BIOKÉMIA

Bepillantás a szöveti biokémiai folyamatokba pozitron emissziós tomográfiával

A pozitron emmissziós tomográfia (PET) napjaink egyik legújabb és leghatékonyabb képalkotó eljárása. A technika a "funkcionális metszetképalkotó" módszerek közé tartozik, amelynek széleskörû alkalmazásait egyaránt megtaláljuk a rutinszerû klinikai diagnosztikus munkában, valamint az orvosi és biológiai kutatásokban.

A PET módszerrel metszeti képeket állíthatunk elõ az élõ rendszerekrõl, anélkül, hogy megbontanánk az egységüket. Olyan tulajdonságok vizsgálatát jeleníthetjük meg képek formájában, amelyek a rendszer "élõ voltával", a szervezetben lejátszódó folyamatokkal, az életjelenségekkel kapcsolatosak. Ezeket a tulajdonságokat szokás funkcionális sajátságoknak nevezni, szemben a rendszerek felépítését, szerkezetét meghatározó, anatómiai tulajdonságokkal. A funkcionális tulajdonságok tanulmányozása különösen fontos, mert ezek a sajátosságok különböztetik meg az élõt az élettelentõl.

A PET vizsgálat során egy-egy alkalmasan megválasztott vegyületet juttatnak be (általában intravénás módon) a szervezetbe. Ezeket a molekulákat a különbözõ transzport mechanizmusok eljuttatják a szervezet különbözõ régióiba, ahol azok meghatározott biokémiai reakciókban vesznek részt. A molekuláknak vagy biokémiai reakciók során kialakuló végtermékeiknek a szervezeten belüli egyensúlyi eloszlása természetesen függ attól, hogy milyen anyagot juttatunk be a szervezetbe, függ a transzport rendszertõl, valamint attól, hogy a molekulákat átalakító folyamatok (pl. enzimreakciók) milyen intenzitással mûködnek a szervezet különbözõ részein. Ha az anyagcsere-folyamatoknak módosul a regionális megoszlása vagy azok intenzitása valamilyen ok (pl. betegség, kóros elváltozás) miatt, akkor természetesen megváltozik a szervezetbe bejuttatott molekuláknak az egyensúlyi eloszlása is. Ebbõl azonnal következik, hogy ezeknek az anyagoknak az eloszlási képe számos esetben utalhat a szervezet állapotára (a funkcionális állapotra), más szóval a vizsgálatban felhasznált anyag eloszlásából diagnosztikus következtetést lehet levonni.

A szervezetbe bevitt molekulákat radioaktív izotópokkal jelölik meg, hogy a radioaktív bomlásokból származó részecskék jelezzék a bomlások helyét. A felhasznált molekulák az esetek többségében gyógyszer jellegû sajátosságokkal rendelkeznek, ezért azok megjelölt formáját radiofarmakonnak nevezik. A radioaktív izotópok bomlás közben pozitronokat bocsátanak ki (innen származik a módszer elnevezése), amelyek a radiofarmakon közvetlen közelében lefékezõdnek és egy-egy elektronnal kölcsönhatásba lépnek. Ennek az az eredménye, hogy az elektron-pozitron részecskepár helyett két gamma foton jelenik meg, amelyek egy egyenes mentén ellenkezõ irányban mozognak. A két fotont megfelelõ érzékelõkkel (detektorokkal) észlelni lehet, ilyenkor a két detektort összekötõ egyenes áthalad a pozitront kibocsátó radiofarmakon helyén. A bomlások nagyobb hányadát lehet érzékelni, ha sok detektort helyeznek el gyûrûszerû elrendezésben a vizsgálati személy körül. Az összetartozó detektorpárok helyzete sok-sok olyan egyenest határoz meg, amelyek mentén bomlások történtek. Az ilyen "kijelölt" egyenesek adataiból megfelelõ számítógépes programokkal a háromdimenziós radiofarmakon-eloszlás kiszámítható.

Ezeket az eloszlásokat színkódolt formában szokás megjeleníteni. Az 1. ábrán látható egészséges személyról készített kontroll agyi felvételen a kontúrhoz közeli meleg színek (sárga, piros) például azt jelzik, hogy ezek a régiók (az agy szürke állománya) nagymértékben felhalmozták a radiofarmakont, ami ebben az esetben egy cukormolekula (FDG: radioaktív fluor izotóppal jelölt dezoxiglukóz). A test hossztengelyére merõleges metszetek belsõ régióinak hideg színei (kék, zöld) arra utalnak, hogy a fehérállomány cukorfelvétele sokkal kisebb mértékû, illetve az agykamrákban minimális mennyiségû FDG gyûlik össze.

1. ábra	2. ábra	3. ábra

A PET módszer alkalmazásaira bemutatunk néhány példát. Epilepsziás rohamok idején a betegek meghatározott agyi régiói fokozott izgalmi állapotban vannak, amit felfokozott cukoranyagcsere kísér. A betegség igen gyakran "fokális", ami arra utal, hogy a rohamok egy megfelelõ módszerekkel lokalizálható, viszonylag kis kiterjedésû fókuszból indulnak ki. Az epilepsziás betegek nagy hányadát gyógyszeres kezeléssel egyensúlyban lehet tartani, de vannak gyógyszerrezisztens esetek is. Az is ismert, hogy az epileptogén fókuszoknak a cukoranyagcseréje a rohamok közötti periódusokban csökkent mértékû, amit FDG-PET vizsgálattal ki lehet mutatni (lásd a 2. ábra nyíllal jelölt helyeit). Az epileptogén fókuszok lokalizálásának igen nagy a jelentõsége, mert ha a fókusz eltávolítható, akkor a sebészi beavatkozás végleges megoldást jelenthet.

4. ábra	5. ábra

Az FDG alkalmazásai között elsõ helyen állnak a tumordiagnosztikai felhasználások. A tumoros folyamatok sok szempontból nem egységesek, de a tumorsejtek gyors osztódása a rosszindulatú daganatok nagy hányadánál intenzív cukoranyagcserével társul. Ilyen esetekben a jól körülhatárolható régiók fokozott FDG felvétele (a környezethez, vagy a kontroll esetekhez viszonyítva) elõsegíti a diagnózist (3. ábra). Vannak olyan tumoros folyamatok, amelyek nem illenek ebbe a képbe. A cukoranyagcsere intenzitása és ennek megfelelõen az FDG felvétel több alacsony malignitású (lassan növekvõ, kevéssé agresszív) tomorszövetben nem haladja meg az egészséges szövetek FDG felvételét, illetve alatta marad annak. Erre mutat be példát a 4. ábra, amelyen a nyíllal jelölt terület alacsony FDG felhalmozódása kizárólag arra utal, hogy az agymûtéten átesett beteg FDG "térképén" a mûtéti terület cukoranyagcseréje messze elmarad az egészséges agyszövetre jellemzõ érték mögött. Az 5. ábra egy metionin-PET vizsgálat eredményét mutatja be, amelyet ugyanazon beteg azonos agyi régiójáról készítettünk (a metionin egy aminosav, amelynek segítségével az aminosav anyagcsere vizsgálható). A két ábrát összehasonlítva látható, hogy a szöveti metionin felvétel éppen azon régióban haladja meg igen nagy mértékben a környezetre (egészséges agyszövetre) jellemzõ értéket, ahol az FDG felvételen "lyuk" volt A radioaktív izotóppal megjelölt metionin sikerrel alkalmazható az alacsony malignitású tumorok diagnosztizálására.

6. ábra	7. ábra

A cukoranyagcsere nagy érzékenységû vizsgálata teremti meg a lehetõséget két további speciális alkalmazásra. Kis kiterjedésû, CT (komputer tomográfia) és MRI (mágneses rezonanciás tomográfia) vizsgálattal nem kimutatható daganatok esetén elõfordulhat, hogy a tumoros folyamatról csak a (távoli) áttétek kialakulása révén szereznek tudomást úgy, hogy megelõzõen a primér daganatot nem sikerült azonosítani. Az áttét megfelelõ ellátása (mûtéti beavatkozás, sugárkezelés, kemoterápia) után is gyakran megesik, hogy a primér tumor rejtve marad és így a beteg nem lehet tumormentes. Ilyen esetekben komoly segítséget jelenthet a nagy érzékenységû FDG-PET egésztestvizsgálat (a 6. ábrán a nyíl mutatja a primér tumoros gócot). Szívinfarktusokat követõen gyakran felmerül a szívmûtétek szükségessége, hogy a szívkoszorús erek elzáródása miatt csökkent vérellátásban részesülõ szívizom-állományban helyreállítsák az egészséges állapotnak megfelelõ vérellátási viszonyokat. Ennek a beteget nagyon megviselõ és költséges sebészi beavatkozásnak természetesen csak akkor van értelme, ha az a beteg javára szolgál. A szívmûtétek elõtt elvégzett FDG-PET vizsgálattal eldönthetõ, hogy a rossz vérellátású területen van-e életképes szívizom, mert ellenkezõ esetben a vérellátási viszonyok javításával a beteg állapota semmit sem javul. A 7. ábrán a szív keresztmetszeti képén a nyíllal jelölt területen a szívizom cukorfelvételében mutatkozó hiány elhalt szívizomszövetre utal.

A PET vizsgálatokban felhasznált radiofarmakonok és a különbözõ alkalmazások köre napról napra bõvül és az itt bemutatott példák a lehetõségeknek csupán nagyon kis hányadát fedik le. A PET felvételekrõl általában elmondható, hogy azok a szervezet funkcionális sajátosságairól szolgáltatnak információt és ennek a jelentõségét nehéz túlbecsülni. Hátrányos a CT és az MRI módszerekhez képest azonban a PET képek rosszabb felbontása. Ez annyit jelent, hogy ezeken a felvételeken nem lehet kisméretû részleteket megkülönböztetni. A funkcionális eltérések észlelésének diagnosztikus értékét nagyon megnövelné, ha azokat pontosan hozzá lehetne rendelni jól meghatározott anatómiai struktúrákhoz. Az ilyen feladatok megoldásához fejlesztették ki a képfúziós eljárásokat. Ezek olyan informatikai (programozás- és számítástechnikai) módszerek, amelyekkel ugyanarról a vizsgálati személyrõl két különbözõ képalkotó eljárással készített képet együttesen lehet megjeleníteni. Példaként bemutatjuk a funkcionális információt hordozó PET kép, valamint az anatómiai viszonyokat visszaadó MRI felvétel egyetlen képen (8. ábra) való ábrázolását. Színkód segítségével jelenítettük meg a fuzionált ábrán a PET képet és szürke skálán a MRI információt, hogy a funkcionális és az anatómiai részletek jól megkülönböztethetõk legyenek.

A PET módszerrel, valamint a CT, illetve az MRI módszerekkel a vizsgált szöveteknek más-más tulajdonságai tanulmányozhatók. Ezért ezeknek a módszereknek az érzékenységét nem lehet közvetlenül és általános érvénnyel összehasonlítani. Az érzékenységgel kapcsolatos konkrét kérdésekre természetesen van válasz és így elmondható, hogy a rosszindulatú daganatok a PET módszerrel diagnosztizálhatók a legkorábbi fázisban. Ezzel a módszerrel lehet leghamarabb észlelni mûtétek után egy esetleges kiújúlást, vagy megkülönböztetni a visszamaradt életképes tumorszövetet a sugárterápia miatt elhalt szöveti részektõl. Jelenleg a PET technika alkalmas egyedül a sejtek felszínén található kötõhelyek, receptorok (pl. hormonmolekulák specifikus kötõhelyei) vizsgálatára. Az ilyen, általában alacsony koncentrációban megtalálható receptorok számának megváltozása gyakran diagnosztikus értékû. Ugyanakkor azt is meg kell jegyezni, hogy a PET módszer nem helyettesítheti sem a CT, sem az MRI technikát. Számos olyan esetben alkalmazhatók ezek a módszerek, amikor a PET vizsgálatok lehetõsége fel sem merül és természetesen ugyanez mondható a fordított esetre is. A módszerek egymással történõ szembeállítása helyett a három módszerrõl azt jegyezzük meg, hogy a diagnosztikai munkában azok együttes alkalmazásával lehet elérni a legnagyobb megbízhatóságot.