Естественно радиоактивные вещества использовались в качестве индикаторов в химических и биологических исследованиях в 1917 г. В. Н. Спицыным для определения растворимости солей тория в разных растворителях. Но широко этот метод стал применяться только после того, как научились изготовлять искусственно радиоактивные изотопы.
Метод меченых атомов имеет чрезвычайно высокую чувствительность, обусловленную применяемыми методами обнаружения и измерения ядерных излучений. Так, отдельные радиоактивные вещества могут быть обнаружены в количестве 10-15-10-20г, в то время как чувствительность спектроскопических измерений не превышает 10-10-10-12г. Другое достоинство этого метода - возможность измерения активности радиоактивных изотопов в присутствии значительного количества неактивного вещества без выделения вещества в чистом виде и очистки проб.
Для обнаружения радиоактивных индикаторов применяют такие чувствительные приборы, как описанные выше газовый и сцинтилляционный счетчики, позволяющие обнаружить ничтожное количество радиоактивных веществ и измерить даваемые ими излучения.
Рис. 14. Авторадиограмма листа
В некоторых случаях необходимо не только обнаружить радиоактивный изотоп и измерить активность, но и изучить распределение его в том или ином объекте. Если объект имеет большие размеры, для этой цели пользуются специальными приборами, если же размеры объекта невелики (отдельные органы и части органов животных, листья, корни и другие части растений и т. п.), прибегают к методике авторадиографии (рис. 14). Чтобы получить авторадиограмму, исследуемый образец в темном помещении прижимают к эмульсионному слою фотопластинки или фотопленки, которую проявляют через несколько дней. Места объекта, содержащие радиоактивные вещества, вызывают почернение расположенных рядом с ними участков пленки. Полученная таким образом авторадиограмма наглядно отображает распределение радиоактивного изотопа в исследуемом объекте.
Для проведения исследований этим методом необходимо затратить довольно много времени, но зато он дает наглядную картину распределения изотопа в том или ином участке организма. Точное место накопления радиоактивного изотопа можно установить методом микроавторадиографии. Чтобы удобнее было сравнивать авторадиограмму с самим объектом, поступают следующим образом. Тонкий срез исследуемого образца в темноте поливают жидкой фотоэмульсией. Эмульсия застывает, твердеет и в таком виде ее оставляют в контакте со срезом на несколько дней. После экспонирования фотослой вместе со срезом помещают в проявитель, после чего их кладут под микроскоп. Рассматривая одновременно и срез, и его микроавторадиограмму, можно точно определить места локализации радиоактивного изотопа.
Радиоактивные индикаторы используются в опытах на животных. Если необходимо исследовать поведение какого-либо вещества в организме животного, вместе с пищей или же путем подкожного впрыскивания вводят определенное количество радиоактивного изотопа в смеси с нерадиоактивным изотопом этого же элемента. Через некоторое время, поднося счетчик излучения к той или иной части тела животного, определяют интенсивность излучения. Для определения содержания радиоактивного изотопа в крови у животного берут пробу крови. Чтобы получить более точное представление о распределении изотопа в отдельных органах и тканях, животное через определенный промежуток времени забивают и приготовляют препараты различных органов. Для уменьшения объема и веса препараты высушивают и озоляют в муфельной печи, а затем измеряют их активность.
Метод меченых атомов позволяет биологам и медикам изучить физиологические процессы в условиях эксперимента, наиболее приближающихся к тем, которые имеют место в неповрежденном организме.
Уже вскоре после применения этого метода были получены очень интересные и важные результаты. Новым явилось для биологов прямое доказательство постоянного и непрерывного обновления всех составных частей организма и та неожиданная быстрота, с которой совершаются процессы перемещения вещества, сложные процессы белкового обмена и обмен минеральных веществ.
Ничтожно малое количество радиоактивного вещества, не нарушающее равновесия между протекающими в теле процессами, легкость выявления и определения местоположения изотопа, возможность в некоторых случаях проведения исследований на живом организме обусловили успешное применение метода радиоактивных индикаторов почти во всех областях биологии. Полученные этим методом данные в настоящее время широко используются в медицине и сельском хозяйстве. Например, через четыре часа после подкожного введения крысам фосфора 18,6% его было найдено в костях, 15,4% - в мышцах и 0,16% - в мозгу. Установлено, что 30% фосфора, находящегося в скелете белых крыс, обновляется в течение одного дня.