3放射性核素示踪技术与脏器显像

放射性核素示踪技术与脏器显像Forewordofradionuclidetracingtechnique所谓示踪（tracing），就是显示特定物质的行踪。在难以用直接检测的方法观察生物活性分子在生物体系中的动态变化时，通常需要在生物活性分子上引入示踪剂，通过对示踪剂的检测，间接反映生物活性分子的代谢规律，这就是示踪技术。示踪剂（tracer）是为观察、研究和测量某物质在指定过程中的行为或性质而加入的一种标记物。常见的示踪剂有放射性核素示踪剂、稳定性核素示踪剂、酶标示踪剂、荧光标记示踪剂、自旋标记示踪剂等。Definitionofradionuclidetracingtechnique放射性核素示踪技术（radionuclidetracingtechnique）是以放射性核素或其标记化合物为示踪剂，应用射线探测方法来检测它的行踪，以研究示踪剂在生物体系或外界环境中的客观存在及其变化规律的一类核医学技术。放射性核素示踪技术是核医学领域中最重要的和最基本的核技术，同时又是放射性核素在医学和生物学中应用的方法学基础。放射性核素示踪技术在农业、水产、石油、化工、冶金等领域也有广泛应用。Hevesy-ThefatherofexperimentalnuclearmedicineGeorgedeHevesy，匈牙利化学家，同位素示踪技术的创立者首先用天然放射性铅(212Pb)研究铅盐在豆科植物内的分布和转移（1923）利用32P进行老鼠体内磷代谢状态研究，提出骨骼的的形成是动态而非静态的观点（1935）1943年获诺贝尔化学奖被誉为“基础核医学之父”Blumgart-ThefatherofclinicalnuclearmedicineHerrmanL.Blumgart，美国Boston医院内科医师第一次将示踪技术（放射性氡）应用于人体的循环时间研究（1926）进行了多项临床研究，如肺循环时间测定、肺血流量测定等被誉为“临床核医学之父”Landmarkinthehistoryofradionuclidetracingtechnique1952年，美国冷泉港卡内基遗传学实验室科学家AlfredHershey和MarthaChase使用35S和32P双标记噬菌体感染实验，证明DNA是遗传信息的载体。Hershey1969年获诺贝尔生理学和医学奖LandmarkinthehistoryofradionuclidetracingtechniqueFrederickSanger，英国生物化学家完成第一个蛋白质的全序列分析（1955）1958年获诺贝尔化学奖将放射性示踪技术引入RNA和DNA的序列分析，成功地建立了链末端终止法，完成了人线粒体DNA全序列分析（1977）1980年获诺贝尔化学奖Principiumofradionuclidetracingtechnique根据研究的需要，选择适当的放射性核素标记到待研究物质的分子结构上，将其引入生物机体或生物体系之后，标记物将参与代谢及转化过程。由于放射性核素标记化合物与被研究的非标记化合物具有相同的化学性质和生物学行为，通过检测标记物发出的核射线，并且对所获得数据进行处理分析，可间接了解被研究物质在生物机体或生物体系中的动态变化规律，从而得到定性、定量及定位结果，结合研究目的做出客观评价。Principiumofradionuclidetracingtechnique1.标记物与非标记物的同一性放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化学及生物学性质。125I-MIBGPrincipiumofradionuclidetracingtechnique用放射性同位素制备示踪剂是最理想的方法实验核医学中常用的放射性核素有3H，14C等，临床核医学中常用的有131I，59Fe等，PET常用的有11C，13N，15O等。最常用的是核素化学合成法和络合物形成法常用放射性核素有131I、125I、99mTc、111In、18F、188Re等。Principiumofradionuclidetracingtechnique酪氨酸的碘标记DTPA双金属螯合物Principiumofradionuclidetracingtechnique2.放射性核素的可测量性放射性核素及其标记化合物可发出各种不同的射线，且能够被放射性探测仪器所测定或被感光材料所记录，从而进行精确的定性、定量及定位测量和研究。PrincipiumofradionuclidetracingtechniqueAction:放射性核素示踪剂在体内的生物学行为主要取决于被标记物，而其放射性核素只是在示踪剂的代谢转化过程中发出射线，起到示踪的作用。相同的核素标记在不同的化合物上，表现出来的体内代谢过程和生物学行为可完全不同，而不同的核素标记在相同的化合物上，其生物学行为不会发生改变。99mTcO4—、99mTc-ECD、99mTc-MIBI99mTc-DMSA、113mIn-DMSACommontypeofradionuclidetracingtechnique体内（invivo）物质吸收、分布及排泄放射性核素稀释法放射自显影技术放射性核素功能测定放射性核素显像技术radionuclidetracingtechnique体外（invitro）物质代谢与转化的示踪细胞动力学分析活化分析体外放射分析Commontypeofradionuclidetracingtechnique1.Invivotracingtechnique体内示踪技术又称在体示踪技术，它是以完整的生物机体作为研究主体，用于研究被标记的化学分子在生物系统中的吸收、分布、代谢及排泄过等体内过程的定性、定量及定位动态变化规律。体内示踪技术都是建立在动力学分析的基础之上。Commontypeofradionuclidetracingtechnique物质吸收、分布及排泄的示踪研究各种物质（包括生理性物质和药物等）进入体内后，一般都要经过消化、吸收、分布、转化以及排泄等过程。放射性核素示踪技术对了解物质在活体内的动态变化规律、各种因素对物质体内代谢过程的影响，以及在疾病状态下的异常改变等，均可提供最有效的方法和手段。物质的吸收、分布和排泄示踪研究常用于药物的药理学、药效学和毒理学研究，对药物的筛选、给药途径和剂型选择等方面都具有重要的价值。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：Schilling试验（VitB12吸收试验）原理：正常情况在内因子的参与下，VitB12被回肠吸收，并被转运贮存于肝脏等组织内进行缓慢代谢。如果肠外给予大剂量的VitB12造成体内的贮存量饱和，则过剩的VitB12将由小便排出。方法：受检者禁食12h后，口服57Co-VitB12（0.5μCi/1μg），2~6h后肌肉注射非放射性VitB121mg以饱和血浆的转运蛋白。分别收集0~24h和24~48h的全部小便，计算24h尿内57Co-VitB12百分数。结果判断：10%为正常；5%提示吸收异常。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：分布试验（显像法）荷A549肺癌裸鼠的99mTc-HYNIC-TOCA显像显像时间及肿瘤/对侧（T/C）放射性比值30minT/C=3.5660minT/C=3.96120minT/C=6.08240minT/C=6.96360minT/C=4.40480minT/C=2.89Commontypeofradionuclidetracingtechnique放射性核素稀释法根据化学物质在稀释前后质量相等的原理，利用已知比放射性（或放射浓度）和重量（或容量）的放射性示踪剂，加到一个未知重量或容量的同质体系中，放射性示踪剂将被稀释，其比放射性或放射性浓度下降的程度与其被稀释的程度相关。放射性核素稀释法比一般化学分析方法简单，灵敏度高，广泛地用于研究人体各种成分的重量或容量，如测定身体总水量、全身血容量、细胞外液量、可交换钠量和可交换钾量等。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：红细胞容量测定原理：六价51Cr能穿透红细胞膜，与血红蛋白的珠蛋白相结合，成为51Cr-RBC，静脉注射后10~15min内即可与循环血液完全混匀。S1·m1=S2·（m1+m2）方法：将标准样品和血样品制备后进行放射性测量，并按以下公式计算红细胞容量：Commontypeofradionuclidetracingtechnique放射自显影技术（autoradiography，ARG）是根据放射性核素的示踪原理和射线能使感光材料感光的特性，借助光学摄影术来检查及记录被研究样品中放射性示踪剂分布状态的一种核技术。根据观察范围和分辨率不同，可分为三类：宏观自显影（macroscopicARG）光镜自显影（lightmicroscopicARG）电镜自显影（electronmicroscopicARG）Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：宏观自显影（macroscopicARG）孕鼠静脉注射58Co-VitB12后4h的整体纵切片，显示除某些脏器外，胎鼠也有放射性聚集。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：光镜自显影（lightmicroscopicARG）小鼠腹腔液推片，油镜下可见巨噬细胞有大量15天前注射的3H标记抗原，其他三个核是嗜酸性细胞的核，显示有明显化学趋化现象。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：电镜自显影（electronmicroscopicARG）大鼠淋巴结在3H-放线菌素中浸泡1h后制成超薄切片，显示银颗粒都在细胞核上。×6600Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：棉酚的研究棉酚是我国1960’s年代研制的世界上第一个男性避孕药物，放射自显影技术为棉酚的药理研究提供了直接的帮助。用14C-赖氨酸、亮氨酸和精氨酸大鼠睾丸放射自显影证实，精子细胞和精母细胞是最早出现损伤和破坏最严重的棉酚敏感靶细胞，而精原细胞则为较不敏感的生精细胞。14C-棉酚全身放射自显影证实，棉酚在体内是通过肝-胆-粪的代谢排泄途径降解。精子线粒体对14C-棉酚有很高的亲和力，定位于线粒体内外膜及嵴突中的呼吸链酶系、氧化磷酸化和能源转化酶系。Commontypeofradionuclidetracingtechnique放射性核素功能测定是指机体的脏器或组织的某一功能状态，通过动态观察后，能给出定量结果，为医学研究及临床诊断提供功能评价的放射性核素示踪技术。放射性药物引入机体后，动态地分布于有关脏器和组织，通过检测仪器可观察其在有关脏器中的特征性消长过程，表现为一定的曲线形式，选择适当的数学模型对曲线进行定性及定量分析，就可得到反映该脏器某一功能状态的结果并判断功能异常的性质、程度。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：肾功能测定原理：静脉注射由肾小球滤过或肾小管上皮细胞分泌而不被再吸收的放射性示踪剂，在体外以放射性探测器连续记录其滤过、分泌和排泄的过程，可用以了解两侧肾脏功能状态和上尿路排泄情况，所记录的时间-放射性曲线称为肾图。Commontypeofradionuclidetracingtechnique应用举例：甲状腺吸131碘功能测定原理：甲状腺具有选择性摄取和浓聚碘的功能，其摄取速度和数量以及碘在甲状腺的停留时间，取决于甲状腺的功能状态。Commontypeofradionuclidetracingtechnique放射性核素显像技术是利用放射性核素或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，在体外获得脏器和组织功能结构影像的一种核技术。在短时间内连续成像或在一定时间范围内多