Prof. Dr. João Eduardo Irion
Faculdade de Medicina
Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR
Médico Nuclear
Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion @terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
No capítulo inicial deste trabalho, dividimos a História da Medicina
Nuclear em três fases:
A fase prodrômica - entre 1896-1934;
A fase inicial da especialidade – entre 1934-1950;
A consolidação da especialidade - depois de 1950.
Na fase prodrômica, já descrita nas postagens anteriores, a pesquisa e as
aplicações da radioatividade em medicina limitou-se ao uso dos isótopos naturais
disponíveis e, consequentemente, desenvolveu-se a teleterapia e a braquiterapia
tendo o rádio e radônio como fontes de radiação, embora ocorressem algumas
tentativas ousadas e sem base científica de aplicação interna de isótopos
naturais.
Na fase prodrômica aconteceu a experiência de Blumgart, quando, pela
primeira vez, a radioatividade foi usada para fins diagnósticos, demonstrando a
capacidade dos radioisótopos de fornecerem informações sobre a fisiologia de um
sistema, no caso do sistema circulatório.
O marco inicial da segunda fase dessa história para a qual reservamos o
título de “fase inicial da especialidade”foi
a invenção do cíclotron (1932), mas talvez a melhor data seja o ano de 1935,
quando o médico John Hundale Lawrence, irmão mais moço de Ernest Lawrence, veio
para Berkeley com o objetivo de tratar neoplasias com feixes de nêutrons
gerados pelo cíclotron.
Em 1934, Hevesy e Chivitz mostraram o acúmulo do fósforo-32 em ossos e
músculos de cobaias. Depois F. S. Scott e S. F. Cook demonstraram a queda na
formação de leucócitos polimorfonucleares em frangos alimentados com ração
contendo radiofósforo. Outras pesquisas mostraram o acúmulo de fósforo-32 em
gânglios linfáticos de cobaias portadoras de neoplasias malignas. Em 1937 esses
fatos levaram John Lawrence e Joe
Hamilton a tratar com fósforo-32 e com êxito os casos de leucemia linfática
crônica e, ainda com melhores resultados, os pacientes com policitemia vera. Foi dessa maneira que John
Lawrence criou a “radioterapia interna” que
se tornou a primeira aplicação clínica dos radioisótopos e por isso ele é
considerado “o pai da Medicina Nuclear”.
Ilustração 1
-John H. Lawrence
Em 1936, John montou o primeiro laboratório dedicado à pesquisa e ao uso
do radioisótopos artificiais em medicina clínica. Quando William H. Donner
Presidente da International Cancer Research Fundation (mais tarde Donner
Fundation), visitou o laboratório, impressionado com o que viu doou US 150.000
para a construção de um edifício próprio e por isso, em sua homenagem, o
laboratório passou a se chamar Donner Laboratory.
O Donner Laboratory foi o primeiro do mundo especializado no setor e por
isso recebeu o título de “berço da
Medicina Nuclear”. Nele foi descoberto o tecnécio-99m, o iodo-123, o
iodo-131, o carbono-154, o flúor-18, o oxigênio-15, o tálio201, entre outros.
Ainda nesse laboratório, Hamilton começou o estudo do metabolismo da
tireóide e o tratamento do hipertireoidismo com iodo radioativo. Entre os
notáveis da Medicina Nuclear que integraram sua equipe está Hal Anger, o
inventor do cintilador de poço e da câmara de cintilação.
Hoje o Laboratório Donner está empenhado no desenvolvimento do PET de
alta resolução, da câmara de cintilação compacta e ao estudo das imagens
funcionais, entre outras pesquisas.
MEDICINA ATÔMICA E MEDICINA
NUCLEAR
O termo Medicina Atômica apareceu na década de 1940, no livro “Atomic Medicine“ de autoria de Charles
F. Behrens e no livro “Progress in
Atômico Medicine” de autoria de John H. Lawrence. Nesse último, o título
foi mantido nas três primeiras edições e depois foi substituído pelo título “Progress in Nuclear Medicine” nas
edições subseqüentes.
O radiologista e Professor Robert Newell propôs que o novo setor da
medicina fosse chamado de Medicina Nuclear no lugar de Medicina Atômica,
argumentando que todos os eventos na especialidade dependem da energia oriunda
do núcleo atômico e não provêm de fenômenos ligados a reagentes químicos. A
primeira vez que o termo Medicina Nuclear apareceu impresso aconteceu no número
de janeiro de 1952, do American Journal of Roentgenology, Radium Therapy and Nuclear
Medicine.
A
CONSOLIDAÇÃO DA ESPECIALIDADE
Em 1951, alguns radiologistas tentaram
controlar a emergente Medicina Nuclear e para isso conseguiram uma Resolução da
American Medical Association segundo a qual o rádio, seus produtos de
desintegração e os radioisótopos ficariam sob o controle e na dependência de
certificação do American Board of Radiology. Essa resolução motivou 12 pessoas
para fundarem em 30 de maio de 1954, em Spokane, a Pacific Norwest Society of
Nuclear Medicine que mais tarde, em 1956, tornou-se entidade de âmbito nacional
nos Estados Unidos.
Graças ao trabalho de William G. Myers, em
dezembro de 1.956, a Resolução foi revogada, mas somente em 1971 a Medicina
Nuclear foi reconhecida como especialidade pela American Medical Association.
OS
ISÓTOPOS DO IODO
O primeiro isótopo do iodo usado em pesquisa
foi o I-128, (meia-vida de 25 minutos) criado em 1937. O iodo-131 (meia-vida de
8 dias) foi descoberto por Glenn Seaborg e J. Livingood, em 1938, bombardeando telúrio com nêutrons. O iodo 125 (meia-vida
54,4 dias) foi descoberto em 1946, e o iodo-123 (meia-vida de 13,2 horas) foi
descoberto por Isadore Perlman em 1949. Entre os 29 isótopos do iodo, o I-131 e
o iodo-123 são os mais usados em Medicina Nuclear atualmente.
As pesquisas sobre fisiologia e patologia da
tireóide se desenvolveram em dois ambientes: em Berkeley e em Massachusetts.
Em 1936, os médicos do Hospital Geral de
Massachusetts John Means e Earle Chapmann assistiram à palestra de Arthur Holly
Compton, Diretor do Massachusetts Institute of Tecnology – MIT -, sobre as
pesquisas de Hevesy com P-32 como radiotraçador e isso os inspirou em usar iodo
radioativo para estudar a fisiologia e patologia da tireóide. Em 1937, os
físicos do MIT Robley Evans e Arthur Roberts junto com os médicos Earle
Chapmann e Saul Herz iniciaram uma pesquisa sobre o funcionamento da tireóide
de coelhos com I-128, com auxílio do detector Geiger-Müller. Na mesma ocasião,
em Berkeley, o neurologista Joe Hamilton iniciou pesquisa similar em animais.
Foram eles os primeiros a estudar a cinética do iodo na tireóide, usando um
contador Geiger-Müller.
Segundo conta Glenn Theodore Seaborg, um dia
Joe Hamilton queixou-se das dificuldades do uso do iodo-128 impostas pela
meia-vida de apenas 25 minutos do isótopo. Seaborg perguntou-lhe qual a
meia-vida ideal devia ter o isótopo para as pesquisas e Hamilton respondeu:
“cerca de uma semana”. Seaborg disse-lhe “deixa comigo” e, auxiliado por J.
Livingood bombardeou no cíclotron uma
amostra de telúrio com nêutrons e foi desse modo que o iodo 131 (cuja meia-vida
é de 8 dias) foi descoberto em 1938, e passou também a ser produzido no reator
nuclear, como se fosse uma encomenda
feita segundo o desejo do consumidor.
Em 1942, foi comunicado pelos dois grupos o
sucesso do tratamento do hipertireoidismo com I-130, mas foi o I-131 que abriu
o caminho para a avaliação da função tireoidiana, para o diagnóstico das
doenças da tireóide, para o tratamento do hipertireoidismo e para o tratamento
do câncer tireóideo e suas metástases.
Em 1937, começaram as pesquisas para avaliar a
função tireoidiana por meio de provas laboratoriais (excreção urinária,
excreção salivar do iodo, medida do PBI –protein bound iodine- e outras),
sempre com o uso do contador Geiger-Müller para medir in vitro amostras de sangue e urina, ou para a medida externa da
captação do radioiodo pela tireóide e pelas metástases funcionantes do câncer
tireóideo.
Entre 1940 e1970, incontáveis pesquisas com
I-131 mostraram os mecanismos da captação do iodo, a base dos efeitos da
terapia com radioiodo, a identificação o entendimento da síntese dos hormônios
da tireóide e o transporte desses hormônios no soro.
Leônidas Marinelli e Eleonora Oshry intitulado “Radioactive iodine
therapy: effect on functioning metastases of adenocarcinoma of the thyroid”,
publicado no JAMA de 1946, o verdadeiro ponto de partida da terapia com
radioiodo do carcinoma de tireóide e de suas metástases. O impacto desse
trabalho na ciência médica e a repercussão da primeira cura de câncer com
radioisótopo foi tal que chegou a mudar a agenda política. Em 1946, o Presidente
Truman determinou que o I-131 deveria estar disponível para pesquisa biológica
e uso em medicina. Em 1º de agosto de 1946, a Agência da Energia Atômica dos
Estados Unidos tornou os radionuclídeos existentes na época disponíveis para
uso médico. No ano seguinte, o reator de Harwell do Reino Unido também começou
a fornecer radioisótopos para uso médico.
O iodo-131 foi por muito tempo, o principal
isótopo usado para marcar substância para as imagens em Medicina Nuclear.
In 1950, John Stanbury, Douglas Riggs, e Gordon Brownell, da
Unidade de Tireóide do Massachusetts General Hospital foram a Mendoza, na Argentina
como membros da “American Goiter
Expedition”, uma oportunidade impar de aprender sobre a fisiologia do iodo
captado pela glândula. O bócio era endêmico em Mendoza, região onde ainda não
era usado o sal iodado. Nessa ocasião foi realizada a primeira pesquisa clinica
sobre a função tireoidiana que trouxe informações sobre como a glândula se
adapta a falta de iodo. Em 1951, Gordon Brownell desenvolveu a primeira analise
da cinética da função tireoidiana e o fez medindo o ritmo da captação do iodo
em pacientes portadores de bócios e no grupo de controle formado por pacientes
saudáveis.
O
DETECTOR ELETRÔNICO DE CINTILAÇÃO
Até a segunda Guerra Mundial, o detector de uso corrente e disponível
para a pesquisa da física atômica e seu uso na emergente Medicina Nuclear era o
contador Geiger-Müller, cuja sensibilidade para a radiação γ de alta energia do
iodo -131 era de 1% agravada pela incapacidade de distinguir a energia das
radiações detectadas.
Ilustração 2
- Exemplo de válvula fotomultiplicadora
Durante a Segunda Guerra Mundial, Samuel Curran e W. Backer criaram o
primeiro detector eletrônico de cintilação para registrar as cintilações produzidas
pelas partículas α. Para isso usaram uma válvula fotomultiplicadora (inventada
em 1934 por Harley Iams and Bernard Salzberg da RCA), acrescentando-lhe um fotocátodo
de prata ativado com sufeto de zinco. Nesse arranjo os elétrons liberados no
fotocátodo pela cintilação formava uma corrente a seguir ampliada em cada
fotocátodo de tal forma que um pulso elétrico final se tornava mais de 100.000 vezes maior que o pulso
inicial. Esse detector foi desenvolvido durante a guerra na tecnologia da
radiotransmissão no “Projeto Manhattan” que estava destinado a criar a bomba
atômica e sua invenção foi considerada assunto secreto. Esse dispositivo de
segurança fez com que os respectivos relatórios só fossem liberados e se
tornassem conhecidos depois da guerra em 1944. Em virtude da defasagem entre a
invenção e o dia que se tornou pública, há quem atribua a criação do detector
eletrônico de cintilação à Marietta Blau e B. Dreifus (1945) ou a Hugh
Narsahall e John Coltman (1947).
Ilustração 3
- Samuel Curran
O aperfeiçoamento seguinte do detector ocorreu
no fim do ano de 1945, em Berlim, ainda arrasada pela guerra. Nesse ano o
Professor Hartmur Kollmann da Universidade de Berlim, judeu fugitivo da
Alemanha, retornou a seu laboratório e o encontrou “depenado” pelos russos e
mesmo assim, ele resolveu trabalhar com o que tinha. Ele então derreteu bolas
de naftalina para obter um cristal, sobre o qual colocou um filme para registrar
as cintilações produzidas no cristal
pela radiação α emitida por uma amostra de chumbo radioativo, obtida pela
raspagem da pintura das paredes do laboratório.
Ilustração 4
- Hartmur Kolmann
Kollmann mostrou seu
“equipamento” e o resultado de sua experiência para um capitão do exército
americano de ocupação que riu do estranho arranjo improvisado. Kolmann disse:
“Não ria, mas arranje-me cigarros, a moeda mais valiosa no mercado negro de
Berlim para que eu possa prosseguir”. No dia seguinte, Kolmann recebeu 10.000 cigarros
da famosa marca “Lucky Strike” e com eles “comprou”, no mercado negro”, uma
válvula fotomultiplicadora à qual acrescentou o cristal de naftalina e conectou
seu detector a um osciloscópio para obter o espectro das radiações de vários
radionuclídeos. Nessa época, a publicação de trabalhos científicos na Alemanha
estava limitada e por isso Martin Deutsch do Massachusetts Institute of Technology (MIT) publicou o
trabalho em 1948.
Em 1948, P.R. Bell e Koski e
Thomaz em 1949 montaram detectores eletrônicos de cintilação mais eficientes
usando antraceno e estilbeno respectivamente, e o antraceno tornou-se o cristal
de eleição devido a sua rápida resposta.
O aperfeiçoamento final veio em 1948 com Robert
Hofstadter da
Stanford University (Califórnia) que demonstrou que um cristal inorgânico era
mais eficiente devido à importância de materiais de alta densidade com número
de prótons elevados para melhorar a intensidade da cintilação. Ele demonstrou a cintilação muito forte produzida pela absorção de
radiações em cristais e iodeto de sódio com mínima quantidade de impurezas de
tálio. Com detectores eletrônicos de cintilação munidos de cristais de iodeto
de sódio, Hofstadter publicou, nos dois anos seguintes, os espectros da
radiação gama de vários nuclídeos, porém o uso de cristais de iodeto de sódio
era limitado porque naquela época era impossível a fabricação de cristais de
grandes dimensões.
Em 1950, Hartmur Kollmann e Milton Furst da New
York University e George Reynold em Princeton construíram detectores em
líquidos obtidos com a dissolução de antraceno em tolueno e, melhor ainda, com
terfenil dissolvido em benzeno.
Em 1951 Maurice Raben do Tufts College Medical
School e Nicholaas Bloembergen da Harvard University dissolveram a própria
amostra a medir no líquido detector. Com isso conseguiram medir a
radioatividade de amostras nas quais havia concentração do radiotraçador muito
baixa, ou nas quais as radiações emitidas eram de baixíssimo poder de
penetração como as radiações β do C-14.
A invenção do detector eletrônico de cintilação
com cristal de iodeto de sódio superou as deficiências do contador Geiger-Müller
e o detector eletrônico de cintilação tornou-se um marco na história da
instrumentação em Medicina Nuclear. Ele viabilizou a invenção do cintilógrafo
linear e, por meio de um arranjo de válvulas fotomultiplicadoras sobre um
grande cristal, viabilizou a invenção da câmara de Anger.
O
CINTILADOR DE POÇO.
Duas são as principais invenções de Hal Anger.
Uma, todos conhecem, é a câmara de cintilação, e a outra, poucos conhecem, é o
cintilador de poço, inventado por Hal Anger em 1950, quando trabalhava no
Donner Laboratory em Berkeley.
Ilustração n° 5 - esquema do detector de poço.
A expressão detector de poço é uma denominação
sintética do instrumento porque o equipamento deveria se chamar “detector de cintilação com cristal com poço”.
Antigamente não era assim, mas hoje a maioria dos técnicos usa o equipamento
sem saber como ele é ou como funciona e por isso não faz ideia de que quando
coloca uma amostra num curiômetro, está colocando-a em um cintilador de poço.
O cintilador de poço difere dos detectores de
cintilação convencionais porque usa um cristal de antraceno no qual há uma perfuração
central onde é colocado um tubo de ensaio com a amostra radioativa para ser
medida. A amostra dentro do próprio cristal faz com que a maioria das radiações
emitidas seja detectada, elevando a sensibilidade do cintilador de poço para
98%. O cintilador de poço substituiu o método antigo de medir a radioatividade
de amostras de baixa radioatividade por meio de cintiladores planos cuja
eficiência é menor que 20%, porque neles a maioria das radiações se perde no
espaço e não são medidas.
O cintilador de poço é hoje a peça principal
dos sistemas digitais robotizados de medidas de amostra radioativas e também é
a peça principal dos curiômetros.
RESUMO DA SEGUNDA FASE
A primeira fase da História da Medicina Nuclear durou 30 anos; a segunda
fase foi mais curta com a duração de 20 anos. A fase prodrômica caracterizou-se
pelas pesquisas no campo da física, enquanto no campo da medicina
caracterizou-se pela criação de dois novos processos de tratamento, a
teleterapia com radioisótopos naturais e a inovação de um novo braço da
radioterapia que recebeu o nome de braquiterapia na qual o radioisótopo é
colocado diretamente em contacto com a lesão a tratar. Nessa fase, houve também
a tentativa, mas sem sucesso, do uso de radioisótopos naturais administrados ao
paciente para atuarem como fontes internas de radiação.
Foi nessa fase que apareceu o conceito de radiotraçador e, nela, pela
primeira vez os radiotraçadores avaliaram a função de um sistema, no caso o
circulatório, na experiência de Blumgart.
A segunda fase da história da Medicina Nuclear tem como principal
característica a criação de uma nova forma de radioterapia: o uso com sucesso
dos radioisótopos artificiais como fontes internas de radiação. Essa terapia
foi inicialmente usada no tratamento da leucemia linfática crônica e da
policitemia vera com fósforo 32 e depois no tratamento do hipertireodismo, do
câncer de tireóide e suas metástases com radioiodo, especialmente o iodo 131.
Outro fato importante do período foi o direcionamento da pesquisa para a
produção artificial de radioisótopos de baixos pesos atômicos para uso em
medicina e biologia que levou à descoberta do fósforo-32, do iodo-128, do
iodo-131, do iodo-123, do iodo-125, do Ferro-59 e do Tecnécio-99m, do entre outros.
Nessa fase, a necessidade de superar as deficiências do detector
Geiger-Müller levou à invenção do detector eletrônico de cintilação e sua
variante, o detector de poço. Eles abriram caminho para as medidas
laboratoriais da função tireoidiana, para a medida direta da captação do iodo
pela tireóide e para a localização, pela varredura externa do corpo do paciente
das metástases funcionantes da tireóide captantes do iodo radioativo.
Finalmente, assinala-se que nessa fase surgiram as denominações Medicina
Atômica logo substituída por Medicina Nuclear dando, de fato, ao início da
especialidade como autônoma, isto é, independente da radioterapia e da
radiologia.
Postagens anteriores:
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES
NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –
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HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES
NO DIAGNOSTICO MÉDICO = ONDAS DE CHOQUE - PULSO E PRESSÃO ARTERIAL.
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NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO = RAIOS X
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES
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A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO
- AS PRIMEIRAS RADIOGRAFIAS, A CHEGADA DOS RAIOS X NO BRASIL - OS RAIOS X NAS
GUERRAS - A HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS TUBOS DE RAIOS X - A HISTÓRIA DA
FLUOROSCOPIA - A HISTÓRIA DA ABREUGRAFIA
A HISTÓRIA DOS FILMES RADIOGRÁFICOS
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A HISTÓRIA DOS MEIOS DE CONTRASTE EM
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A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A
HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
MEDICINA NUCLEAR – PRIMEIRA PARTE = INTRODUÇÃO =
CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS= CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS
A HISTÓRIA DA MEDICINA
NUCLEAR – A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE
CURIE
A HISTÓRIA DA MEDICINA
NUCLEAR– A NATUREZA DAS RADIAÇÕES α, β e γ
A HISTÓRIA DA MEDICINA
NUCLEAR– O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR
A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR - OS DETECTORES NA FASE DE 1896 A 1936
A HISTÓRIA DA MEDICINA
NUCLEAR– HEVESY E O CONCEITO DE RADIOTRAÇADOR = A EXPERIÊNCIA DE BLUMGART = A TERAPIA
COM RADIOISÓTOPOS NATURAIS
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A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – AS IMAGENS – CINTILÓGRAFO LINEAR
–CÂMARA DE CINTILAÇÃO – SPECT
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