Klinische Radiometrie

Klinische Radiometrie ist die Messung der Radioaktivität des gesamten Körpers oder eines Körperteils nach der Verabreichung eines Radiopharmakons. In der klinischen Praxis werden üblicherweise gammaemittierende Radionuklide verwendet. Nach der Verabreichung eines Radiopharmakons, das ein solches Radionuklid enthält, in den Körper wird dessen Strahlung von einem Szintillationsdetektor erfasst, der sich über dem entsprechenden Körperteil des Patienten befindet. Die Ergebnisse der Untersuchung werden üblicherweise auf einer Leuchttafel als Anzahl der über einen bestimmten Zeitraum registrierten Impulse oder als Zählrate (in Impulsen pro Minute) dargestellt. In der klinischen Praxis ist diese Methode nicht von großer Bedeutung. Sie wird üblicherweise in Fällen angewendet, in denen die Inkorporation von Radionukliden identifiziert und bewertet werden muss, wenn diese versehentlich – durch Unachtsamkeit oder bei Katastrophen – in den menschlichen Körper gelangen.

Eine interessantere Methode ist die Ganzkörperradiometrie. Bei dieser Methode wird eine Person in eine spezielle Kammer mit niedriger Hintergrundstrahlung gelegt, die mehrere speziell ausgerichtete Szintillationsdetektoren enthält. Dies ermöglicht die Aufzeichnung der radioaktiven Strahlung des gesamten Körpers und unter Bedingungen minimalen Einflusses der natürlichen radioaktiven Hintergrundstrahlung, die bekanntlich in einigen Gebieten der Erdoberfläche recht hoch sein kann. Wenn während der Radiometrie ein beliebiger Körperteil (Organ) mit einer Bleiplatte abgedeckt wird, kann der Beitrag dieses Körperteils (oder des unter der Platte gelegenen Organs) zur Gesamtradioaktivität des Körpers bestimmt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Stoffwechsel von Proteinen, Vitaminen und Eisen zu untersuchen und das Volumen des extrazellulären Wassers zu bestimmen. Diese Methode wird auch bei der Untersuchung von Personen mit versehentlicher Aufnahme von Radionukliden verwendet (anstelle der konventionellen klinischen Radiometrie).

Für die Laborradiometrie werden automatisierte Radiometer eingesetzt. Sie führen Reagenzgläser mit radioaktivem Material auf einem Förderband. Mikroprozessorgesteuert werden die Reagenzgläser automatisch dem Zählfenster zugeführt; nach Abschluss der Radiometrie werden die Reagenzgläser automatisch gewechselt. Die Messergebnisse werden computergestützt berechnet und nach entsprechender Bearbeitung an ein Druckgerät gesendet. Moderne Radiometer führen komplexe Berechnungen automatisch durch, und der Arzt erhält sofort Informationen, beispielsweise über die Konzentration von Hormonen und Enzymen im Blut, die die Genauigkeit der durchgeführten Messungen bestätigen. Bei geringem Arbeitsaufwand in der Laborradiometrie kommen einfachere Radiometer mit manueller Bewegung der Reagenzgläser und manueller Radiometrie im nicht-automatischen Modus zum Einsatz.

Die Radionukliddiagnostik in vitro (vom lateinischen vitrum – Glas, da alle Untersuchungen in Reagenzgläsern durchgeführt werden) bezieht sich auf die Mikroanalyse und nimmt eine Grenzposition zwischen Radiologie und klinischer Biochemie ein. Sie ermöglicht den Nachweis verschiedener Substanzen endogenen und exogenen Ursprungs in biologischen Flüssigkeiten (Blut, Urin), die dort in vernachlässigbaren oder, wie Chemiker sagen, verschwindenden Konzentrationen vorhanden sind. Zu diesen Substanzen gehören Hormone, Enzyme, Medikamente, die dem Körper zu therapeutischen Zwecken zugeführt werden usw.

Bei verschiedenen Erkrankungen wie Krebs oder Herzinfarkt treten im Körper krankheitsspezifische Substanzen auf. Sie werden Marker (von der englischen Markierung) genannt. Die Konzentration von Markern ist ebenso gering wie die von Hormonen: buchstäblich einzelne Moleküle in 1 ml Blut.

All diese in ihrer Genauigkeit einzigartigen Studien können mithilfe der radioimmunologischen Analyse durchgeführt werden, die 1960 von den amerikanischen Forschern S. Berson und R. Yalow entwickelt wurde, die dafür später den Nobelpreis erhielten. Ihre breite Anwendung in der klinischen Praxis markierte einen revolutionären Sprung in der Mikroanalyse und Radionukliddiagnostik. Erstmals erhielten Ärzte die Möglichkeit, die Entstehungsmechanismen vieler Krankheiten zu entschlüsseln und sie frühzeitig zu diagnostizieren. Endokrinologen, Therapeuten, Geburtshelfer und Kinderärzte waren sich der Bedeutung der neuen Methode am deutlichsten bewusst.

Das Prinzip der radioimmunologischen Methode besteht in der kompetitiven Bindung der gewünschten stabilen und gleichartig markierten Substanzen an ein spezifisches Rezeptorsystem.

Zur Durchführung einer solchen Analyse werden Standardsätze von Reagenzien hergestellt, von denen jeder darauf ausgelegt ist, die Konzentration einer bestimmten Substanz zu bestimmen.

Wie in der Abbildung zu sehen ist, interagiert das Bindungssystem (üblicherweise spezifische Antikörper oder Antiserum) gleichzeitig mit zwei Antigenen, von denen eines das gewünschte und das andere sein markiertes Analogon ist. Es werden Lösungen verwendet, in denen das markierte Antigen stets mehr Antikörper enthält. In diesem Fall kommt es zu einem regelrechten Kampf zwischen markierten und unmarkierten Antigenen um die Bindung an Antikörper. Letztere gehören zu den Immunglobulinen der Klasse G.

Sie müssen hochspezifisch sein, d. h. nur mit dem untersuchten Antigen reagieren. Antikörper akzeptieren an ihren offenen Bindungsstellen nur spezifische Antigene und zwar in Mengen, die proportional zur Anzahl der Antigene sind. Dieser Mechanismus wird bildlich als „Schlüssel-Schloss-Phänomen“ beschrieben: Je höher der anfängliche Gehalt des gewünschten Antigens in den Reaktionslösungen ist, desto weniger radioaktives Antigenanalogon wird vom Bindungssystem erfasst und desto größer ist sein Anteil, der ungebunden bleibt.

Gleichzeitig mit der Bestimmung der Konzentration der gewünschten Substanz im Patientenblut wird unter gleichen Bedingungen und mit gleichen Reagenzien eine Untersuchung von Standardseren mit einer genau bestimmten Konzentration des gewünschten Antigens durchgeführt. Basierend auf dem Verhältnis der Radioaktivität der reagierten Komponenten wird eine Kalibrierkurve erstellt, die die Abhängigkeit der Probenradioaktivität von der Konzentration der untersuchten Substanz widerspiegelt. Anschließend wird durch Vergleich der Radioaktivität der vom Patienten entnommenen Materialproben mit der Kalibrierkurve die Konzentration der gewünschten Substanz in der Probe bestimmt.

Die In-vitro-Analyse von Radionukliden wurde als radioimmunologisch bezeichnet, da sie auf der Nutzung immunologischer Antigen-Antikörper-Reaktionen beruht. Später wurden jedoch weitere In-vitro-Studien entwickelt, die in Zweck und Methodik ähnlich waren, sich jedoch in Details unterschieden. Wird als markierte Substanz ein Antikörper und kein Antigen verwendet, spricht man von einer immunoradiometrischen Analyse; werden Geweberezeptoren als Bindungssystem verwendet, spricht man von einer Radiorezeptoranalyse.

Die In-vitro-Radionuklidstudie besteht aus 4 Phasen.

• Der erste Schritt besteht darin, die analysierte biologische Probe mit Reagenzien aus dem Kit zu mischen, das Antiserum (Antikörper) und ein Bindungssystem enthält. Alle Manipulationen mit Lösungen werden mit speziellen halbautomatischen Mikropipetten durchgeführt, in einigen Laboren werden sie maschinell durchgeführt.
• Die zweite Phase ist die Inkubation der Mischung. Sie wird fortgesetzt, bis ein dynamisches Gleichgewicht erreicht ist. Je nach Spezifität des Antigens variiert die Dauer zwischen einigen Minuten, mehreren Stunden und sogar Tagen.
• Die dritte Stufe ist die Trennung freier und gebundener radioaktiver Substanzen. Zu diesem Zweck werden die im Kit enthaltenen Sorbentien (Ionenaustauscherharze, Kohlenstoff usw.) verwendet, die schwerere Antigen-Antikörper-Komplexe ausfällen.
• Der vierte Schritt umfasst die Radiometrie der Proben, die Erstellung von Kalibrierkurven und die Bestimmung der Konzentration der gewünschten Substanz. Alle diese Arbeiten werden automatisch mit einem Radiometer durchgeführt, das mit einem Mikroprozessor und einem Drucker ausgestattet ist.

Wie oben ersichtlich, basiert die radioimmunologische Analyse auf der Verwendung einer radioaktiven Antigenmarkierung. Grundsätzlich können jedoch auch andere Substanzen als Antigen- oder Antikörpermarkierung verwendet werden, insbesondere Enzyme, Luminophore oder stark fluoreszierende Moleküle. Dies bildet die Grundlage für neue Mikroanalysemethoden: Immunenzym-, Immunlumineszenz- und Immunfluoreszenzmethoden. Einige von ihnen sind vielversprechend und konkurrieren mit der radioimmunologischen Forschung.

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