人体生物材料监测.ppt

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1、生物材料监测,陈晓霞,人体生物材料检验的意义,环境中有害物质的评估，历来依靠环境监测，即监测空气、水、土壤和食品中有害物质的浓度来衡量其危害程度，但这只能反映环境中化学毒物的存在水平，不能准确代表人体接触后的实际情况。本世纪70年代以来,随着环境医学与环境监测研究与实践的进展,人体生物监测已逐渐形成一个新的分支,在评价环境质量及人体健康效应方面,愈加显示出它的特点及重要性。,生物监测的概念及内容,生物监测在不同科学领域有不同的定义和内容。这里所指的是劳动卫生与职业病防治领域中的生物监测，即评价工人在生产劳动过程中，接触化学物的内剂量和健康危险度。1973年世界卫生组织(WHO)，1977年欧洲

2、共同体委员会(CEC)和WHO及美国环境保护局(EPA)，1980年：CEC和美国国立职业安全与卫生研究所(NIOSH)及职业安全卫生局(0SHA)，以及1986年美国罗彻斯特大学和国际职业卫生委员会等，都为生物监测下过定义。,归纳起来，生物监测是测量接触化学物后，生物材料中该化学物或其代谢物的含量，或产生的生物效应，用以评价工人接触化学物的剂量和健康危险度。,生物监测的主要内容可分为三类,a. 测定生物材料中化学物原形的浓度。如测定血、尿中铅、汞、镉、铬、镍、砷、硒等金属和类金属元素，呼出气中苯、苯乙烯、甲苯等有机溶剂。,生物监测的主要内容可分为三类,b. 测定生物材料中化学物的代谢物。许多

3、化学物进入机体后，以不同速率在体内分布、代谢和排泄。尤其是有机化学物，经代谢转变成不同于原形的代谢物，如苯代谢成苯酚，甲苯代谢成马尿酸等，它们可以在血和尿中检出。,生物监测的主要内容可分为三类,c. 测定生物材料中因化学物的作用产生的无损性生物效应，如接触有机磷类农药后，血中胆碱酯酶活性下降；接触无机铅后，血中红细胞游离原卟啉或锌卟啉(ZPP)及尿中-氨基-酮戊酸(-ALA)的改变。当接触停止后，这种无损性效应会逐渐消失。接触化学物后，导致机体出现损害性变化，如心肺肝肾功能的改变，不用于生物监测的范围。,对于特定的化学物来说，有的可测定其原形或代谢物或生物效应，有的既可测定其原型，又可测定其代

4、谢物或生物效应。例如，多数金属化合物以测定其原形为主；许多有机化合物则常常测定原形和代谢物。,生物监测指标,生物监测指标用来表示机体近期化学物的接触量，或机体累积接触量，或化学物作用在靶部位的量，或机体产生的生物效应的程度。,一种生物监测指标究竟能表达什么样的意义，决定于化学物在机体内的代谢动力学。如化学物在体内代谢快、排泄快，其半减期短(10-15小时)，则生物监测指标表示近几个小时或近几天的接触量，如血、尿中某些有机溶剂的含量。,什么是生物半减期,由于生物的代谢作用，环境污染物在机体或器官内的量减少到原有量的一半所需要的时间，又称代谢半减期或生物半衰期()同一环境污染物在不同组织器官内的消

5、除情况存在差异，因此，又可分为全身生物半减期和某一器官生物半减期。,意义,在用生物半减期评定环境污染物引起的人体健康损害和制订人体摄入量限度时，应该考虑生物半减期的个体差异。在有害物质摄入量完全相等的情况下，生物半减期长的人中毒的危险性比半减期短的人大。此外，要选择半减期的最大值作为依据。例如，制订甲基汞摄入量标准时，主要应考虑脏器特别是脑的半减期，因为甲基汞的全身半减期，并不能可靠地反映出体内某些特殊器官中汞的蓄积情况。动物实验表明，汞在脑中的生物半减期比在其他器官中长。,半减期较长(1-2个月)的化学物的生物监测指标，则表示最近几个月的接触量，加尿中汞的含量。半减期长(几个月以上)的化学物

6、的生物监测指标，则表示长期低剂量接触或累积接触量，如血液和脂肪组织中有机氯农药的含量，尿中铅、镉的含量等。,理想的生物监测指标应满足下列要求,a有特异性。生物监测指标应能反映一个或一类特定化学物的接触内剂量，如血铅可反映机体接触铅量；血中胆碱酯酶活性能反映有机磷或氨基甲酸酯类农药的接触程度，但不能反映具体品种。,理想的生物监测指标应满足下列要求,b有明确的剂量关系。即能反映化学物的内剂量与外接触量的相关关系。如血铅含量地高低与工人接触环境空气中的铅浓度有关，因此，血铅是较理想的生物监测指标。,理想的生物监测指标应满足下列要求,c有明确的效应关系。即能反映化学物的内剂量与所产生的生物效应的相关关

7、系。如ZPP和-ALA与血铅含量有相关关系。,理想的生物监测指标应满足下列要求,d. 应有足够的稳定性。作为生物监测指标的生物材料以及所含有的化学物原形或其代谢物或生物效应指标，应能在一定时间内稳定不变，以便准确测定。 e有相应的准确可靠的监测方法。,近年来，由于新的医学生物学技术的问世，生物材料中金属的监测工作有了迅速发展，特别是许多关于致癌性的金属生物监测指标已基本确立并被学者们广泛采用。对不同职业人群金属生物监测指标概括见表。,不同职业人群金属生物监测指标,作业类型 各种焊接作业 生物监测指标 金属 铬 血铬，尿铬，鼻、鼻窦组织铬 镍 红细胞镍，血浆镍，尿镍 锰 尿锰， 血清锰 外周血淋

8、巴细胞染色体畸变，姊妹染色单体交换，程序外DNA合成，外周血淋巴细胞DNA链断裂，外周血白细胞、淋巴细胞DNA-蛋白交联镍精练镍尿镍，发镍，鼻腔刷片细胞影像学分析，真活检材料癌前组织学变化，鼻活检材料p53蛋白表达，鼻、鼻窦组织铬和镍含量镍电解镍尿镍，血镍，口腔粘膜细胞微核形成,生物监测技术,生物监测技术是生物监测十分重要的组成部分，其包括样品的采集、运输、保存、处理、分析和质量保证等 。,1 采样和保存,1.1 血液 血液为生物监测最常用的生物材料之一。血液中化学物的浓度可反映机体近期接触的程度，常与机体吸收化学物的总量呈正相关。血液中含有许多能被化学物作用的成分(酶、蛋白质等)，如铅影响-

9、ALA、有机磷农药抑制胆碱脂酶、一氧化碳与血红蛋白结合为碳氧血红蛋白等。测定这些成分的变化，可间接反映化学物的内剂量和健康危险度。,1 采样和保存,此外，化学物可以不同的分配比进入血液的不同成分，有的化学物主要进入红细胞内，有的则留在血浆中。如锰、铅、锌在红细胞中的浓度远高于血浆，而钙则相反。因此，可以分别测定血液不同成分中化学物或其代谢物含量或无损性效应。但反复采血不易被受检者接受，采血量也受到一定的限制，故在实际工作中，血样不如尿样应用普遍。,血样的采集,需血量在0.1mL以下，可从指端或耳垂采集；需血量0.5mL以上，从肘部静脉采集。采血前，先将采血部位皮肤清洗消毒。在监测金属时，应先用

10、0.1mol/L HCL或HNO3清洗，再作常规处理。采血的注射器及针头等，要清洗干净和消毒。在采集金属血样时，最好用塑料针头。,血样的采集,据文献报道，用不锈钢针头采血的铬含量比用塑料针头要高出4倍。因此，采血前，应先作空白检查，选择空白低的能满足生物监测要求的针头。在需要分别测定红细胞、血浆或血清中化学物时，为防止溶血发生，采血用的针头、针管、容器要完全干燥；,血样的采集,抽完血，拔下针头后，再将血注入容器中。样品中使用的抗凝剂或防腐剂，可能带进污染，例如有些肝素中含有微量铅，在测定血铅时会造成误差。其他抗凝剂EDTA和草酸盐等也可能是金属元素的污染源。作为防腐剂的硝酸、盐酸等也可含微量金

11、属，要选择符合测定要求的防腐剂 。,血样的保存,采好的血样应放入清洁干燥的聚四氟乙烯或聚乙烯塑料管中，密封保存。在贮存过程中，必须注意避免污染和挥发、吸附等引起检测物浓度的增加和降低。通常在采样后应尽早分析。全血应加抗凝剂后于4冷暗处保存，但不宜长期保存。血浆或血清从全血中分离后，可保存在4冰箱内。如要长期保存，可置于低温冰箱中冻结或冷冻干燥。,1.2 尿,为最常用的生物监测材料。采集容易，不损伤受检者；能采集较大量的样品供测定；许多化学物经机体吸收、代谢后，经肾脏随尿排出原型或代谢物，而且排泄量可反映机体接触化学物的程度和体内的平衡状况。尿作为生物监测材料的缺点是其成分受饮食、气候、劳动强度

12、等影响较大。,尿样的采集,根据监测目的和要求，监测物的性质、代谢和生物半减期，以及所选用的监测方法，来确定尿样采集的时间、数量和保存方法。以采样时间而言，可分为采集一定时间内的全部尿液和采集某时刻的一次尿液两种。,尿样的采集,前者如收集24小时或晨尿，能较好地反映化学物的排泄量和机体的内剂量，受饮水量、出汗量等影响小，但收集较困难；后者收集比较容易，根据需要和要求，选择班中、班后、班前尿或晨尿，但测得结果受尿量的影响较大。最好同时测定尿比重或肌酐，将测定值进行校正。,尿样的采集,采集尿样的容器常用带盖的广口玻璃瓶或塑料瓶，采样前，一定要清洗干净。容器壁不应含有被测物，也不吸附被测物。采样量按测

13、定需要而定。一次尿最好收集100mL以上；以便用于测定比重或肌酐。,尿样的保存,在常温下，尿容易腐败变质，产生沉淀或细菌生长，破坏待测物，故短期保存，应放在l-4冰箱内；长期保存，则放在-20低温冰箱中。尿采集后，有时可加少量酸酸化（100+1），有时需加细菌生长抑制剂，如NaN3(5-10mg/L尿)等。,尿样浓度的校正,为减少尿量的影响，一次尿样的测定值必须进行校正。尿比重校正法是用尿比重计测量尿的比重后，用下式计算校正系数，将测得的尿中化学物或其代谢物的浓度乘以校正系数，即得校正后的浓度。,尿样浓度的校正,式中1.020为我国规定的尿样标准比重。比重低于1.010过分稀释的尿，经比重校正

14、后的浓度会出现不适当的偏高；而比重大于1.035过分浓的尿，则结果会不适当的偏低。比重低于1.010或高于1.035的尿样应弃去，重新采样测定。,尿液比重的测定有何意义?,尿比重表示尿中全部粒子的重量总和，是简单测定肾脏浓缩功能的指标。测定时以水的比重作为1，因为尿液内含有代谢产物，所以其比重应大于1。正常人24小时总尿量的比重约在10151025之间，而1天中各次尿液的比重，受饮水及出汗等因素影响，变化很大，稀释时可低至1001，浓缩时可高至1040。尿比重固定于10100003，称为等渗尿，表示浓缩与稀释功能均受损害。若测定全日各次尿比重均达不到1018时，或者全日各次尿比重差距不到000

15、8以上，均表示浓缩功能不全。,尿液比重的测定有何意义?,尿比重反映尿液内可溶性物质和水分的比例，是尿中溶解物质浓度的指标，不仅取决于尿中质点的数量，也取决于质点的密度和溶解度。尿液比重被用于度量肾脏在维持机体内环境稳定中的浓缩和稀释能力，故比重测定常作为肾功能试验之一。,尿样浓度的校正,尿肌酐校正法是在测定尿中化学物或其代谢物的同时，测定其肌酐含量，以每克或每毫摩尔肌酐相应的化学物或其代谢物的量来表示。可由下式计算： 肌酐浓度小于0.3或大于3.0gL的尿样，应重新采样测定。,什么是肌酐？,肌酐是肌肉在人体内代谢的产物，每20g肌肉代谢可产生1mg肌酐。肌酐主要由肾小球(肾脏的重要组成部分)滤

16、过排出体外。血中肌酐来自外源性和内源性两种，外源性肌酐是肉类食物在体内代谢后的产物；内源性肌酐是体内肌肉组织代谢的产物。在肉类食物摄入量稳定时身体的肌肉代谢又没有大的变化，肌酐的生成就会比较恒定。,肌酐包括血肌酐和尿肌酐 肌酐分为血清肌酐和尿肌酐两类。我们平时都把血清肌酐叫做血肌酐或简称为肌酐。,什么是血肌酐？,临床上检测血肌酐是常用的了解肾功能的主要方法之一。那么血肌酐是怎么一回事呢?内生肌酐是人体肌肉代谢的产物。在肌肉中，肌酸主要通过不可逆的非酶脱水反应缓缓地形成肌酐，再释放到血液中，随尿排泄。因此血肌酐与体内肌肉总量关系密切，不易受饮食影响。肌酐是小分子物质，可通过肾小球滤过，在肾小管内

17、很少吸收，每日体内产生的肌酐，几乎全部随尿排出，一般不受尿量影响。肾功能不全时，肌酐在体内蓄积成为对人体有害的毒素。,什么是尿肌酐?,尿肌酐检查可测定血液经肾滤过排出的肌酐含量。单独测定尿肌酐浓度对于评价肾功能很少有帮助，但与血肌酐一起测定，可作为内生肌酐清除率的必需指标。其增高可见于肢端肥大症、巨人症、糖尿病、感染、甲状腺功能减低、进食肉类、运动、摄入药物（如维生素C、左旋多巴、甲基多巴等）；尿肌酐减低见于急性或慢性肾功能不全、重度充血性心力衰竭、甲状腺功能亢进、贫血、肌营养不良、白血病、素食者，以及服用雄激素、噻嗪类药等。,尿肌酐 ：主要来自血液经过肾小球过滤后随尿液排出的肌酐 参考值0.

18、21 32mmolL 700 1500mg/L,尿中肌酐生成和排泄量非常恒定，与机体内肌肉的总量比例，食物和尿量几乎不受影响。,1.3 呼出气,呼出气中挥发性化合物(如有机溶剂等)的浓度与血中浓度有关，并与机体总的吸收量、脱离接触后的时间，以及从体内排出的速度有关。呼出气分析具有采样方便、无损伤性、受检者易于接受等特点，在国外作为职业性接触有机溶剂无损害性监测的方法而得到日益发展。,1.3 呼出气,挥发性有机溶剂吸收进入肺部，最后在肺泡气与动脉血和静脉血的分压间达到动态平衡。根据呼出气分析结果可评估接触者对有害物质的接触水平，在一定程度上可代替血液毒物分析。因而，呼出气分析研究是生物监测领域中

19、一个重要课题,呼出气的采集,呼出气的采集分为混合气和末端气(肺泡气)两种。前者包括死体积呼气，受环境空气浓度的影响；后者反映血中化学物浓度，已成为主要的采集对象。采集呼出气可用塑料袋、玻璃管等。塑料袋可收集混合气和末端气，使用方便。可根据测定的需要，选择合适的塑料袋。玻璃管主要用于采集末端气，它的两端装有阀门和取气装置，可采集末端气50-100mL。通过玻璃管吐气入塑料袋中，可以达到分段收集的目的。,呼出气的保存,采得的呼出气应尽快分析，不宜长期保存。各种化学物的保存时间，可测量衰变率来确定。,1.4 其它生物材料,毛发、指甲、唾液、牙齿、骨骼、脂肪组织、肝和肾等，在职业卫生的生物监测中应用较

20、少。有遗传毒性的监测已有人检查生殖细胞、羊水细胞、脐带血及胚胎组织等，但目前推荐的生物样品仍是尿和血。,2 分析方法,用于生物监测的分析方法，首先要满足卫生学的要求，其次应满足分析化学的要求。生物监测的受检物不少在ppm或ppb水平，加上生物材料样品量常有一定的限制，样品基体比较复杂，所以分析方法的灵敏度要高，准确度和精密度要好，还应有较好的特异性，操作不宜太复杂,2 分析方法,随着现代技术的发展，已有许多分析仪器能够满足生物监测的需要。原子吸收分光光度法、等离子体原子发射光谱法、中子活化法、新的电化学法等能很好地测定生物材料中金属和类金属。气相色谱法、高效液相色谱法等能用于有机化学物的测定。

21、其它分析技术如色-质联机、付里叶红外光谱法、X线荧光分析法以及生化方法如酶免疫法和放射免疫分析法等，越来越多地用于生物监测。,我国“七五”期间已经研制了28种化学物的54个规范化监测方法，可作为国内部分生物监测的标准方法：,尿铅的双硫腙比色法、吸附催化极谱法、原子吸收光谱法(AAS)、微分电位溶出法(DPSA)；血铅的AAS法、DPSA法；尿-ALA比色法；红细胞原卟啉的荧光法； 尿汞的双硫腙比色法、冷原子吸收法、有机汞和无机汞的分别测定方法；,尿砷的DDC-Ag比色法；氯化物发生AAS(HAAS)法；尿氟离子选择电极法；尿镉的石墨炉AAS(GFAAS)法、巯基棉富集火焰AAS(FAAS)法，

22、DPSA法；血镉的AAS法；尿铬的比色法和AAS法，血铬的AAS法；尿镍的比色法和AAS法；血镍的AAS法；尿钒的极谱法和AAS法；尿铍AAS法；尿硒的HAAS法；,碳氧血红蛋白的双波长比色法；尿中氰酸盐的比色法；呼出气中二硫化碳的气相色谱(GC)法；尿中2-硫代噻唑烷-4-羧酸(TTCA)的高效液相色谱(HPLC)法；呼出气中苯的GC法；尿酚的比色法、液晶柱GC法和FFAP柱GC法；尿马尿酸的比色法；尿马尿酸和甲基马尿酸分别测定的薄层层析法和HPLC法；尿中苯乙醇酸和苯乙醛酸的HPLC法；,尿对氨基酚的比色法和HPLC法；尿对硝基酚的比色法和HPLC法；尿硫撑双乙酸(TDGA)的GC法；尿三

23、氯乙酸的比色法；尿五氯酚的比色法和HPLC法；尿4-氨基-2，6-二硝基甲苯（4A)的GC法；尿甲醇的顶空GC（HSGC）法；尿杀虫脒及代谢物的比色法和GC法；全血胆碱酯酶活性的羟胺-FeCl3和DTNB两个比色法。,近10多年来发展起来的DNA加合物和蛋白质加合物测定，不仅可用作内剂量或生物效应剂量的标志物，而且探讨了化学物的生物标志物与毒性之间的关系，增强了对致毒、致突变和致癌机制的认识。目前检测加合物除用高效液相色谱法、气相色谱质谱联机等方法外，常用免疫分析法，包括竞争性放射免疫分析法(RIA)、酶联免疫吸附分析法(ELISA)和超敏酶促放射免疫分析法(USERLA)、荧光分析法和32P

24、后标记分析法。此外，荧光素后标记法、高效液相色谱-32P后标记-免疫分析联合法等新技术已在发展之中。,3 质量保证,质量保证应贯穿生物监测的全过程。它涉及抽样的代表性，样品的均匀性和稳定性，标准曲线的正确性，测量仪器计量性能的可靠性，实验室环境、测量程序和操作技能等均影响分析检测结果的准确度。建立一个科学、严密的质量保证体系，初理论和技术外，还有质量政策、组织机构、管理制度、经费、器材和人员培训等方面工作的配合。,3 质量保证,3.1 选择适当的采样时间 已经制订的生物监测指标，每项都明确规定了采样时间。这是根据每个化学物在体内毒代动力学的特点规定的。每次采样都应按规定时间进行，以正确评价内剂

25、量，并保证监测数据的可比性,3 质量保证,3.2 防止污染和损失 监测过程中任何污染和损失都将给测定结果造成误差和错误。在作生物材料中微量或痕量金属监测时，更要防止污染。采样和测定所用的全部用品，要经过严格的清洗和防尘存放。在样品运输和贮存过程中，要防止外来化学物的玷污、样品中水和待测物的挥发、样品的腐败变质等。在测定过程中，所用的水和各种试剂的杂质不能影响测定。,3 质量保证,3.3 使用规范化的监测方法 使用规范化的监测方法是获得准确监测结果的重要保证之一。我国“七五”期间已经研制了28种化学物的54个规范化监测方法，可作为国内部分生物监测的标准方法 。,3 质量保证,3.4 进行实验室内和实验室间的质量控制 用质校样品或标准参考物质对实验室进行分析质量控制，已逐渐推广应用。我国已研制成金属的血、尿和发标样，可供使用。因标样的价格较高，在日常质控中，可以使用质控样品。,