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Medicina Nuclear
Especialidad médica dedicada a tratamiento y diagnóstico patologías mediante el uso de rayos gamma.
Usa fuentes emisoras de radiación: isótopos radiactivos ligados a radiofármacos,
administrados al paciente
Se dirigen y fijan según función biológica en órgano en estudio
Detector externo Gammacámara, SPECT, PET, PET/CT
Rodea a paciente
Mide y luego visualiza distribución de los núcleos, obteniendo imagen nuclear
Isótopos radiactivos
Átomo formado por e, p y n
Número másico (A) = p+n
Número atómico (Z) N° protones. Define identidad del átomo,
propiedades químicas y físicas
Isótopo Átomo con igual Z pero distinto A (≠ n° neutrones)
Mantiene propiedades químicas del átomo. Por ende, comportamiento biológico, mecanismo de captación y metabolización NO se modifican.
Pero, variación n° neutrones condiciona estabilidad.
P y n se unen porque les resulta menos energético, por ende, más estable.
Durante formación del núcleo se libera masa en forma de energía conocida como energía de enlace.
Defecto de masa
○ La masa total de un núcleo no coincide con la suma de la masa de las partículas nucleares que lo componen; el núcleo como unidad pesa menos, por una equivalencia que existe entre masa y energía según la expresión: E= mxc^2
Energía de enlace
○ La energía que se libera durante la formación del núcleo debido a la pérdida de masa por los nucleones.
○ Si se deseara desintegrar un núcleo en sus nucleones constituyentes, es preciso aplicar al menos un valor energético igual a su energía de enlace.
○ Es por este motivo que la energía de enlace es uno de los parámetros que caracterizan la estabilidad del núcleo.
Si energía media de enlace es: Alta núcleo estable
Baja núcleo inestable
Además esta varía de acuerdo a: ○ A y Tipo combinación n+p
Existen núcleos formados que son marcadamente inestables, pero que tienden a transformarse espontáneamente en otros más estables a través de su desintegración y emisión de excedente energético en forma de radiación.
Radiactividad Fenómeno de transformación nuclear en busca de la
estabilidad, a este tipo de isótopos se le llama isótopos radiactivos, radioisótopos, radionúclidos o radionucleídos.
Estos permiten obtener imagen y realizar tratamiento.
Estabilidad nuclear
Afectada por n° n; presencia de estos
impide desintegración núcleo por
repulsión entre protones
Núcleos ligeros poseen N=Z para
mantenerse estables
Pero, con Z>30 aumenta N para
mantener estabilidad
Atomos que tienen un Z muy
elevado abandonan la bisectriz
y poseen valores de N muy
elevados, y tienden a buscar la
estabilidad desintegrando
espontáneamente.
Posición en banda estabilidad
Si está al lado derecho, posee
exceso de protones y su
desintegración se obtiene
aumentando N/Z
Si está al lado izquierdo, posee
exceso de neutrones y se estabiliza
disminuyendo N/Z
Banda de
Estabilidad
nuclear
Además, es posible apreciar que el tipo de decaimiento puede ser a través de partículas,
radiación pura o ambas; y que puede dar origen al fenómeno de transmutación, es decir,
cambiar las propiedades del núcleo original. Todos los isótopos con número atómico
sobre 84 (Polonio), son radiactivos.
↓ N/Z
↑ N/Z
Tipos de radiaciones Propagación energía a través de un medio en un tiempo
determinado
Resulta de: Choque electrones de alta Ek con material de alto Z (rayos x)
Desintegración núcleo que busca estabilidad (alfa, beta, neutrones y gamma)
Existen 2 tipos según características: 1. Radiación corpuscular o de partículas
Partículas subatómicas que viajan a gran Vo transfiriendo Ek
Alfa, beta negativa, positrones y neutrones
2. Radiación electromagnética Propagación E electromagnética en forma de fotones
Viajan a C en vacío y E depende su v o λ
Rayos X movimiento electrón capa > a < E
Rayos Gamma movimiento nucleones de niveles de > a < E
La energía medida en eV condiciona su poder de penetración y aquellas radiaciones de alta energía que atraviesan el cuerpo permiten imágenes médicas.
Desintegración nuclear
Decaimiento radiactivo es producido por
un intercambio de energía y
reordenamiento componentes del
núcleo; lo que origina emisión de
partículas o radiación electromagnética.
De acuerdo a su naturaleza hay
distintos tipos de desintegraciones
Desintegración alfa (α)
Radiación corpuscular formada por 2p+2n (núcleo de He)
El resultado de esta emisión es un núcleido hijo con un Z 2 unidades menor que el padre y un A 4 unidades menor.
Se produce un nuevo elemento con lugar Z-2 en tabla periódica
Ocurre en elementos pesados (Z > 83, Bismuto o Bi)
Desintegración Beta Negativa (β-)
Ocurre en núcleos inestables que poseen exceso de neutrones.
Se estabiliza transformando un neutrón en protón, que permanece en el núcleo, a la vez que se emite un electrón y un antineutrino.
Núcleido hijo mantiene A, pero Z aumenta en 1 unidad (transmutación)
Núcleo suele quedar excitado, por lo que emite un rayo gamma, para volver a estado basal, lo que se usa imagen de MN (I 131)
Desintegración Beta Positiva (β+
o positrones) En núcleos inestables con exceso de protones
o escaso n° de neutrones
Se estabiliza convirtiendo un protón en neutrón, que permanece en el núcleo, seguido de la emisión de un neutrino y un positrón (antipartícula del electrón, con misma masa y carga, pero signo contrario)
El núcleido hijo tendrá un Z menor
Desintegración Beta Positiva (β+
o positrones) Esta emisión de principio es de tipo corpuscular,
pero luego se transforma en una de tipo electromagnética
Al salir el positrón del núcleo colisiona con un electrón orbital, se aniquilan mutuamente, originando 2 fotones sin Q ni m, con la misma dirección pero en sentidos opuestos.
La E de cada fotón equivale a la masa de un electrón o un β+ = 0,511 Mev
Isótopos emisores de positrones se usan en PET
Captura electrónica
En núcleos inestables con un mayor n° de protones.
Núcleo absorbe e orbital K o L, que se combina con un protón, para formar un neutrón, que permanece en el núcleo y se emite un neutrino.
La vacante es llenada por e más externo, emitiendo fotón alta% energético, correspondiendo a diferencia E entre ambos orbitales.
Núcleo hijo posee un Z menor.
Captura electrónica
Este decaimiento suele competir con desintegración β+
Un núcleo se puede desintegrar por ambas alternativamente dando el mismo resultado.
Pero, este decaimiento es más común en átomos pesados debido a que sus radios orbitales son menores.
Ej. En Talio 201
Desintegración por transición
isomérica Ocurre en radionúclidos que son inestables sólo
porque tienen nivel energético superior al normal.
Están excitados y para estabilizarse emiten radiación gamma pura, lo que se denomina transición isomérica.
Comúnmente, son estos estados excitados son breves y se acompañan de emisión alfa y beta.
Pero, los que se mantienen más tiempo excitados son los radionúclidos metaestables, que emiten rayos gamma puros.
Ej. Tc 99m, el más usado en MN diagnóstica
Desintegración por emisión de
neutrones Rara en naturaleza y se limita a reactores
nucleares y aceleradores lineales.
Ocurre cuando un átomo de núcleo pesado (blanco) es bombardeado por un neutrón (sin carga llega fácilmente al núcleo para desestabilizarlo) Se originan 2 núcleos distintos y más livianos
Más 2,5 neutrones, los que al chocar con un nuevo núcleo causan su ruptura, generando reacción en cadena (principio reactor)
Neutrón puede cruzar más de 1m pared hormigón y viajar largas distancias al ser emitido, solo frenado por un núcleo de materia (neutrón lento)
Para conseguir la estabilidad, un núcleo puede
desintegrarse las veces que sean necesarias, a
través de emisiones de radiación y energías
distintas; pudiendo originar otros núcleos
inestables que continuarán desintegrándose
hasta alcanzar un elemento estable.
Ley desintegración radiactiva
Es un proceso aleatorio. Se puede conocer ley que rige decaimiento de un núclido, tomando en cuenta un gran n° átomos del mismo.
Actividad radiactiva: expresa el n° de desintegraciones por tiempo
1 Bq=1 desintegración/s
1 Cu= 3,7x10 ^10 desintegraciones/s, siendo la actividad de 1 gr de Radio 226.
En MN se sitúa en mCi o MBq y µCi o KBq
λ: Constante de desintegración
radiactiva (representa la probabilidad
de que el isótopo se desintegre en la
unidad de tiempo y es propia de cada
radionúclido- λ=0,693/T½).
Ley desintegración radiactiva
Desintegración no depende de de t°, p°,
etc.la velocidad de decaimiento tan sólo
depende del núcleo y se define por λ.
A > λ, más rápido decae y viceversa.
Periodo de semidesintegración o
semiperíodo (T½) Tiempo promedio que tarda isótopo en desintegrarse.
Define tiempo que tarda en desintegrar exactamente la mitad del n° de átomos que habían al inicio.
Es característico de c/a núcleo y se mide en unidad de tiempo.
Determina aplicabilidad núcleo a MN: No sirven:
○ T½ muy largos (meses, años) larga exposición
○ T½ my cortos (minutos, segundos) período exploración será muy corto
Sirven: ○ T½ de horas a días (18F: 110 min.; 99mTc: 6 hrs.; 131I: 8 días)
decaimiento ocurre de forma exponencial
Desintegración radiactiva de un
radionúclido.
T½ efectivo
Al administrar radionúclido, el tiempo de emisión radiactiva es menor que el establecido por decaimiento físico.
Trazador es eliminado por biológicamente eliminado (renal, fecal, etc).
Siendo el T½ efectivo el que considera el decaimiento físico y biológico:
Interacción radiación con la
materia Haz de radiación transporta E, como onda
o partícula
Característica del haz: penetrar materia e interacción con e, causando cambio trayectoria y/o pérdida E, que es absorbida por este material.
El haz es atenuado si hay disminución n° fotones incidentes; hay interacción.
La probabilidad interacción depende de: Características del haz (tipo rad y E)
Tipo material (estado físico, composición, etc)
Procesos comunes interacción
Excitación
Parte o toda E transferida a e corticales
E no es suficiente para expulsar e del átomo, este salta a órbita más externa (>E y vacante)
Solo si E disponible es igual a diferencia E entre ambas órbitas.
Átomo queda excitado, alta E y por ende, inestable.
Se estabiliza reorganizando e y liberando exceso E como radiación
Procesos comunes interacción Ionización
E cedida a e es suficiente para arrancarlo del átomo, creando un par iónico: ión positivo (átomo) y ión negativo (e expulsado), produciéndose una vacante e.
Si vacante es de órbita interna, se reorganizan e corticales y e de orbitales superiores ocupan niveles E más bajos.
Ahí se emite E, correspondiente a la diferencia E entre capas orbitales, que puede ser luz, IR o Rayos X.
La diferencia E orbital es propia de cada elemento, por lo que la E emitida se llama E caracterítica.
La E emitida que no sale del átomo
Puede ser absorbida por un e cortical,
El que es expulsado, llamado electrón Auger
Las radiaciones que pueden ionizar la materia se denominan radiación ionizante.
la radiación de partículas alfa y beta son directamente ionizantes, puesto que la ionización del medio es producida por la propia partícula al colisionar con el electrón.
La radiación neutra (electromagnética y neutrones) producen ionización indirecta a través de los electrones que, expulsados fuera del átomo, se convierten en partículas ionizantes secundarias
Interacción partículas cargadas
con la materia Partícula cargada en un medio, aparecen
fuerzas eléctricas entre ambos; atracción o repulsión
Existe interacción con átomos, e y núcleos del átomo material. Denominado colisión, que solo es atracción y repulsión, no contacto físico.
Colisiones generan pérdida E partículas, que son frenadas y luego absorbidas.
Partículas cargadas van generando pares iónicos en su recorrido
TLE
E cedida al medio por unidad de
recorrido
Depende de características rad, y de la
densidad y Z material absorbente.
E cedida proporcional (Q/V)2
TLE indicador daño biológico de rad en
el cuerpo
Son másicas y de gran carga, poseen una alta TLE
En su camino chocan con e, causando ionización y excitación
Se genera gran cantidad pares iónicos y gran pérdida E, por lo que recorren corta trayectoria
Detenidos por papel, ropa o piel (en aire pocos cm)
No requieren blindaje, pero son radiotóxicos al ser inhalados o ingeridos
Interacción partículas alfa con la
materia
Interacción partículas beta con la
materia
Rad compuesta por e, tienen menor masa que alfa, por lo que son más penetrantes y tienen un TLE menor que ellas.
Alcanzan pocos mts en aire y cm en agua. Absorbidos por delgada capa de madera o Al
Sobrepasan piel, pero no tej subcutáneo
En MN, como terapia Ca folicular tiroides con I 131
Interacción fotones con la
materia
Efecto fotoeléctrico
Colisión frontal de fotón con e cortical,
cediendo toda su E, y se produce
fotoelectrón que expulsado del átomo.
Fotón incidente desaparece y fotoelectrón
actúa como nueva partícula ionizante.
Cuando fotoelectrón es de capas internas,
se produce reordenamiento, apareciendo E
característica o electrón Auger.
Interacción fotones con la
materia
Efecto compton Fotón colisiona con e externo, cediendo parte
de su E, siendo la necesaria para ionización.
Fotón no desaparece, pierde parte de su E y cambia su trayectoria (se dispersa)
Formación de pares Fotón colisiona y absorbido completamente.
Conversión E en materia; aparece electrón y positrón.
Se necesita E mínima de 1,022 Mev
Ocurre con positrones al colisionar con e
El que predomine algunos de estos
mecanismos de interacción, depende de la
energía de la radiación y del tipo de material
absorbente:
E radiación
○ Fotoeléctrico a E más bajas
○ Comptom a E medias
○ Formación de pares con E sobre 1,02 Mev
Naturaleza sustancia atravesada
○ A > Z, > efecto fotoeléctrico y formación de pares si
haz es de alta E.
En el Tc99m la absorción en el cuerpo humano se produce mayoritariamente por efecto Compton.
La absorción en un blindaje de Pb se produce fundamentalmente por efecto fotoeléctrico.
La atenuación de las radiaciones al atravesar la materia es la base del blindaje de las fuentes radiactivas; factor importante a considerar, puesto que el blindaje permite su manipulación sin que el operador sufra una irradiación indebida.
A este se le llame espesor de semirreducción (D ½) y es el espesor que al ser interpuesto en la trayectoria de la radiación reduce su intensidad a la mitad.
Radiotrazadores Para que un radionucleido sea utilizado en Medicina Nuclear, se requiere que sea de baja energía, corta vida media de no mas de unos días y trace una vía fisiológica o sea constituyente molecular esencial.
Por ejemplo el uso de Iodo radioactivo, que puede administrarse vía oral e incorporarse a nivel Tiroideo para la síntesis hormonal.
El isótopo mas usado en Medicina Nuclear es el Tecnecio 99 metaestable (Tc-99m), que es producido en Reactores Nucleares o por medio de Generadores de Molibdeno-Tecnecio. El tecnecio 99m, tiene una vida media de 6.02 horas y es emisor de energía gamma de 140 Kev,antes de decaer a Tecnecio 99 y el radio-trazador mas empleado es el Tc-99m para estudios de Cintigrafía Osea.
Puede al igual un radio-isótopo ser ligado a una molécula que siga una vía metabólica definida (Radio-trazador, mal llamado radio-fármaco ya que no tiene efecto farmacológico), como es el caso del MDP (metilendifosfonato) que unido a Tc-99m, se incorpora en el metabolismo óseo osteoblástico. Otros como el MIBI ( metoxi-isobutil-isonitrilo ), que es un catión lipofílico atraviesan la membrana celular y se unen a la mitocondria, es trazador de metabolismo energético y su distribución es proporcional al flujo sanguineo, siendo usado en evaluación de tejidos de alta concentración mitocondrial por interacción electrostática, como del miocardio para estudios de perfusión miocárdica Spect, evaluación de hiperfunción Paratiroidea o en algunos tumores malignos como de mama.
