核醫(yī)學核素示蹤技術

1、核素示蹤技術,第一節(jié) 示蹤原理及特點一、定義：示蹤劑→吸收、分布、排泄、研究轉移規(guī)律及研究疾病、診斷的一門科學。示蹤技術解決實際問題，不能取代的特點：引入物不能太多的……太小……示蹤技術發(fā)展過程：二、基本原理：Tracer與未標記時的化學、生物學性質相同，利用放射性可測量進行示蹤物跟綜研究（位置、數(shù)量、轉變）。,,三、示蹤研究特點：1、靈敏度高，可達10-14-----10-18g2、測定方法簡單、不用分離，提純

2、……3、合乎生理條件4、可定位研究和定量研究5、可動態(tài)研究，對數(shù)據(jù)做動態(tài)分析6、標記分子易分辨（新舊分子的鑒別）7、非創(chuàng)傷性四、常用實驗類型 ： 離體示蹤 整體示蹤 單標或多標示蹤,1、選擇實驗類型的幾個原則 a.吸收、分布、轉運、排泄等用整體示蹤實 驗； b.研究物質在精細結構中運動規(guī)律，可選離 體實驗，但結果須有整體實驗驗證； c.物質轉化的研究，離體、整

3、體都得做； d.單用離體實驗有時可能得出錯誤的結論。,,五、示蹤實驗應注意的問題（八個）,2、示蹤物選擇應考慮的問題1）射線類型：γ、β（中能、低能……）2）T1/2：3）放化純：>95%4）比活度：要合適5）標記位置的選擇要根據(jù)實驗來定6）標記物的穩(wěn)定性、價格7）載體的量大?。狠d體指與放素化學狀態(tài)相同的穩(wěn)定同位素、如51Cr中混有Cr、穩(wěn)定性的Cr就是戴體。,,3、示蹤量的估算： 預實驗或前人經驗，應

4、注意人體內的稀釋、組織內的濃聚及對動物健康的影響 措施：查文獻+預實驗+確定儀器效率,4、示蹤引入途徑：口服、灌胃 v 、m、皮下、腹腔。5、樣品制備要有利于定量、定位測量、測量方法確定后，要考慮樣品容量，測量時間等問題。6、數(shù)據(jù)處理：根據(jù)不同實驗目的，選擇適當參數(shù)。7、動物實驗：合適的動物，包括大小、動物特征、防護、尸體處理。8、短半衰期核素要考慮衰變校正,六、示蹤實驗中的同位素效應 1、

5、同位素效應：不同的同位素之間原子質量差異較大，因而它們參予同一化學反應的速度不同稱之。如：1H（ p）e（周期表中的H） 2H（n、p）e 3H (2n、p)e 表示方法：以同位素間參與化學反應的速率常數(shù)的比值來表示，如KH/KT KH/KD 氫的同位素表示法,2、同位素效應的分類： 1）初級同位素效應：與放素連接的化學健對速度的影響（主鍵）

6、 2）次級同位素效應：與放素相鄰的化學健對速度的影響（次健） 3）溶劑同位素效應：溶劑中的某原子被同位素取代而影響溶質的反應速度，如一般化學反應在水中，若改為氘水，對反應速度的影響。 4）物質體系同位素效應：進入體內后對生化反應速度的影響，如H2O改為2H2O喂養(yǎng)動物對生化反應的影響。,核素稀釋法核素稀釋法測物質含量原理：稀釋前后放素的量不變。（忽略衰變、排泄等因素） 1、測血容量或體液含量：Cl和Br的放射性同

7、位素主要在細胞外液分布，進入細胞極少。如用82Br引入體液中，引入的總活度為A（β-），待一定時間混勻后，抽取少量體液測得比放為q/ml，則體液量等于A/q（ml），即 C1V1=C2（V1+VX）,2、測Rbc壽命或其它細胞壽命 取Rbc與Na51CrO4混合，淋洗后Rbc即被標上，引入體內不同時間測放，研究其壽命。 另一種方法：15N—甘氨酸引入血液，Rbc

8、合成時攝取15N—AA，因此新生成Rbc具有放射性，30天左右15NRbc達高峰，并且保持一定時間恒定，最后15NRbc逐漸死亡而放射性下降，可算得Rbc壽命。同理，該法可研究Wbc、腫瘤細胞等。,原理：將已知比活度的標記物與非標記物混合，測出混合物的比活度，可求出非標記物的含量。（混合前后放射性不變的原理） 設：已知標記物的量為m1，比活度為S1（dpm/mg）混合物測得比活度為S2（dpm/mg），求混合物中非標記

9、物的化學量mx 據(jù)混合前后放射性不變原理得 S1m1=S2(m1+mx) Mx=m1(s1/s2—1)舉例：134（參考實驗核醫(yī)學與核藥學，胡亞兒、劉長征 等主編）,,3、正稀釋法測物質含量,4、反稀釋法：用已知非標記物測 標記物含量。 原理：同3（135）設： 已知非標記物的

10、量為m2 已知標記物的比活度為S1 混合后測得的比活度為S2 求標記物的化學量mx 據(jù)原理得：S1mx=S2(m2+mx) m2 S2 mx=-------------- S1—S2,5、核素雙稀釋法（參考） 設 取兩份待測放射性樣品，這兩份放射性相等。分別加入非標記已

11、知的m1 和m2混合，取出少量提純，測得比活度為S1；S2得：S1（m1 +mX）=S2（m2 +mX） S2m2— S1m1 mX =------------------- S1— S2,,一、參入實驗：目的是弄清楚體內某些物質如前身物、反應產物、中間代謝步驟及轉化條件。 1、參入實驗類型：整體+離體 整體參入實驗：如3

12、H-TdR證明TdR是DNA合成的前體物 離體參入實驗：具有生理活性的生物材料，如組織切片、組織勻漿、游離細胞、亞細胞顆粒等，將標記物加入，以證實實驗的可能性，但做結論要有整體實驗驗證才可靠。,,第三節(jié) 物質轉化示蹤,2、主要參數(shù) 產物總放 參入百分率= ---------------×100%

13、 前身物總放 產物比活度 相對比活度= ------------------ （參入率） 前身物比活度,①淋巴細胞轉化實驗 實驗設計原理（細胞培養(yǎng)）：,DNA子代細胞（子代細胞含有放射性） DNA子代細胞,植物血凝素,淋巴細胞,PHA,,淋巴母細胞（能分裂繁殖）,,3H

14、-TdR 培養(yǎng)72hr,,,3、參入實驗舉例,,應用,用3H-TdR參入淋巴細胞的量（即Lim中放射性強弱）反應出淋巴細胞轉化能力。應用： 反映細胞免疫狀態(tài) 反映細胞增殖速度實驗結果表達形式：參入百分率 百萬細胞DNA計數(shù)=cpm/106

15、cell 實驗組DNA放射性刺激指數(shù)= -------------------------------- 對照組DNA放射性,,,②證實甘氨酸是血紅素的前體物（設計原理） 理論推測可能的前身物有5種，分別為甘氨酸、檸檬酸胺

16、、DL-谷氨酸、DL-脯AA、DL-亮AA，分別用放素標記后引入細胞培養(yǎng)，最后測定合成的Rbc放射性，證實甘氨酸是其前體物。,4、代謝物轉化的參入實驗 舉例：將蛋AA中的甲基CH3 用C2H3置換標記，得到標記物為氘標記蛋AA，做整體參入實驗，其合成的肌酸中含有可測氘，說明肌酸中的甲基是由蛋AA轉過來的。5、參入競爭抑制實驗 原理：類似于RIA 標記前身物和非標記前身物+參入實驗中

17、，與單獨用標記前身參入實驗結果的放射性不同。進一步證實參入實驗。,,,,,,,,,二、雙標記參入實驗原 理 將待研究的前身物用兩種不同的核素（如放一放，穩(wěn)—放）標記，測定計算待示蹤物中兩種核素活度比值。并將實驗結果的比值與該比值做比較，兩比值應保持（大致）不變。,,舉例（1）證明肌酸或腎上腺素合成過程中，甲基的轉移為整體轉移，而不是分解后重新形成。 將甲基用雙標記標上，測出該甲基兩種核素的比值，即可

18、確定。 （2）證實生物堿Elymoclavine的前身物N2-甲基色AA是非完整基團參入到產物中去的。 將前身物用14C和3H雙標記，并測兩放比值，引入實驗后測產物兩放比值，發(fā)現(xiàn)產物兩放比值明顯降低，證明了實驗設想。,第四節(jié) 物質吸收、分布、排泄示蹤一、吸收示蹤1、吸收百分率測定： 該技術特別對某些藥物的吸收研究有用，將該藥標記后口服或灌胃，然后收集類便測放射性，若吸收入血再排入消化道的

19、量忽略不計，（如龍膽紫）測： 攝入量—糞例殘余量 吸收率= ------------------ 攝入量 應用：研究某藥物的吸收情況或某些疾病會使胃腸道吸收率大大下降。,2、生物利用度 絕對利用度：將相同劑量的同一示蹤物分別V和口服，不同時間取血測放射性，得下圖（143）： 對兩曲線下面積分別積分叫做AUC

20、 口服AUC 絕對利用度= -------------------×100% 靜注AUC,,利用,相對利用度 指用二種不同的口服方案，其差別可以是不同劑型，或加某一輔助因子，得到下面圖型： 口服但改變劑型AUC2

21、 AUC1 AUC1相對利用度 = ----------- AUC2應用：臨床、藥理、預防醫(yī)學,二、吸收時化學形態(tài)的示蹤研究 內容：確定某些復雜的有機物在消化道中經降解后以什么化學形態(tài)被吸收。P144 1、單標記示蹤 如用14C標記游離脂肪酸經

22、胃腸道發(fā)現(xiàn)長鏈脂肪酸70~90%以甘油三酯形式出現(xiàn)在淋巴液中，而短鏈者以游離酸形式出現(xiàn)在門脈血中說明腸道可吸收游離脂肪酸，長鏈者要在腸壁重新形成甘油三酯入淋巴液，短鏈可直接進入血循環(huán)。,2、雙標記示蹤： 將示蹤物在二個不同部位標上二種不同的放素，口服后追綜二種標記的去向。 如在膽固醇酯的7a位標上3H，在脂肪酸的羧基位上用14C標記，口服后收集胸導管淋巴液，分別測二個放素、結果見表。,,,表 3H

23、 14C 雙標記示蹤淋巴液分析---------------------------------------------------------------------------------------- 3H 14C 3H /14C ----------------------------------

24、------------------------------------------------------回收 7.3 26 0.29 膽固醇 30.1 膽固醇酯 69.9 1.2甘油三酯

25、 93.4磷酯 5.4------------------------------------------------------------------,結論：膽固醇的吸收與脂肪酸吸收不同，脂肪酸主要出現(xiàn)在甘油三酯中，膽固醇酯在腸道先水解為游離膽固醇和脂肪酸，然后才吸收，進而再參入新的成份。 膽固醇合成的近40步反應幾乎每一步都是

26、用示蹤實驗闡明的。,研究某物質在何部位吸收入血循環(huán)、能區(qū)分內源性與外源性物質的標記物。 1、將感興趣腸段切下來，翻過來結扎，泡在示蹤溶液中，看進入腸袋內的示蹤物，研究示蹤物吸收率，叫離體腸段實驗。 2、動物口服示蹤物、不同時間處死動物、分離腸段內容物、測放，研究不同腸段的吸收特征。 3、口服示蹤物后觀察消化道壁內示蹤物含量的變化、研究吸收效果最佳的腸段區(qū)域。 4、將示蹤

27、物引入特定部位、如呼吸道、直腸、舌下等，觀察血液中示蹤情況。,,三、吸收部位示蹤研究,四、物質分布與轉運的示蹤研究 物質在體內處于不斷更新的動態(tài)平衡中、分布和轉運有其規(guī)律性，但病理情況下這些規(guī)律破壞。 動態(tài)觀察 宏觀水平 細胞水平

28、 亞細胞水平實驗步驟： 分子水平 1、購買或標記示蹤物并引入動物體內 2、測量+ARG觀察示蹤物的分布 3、選擇參數(shù)，擬合數(shù)據(jù),應用舉例： 1、濃集區(qū)域的確定：如氟烷麻醉劑：用14C標記后引入動物、發(fā)現(xiàn)放射性主要在大腦和小腦白質，所以起全麻作用。 2、乙酰唑胺的利尿作用，口服有NS

29、副作用，35S標記后引入動物體內發(fā)現(xiàn)在下丘腦、海馬等部位有濃集。 3、魚腥草可治療支氣管炎，標記后引入體內發(fā)現(xiàn)支氣管組織有較高濃集。,,4、青蒿素可治療瘧疾，用3H—青蒿素引入感染瘧疾的動物體內發(fā)現(xiàn)放射性在感染的Rbc中，進一步定位在瘧原蟲的質膜和食物泡。 5、研究生理性物質在體內的分布示蹤實驗，如骨鈣代謝與老年人的關系。 6、特定標記物的示蹤實驗：如probe、標記單抗、標記互補的DNA或RNA，標記的受體配基等進行原位

30、雜交、放免顯象、RBA、ARG分析。 7、研究生理物質在體內的轉運示蹤實驗,如某些激素進入血液后與運載蛋白結合進行轉運、可通過將其標記后進行示蹤研究，并經過生化過程的分析加以證實。 又如將各型脂蛋白標記后引入動物，ARG發(fā)現(xiàn)動脈放射性增強。,第五節(jié) 細胞動力學示蹤研究（不做介紹、感興趣者可自學）,第六節(jié) 放素示蹤動力學定義：研究物質體內運動規(guī)律，并推算有關數(shù)學表達式及參數(shù)的理論實驗方法稱之。內容：

31、 1、用已知體系估計待研究對象的體內運動規(guī)律 2、用獲得的資料來建立、推算相關體系的數(shù)學表達式及參數(shù)。,示蹤物：指被研究的系統(tǒng)內模擬研究對象的物質。示蹤物的基本要求：1）不干擾體內生理狀態(tài)2）標記的核素要小到與被示蹤物相比 可略不計。3）能夠被追蹤測量,示蹤動力學的一些基本概念（P156）代謝庫：指一個假想的，有特定物理功能的

32、 空間分類： 開放性代謝庫：既有入庫物質，也有 出庫物質

33、 閉合性代謝庫：只進不出或只出不進。庫大小P ：表示某物質在代謝庫中的量通道：指進出庫的通道：（不止1，2條）。穩(wěn)態(tài)代謝庫：進出庫速率相同：庫內代謝處于平衡狀態(tài)。非穩(wěn)態(tài)代謝庫：進出庫速率不相同，庫內代謝處于非平衡狀態(tài)或形成新的動態(tài)平衡。,更新速率FXX：指庫中某物質單位時間內更新的量。 條件：庫處于動態(tài)平衡條件下。輸入速率FXY：指單位時間進入庫

34、的量輸出速率FYX：指單位時間輸出庫的量注：X代表庫，Y代表通道，F(xiàn)代表速率，F(xiàn)角標小字輸入在前，輸出符號在后，比如：FXO：表示只輸入不輸出（如消化道吸收）FOX：表示不輸入只排泄（排尿）產生速率PR：單位時間從系統(tǒng)外（庫外）獲取的物質量。,,動力學的幾個參數(shù),排除速率DR：單位時間向庫外排出的量清除率Cl：單位時間排除的物質相當于多少 體積血漿中所含的該物質的量（ml/h）速率常數(shù)K：單位時間

35、內某物質在庫中的變化量相當于庫大小的百分比，如更新速率常數(shù)KXX。更新時間T：指庫中某物質更新的量相當于庫大小所需的時間。半更新時間T 1/2：指某物質更新的量相當于庫大小1/2所需的時間。,0.693參數(shù)間的關系： T 1/2 = --------------------------- K（更新速率常數(shù)）

36、 1T（更新時間）=------------------------- K（更新速率常數(shù)）F（更新速率）=P（庫大?。?#215;K（更新速率常數(shù)） D（輸入示蹤物總活度）P（庫大小）=-----------------------------------

37、 A0（零時刻的比活度、混勻后） 清除率CL=K（速率常數(shù)）×庫容積V,代謝庫模型： 單庫、雙庫、三庫（P158）求解動力學參數(shù)的一般步驟：1、建立數(shù)學模型：單、雙、三庫等模型，選定數(shù)學表達式。2、進入人或動物示蹤實驗，引入示蹤物后不同時間采樣測量3、曲線擬合4、求算（解）動力學參數(shù),不同類型求解動力學參數(shù)舉例 1、穩(wěn)態(tài)單庫模型中閉合單庫：示蹤物引

38、入體內迅速被稀釋而沒有任何物質排出（只進不出） 如51Cr標記的Rbc5×106dpm引入血液，混勻后取少許測得比活度為C，求血溶量？ 根據(jù)A=CV已知：A=5×106dpm（標記物的體積忽略不計） C=2000dpm/ml A 5×106 V= ----

39、---- = ----------------- = 2500 ml C 2000,2、穩(wěn)態(tài)單庫開放型模型：（有進有出）注入的放射性逐漸下降，穩(wěn)態(tài)情況下，庫容積不變，物質的輸入輸出相等，即達到平衡。 如一次快速引入示蹤劑后，庫中示蹤物有代謝或排出和放射性衰變三個過程，如一次V 125I-BSA 0.5×107dpm，不同時間取血測放得如下曲線

40、。,,,20001000800600,Dpm/ml,,,,10 20 (min),從圖中得出 T ½ =10min 而更新速率常數(shù)K 0.693 K = -------------- = 0.0693/min

41、 10,又從圖中知，零時的比活度 A0=2000dpm/ml（直線Y軸載距） 總放 0.5×107所以庫大小P= -------------- = ------------------- = 2500ml A0比活度

42、 2000 清除率： CL=KV=0.0693×2500=173ml/min,再例：用四氧嘧啶靜脈注射(50mg/kg)大鼠破壞胰島制成糖尿病大鼠模型，再將14C一萄糖2×105dpm注射大鼠一批，不同時間取血測血中放射性強度，得如下圖： P160,,,,0 1 2 3

43、 4 (h),100001000100,,,,,正常鼠,糖尿病鼠,引入示蹤物時間,血葡比活度dpm/mg,正常大鼠 糖尿病大鼠 At(dpm/mg) 10000 8000 4680 1000 200 （縱坐標） 0 1 2 3 4t (hr)橫坐標 示蹤物引入單庫后，庫中物質比活度必然按接指數(shù)規(guī)律下降，數(shù)學表達式：At=A0·e-kt或 LnAt=LnA0—ktA

44、0為初始比活度At為某t時間的比活度K為更新速率常數(shù)如果以LnAt對t做圖，斜率為K,按單庫模型計算動力學參數(shù)見下表（P160）,,結論：1）糖尿病大鼠葡萄糖庫增大2）更新速率、產生速率及排除速率隨庫增大而加快3）更新速率常數(shù)及更新時間不變。,3、穩(wěn)態(tài)雙庫系統(tǒng)（二庫模型） 較復雜但符合生物體的代謝狀況常用。 二庫模型常見的12種類型見P161方塊圖 若雙庫間的通道是單方向的，可看做兩個單庫

45、處理，此種類型不在上述類型中。常見的12種類型是庫間通道雙向性的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。 A叫初始庫，b是次級庫由左至右，由上至下。,二庫模型特征： 1）12種不論何類，當向初始庫一次注入示蹤物后其比活度At總是以雙指數(shù)曲線方式進行性下降。 2）次級庫的物質比活度Bt則以雙指數(shù)曲線方式先上升后下降。 下圖是一次注入示蹤物后，a、b庫中物質比活度的時相變化及其曲線分解。P161,圖中At、Bt時相變化分別可用以下二個函數(shù)

46、式表示： At=A01e-k1t + A02e-k2t Bt=-B0e-k1t + B0e-k2t二庫模型參數(shù)求解：主要四個參數(shù)A01 A02：（比活度）K1 K2：（更新速率）,常采用圖解法或剝譜法，也叫殘數(shù)法求解。 首先將初始a庫（P161左圖）的各實驗數(shù)據(jù)用半對數(shù)坐標紙上連成曲線（縱坐標比活度取對數(shù)）、將曲線尾部沿切線向相反方向沿長到t=0，從圖上查得x、y坐標值并直線回歸可求

47、得y載距A02，而K2即為直線方程 LnAt=LnA0 - Kt中的K值。 因此，尾部曲線回歸可求出A02和K2值，該直線稱慢清除相。,然后再取曲線前部若干點分別減去反向沿長到t=0直線上的相應的點，將相減的殘數(shù)點（曲線點減去相對應的直線點）在同一坐標上再次直線回歸，這條直線稱為快清除相，同樣方法可求出A01及K1值。 求得：血漿 A01=136 A02=10； （dpm/pmol）

48、 K1=0.129/min K2=0.022/min 參數(shù)求解（包括b庫）：P162-163,輸入示蹤劑總活度 D（dpm）1）初始庫大小Pa=---------------------------------------

49、 A01+A02(dpm/mmol)2）表觀分布容積V=Pa/Ca （為示蹤劑濃度mol/ml可通過RIA測得） 表現(xiàn)分布密積含意：指給藥量與血藥濃度相互關系的一個比例數(shù)，它不具直接生理意義，多數(shù)情況下不涉及真正的容積，其數(shù)值大小可表示該藥物的特征，通常反映藥物在組織器官中分布情況的大體概念，是藥物的一個特征參數(shù)。,3）更新速率常數(shù)K： 處于動態(tài)平衡時：Kaa 、kbb(a

50、、b庫更新速率常數(shù))的計算通過微分方程和采用Laplace變換得如下公式： Pa Kaa= ------------ (A01K1+A02K2) D Pa Kbb= ------------ (A01K2+A02K1) D