Medicina Nuclear

1. ¿Qué es la medicina nuclear?

  • Rama de la medicina que utiliza las propiedades de la radioactividad para el diagnóstico por la imagen y la terapia.
  • Utiliza isótopos radioactivos o fármacos marcados con radioisótopos denominados radiofármacos que se administran al paciente por diferentes vías.
  • La radiación emitida por el radiofármaco desde el interior del paciente permite obtener imágenes de su biodistribución gracias a unos detectores específicos denominados gammacámaras y tomógrafos detectores de positrones (PET).
  • Dependiendo del radiofármaco utilizado las imágenes obtenidas permiten detectar la fisiología y las alteraciones del funcionamiento de diferentes órganos (Ej. Función renal), el metabolismo de las células (Ej. Actividad glucolítica de los tumores) o la expresión proteica de tumores (Ej. Receptores tumorales).

 

2. Fundamentos físicos de la medicina nuclear.

2.1. Estructura atómica:

Nucleones

– Protón carga eléctrica + masa 1.67×10-24

– Neutrón carga eléctrica neutra

 masa>masa protón

– Electrones orbitales carga eléctrica – masa 9.11×10-28

2.2. Energía de enlace nuclear:

Relación entre masa y energía (Einstein 1905)

  • Defecto de masa: La suma de la masa de los nucleones que componen un núcleo atómico es superior a la masa de este núcleo. Esta diferencia se conoce como defecto de masa.
  • Energía de enlace nuclear: Energía equivalente al defecto de masa. Dentro del núcleo hay unas fuerzas que permiten que los nucleones estén enlazados.

2.2.1. Proporción N/Z y estabilidad de los núcleos:

  • Los núcleos de elementos ligeros mantienen una proporción de neutrones y protones igualada. A medida que aumenta la masa atómica, la proporción es mayor a 1 en núcleos estables (se eleva más el nº de neutrones).
  • La representación gráfica de la proporción N/P define una línea de estabilidad empírica:

3. Radioactividad:

  • Los átomos inestables, para adquirir estabilidad, pierden partículas y emiten energía en forma de radiación (desintegración radioactiva).

  • En todos los procesos de desintegración radioactiva, la masa, la energía y el movimiento se conservan; y se produce aumento del defecto de masa, a medida que alcanza una configuración más estable.
  • El exceso de energía, de transición característica de cada radioisótopo se libera en forma de radiación gamma y energía cinética de las partículas.

3.1. Desintegración alpha:

  •  Las partículas alpha son núcleos de helio (2p + 2n) con una carga de +2. En la desintegración alpha se obtiene un elemento estable con dos protones y dos neutrones de menos, que formarán el núcleo de helio. La energía de transición se libera como energía cinética y en rayos gamma.


 3.2. Desintegración ß-o negatrónica:

  •  Es la reacción de desintegración más frecuente en la naturaleza.
  • Consiste en la conversión de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino. El electrón es expulsado y el núcleo queda con un protón de más.
  • La energía de transición se emite en forma de energía cinética de la partícula beta (e-), energía almacenada en el antineutrino y como radiación gamma.
  • De este tipo tiene lugar en los núcleos con abundantes neutrones, más que en las especies estables.

  

3.3. Desintegración ß+ o positrónica.

 

  • Un protón se transforma en un neutrón, un positrón y un neutrino. Se expulsa la partícula positiva del núcleo, reduciéndose el nº atómico y aumentando la proporción N/P.
  • La desintegración positrónica tiene lugar en núcleos con pocos neutrones y exceso de protones, y con proporciones N/P menores a la línea de estabilidad.

3.4. Anihilación del positrón:

  • El positrón emitido reacciona rápidamente con un electrón cercano, combinándose (anihilación), y formando radiaciones electromagnéticas; se forman dos fotones de dirección paralela y contraria, con una energía de 511
    KeV.

3.5. Captura electrónica:

 

  • Un núcleo con exceso de protones pero sin suficiente energía para extraer un protón, capta un electrón de la órbita más cercana y lo une a uno de los protones de su núcleo, formando un neutrón. Habrá una reorganización de los electrones y se emitirán rayos x.

 

4. Tipos de radiaciones:

  • La partícula de helio produce la radiación alpha Esté tiene una masa grande y mucha energía cuando se libera tiene un trayecto muy corto porque la interacción con la materia es muy fuerte pero no la atraviesa. Una hoja de papel la para.
  • Las radiaciones beta emiten un electrón o un positrón. Tienen una energía más pequeña, por tanto tienen más capacidad de penetración. Necesitamos una hoja de aluminio para pararla.
  • Las radiaciones gamma son ondas electromagnéticas, porque no tienen masa. Su energía es muy variable, dependiendo de la energía del fotón así pues varía mucho la capacidad de penetración.

 

5. Radiaciones de utilidad en medicina nuclear:

6. Actividad, constante de desintegración:

  • Constante de desintegración:
    • Probabilidad que tiene cada núcleo de desintegrarse en la unidad de tiempo
    • Constante característica de cada radioisotópo
    • T-1 (min -1, s-1)
  • Actividad (A):
    • Número de átomos que se desintegran por unidad de tiempo (desintegraciones por segundo)
    • La actividad de una muestra es proporcional al número de átomos radioactivos que contiene:

 

7. Unidades de radioactividad:

  • Unidad histórica: Curi tasa de desintegración de 1g de radio.
    • 1 Ci = 3,7×1010 dps (desintegraciones por segundos)
  • Unidad del SI: Becquerelio
    • 1 Bq = 1 dps
  • Curis.Becquerelios
    • 1 Ci =3,7×1010 dps = 37 GBq
    • 1mCi =3,7×107 dps = 37 MBq
    • 1µCi=3,7×104 dps = 37KBq

 Para realizar diagnóstico se utilizan KBq y MBq. Para terapia pueden usarse los GBq.

8. Evolución temporal de radioactividad:

  • Al inicio una sustancia tiene muchas partículas radioactivas pero estas irán disminuyendo con el tiempo.
  • La curva de desintegración proporciona una función exponencial decreciente que se aproxima a cero, pero sin llegar nunca. La función es una línea recta con una pendiente igual a (-landa)
  • Dependiendo de «landa» constante de cada radioisótopo, la desintegración puede ser más rápida o más lenta.
  • La ecuación (Nt = N0 e -landa·t ) significa que el número de átomos radioactivos en cualquier punto temporal (Nt) es igual al producto del número original (No) por un factor exponencial e que tiene en cuenta la taxa de desintegración (landa) y la duración del periodo de tiempo a partir de la medición inicial (t).
  • Como la actividad es proporcional al número de átomos que contiene, la ecuación puede reformularse:

At = A0 e -landa·t

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