O que são radioisótopos?
Radioisótopos
Isótopos diferentes do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons nos seus núcleos atómicos mas números diferentes de neutrões.
Radioisótopos são isótopos radioactivos de um elemento. Podem também ser definidos como átomos que contêm uma combinação instável de neutrões e prótons, ou excesso de energia no seu núcleo.
Como ocorrem os radioisótopos?
O núcleo instável de um radioisótopo pode ocorrer naturalmente, ou como resultado de uma alteração artificial do átomo. Nalguns casos, um reactor nuclear é utilizado para produzir radioisótopos, noutros, um ciclotrão. Os reactores nucleares são mais adequados para produzir radioisótopos ricos em neutrões, como o molibdénio-99, enquanto os ciclotrões são mais adequados para produzir radioisótopos ricos em prótons, como o flúor-18,
O exemplo mais conhecido de um radioisótopo que ocorre naturalmente é o urânio. Todos os outros, excepto 0,7% de urânio natural, são urânio-238; o resto é o urânio-235 menos estável, ou mais radioactivo, que tem menos três neutrões no seu núcleo.
Desintegração radioactiva
Os átomos com um núcleo instável recuperam estabilidade através da libertação de partículas em excesso e energia sob a forma de radiação. O processo de desintegração da radiação é chamado decaimento radioactivo. O processo de decaimento radioactivo para cada radioisótopo é único e é medido com um período de tempo chamado meia-vida. Uma meia-vida é o tempo que leva para que metade dos átomos instáveis sofram um decaimento radioactivo.
Como são utilizados os radioisótopos?
Os radioisótopos são uma parte essencial dos radiofármacos. De facto, são utilizados rotineiramente na medicina há mais de 30 anos. Em média, um em cada dois australianos pode esperar, em alguma fase da sua vida, ser submetido a um procedimento de medicina nuclear que utiliza um radioisótopo para fins diagnósticos ou terapêuticos.
alguns radioisótopos utilizados em medicina nuclear têm meia-vida curta, o que significa que se deterioram rapidamente e são adequados para fins diagnósticos; outros com meia-vida mais longa levam mais tempo a deteriorar-se, o que os torna adequados para fins terapêuticos.
A indústria utiliza radioisótopos de várias formas para melhorar a produtividade e obter informações que não podem ser obtidas de outra forma.
Os radioisótopos são normalmente utilizados em radiografia industrial, que utiliza uma fonte gama para realizar testes de stress ou verificar a integridade das soldaduras. Um exemplo comum é testar turbinas de motores de avião a jacto para a integridade estrutural.
Radioisótopos são também utilizados pela indústria para medir (para medir níveis de líquido dentro de recipientes, por exemplo) ou para medir a espessura de materiais.
Radioisótopos são também amplamente utilizados na investigação científica e são empregues numa série de aplicações, desde o rastreio do fluxo de contaminantes em sistemas biológicos até à determinação de processos metabólicos em pequenos animais australianos.
São também utilizados em nome de agências internacionais de salvaguardas nucleares para detectar actividades nucleares clandestinas a partir dos distintos radioisótopos produzidos por programas de armamento.
O que é uma fonte radioactiva?
Uma fonte radioactiva selada é uma quantidade encapsulada de um radioisótopo utilizado para fornecer um feixe de radiação ionizante. As fontes industriais contêm geralmente radioisótopos que emitem raios gama ou raios X.
O que são alguns radioisótopos comummente utilizados?
Radioisótopos são utilizados numa variedade de aplicações nos campos médico, industrial e científico. Alguns radioisótopos comummente utilizados na indústria e na ciência podem ser encontrados nas tabelas abaixo. Os radioisótopos médicos são descritos na secção seguinte.
Radioisótopos que ocorrem naturalmente na indústria e na ciência
| Radioisotope | Half-life | |
|---|---|---|
| Hydrogen-3 (tritium) | 12.32 anos | Usa-se para medir a idade das águas subterrâneas ‘jovens’ até aos 30 anos. |
| Carbon-14 | 5.700 anos | Usa-se para medir a idade da matéria orgânica até aos 50.000 anos de idade. |
| 301.000 anos | Usa-se para medir fontes de cloreto e a idade da água até 2 milhões de anos. | |
| 22.2 anos | Disponibilização até à data de camadas de areia e de solo colocadas até 80 anos atrás. |
Artificialmente…produziu radioisótopos na indústria e ciência
| Radiotope | Half-life | |
|---|---|---|
| Hydrogen-3 (tritium) | 12.32 anos | Utilizado como marcador em água tritium para estudar esgotos e resíduos líquidos. |
| Crómio-51 | 27,7 dias | Utilizado como marcador em água tritium para estudar a erosão costeira. |
| Manganês-54 | 312,12 dias | Utilizado para prever o comportamento de componentes de metais pesados em efluentes de águas residuais de minas. Produzido em reactores. |
| Cobalt-60 | 5,27 anos | Utilizado em radiografia gama, aferição, e esterilização de equipamento médico comercial. Também utilizado para irradiar larvas de mosca da fruta a fim de conter e erradicar surtos, como alternativa ao uso de pesticidas tóxicos. Produzido em reactores. |
| Zinco-65 | 243,66 dias | Usa-se para prever o comportamento de componentes de metais pesados em efluentes de águas residuais de minas. Produzido em ciclotrões. |
| Technetium-99m | 6,01 horas | Utilizado para estudar os movimentos de esgotos e resíduos líquidos. Produzido em ‘geradores’ a partir da decomposição do molibdénio-99, que por sua vez é produzido em reactores. |
| Caesium-137 | 30,08 anos | Utilizado como radiotraçador para identificar fontes de erosão e deposição do solo, e também utilizado para a aferição da espessura. Produzido em reactores. |
| 32,03 dias | Utilizado em radiografia gama. | |
| Iridium-192 | 73,83 dias | Utilizado em radiografia gama. Também usado para traçar areia para estudar a erosão costeira. Produzido em reactores. |
| Gold-198 | 2,70 dias | Usa-se para traçar o movimento da areia em leitos de rios e em solos oceânicos, e para traçar areia para estudar a erosão costeira. Também usado para rastrear resíduos de fábricas que causam poluição oceânica, e para estudar movimentos de esgotos e resíduos líquidos. Produzido em reactores. |
| Americium-241 | 432,5 anos | Utilizado em aferidores de neutrões e detectores de fumo. Produzido em reactores. |
Radioisótopos em medicina
A medicina nuclear utiliza pequenas quantidades de radiação para fornecer informações sobre o corpo de uma pessoa e o funcionamento de órgãos específicos, processos biológicos em curso, ou o estado de doença de uma doença específica. Na maioria dos casos, a informação é utilizada pelos médicos para fazer um diagnóstico preciso. Em certos casos, a radiação pode ser utilizada para tratar órgãos ou tumores doentes.
Como são feitos os radioisótopos médicos?
Os radioisótopos médicos são feitos de materiais bombardeados por neutrões num reactor, ou por prótons num acelerador chamado ciclotrão. A ANSTO utiliza estes dois métodos. Os radioisótopos são uma parte essencial dos radiofármacos. Alguns hospitais têm os seus próprios ciclotrões, que são geralmente utilizados para fabricar radiofármacos com meia-vida curta de segundos ou minutos.
O que são radiofármacos?
Um radiofármaco é uma molécula que consiste num rastreador de radioisótopos ligado a um farmacêutico. Depois de entrar no corpo, o medicamento radiofármaco marcado acumula-se num órgão ou tecido tumoral específico. O radioisótopo ligado ao medicamento visado sofrerá decomposição e produzirá quantidades específicas de radiação que podem ser utilizadas para diagnosticar ou tratar doenças e lesões humanas. A quantidade de radiofármaco administrada é cuidadosamente seleccionada para garantir a segurança de cada paciente.
Radiofármacos comuns
Sobre 25 radiofármacos diferentes são rotineiramente utilizados nos centros de medicina nuclear da Austrália.
O mais comum é o tecnécio-99m, que tem as suas origens como silicida de urânio selado numa faixa de alumínio e colocado no vaso reflector rico em neutrões do reactor OPAL que envolve o núcleo. Após o processamento, o precursor de molibdénio-99 resultante é removido e colocado em dispositivos chamados geradores de tecnécio, onde o molibdénio-99 decai para tecnécio-99m. Estes geradores são distribuídos pela ANSTO a centros médicos em toda a Austrália e na região próxima da Ásia-Pacífico.
Uma meia-vida curta de 6 horas, e a fraca energia do raio gama que emite, torna o tecnécio-99m ideal para a imagiologia dos órgãos do corpo para a detecção de doenças sem fornecer uma dose significativa de radiação ao paciente. O gerador permanece eficaz durante vários dias de utilização e é depois devolvido ao ANSTO para reabastecimento.
p>Outro radiofármaco produzido em OPAL é iodo131. Com uma meia-vida de oito dias, e um decaimento de partículas beta de maior energia, o iodo131 é utilizado para tratar o cancro da tiróide. Como a glândula tiróide produz o fornecimento de iodo pelo corpo, a glândula acumula naturalmente iodo131 injectado no paciente. A radiação de iodo131 ataca depois as células cancerosas próximas com um efeito mínimo nos tecidos saudáveis.
Outros radiofármacos habitualmente utilizados podem ser encontrados nas listas abaixo.
Radioisótopos médicos produzidos por reactores
| Radioisótopo | Half-life | |
|---|---|---|
| Phosphorus-32 | 14.26 dias | Usado no tratamento do excesso de eritrócitos. |
| Chromium-51 | 27,70 dias | Usado para rotular os eritrócitos e quantificar a perda de proteínas gastro-intestinais. |
| Yttrium-90 | 64 horas | Usa-se para terapia do cancro do fígado. |
| Molibdénio-99 | 65.94 horas | Usado como ‘pai’ num gerador para produzir tecnécio-99m, o radioisótopo mais utilizado em medicina nuclear. |
| Technetium-99m | 6.01 horas | Usa-se para imaginar o cérebro, tiróide, pulmões, fígado, baço, rim, vesícula biliar, esqueleto, poça de sangue, medula óssea, poça de sangue do coração, glândulas salivares e lacrimais, e para detectar infecções. |
| Iodo-131 | 8.03 dias | Usa-se para diagnosticar e tratar várias doenças associadas à tiróide humana. |
| Samarium-153 | 46.28 horas | Utilizado para reduzir a dor associada às metástases ósseas de tumores primários. |
| 6,65 dias | Correntemente em ensaios clínicos. Utilizado para tratar uma variedade de cancros, incluindo tumores neuroendócrinos e cancro da próstata. | |
| Iridium-192 | 73,83 dias | Fornecido em forma de fio para utilização como fonte interna de radioterapia para certos cancros, incluindo os da cabeça e da mama. |
Cyclotron-radioisótopos médicos produzidos
| Radioisotope | Half-life | |
|---|---|---|
| Carbon-11 | 20.33 minutos | Usa-se em tomografia por emissão de positrões (PET) para estudar fisiologia e patologia cerebral, para detectar a localização de focos epilépticos, e em estudos de demência, psiquiatria, e neurofarmacologia. Também usada para detectar problemas cardíacos e diagnosticar certos tipos de cancro. |
| Nitrogénio-13 | 9,97 minutos | Utilizada em tomografias PET como traçador de fluxo sanguíneo e em estudos cardíacos. |
| Oxigénio-15 | 2.04 minutos | Utilizado em PET scans para rotular oxigénio, dióxido de carbono e água a fim de medir o fluxo sanguíneo, volume sanguíneo e consumo de oxigénio. |
| Fluorine-18 | 1,83 horas | O radioisótopo PET mais largamente utilizado. Utilizado numa variedade de aplicações de investigação e diagnóstico, incluindo a rotulagem da glucose (como fluorodeoxiglicose) para detectar tumores cerebrais através do aumento do metabolismo da glucose. |
| Cobre-64 | 12,7 horas | Utilizado para estudar doenças genéticas que afectam o metabolismo do cobre, em PET scans, e também tem potenciais usos terapêuticos. |
| Gálio-67 | 78,28 horas | Usos em imagiologia para detectar tumores e infecções. |
| Iodo123 | 13.22 horas | Usado em imagens para monitorizar a função tiroideia e detectar disfunção adrenal. |
| Tálio-201 | 73.01 horas | Usa-se em imagens para detectar a localização do músculo cardíaco danificado. |
Nuclear imaging
Nuclear imaging é uma técnica de diagnóstico que utiliza radioisótopos que emitem raios gama de dentro do corpo.
Como é que a imagem nuclear é diferente de outros sistemas de imagem?
Existe uma diferença significativa entre a imagiologia nuclear e outros sistemas de imagiologia médica, tais como TC (Tomografia Computadorizada), MRI (Ressonância Magnética) ou raios-X.
A principal diferença entre a imagiologia nuclear e outros sistemas de imagem é que, na imagiologia nuclear, a fonte da radiação emitida está dentro do corpo. A imagem nuclear mostra a posição e concentração do radioisótopo. Se muito pouco do radioisótopo tiver sido absorvido, um ‘ponto frio’ aparecerá no ecrã indicando, talvez, que o sangue não está a passar. Uma “mancha quente”, por outro lado, pode indicar uma captação excessiva de radioactividade no tecido ou órgão que pode ser devida a um estado de doença, tal como uma infecção ou cancro. Tanto osso como tecido mole podem ser imitados com sucesso com este sistema.
Como funciona a imagem nuclear?
Um radiofármaco é administrado oralmente, injectado ou inalado, e é detectado por uma câmara gama que é utilizada para criar uma imagem melhorada por computador que pode ser vista pelo médico.
A imagem nuclear mede a função de uma parte do corpo (medindo o fluxo sanguíneo, distribuição ou acumulação do radioisótopo), e não fornece imagens anatómicas altamente resolvidas das estruturas do corpo.
O que pode a imagem nuclear dizer-nos?
A informação obtida pela imagem nuclear diz muito a um médico experiente sobre como uma determinada parte do corpo de uma pessoa está a funcionar. Utilizando a imagiologia nuclear para obter uma digitalização óssea, por exemplo, os médicos podem detectar a presença de cancro secundário “espalhado” até dois anos antes de um raio-X padrão. Destaca as tentativas quase microscópicas de remodelação do esqueleto ao combater as células cancerosas invasoras.
Outros tipos de imagiologia
Positron Emission Tomography (PET) scans
Uma técnica de imagiologia nuclear largamente utilizada para detectar cancros e examinar a actividade metabólica em humanos e animais. Uma pequena quantidade de isótopo radioactivo e emissor de pósitrons de curta duração é injectado no corpo sobre uma molécula portadora como a glicose. A glucose transporta o emissor de positrões para áreas de alta actividade metabólica, como um cancro em crescimento. Os positrões, que são emitidos rapidamente, formam positrónio com um electrão das biomoléculas no corpo e depois aniquilam, produzindo um par de raios gama. Os detectores especiais podem seguir este processo, permitindo a detecção de cancros ou anomalias no funcionamento do cérebro.
Tomografia computorizada (CT)
Uma tomografia computorizada, por vezes chamada CAT (Computerised Axial Tomography) scan, utiliza equipamento especial de raios X para obter dados de imagem de centenas de ângulos diferentes à volta, e ‘fatias’ através do corpo. A informação é então processada para mostrar uma secção transversal em 3-D dos tecidos e órgãos do corpo. Uma vez que fornecem vistas do corpo fatia a fatia, as tomografias computorizadas fornecem informações muito mais completas do que as radiografias convencionais. A tomografia computorizada é particularmente útil porque pode mostrar vários tipos de tecido – pulmão, osso, tecido mole e vasos sanguíneos – com maior clareza do que as imagens de raios X.
Embora uma tomografia computorizada utilize radiação, não é uma técnica de imagem nuclear, porque a fonte de radiação – os raios X – vem de equipamento fora do corpo (em oposição a um radiofármaco dentro do corpo).
As varredurasPET são frequentemente combinadas com varreduras CT, com a varredura PET fornecendo informação funcional (onde o radioisótopo se acumulou) e a varredura CT refinando o local. A principal vantagem da imagem PET é que pode fornecer ao médico examinador dados quantificados sobre a distribuição radiofarmacêutica no tecido ou órgão absorvente.