国外用体内X射线荧光技术对人体骨铅含量研究的概况

国外用体内X射线荧光技术对人体骨铅含量研究的概况 国外用体内X射线荧光技术对人体骨铅含 量研究的概况 第23卷 V01.23 第3期 NO.3 微量元素与健康研究 StudiesofTraceElementsandHealth 2006年5月 May2006 国外用体内X射线荧光技术对人体 骨铅含量研究的概况 陈建军,罗贤清,韩鹤友,易伟松,王海婴 (华中农业大学理学院应用物理系,武汉430070) 摘要:通过介绍国外人体骨铅测量的历史背景,多种器官铅含量的对比以及体内x射线荧光技术(Invivo XRF)测定骨铅研究的近期发展状况,探讨人体骨铅含量体内X射线荧光非损伤性测定的重要意义. 关键词:骨铅;体内X射线荧光;非损伤性 中图分类号:R336文献标识码:A文章编号:1005—5320(2006)03—0043—03 TheGeneralSituationofOverseasResearchonInvivoXRFTestingBoneLeadContent qJng,HANHe—you,etal CHENJian—jurl,LUOXian— (ScienceCollege,Hua~mngAgricultureUrs,Wuhan430070,China) Abstract:Throughtheintroductionofhistoryofboneleadtesting,comparisonofvariousappa ratusleadcontentandthelatestsituation ofresearchonInvivoXRFtestingbonelead.ThispaperdiscussedthesignificanceofInvivoX RFnon—Invasivetestingbonelead content. KeyWords:BoneLead;InvivoXRF;Non—Invasive 目前国际上(包括中国)通常执行检测人体静脉血铅含 量作为确定人体铅中毒健康监护指标(血铅含量<100gg/L 作为铅中毒的下限值…).这是由于科学技术发展过程中的 历史原因,实际上现在部分科技发达国家已把血铅和骨铅测 量作为两种监测指标同时提出来,比较并认为骨铅具有更重 要的意义J. 1人体铅中毒生物学监测指标——血铅与骨铅 骨铅(bone—Pb)与血铅对时间的积分有(atime— integratedbloodPb—CBLI)强烈正相关关系'3J.如判断铅中 毒的效果可以用骨铅和血铅指标相比较.Markowitz对2叭 例中度铅中毒,驱铅试验阳性儿童在相隔7周所作的研究 明,接受螯合治疗的儿童骨铅,血铅比未治疗儿童分别降低 40g,47t~g/L.然而,研究发现上述这些变化是不均匀 的,初始铅水平较高的儿童降低最大,而初始水平低的儿童 降低最少.当对初始水平进行对照分析或对初始水平进行 分组对比分析时,发现治疗儿童和非治疗儿童之间的差异就 不再显着.Rosen利用144例铅中毒儿童的骨铅和血铅数据 对驱铅试验结果进行了统计,发现当骨铅值高于中位值(1l g)和血铅浓度?350g/L(1.69lgmol/L)时,预告的驱铅 试验阳性率均为83%,但当考虑儿童年龄因素后,用LXRF 测定的骨铅值预告的驱铅试验阳性儿童可达89%.血铅仅 收稿日期:2005一l2—03 作者简介:陈建军(1978一),男,硕士,研究方向:生物光电检测 及智能化. 反映近期铅接触的情况,而骨铅反映铅在体内的蓄积作用. 血铅并不能有意义地作为铅毒代动力学的一个参数.铅在 血液中停留的时间很短,血铅水平仅反映最近30--45d内铅 接触情况,而且血铅水平无法反映靶组织中铅的浓度.此 外,血铅水平也并不反映体内实际铅负荷.事实上,铅进入 体内后大部分沉积于骨骼中,儿童的铅体负荷中80%,90% 蓄积在骨骼中,成人则占90%,95%以上C4-6].另一方面, 当铅污染处于稳定状态时血铅维持恒定,而骨铅含量持续增 长,一旦铅污染停止,血铅的值下降,而骨铅值却会仍然上 涨.因为血液中铅的半衰期大约1个月,而骨骼中铅的半衰 期达到几年至几十年.所以,骨铅密度能反映以往整个生命 历程中铅蓄积的情况. 血铅与骨铅的动力学关系,反映骨铅是人体内源性中毒 的库源.从动态观点看,骨骼是机体内最重要的铅贮存库, 而铅在骨骼与血液之间的动力学过程亦十分复杂,诸多影响 因素尚未被阐明.美国等发达国家在近20年对铅污染的治 理上取得了巨大的成绩,产生了明显的社会效益和经济效 益,其居民的血铅浓度明显下降.近l0年来,他们又开始注 意骨铅含量与铅毒性的关系及内源性铅中毒——即骨铅动 员对机体的影响. 因此,骨铅能更准确地评价人铅中毒程度的生物学指 标,骨铅的非损伤性测量的研究现已成为世界铅中毒研究的 焦点[. 2骨铅测量的历史背景 最早由Ahlgren等8于1976年完成人体手指中铅含量 ? 43? 第23卷 Vol_23 第3期 NO.3 微量元素与健康研究 StudiesofTraceElementsandHealth 2006年5月 May2006 的测量.他们采用【作为激发源,用7射线90.方向散射 测量K系列x射线,即记录指骨铅激发后放出的特征x射 线,利用高纯锗探测器探测并用多道能谱分析仪得到骨中铅 的含量.后来有人选择特殊x射线管产生高通量偏振x射 线完成过骨铅的分析[.通过多人深入研究发现由mCA放 射性核素源测量人腿胫骨中铅含量的精确度会有一个较大 的提高". 采用109CA作为激发源的技术,由SomervaiUe等"最先 报道,激发源为mCd放出的88keV的7射线,采用背散射的 几何条件,检测铅的K层X射线,得到胫骨或跟骨部位的骨 铅含量.采用这两种不同源激发的方法的两组科学家合作 对体内不同部位的骨铅值进行了比较研究.若测量精度以 一 个差?18来表示,三个部位的测量结果中,对胫骨测 量的精度最高,为?7.4ttgPb/g骨矿质(骨盐),测量跟骨的 精度为?16.6gPb/g骨矿质,而测量指骨的精度最低,为? 25.0"gPb/g骨矿质.测量时辐射对人体的有效剂量当量都 很低,测量跟骨和胫骨只有3,5t~Sv,而测量指骨则更低,仅 0.1ttSv. 用'.Cd源88.0keV7光子激发K层x射线,Ka,K日处 在康普顿散射高能斜坡上,提高音噪比,同时可以利用相干 散射(即弹性散射)峰作为归一化标准.因此对胫骨的测量 得到广泛的应用.经过不断的改进,这一方法已比较完 '.cd源激发的K 善,mcd广泛应用于各地.例如,建立的 层x荧光体内测量骨铅系统,采用了对相干散射归一化的计 算方法,对不同人群铅含量进行了多方面的测试和比较_l. 但是,近期加拿大科学家JoanneM等人提出用源Co辐射源 作体内x射线荧光分析人体指骨铅含量的测量至少有三个 优点:其一是受测试体所接受的放射性剂量可以显着地减 少,其二是可以不必要转运庞大的附加设备为不同地区职业 病人群进行检测,其三也可利用相干散射归一法,免去用x 射线影象来决定骨截面_l引. 3体内X射线荧光技术测铅研究技术的近期发展状况 体内X射线分析技术是一种借助被激发的特征x射线 来识别原子种类的高技术.当外界7射线(或偏振x射线) 射人体内骨骼中的铅元素时,铅原子处于"激发态",逸出电 子,而外层电子就会自动向内层跳去,填补这个空位,从而发 射出一定能量的特征x射线(K系列或L系列谱),又叫x射 线荧光.X射线荧光的波长取决于铅元素的特性,X射线荧 光的能量与铅元素的含量相关,根据骨骼被激发的X射线荧 光的强度,能测出其中铅元素的含量,这叫做体内X射线荧 光分析技术(InVivoXRF).X荧光体内测量骨铅浓度的方 法在最近的二十多年中得到了迅速的发展,世界上许多国家 的实验室纷纷建立了这种体内测量系统_l. 体内测量骨铅浓度的x荧光分析技术在深人研究铅对 健康的危害中得到广泛的应用[18.193.并且,体内X射线荧 光技术测量精度(最小探测限MDL)已提高,上世纪80年代 小于20t~gPb/gbone,到20世纪初MDL为10gPb/gbone, 2004年已达到2,3gPb/gbone.其研究对象既有测量腿 部胫骨内的铅,也有测量手指骨内的铅,前者放射性核素运 用的活化截面积大,测量灵敏度高;后者人体接受放射性剂 ? 44? 量少.放射性剂量减少体现在,源强最初100,200mCi,现 已发展到20,50mCi,甚至2,3mCi. 利用先进的蒙托卡洛模拟码,提高测量准确度和精度. InVivoXRF在样品无损伤分析中的关键技术就是如何配制 与待测样品在化学组成和物理形状上相同或相近的准备样 品.由于待测样品各种各样,成分复杂,形态各异,很难通过 实验手段实现.蒙托卡洛方法具有能够逼真地描述具有随 机性质的事物的特点及物理实验过程,受几何条件限制少, 收敛速度与问题的维数无关,能够同时计算多个和多个 未知量,误差容易确定,程序结构简单且容易实现等优点,可 以很方便地解决这一难题.国内外许多研究者在方法的探 讨上,曾经把蒙托卡洛方法应用于InVivoXRF中,且都对各 模拟过程的散射增强影响给出了定量估计. 4应用前景 国内至今未见有关体内x射线荧光技术测定人体指骨 铅密度的报道,国外也多处于实验研究阶段.用体内x射线 荧光技术对人体指骨铅密度研究中,人体接受放射性剂量 少.设备易于小型化,便于非放射性专业人员应用,开发成小 型医疗检测仪器,将会在国内有广泛应用价值,带来很大的 经济效益和社会效益. 参考文献: [1]中国.GB11504—89.职业性慢性铅中毒诊断标准及处 理原则. [2]IngeTell,LillianJ,etal,"chelatedleadandbonelead", ScandJ.workEnviron.Health,1992,18:113—119. [3]BorjessonJ,etal"Invivomeasurementofleadinfingerbone inactiveandretired1cadsmelters",INT,ARCH.ocCUP. ENVIR0N.HEALTH.1997.69/2(97—105). [4]ChengY,SchwartzJ,SparrowD,eta1.Boneleadandblood lcadlevelsinrelationtObaselinebloodpressureandthe prospectivedevelopmentofhypertension:thenormative agingstudy.AmJEpidemiol,2001,153:164—171. [5]SchroederHA,TiptonIH.Thehumanbodyburdenoflead. ArchEnvironHealth1968.17:965—978. 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(上接41页)范围内,体系的荧光强度最大且恒定,故本实验 选用pH7.8的KH2PO4一NaOH缓冲溶液为反应介质,其用 量为4.0ml. 3吖啶橙(A0)浓度的影响 结果表明,当AO溶液用量在2.0,3.0ml,荧光强度最 大且稳定,选用的AO溶液用量为2.5ml. 4表面活性剂的选择及用量 为了提高荧光分析的灵敏度,试验了多种表面活性剂 OP,CTMAc,DBS,CPC,sDS,Tween80和Tween20等对体系 的影响.结果表明,反应体系中SDS,DBS和Tween20均可 使荧光强度增大,其中SDS具有明显的增敏增稳作用.当 SDS溶液用量为1.5,2.5ml时,体系反应灵敏度最大且稳 定不变,故本实验选用SDS溶液用量为2.0ml. 5反应温度及时间的影响 本实验在15,6012温度范围内进行反应温度影响试验. 结果表明:在室温下AF达到最大值且稳定.反应时间试验 结果显示:在0,12min之间AF随反应时间的延长而迅速 增大,当反应时间达到12min时AF达最大值且体系荧光强 度稳定在3h内不变.故本实验选择实验温度为室温,反应 时间为12min后进行测定. 6标准曲线,方法检出限 按选定的最佳条件绘制标准曲线,可知汞在0,200"g/ L范围内与?F有良好的线性关系.线性回归方程为:AF =37.9+27.8CP(~g/lOm1),相关系数为0.9992.以11次 试验的空白样品测定值的标准偏差值的3倍除以斜率计算 检出限,得到该方法的检出限为2.47X10,g/ml. 7共存离子的影响 按实验方法对1/*gHg(?)进行测定,以相对误差小于 ?5%计,其共存离子的允许量(倍数)为:?,cr,Mn2, Pb(?)(200),Nin,CdH,Co2(150),Fe3,Ti(?),Ca (100),PtH,W(I/I),Mo(I/I),Sn,Zn2,Cu2(?)(40), sb",M(30). 分析应用 取1L环境水样,加人1mol/L硫酸10ml,摇匀,放置片 刻.以5ml/min流速通过装有预先润湿的巯基棉交换管,待 流完后用水约20ml淋洗巯基棉管后,取下巯基棉管用电吹 风吹干,用6ml硫酸一高锰酸钾(0.5%)溶液分3次(3,2,1 m1)洗脱巯基棉中被吸附的汞,流速为2ml/min;洗液并于25 ml比色管中,置沸水浴中煮沸5min,取出加盐酸羟胺除去剩 余的高锰酸钾,加水至10ml,放置30min.用新建方法进行 测定,结果见表1. 表1水样中rig(1I)的测定结果(=5) 注:*样品加标后处理 参考文献: [1]郁飞,于铁力.巯基棉富集一氢化物原子荧光法测定 地下水中超痕量铅汞[J].光谱学与光谱分析,2000,20 (6):808—900. 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