De tal palo tal astilla: historia de dos trazadores

Un trazador es un compuesto, elemento u objeto que permite seguir un proceso. Cuando lo detectamos o medimos lo importante no es el trazador en sí mismo sino lo que podemos deducir sobre el proceso que está ocurriendo. Por ejemplo el humo en el bosque…
La Medicina Nuclear utiliza trazadores en la mayor parte de sus procedimientos. Así, las imágenes que obtenemos de un escáner PET (Tomografía por Emisión de Positrones) reflejan no la anatomía del paciente sino la distribución del trazador que hemos introducido en él, y nos permiten conocer si hay zonas u órganos que están funcionando de forma anómala. Por ejemplo si el trazador es un yodo radiactivo podemos ver si se está acumulando yodo en una zona donde no debería.
En esta historia quiero hablar de dos de los trazadores más importantes que hay en Medicina Nuclear y en Física de la Tierra respectivamente, el F-18 y el O-18, y de la relación familiar que los une.
Como este es un blog de Física Médica empezaremos por el F-18. El F-18 es un isótopo del flúor que se utiliza en los escáneres PET. En este blog hemos hablado antes de cómo es la señal de PET. Cuando un órgano o región acumula una sustancia marcada con F-18 es fácil localizarlo por la señal que emiten los positrones que se aniquilan en él. Con el F-18 se fabrica la fluorodesoxiglucosa o FDG, el radiofármaco más usado en PET, que traza el uso de glucosa en los tejidos. Es un excelente trazador tumoral porque los tumores gastan gran cantidad de glucosa.

El F-18 tiene un periodo de semidesintegración de unas dos horas (110 minutos), lo que significa que cada dos horas el número de núcleos de una muestra de F-18 se reduce a la mitad. Hay que fabricarlo en aceleradores, normalmente por la noche, para que a la mañana siguiente esté disponible en los hospitales. Es el producto perecedero por excelencia. Para producirlo se parte del otro isótopo de esta historia, el O-18, que sería su padre. Se bombardean núcleos de O-18 con protones de unos 20 MeV de energía. La reacción nuclear es:
O-18 + protón → F-18 + neutrón
El O-18 es uno de los tres isótopos estables del oxígeno, es bastante escaso. En la Tierra por cada 10.000 átomos de oxígeno de la atmósfera hay 9976 del común O-16, 4 de O-17 y 20 de O-18. Separar los átomos de O-18 del resto es tremendamente difícil. Generalmente se usan procedimientos de destilación de agua en condiciones muy especiales. Hay cuatro o cinco empresas que lo hagan en el mundo, guardan los detalles celosamente y cobran caro el producto. Cada gramo de agua fabricada con O-18 cuesta en torno a 50 euros. ¡Prácticamente el doble de lo que cuesta un gramo de oro!
Aquí hacemos una parada para hablar de lo que pesa el agua. Normalmente se llama agua pesada al agua cuyas moléculas en vez de tener hidrógeno (H-1) contienen deuterio (H-2). Efectivamente es más pesada de lo habitual, su densidad es en torno a un 10% mayor. Un litro de agua pesada pesa ciento y pico gramos más que uno de agua normal. Pero aún se pueden conseguir aguas más pesadas. El agua con O-18 en lugar de O-16 sería también un agua pesada y de hecho su densidad es muy similar. Pero existe el agua “doblemente pesada” en la que el O-16 está sustituido por O-18 y el hidrógeno por deuterio. Es el agua más pesada que se puede lograr usando isótopos estables.

La historia de cómo se obtiene el F-18 es curiosa, pero aún tiene un par de vueltas. Resulta que el O-18 es también un trazador. Debido a su mayor masa las moléculas que contiene este isótopo tienen propiedades distintas que las que incluyen el oxígeno normal. Así por ejemplo, el agua con O-18 se evapora más lentamente. Esto lleva a que el agua de las nubes esté empobrecida en este isótopo con respecto al agua del mar. A cambio, por el mismo efecto, el agua que contienen las hojas está enriquecida en él. Por ello el O-18 es un buen trazador de procesos climatológicos. Como la composición isotópica del agua y el hielo dependen del clima podemos usarlas para conocer las temperaturas del planeta en el pasado. Las conchas marinas guardan memoria de la concentración de O-18 que había en el agua de mar, que a su vez depende de las condiciones climatológicas que sufriera. Lo mismo pasa con las capas de hielo de Groenlandia o de los casquetes polares.

Todo ello justifica el título de la entrada “De tal palo tal astilla”: F-18 y O-18 son una pareja de nucleidos, ambos usados como trazadores y uno hijo del otro. Una coincidencia muy curiosa. Si lo permite el tiempo en otra entrada profundizaremos más en esta coincidencia hablando del cómo el O-18 también nos puede ayudar a estimar el gasto energético del organismo, y todo sólo con agua.
Pero queremos acabar quitando el miedo del lector a que se nos termine este núcleo tan útil. ¿Acabará la humanidad, a base de destilaciones y aceleradores con el O-18 que hay en el mundo, igual que está acabando con el petróleo o los elefantes ? Dada la enorme cantidad de oxígeno que hay en la corteza terrestre parece imposible. En el mundo apenas de producen unos cientos de kilogramos de isótopo al año. Pero aún hay más… Cuando el F-18 se desintegra generalmente emitiendo un positrón, siendo la reacción:
F-18 → O-18 + e⁺ + neutrino
La naturaleza nos devuelve el O-18 a las pocas horas de que lo hayamos destruido en el acelerador. El círculo se cierra. Al final la Tierra recupera nuestro preciado isótopo, (por el que eventualmente habrá que volver a pagar) y volvemos al tema del título de la entrada, pero ahora el padre y el hijo han intercambiado sus papeles…