核素示踪原理及试验设计.doc

PAGE PAGE 189 第十二章 核素示踪原理及实验设计 第一节 核素示踪的基本知识 一、核素示踪原理 所谓示踪法就是给被研究对象加上一个记号，以便在实验体系中或机体内追踪其行径与动向，了解被研究对象运转与变化规律。核素示踪法就是利用核素作示踪剂而建立起来的一种微量研究方法。目前绝大多数示踪实验都采用核素或其标记物作示踪剂。所以，通常所说的示踪实验往往是指核素示踪实验，以下便简称示踪实验。 (一) 示踪实验（tracer experiment）的原理 示踪实验的基础包括以下两点：其一是放射性核素和稳定核素及其标记化合物，虽与自然界中存在的相对应的同位素和化合物的物理性质不同，却具有相同的化学性质和生物特性。进入机体内后，在体内所发生的化学变化或生物学过程与被示踪的物质完全相同，这一性质在医学研究中非常重要。其二是放射性核素能自发地发生核衰变，同时发射出射线，利用高灵敏度的仪器，可对标记物进行精确的定性、定量或定位研究，而稳定核素由于质量不同于相应的同位素，可借助质量分析仪进行定量测量。上述两点结合起来，便成为建立示踪技术（tracer technique）的理论基础。 (二) 应用及意义 1935年Hevesy等研究放射性磷在小鼠体内的分布代谢过程时，便创建了人工放射性核素的示踪方法，它是一种具有实际意义的重要研究手段。尤其近10多年来在示踪法的基础上，又建立和发展了放射自显影、核素稀释法、活化分析技术、体外放射免疫分析等技术，并广泛地应用于免疫学、病理生理学、生物化学、药理学、药物代谢动力学、法医学、计划生育、遗传学、分子生物学等医学生物学的基础研究中。已揭示出的生物体内和细胞内的精细而又复杂的理化过程，对深入细致地研究正常或异常个体内物质代谢的各种问题（包括代谢转变的化学途径、速度；代谢产物在体内的分布、位置）及激素和维生素等重要物质的代谢起着推动作用。已阐明的蛋白质合成、核酸的结构等一些生物学中的最根本问题，为生命科学的研究开辟了新领域。此外，在当代新药研究中示踪技术也起着十分重要的作用。所以，示踪技术不仅是实验核医学研究不可缺少的方法，临床功能检查、脏器显像等技术的基础，同时也是医学生物学研究中的重要手段。 二、示踪方法的特点 核素示踪包括放射性核素示踪和稳定核素示踪，它们有各自的优点和不足。 （一）放射性示踪方法的优点： （1）灵敏度高 目前最精确的化学分析水平为10－12g，而放射性示踪法的分析水平可达10－14～10-18 g，这对于研究体内或体外实验系统中微量的生物活性物质具有特殊价值。 （2）测量方法简便 放射性核素衰变不受其他理化因素（温度和pH值）的影响，也不受样品中其他非放射性杂质的干扰，因此可省去分离提纯待测物的程序。尤其是用γ射线辐射体作示踪剂时，可直接从体表测量。这样，不仅可简化实验过程，又可减少实验误差。同时也是无创伤性的。 （3）合乎生理条件 示踪方法是在示踪物质用量接近生理剂量的条件下，研究其在整体内的变化。这样少的物质不会干扰或破坏体内生理过程的平衡状态。这类的实验是合乎客观实际的。 （4）能定位 示踪法不仅能准确地定量测量和进行动态研究，还可利用自显影方法确定标记物在机体器官组织内的分布和积聚。结合显微镜或电镜，可进行细胞水平或亚细胞水平分析，使结构与功能研究结合起来。 （二）稳定核素示踪方法的优点 （1）无辐射危害 适用于体内示踪，特别是孕妇和儿童使用时不需要防护设施。 （2）稳定核素标记物不会发生辐射自分解，核素也不会衰变，因而无使用时间的限制，适用于实验周期长的示踪实验。 （3）稳定核素一般无化学毒性。 （4）稳定核素示踪方法不仅灵敏度、准确度高，尚能对标记原子的位置及标记化合物的分子结构进行分析。 尽管示踪实验具有上述优点，在进行示踪研究中还应注意下列几点：操作人员的特殊训练；电子仪器和安全防护条件的配备及由同位素效应导致的错误结果。 三、示踪剂 示踪剂（tracer）是一些有特殊标记、很容易被测定并易与其他核素和化合物区分的核素及其标记化合物。放射性核素和稳定核素都可作示踪剂。前者由于核素发射出的射线，能比较容易地被放射性探测器定量地测定出来。而稳定核素由于质量不同于相应的元素，可借助质量分析仪，如质谱仪、气相层析仪、气-质联用仪、液-质联用仪和核磁共振仪等定量测定出来。 四、示踪研究的基本类型 根据示踪实验研究的性质，可将示踪研究分为两大类。 （一）物理示踪 此类示踪研究中所用的放射性标记物不是作为体内某一特定物质的示踪物，而是用作追踪物，研究其重量或物理变化，示踪物不参与化学过程或代谢过程。如利用放射性惰性气体从血流向肺内弥散的速度来判断肺组织的病理变化等，便属此类示踪研究的范畴。 （二）化学示踪 主要用于追踪某种物质在体内或培养体系内的复杂的生物