Просветят насквозь

Сообщество молодых учёных «15х4» читает научные лекции в Инновационном культурном центе (ул.  Октябрьская, 17А), рассказывая доступным языком о сложных вещах. Лекции бесплатные, посетить может любой желающий. Формат не нудный: 4 лекции по 15 минут с одним небольшим перерывом. В Калуге молодые учёные уже не в первый раз. Темы лекций всегда разнообразные. Одна из них была посвящена излучению в медицине. О нём рассказал лаборант-исследователь факультета фундаментальной медицины МГУ Максим КАЗАРНОВСКИЙ.

— Много лет назад учёные задавали себе вопрос: что такое свет — волна или частица? И в конце концов решили, что свет — это и волна, и частица. Так появилось понятие «квант». У света есть направление. Мы не можем взять квант и высыпать в баночку, он должен куда-то двигаться. Все кванты света двигаются в ваку­уме со скоростью примерно 300 000 км/с. Ещё  для него характерно такое понятие, как энергия. Кроме того, для нас кванты отличаются по цвету, а с точки зрения физики — по силе энергии, которую каждый их них несёт.
Существует инфракрасный спектр, например, в СВЧ-печи. Энергия квантов в СВЧ-печи ровно такая, чтобы можно было повернуть молекулы воды вокруг их оси. Инфракрасный свет несёт меньше энергии, чем тот, который сейчас заливает эту сцену. Но есть и высокоэнергетический свет: ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазона.

Каша из бария

— Рентген позволяет нам визуализировать кальций. С помощью излучения можно получить любое изображение, в первую очередь костей. Разные ткани по-разному пропускают рентгеновские лучи: костная ткань практически полностью их поглощает, мягкие ткани задерживают частично. В зависимости от этого кости видны как белые участки, мягкие ткани — как серые.

Сегодня многие больницы применяют КТ — компьютерный топограф, у которого очень большие возможности для исследования внутренних органов. Это такой хитрый рентгеновский аппарат. Его назначают не только при исследовании костей, но и для обследования лёгких, желудка и других внутренних органов, а также опухолевых образований. Использовать КТ часто нельзя, могут возникнуть проблемы со здоровьем. Перед некоторыми обследованиями, например кишечника, пациентов кормят бариевой «кашей» — дают препарат, содержащий барий, и настраивают на него КТ. Каша распределяется по всему кишечнику, подсвечивая его, после чего делаются фото. При этом остальных органов мы не видим — кальций стал прозрачным для рентгеновского излучения.

Также с помощью высокой энергии мы можем лечить раковые опухоли. Медики ­делают так, чтобы максимальный фокус потока энергии был направлен на опухоль. В других местах рентгеновские кванты, конечно, будут, но намного меньше.

Сильный магнит

— Известно и низкоэнергетическое излучение: радиодиапазон. Наши мобильные телефоны работают в радиодиапазоне, Останкинская башня тоже. Это самое низкое энергетическое излучение. Проводились исследования по поводу вреда телефонов. Но ничего не нашли. Возможно, в будущем что-то и найдут. Но пока мобильники считаются безопасными.
Радиодиапазон используется в МРТ (магнитно-резонансная томография).

И если рентгеновские аппараты повреждающе воздействуют на организм, то МРТ безопасно, его можно делать любое количество раз. И важно отличать МРТ от КТ.
Есть такое явление, как ядерный магнитный резонанс. У некоторых атомов есть северный и южный магнитные полюса. И в норме в нашем организме они хаотично вращаются. Они настолько слабые, что не могут никуда сориентироваться — ни на север, ни на юг. Просто тепловое излучение молекул более энергетично. Задача сильного магнита — ориентировать магнитики наших химических веществ в организме по полюсам. И, если мы начнём облучать эти вещества квантами специально подобранной частоты, они будут поглощать их.

В МРТ-аппарате стоит такой мощный магнит, что им можно разорвать троллейбус. Поэтому, когда человека отправляют на МРТ, просят выложить все металлические предметы и сказать, есть ли у него какие-нибудь металлические конструкции. Помимо прочего, метод позволяет нам визуализировать жидкость. Можно смотреть, как кровь распределяется в сосудах. Это важно, например, когда у человека образовался тромб. Можно увидеть, как бьётся сердце, даже у ещё не рождённого ребёнка.

Причём тут сахар

— Самое страшное излучение — гамма-диапзон. Оно одно из поражающих при ядерном взрыве. Как его могут использовать медики? Есть такая область науки — радиофармация. В специально построенных ядерных реакторах получают радиоактивные вещества, которые обладают способностью излучать гамма-кванты. Их погружают в свинцовые коробочки и отправляют в больницы. Период жизни такого препарата измеряется минутами, максимум — ­часами. В Москве работают два ядерных реактора, где изготавливаются такие препараты. Обычно берут стандартную молекулу, которая в нашем организме присутствует везде, например глюкозу. И один из её атомов заменяют на какой-то радиоактивный в специальном виде. Опухоль очень любит глюкозу и начинает всасывать её. Затем с помощью позитронно-эмиссионного томографа регистрируется скопление глюкозы и изображение передаётся на компьютер. Этот метод применяется и при неврологических проблемах, в частности определяет, происходят ли в мозге процессы, вызывающие болезнь Паркинсона. Только вместо глюкозы может использоваться другое вещество.

Высокое излучение не так опасно, как может показаться, доза очень маленькая, намного меньше, чем при рентгене. И повреждающее воздействие на организм настолько мало, что этот метод стали применять психологи. Сейчас проводятся исследования по изучению работы мозга. Нейрофизиологи и психологи скармливают пациенту радиоактивную глюкозу, помещают его в специальный аппарат и заставляют слушать музыку, запоминать слова, думать о чём-нибудь… И смотрят, какие области мозга при этом подсвечиваются, интенсивнее работают, интенсивнее накапливают глюкозу.