg V m DHCĐ = Khái niệm HĐR và giá trị của nó rất có ý nghĩa trong chẩn đoán và điều trị. Trong một số nghiệm pháp chẩn đoán bằng thuốc phóng xạ, rất cần phải quan tâm đến lợng hợp chất đánh dấu đa vào cơ thể. Nếu lợng HCĐD đa vào cơ thể quá lớn có thể làm nhiễu kết quả của nghiệm pháp, hoặc không có khả năng đa thuốc vào cơ quan cần chẩn đoán hay điều trị. 1.5. Tinh khiết hoá phóng xạ Đại lợng đánh giá lợng hạt nhân phóng xạ tách ra khỏi thuốc phóng xạ ở dạng tự do trong dung dịch đợc gọi là độ tinh khiết hoá phóng xạ. Độ tinh khiết hoá phóng xạ đợc quy định phải đạt từ 98% theo cách tính sau: %98100 ** * + = x XXS XS TKHPX Trong đó: S là hợp chất đợc đánh dấu. X* là hạt nhân phóng xạ đánh dấu. 1.6. Tinh khiết hạt nhân phóng xạ Hạt nhân phóng xạ dùng trong đánh dấu thờng hay bị lẫn một số các loại hạt nhân phóng xạ tơng tự nh cùng đồng vị hoặc cùng nhóm. Các hạt nhân này có thể tham gia vào phản ứng đánh dấu hoặc ở dạng tự do. Đánh giá về tạp chất này đợc gọi là độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ. Tinh khiết hạt nhân phóng xạ đợc tính nh sau: %98100 *** * + + = x Z Y S X S XS TKHNPX Trong đó: Y * , Z * là các hạt nhân không mong muốn. 1.7. Tinh khiết hoá học Hợp chất dùng trong đánh dấu thông thờng không hoàn toàn tinh khiết. Tạp chất khó tách ra là những đồng đẳng, đồng phân của hợp chất đánh dấu. Do đó, các tạp chất này rất dễ tham gia vào phản ứng đánh dấu. Độ tinh khiết hoá học đợc quy định và tính toán nh sau: %98100 *"*'* * ++ = x XSXSXS XS TKHH Trong đó: S, S là các tạp chất hoá học. 1.8. Năng lợng phóng xạ thích hợp Hạt nhân phóng xạ trong thuốc phóng xạ phải có năng lợng và bản chất của tia phóng xạ thích hợp với mục đích ghi đo và điều trị. Thuốc phóng xạ chẩn đoán thờng dùng các hạt nhân phóng xạ đánh dấu phát tia gamma có mức năng lợng từ 100 ữ 200 keV. Nếu SPECT thì thuốc phóng xạ phát tia gamma đơn thuần là tốt nhất. Nếu PET dùng thuốc phóng xạ phát tia positron là tối u. Trong điều trị, thuốc tốt nhất là phát tia beta thuần tuý. 1.9. Đời sống thực thích hợp Đời sống thực của một thuốc phóng xạ phụ thuộc vào các thời gian đặc trng sau: - Chu kỳ bán huỷ vật lý (T p ) của hạt nhân phóng xạ đánh dấu. - Chu kỳ bán thải sinh học (T b ) của thuốc trong cơ thể. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 - Thời gian phân huỷ hoá học (hay phân ly phóng xạ) của thuốc, hay gọi là độ bền vững thuốc phóng xạ (Ts). - Thời gian hiệu ứng (T ef ) của thuốc phóng xạ. Do đó ta có: T thực thích hợp = f ( T p , T b , T s , T ef ) Đời sống thực của thuốc phóng xạ phải thích hợp với mục đích chẩn đoán và điều trị. 1.10. Tập trung đặc hiệu Tập trung đặc hiệu của thuốc phóng xạ vào nơi chẩn đoán và điều trị là một đặc trng quan trọng đầu tiên trong yêu cầu của thuốc phóng xạ. Để chẩn đoán và điều trị bằng y học hạt nhân có hiệu quả, các thuốc phóng xạ phải có tính tập trung đặc hiệu cao. Nói cách khác, không có tính chất tập trung đặc hiệu thì không phải là thuốc phóng xạ. 2. Cơ chế tập trung thuốc phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị Y học hạt nhân ghi hình hay điều trị tại một cơ quan bị bệnh hoặc một hệ thống sinh học nh máu, dịch no tuỷ, dịch trong ngoài tế bào, cơ xơng khớp đòi hỏi phải có những thuốc phóng xạ tập trung đặc hiệu vào đó. Cơ chế tập trung vào những đích trên có thể là một trong những cơ chế sau đây: 2.1. Chuyển vận tích cực Trong cơ thể sống, sự phân bố nồng độ một số ion vật chất trong và ngoài tế bào có thể có sự chênh lệch rất khác nhau. Đó chính là do cơ chế "chuyển vận tích cực". Dựa vào cơ chế này để đa iốt phóng xạ tập trung cao hơn hàng trăm lần vào tế bào tuyến giáp làm chẩn đoán và điều trị. 2.2. Khuyếch tán Ngoài cơ chế vận chuyển tích cực là cơ chế khuyếch tán. Thông thờng, sự cân bằng nồng độ chất là do khuyếch tán từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp. Riêng ở no, mạch máu có một hàng rào sinh học ngăn cản sự khuyếch tán những chất không cần cho no từ mạch vào tế bào no. Nhng khi no có tổn thơng, hàng rào sinh học bị phá vỡ, thuốc phóng xạ có thể khuyếch tán từ hệ vi mạch vào vùng no tổn thơng. Nhân cơ hội này, y học hạt nhân có thể ghi hình khối u no, thiểu năng tuần hoàn no. Ví dụ: dùng albumin huyết thanh ngời đánh dấu 131 I hoặc Na 99m TcO 4 2.3. Chuyển hoá Một số nguyên tố phóng xạ ở dạng muối vô cơ hoặc hữu cơ dới dạng thuốc phóng xạ có tham gia vào chuyển hoá trong một số loại tế bào của một số tổ chức trong cơ thể. Dựa vào cơ chế này, y học hạt nhân đ dùng những thuốc phóng xạ để ghi hình những tổn thơng đang tăng sinh nh đang bị viêm, đang có khối u phát triển hoặc đang cần nhiều năng lợng. Ví dụ: những hạt nhân phóng xạ tham gia chuyển hoá xơng (hoặc giống nh Ca) nh 32 P, 81 Sr, 67 Ga. Những nguyên tố phóng xạ này dùng trong ghi hình xơng hoặc điều trị giảm đau trong ung th di căn vào xơng. Một số hợp chất hữu cơ nh deoxyglucose đánh dấu 18 F dùng trong ghi hình cắt lớp no, các khối u trong cơ thể bằng PET dựa trên cơ chế chuyển hoá đờng giải phóng năng lợng. 2.4. Lắng đọng Một số thuốc phóng xạ dạng keo hạt có trọng lợng phân tử và hạt keo rất nặng. Khi các hạt keo này đi từ động mạch vào vi mạch trong gian bào, do nặng nên bị đọng lại ở đó. Trong thời gian lắng đọng ở các tổ chức liên võng nội mô, ta có thể ghi hình Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . nhân phóng xạ đợc dùng làm thuốc phóng xạ (xem phần thuốc phóng xạ) và hoá chất phóng xạ. Hoá chất phóng xạ là các HCĐD phóng xạ đợc điều chế dới dạng thuốc thử trong một số phân tích định. hoá phóng xạ, vật lý phóng xạ. Đặc biệt, HCĐD dới dạng tracer để dùng trong định lợng miễn dịch phóng xạ (Radioimmunoassay: RIA) , trong phơng pháp đo phóng xạ miễn dịch (Immunoradiometricassay:. hay phơng pháp đo chất nhận đặc hiệu phóng xạ (Radioreceptorassay: RRA). Phần II: Dợc phóng xạ Định nghĩa Dợc chất phóng xạ hay thuốc phóng xạ là những hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng