Nonradyoaktif ve radyoaktif izotoplar

Güncel Gastroenteroloji

58 Mart 2002

Güncel Gastroenteroloji

Nonradyoaktif ve

radyoaktif izotoplar

Dr. fiebnem TU⁄CU1_{, Dr. Ali ÖZDEN}2

Ankara Üniversitesi T›p Fakültesi, Nükleer T›p Anabilim Dal›1_{ve Gastroenteroloji Bilim Dal›}2_{, Ankara}

T

üm maddeler atomlardan yapılmıütır. Atommaddenin tüm özelliklerini kaybetmeden parçalanabilecek en küçük parçasıdır,

ortasında pozitif yüklü bir çekirdek etrafında ise

muhtelif enerji düzeylerinde (katmanlarında)

dolaüan negatif yüklü elektronlardan oluüur. Çekirdek içi temel parçacıklar ise pozitif yüklü pro-tonlar ile yüksüz olan nötronlardır.

Protonlar pozitif yüklü oldukları için birbirlerini iter-ler, nötronların bir görevi de onları bir arada tut-maktır, bu nedenle proton sayısı kadar nötrona ihtiyaç vardır. Nötronları protonlarından fazla olan çekirdekler çoùunlukla parçalanır.

Bir atomun çekirdeùindeki proton sayısı (p) onun

atom numarasıdır ve Z harfi ile temsil edilir, "proton + nötron sayısı" ise kütle numarasını oluüturur ve A

harfi ile temsil edilir. Atomun kütle numarası ait

olduùu elementin belirlenmesine yardımcı olur.

Bir baüka deyiüle kütlesini bildiùimiz atomun hangi

atom olabileceùini az çok tahmin edebiliriz. Atom

aùırlıùı kütle spektrometreleri ile ölçülür.

Aynı elementin proton sayısı (Atom numarası)

aynı nötron sayısı(kütle numarası) farklı olan form-larına úZOTOP adı verilir.

úzotoplar kararlı (stabil) veya kararsız (radyoaktif) olabilirler. Radyoaktif olan izotoplara radyoizotop adı verilir.

Bir atomun saùlamlıùı 2 etmene baùlıdır.

1. Çekirdeùindeki proton ve nötron sayıları

Bir atomda n/p oranı ' e ne kadar yakınsa atom o

kadar kararlıdır.

2. Baùlama enerjisi

Elementin kütle numarası arttıkça baùlanma

ener-jisi ve stabilitesi azalır. Periyodik tabloda yalnız 2 element saf elementtir, yani sadece bir stabil izo-topu vardır. Diùerlerinin en az 2 izoizo-topu vardır. Karbonun 2 stabil izotopu haricinde çok az miktar-da olan radyoaktif izotoplarından4_{C en uzun yarı}

ömürlü olanıdır, yarı ömrü 5730 +/- 40 yıldır. 4_N

atomları kozmik ıüınların atmosferdeki gazlarla

etk-ileüimi sonucunda oluüan nötronlarla etkileüerek,

4_{C ' e dönüüür. Atmosferdeki CO}

2 molekülünde

bulunan radyoaktif C karbon çevrimine girer. Yeüil

bitkilerce soùrulur besin zinciri ile, hayvanlara

geçer bu arada sürekli bozunma gösterir, canlı

hava ve besin aldıùı sürece radyokarbon

bozu-nanın yerine gelir canlı ölünce bu olay durur ve

dokulardaki radyokarbon bozunarak azalır(

bun-dan yararlanılarak fosillerin yaüı hesaplanmaya çalıüılır).

12_{C : 6 nötron + 6 proton} 13_{C : 7 nötron + 6 proton} 14_{C : 8 nötron + 6 proton}

•

Aynı proton sayısına sahip olduklarından ayni

kimyasal özelliklere sahiptirler.

•

Farklı kütle numaraları olduùu için farklı atom

GG 59

‹ZOTOPLAR

doùal 238_{U den olu}üan bir çekirdek vardır. 235_U

spontan olarak bölünmeye uùrar, 2 hafif çekirdek

ve 2-3 nötron oluüur bu nötronlar diùer uranyum

atomlarını bombardıman eder böylece bir dizi

nötron ve bunların bombardımanı ile çeüitli rad-yonüklidler oluüur.

2. Parçacık hızlandırıcılar

Bu aletler proton, nötron alfa parçacıkları gibi

yüklü parçacıkları çok yüksek enerjilere

hızlandırarak atom çekirdeùi veya yörüngedeki

parçacıklarla etkileümelerini saùlarlar.

•

Lineer hızlandırıcılar (doùrusal yönde

hızlandırır)

•

Siklotron (dairesel yönde hızlandırır) 3. Nükleer Jeneratörler

Ana – kız radyonüklid çiftini özel bir yöntemle

ayıran ve kız radyonüklidi kullanıma hazır hale getiren sistemlerdir. Ana ürün radyoaktif bozun-maya uùradıkça kız ürün oluüur.

NONRADYOAKT‹F ‹ZOTOPLAR

Nonradyoaktif izotopların çekirdekleri kararlıdır ıüınım yapmazlar. Radyoaktif olanlar gibi doùal ve yapay olarak bulunabilirler.

Yaùmur suları, kayalar, atmosfer hatta yiyecek ve

içeceklerimizde doùal olarak bulunabilirler.

Bal 13

C Vanilya13_C

Portokal / elma suyu 18_O,2_H

Sitrik asit 13_C,2_H

gibi örnekler verilebilir.

Stabil izotoplar bugün birçok alanda kullanılmak-tadır.

Tablo 1. Elemenler ve izotopları

Element 1. _úzotop 2. _úzotop 3. _úzotop Hidrojen _{H% 99.985} 2_{H % 0.0}5

Karbon 2_{C % 98.892} 3_{C %.08}

Nitrojen 4_{N% 99.633} 5_N%0.366

Oksijen 6_O%99.759 7_O%0.037 8_{O %0.2039}

Sülfür 32_{S% 95.0}8 34_{S% 4.2}5

• Arkeoloji • Balıkçılık

• Okyanus ve atmosfer araütırmaları • Jeoloji ve endüstriyel araütırmalar • Biyoloji

• Tıp

• Zirai ara_{ütırmalar ve daha birçok alanda kullanılır.}

RADYOAKT‹F ‹ZOTOPLAR

Çekirdeùi kararsız olan atomlar ıüımalar yaparak

daha kararlı atomlara dönüüürler. Radyoaktif

izo-toplar doùal olarak bulunabildikleri gibi yapay

olarak da elde edilebilirler.

Güneü, uzay, yer kabuùu hatta insan vücudunda

bile doùal radyoaktif maddeler bulunmaktadır.

únsan vücudunda 4_{C ve} 40_{K radyoizotoplar}ı

mev-cuttur.

Radyum, uranyum, polonyum, samaryum,

godolinyum... gibi birçok doùal radyoaktif madde

bulunmaktadır. Radyoaktif bir maddenin

baülangıçtaki miktarının yarısına inmesi için

geçen süreye yarı ömür denir, yarı ömrü ne kadar

kısa ise çekirdek o kadar kararsızdır.

RADYASYON fiEK‹LLER‹

1. Partiküler radyasyon

Alfa (α) ve beta (β) radyasyonları partiküler

tanecik tipinde radyasyonlardır. 2. Elektromanyetik radyasyon

Gama (γ) ve X ıüınları gibi enerjinin uzayda ıüık hızıyla titreüerek yayılırlar.

RADYONÜKL‹DLER‹N ÜRET‹M‹

1. Nükleer reaktörler

Bir nükleer reaktörde zenginleütirilmiü 235_{U ve}

•

Jeotermal

•

Mineral, petrol, doùalgaz

•

Hidroloji ve toprak kimyası

•

Biyoloji

•

Tıp

•

Çevre bilimleri örnek gösterilebilir.

STAB‹L ‹ZOTOPLARIN ÜRET‹M‹

Calutron denilen makinelerde elektromanyetik olarak zenginleütirilmiü88_{St ,} 203_Tl,68_{Zn gibi stabil}

60 Mart 2002

kullanılan diùer stabil izotopların üretiminde

kul-lanılır.

Gastroenterolojide organ fonksiyonları, besinlerin

absorbsiyonu ve bakteriyel kolonizasyonu göster-mek için 3_{C Stabil izotop nefes testleri kullan}

ılmak-tadır.

Nefes testleri için kullanılan3_{C ile iüaretli}

substrat-lar 2 üekilde elde edilebilir.

1. Biyokimyasal sentez (%95in üzerinde

baùlanma söz konusudur, en sık bu yolla

üretilirler.)

2. Doùal 13C içeren bileüikler (%0.02 oranında

baùlanma söz konusudur.)

3_{C ile yüksek oranda zenginleütirilmiü materyal}

kullanılacaùı zaman iüaretli olmayan substratla

dilüe edilir, fakat doùal olanlar için böyle bir

iüleme gerek yoktur.

Kullanılacak 3_{C miktarı} 3_{C artıüının}

göste-rilebileceùi standart bazal deùerin 2-3 katı olmalıdır.

YÜKSEK ORANDA

13

_{C ‹ÇEREN}

BES‹NLER

3_C/2_{C oranı bu ölçümlerde} 3_{C /}2_{C referans oranı}

olarak uluslararası PDB standartı kullanılır. PDB

standartı olarak güney Carolina da Pee Dee

Beleminite formasyonundaki kireç taüı alınır bu taüta3_C/2_{C oranı % .237 olarak hesaplanmıütır.}

NDIRS : (Non Dispersive úsotop Selective infrared

mass spectrometer) Ucuz

Hızlı

Uzman ekip gerektirmemesi

Daha küçük olması ve sonuçlarının IRMS ile korele

olması gibi özellikleriyle IRMS’ e alternatiftir fakat

daha fazla nefes örneùine ihtiyaç duyulması (en

az 500 cc) özellikle çocuklarda ve alete uyum

saùlayamayan yetiükinlerde problem

oluüturmak-tadır.

Büyük merkezler için IRMS ve LASER SPECTRO-METRE ilirken küçük merkezler ve doktor ofisleri için NDIRS öner-ilmektedir.

•

Mısır ve mısırdan üretilmiü besinler

•

ûeker kamıüı

•

Konserve yiyecekler

•

Ekzotik meyveler

•

Bal

•

Vanilya gibi besinlerdir.

Doùada 3_{C %.08,} 2_{C %98.892 oranında}

bulunur. Bazal nefeste üretilen toplam karbon-dioksitin %0.03' ü 3_{C içeren karbondioksittir ve bu}

miktar gün boyunca alınan 3_{C’ den zengin}

gıdalarla dar bir aralıkta dalgalanmalar gösterir.

Alınan 3C' den zengin gıda miktarı bazı yazarlar

tarafından önemsiz kabul edilirken bazıları ise test öncesi açlık ve testten bir gün önce 3_{C’ den}

zen-gin gıda tüketimini yasaklayarak bazal 3_C

düzeyi-ni normalize etmeye çalıümaktadır.

•

IRMS (úsotop ratio mass spectrometer)

•

NDIRS (Non dispersive isotop selective mass

spectrometer)

•

LASER SPEKTROMETRE

•

GC/IRMS (Gas cromotografi +mass

spectrome-ter)

gibi aletlerle ölçülür.

ÖLÇÜM YÖNTEMLER‹

Tablo 2. IRMS ( Isotop Ratio Mass Spectrometer) ve NDIRS (Non-Dispersive Isotop Selective Infra Red Mass Spectrometer) ölçüm yöntemlerinin karüılaütırılması

Özellik IRMS NDIRS

Büyüklük 45x32x30cm 55x6_{x78cm masss spec.} 5_{x58x50cm autosampler} A_{ùırlık 2kg} 90kg

Otamatik 8 örnek 220 örnek Nefes örneùi 200ml aliminyum 0 ml cam tüp

nefes torbası

Analiz süresi 90 saniye 6 dakika Fiyat (996) 40 000 dolar 5 000 dolar

GG 61

5. Mass trace products page Mass Trace Inc: Stable ısotope products and services.

6. Joanne K. Kelleher, Ph.D Cambridge ısotope laboratories, Inc.Isotopmer Analysis Using Mass spectrometry. 7. Isotopes in water and enviromental management . What

are ısotopes and what can be learned from them? 8. F .Stellaard, B.Geypens European interlaboratory

compari-son of breath 13CO2 analysis Gut 1998 ;43 (suppl3) :S2-S6. 9. B.Braden F .Scahäfer .W.F .Caspary & B.Lembcke. Nondispersive ısotop selective ınfrared spectroscopy: A New analytical method for 13 C –urea breath test.Scandinavian journal of gastroenterology 31 (1996) 442-445.

KAYNAKLAR

1. Doç. Dr Mustafa Demir Nükleer tıp fiziği ders kitabı, İÜ. Cerrahpaşa tıp fakültesi İstanbul 2000 ISBN:975-404-5763 Rektörlük yayın no:4252.

2. Ali Görpe, Sema Cantez Pratik Nükleer Tıp 1992 İstanbul tıp fakültesi vakfı.

3. James A Sorenson, Michael E.Phelps, Ph .D Physics in Nucleer Medicine second edition copyright ©1987 by Grune & Stratton, Inc.

4. Peter Schadewaldt, Bernd Schommartz, Gregor Wıenrıch, Herbert Brösıcke, Ralf Pıolot and Dan Zıegler Application of isotope –selective non dispersive infrared spectrometry (IRIS) for evaluation of C13 Octanoic acid gastric-empty-ing breath tests: comparison with isotope ratio-mass spec-trometry (IRMS).