¿Qué son los radioisótopos?
Radioisótopos
Diferentes isótopos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones en sus núcleos atómicos pero diferente número de neutrones.
Los radioisótopos son isótopos radiactivos de un elemento. También pueden definirse como átomos que contienen una combinación inestable de neutrones y protones, o un exceso de energía en su núcleo.
¿Cómo se producen los radioisótopos?
El núcleo inestable de un radioisótopo puede producirse de forma natural, o como resultado de la alteración artificial del átomo. En algunos casos se utiliza un reactor nuclear para producir radioisótopos, en otros, un ciclotrón. Los reactores nucleares son los más adecuados para producir radioisótopos ricos en neutrones, como el molibdeno-99, mientras que los ciclotrones son los más adecuados para producir radioisótopos ricos en protones, como el flúor-18.
El ejemplo más conocido de radioisótopo de origen natural es el uranio. Todo el uranio natural, excepto el 0,7 por ciento, es uranio-238; el resto es el uranio-235, menos estable o más radiactivo, que tiene tres neutrones menos en su núcleo.
Descomposición radiactiva
Los átomos con un núcleo inestable recuperan la estabilidad desprendiéndose del exceso de partículas y energía en forma de radiación. El proceso de desprendimiento de la radiación se llama desintegración radiactiva. El proceso de desintegración radiactiva de cada radioisótopo es único y se mide con un periodo de tiempo llamado vida media. Un periodo de semidesintegración es el tiempo que tarda la mitad de los átomos inestables en sufrir una desintegración radiactiva.
¿Cómo se utilizan los radiosótopos?
Los radioisótopos son una parte esencial de los radiofármacos. De hecho, se utilizan de forma rutinaria en medicina desde hace más de 30 años. Por término medio, uno de cada dos australianos puede esperar, en algún momento de su vida, someterse a un procedimiento de medicina nuclear que utilice un radioisótopo con fines diagnósticos o terapéuticos.
Algunos radioisótopos utilizados en medicina nuclear tienen vidas medias cortas, lo que significa que decaen rápidamente y son adecuados para fines diagnósticos; otros con vidas medias más largas tardan más tiempo en decaer, lo que los hace adecuados para fines terapéuticos.
La industria utiliza los radioisótopos de diversas maneras para mejorar la productividad y obtener información que no puede obtenerse de ninguna otra forma.
Los radioisótopos se utilizan habitualmente en la radiografía industrial, que utiliza una fuente gamma para realizar pruebas de tensión o comprobar la integridad de las soldaduras. Un ejemplo común es la comprobación de la integridad estructural de las turbinas de los motores de los aviones.
Los radioisótopos también se utilizan en la industria para el aforo (para medir los niveles de líquido dentro de los contenedores, por ejemplo) o para medir el grosor de los materiales.
Los radioisótopos también se utilizan ampliamente en la investigación científica y se emplean en una serie de aplicaciones, desde el rastreo del flujo de contaminantes en los sistemas biológicos hasta la determinación de los procesos metabólicos en pequeños animales australianos.
También se utilizan en nombre de los organismos internacionales de salvaguardia nuclear para detectar actividades nucleares clandestinas a partir de los radioisótopos distintivos producidos por los programas de armamento.
¿Qué es una fuente radiactiva?
Una fuente radiactiva sellada es una cantidad encapsulada de un radioisótopo utilizada para proporcionar un haz de radiación ionizante. Las fuentes industriales suelen contener radioisótopos que emiten rayos gamma o rayos X.
¿Cuáles son algunos de los radioisótopos más utilizados?
Los radioisótopos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones en los campos médico, industrial y científico. En las tablas siguientes se pueden encontrar algunos radioisótopos de uso común en la industria y la ciencia. Los radioisótopos médicos se describen en la siguiente sección.
Radioisótopos de origen natural en la industria y la ciencia
| Radioisótopo | Half-vida útil | Uso |
|---|---|---|
| Hidrógeno-3 (tritio) | 12.32 años | Se utiliza para medir la edad de las aguas subterráneas «jóvenes» de hasta 30 años. |
| 5.700 años | Se utiliza para medir la edad de la materia orgánica de hasta 50.000 años. | |
| Cloro-36 | 301.000 años | Se utiliza para medir las fuentes de cloruro y la edad del agua de hasta 2 millones de años. |
| Plomo-210 | 22.2 años | Se utiliza para datar capas de arena y suelo depositadas hace hasta 80 años. |
Radioisótopos producidos artificialmenteproducidos artificialmente en la industria y la ciencia
| Radioisótopo | Mediavida útil | Uso |
|---|---|---|
| Hidrógeno-3 (tritio) | 12.32 años | Utilizado como trazador en agua tritiada para estudiar aguas residuales y residuos líquidos. | Cromo-51 | 27,7 días | Utilizado para trazar arena para estudiar la erosión costera. |
| Manganeso-54 | 312,12 días | Utilizado para predecir el comportamiento de los componentes de los metales pesados en los efluentes de las aguas residuales mineras. Producido en reactores. |
| Cobalt-60 | 5,27 años | Utilizado en radiografía gamma, calibración y esterilización de equipos médicos comerciales. También se utiliza para irradiar larvas de mosca de la fruta con el fin de contener y erradicar brotes, como alternativa al uso de pesticidas tóxicos. Producido en reactores. |
| 243,66 días | Utilizado para predecir el comportamiento de los componentes de los metales pesados en los efluentes de las aguas residuales de la minería. Producido en ciclotrones. | Tecnecio-99m | 6,01 horas | Utilizado para estudiar los movimientos de aguas residuales y líquidos. Se produce en «generadores» a partir de la desintegración del molibdeno-99, que a su vez se produce en reactores. |
| Caesio-137 | 30,08 años | Se utiliza como radiotrazador para identificar las fuentes de erosión y deposición del suelo, y también se utiliza para medir el espesor. Se produce en reactores. |
| Ytterbio-169 | 32,03 días | Se utiliza en radiografía gamma. |
| Iridio-192 | 73,83 días | Se utiliza en radiografía gamma. También se utiliza para rastrear la arena para estudiar la erosión costera. Se produce en reactores. |
| Oro-198 | 2,70 días | Se utiliza para rastrear el movimiento de la arena en los lechos de los ríos y en los fondos oceánicos, y para rastrear la arena para estudiar la erosión costera. También se utiliza para rastrear los residuos de las fábricas que causan la contaminación de los océanos, y para estudiar los movimientos de las aguas residuales y los residuos líquidos. Producido en reactores. |
| 432,5 años | Utilizado en medidores de neutrones y detectores de humo. Se produce en reactores. |
Los radioisótopos en la medicina
La medicina nuclear utiliza pequeñas cantidades de radiación para proporcionar información sobre el cuerpo de una persona y el funcionamiento de órganos específicos, los procesos biológicos en curso o el estado de una enfermedad concreta. En la mayoría de los casos, la información es utilizada por los médicos para realizar un diagnóstico preciso. En algunos casos, la radiación puede utilizarse para tratar órganos enfermos o tumores.
¿Cómo se fabrican los radioisótopos médicos?
Los radioisótopos médicos se fabrican a partir de materiales bombardeados por neutrones en un reactor, o por protones en un acelerador llamado ciclotrón. ANSTO utiliza ambos métodos. Los radioisótopos son una parte esencial de los radiofármacos. Algunos hospitales tienen sus propios ciclotrones, que se utilizan generalmente para fabricar radiofármacos con vidas medias cortas de segundos o minutos.
¿Qué son los radiofármacos?
Un radiofármaco es una molécula que consiste en un trazador radioisotópico unido a un fármaco. Tras entrar en el cuerpo, el fármaco radiomarcable se acumula en un órgano o tejido tumoral específico. El radioisótopo unido al fármaco de destino sufrirá una desintegración y producirá cantidades específicas de radiación que pueden utilizarse para diagnosticar o tratar enfermedades y lesiones humanas. La cantidad de radiofármaco que se administra se selecciona cuidadosamente para garantizar la seguridad de cada paciente.
Radiofármacos comunes
En los centros de medicina nuclear de Australia se utilizan habitualmente unos 25 radiofármacos diferentes.
El más común es el tecnecio-99m, que tiene su origen en el siliciuro de uranio sellado en una tira de aluminio y colocado en la vasija reflectora rica en neutrones del reactor OPAL que rodea el núcleo. Tras su procesamiento, el precursor de molibdeno-99 resultante se extrae y se coloca en dispositivos denominados generadores de tecnecio, donde el molibdeno-99 decae a tecnecio-99m. Estos generadores son distribuidos por ANSTO a centros médicos de toda Australia y de la región cercana a Asia-Pacífico.
La corta vida media de 6 horas y la débil energía de los rayos gamma que emite, hacen que el tecnecio-99m sea ideal para obtener imágenes de órganos del cuerpo para la detección de enfermedades sin suministrar una dosis de radiación significativa al paciente. El generador sigue siendo eficaz durante varios días de uso y luego se devuelve a la ANSTO para su reposición.
Otro radiofármaco producido en el OPAL es el yodo-131. Con una vida media de ocho días y una desintegración de partículas beta de mayor energía, el yodo-131 se utiliza para tratar el cáncer de tiroides. Dado que la glándula tiroidea produce el suministro de yodo del cuerpo, la glándula acumula de forma natural el yodo-131 inyectado al paciente. La radiación del yodo-131 ataca entonces a las células cancerosas cercanas con un efecto mínimo en el tejido sano.
En las listas siguientes se pueden encontrar otros radiofármacos de uso común.
Radioisótopos médicos producidos por reactores
| Radioisótopo | Mediavida | Uso |
|---|---|---|
| Fósforo-32 | 14.26 días | Utilizado en el tratamiento del exceso de glóbulos rojos. |
| Cromo-51 | 27,70 días | Utilizado para etiquetar glóbulos rojos y cuantificar la pérdida de proteínas gastrointestinales. |
| Ytrio-90 | 64 horas | Utilizado para la terapia del cáncer de hígado. |
| Molibdeno-99 | 65.94 horas | Se utiliza como «padre» en un generador para producir tecnecio-99m, el radioisótopo más utilizado en medicina nuclear. |
| Tecnecio-99m | 6.01 horas | Se utiliza para obtener imágenes del cerebro, la tiroides, los pulmones, el hígado, el bazo, el riñón, la vesícula biliar, el esqueleto, la reserva de sangre, la médula ósea, la reserva de sangre del corazón, las glándulas salivales y lagrimales, y para detectar infecciones. |
| Yodo-131 | 8,03 días | Se utiliza para diagnosticar y tratar diversas enfermedades asociadas al tiroides humano. |
| Samario-153 | 46.28 horas | Utilizado para reducir el dolor asociado a las metástasis óseas de los tumores primarios. |
| Lutecio-177 | 6,65 días | Actualmente en ensayos clínicos. Se utiliza para tratar una variedad de cánceres, incluidos los tumores neuroendocrinos y el cáncer de próstata. |
| Iridio-192 | 73,83 días | Se suministra en forma de cable para su uso como fuente de radioterapia interna para determinados cánceres, incluidos los de cabeza y mama. |
| Radioisótopo | Mediavida útil | Uso | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Carbono-11 | 20.33 minutos | Se utiliza en las tomografías de emisión de positrones (PET) para estudiar la fisiología y la patología del cerebro, para detectar la localización de focos epilépticos y en estudios de demencia, psiquiatría y neurofarmacología. También se utiliza para detectar problemas cardíacos y diagnosticar ciertos tipos de cáncer. | |||
| Nitrógeno-13 | 9,97 minutos | Se utiliza en las exploraciones PET como trazador del flujo sanguíneo y en estudios cardíacos. | |||
| Oxígeno-15 | 2.04 minutos | Se utiliza en las exploraciones PET para marcar el oxígeno, el dióxido de carbono y el agua con el fin de medir el flujo sanguíneo, el volumen de sangre y el consumo de oxígeno. | |||
| Fluorina-18 | 1,83 horas | El radioisótopo PET más utilizado. Se utiliza en una variedad de aplicaciones de investigación y diagnóstico, incluyendo el etiquetado de la glucosa (como fluorodesoxiglucosa) para detectar tumores cerebrales a través del aumento del metabolismo de la glucosa. | |||
| Copper-64 | 12,7 horas | Se utiliza para estudiar enfermedades genéticas que afectan al metabolismo del cobre, en exploraciones PET, y también tiene potenciales usos terapéuticos. | |||
| Galio-67 | 78,28 horas | Se utiliza en imágenes para detectar tumores e infecciones. | |||
| Yodo-123 | 13.22 horas | Se utiliza en el diagnóstico por imagen para monitorizar la función tiroidea y detectar disfunciones suprarrenales. | Talio-201 | 73.01 horas | Se utiliza en la obtención de imágenes para detectar la ubicación del músculo cardíaco dañado. |
La imagen nuclear
La imagen nuclear es una técnica de diagnóstico que utiliza radioisótopos que emiten rayos gamma desde el interior del cuerpo.
¿En qué se diferencia la imagen nuclear de otros sistemas de imagen?
Hay una diferencia significativa entre la imagen nuclear y otros sistemas de imagen médica como el TAC (Tomografía Computarizada), la RMN (Resonancia Magnética) o los rayos X.
La principal diferencia entre la imagen nuclear y otros sistemas de imagen es que, en la imagen nuclear, la fuente de la radiación emitida está dentro del cuerpo. Las imágenes nucleares muestran la posición y la concentración del radioisótopo. Si el radioisótopo se ha absorbido muy poco, aparecerá un «punto frío» en la pantalla que indica, quizás, que la sangre no está pasando. Por otro lado, un «punto caliente» puede indicar un exceso de captación de radiactividad en el tejido u órgano que puede deberse a un estado de enfermedad, como una infección o un cáncer. Tanto los huesos como los tejidos blandos pueden ser visualizados con éxito con este sistema.
¿Cómo funciona la imagen nuclear?
Un radiofármaco se administra por vía oral, se inyecta o se inhala, y es detectado por una cámara gamma que se utiliza para crear una imagen mejorada por ordenador que puede ser visualizada por el médico.
La imagen nuclear mide la función de una parte del cuerpo (midiendo el flujo sanguíneo, la distribución o la acumulación del radioisótopo), y no proporciona imágenes anatómicas de alta resolución de las estructuras corporales.
¿Qué puede decirnos la imagen nuclear?
La información obtenida por la imagen nuclear le dice a un médico experimentado mucho sobre cómo está funcionando una parte determinada del cuerpo de una persona. Al utilizar la imagen nuclear para obtener una gammagrafía ósea, por ejemplo, los médicos pueden detectar la presencia de un cáncer secundario «diseminado» hasta dos años antes que con una radiografía estándar. Destaca los intentos de remodelación casi microscópica del esqueleto mientras lucha contra las células cancerosas invasoras.
Otros tipos de imágenes
Tomografía por emisión de positrones (PET)
Una técnica de imagen nuclear muy utilizada para detectar cánceres y examinar la actividad metabólica en humanos y animales. Se inyecta en el cuerpo una pequeña cantidad de isótopo radiactivo de corta duración que emite positrones en una molécula portadora como la glucosa. La glucosa transporta el emisor de positrones a zonas de gran actividad metabólica, como un cáncer en crecimiento. Los positrones, que se emiten rápidamente, forman positronio con un electrón de las biomoléculas del cuerpo y luego se aniquilan, produciendo un par de rayos gamma. Unos detectores especiales pueden seguir este proceso, lo que permite detectar cánceres o anomalías en la función cerebral.
Tomografía computarizada (TC)
Una TC, a veces llamada TAC (Tomografía Axial Computarizada), utiliza un equipo especial de rayos X para obtener datos de imágenes desde cientos de ángulos diferentes alrededor del cuerpo, y «cortes» a través de él. La información se procesa para mostrar un corte transversal en 3D de los tejidos y órganos del cuerpo. Dado que proporcionan vistas del cuerpo corte a corte, las tomografías computarizadas proporcionan una información mucho más completa que las radiografías convencionales. Las imágenes de TAC son especialmente útiles porque pueden mostrar varios tipos de tejidos -pulmón, hueso, tejidos blandos y vasos sanguíneos- con mayor claridad que las imágenes de rayos X.
Aunque un TAC utiliza radiación, no es una técnica de imagen nuclear, ya que la fuente de radiación -los rayos X- procede de un equipo situado fuera del cuerpo (a diferencia de un radiofármaco situado dentro del cuerpo).
Las exploraciones PET se combinan con frecuencia con las exploraciones CT, en las que la exploración PET proporciona información funcional (dónde se ha acumulado el radioisótopo) y la exploración CT afina la localización. La principal ventaja de la TEP es que puede proporcionar al médico examinador datos cuantificados sobre la distribución del radiofármaco en el tejido u órgano absorbente.