核素示蹤原理及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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1、第十二章核素示蹤原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第一節(jié)核素示蹤的基本知識(shí)一、核素示蹤原理所謂示蹤法就是給被研究對(duì)象加上一個(gè)記號(hào)，以便在實(shí)驗(yàn)體系中或機(jī)體內(nèi)追蹤其行徑與動(dòng)向，了解被研究對(duì)象運(yùn)轉(zhuǎn)與變化規(guī)律。核素示蹤法就是利用核素作示蹤劑而建立起來(lái)的一種微量研究方法。目前絕大多數(shù)示蹤實(shí)驗(yàn)都采用核素或其標(biāo)記物作示蹤劑。所以，通常所說(shuō)的示蹤實(shí)驗(yàn)往往是指核素示蹤實(shí)驗(yàn)，以下便簡(jiǎn)稱示蹤實(shí)驗(yàn)。（―）示蹤實(shí)驗(yàn)（tracerexperiment）的原理示蹤實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)包括以下兩點(diǎn)：其一是放射性核素和穩(wěn)定核素及其標(biāo)記化合物，雖與自然界中存在的相對(duì)應(yīng)的同位素和化合物的物理性質(zhì)不同，卻具

2、有相同的化學(xué)性質(zhì)和生物特性。進(jìn)入機(jī)體內(nèi)后，在體內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)變化或生物學(xué)過(guò)程與被示蹤的物質(zhì)完全相同，這一性質(zhì)在醫(yī)學(xué)研究中非常重要。其二是放射性核素能自發(fā)地發(fā)生核衰變，同時(shí)發(fā)射出射線，利用高靈敏度的儀器，可對(duì)標(biāo)記物進(jìn)行精確的定性、定量或定位研究，而穩(wěn)定核素由于質(zhì)量不同于相應(yīng)的同位素，可借助質(zhì)量分析儀進(jìn)行定量測(cè)量。上述兩點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，便成為建立示蹤技術(shù)（tracertechnique）的理論基礎(chǔ)。（二）應(yīng)用及意義1935年Hevesy等研究放射性磷在小鼠體內(nèi)的分布代謝過(guò)程時(shí)，便創(chuàng)建了人工放射性核素的示蹤方法，它是一種具有實(shí)際意義的重要研究手段。

3、尤其近10多年來(lái)在示蹤法的基礎(chǔ)上，又建立和發(fā)展了放射自顯影、核素稀釋法、活化分析技術(shù)、體外放射免疫分析等技術(shù)，并廣泛地應(yīng)用于免疫學(xué)、病理生理學(xué)、生物化學(xué)、藥理學(xué)、藥物代謝動(dòng)力學(xué)、法醫(yī)學(xué)、計(jì)劃生育、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等醫(yī)學(xué)生物學(xué)的基礎(chǔ)研究中。已揭示出的生物體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)的精細(xì)而又復(fù)雜的理化過(guò)程，對(duì)深入細(xì)致地研究正?；虍惓€(gè)體內(nèi)物質(zhì)代謝的各種問(wèn)題（包括代謝轉(zhuǎn)變的化學(xué)途徑、速度；代謝產(chǎn)物在體內(nèi)的分布、位置）及激素和維生素等重要物質(zhì)的代謝起著推動(dòng)作用。已闡明的蛋白質(zhì)合成、核酸的結(jié)構(gòu)等一些生物學(xué)中的最根本問(wèn)題，為生命科學(xué)的研究開(kāi)辟了新領(lǐng)域。此外，在當(dāng)

4、代新藥研究中示蹤技術(shù)也起著十分重要的作用。所以，示蹤技術(shù)不僅是實(shí)驗(yàn)核醫(yī)學(xué)研究不可缺少的方法，臨床功能檢查、臟器顯像等技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究中的重要手段。二、示蹤方法的特點(diǎn)核素示蹤包括放射性核素示蹤和穩(wěn)定核素示蹤，它們有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。（一）放射性示蹤方法的優(yōu)點(diǎn)：-12（1）靈敏度高目前最精確的化學(xué)分析水平為10g,而放射性示蹤法的分析水平可-14?18達(dá)10?10g，這對(duì)于研究體內(nèi)或體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中微量的生物活性物質(zhì)具有特殊價(jià)值。（2）測(cè)量方法簡(jiǎn)便放射性核素衰變不受其他理化因素（溫度和pH值）的影響，也不受樣品中其他非放射性雜

5、質(zhì)的干擾，因此可省去分離提純待測(cè)物的程序。尤其是用7射線輻射體作示蹤劑時(shí)，可直接從體表測(cè)量。這樣，不僅可簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，又可減少實(shí)驗(yàn)誤差。同時(shí)也是無(wú)創(chuàng)傷性的。(3)合乎生理?xiàng)l件示蹤方法是在示蹤物質(zhì)用量接近生理劑量的條件下，研究其在整體內(nèi)的變化。這樣少的物質(zhì)不會(huì)干擾或破壞體內(nèi)生理過(guò)程的平衡狀態(tài)。這類(lèi)的實(shí)驗(yàn)是合乎客觀實(shí)際的。(4)能定位示蹤法不僅能準(zhǔn)確地定量測(cè)量和進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，還可利用自顯影方法確定標(biāo)記物在機(jī)體器官組織內(nèi)的分布和積聚。結(jié)合顯微鏡或電鏡，可進(jìn)行細(xì)胞水平或亞細(xì)胞水平分析，使結(jié)構(gòu)與功能研究結(jié)合起來(lái)。(二)穩(wěn)定核素示蹤方法的優(yōu)點(diǎn)(1)無(wú)

6、輻射危害適用于體內(nèi)示蹤，特別是孕婦和兒童使用時(shí)不需要防護(hù)設(shè)施。(1)穩(wěn)定核素標(biāo)記物不會(huì)發(fā)生輻射自分解，核素也不會(huì)衰變，因而無(wú)使用時(shí)間的限制，適用于實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的示蹤實(shí)驗(yàn)。(2)穩(wěn)定核素一般無(wú)化學(xué)毒性。(3)穩(wěn)定核素示蹤方法不僅靈敏度、準(zhǔn)確度高，尚能對(duì)標(biāo)記原子的位置及標(biāo)記化合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。盡管示蹤實(shí)驗(yàn)具有上述優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)行示蹤研究中還應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：操作人員的特殊訓(xùn)練；電子儀器和安全防護(hù)條件的配備及由同位素效應(yīng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤結(jié)果。三、75蹤劑示蹤劑(tracer)是一些有特殊標(biāo)記、很容易被測(cè)定并易與其他核素和化合物區(qū)分的核素及其標(biāo)記化合物。

7、放射性核素和穩(wěn)定核素都可作示蹤劑。前者由于核素發(fā)射出的射線，能比較容易地被放射性探測(cè)器定量地測(cè)定出來(lái)。而穩(wěn)定核素由于質(zhì)量不同于相應(yīng)的元素，可借助質(zhì)量分析儀，如質(zhì)譜儀、氣相層析儀、氣-質(zhì)聯(lián)用儀、液-質(zhì)聯(lián)用儀和核磁共振儀等定量測(cè)定出來(lái)。四、示蹤研究的基本類(lèi)型根據(jù)示蹤實(shí)驗(yàn)研究的性質(zhì)，可將示蹤研究分為兩大類(lèi)。(一)物理示蹤此類(lèi)示蹤研究中所用的放射性標(biāo)記物不是作為體內(nèi)某一特定物質(zhì)的示蹤物，而是用作追蹤物，研究其重量或物理變化，示蹤物不參與化學(xué)過(guò)程或代謝過(guò)程。如利用放射性惰性氣體從血流向肺內(nèi)彌散的速度來(lái)判斷肺組織的病理變化等，便屬此類(lèi)示蹤研究的范疇。

8、(二)化學(xué)示蹤主要用于追蹤某種物質(zhì)在體內(nèi)或培養(yǎng)體系內(nèi)的復(fù)雜的生物化學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)中標(biāo)記化合物作為體內(nèi)被測(cè)物質(zhì)的示蹤劑，要求其結(jié)構(gòu)應(yīng)與該特定物完全一樣或十分近似，以保證兩者生物特性相同或非常相似，