PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH dấu BẰNG ĐỒNG vị PHÓNG xạ

Vì những hạn chế trên nên đề tài này chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu mang tính lý thuyết cơ bản về các đồng vị và đồng vị phóng xạ, các phân tử đánh dấu và cách sử dụng các phân tử đánh d

ThS.GVC Hoàng Xuân Dinh

Sinh viên thực hiện:

Lương Ngọc Phi MSSV: 1097141

Lớp: SP Vật Lý – Công Nghệ Khóa: 35

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

LỜI CẢM ƠN

Trong khoảng thời gian bốn năm học tập tại Trường Đại Học Cần Thơ, tôi đã được trau dồi rất nhiều từ kiến thức cho đến kỹ năng sống Đó là nhờ sự tận tình dạy bảo của quý thầy cô

Hôm nay, sau khi luận văn của tôi được hoàn thành Tôi thật sự xúc động trước tình cảm của thầy cô và bạn bè đã dành cho tôi Thật sự thì khi thực hiện đề tài này, tôi đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu Nhưng nhờ vào sự động viên, góp ý của quý thầy cô và sự tận tình giúp đỡ của các bạn nên tôi mới có thể vượt qua được những khó khăn để hoàn tất luận văn của mình Nhân đây cho tôi gởi lời cảm ơn chân thành đến:

- Thầy Hoàng Xuân Dinh, người thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng cho tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất

- Quý Thầy(Cô) bộ môn Vật Lý – Khoa Sư Phạm, quý Thầy (Cô) trong thư viện khoa đã tạo mọi điều kiện để tôi có thể tìm kiếm tài liệu tham khảo, nghiên cứu

Cần Thơ, ngày 15 tháng 7 năm 2013

Sinh viên thực hiện Lương Ngọc Phi

IAEA International Atomic Energy Agency

WHO World Health Organization

DCPX Dược chất phóng xạ

CHHN Chụp hình hạt nhân

Receptor peptid Cơ quan thụ cảm pép-tít

PRRS Peptid receptor radioscintigraphy

PRRT Peptide receptor radiation therapy

NT Neurotensin

CCK2 Cholecystokinin - 2



Trang

Phần MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Giới hạn của đề tài 1

4 Phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài 2

5 Các bước thực hiện đề tài 2

Phần NỘI DUNG 3

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Đồng vị và đồng vị phóng xạ 3

1.1.1 Các đồng vị từ lò phản ứng 4

1.1.2 Các đồng vị từ máy gia tốc 4

1.1.3 Các đồng vị từ phân hạch 4

1.2 Phân rã phóng xạ 5

1.3 Các phương pháp đo đếm phóng xạ 7

1.3.1 Ống đếm Geiger Miiller 7

1.3.2 Ống đếm nhấp nháy 9

1.3.3 Đêtectơ nhấp nháy lỏng 12

1.3.3.1 Dung môi 12

1.3.3.2 Chất hòa tan thứ nhất 13

1.3.3.3 Chất hòa tan thứ hai 13

1.3.3.4 Phát hiện các photon nhấp nháy 13

1.3.3.5 Đánh giá kết quả 14

1.3.4 Một số kỹ thuật đo đặc biệt 15

1.3.5 Một số kỹ thuật ghi đo đặc biệt trong Y học hạt nhân 15

1.3.5.1 Đo từng thời điểm 15

1.3.5.2 Ghi đồ thị phóng xạ 16

Chương 2: CƠ SỞ SINH LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP 20

2.1 Phát kiến của Hevesy 20

2.2 Các phân tử đánh dấu 20

2.3 Tạo các phân tử đánh dấu 21

2.3.1 Tổng hợp hóa học 21

2.3.2 Sinh tổng hợp 21

2.3.3 Trao đổi đồng vị 22

2.3.4 Tổng hợp phóng xạ 22

2.4 Sử dụng các phân tử đánh dấu 23

2.4.1 Tính bền vững và vấn đề bảo quản các phân tử đánh dấu 23

2.4.1.1 Phân tán các phân tử phóng xạ 23

2.4.1.2 Giảm chuyển động nhiệt 23

2.4.1.3 Thêm vào chất hóa học 23

2.4.2 Kiểm tra và làm tinh khiết các phân tử đánh dấu 23

2.4.2.1 Việc kiểm tra phân tích 24

2.4.2.2 Làm tinh khiết 24

2.4.3 Chọn đồng vị phóng xạ thích hợp 24

2.4.3.1 Thời gian bán hủy vật lý 24

2.4.3.2 Thời gian hiệu ứng 24

2.4.3.3 Đặc điểm của bức xạ 25

2.4.3.4 Hoạt tính riêng 26

2.4.3.5 Chọn phân tử đánh dấu và cách đánh dấu 26

Chương 3: CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU 28

3.1 Các nghiên cứu định lượng 28

3.1.1 Đo các khoang phân bố hay các khối lượng vật chất (còn gọi là các “pool” chuyển hóa), phương trình pha loãng 28

3.1.2 Đo các trao đổi và các không gian vận chuyển 29

Chương 4: MỘT SỐ THÍ DỤ CỤ THỂ CỦA VIỆC DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH

DẤU 34

4.1 Định lượng hóa học (hay hóa sinh học) bằng phương pháp pha loãng 34

4.2 Nghiên cứu chuyển hóa 35

4.2.1 Đường phân 38

4.2.2 Chu trình pentoza 39

4.2.3 Con đường ED 39

4.3 Nghiên cứu côn trùng bằng côn trùng đánh dấu 39

4.3.1 Chọn đồng vị 39

4.3.2 Một số kết quả 40

4.4 Ứng dụng phương pháp đánh dấu trong nông nghiệp 41

4.4.1 Về phân bón 41

4.4.2 Về chuyển hóa và quang hợp 42

4.4.3 Về bệnh cây 42

4.4.4 Về diệt cỏ dại 43

4.4.5 Về diệt côn trùng 43

4.4.6 Về chăn nuôi 44

4.5 Ứng dụng phương pháp đánh dấu trong chẩn đoán bệnh 45

4.5.1 Những đặc điểm của Y học hạt nhân hiện đại 47

4.5.2 Các ví dụ về chuẩn đoán YHHN 48

4.5.2.1 Thăm dò chức năng thận bằng thận đồ đồng vị 48

4.5.2.2 Chụp hình tuyến giáp 52

4.5.2.3 Xét nghiệm YHHN in vivo trong phát hiện nhược giáp bẩm sinh 57

4.5.3 Bước đầu nghiên cứu điều trị HIV bằng đồng vị phóng xạ 57

4.5.4 Bước đầu nghiên cứu điều trị bệnh ung thư bằng ghi hình in vivo receptor NT 59

4.5.4.1 Tiêu chuẩn lâm sàng của các thuốc PRRT 60

4.5.4.2 Tiêu chuẩn sinh học phân tử 60

4.5.4.3 Các khối u và receptor thích hợp trong điều trị phóng xạ receptor peptid 60

4.5.4.5 Các receptor CCK2 61

4.5.4.6 Các receptor peptid khác 61

4.5.4.7 Đánh giá sự trái ngược của các receptor trong in vitro và in vivo 62

4.5.4.8 GRPs 62

4.5.4.9 Kết luận : 67

4.6 Một số ứng dụng của việc dùng đánh dấu đồng vị phóng xạ ở nước ta 67

4.6.1 Phục vụ nhu cầu của ngành y tế 67

4.6.2 Phục vụ nhu cầu của ngành công nghiệp 68

4.6.3 Nghiên cứu các quá trình trong tự nhiên 68

4.6.4 Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong khai thác dầu khí 69

4.6.5 Phát triển năng lượng hạt nhân phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước 69

4.6.6 Kết luận 69

Phần KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lý hạt nhân là một ngành khoa học mang lại nhiều sự mới lạ trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu Các nhà khoa học luôn luôn khám phá để tìm ra nhiều kiến thức mới hơn cho ngành khoa học này Trong đó, chất phóng xạ và các đồng vị của các chất phóng xạ được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong các ngành khoa học như vật lý, hóa học, sinh học,… Việc sử dụng các chất phóng xạ và các đồng vị của các chất phóng xạ là đề tài nghiên cứu cho khoa học Vậy việc sử dụng chúng đòi hỏi những điều kiện gì, trong hoàn cảnh nào, yếu tố nào? Và việc “sử dụng các đồng vị phóng xạ trong phương pháp đánh dấu” là một vấn đề cần nghiên cứu Vì điều này, nên tôi chọn đề tài “PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ” làm đề tài nghiên cứu

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu, tìm hiểu về đồng vị và đồng vị phóng xạ, cũng như cách đo đếm phóng

xạ Qua đó đi đến việc tìm hiểu về “PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ” là như thế nào? Việc tìm hiểu này không đơn giản, phải tìm hiểu từ các nghiên cứu trước đó để rồi tạo nên các phân tử đánh dấu rồi mới có thể sử dụng các chất đánh dấu này Ngoài ra, tôi còn giới thiệu về ứng dụng cụ thể của một số đồng vị phóng xạ vào thực tiễn với liều lượng là bao nhiêu, cách sử dụng như thế nào trong các quá trình nghiên cứu bằng “PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ”

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

“PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ” được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống Việc đi sâu tìm hiểu và nghiên cứu cần rất nhiều thời gian và công sức Mặt khác, do không có điều kiện để tiếp xúc với các đồng vị phóng xạ cũng như phương pháp đánh dấu nên tôi không thể tìm hiểu trực quan các chất đồng vị phóng xạ và phương pháp đánh dấu Vì những hạn chế trên nên đề tài này chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu mang tính lý thuyết cơ bản về các đồng vị và đồng vị phóng xạ, các phân tử đánh dấu và cách sử dụng các phân tử đánh dấu, nguyên lý hoạt động và quy trình của phương pháp đánh dấu, cũng như tầm quan trọng của việc sử dụng các chất đồng vị

phóng xạ trong phương pháp đánh dấu thông qua sách vở, internet chứ không di vào các cơ

sở thực tế

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Phương pháp: sưu tầm, phân tích các dữ liệu có trong sách tham khảo, các tài liệu trên internet Trao đổi với giáo viên hướng dẫn, với các bạn cùng nhóm Tổng hợp các thông tin có được, sau đó sắp xếp chúng lại thành bài luận văn hoàn chỉnh

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

- Đăng ký đề tài với giáo viên hướng dẫn

- Tìm hiểu những tài liệu có liên quan đến đề tài, nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài từ những tài liệu tham khảo được

- Lập đề cương chi tiết, thông qua giáo viên hướng dẫn

- Thực hiện đề tài

- Nộp bản thảo cho giáo viên hướng dẫn nhận xét và chỉnh sửa

- Báo cáo bảo vệ luận văn

- Chỉnh sửa và hoàn tất đề tài

Phần NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

X – ký hiệu hóa học của nguyên tố;

A – số khối (số tổng cộng các neutron và proton cấu thành hạt nhân nguyên tử);

Z – số điện tích của hạt nhân nghĩa là số proton, của hạt nhân hay cũng là số electron của nguyên tử Đó là nguyên tử số, xác định vị trí của nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố của Menđêlêep và qui định các thuộc tính hóa học của nguyên tử;

N – số neutron của hạt nhân nguyên tử (N = A – Z)

Trong ký hiệu thông thường, số N thường không được ghi Với hệ thống ký hiệu này

ta viết: để chỉ các nguyên tử hydro, cacbon, oxy phổ biến trong thiên nhiên

Điều cần lưu ý là trong thiên nhiên đa số các nguyên tố bao gồm không phải một loại nguyên tử mà là nhiều loại nguyên tử có số khối khác nhau Những nguyên tử này có cùng nguyên tử số Z nhưng trong hạt nhân có số neutron khác nhau do đố có số khối A khác nhau

ta gọi đó là các đồng vị Ví dụ hydro có 3 đồng vị ; heli có 2 đồng vị : Trong thiên nhiên chỉ có 20 nguyên tố không đồng vị ta gọi đó là các nguyên

tố không đồng vị hay là các nguyên tố đơn hạt nhân Các nguyên tốkhác đều có đồng vị, từ 2 đồng vị (như antimon, clo, bo, brom, liti) đến 10 đồng vị (như thiếc) Đa số các đồng vị trong thiên nhiên ở dạng bền, hạt nhân của chúng không thay đổi theo thời gian Đó là những đồng vị bền Nhưng cũng có những đồng vị mà hạt nhân của cũng ở trạng thái không ổn định

về mặt năng lượng và có khuynh hướng thu nhận thêm hoặc mất bớt đi điện tích, giải phóng năng lượng thừa để chuyển sang trạng thái ổn định hơn Bằng cách đo đồng vị của nguyên tố này sẽ chuyển Thành đồng vị của nguyên tố khác, cũng có trường hợp chuyển thành đồng phân của cùng nguyên tố đó Những chất đồng vị này được gọi là đồng vị phóng xạ (ĐVPX)

và vì có sẵn trong thiên nhiên nên được gọi là các ĐVPX thiên nhiên

Các chất ĐVPX thiên nhiên thường có thời gian bán rã quá dài, lượng của chúng lại ít

do đó không thỏa mãn các yêu cầu sử dụng Người ta đã tìm cách chế tạo các ĐVPX và trong thực tế các chất ĐVPX dùng trong sinh học, y học, nông học và nhiều ngành khác đều

do con người tạo ra và được gọi là các chất ĐVPX nhân tạo Chúng có thể được tạo ra bằng các phản ứng hạt nhân trong các lò phản ứng, trong các máy gia tốc hay là sản phẩm của các quá trình phân hạch của urani hay plutoni trong các lò phản ứng

1.1.1 Các đồng vị từ lò phản ứng

Việc sản xuất đồng vị trong lò phản ứng dựa trên tương tác của các neutron do lò cung cấp với hạt nhân của các nguyên tử mục tiêu (còn gọi là “bia”) Kiểu phản ứng quan trọng nhất là kiểu (n,x) (x có thể là , , p) dùng neutron nhiệt trong đó hạt nhân của nguyên

tử bia thâu nhận neutron đồng thời phát tia

Ví dụ ĐVPX vàng – 198 bằng phản ứng 197Au(n, y)198Au

Ngoài ra kiểu phản ứng neutron nhanh cũng thông dụng; các neutron nhanh khi nhập vào hạt nhân nguyên tử bia còn đủ năng lượng để làm văng các hạt khác như proton, alpha ra khỏi hạt nhân nguyên tử Ví dụ tạo photpho – 32 và triti (3H) bằng các phản ứng:

là tạo được những lượng lớn các chất đồng vị giới hạn ở số lượng cần dùng từ milicuri đến vài trăm curi Vì thế các lò phản ứng của các nước trên thế giới đã bỏ phí hàng triệu curi Dầu sao các ĐVPX sản phẩm của phân hạch thường khá rẻ giá mỗi curi của chúng thường

hạ hơn giá mỗi milicuri của các đồng vị sản phẩm của lò phản ứng hay máy gia tốc

Ngày nay khoảng 200 ĐVPX đã trở thành quen thuộc trên thị trường ngoài ra còn hơn 400 ĐVPX có những thuộc tính có thể đưa ra sử dụng nếu như khai triển được việc sản xuất chúng

1.2 PHÂN RÃ PHÓNG XẠ

Phân rã phóng xạ (Nuclear Disintegration) là sự chuyển hạt nhân đồng vị này thành hạt nhân đồng vị khác Sự phân rã này có kèm theo việc phát ra các tia hạt và sóng nên được gọi là phân rã phóng xạ Phân rã phóng xạ là một hiện tượng ngẫu nhiên tuân theo qui luật thống kê Vì thường sử dụng một số rất lớn các nguyên tử của một ĐVPX nào đó nên có thể

đự đoán được sự phân rã của chúng với độ chính xác cao

Thực nghiệm cho thấy rằng trong khoảng thời gian nhất định số phân rã đặc hiệu cho một chất ĐVPX nào đó tỷ lệ với số lượng các nguyên tử ĐVPX có mặt và với thời gian:

dN = – Ndt(1.1) Tích phân phương trình này ta có:

N = (1.2) trong đó N0là số nguyên tử phóng xạ ở thời điểm ban đầu (t = 0) và N là số nguyên tử hiện diện ở thời điểm t, là hằng số phân rã, hằng số này phản ánh tỷ số lượng ĐVPX bị phân rã trong một đơn vị thời gian Nói một cách khác qui định tốc độ phân rã, tốc độ này đặc trưng cho từng ĐVPX Ví dụ hằng số phân rã của 132I và 131I là 0,853.10-6.s-1 và 1.10-6.s-1như thế 132I phân rã nhanh hơn 131I gần 100 lần Tốc độ phân rã phóng xạ hoàn toàn không chịu ảnh hưởng của các tác nhân hóa học (ví dụ như thay đổi liên kết hóa học) cũng như các tác nhân vật lý (ví dụ áp suất, nhiệt độ…)

Trong thực hành người ta rất hay thể hiện tốc độ phân rã phóng xạ bằng thời gian bán

rã còn gọi là chu kỳ bán rã hay “nửa đời sống vật lý” ký hiệu là Tp Đó là khoảng thời gian cần thiết để diễn ra sự phân rã của một nửa số nguyên tử ban đầu

Trong đẳng thức (2) khi t = Tp ta có:

(1.3)

(1.4)

Tp được tính theo đơn vị thời gian: giây, phút, giờ, ngày hay năm

Đó là một khái niệm rất thông dụng Ví dụ, Tp của 132I là 2,33 giờ, của 131I là 8 ngày

và 3H là 12,4 năm

Người ta đánh giá một lượng ĐVPX nhiều hay ít qua hoạt tính phóng xạ (hay còn gọi

là độ phóng xạ) của nó Hoạt tính A của một lượng ĐVPX được xác định bằng số phân rã hạt nhân diễn ra trong một đơn vị thời gian Đơn vị hoạt tính là curi (lý hiệu Ci) đó là hoạt tính của một lượng nguyên tố phóng xạ có số phân rã trong một giây là 3,7.1010

Người ta thường dùng các ước số của curi la milicuri (mCi = 10-3 Ci) va microcuri ( Ci = 10-6 Ci)

Đơn vị hệ thống quốc tế (SI unit) của hoạt tính phóng xạ là Be-cquerel (ký hiệu là Bq):

1 Bq = 1 phân rã S-1Như vậy 1 Ci = 3,7 x 110 Bq

và 1 Bq = 2,703 x 10-11 Ci = 27,03 pCi

Bức xạ phát sinh do các kiểu phân rã hạt nhân có thể chia làm hai nhóm:

- Bức xạ hạt được tạo nên bởi các hạt có điện tích;

- Bức xạ và Rontghen (X) là các sóng điện từ

Các ĐVPX nhân tạo thông dụng trong phương pháp dùng chất đánh dấu trong sinh học và y học đều không phát bức xạ Do đó các phép đếm phóng xạ chủ yếu trong phương pháp này là đo và đo

Đa số các ĐVPX có phân rã phức tạp ứng với một phân rã hạt nhân có sự phát một

số lượng gamma với năng lượng khác nhau Các chất phân rã cũng phóng electron từ hạt nhân có năng lượng cực đại khác nhau với một tỷ lệ phần trăm hoàn toàn xác định Cần nắm vững những thuộc tính này của ĐVPX (thời gian bán rã, kiểu phân rã, năng lượng bức xạ) mới có thể sử dụng chúng một cách có hiệu quả

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẾM PHÓNG XẠ

Các phương pháp phát hiện và đo dếm các ĐVPX nhân tạo dùng làm chất chỉ điểm (chất đánh dấu) trong các nghiên cứu sinh học, chủ yếu là các phép đo , đo cùng với những đặc điểm của phép đo với các đối tượng sinh học

Nói chung mỗi máy đo bức xạ hạt nhân gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ phận phát hiện (còn gọi là đêtectơ); bộ phận khuếch đại; bộ phận phân tích; bộ phận đếm

Bộ phận phát hiện làm nhiệm vụ chuyển tia phóng xạ (1 photon hoặc 1 hạt) thành dạng có thể đo đếm được (thường là 1 xung điện) Tùy theo dạng bức xạ, năng lượng bức xạ

mà ta chọn máy do có đêtectơ thích hợp Các đêtectơ dùng trong sinh học chủ yếu thuộc loại ion hóa chất khí (ống đếm Geiger Miiller - GM) và loại dùng chất nhấp nháy (ống đếm nhấp nháy tinh thể hoặc ống đếm nhấp nháy lỏng)

1.3.1 Ống đếm Geiger Miiller

Ống GM được cấu tạo bởi một ống kín bằng thủy tinh hoặc kim loại chứa khí trơ như Argon, Heli dưới áp suất 100 – 200 mmHg Ở giữa ống căng một sợi dây tungsten làm cực dương, cực âm là thành ống Giữa 2 cực thiết lập một điện áp từ 1000V – 1500V

Khi có tia bức xạ đi vào ống gây nên hiện tượng ion hóa sơ cấp nghĩa là biến một số nguyên tử chất khí trong ống thành những cặp ion dương và electron Các electron dưới ảnh hưởng điện trường di chuyển nhanh gây ra hiện tượng ion hóa thứ cấp do va chạm tung ra hàng loạt ion (103 – 1010) tất cả ion âm đều được hút về cực dương tạo nên một xung điện

Vấn đề quan trọng là chuỗi hiện tượng mô tả trên sau khi phát sinh phải được dập tắt ngay càng sớm càng tốt để ống GM có thể tiếp nhận tia bức xạ khác và phát sinh ra một xung điện mới Thời gian ngắn nhất giữa hai xung điện liên tiếp gọi là thời gian chết của ống

Hình 1.1: Sơ đồ lắp ống đếm GM

Trong sinh học thường dùng các loại ống đếm Gm sau đây:

- Ống GM hình trụ vỏ thủy tinh đo

- Ống GM hình chuông có cửa sổ với màng mỏng (thường làm bằng mica) để đo Với năng lượng cao của photpho – 32 (Emax = 1,7 MeV) dùng ống đếm có màng cửa sổ khoảng 5mg.cm-2 Với – năng lượng thấp ví dụ cacbon – 14 (Emax = 0.155 MeV) màng cửa

sổ phải chọn xấp xỉ 1mg/cm2

Hình 1.2: Ống đếm GM đo 𝛾 Hình 1.3: Ống đếm GM cửa sổ đo 𝛽

1.3.2 Ống đếm nhấp nháy

Một số chất hữu cơ có khả năng chuyển năng lượng bức xạ mà chúng hấp thu được thành ánh sáng trông thấy Ở đây bức xạ ion hóa gây hiện tượng kích thích các nguyên tử và phân tử Các nguyên tử và phân tử chỉ ở trạng thái kích thích trong một thời gian rất ngắn (khoảng 10-5 – 10-8 giây) sau đó chuyển về trạng thái cơ bản bằng cách phát ra các photon ở những chỗ nhất định trong chất nhấp nháy gọi là các tâm sáng Các tâm sáng này thường là những nguyên tử tạp chất nằm trong lòng chất nhấp nháy đó là các chất hoạt hóa thường được ký hiệu trong ngoặc sau chất nhấp nháy Ví dụ đơn tính thể nhấp nháy natri iodua hoạt hóa bằng thali được ký hiệu là NaI (Tl) là loại chất hay được sử dụng

Hiệu suất năng lượng của hiện tượng nhấp nháy được tính theo công thức:

(1.5) trong đó hiệu suất năng lượng

Wp = năng lượng hấp thu từ photon hay 1 hạt tới

Ws = năng lượng của photon nhấp nháy ra bởi chất nhấp nháy

n = số photon phát ra trong 1 nhấp nháy

Hình 1.4: Sơ đồ ống đếm nhấp nháy

Bảng 1.1: Thuộc tính của một số chất nhấp nháy

Thuộc tính của một số chất nhấp nháy thường dùng được ghi trong bảng 1.1

Trong đêtectơ các photon nháy sáng được dẫn đến quang âm cực của ống nhân quang Ống nhân quang sẽ biến nháy sáng này thành một xung điện Nguyên tắc hoạt động: Photon bứt một số điện tử ra khỏi mặt photocatot (có thể đạt tới 9 electron cho 1 keV) Các điện tử này được định hướng và gia tốc bằng điện trường giữa photocatot và điện cực nhân điện tử (còn gọi là đinot) đầu tiên Khi đập vào đinot mỗi điện tử được gia tốc sẽ bứt ra khỏi đinot vài điện tử thứ cấp, cứ thế dòng điện tử này được nhân lên nhanh chóng khi đi qua hệ 8 – 14 đinot (hệ số nhân thường là 105 – 108), cuối cùng đập vào anot tạo ra một xung điện Thời gian các điện tử bay qua ống nhân quang khoảng 10-8 giây Cung cấp điện áp giữa anot

và catot là một nguồn cao áp cỡ 1 đến 2 kV, điện áp này được chia đều giữa các đinot rải từ anot đến catot của ống nhân quang Nguồn cao áp phải rất ổn định với độ ổn định cỡ 0,01%

Sơ đồ chức năng của một hệ thống đếm dùng trong đêtectơ nhấp nháy (Hình 1.5)

Chất Trọng lượng

riêng (g/cm3)

Bước sóng nhấp nháy ( )

Hiệu suất năng lượng %

Thời gian phát sáng 10-9 giây Antraxen

Các loại đêtectơ nhấp nháy có những ưu điểm:

- Độ phân giải thời gian cao Ống đếm NaI (Tl) có

độ phân giải thời gian là 2.10-8 Bảo đảm được những tốc

độ đếm hết sức cao

- Hiệu suất ghi khá cao Dùng đêtectơ tinh thể nhấp

nháy NaI (Tl) có thể đạt hiệu suất ghi 80% với tia Để

có hiệu suất cao khi đo các mẫu sinh học nhất là các mẫu

lỏng (máu, nước tiểu ) người ta thường dùng loại tinh thể

giếng Dung tích giếng thường là 5cm3 với kích thước đủ

để đặt ống nghiệm chứa mẫu đo vào (Hình 1.6)

- Độ phân giải năng lượng của đêtectơ nhấp nháy

tuy không cao lắm nhưng cũng đủ cho phép tiến hành

phân tích phổ năng lượng Sử dụng tinh thể NaI (Tl) đo

electron năng lượng 100 – 150 keV thì độ phân giải năng lượng cỡ 14%, năng lượng

2 - 4 MeV chỉ đạt 4 – 5% đo bức xạ thì độ phân giải năng lượng cỡ 7 – 10%

Việc đo phân biệt các mức năng lượng rất quan trọng trong các phương pháp đánh dấu kép (dùng đồng thời 2 hoặc nhiều hơn) chất ĐVPX phát tia gamma năng lượng khác nhau mà ta có thể phân biệt được nhờ các máy phân tích một hay nhiều kênh Ví dụ để nghiên cứu chuyển hóa iot trong cơ thể động vật ta có thể dùng đồng thời iot -125 (phát năng lượng 35 keV) và iot – 131 (phát năng lượng 364 keV) mà ta có thể phân biệt được từng đồng vị trên cùng một mẫu đo (xem phổ năng lượng của 125I và 131I)

Hình 1.6: Ống đếm tinh thể giếng

Hình 1.7: Phổ năng lượng 𝛾 của 125I (trái) và 131I (phải)

Việc đo với máy phân tích nhiều kênh cũng rất quan trọng trong phương pháp phân tích kích hoạt trong đó trên cùng một mẫu ta phải xác định nhiều hạt nhân phóng xạ khác nhau

Chất nhấp nháy lỏng là một dung dịch

hòa tan một vài hợp chất huỳnh quang trong

một dung môi thích hợp Hạt bức xạ trong

chất nhấp nháy lỏng cũng gây hiện tượng

kích thích như trong tinh thể nhấp nháy Ở

đây năng lượng kích thích được chuyển cho

các phân tử huỳnh quang và phân tử này

phát ra một lóe sáng Lóe sáng này cũng

được phát hiện bởi ống nhân quang tạo thành

1 xung điện để được khuếch đại, phân tích

biên độ rồi được đếm bởi một hệ đếm

1.3.3.1 Dung môi

Có hai chức năng: Hòa tan các hợp

chất huỳnh quang và mẫu đo, hấp thụ và

chuyển năng lượng của hạt bức xạ đến phần

tử chất huỳnh quang Chất lỏng chuyển kích

thích điện tử với hiệu suất cao nhất là chất

lỏng thơm như toluen, xylen, dioxan Các dung môi này hòa tan được nhiều chất hữu cơ

Các chất khác có thể được hòa tan bằng cách thêm một ít dung môi thích hợp khác nhau nhưng phải chọn sao cho không ảnh hưởng đáng kể đến việc chuyển năng lượng cũng

Hình 1.8: Ống đếm nhấp nháy lỏng

1.3.3.2 Chất hòa tan thứ nhất

PPO (2,5 diphenyloxazol), PPD (phenyldiphenyl oxadiazol) và p – terphenyl là những chất thường được dùng làm chất hòa tan thứ nhất Vai trò của chất hòa tan thứ nhất là nhận năng lượng kích thích từ dung môi và phát năng lượng đó dưới dạng lóe sáng Tiêu chuẩn quan trọng nhất để chọn chất hòa tan thứ nhất là số photon phát ra ứng với một đơn vị năng lượng bức xạ hấp thu bởi dung môi Cần một nồng độ từ 5 đến 10 g/l của các chất này

để gây số phát quang đối đa, việc sử dụng chúng bị giới hạn bởi tính hòa tan kém trong toluen Chẳng hạn p – terphenyl là một trong những chất được dùng đầu tiên làm chất hòa tan thứ nhất, giá lại rẻ nhất nhưng vì hòa tan kém trong toluen lạnh nên phải nhường chỗ cho PPO là chất hiện được dùng nhiều nhất Tiêu chuẩn thứ hai là photon phát ra phải có bước sóng tương ứng với độ nhạy cao nhất của photocatot ống nhân quang Bước sóng thích hợp nhất là 400nm

1.3.3.3 Chất hòa tan thứ hai

Chính vì bước sóng của photon phát ra bởi các chất hòa tan thứ nhất thông dụng thường ngắn hơn 400 nm nên người ta thêm vào dung dịch một chất hòa tan huỳnh quang thứ hai POPOP (1,4 bis-2 [5 – phenyloxazolyl] – benzen) Chất này hấp thu photon phát bởi chất hòa tan thứ nhất để phát lại một photon huỳnh quang với bước sóng dài hơn Vì vậy chất phát quang thứ hai còn được gọi là chất “chuyển dịch phổ”

Chúng thường được dùng với nồng độ bằng 1/10 nồng độ của chất hòa tan thứ nhất nghĩa là khoảng 0,5 g/lít toluen

1.3.3.4 Phát hiện các photon nhấp nháy

Trong phép đo nhấp nháy lỏng đòi hỏi ống nhân quang có độ nhậy cao Photocatot của ống nhân quang có thể phát một số electron khi không có photon đập vào Để giảm phông nhiệt thường dùng các biện pháp sau đây Biện pháp thứ nhất là các ống nhân quang được đặt trong môi trường lạnh để giám sát electron nhiệt Những sự tiến bộ trong công nghệ ống nhân quang hiện nay cho phép sản xuất các ống nhân quang không phát electron nhiệt mà không cần làm mạnh Tuy nhiên để duy trì độ nhạy photocatot và các dinot cũng như việc tạo ra các xung điện đồng đều cần duy trì nhiệt độ ổn định nhất là với các phép đo phổ (ví dụ đo đồng thời 3H và 14C)

Biện pháp thứ hai để khử phông là dùng phân tích biên độ xung Tương tác giữa các photon lóe sáng với photocatot làm văng ra đồng thời một số electron do đó xung điện tạo nên thường có biên độ lớn hơn xung điện do electron nhiệt Phân tích biên độ giúp ta tách các tín hiệu khỏi các xung phông Biện pháp thứ ba có hiệu quả nhất là đếm trùng phùng Khi chất nhấp nháy hấp thu 1 hạt nó phát ra đồng thời một số photon Nếu hai ống nhân quang nhìn nhấp nháy và lối ra của chúng được bố trí sao cho chỉ những xung điện cùng phát sinh đồng thời ở hai ống nhân quang mới được đếm thì có thể loại bỏ được các xung nhiệt chỉ phát sinh ở riêng từng ống Với cách bố trí này có thể giảm phông xuống dưới 10 xung/ph trong điều kiện do cacbon – 14 đạt hiệu xuất 80%, đo triti hiệu suất 60% hoặc cao hơn Các mẫu thường được đếm trong 10 đến 15 ml dung dịch nhấp nháy trong lọ thủy tinh hoặc polyetylen dung tích 20 ml

Có thể phát hiện ra các photon nhấp nháy từ phương pháp sắc ký hai chiều (Hình 1.9)

Hình 1.9: Hình rà phóng xạ một tiêu bản sắc ký hai chiều

1.3.3.5 Đánh giá kết quả

Trong các nghiên cứu chuyển hóa không thể khẳng định rằng hoạt tính phóng xạ trong một tổ chức hay một chất dịch của cơ thể là ở cùng dạng hóa học với chất phóng xạ đã đưa vào cơ thể Việc nhận định đúng các kết quả còn tùy thuộc cả vào độ tinh khiết của hợp chất phóng xạ đã dùng và các phương pháp hóa học đã dùng để cô lập và tinh khiết mẫu Một chất đánh dấu rất hay dùng trong sinh học (đặc biệt trong định lượng phóng xạ miễn dịch học) là Iot – 125 phát mềm Iot – 125 có thể đo bằng phương pháp nhấp nháy lỏng với một độ nhạy cao hơn pháp đo dùng tinh thể Kỹ thuật đo tương tụ như với cacbon – 14

1.3.4 Một số kỹ thuật đo đặc biệt

Trong nghiên cứu nông nghiệp, sinh học và y học hiện đại người ta còn dùng các loại máy đo phóng xạ đặc biệt như:

- Máy đo phóng xạ toàn thân để phát hiện các chất phóng xạ gamma tồn lưu trong cơ thể động vật thí nghiệm Với những máy dùng tinh thể NaI (Tl) có phân tích biên độ nhiều kênh và bảo đảm phông đệm rất thấp ở mọi cơ thể động vật ta ghi được hai đỉnh: một đỉnh ứng với kali – 40 (chất phóng xạ thiên nhiên có nhiều trong cơ thể) và một đỉnh ứng với xesi – 137 (hậu quả của các vụ nổ hạt nhân) Máy này rất thuận lợi cho việc nghiên cứu chuyển hóa

- Máy ghi phân bố hoạt tính phóng xạ trên bề mặt Đêtectơ của máy di chuyển tự động theo hai trục x, y Hoạt tính phóng xạ ghi nhận được vạch trên một bản đồ phân bố Thường dùng máy này để ghi các vệt phóng xạ trên các băng sắc ký trên giấy hay sắc ký lớp mỏng hoặc để ghi hình phân bố phóng xạ trong cơ thể động vật thực nghiệm (tương tự như máy quét tia nhấp nháy (scintistscanner) để làm trên người nhưng nhỏ hơn)

1.3.5 Một số kỹ thuật ghi đo đặc biệt trong Y học hạt nhân (YHHN)

Các đồng vị sử dụng trong chẩn đoán chủ yếu phát tia gamma và các phép đo tia gamma trên cơ thể sống (đo in vivo) chiếm vị trí đặc biệt quan trọng Các phép đo này nhằm phát hiện động học của một chất phóng xạ đã đưa vào cơ thể bệnh nhân (bằng đường uống hay tiêm) tại một hay một số cơ quan khác nhau trong cơ thể bệnh nhân Có 4 phương pháp thường được sử dụng: đo từng thời điểm, ghi đồ thị tự động, ghi hình và chụp hình

1.3.5.1 Đo từng thời điểm

Phép đo được lặp lại trong từng khoảng thời gian với những điều kiện hình học không thay đổi, cho ta biết mức độ tập trung chất phóng xạ tại một cơ quan nào đó ở những thời điểm khác nhau Ví dụ điển hình là đo độ tập trung Iot – 131 tại tuyến giáp ở thời điểm 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ, 24 giờ sau khi uống liều chuẩn Iot – 131

Trong phép đo này (cũng như các phép đo in vivo khác) ta dùng đêtectơ nhấp nháy có bao định hướng (collimator) bảo đảm ghi nhận được các tia gamma phát ra từ cơ quan cần

đo và ngăn chặn đến mức đối đa các tia gamma phát ra từ các vùng lân cận khác trong cơ thể Khi đo độ tập trung Iot – 131 ở tuyến giáp collimator bảo đảm trường nhìn của phép đo

là vùng tuyến giáp và không để các tia gamma từ các vùng khác lọt vào đêtectơ

có nhiều kênh, nghĩa là nhiều đêtectơ (với collimator tương ứng) nối với nhiều bút ghi

1.3.5.3 Ghi hình

Các máy ghi hình có nguyên lý chung là: một đêtectơ nối liền với một bộ phận ghi hình; trong khi đêtectơ quét trên bề mặt cơ quan có tập trung chất phóng xạ thì bộ phân ghi hình cũng chuyển động đồng dạng, và vạch hình với mật độ vạch càng dày đặc khi hoạt tính phóng xạ nhận được càng lớn (hoặc lên màu khác nhau ứng với hoạt tính phóng xạ theo một thang quy ước) Các máy ghi hình này ra đời hồi những năm 50 có nhược điểm là không bắt kịp những thay đổi nhanh của hoạt tính phóng xạ ở cơ quan ghi nên không ghi được hình động Thêm nữa việc ghi hình tốn nhiều thời gian nhất là đối với các tạng lớn (gan chẳng hạn), vì vậy ngày nay hầu như rất ít được dùng, nếu còn dùng thì chủ yếu để ghi hình tuyến giáp

1.3.5.4 Chụp hình

Các máy chụp hình tia gamma (GC) có bộ phận phát hiện cố định, cho ta hình ảnh tức thì của cả cơ quan trong trường nhìn Phương pháp này có nhiều thuận lợi hơn so với ghi hình thời gian chụp nhanh Những hình chụp liên tiếp với tốc độ nhanh giúp ta nghiên cứu động học của chức năng một cơ quan như quá trình thở của phổi, hoạt động bơm của tim… Người ta gọi đó là chụp hình động học

Nguyên lý chụp hình như sau: tia gamma được thu bởi một tinh thể NaI (Tl) mỏng (khoảng 12 mm) nhưng có đường kính lớn 290 đến 400 mm Các photon phát ra được thu nhận bởi một tập hợp các ống nhân quang gồm 19 đến 37 ống nhân quang bố trí thành hình sáu cạnh bảo đảm việc truyền tín hiệu sáng có định vị đến dao động ký Dao động ký biến các nhấp nháy thành một chấm sáng, chấm này càng sáng khi số nhấp nháy trước ống nhân quang càng nhiều Các GC (và collimator tương ứng) ngày nay thường thích hợp nhất với tia gamma năng lượng 140 eV của tecneti – 99 m Điều này cũng dễ hiểu vì tecneti – 99 m cung

cấp bởi nguồn sinh được dùng để đánh dấu các hợp chất khác nhau trong hầu hết các phép chụp hình các tổ chức, cơ quan trong cơ thể

Những năm gần đây, chụp hình

hạt nhân có những bước tiến lớn, các

máy GC tương tự đã được thay thế bằng

các máy số hóa và có gắn máy tính với

các phần mềm chuyên dụng để chụp theo

chương trình định trước và để phân tích,

xử lý hình ảnh Thế hệ máy mới nhất cho

phép chụp hình cắt lớp phát xạ đơn

photon hỗ trợ bằng máy tính (Single

photon emision computed tomography gọi

tắt là SPECT)

SPECT dùng một GC quay để thu được các hình ảnh từ nhiều góc của sự phân bố DCPX phát tia gamma trong cơ quan Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị vì riêng nó có khả năng định vị chính xác một sự bất thường sinh lý trong cơ thể thông qua hàng loạt lát cắt 2 chiều của cơ quan tạo ra bởi máy vi tính, từ đó các hình ảnh không gian 3 chiều của cơ quan

có thể được tái tạo.Ở nước ta có một số khoa YHHN đã được trang bị Gamma Camera, riêng bệnh viện quân y 108 và bệnh viện Bạch Mai, Ung Bướu (Tp.HCM) đã có SPECT

Trong chụp hình hạt nhân hiện đại

cũng phải nhắc tới kỹ thuật chụp cắt lớp

phát xạ positron (positron emisson

tomography gọi tắt là PET) Trong kỹ

thuật này người ta dùng các chất ĐVPX

phát positron (tia ) tập trung ở các khối

u Positron phát ra hiện tượng hủy hạt (

phát ra gặp trên đường đi sẽ tự hủy)

tạo thành 2 photon gamma 0,511 MeV

Hai photon này ngược chiều nhau Như

vậy dùng 2 máy phát hiện đặt quay mặt vào nhau, nối với một bộ trùng phùng để ghi những

Hình 1.10: Máy chụp hình SPECT

Hình 1.11: Máy chụp hình PET

tia cùng đồng thời đập lên 2 máy phát hiện, thì sẽ xác định được vị trí phát Với một hay một

số vòng đêtectơ cố định bố trí quanh cơ thể nạn nhân ta thu được thông tin và xử lý chúng tạo thành các lát cắt cơ thể tương tự như trong kỹ thuật SPECT PET đặc biệt tốt trong việc định vị không gian các quá trình sinh hóa trong cơ thể và có thể chỉ ra cơ sở sinh hóa của các rối loạn thần kinh và bệnh tâm thần PET cũng rất tốt trong chẩn đoán định vị các khối u não chỉ dẫn cho phẫu thuật Bảng sau đây giới thiệu một số chất ĐVPX phát positron dùng trong chẩn đoán

SPECT – CT (Computed Tomography) và PET – CT là sự kết hợp hoàn hảo giữa các loại chụp hình trên SPECT – CT và PET – CT cho hình ảnh chụp hình chẩn đoán bệnh nhân hiệu quả hơn trong việc chẩn đoán Vì kỹ thuật này vừa cho ra hình ảnh của kỹ thuật SPECT (PET) và cả hình ảnh của kỹ thuật chụp hình CT

Bảng 1.2 sẽ cho chúng ta thấy các đồng vị phát positron đều có thời gian bán hủy rất ngắn và được sản xuất bằng cyclotron Hiện nay một số cơ sở YHHN ở các nước tiên tiến được trang bị cyclotron để sản xuất ĐVPX đời sống ngắn dùng tại chỗ như bệnh viện Hammersmith tại Luân Đôn (Anh), Trường Y của Viện Đại Học Washington tại St Louis (Mỹ)…

Hình 1.12: Hình ảnh của kỹ thuật

PET - CT

Hình 1.13: Hình ảnh chụp PET/CT của một

bệnh nhân Ung thư phổi chụp tại Trung tâm

YHHN và Ung bướu Bệnh viện Bạch Mai

Đồng vị phóng

xạ

Thời gian bán hủy Kiểu phân rã Cách chế tạo Cacbon – 11

0,972 MeV 100%

E.C 0,19%

1,201 MeV 1,726 MeV 0,645 MeV 97%

1,130 MeV (2%)93,6%

E.C 6,4%

’ s:0,440 MeV (17%) ,530 MeV (1,8%) 0,980 MeV (0,3%) 0,753 MeV (0,3%)

“Vắt sữa” của “bò” Gecmani – 87

“Vắt sữa” của “bò” Ytri – 87

“Vắt sữa” của “bò” Molypden - 99

I – 127 (n, ) I – 128

Bảng 1.2: Một số chất ĐVPX đời sóng ngắn hiện dùng trong chẩn đoán

Chương 2: CƠ SỞ SINH LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP

2.1 PHÁT KIẾN CỦA HEVESY

• Cách đây hơn 60 năm Hevesy đã có sáng kiến dùng chất phóng xạ làm chỉ thị trong việc nghiên cứu các phản ứng hóa học Phương phá này ngày càng được hoàn chỉnh và được phát triển nhanh chóng vào sinh học góp phần hiện đại hóa của các khoa học sinh học

• Như ta đã biết trong sinh học ĐVPX được sử dụng với 2 mục đích:

- Làm nguồn phát các loại bức xạ ion hóa khác nhau Ví dụ dùng coban – 60 hay xesy – 137 làm nguồn phát tia gamma, dùng photpho – 32 hay stronti – 90 làm nguồn phát tia beta… Phương pháp bức xạ ion hóa có nhiều ứng dụng trong việc gây biến dị tạo giống mới, diệt khuẩn bảo quản lương thực, thực phẩm cũng như trong điều trị một số bệnh

- Làm nguyên tố đánh dấu hay còn gọi là chất chỉ thị Trừ vài trường hợp hết sức cá biệt còn lại thì cơ thể sinh vật không phân biệt được các đồng vị của cùng một nguyên tố Nói một cách khác “số phận chuyển hóa” của các đồng vị của cùng một nguyên tố hoàn toàn giống nhau trong cơ thể sinh vật Dựa trên cơ sở này ta có thể sử dụng các đồng vị làm chất chỉ thị trong việc nghiên cứu tất cả các quá trình sinh học

• Trong phương pháp đánh dấu ta có thể dùng các đồng vị bền (ví dụ nghiên cứu chuyển hóa nước dùng nước đánh dấu deuteri D2O chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đánh dấu 15N) nhưng hầu hết các kỹ thuật đánh dấu đều được tiến hành bằng ĐVPX vì các chất này với bức xạ đặc biệt của chúng giúp ta phát hiện dễ dàng bằng các phép đo mẫu ngoài (in vitro) hay đo trên cơ thể sống (in vivo)

Điều này không phải trong trường hợp nào cũng được bảo đảm được Sự đồng nhất của cấu trúc điện tử bảo đảm cho các đồng vị của cùng một nguyên tố có những thuộc tính hóa học như nhau Tuy nhiên sự khác nhau về khối lượng có thể làm thay đổi động học của các phản ứng hay các quá trình trao đổi, người ta gọi hiện tượng này là “hiệu ứng đồng vị’

Trong thực tế tác dụng của hiệu ứng đồng vị rất hạn chế Đối với phần lớn các chất phóng xạ thường dùng sự chênh lệch về số khối là rất nhỏ nên chỉ dẫn đến những thay đổi tối thiểu có thể bỏ qua so với các sai số thực nghiệm Chỉ trong trường hợp các nguyên tử nhẹ Ví dụ hydro ( ) và triti ( ) các đồng vị này có khối lượng chênh nhau 3 lần hiệu ứng đồng vị thực sự đáng kể, nhưng thực nghiệm cho thấy trong phần lớn các nghiên cứu sinh học việc đánh dấu bằng triti vẫn hoàn toàn có giá trị

2.3 TẠO CÁC PHÂN TỬ ĐÁNH DẤU

Việc tạo các chất đánh dấu đơn giản dạng nguyên tố, ion hoặc các phân tử vô cơ thông thường, từ những nguyên tố phóng xạ nhân tạo được tiến hành tại các trung tâm hạt nhân lớn được trang bị các nguồn phát neutron và các máy gia tốc công suất lớn Hơn nữa việc tách và tinh khiết các lượng lớn chất phóng xạ đòi hỏi những trang bị và công nghệ học đặc biệt Các phân tử hữu cơ phức tạp hay các phân tử nguồn gốc sinh học được đánh dấu từ những chất phóng xạ đơn giản bằng mấy phương thức sau đây:

2.3.1 Tổng hợp hóa học

Dựa trên các phương pháp cổ điển của hóa hữu cơ Ví dụ, gắn các halogen phóng xạ

131I, 125I, 82Br trên một nhân thơm phản ứng thay thế:

H + I – Cl *I + HCl Hoặc dùng phương pháp điện hóa để biến +I- +I gắn vào nhân thơm

2.3.2 Sinh tổng hợp

Dùng các phản ứng hóa sinh diễn ra trong cơ thể sinh vật hoặc tiến hành trong ống nghiệm với các chế phẩm enzym Bằng sinh tổng hợp chúng ta có thể thu được một số phân

tử sinh học mà các phép tổng hợp hóa học không làm nổi hoặc làm rất khó khăn

Ví dụ, để có các phân tử đường và axit amin đánh dấu 14C ta nuôi tảo Chlorella trong khí quyển 14CO2 Cách đánh dấu này không đặc hiệu cho nhiều nguyên tử trong mỗi phân tử Hỗn hợp thu được rất khác nhau và đòi hỏi các phương pháp tách chiết tinh vi để lấy ra được phân tử đánh dấu cần thiết

2.3.3 Trao đổi đồng vị

Kỹ thuật đánh dấu này dựa trên sự thay thế một nguyên tử cấu thành của phân tử bằng ĐVPX của nguyên tử đó Đồng vị phóng xạ này được thêm vào dung dịch dưới dạng hóa học khác, ví dụ:

tyroxin(127I) + 131I tyroxin(131

I) + 127I không phóng xạ iođua đánh dấu iođua Cái lợi chủ yếu của phương pháp này là có thể đánh dấu một phân tử đã ở dạng rất tinh khiết

2.3.4 Tổng hợp phóng xạ

Phép tổng hợp này dựa trên tác dụng của bức xạ ion hóa ( , n, p, ) và hiện tượng giật lùi hạt nhân hay nhờ phân hạch (hiệu ứng Szilard – Chanmers) hoặc dựa vào tác dụng của các ion phóng xạ được gia tốc Cách đánh dấu này hầu hết là không đặc hiệu và làm biến tính phân tử do đó đòi hỏi các phương pháp tinh khiết sau đánh dấu Ví dụ, đánh dấu bằng triti ( ) năng lượng cao do giật lùi hạt nhân cung cấp bởi phản ứng:

(n, )

Triti này tham gia vào phản ứng đánh dấu phân tử R – H:

R – H + R – + H Phương pháp đánh dấu các chất có bản chất protein bằng iot phóng xạ là phương pháp tương đối đơn giản được sử dụng rất phổ biến tại các phòng thí nghiệm y sinh học vì phạm vi ứng dụng to lớn của nó trong nghiên cứu y sinh học Các chất bản chất protein có ý nghĩa sinh học quan trong như các hocmon kháng nguyên, kháng thể, các protein huyết tương (albumin, globulin, fibrinogen) đều có thể đánh dấu bằng iot phóng xạ Nguyên lý của phương pháp như sau:

Đây là phương pháp đánh dấu ngoại lai vì iot đưa vào không phải là thành phần vốn

có của phân tử được đánh dấu Cụ thể trong phương pháp này iot phóng xạ được gắn với tyrozin – một axit amin hiện diện trong các chuỗi polypeptit của phân tử protein Để thực hiện được phản ứng gắn iot vào tyrozin, ion I- phải được oxy hóa thành I+ để thay thế H+trong gốc tyrozin Phản ứng này chạy được là do gốc tyrozin có một nhân thơm liên kết giàu điện tử Trong dung dịch iot thường ở dạng I- Để chuyển thành I+

ta phải dùng chất oxy hóa

dùng Iot – 125 dưới dạng NaI Iot – 125 có ưu điểm là không phát tia beta (gây tổn hại nhiều đối với phân tử được đánh dấu) và chu kỳ bán rã 60 ngày thuận lợi cho sử dụng các in vitro

Kỹ thuật đánh dấu cao (thường trên 60%), hoạt tính riêng cao: hàng chục mCi/mg protein Điểm quan trọng cần lưu ý là quá trình đánh dấu dùng chloramin T có thể làm hỏng phân tử protein hoặc thay đổi thuộc tính sinh học của phân tử vì vậy, cần hết sức lưu ý bảo đảm sao cho quá trình đánh dấu không ảnh hưởng đến phân tử protein ít ra là ở thuộc tính mà ta nghiên cứu Ví dụ, khi ta đánh dấu kháng nguyên (hoặc chất đóng vai trò kháng nguyên) thì khả năng kết hợp với kháng thể đặc hiệu phải không bị thay đổi qua quá trình đánh dấu

Chính nhờ dùng insulin đánh dấu Iot – 125 (Insulin – 125I), R Yalow đã tiến hành định lượng insulin trong huyết tương người bình thường và bệnh nhân tiểu đường bằng phương pháp định hướng phóng xạ miễn dịch học (RIA: Radioimmunoassay) lần đầu tiên và được giải Nobel y học năm 1976 về phương pháp RIA

2.4 SỬ DỤNG CÁC PHÂN TỬ ĐÁNH DẤU

2.4.1 Tính bền vững và vấn đề bảo quản các phân tử đánh dấu

Dưới ảnh hưởng của các bức xạ phát ra từ những nguyên tử đánh dấu trong phân tử, các phân tử này chịu những thay đổi hóa học quan trọng và tạo ra những sản phẩm biến tính khác nhau Đó là hiện tượng “tự xạ phân” Để tránh phần nào sự thoái biến này người ta bảo quản các phân tử đánh dấu trong điều kiện tối ưu, dựa trên:

2.4.1.1 Phân tán các phân tử phóng xạ

Pha loãng để làm giảm hoạt tính riêng Rải thành lớp mỏng (đóng khô, rải trên giấy)

2.4.1.2 Giảm chuyển động nhiệt

Giữ các phân tử đánh dấu ở 300C đến 400C Cũng có trường hợp giữ ở nhiệt độ không khí lỏng (– 1960C)

2.4.1.3 Thêm vào chất hóa học

Thêm vào một số chất hóa học để bảo quản thường là các chất khử

2.4.2 Kiểm tra và làm tinh khiết các phân tử đánh dấu

Độ tinh khiết hóa học là một đặc trưng riêng biệt dành cho các phân tử đánh dấu để chỉ tình trạng không có hạt nhân phóng xạ khác với hạt nhân phóng xạ dùng để đánh dấu và tất cả các hạt nhân phóng xạ này đều gắn vào các phân tử được đánh dấu hay nói rộng hơn tất cả các hạt nhân phóng xạ đều ở dạng hóa học nhất định Nếu không đảm bảo được độ

tinh khiết hóa phóng xạ thì chúng ta sẽ phạm hàng loạt sai số khi nhận được kết quả trong nghiêm cứu các quá trình vật lý, hóa học hay sinh học bằng phương pháp đánh dấu

Sự kém tinh khiết có thể do quá trình tạo chất đánh dấu hay do điều kiện bảo quản vì vậy đối với hầu hết các chất đánh dấu chúng ta phải tiến hành kiểm tra phân tích và làm tinh khiết một cách chặt chẽ

2.4.2.1 Việc kiểm tra phân tích

-Bước 1: kiểm tra các thuộc tính phóng xạ như: bản chất, năng lượng của nguyên tố

phóng xạ cũng như chu kỳ bán rã Xác định hoạt tính riêng

-Bước 2: kiểm tra các thuộc tính vật lý hóa học Các thuộc tính vật lý là: điểm nóng

chảy, điểm sôi, chỉ số khúc xạ, khả năng quay cực (đảo cực), phổ hấp thu ( tử ngoại ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại)… Các thuộc tính hóa học là: thành phần hóa học và bản chất các chất hóa học

2.4.3.1 Thời gian bán hủy vật lý

Cần đủ dài để một mặt kịp chuyển chất đồng vị từ nơi sản xuất đến cơ sở sử dụng mặt khác đủ cho việc theo dõi nghiệm pháp và đo đạc Các ĐVPX dùng trong nghiên cứu thực nghiệm trên động vật, thực vật hay vi sinh vật có thể bao gồm cả những chất có thời gian bán rã dài ngày như 14C: 5500 năm, 3H: 12,3 năm, 55Fe: 2,6 năm…, Nhưng các ĐVPX thông dụng thường có thời gian bán rã khoảng vài tuần như 131I: 8 ngày, 32P: 14,3 ngày, 51Cr: 27,8 ngày, 59Fe: 45 ngày…

2.4.3.2 Thời gian hiệu ứng

Khi tính nồng độ của một chất ĐVPX trong cơ thể sinh vật hay nói một cách khác xác định hoạt tính phóng xạ của cơ thể sau khi đưa chất đánh dấu vào thì thời gian bán rã vật lý (Tp) của chất phóng xạ còn phải xét đến tốc độ loại trừ chất đó ra ngoài cơ thể Nếu tốc độ

hàm mũ thì có thể có khái niệm về thời gian bán hủy sinh học (Tb) đó là thời gian trong đó một nửa lượng của chất đưa vào được loại ra khỏi cơ thể

Như thế trong cơ thể sinh vật lượng ĐVPX mà ta đưa vào giảm theo thời gian vừa do phân hủy vật lý vừa do bị loại ra ngoài cơ thể điều đó dẫn ta tới khái niệm về thời gian bán hủy hiệu ứng (Tef)

Thời gian bán hủy hiệu ứng là khoảng thời gian trong đó các nguyên tử của một chất ĐVPX đã đưa vào cơ thể giảm đi một nửa vừa do phân hủy vật lý vừa do bị loại trừ sinh học Công thức để tính Tef từ Tp và Tb như sau:

(2.1) Thời gian bán hủy hiệu ứng là một khái niệm rất cơ bản trong việc dùng ĐVPX để nghiên cứu các quá trình sinh học

2.4.3.3 Đặc điểm của bức xạ

Nhiều chất phóng xạ beta được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm sinh học Các chất phát được đo một cách đơn giản với ống đếm GM cửa sổ với điều kiện vật phẩm thuần nhất, sấy khô rải đều trên đĩa màu và năng lượng tia đủ cao để đảm bảo hiệu suất tốt cho máy đếm Những điều kiện đo này tốt với Photpho – 32, dùng được với 35S, 14C nhưng không dùng được với 3H Biện pháp tốt nhất để đo các chất phát năng lượng thấp là nhấp nháy lỏng Các chất phát năng lượng thấp đặc biệt thích hợp cho việc nghiên cứu ở mức

độ tế bào và phân tử Với những phép đo ở mức độ tế bào kỹ thuật duy nhất là phóng xạ tự chụp Để cho hình phóng xạ tự chụp thu được sau một thời gian chụp tương đối ngắn có độ phân giải cao thì điều kiện cần thiết là bức xạ phải được hấp thu càng nhiều càng tốt trên một

độ dày giới hạn của những tương áp trên tiêu bản vật phẩm sinh học được đánh dấu bằng ĐVPX Muốn thế, người ta chọn dùng các chất phát càng mềm càng tốt (3H, 35S, 14C)

Các chất phóng xạ gamma thì đặc biệt thuận lợi cho phép ghi đo trên cơ thể sống nguyên vẹn (đo in vivo) Những bức xạ gamma đâm xuyên ít rất thích hợp cho việc ghi hình

và chụp hình nhấp nháy Với các vật phẩm sinh học đo in vivo thì việc dùng chất phóng xạ gamma vẫn tốt hơn Dùng ống đếm nhấp nháy với tinh thể giếng có hiệu suất đo cao và hầu như vật phẩm đo không phải chuẩn bị gì đặc biệt ngoài việc cho vật phẩm vào ống nghiệm hay tinh chất dẻo

2.4.3.4 Hoạt tính riêng

Khi sử dụng ĐVPX để nghiên cứu sinh học cần lưu ý không những hoạt tính của chất phóng xạ mà cả lượng nguyên tố hay phân tử của chất đánh dấu đã đưa vào cơ thể sinh vật Nói cụ thể hơn là phải chọn hoạt tính sao cho có thể phát hiện được một cách dễ dàng bảo đảm độ chính xác thống kê của phép đo đồng thời không làm rối loạn những điều kiện sinh

lý bình thường do đưa vào cơ thể một lượng lớn chất đánh dấu Ví dụ, để nghiên cứu tổng hợp ADN trong nhân tế bào thì thêm vào môi trường nuôi cấy tiền chất đặc hiệu tymidin đánh dấu triti (TdR - 3H) Chỉ thu được kết quả khả quan khi dùng một lượng tymidin thật ít

để không làm thay đổi nền chuyển hóa bình thường của chất này trong tế bào Nhưng mặt khác lượng TdR - 3

H này phải có hoạt tính đủ cao để phát hiện được bằng phóng xạ tự chụp hay đếm bằng nhấp nháy lỏng

Một ví dụ khác, trong nghiệm pháp hấp thu vitamin B12: dùng vitamin B12 – 58Co ta phải cho đối tượng thử nghiệm uống liều vitamin đánh dấu có hoạt tính khoảng 2 microcuri

để có thể đo được nhưng mặt khác để đảm bảo một tỷ lệ hấp thu bình thường ở một lượng vitamin B12 cho uống không được quá 1 microgam Như thế ta phải dùng loại vitamin B12 – 58Co với hoạt tính ít ra là 2 Ci/ g vitamin B12 Hoạt tính của một đơn vị trọng lượng chất đánh dấu được gọi là hoạt tính riêng Người ta cũng biểu thị hoạt tính riêng bằng tỷ số các nguyên tử ĐVPX với các nguyên tử đồng vị bền (trường hợp dùng ĐVPX dưới nguyên tố dạng ion) hoặc bằng hoạt tính của một mol chất đánh dấu Trong việc sản xuất ĐVPX có trường hợp thu được hầu như chỉ một loại ĐVPX hay nói cách khác chỉ một loại hạt nhân phóng xạ không lẫn đồng vị bền (hạt nhân bền) của nó ta gọi đây là ĐVPX không có chất mang, ví dụ trường hợp iot – 131 dưới dạng natri iodua (NaI) hay kali iodua (KI) Như vậy khái niệm về hoạt tính riêng rất quan trọng, việc chọn chất đánh dấu có hoạt tính riêng thích hợp với yêu cầu thí nghiệm ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của kết quả

2.4.3.5 Chọn phân tử đánh dấu và cách đánh dấu

Để đảm bảo phép thử nghiệm được tiến hành trong điều kiện bình thường của cơ thể sinh vật, chất ĐVPX sử dụng không được làm tổn thương phân tử hay tế bào đánh dấu Cần phân biệt hai trường hợp:

- Nguyên tử đánh dấu gắn vào phân tử như một cấu tử bình thường của phân tử Ví

bằng triti hay cacbon thì vấn đề có phức tạp hơn phân tử tymidin – 3H thường bị xạ phân đáng kể trong quá trình bảo quản, hơn nữa ADN gắn tymidin đánh dấu có thể bị tổn hại do bức xạ

- Nguyên tử đánh dấu được gắn vào phân tử trong những điều kiện sinh lý không bình thường Việc đánh dấu các phân tử protein bằng iot phóng xạ (131I, 125I) là không sinh lý

vì đời sống và thuộc tính sinh học của những phân tử này có thể bị thay đổi Cũng vì vậy việc đánh dấu tế bào bằng một phân tử kim loại lạ (51Cr) hoặc đưa vào một phân tử lạ gây ức chế men (DF32P = dizopropylflourophotphat 32P) có thể dẫn đến những kết quả sai lệch về đời sống của các tế bào đánh dấu

Vì vậy trong mỗi thí nghiệm cần chọn chất đánh dấu thích hợp và cần kiểm tra để tin chắc là sự hiện diện của chất ĐVPX không làm tổn thương tế bào hay phân tử đánh dấu

Chương 3: CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU

Việc ứng dụng ĐVPX trong nông nghiệp, sinh học và y học có thể chia thành các nghiên cứu định tính, các nghiên cứu định lượng và các nghiên cứu hình thái định khu

3.1 CÁC NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG

Trong nhiều trường hợp có thể thu được kết quả rất chính xác

3.1.1 Đo các khoang phân bố hay các khối lượng vật chất (còn gọi là các “pool” chuyển hóa), phương trình pha loãng

Trong trường hợp đưa chất đánh dấu vào một khoang (không gian phân bố) nào đó chất này được phân bố đồng đều và không thoát ra khỏi khoang trong thời gian đo thì tỷ số pha loãng có thể tính trực tiếp thể tích khoang Giả sử tiêm một lượng Qo vào thể tích V hoặc trộn đều trong một khối lượng P và sau khi pha loãng (trộn đều) hoạt tính của một đơn

vị thể tích hay khối lượng là C thì:

V hoặc P = (3.1) Phương pháp này có thể tính các thể tích thực, ví dụ như thể tích máu (đo thể tích hồng cầu bằng hồng cầu đánh dấu crôm – 51, đo thể tích huyết tương bằng albumin huyết thanh đánh dấu iot – 131) hoặc tính các thể tích phân bố “biểu kiến” để chỉ các thể tích lý thuyết trong đó chất đánh dấu được pha loãng ở một thời điểm xác định

Thể tích phân bố biểu kiến có thể dùng tỷ số pha loãng nước đánh dấu triti trong vòng

24 giờ để đánh giá tổng lượng nước trong cơ thể Thường thì các thể tích đo theo kiểu này mang tính chất quy ước nhưng có giá trị so sánh giữa cá thể này với cá thể khác Cũng như vậy khi ta xác định các khối lượng trao đổi (ví dụ khối lượng trao đổi natri, kali) Các khối lượng này không phải là tập hợp “thực” của các phân tử cũng không phải là một không gian xác định mà chỉ tương ứng với một trạng thái sinh lý

Người ta biết rằng trong tổng số các phân tử đồng chất trong cơ thể, một số được sắp đặt ngay tạo thành khối lượng trao đổi nhanh (còn gọi là pool không bền vững hay nền chung), số khác được giữ trong các cơ quan dự trữ trong đó sự trao đổi tiến hành rất chậm chạp Trước tiên, chất đánh dấu đưa vào được trộn đều với các phân tử di động và cho phép xác định thể tích hoặc khối lượng của “pool” trao đổi Số liệu thu được ở các cá thể khác

Phương pháp này rất thuận tiện nhưng vấp phải một điểm yếu đáng kể: thời gian cần thiết để chất đánh dấu trộn đều trong pool trao đổi tương đối hằng định ở các cá thể bình thường nhưng thay đổi nhiều trong các trường hợp bệnh Do đó nên xác định ở nhiều thời điểm khác nhau và phân tích toán học để có thể xác định chính xác kích thước của “pool”

3.1.2 Đo các trao đổi và các không gian vận chuyển

Phân tích toán học cho phép trong một số trường hợp từ đồ thị thực nghiệm tính được thể tích các không gian phân bố chất đánh dấu và xác định tốc độ trao đổi

Trong một số trường hợp việc giảm hoạt tính ở khoang đánh dấu (ví dụ huyết tương hay toàn cơ thể) diễn ra một cách đơn giản, đồ thị có dạng hàm mũ và trên tọa độ nửa logarit

có một đường thẳng (Hình 3.1 trái và phải)

Hình 3.1 (Trái và phải)

Q = Q0e-kt (3.2) Sau một chu kỳ T chất đánh dấu (và cả chất không đánh dấu của cơ thể đồng chất với chất đánh dấu) Q0 có ở thời điểm ban đầu t0 bị loại trên 50% và được thay thế bằng các phân

tử mới đi vào trong khoang nghiên cứu

(3.3) (3.4) (3.5)

k là tỷ số đổi mới

Có thể rút ra một số chỉ số chính xác:

- Ngoại suy đồ thị đến thời điểm t0 cho phép xác định nồng độ lý thuyết của chất đánh dấu phân bố trong thể tích ban đầu trước khi xảy ra khuếch tán khỏi khoang, nghĩa là giả sử việc trộn đều chất đánh dấu trong khoang xảy ra tức khắc Phương pháp này cho phép xác định thể tích thực của khoang (ví dụ thể tích huyết tương bằng serum albumin – 131I)

- Khái niệm về chu kì sinh học T (hay thời gian bán hủy sinh học) đó là thời gian cần thiết để cho một nửa các phân tử chất đánh dấu tiêm vào ở thời điểm t0 rời khỏi khoang chuyển hóa pool Khái niệm thời gian bán hủy sinh học rất hay được dùng, ví dụ T của hoocmon, của thuốc…

- Độ dốc của đồ thị biểu thị trực tiếp cường độ trao đổi, cho phép xác định một thông

số động học căn bản như tỷ số đổi mới k đó là tỷ số của khoang được làm sạch chất đánh dấu hay được thay bằng các phân tử mới vào khoang trong một đơn vị thời gian Nếu thể tích của “pool” hay của khoang được biết rõ ta có thể xác định độ thanh thải thực Tỷ số k có thể được tính dễ dàng từ chu kỳ sinh học T

k = 0,693/T Thông thường việc giảm hoạt tính phóng xạ trong khoang nghiên cứu diễn ra một cách phức tạp hơn do có sự trao đổi qua lại với nhiều khoang khác.Đồ thị thường phức tạp nhưng trong một số trường hợp có thể đưa về mô hình toán học quen thuộc Việc phân tích

đồ thị thường gặp nhiều hàm mũ giúp ta biết được số các khoang trao đổi, kích thước của chúng, chiều và cường độ trao đổi

Những sơ đồ như thế làm giàu thêm kiến thức của chúng ta về nhiều quá trình chuyển hóa đặc biệt trong việc đánh giá chu trình sắt với 59Fe, chu trình hồng cầu và nhiều thanh lọc phức tạp

Tuy nhiên cách đánh giá toán học những hiện tượng sinh học cũng có nhiều

- Một số hiện tượng có quá nhiều thông số khác nhau làm cho phép phân tích trở nên quá dài và tinh tế: việc sử dụng máy tính cũng chỉ mang lại một sự giúp đỡ hạn chế vì tính chính xác không chắc chắn của các cơ sở thực nghiệm

- Những nghiên cứu này luôn luôn dựa trên các kết quả thực nghiệm phạm phải giới hạn sai số đáng kể Phải tính đến giới hạn này khi phân tích các đồ thị để tránh những kết

- Mô hình trao đổi chỉ là lý thuyết và việc gán cho nó một ý nghĩa giải phẫu sinh lý học nào đó của các khoang trao đổi cũng chỉ là suy đoán

- Nhìn chung chỉ áp dụng được các phương pháp định lượng một cách chính xác khi quá trình đủ dài để cho hiện tượng quan sát không thay đổi đột ngột trong lúc quan sát Điều kiện cân bằng này là không thể thiếu được để có những kết quả có giá trị

3.1.3 Đo lưu lượng và tốc độ tuần hoàn

Dùng các chất vết đánh dấu đem lại những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này so với các chất màu hay khí trơ thường Việc đo lưu lượng dựa trên: phương pháp pha loãng bằng cách đo thay đổi hoạt tính do chất vết đánh dấu đi qua, tính kết quả theo phương trình Stewart Hamilton; hoặc phương pháp khuếch tán bằng cách theo dõi sự khuếch tán của chất vết thích hợp ở cơ quan nghiên cứu (thường là khí hiếm, kali, rubidi, antipyrin) Tốc độ xuất hiện hay biến đi của chất vết phụ thuộc trực tiếp vào lưu lượng tuần hoàn địa phương

- Hấp thu đường ruột của các chất dinh dưỡng (lipit, vitamin B12, sắt, canxi…)

- Việc chuyển dạng các hợp chất hoocmôn: tỷ số iot phóng xạ sau khi hấp thu được chuyển thành iot hoocmôn Tỷ số chuyển này không cho biết tầm quan trọng thực của lưu thông hoocmôn nhưng cũng có thể đánh giá được một phần

- Đo độ tập trung chất vết đánh dấu ở cơ quan nghiên cứu Thường tiến hành bằng cách đo trên cơ thể nguyên vẹn (đo in vivo) ví dụ đo độ tập trung 131

I ở tuyến giáp, độ tập trung 197Hg ở thận, độ tập trung 85Sr ở xương để thăm dò hoạt động chức năng của các cơ quan này

Động học của một số chất đánh dấu ở một cơ quan thường gồm nhiều hiện tượng liên tiếp hoặc đồng thời không cho phép phân tích toán học Thực vậy, hoạt tính thu được từ hình chiếu trên da của một cơ quan nào đó phụ thuộc vào tuần hoàn, khả năng khuếch tán tổ chức,

hoạt động chuyển hóa của tế bào, mức độ thông của đường bài tiết của cơ quan… Những hiện tượng này chồng chéo nhau dẫn đến các đồ thị phức tạp Ý nghĩa của các thử nghiệm này phục thuộc vào việc so sánh với các đồ thị chuẩn của đối tượng bình thường, ví dụ: đồ thị thận với 131I – Hippuran, đồ thị gan với Rose Begal - 131I, các đồ thị thăm dò tuần hoàn và thông khí ở phổi…

3.3 NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI

Sự phân bố không đồng đều của một chất đánh dấu khi được đưa vào cơ thể là cơ sở của các phương pháp nghiên cứu hình thái:

- Ở mức tế bào và tổ chức, sự phân bố của chất đánh dấu có thể được phát hiện bằng phương pháp phóng xạ tự chụp

- Ở mức độ cơ quan cơ thể người và động vật lớn có thể dùng phương pháp ghi hình nhấp nháy hoặc chụp hình nhấp nháy Sau khi đưa vào cơ thể một chất vết đánh dấu phát tia gamma Việc chọn chất đánh dấu có tầm quan trọng quyết định việc ghi hình cơ quan, cần chọn chất đánh dấu tập trung đặc hiệu hay tập trung ưu tiên ở cơ quan cần nghiên cứu Tính tập trung ưu tiên hoặc nhờ hoạt động chuyển hóa của tế bào (ví dụ tuyến giáp với iot phóng xạ) hoặc nhờ tầm quan trọng và đặc điểm của hệ mạch (các chất vết đánh dấu nội mạch ví dụ RISHA để ghi hình nhau thai) Như thế cần duy trì một nồng độ hằng định của chất đánh dấu tại cơ quan trong suốt thời gian ghi hình Việc hoàn chỉnh các máy ghi hình cho phép giảm thời gian ghi một cách đáng kể

Hình 3.2: Chụp hình nhấp nháy gan bình thường

Phương pháp ghi hình giúp ta nhận định được trên cơ thể sống nguyên vẹn hình dáng kích thước và các giới hạn của một cơ quan, cấu trúc thuần nhất hay không thuần nhất của

cơ quan, một số tổn thương bệnh lý của cơ quan…

Tuy nhiên phương pháp ghi hình nhấp nháy có nhiều ứng dụng trong chuẩn đoán y học hơn là trong nghiên cứu sinh học

Hình 3.3:Ghi hình nhấp nháy gan bình thường