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Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno un numero diverso di neutroni nei loro nuclei; quando vengono introdotti nel corpo umano, possono essere rilevati con radiazioni o altri mezzi. Gli isotopi, usati insieme ad apparecchiature sofisticate, offrono ai professionisti medici una potente "finestra" sul corpo, che consente loro di diagnosticare malattie, studiare processi biologici e studiare il movimento e il metabolismo dei farmaci nelle persone viventi.
Isotopi stabili e instabili
Gli isotopi possono essere stabili o instabili; quelli instabili emettono radiazioni e quelli stabili no. Ad esempio, l'atomo di carbonio-12 stabile costituisce il 98,9 percento di tutto il carbonio sulla Terra; poiché il più raro isotopo carbonio-14 è radioattivo e cambia nel tempo, gli scienziati lo usano per determinare l'età di campioni e materiali biologici a volte antichi. Gli isotopi chimicamente, stabili e instabili agiscono più o meno allo stesso modo, consentendo ai medici di sostituire gli atomi radioattivi con gli atomi stabili nei farmaci usati per tracciare le attività biologiche. Isotopi stabili, facilmente identificabili con un dispositivo chiamato spettrometro di massa, aiutano i ricercatori a determinare le condizioni nel sangue e nei tessuti quando la radioattività non è desiderabile.
Ricerca nutrizionale
Gli isotopi stabili aiutano gli scienziati della nutrizione a monitorare il movimento dei minerali attraverso il corpo. Ad esempio, dei quattro isotopi stabili per il ferro, il ferro-56 rappresenta naturalmente circa il 92 percento e il più raro è il ferro-58 allo 0,3 percento. Uno scienziato fornisce a soggetti in esame dosi di ferro-58 e monitora la quantità di diversi isotopi di ferro nel sangue e in altri campioni biologici. Poiché iron-58 è più pesante di iron-56, uno spettrometro di massa li distingue facilmente. I primi campioni mostreranno più ferro-56, ma nel tempo, il ferro-58 sarà trovato in quantità significative in vari tessuti e sostanze, permettendo allo scienziato di misurare accuratamente come il corpo del soggetto elabora il ferro.
Scansioni PET
La tomografia ad emissione di positroni produce immagini tridimensionali di organi e tessuti attraverso l'uso di isotopi radioattivi. Gli isotopi, come il fluoro-18, emettono radiazioni gamma, una forma di energia che attraversa il corpo e arriva a un rivelatore. Se combinato con lo zucchero e somministrato a un paziente, il fluoro migra verso quei tessuti che stanno attivamente metabolizzando lo zucchero, come le aree del cervello in una persona che lavora su problemi di matematica. Le scansioni PET mostrano queste parti del corpo in modo chiaro e dettagliato. Osservando i diversi livelli di metabolismo, un medico può identificare segni rivelatori di anomalie come tumori e demenza.
Scansioni MPI
Una scansione di perfusione miocardica utilizza isotopi radioattivi per produrre immagini in un metodo simile a una scansione PET, ma per monitorare il cuore in tempo reale. Secondo lo Stanford University Hospital, la tecnica impiega isotopi come il tecnezio-99 o il tallio-201. Questi isotopi vengono iniettati in una vena e trovano la loro strada verso il cuore. Una telecamera specializzata raccoglie i raggi gamma emessi e produce un'immagine del cuore pulsante in condizioni di riposo e stress, consentendo a un medico di valutare la salute dell'organo.