Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met verschillende aantallen neutronen in hun kernen; wanneer ze in het menselijk lichaam worden ingebracht, kunnen ze worden gedetecteerd door straling of op andere manieren. De isotopen, gebruikt in combinatie met geavanceerde apparatuur, geven medische professionals een krachtig "venster" in het lichaam, waardoor ze ziekten kunnen diagnosticeren, biologische processen kunnen bestuderen en de beweging en het metabolisme van medicijnen in levende mensen kunnen onderzoeken.

Stabiel en onstabiele isotopen

Isotopen kunnen stabiel of onstabiel zijn; de onstabiele straalt straling uit, en de stabiele niet. Het stabiele koolstof-12-atoom vormt bijvoorbeeld 98,9 procent van alle koolstof op aarde; omdat de zeldzame koolstof-14-isotoop radioactief is en in de loop van de tijd verandert, gebruiken wetenschappers het om de leeftijd te bepalen van soms oude biologische specimens en materialen. Chemisch, stabiele en onstabiele isotopen werken ongeveer hetzelfde, waardoor artsen radioactieve atomen kunnen vervangen door stabiele isotopen in geneesmiddelen die worden gebruikt om biologische activiteiten te traceren. Stabiele isotopen, gemakkelijk te identificeren met een apparaat dat een massaspectrometer wordt genoemd, helpen onderzoekers om aandoeningen in bloed en weefsel te bepalen wanneer radioactiviteit niet wenselijk is.

Nutrition Research

Stabiele isotopen helpen voedingswetenschappers het verkeer van mineralen door het lichaam. Van de vier stabiele isotopen voor ijzer is bijvoorbeeld ijzer-56 van nature goed voor ongeveer 92 procent en het zeldzaamste is ijzer-58 met 0,3 procent. Een wetenschapper geeft een proefpersoon doses van ijzer-58 en bewaakt de hoeveelheden van verschillende ijzerisotopen in bloed en andere biologische monsters. Omdat ijzer-58 zwaarder is dan ijzer-56 onderscheidt een massaspectrometer ze gemakkelijk. Vroege monsters zullen meer ijzer-56 tonen, maar na verloop van tijd zal ijzer-58 in aanzienlijke hoeveelheden in verschillende weefsels en substanties worden aangetroffen, waardoor de wetenschapper nauwkeurig kan meten hoe het lichaam van het lichaam ijzer verwerkt.

PET-scans

Positron Emissie Tomografie produceert driedimensionale afbeeldingen van organen en weefsels door het gebruik van radioactieve isotopen. De isotopen, zoals fluor-18, geven gammastraling af - een vorm van energie die door het lichaam en in een detector gaat. Wanneer gecombineerd met suiker en toegediend aan een patiënt, migreert het fluor naar die weefsels die suiker actief metaboliseren, zoals delen van de hersenen in een persoon die aan wiskundige problemen werkt. PET-scans tonen deze lichaamsdelen in duidelijke details. Door de verschillende niveaus van metabolisme te observeren, kan een arts signalen identificeren van afwijkingen zoals tumoren en dementie.

MPI-scans

Een beeldreperimusscan maakt gebruik van radioactieve isotopen om afbeeldingen te produceren in een methode vergelijkbaar met een PET-scan, maar voor het in realtime monitoren van het hart. Volgens Stanford University Hospital maakt de techniek gebruik van isotopen zoals technetium-99 of thallium-201. Deze isotopen worden in een ader geïnjecteerd en vinden hun weg naar het hart. Een gespecialiseerde camera pikt de uitgezonden gammastralen op en produceert een beeld van het kloppende hart onder rust- en stressomstandigheden, waardoor een arts de gezondheid van het orgel kan evalueren.