ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ - DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG MỘT SỐ ỨNG DỤNG LÂM SÀNG

1. Dược chất phóng xạ trong chẩn đoán

Đồng vị phóng xạ có thể ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị. Trong chẩn đoán ứng dụng bao gồm cả chẩn đoán in vitro và chẩn đoán in vivo. In vitro có phương pháp RIA và IRMA để định lượng các nội tiết tố, các dấu ấn ung thư như AFP, CEA... (như đã đề cập ở chương 4). Trong chẩn đoán in vivo ứng dụng điển hình nhất là ghi hình phóng xạ.

Nguyên lý của ứng dụng ĐVPX trong y học hạt nhân: Hevesy (giải thưởng Nobel hoá học 1943) cho biết các ĐVPX khi vào cơ thể tham gia vào các quá trình sinh lý (chuyển hoá, phân bố, thải trừ) giống như đồng vị thường, không gây ra các tác dụng dược lý.

ĐVPX + chất mang = dược chất phóng xạ (thuốc phóng xạ). DCPX ở dạng uống hoặc tiêm, có thể ở dạng khí. ¹³³Xe ở dạng khí dùng trong đánh giá thông khí phổi, dạng dung dịch như NaI, dạng keo hạt của các muối vô cơ, dạng huyền phù, nhũ tương của các phân tử hữu cơ...

Tuỳ mục đích, cơ quan cần chẩn đoán mà dùng chất mang khác nhau. Chẳng hạn ^99mTc-SESTAMIBI dùng trong ghi hình tưới máu cơ tim, DMSA, ^99mTc-DTPA dùng trong ghi hình thận, ^99mTc-HMPAO trong ghi hình não...

1.1. Các đặc trưng của dược chất phóng xạ

- Loại bức xạ

DCPX lý tư­ởng dùng trong chẩn đoán là chất phát tia gamma đơn thuần, do phân rã theo kiểu bắt điện tử  hoặc do chuyển trạng thái từ cận ổn định về ổn định. Các d­ược chất có bức xạ alpha và beta sẽ không tốt trong ghi hình vì những bức xạ này có khả năng ion hoá mạnh làm cho các mô bị tổn th­ương, mặc dù có thể có một số bức xạ xuyên qua đ­ược cơ thể nh­ưng không vào đ­ược các thiết bị ghi đo, nên không ghi hình đ­ược.

- Năng l­ượng

Để ghi hình tốt, chất phóng xạ lý t­ưởng có năng lượng bức xạ từ 100 keV - 250keV, phù hợp với thiết kế hiện nay của các máy. Mặc dù vậy, trên thực tế lâm sàng, có những chất có năng lượng cao hơn hoặc thấp hơn vẫn phải dùng, không thay thế đ­ược. ²⁰¹Tl, ¹³³Xe có năng l­ượng 70 đến 80 keV, ¹³¹I và ⁶⁷Ga có năng lượng tư­ơng ứng 364 keV và 300 keV là những chất hay dùng trong chẩn đoán. Về mặt năng l­ượng thì thích hợp hơn cả là ^99mTc, ¹¹¹In, ¹²³I.

- Tính khả dụng

DCPX cần có đời sống không quá ngắn để có thể vận chuyển thuận lợi từ nơi sản xuất tới nơi sử dụng, giá cả phải chăng, phù hợp với điều kiện kinh tế của bệnh nhân.

- Tỷ số đích - không đích

Tỷ số đích - không đích cao mới tốt, nghĩa là DCPX phải vào nhiều ở nơi cần ghi hình ảnh so với các nơi khác trong cơ thể. Nếu tỷ số đích- không đích thấp hơn yêu cầu tối thiểu (tỷ số 5:1 là tối thiểu để ghi hình phẳng, 2:1 là tối thiểu để xạ hình cắt lớp SPECT) thì xạ hình sẽ không có giá trị chẩn đoán vì khó phân biệt giữa vùng bệnh lý và không bệnh lý. Tuỳ cơ quan cần chẩn đoán để lựa chọn chất gắn với phóng xạ thích hợp sao cho chúng phải có tính tập trung đặc hiệu cao.

1.2. Cơ chế tập trung của dược chất phóng xạ

Sự  tập trung thuốc phóng xạ vào đích có thể theo các cơ chế sau:

- Vận chuyển tích cực

trong cơ thể sống, sự phân bố nồng độ một số chất có sự chênh lệch nồng độ do có sự vận chuyển ngược gradient nồng độ, từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao. Nhờ cơ chế này mà iốt phóng xạ khi vào cơ thể có thể tập trung ở tuyến giáp cao hơn hàng trăm lần so với ngoài tuyến.

- Khuếch tán

Chẳng hạn khi não có tổn thương, hàng rào máu não bị phá vỡ, thuốc phóng xạ như albumin huyết thanh người đánh dấu ¹³¹I hoặc Na^99mTcO₄ có thể khuếch tán từ mao mạch vào vùng não tổn thương.

- Chuyển hoá

Một số đồng vị phóng xạ ở dạng muối vô cơ hoặc hữu cơ tham gia vào chuyển hoá, chẳng hạn một số hợp chất hữu cơ nh­ư deoxyglucose đánh dấu ¹⁸F (¹⁸FDG) dùng trong ghi hình cắt lớp não, các khối u trong cơ thể bằng PET dựa trên cơ chế tăng chuyển hoá ở vùng tổn th­ương. Não là cơ quan tiêu thụ glucose lớn nhất trong cơ thể. Khi một vùng của não có biến đổi về chức năng, giảm tiêu thụ glucose (bệnh Alzheimer, Dementia...) xảy ra tr­ước những khi có biến đổi cấu trúc, PET giúp phát hiện tổn thư­ơng sớm hơn.

Tế bào khối u th­ư­ờng tiêu thụ glucose nhiều hơn tế bào lành do tăng  phân chia tế bào, tăng hoạt tính men hexokinase, tăng hoạt tính của chất vận chuyển GLUT1, do đó FDG tập trung cao ở khối u, hình ảnh ghi hình phóng xạ là những ổ tập trung phóng xạ cao (ổ nóng). Nhờ vậy mà ghi hình PET bằng FDG phát hiện được các khối u ung thư, phân giai đoạn bệnh cũng như đánh giá hiệu quả điều trị (xạ trị, hóa trị...).

- Lắng đọng

Một số chất phóng xạ dạng keo hạt có trọng lượng phân tử và hạt keo rất nặng. Khi các hạt keo đi từ động mạch vào vi mạch trong gian bào do vận tốc dòng máu chậm, chúng sẽ bị lắng đọng. Keo vàng phóng xạ (¹⁹⁸Au colloid) có thể dùng ghi hình lách, hệ bạch mạch, điều trị ung th­ư bạch mạch...

- Đào thải

Hai cơ quan đào thải lớn nhất là gan và thận. Ng­ười ta dùng những chất thải qua gan gắn với phóng xạ để chẩn đoán chức năng gan mật nh­ư Rose Bengal ¹³¹I. Thuốc chẩn đoán chức năng thận nh­ư Hippuran-¹³¹I tr­ước đây hay hiện nay là DTPA, MAG3 đánh dấu ^99mTc.

Ngoài ra, còn một số cơ chế khác nh­ư thực bào, tắc nghẽn vi mạch tạm thời, miễn dịch (gắn với kháng thể đặc hiệu), chất nhận đặc hiệu... Cũng có một số chất tập trung cao ở khối u mà ch­ưa rõ cơ chế chẳng hạn như­  ⁶⁷Ga, ²⁰¹Tl...

1.3. Dạng điều chế

DCPX được điều chế dưới nhiều dạng khác nhau.

+Dạng khí: như ¹³³Xe hay được dùng trong đánh giá thông khí phổi. Khí ¹³³Xe có thể hoà tan trong dung dịch NaCl 0,9% dưới áp suất cao.

+Dạng dung dịch thực: chẳng hạn như Na¹³¹I, vitamin B₁₂- ⁵⁸Co.

+Dạng keo hạt: các phân tử muối vô cơ tụ lại bền vững có kích thước cỡ mm. Chẳng hạn như keo vàng (¹⁹⁸Au-colloid) dùng trong ghi hình lách.

+Dạng huyền phù, nhũ tương: là dạng đông vón của các phân tử hữu cơ. Thông thường là dạng đông vón của albumin huyết thanh người. Dưới điều kiện pH, nhiệt độ thích hợp, protein biến tính tạo ra những thể tụ tập kích thước nhỏ dưới 20 mm, gọi là các microspheres (vi cầu). Với kích thước lớn hơn 20 mm gọi là các macroaggregat (thể tụ tập). Các chất này thường dùng trong ghi hình tưới máu những nơi có nhiều vi mạch.

Có nhiều nguyên nhân làm giảm tỷ số đích - không đích: do DCPX không thích hợp, do kỹ thuật... Đặc biệt phải chú ý nguyên nhân ở chính cơ thể ng­­ười bệnh, chẳng hạn ng­ười bị bệnh tuyến giáp đang dùng các chất có nhiều nội tiết tố T₃, T₄ hoặc dùng các thuốc cản quang, phải chờ một thời gian cho hết thuốc mới ghi đ­­ược hình tuyến giáp bằng ¹³¹I (tuyến giáp bị phong bế, chất phóng xạ không vào đ­ược).

^99mTc đ­­ược coi là một DCPX tốt vì nó có khả năng liên kết với nhiều hợp chất trong điều kiện sinh lý bình thư­ờng. ^99mTc có thể tạo thành hợp chất với nhiều loại, từ các phân tử đơn giản nh­­ư pyrophosphat tới các chất hữu cơ nhóm  đ­ường như­­ glucoheptonat, từ peptide đến các KT, từ các dạng colloid không hoà tan tới các kháng sinh và nhiều hợp chất khác nữa.

1.4. Thời gian bán thải hiệu lực (effective half life)

ĐVPX đư­ợc coi là lý tưởng nếu thời gian bán thải hiệu lực bằng 1,5 lần thời gian cần thiết để tiến hành một kỹ thuật chẩn đoán. Như vậy có thể đưa vào cơ thể một lượng DCPX lớn để ghi hình tốt mà người bệnh lại bị một liều chiếu xạ nhẹ. Về toán học, có công thức như sau:

1/t_ef = 1/t_s + 1/t_p

Trong đó: t_p là chu kỳ bán huỷ vật lý; T_b là chu kỳ bán thải sinh học và T_ef là thời gian bán thải hiệu lực. ^99mTc-MDP là DCPX có thời gian bán thải hiệu lực lý tưởng cho xạ hình xương, vì t_ef = 6giờ, trong khi đó quy trình xạ hình xương kéo dài khoảng 4giờ, đạt tỷ số 1,5: 1. Trong xạ hình gan, dùng ^99mTc sulfur colloid, t_ef cũng 6 giờ nhưng quy trình xạ hình gan chỉ đòi hỏi 1giờ, tỷ số là 6:1. Nếu dùng ^99mTc- macroaggregat, với thời gian t_ef = 3giờ thì tỷ số sẽ là 3:1, liều chiếu xạ trong sẽ giảm  50%.

99Tcm (T1/2=6.02h, Eg=140 keV) is used in more than 70% of all medical applications

226Ra (T1/2=1600 a, Eg=186 keV) is an a-emitter (a's are absorbed in body tissue), is used for highly localized studies

67Ga (T1/2=78.3h, Eg =93 keV, 185 keV, 300 keV) is often used as tumor localizing agent (gallium citrate)

123I   (T1/2=13h, Eg=159  keV)   bonds   good  with  proteins   and molecules that can be iodinated.   It has replaced 131I (T1/2=6d, Eg=364 keV) because of the reduced radiation exposure

81Krm (T1/2=13s, Eg=190 keV) is a very short-lived gas used to perform lung ventilation studies, (short half-life limits its application)

68Ga (T1/2=68 m, Eg= 511 keV)

82Rb (T1/2=1.3 m, Eg = 511 keV)

18F (T1/2=110 m, Eg = 511 keV), (used in more than 80% of all PET applications)

13N (T1/2=10 m, Eg = 511 keV)

11C (T1/2=20.4 m, Eg = 511 keV)