生物材料检测

生物材料检测一、基本术语•生物材料是生物体的体液(血液)、排泄物(尿液、呼出气)、毛发和试验动物脏器组织的总称。•生物材料检验是研究生物材料中化学物质或其代谢产物或生物化学指标的分析测定方法的科学。•生物监测是指定期(有计划)地检测人体生物材料中化学物质或其代谢产物的含量或由它们所导致的无害生物效应水平，以评价人体接触化学物质的程度及对健康的影响。•正常值是指正常人(无明显肝、肾及血液系统疾病，无职业有害因素接触史)的生物样品中某种成分的含量或生化指标值。常通过对某地区的正常人抽样调查所得结果进行统计分析，取95%上限值(职业接触只引起升高的时候)或97.5%上下限之间值(过高或过低均有一定的危害的时候)。•生物接触限值是为保护作业人员健康，对生物材料(尿、血、呼出气)中污染物或其代谢产物所规定的最高容许浓度，或某些生物效应指标改变所容许的范围。其值相当于健康工人吸入或接触最高容许浓度的毒物时，生物材料中被测物的水平。二、生物材料检验的意义•为职业中毒诊断和治疗效果观察提供重要的参考指标，为地方病和营养素缺乏病的诊断防治提供依据，亦为制订卫生标准、正常值或生物接触限值提供资料。三、生物材料检验指标及选择•1．生物材料检验指标生物材料检验指标主要有以下三个方面：•(1)生物材料中化学物质的检验：如尿中Pb、Hg、Cd、Cr、Ni、V、Se、As、F、I、五氯酚、杀虫脒的检验，血中Pb、Cr、Se、Zn、Cu、Fe、Ca、Mg的检验，呼出气中苯、甲苯、氯乙烯、三氯乙烯等的检验；•(2)生物材料中化学物质代谢产物的检验：化学物质进入机体后，在体内被吸收、代谢产生代谢产物，需要对生物材料中某些代谢产物进行检验。如尿中酚、马尿酸、甲基马尿酸、硫撑双乙酸、三氯乙酸的检验，血中25-羟维生素D3，1,25-二羟维生素D3的测定等。•(3)生物效应指标的检验：化学物质进入机体后，在体内引起某些生化、生理行为或其他方面的改变。可以选择适当的效应指标作为接触有毒物质的检测指标。如铅吸收或铅中毒时，尿中d-氨基乙酰丙酸(d-ALA)↑、红细胞中游离原卟啉(FEP)↑、血中锌原卟啉(ZPP)↑；有机磷农药中毒时，全血胆碱酯酶活性降低。2．生物材料检验指标的选择原则•以化学物质的代谢动力学和监测目的为基础，根据其在体内的吸收、分布、代谢和排泄情况选择指标，要求所选择的指标有一定的特异性和灵敏度，与接触剂量有较好的相关关系。四、生物材料检验结果的判定•目前多采用与正常值或生物接触限值相比较进行判定。•由于受地理条件、环境污染情况及不同测定方法结果间差异等因素的影响，同一成分的正常值可因地区、方法的不同而不同。因此，在选用正常值时，应注意所采用的测定方法和地区差异。•某些成分的含量除受职业接触的影响外，还与受检者的年龄、性别、生理状态、饮食和用药情况等因素有关，判定结果时应加以注意。五、生物样品的收集和保存•生物样品的采集和保存是整个生物材料检验的重要操作步骤，必须注意选择适当的生物样品种类和采样时间，使生物材料检验的结果能反映真实情况；采用正确的采样和保存方法，防止样品在采样、运输及保存过程中变质、受污染，待测成分损失，保证测定结果准确可靠。1．样品的种类•生物样品的种类较多，尿液、血液、呼出气、胃液、胆汁、汗液、唾液、乳汁、粪便、毛发、指甲、骨以及动物脏器组织等均可作为不同检验目的的样品。•在选择生物材料的种类时，要求：•(1)选用的生物材料中被测物的浓度与环境接触水平、或与健康效应有剂量反应关系；•(2)样品和待测成分(指标)足够稳定以便于运输和保存；(3)采集生物样品对人体无损害，能为受检者所接受。目前用得最多的生物材料是尿液，其次是血液和呼出气。头发生长非常缓慢，所采集的样品实际上是不同时期的混合样，因此，其测定值与接触剂量的关系无法确定，这就失去了作为生物监测样品的意义，主要用作代谢极慢金属的定性检验。2．样品的采集和保存•(1)采样时间：在很多情况下，生物材料中待测物的浓度会随时间的伸延而变化，变化的快慢与物质在体内的代谢过程有关。半衰期短(几分钟~几小时)的待测物在各种组织中的水平变化很快，因此对采用时间有严格规定；半衰期长(几十小时以上)的毒物或代谢产物，它们在各种组织中的浓度反映较长时间的接触程度，所以对采样时间的限制就不必太严格。•班前：进入工作岗位前1h•班中：开始工作后2h至下班前1h•班末：下班前1h之内•班后：下班后1h之内(2)采样环境•采样时，工人应离开生产岗位，脱去工作服，洗净手、脸及取样部位，在清洁、无污染的场所取样。(3)采样用的容器•根据待测成分、样品种类及保存条件选择容器。对无机金属化合物，可选用高压聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、石英、硬质玻璃等材料制成的容器，在采样前，将容器用酸液浸泡24h，洗净晾干；如测定有机化合物，采样用的容器应选用玻璃或聚乙烯制品，避免使用橡胶和添加有染料的制品。(4)样品的保存•采得的样品应尽快分析测定。在样品贮存及运输时，除要防止样品变质、不引进干扰物质外，还要避免样品中待测物质的挥发和在容器上吸留损失。样品的保存方法要与分析方法相配合。尿样一般在4℃下可保存2周，在-20℃下一般至少可保存2月。所有样品最好是在冷藏条件下运输及保存。注意需要冷冻保存的样品，不宜用玻璃瓶盛装，以免冻裂。(5)采样记录•采样后应立即填写采样记录，填写的项目应包括：样品的编号，受试者的姓名、性别、年龄、工种、职业史、个人生活习惯饮食、饮酒、吸烟等，采样时间、地点、环境、方法，采样人等。同时在样品瓶是贴上标签。六、常见检验样品（一）尿样•多数物质及其代谢产物在尿中的含量与其在血中的浓度有较好的相关，尿中的含量可以较好的反映血液中物质及其代谢产物的浓度，尿样收集比较方便，因此，常采用尿液进行检验。为使收集的尿样具有代表性，使分析结果能较好地反映实际情况，用尿液作为生物监测样品时须注意以下几点：1．尿样的收集•(1)某些物质随尿液排出无规律性，一日间不同时间尿中排出的量波动较大，在实际工作中，可根据测定目的、要求和条件，收集随机尿样、晨尿或全天(24小时)尿样进行分析；l随机尿样：收取方便，但由于尿中待测物的浓度波动较大，分析结果往往不能反映实际情况；l24小时尿样：收集全天24小时尿液混匀后，取适量进行分析，计算时以24小时排出某成分的总量计，故所得结果不受某些成分排出无规律的影响，也不受饮水和排汗的影响，但收集24小时尿样较麻烦，在夏天尿样易腐败；l晨尿：收集受检者早晨起床后的第一次尿样进行分析，对多数测定能反映实际情况，收集方便，应用最多。•(2)某些有毒有害物质的排泄速度快，当停止接触后，尿中被检物质的含量显著降低，欲了解机体接触该物质的情况，宜在工作班前、班中、班末或班后分别留取尿样进行分析。2．尿样的保存•通常将随机一次尿样或晨尿收集于清洗干净的500m1硬质玻璃瓶或聚乙烯塑料瓶中；24小时尿样收集于清洁的2L硬质玻璃瓶中。•尿样的保存应根据测定项目选择条件，若测定金属元素如铅、汞等的尿样，可在1L尿样中加入5ml硝酸，以防腐，防止金属盐类沉淀、汞挥发及容器壁吸附，收集尿样后如不能及时分析，应将尿样贮于冰箱内，并根据需要加入适当试剂以增加待测成分的稳定性。3．测定结果的校正•尿中待测成分的测定结果一般以mg/L表示，但这种结果表示方法易受排尿量的影响，排尿量又与饮水量和排汗量有关，为了减少饮水量和排汗量的影响，使一次尿样和24小时尿样的结果较接近，需对测定结果进行校正。校正方法有比重校正法和肌酐校正法两种。•(1)比重校正法：将尿中被测物浓度校正为标准比重(我国规定尿样的标准比重为1.020))下的浓度，校正公式为：KCdCC000.1000.1020.1＝校式中C校--经校正后尿中待测成分的浓度(mg/L)；C--测得的尿中待测成分的浓度(mg/L)；1.020--为我国采用的尿的标准比重；’d--实际测得的尿样比重；K--校正尿比重到1.020的系数。(2)肌酐校正法在一般情况下饮食、饮水量和利尿剂对肌酐的排出率没有太大影响，健康人一天排尿所排出的肌酐量变化很小，一般在1．8g左右。因此，可用经尿液排出1g肌酐所相应的待测成分的量来表示尿中待测物的浓度或经尿液排出1.8g肌酐所相应的待测成分的量来代表全天尿中待测成分的含量。校正公式为：(g/L)mg/Lmg/g肌酐浓度实测浓度肌酐尿中待测成分浓度)()(g/d(g/L)mg/Lmg/d8.1)()(肌酐浓度实测浓度尿中待测成分浓度（二）、血液1.血作为生物检测样品•毒物无论从何种途径进入机体内，都要被吸收入血液，然后分布全身各器官或被解毒代谢、或排出体外，检测血液中毒物或其代谢产物的浓度可反映机体接触该毒物的程度，并与体内毒物吸收的量呈正相关。血样有待测成分的含量较稳定，个体差异小，取样污染机会少，不受肾功能影响等优点。因此，测定血液中毒物或代谢产物的含量更有意义。但静脉取血手续烦琐，受检者不易接受，在实际工作中，血样不如尿样应用普遍。近年来，随着分析技术的不断发展，方法灵敏度的提高，减少了血样的用量，以耳垂取血代替静脉取血，既易为受检者所接受，也给采血工作带来了方便。2.血样的采集和采样注意事项•血样可用全血、血浆或血清。•全血：用注射器或取血管采集血液注入有抗凝剂的试管中，轻轻转动使血液与抗凝剂充分混匀。•血浆和红细胞：将血液缓慢注入有抗凝剂的试管中，室温下放置或离心，分离后的上清液即为血浆，沉淀的红色部分为红细胞。•血清：将血液缓慢注入干燥试管中，室温下放置15~30min，离心，分离后的上清液即为血清。•在采集静脉血时要避免污染，防止溶血，对采血部位的皮肤应先用水洗净。采集末梢血时，不得用力挤压采血部位，要尽量让其自然流出，并弃去第一滴血，避免因组织液渗出将血液稀释。（三）、呼出气1.呼出气作为生物检测样品•挥发性毒物经呼吸道进人机体后，在肺泡气与肺部血液之间达到血气两相平衡，即挥发性物质在肺泡气相的分压和在肺末端毛细血管血液中的分压是相等的。因此，对呼出气或肺泡气中挥发性物质进行分析，可反映人体的摄入水平和环境空气中的水平。•呼出气作为评价接触挥发性化学物质的生物监测样品，其优点是样品收集方便，可以连续采样，样品中干扰物质少，易为受试者所接受。•呼出气样品有混合呼出气和终末呼出气两种。尽力吸气后用最大力量呼气至不能再呼气为止所呼出的全部呼出气为混合呼出气；先尽力吸气，在平和呼气后，再尽力呼气至不能呼气为止的最后一段呼出气为终末呼出气。2.样品的采集•(1)采样袋或注射器直接采样法，操作简便，适用于高含量样品，所采样品不便保存。•(2)活性炭吸附管在低温下吸附采样法，采样过程中待测物质被吸附而浓集在活性炭上，适用于较低含量样品，所采样品可以保存1周。3.采集呼出气时注意事项•(1)所用的采样器对被测物的吸附小，在室温下的密封性好；•(2)从挥发性物质的呼吸排出曲线可以看出，在停止接触后，呼出气中物质的量(肺排泄率)与脱离接触后的时间呈指数关系，也就是初始肺排泄率很高，随脱离接触后时间的延长而迅速下降，因此应在接触期间或接触后短期内采样。七生物样品的预处理•生物样品的成分复杂，在分析前需对样品进行适当的预处理，以除去杂质，浓集待测成分，分离或消除干扰物质。在测定金属和非金属成分时，需将样品经过无机化处理，使其中的有机物完全破坏，待测成分转变成为某一价态；当待测成分与干扰成分共存时，或待测成分的含量较低时，需通过溶剂萃取、挥发和蒸馏、共沉淀或采取固相萃取等方法将待测成分与干扰物质相分离，达到分离、净化和浓缩的目的。（一）、无机化方法•破坏生物样品中有机物的方法有湿消化法和干灰化法，可根据样品及待测元素的性质选用。1.湿消化法•用强氧化性酸和其他氧化剂，结合加热，使样品中所有有机物破坏，待测成分变成易溶的盐类。常用的氧化性酸有硝酸、硫酸和高氯酸，氧化剂有高锰酸钾和过氧化氢等。•(1)硝酸-高氯酸法：氧化能力强，反应速度快，消化温度低，挥发损失小。由于硝酸和高氯酸的沸点均较低，过量的酸液容易挥发除去。•(2