核医学核素示踪技术.ppt

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1、核素示踪技术,第一节 示踪原理及特点一、定义：示踪剂吸收、分布、排泄、研究转移规律及研究疾病、诊断的一门科学。示踪技术解决实际问题，不能取代的特点：引入物不能太多的太小示踪技术发展过程：二、基本原理：Tracer与未标记时的化学、生物学性质相同，利用放射性可测量进行示踪物跟综研究（位置、数量、转变）。,三、示踪研究特点：1、灵敏度高，可达10-14-10-18g2、测定方法简单、不用分离，提纯3、合乎生理条件4、可定位研究和定量研究5、可动态研究，对数据做动态分析6、标记分子易分辨（新旧分子的鉴别）7、非创伤性四、常用实验类型：离体示踪 整体示踪 单标或多标示踪,1、选择实验类型的几个原则 a

2、.吸收、分布、转运、排泄等用整体示踪实 验；b.研究物质在精细结构中运动规律，可选离 体实验，但结果须有整体实验验证；c.物质转化的研究，离体、整体都得做；d.单用离体实验有时可能得出错误的结论。,五、示踪实验应注意的问题（八个）,2、示踪物选择应考虑的问题1）射线类型：、（中能、低能）2）T1/2：3）放化纯：95%4）比活度：要合适5）标记位置的选择要根据实验来定6）标记物的稳定性、价格7）载体的量大小：载体指与放素化学状态相同的稳定同位素、如51Cr中混有Cr、稳定性的Cr就是戴体。,3、示踪量的估算：预实验或前人经验，应注意人体内的稀释、组织内的浓聚及对动物健康的影响 措施：查文献+预

3、实验+确定仪器效率,4、示踪引入途径：口服、灌胃 v、m、皮下、腹腔。5、样品制备要有利于定量、定位测量、测量方法确定后，要考虑样品容量，测量时间等问题。6、数据处理：根据不同实验目的，选择适当参数。7、动物实验：合适的动物，包括大小、动物特征、防护、尸体处理。8、短半衰期核素要考虑衰变校正,六、示踪实验中的同位素效应 1、同位素效应：不同的同位素之间原子质量差异较大，因而它们参予同一化学反应的速度不同称之。如：1H（p）e（周期表中的H）2H（n、p）e 3H(2n、p)e 表示方法：以同位素间参与化学反应的速率常数的比值来表示，如KH/KT KH/KD 氢的同位素表示法,2、同位素效应的分

4、类：1）初级同位素效应：与放素连接的化学健对速度的影响（主键）2）次级同位素效应：与放素相邻的化学健对速度的影响（次健）3）溶剂同位素效应：溶剂中的某原子被同位素取代而影响溶质的反应速度，如一般化学反应在水中，若改为氘水，对反应速度的影响。4）物质体系同位素效应：进入体内后对生化反应速度的影响，如H2O改为2H2O喂养动物对生化反应的影响。,核素稀释法核素稀释法测物质含量原理：稀释前后放素的量不变。（忽略衰变、排泄等因素）1、测血容量或体液含量：Cl和Br的放射性同位素主要在细胞外液分布，进入细胞极少。如用82Br引入体液中，引入的总活度为A（-），待一定时间混匀后，抽取少量体液测得比放为q/

5、ml，则体液量等于A/q（ml），即 C1V1=C2（V1+VX）,2、测Rbc寿命或其它细胞寿命 取Rbc与Na51CrO4混合，淋洗后Rbc即被标上，引入体内不同时间测放，研究其寿命。另一种方法：15N甘氨酸引入血液，Rbc合成时摄取15NAA，因此新生成Rbc具有放射性，30天左右15NRbc达高峰，并且保持一定时间恒定，最后15NRbc逐渐死亡而放射性下降，可算得Rbc寿命。同理，该法可研究Wbc、肿瘤细胞等。,原理：将已知比活度的标记物与非标记物混合，测出混合物的比活度，可求出非标记物的含量。（混合前后放射性不变的原理）设：已知标记物的量为m1，比活度为S1（dpm/mg）混合物测得

6、比活度为S2（dpm/mg），求混合物中非标记物的化学量mx 据混合前后放射性不变原理得 S1m1=S2(m1+mx)Mx=m1(s1/s21)举例：134（参考实验核医学与核药学，胡亚儿、刘长征 等主编）,3、正稀释法测物质含量,4、反稀释法：用已知非标记物测 标记物含量。原理：同3（135）设：已知非标记物的量为m2 已知标记物的比活度为S1 混合后测得的比活度为S2 求标记物的化学量mx 据原理得：S1mx=S2(m2+mx)m2 S2 mx=-S1S2,5、核素双稀释法（参考）设 取两份待测放射性样品，这两份放射性相等。分别加入非标记已知的m1 和m2混合，取出少量提纯，测得比活度为S

7、1；S2得：S1（m1+mX）=S2（m2+mX）S2m2 S1m1 mX=-S1 S2,一、参入实验：目的是弄清楚体内某些物质如前身物、反应产物、中间代谢步骤及转化条件。1、参入实验类型：整体+离体 整体参入实验：如3H-TdR证明TdR是DNA合成的前体物 离体参入实验：具有生理活性的生物材料，如组织切片、组织匀浆、游离细胞、亚细胞颗粒等，将标记物加入，以证实实验的可能性，但做结论要有整体实验验证才可靠。,第三节 物质转化示踪,2、主要参数 产物总放 参入百分率=-100%前身物总放 产物比活度 相对比活度=-（参入率）前身物比活度,淋巴细胞转化实验 实验设计原理（细胞培养）：,DNA子代

8、细胞（子代细胞含有放射性）DNA子代细胞,植物血凝素,淋巴细胞,PHA,淋巴母细胞（能分裂繁殖）,3H-TdR 培养72hr,3、参入实验举例,应用,用3H-TdR参入淋巴细胞的量（即Lim中放射性强弱）反应出淋巴细胞转化能力。应用：反映细胞免疫状态 反映细胞增殖速度实验结果表达形式：参入百分率 百万细胞DNA计数=cpm/106cell 实验组DNA放射性刺激指数=-对照组DNA放射性,证实甘氨酸是血红素的前体物（设计原理）理论推测可能的前身物有5种，分别为甘氨酸、柠檬酸胺、DL-谷氨酸、DL-脯AA、DL-亮AA，分别用放素标记后引入细胞培养，最后测定合成的Rbc放射性，证实甘氨酸是其前体

9、物。,4、代谢物转化的参入实验 举例：将蛋AA中的甲基CH3 用C2H3置换标记，得到标记物为氘标记蛋AA，做整体参入实验，其合成的肌酸中含有可测氘，说明肌酸中的甲基是由蛋AA转过来的。5、参入竞争抑制实验 原理：类似于RIA 标记前身物和非标记前身物+参入实验中，与单独用标记前身参入实验结果的放射性不同。进一步证实参入实验。,二、双标记参入实验原 理 将待研究的前身物用两种不同的核素（如放一放，稳放）标记，测定计算待示踪物中两种核素活度比值。并将实验结果的比值与该比值做比较，两比值应保持（大致）不变。,举例（1）证明肌酸或肾上腺素合成过程中，甲基的转移为整体转移，而不是分解后重新形成。将甲基

10、用双标记标上，测出该甲基两种核素的比值，即可确定。（2）证实生物碱Elymoclavine的前身物N2-甲基色AA是非完整基团参入到产物中去的。将前身物用14C和3H双标记，并测两放比值，引入实验后测产物两放比值，发现产物两放比值明显降低，证明了实验设想。,第四节 物质吸收、分布、排泄示踪一、吸收示踪1、吸收百分率测定：该技术特别对某些药物的吸收研究有用，将该药标记后口服或灌胃，然后收集类便测放射性，若吸收入血再排入消化道的量忽略不计，（如龙胆紫）测：摄入量粪例残余量 吸收率=-摄入量 应用：研究某药物的吸收情况或某些疾病会使胃肠道吸收率大大下降。,2、生物利用度 绝对利用度：将相同剂量的同一

11、示踪物分别V和口服，不同时间取血测放射性，得下图（143）：对两曲线下面积分别积分叫做AUC 口服AUC 绝对利用度=-100%静注AUC,利用,相对利用度 指用二种不同的口服方案，其差别可以是不同剂型，或加某一辅助因子，得到下面图型：口服但改变剂型AUC2 AUC1 AUC1相对利用度=-AUC2应用：临床、药理、预防医学,二、吸收时化学形态的示踪研究 内容：确定某些复杂的有机物在消化道中经降解后以什么化学形态被吸收。P144 1、单标记示踪 如用14C标记游离脂肪酸经胃肠道发现长链脂肪酸7090%以甘油三酯形式出现在淋巴液中，而短链者以游离酸形式出现在门脉血中说明肠道可吸收游离脂肪酸，长链

12、者要在肠壁重新形成甘油三酯入淋巴液，短链可直接进入血循环。,2、双标记示踪：将示踪物在二个不同部位标上二种不同的放素，口服后追综二种标记的去向。如在胆固醇酯的7a位标上3H，在脂肪酸的羧基位上用14C标记，口服后收集胸导管淋巴液，分别测二个放素、结果见表。,表 3H 14C 双标记示踪淋巴液分析-3H 14C 3H/14C-回收 7.3 26 0.29 胆固醇 30.1 胆固醇酯 69.9 1.2甘油三酯 93.4磷酯 5.4-,结论：胆固醇的吸收与脂肪酸吸收不同，脂肪酸主要出现在甘油三酯中，胆固醇酯在肠道先水解为游离胆固醇和脂肪酸，然后才吸收，进而再参入新的成份。胆固醇合成的近40步反应几乎

13、每一步都是用示踪实验阐明的。,研究某物质在何部位吸收入血循环、能区分内源性与外源性物质的标记物。1、将感兴趣肠段切下来，翻过来结扎，泡在示踪溶液中，看进入肠袋内的示踪物，研究示踪物吸收率，叫离体肠段实验。2、动物口服示踪物、不同时间处死动物、分离肠段内容物、测放，研究不同肠段的吸收特征。3、口服示踪物后观察消化道壁内示踪物含量的变化、研究吸收效果最佳的肠段区域。4、将示踪物引入特定部位、如呼吸道、直肠、舌下等，观察血液中示踪情况。,三、吸收部位示踪研究,四、物质分布与转运的示踪研究 物质在体内处于不断更新的动态平衡中、分布和转运有其规律性，但病理情况下这些规律破坏。动态观察 宏观水平 细胞水平

14、 亚细胞水平实验步骤：分子水平 1、购买或标记示踪物并引入动物体内 2、测量+ARG观察示踪物的分布 3、选择参数，拟合数据,应用举例：1、浓集区域的确定：如氟烷麻醉剂：用14C标记后引入动物、发现放射性主要在大脑和小脑白质，所以起全麻作用。2、乙酰唑胺的利尿作用，口服有NS副作用，35S标记后引入动物体内发现在下丘脑、海马等部位有浓集。3、鱼腥草可治疗支气管炎，标记后引入体内发现支气管组织有较高浓集。,4、青蒿素可治疗疟疾，用3H青蒿素引入感染疟疾的动物体内发现放射性在感染的Rbc中，进一步定位在疟原虫的质膜和食物泡。5、研究生理性物质在体内的分布示踪实验，如骨钙代谢与老年人的关系。6、特定

15、标记物的示踪实验：如probe、标记单抗、标记互补的DNA或RNA，标记的受体配基等进行原位杂交、放免显象、RBA、ARG分析。7、研究生理物质在体内的转运示踪实验,如某些激素进入血液后与运载蛋白结合进行转运、可通过将其标记后进行示踪研究，并经过生化过程的分析加以证实。又如将各型脂蛋白标记后引入动物，ARG发现动脉放射性增强。,第五节 细胞动力学示踪研究（不做介绍、感兴趣者可自学）,第六节 放素示踪动力学定义：研究物质体内运动规律，并推算有关数学表达式及参数的理论实验方法称之。内容：1、用已知体系估计待研究对象的体内运动规律 2、用获得的资料来建立、推算相关体系的数学表达式及参数。,示踪物：指

16、被研究的系统内模拟研究对象的物质。示踪物的基本要求：1）不干扰体内生理状态2）标记的核素要小到与被示踪物相比 可略不计。3）能够被追踪测量,示踪动力学的一些基本概念（P156）代谢库：指一个假想的，有特定物理功能的 空间分类：开放性代谢库：既有入库物质，也有 出库物质 闭合性代谢库：只进不出或只出不进。库大小P：表示某物质在代谢库中的量通道：指进出库的通道：（不止1，2条）。稳态代谢库：进出库速率相同：库内代谢处于平衡状态。非稳态代谢库：进出库速率不相同，库内代谢处于非平衡状态或形成新的动态平衡。,更新速率FXX：指库中某物质单位时间内更新的量。条件：库处于动态平衡条件下。输入速率FXY：指单

17、位时间进入库的量输出速率FYX：指单位时间输出库的量注：X代表库，Y代表通道，F代表速率，F角标小字输入在前，输出符号在后，比如：FXO：表示只输入不输出（如消化道吸收）FOX：表示不输入只排泄（排尿）产生速率PR：单位时间从系统外（库外）获取的物质量。,动力学的几个参数,排除速率DR：单位时间向库外排出的量清除率Cl：单位时间排除的物质相当于多少 体积血浆中所含的该物质的量（ml/h）速率常数K：单位时间内某物质在库中的变化量相当于库大小的百分比，如更新速率常数KXX。更新时间T：指库中某物质更新的量相当于库大小所需的时间。半更新时间T 1/2：指某物质更新的量相当于库大小1/2所需的时间。

18、,0.693参数间的关系：T 1/2=-K（更新速率常数）1T（更新时间）=-K（更新速率常数）F（更新速率）=P（库大小）K（更新速率常数）D（输入示踪物总活度）P（库大小）=-A0（零时刻的比活度、混匀后）清除率CL=K（速率常数）库容积V,代谢库模型：单库、双库、三库（P158）求解动力学参数的一般步骤：1、建立数学模型：单、双、三库等模型，选定数学表达式。2、进入人或动物示踪实验，引入示踪物后不同时间采样测量3、曲线拟合4、求算（解）动力学参数,不同类型求解动力学参数举例 1、稳态单库模型中闭合单库：示踪物引入体内迅速被稀释而没有任何物质排出（只进不出）如51Cr标记的Rbc5106d

19、pm引入血液，混匀后取少许测得比活度为C，求血溶量？根据A=CV已知：A=5106dpm（标记物的体积忽略不计）C=2000dpm/ml A 5106 V=-=-=2500 ml C 2000,2、稳态单库开放型模型：（有进有出）注入的放射性逐渐下降，稳态情况下，库容积不变，物质的输入输出相等，即达到平衡。如一次快速引入示踪剂后，库中示踪物有代谢或排出和放射性衰变三个过程，如一次V 125I-BSA 0.5107dpm，不同时间取血测放得如下曲线。,20001000800600,Dpm/ml,10 20(min),从图中得出 T=10min 而更新速率常数K 0.693 K=-=0.0693/

20、min 10,又从图中知，零时的比活度 A0=2000dpm/ml（直线Y轴载距）总放 0.5107所以库大小P=-=-=2500ml A0比活度 2000 清除率：CL=KV=0.06932500=173ml/min,再例：用四氧嘧啶静脉注射(50mg/kg)大鼠破坏胰岛制成糖尿病大鼠模型，再将14C一萄糖2105dpm注射大鼠一批，不同时间取血测血中放射性强度，得如下图：P160,0 1 2 3 4(h),100001000100,正常鼠,糖尿病鼠,引入示踪物时间,血葡比活度dpm/mg,正常大鼠 糖尿病大鼠 At(dpm/mg)10000 8000 4680 1000 200（纵坐标）0

21、 1 2 3 4t(hr)横坐标 示踪物引入单库后，库中物质比活度必然按接指数规律下降，数学表达式：At=A0e-kt或 LnAt=LnA0ktA0为初始比活度At为某t时间的比活度K为更新速率常数如果以LnAt对t做图，斜率为K,按单库模型计算动力学参数见下表（P160）,结论：1）糖尿病大鼠葡萄糖库增大2）更新速率、产生速率及排除速率随库增大而加快3）更新速率常数及更新时间不变。,3、稳态双库系统（二库模型）较复杂但符合生物体的代谢状况常用。二库模型常见的12种类型见P161方块图 若双库间的通道是单方向的，可看做两个单库处理，此种类型不在上述类型中。常见的12种类型是库间通道双向性的稳态

22、系统。A叫初始库，b是次级库由左至右，由上至下。,二库模型特征：1）12种不论何类，当向初始库一次注入示踪物后其比活度At总是以双指数曲线方式进行性下降。2）次级库的物质比活度Bt则以双指数曲线方式先上升后下降。下图是一次注入示踪物后，a、b库中物质比活度的时相变化及其曲线分解。P161,图中At、Bt时相变化分别可用以下二个函数式表示：At=A01e-k1t+A02e-k2t Bt=-B0e-k1t+B0e-k2t二库模型参数求解：主要四个参数A01 A02：（比活度）K1 K2：（更新速率）,常采用图解法或剥谱法，也叫残数法求解。首先将初始a库（P161左图）的各实验数据用半对数坐标纸上连

23、成曲线（纵坐标比活度取对数）、将曲线尾部沿切线向相反方向沿长到t=0，从图上查得x、y坐标值并直线回归可求得y载距A02，而K2即为直线方程 LnAt=LnA0-Kt中的K值。因此，尾部曲线回归可求出A02和K2值，该直线称慢清除相。,然后再取曲线前部若干点分别减去反向沿长到t=0直线上的相应的点，将相减的残数点（曲线点减去相对应的直线点）在同一坐标上再次直线回归，这条直线称为快清除相，同样方法可求出A01及K1值。求得：血浆 A01=136 A02=10；（dpm/pmol）K1=0.129/min K2=0.022/min 参数求解（包括b库）：P162-163,输入示踪剂总活度 D（dp

24、m）1）初始库大小Pa=-A01+A02(dpm/mmol)2）表观分布容积V=Pa/Ca（为示踪剂浓度mol/ml可通过RIA测得）表现分布密积含意：指给药量与血药浓度相互关系的一个比例数，它不具直接生理意义，多数情况下不涉及真正的容积，其数值大小可表示该药物的特征，通常反映药物在组织器官中分布情况的大体概念，是药物的一个特征参数。,3）更新速率常数K：处于动态平衡时：Kaa、kbb(a、b库更新速率常数)的计算通过微分方程和采用Laplace变换得如下公式：Pa Kaa=-(A01K1+A02K2)D Pa Kbb=-(A01K2+A02K1)D P 164（式61922）4）其它动物学参数及当现有的生物学知识尚不能确定系统内部结构而采用非代谢区分析法，不做要求，P152。,