Iốt-131 (131I) là đồng vị phóng xạ có nhiều đóng góp quan trọng cho các quy trình y học hạt nhân. Được sản xuất từ I-ốt bình thường thông qua các máy gia tốc và lò phản ứng hạt nhân, I-131 có thể phá hủy tế bào tuyến giáp và được sử dụng cho cả chẩn đoán và điều trị bệnh. Đặc biệt, I-131 có thể sử dụng an toàn cho cả người có dị ứng với hải sản hoặc chất cản quang có chứa I-ốt. Ở liều điều trị cao, I-131 xâm nhập và tiêu diệt hiệu quả các mô khối u bằng bức xạ cục bộ. I-131 có thể được kết hợp với một hợp chất phân tử để cá nhân hóa liệu pháp và cô lập liệu pháp xạ trị đối với các tế bào cụ thể và các chức năng sinh lý của chúng.
I-ốt có tất cả 37 đồng vị, tương tác hóa học với môi trường theo cùng một cách. I-ốt có thể biến đổi trực tiếp từ thể rắn thành thể khí, bỏ qua pha lỏng trong quá trình gọi là thăng hoa. I-ốt hòa tan dễ dàng trong nước hoặc rượu, dễ kết hợp với các nguyên tố khác và không ở dạng nguyên chất sau khi thải ra môi trường. I-ốt phóng xạ có thể phân tán nhanh chóng trong không khí và nước. Tuy nhiên, trong đất, nó dễ kết hợp với các chất hữu cơ và di chuyển chậm hơn. Nếu được giải phóng, I-129 sẽ tồn tại trong môi trường hàng triệu năm. Thời gian bán hủy ngắn của I-131 có nghĩa là nó sẽ phân rã hoàn toàn trong vài tháng. Hầu hết I-131 nằm trong bụi phóng xạ từ vũ khí hạt nhân hoặc tai nạn lò phản ứng, có thể được tiêu hóa qua thực phẩm hoặc nước.
I-131 được phát hiện bởi Glenn Seaborg và John Livingood vào năm 1938 tại Đại học California, Berkeley. I-131 có chu kỳ bán rã phóng xạ khoảng tám ngày và được ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng hạt nhân, chẩn đoán và điều trị y tế, sản xuất khí đốt tự nhiên. I-131 cũng đóng vai trò chính là đồng vị phóng xạ có trong các sản phẩm phân hạch hạt nhân và là tác nhân đối với các mối nguy về sức khỏe từ các vụ thử bom nguyên tử những năm 1950 và từ thảm họa Chernobyl, chiếm phần lớn nguy cơ ô nhiễm trong những tuần đầu tiên từ cuộc khủng hoảng hạt nhân Fukushima. Điều này là do I-131 là sản phẩm phân hạch chính của urani và plutoni với gần 3% tổng sản phẩm phân hạch (tính theo trọng lượng).
Thuốc phóng xạ I-131
I-131 phân rã với chu kỳ bán rã là 8,02 ngày, phát xạ beta trừ và gamma. Đồng vị iốt này có 78 neutron trong hạt nhân, trong khi hạt nhân ổn định duy nhất I-127 có 74 neutron. Khi phân rã, I-131 (89% thời gian) phát xạ 971 keV và biến đổi thành xenon-131 ổn định trong hai bước: phân rã gamma diễn ra nhanh chóng sau phân rã beta. Do đó, sự phát xạ chính của quá trình phân rã I-131 là các electron có năng lượng cực đại 606 keV (độ phong phú 89%, các tia khác là 248–807 keV) và tia gamma 364 keV (độ phong phú 81%, tia khác là 723 keV). Phân rã beta cũng tạo ra phản neutrino, mang theo các dải lượng năng lượng phân rã beta khác nhau. Các electron do có năng lượng trung bình cao 190 keV, có mặt phổ phân rã beta điển hình nên có khả năng xuyên qua mô từ 0,6 đến 2 mm.
Phân rã I-131
I-131 có thể gây đột biến và tiêu diệt các tế bào mà nó xâm nhập và các tế bào khác cách xa đến vài mm. Do đó, I-131 liều cao đôi khi ít nguy hiểm hơn liều thấp. Ví dụ, trẻ em được điều trị với liều I-131 vừa phải cho u tuyến giáp có sự phát hiện ung thư tuyến giáp tăng rõ rệt, nhưng trẻ em được điều trị với liều cao hơn nhiều thì không. Hầu hết các nghiên cứu về I-131 liều rất cao trong điều trị bệnh đều đã không tìm thấy sự gia tăng ung thư tuyến giáp, mặc dù có sự gia tăng tuyến tính về nguy cơ ung thư tuyến giáp khi hấp thụ I-131 liều vừa phải. Do đó, I-131 ngày càng ít được sử dụng với liều lượng nhỏ trong y tế (đặc biệt là ở trẻ em).
I-131 có thể nhìn thấy bằng các kỹ thuật xạ hình khi được sử dụng để điều trị, vì khoảng 10% năng lượng và liều bức xạ của nó là bức xạ gamma. Tuy nhiên, do có tới 90% bức xạ khác (bức xạ beta) gây tổn thương mô mà không đóng góp vào khả năng xạ hình, nên các đồng vị phóng xạ của I-ốt ít gây tổn hại như I-123 được ưu tiên khi chỉ cần chụp ảnh hạt nhân. Đồng vị I-131 đôi khi vẫn được sử dụng trong chẩn đoán do chi phí thấp so với các đồng vị phóng xạ I-ốt khác. I-131 dễ sản xuất bằng cách bắn phá neutron của Telluri tự nhiên trong lò phản ứng hạt nhân, sau đó tách I-131 ra bằng các phương pháp đơn giản khác nhau.
I-131 cũng là một trong những chất đánh dấu phóng xạ công nghiệp phát xạ gamma được sử dụng phổ biến nhất. Các đồng vị phóng xạ sử dụng trong TRACER được đưa vào chất lỏng thủy lực để xác định cấu hình và vị trí của các vết nứt tạo ra bởi sự nứt vỡ thủy lực. Liều sử dụng nhỏ hơn so với liều dùng trong y tế, được một số nghiên cứu cho là nguyên nhân chính gây tăng ung thư tuyến giáp khi nhiễm I-131 từ các vụ tai nạn phóng xạ. Các nghiên cứu cho rằng ung thư xảy ra do tổn thương bức xạ mô do I-131 gây ra và xuất hiện chủ yếu sau nhiều năm phơi nhiễm, rất lâu sau khi I-131 bị phân rã.
Sản xuất I-131 từ khâu tạo đồng vị, làm nóng, tách và thành phẩm
Hầu hết việc sản xuất I-131 là từ bức xạ neutron bắn phá mục tiêu telua tự nhiên trong lò phản ứng hạt nhân. Telua tự nhiên sau đó tạo ra gần như hoàn toàn I-131, hạt nhân phóng xạ duy nhất có chu kỳ bán rã dài hơn 1 ngày, vì hầu hết các đồng vị nhẹ hơn của telua trở thành các đồng vị ổn định nặng hơn. Hạt nhân telua tự nhiên nặng nhất, 130Te (34% telua tự nhiên) hấp thụ một neutron để trở thành telua-131, phân rã beta với chu kỳ bán rã 25 phút thành I-131. Hợp chất telua có thể được chiếu xạ trong khi được liên kết dưới dạng oxit với I-131 sinh ra sau đó được rửa giải thành dung dịch kiềm. Phổ biến hơn, telua nguyên tố dạng bột được chiếu xạ và sau đó I-131 được tách ra bằng cách chưng cất khô iốt, có áp suất hơi cao. Nguyên tố này sau đó được hòa tan trong dung dịch kiềm nhẹ để tạo ra I-131 dưới dạng iodua và hypoiodate (sau đó sớm bị khử thành iodua). I-131 là sản phẩm phân hạch với hiệu suất 2,878% từ urani-235 và có thể được giải phóng trong các vụ thử vũ khí hạt nhân, tai nạn hạt nhân. Tuy nhiên, thời gian bán hủy ngắn làm I-131 không hiện diện với số lượng đáng kể trong nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, không giống như I-129 có thời gian bán hủy gần một tỷ lần so với I-131.
I-131 được ứng dụng phổ biến trong y học, bao gồm:
Điều trị cường giáp do bệnh Graves: Việc sử dụng iốt phóng xạ để điều trị bệnh cường giáp do bệnh Graves lần đầu tiên được đưa ra bởi Saul Hertz vào năm 1941. I-131 được dùng thông qua dạng chất lỏng hoặc viên nang, thường là 400–600 MBq.
Điều trị ung thư tuyến giáp: I-131 với liều lượng cao hơn so với nhiễm độc giáp được sử dụng để cắt bỏ mô tuyến giáp còn sót lại sau khi cắt bỏ hoàn toàn tuyến giáp để điều trị ung thư tuyến giáp. Liều điều trị điển hình là từ 2220 đến 7400 MBq. Do tính phóng xạ cao này và do sự tiếp xúc của mô dạ dày với bức xạ beta sẽ cao khi ở gần viên nang không hòa tan, I-131 đôi khi được sử dụng cho bệnh nhân với một lượng nhỏ chất lỏng. Liều cắt bỏ thường được thực hiện trên cơ sở bệnh nhân nội trú và Tiêu chuẩn An toàn Cơ bản của IAEA khuyến cáo, bệnh nhân không được xuất viện cho đến khi hoạt độ giảm xuống dưới 1100 MBq. Bệnh nhân được điều trị bằng i-ốt phóng xạ I-131 không được quan hệ tình dục trong một tháng (hoặc ngắn hơn, tùy thuộc vào liều lượng đưa ra) và phụ nữ không được mang thai trong sáu tháng sau đó. Biện pháp phòng ngừa như vậy về cơ bản sẽ loại bỏ việc thai nhi tiếp xúc trực tiếp với chất phóng xạ và giảm đáng kể khả năng thụ thai với tinh trùng mà về mặt lý thuyết có thể đã bị hỏng do tiếp xúc với phóng xạ.
Những hướng dẫn khi sử dụng I-131 đôi khi khác nhau giữa các bệnh viện và phụ thuộc vào luật pháp và quy định của từng quốc gia. Một số người cũng khuyên không nên ôm hoặc bế trẻ em trong thời gian đầu điều trị bằng I-131 và khuyến nghị giữ khoảng cách một hoặc hai mét với những người khác. I-131 sẽ bị đào thải khỏi cơ thể trong vài tuần sau đó thông qua quá trình phân hủy tự nhiên và bài tiết qua mồ hôi và nước tiểu. Một lượng nhỏ hơn sẽ tiếp tục được giải phóng khi cơ thể xử lý các hormone tuyến giáp được tạo ra bằng I-131. Vì lý do này, nên thường xuyên làm sạch nhà vệ sinh, bồn rửa, ga trải giường và quần áo của người được điều trị.
Các công dụng chữa bệnh khác: I-131 cũng được sử dụng gắn nhãn phóng xạ cho một số dược phẩm phóng xạ như: 131I-metaiodobenzylguanidine (131I-MIBG) để xạ hình và điều trị pheochromocytoma, u nguyên bào thần kinh. Trong tất cả các ứng dụng điều trị này, I-131 phá hủy mô bằng bức xạ beta tầm ngắn.
Sử dụng trong xạ hình: Do khả năng gây ung thư của bức xạ beta trong tuyến giáp với liều lượng nhỏ, I-131 hiếm khi được sử dụng chủ yếu hoặc duy nhất để chẩn đoán. Thay vào đó, I-123 hoàn toàn phát ra gamma được sử dụng trong chẩn đoán (quét tuyến giáp). I-125 có thời gian bán hủy dài hơn đôi khi cũng được sử dụng khi cần sử dụng i-ốt phóng xạ có thời gian bán hủy dài để chẩn đoán và điều trị xạ trị, trong đó bức xạ gamma năng lượng thấp không có beta.
I-131 được sử dụng trong công nghiệp:
Được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1951 để xác định vị trí rò rỉ trong hệ thống cung cấp nước uống của Munich, Đức, I-131 trở thành một trong những chất đánh dấu phóng xạ công nghiệp phát ra gamma được sử dụng phổ biến nhất với các ứng dụng trong thủy văn đồng vị và phát hiện rò rỉ. Kể từ cuối những năm 1940, các chất đánh dấu phóng xạ đã được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu mỏ. Được gắn nước sau đó được theo dõi dưới lòng đất, sử dụng máy dò gamma thích hợp, để xác định dòng chảy và phát hiện rò rỉ dưới lòng đất. I-131 là đồng vị được sử dụng rộng rãi nhất trong dung dịch natri iodua. Nó được sử dụng để mô tả đặc điểm của chất lỏng bẻ gãy thủy lực nhằm giúp xác định cấu hình phun và vị trí của các vết nứt do quá trình bẻ gãy thủy lực tạo ra.
Từ khóa: I-ốt; đồng vị phóng xạ; I-131; cường giáp; xạ trị; xạ hình;
– CMD&DND –
