兴奋剂与兴奋剂检测

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对任何一个特定的药物或药物代谢物, 首先经过先期试验确定它的几个质谱特征离子, 观 察几个离子之间的丰度比的恒定程度, 确定检测用的目标离子。确定目标离子后, 以色谱保留 时间为中心, 在控制 程序中指定这几个离子的采集时间范 围, 即所谓采集的时间 窗口 ( tim e w indow ) 。检测中一旦在此窗口中发现了这几个离子, 且丰度比与标准化合物基本吻合, 即可 判定为可疑样品。图 1是一个 SIM 模式工作的示意图。如图 1所示, 如果发现 3个离子丰度 的极大值重合在同一时间点上, 则可证明这 3个离子来自于同一个化合物。 ( 图 1所示的是一 个最理想状态。) 窗口式的采集模式首先要保证色谱保留时间的稳定重现, 因为如果保留时间 出现较大的偏离, 则可能在窗口中被丢失, 造成漏检。
第 23卷 第 2期
今日化学
大学化学
兴奋剂与兴奋剂检测
杨树民
(国家体育总局运动医学研究所 北京 100029)
2008年 4月
汉语中的兴奋剂一词原是指对中枢神经有兴奋作用的一类药物, 有时又叫做中枢神经刺 激剂, 例如麻黄素、苯丙胺等药物。兴奋剂对应的外文词汇是 dope, 在 W ebster s N ew Colleg iate D ictionary 中, 对 dope的相应注释有两条, 一是 麻醉药物制品 ( a narcot ic preparation), 应当 就是中文的毒 品; 另一个 是 用于 赛马的 一种有 短暂 刺激作 用的药 物制品 ( a preparation g iv ing to racehorse to stim ulate it tem porarily) 。可见 dope一词可能包含着这样一个历史事实, 即滥用药物行为始于对麻醉药品的吸食和作为商业活动的赛马, 而后又波及到竞技体育中。
20世纪 80年代以来, 国外竞技体育中的药物滥用行为有加剧的趋势, 国际奥委会为了奥 林匹克运动的纯洁和公正, 开始重视和加强了兴奋剂检测 ( dope test) 工作。目前国际反兴奋 剂局 (W orld Ant i Dop ing Agency, WADA) 公布的禁用药物清单包括近 200种药物和被禁止的 相关欺诈行为 ( m anipulation) 。
line) 和多巴胺 ( dopam ine) , 它们是一个化合物族群, 统称为儿茶酚胺 ( catecho lam ine) 。这是一 类人体自身分泌的小分子神经递质, 应激状态下的分泌会明显增加。这类药物的滥用在竞技 体育中并不多见。
内源性类固醇是一类被称为生命激素的物质, 主要包括雄性激素、雌性激素、孕激素和糖 皮质激素 (图 2) 。这些激素有相同的母体结构, 即环戊烷多氢菲, 又称为甾体结构。这种结构 具有并合的 A、B、C 3个六元环和一个五元环, 多为椅式和半椅式结构, 整体为弯曲平面, 取代 基有 和 之分。就整体分子的碳数而言, 雄性激素一般为 19碳, 雌性激素为 18碳, 孕激素 和糖皮质激素则为 21或更高的碳数。这些化合物都有成熟的工艺可由人工合成, 且多数已经 成为注册药物或原料药物。
正常人的尿液比重为 1. 005~ 1. 030之间, pH 为 5. 5~ 7. 5 。有意超量饮水或服用利尿药 物可以增加排尿量, 冲稀尿液, 达到降低尿中药物浓度的目的, 但此时的尿液比重会出现异常。 服用利尿药物也可以达到冲稀尿液的目的, 但此时可在尿中检出服用的利尿剂, 而利尿剂也是 禁用药物。服用碳酐酶抑制剂 ( 利尿剂的一种 ) 可以使尿液碱性化, 碱性尿液对碱性药物 ( 如 某些中枢神经刺激剂 ) 的排泄有抑制作用, 会降低尿液中的药物浓度, 也可以达到掩盖用药行 为的目的。这就是在兴奋剂检测中要准确测定尿液样品的比重和 pH 作为辅助检测项目的原
药物的葡萄糖醛酸酐和硫酸酯具有极性大、水溶性好、沸点高的特点, 一般不能被直接用 作分析对象, 特别是在气相色谱或气质联机上。这样在方法程序上就要加入酶解或酸解步骤, 使其重新成为原来结构形式的药物分子。酶解采用的试剂为葡萄糖醛酸苷 /硫酸酯水解酶, 酶 解条件较为温和, 有利于保护药物分子的完整, 但酶解需要增加分析成本。酸解一般使用盐 酸, 成本低, 但条件严酷, 而且在酸解过程中可能有部分药物分子被破坏。
在进行了化学前处理之后, 如果采用 GC M S 作为检测仪器, 则许多诸如合成类固醇一类 的高沸点药物要经过衍生化处理方可进样分析。如果采用 LC 或 LC M S, 样品经前处理后就 可以进样分析。如同其他的分析检测领域一样, LC M S分析技术的快速发展和完善, 使得许多 药物在 LC M S上实现了可靠、快速的分析。
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因。 禁用的兴奋剂药物基本上都要通过肾脏来消除, 服用药物之后, 在一定的时间段内尿中会
出现服用的原形药物及其代谢物。这些药物有的是以游离形式存在于尿中, 有的则是以所谓 结合方式进入尿中。药物以结合方式进行的代谢又称为二相代谢, 结合产物通常是葡萄糖醛 酸酐和硫酸酯, 它们均出自于人类、试验动物和一些饲养动物体内自发的对弱极性异物的排除 过程 [ 1] 。
在采集现场采集的运动员的同一份尿样要密封保存在两个瓶子中, 称之为 A 瓶和 B 瓶, 实验室检测时仅开启 A 瓶使用。如果确证结果为阳性, 运动员有权要求对 B 瓶进行复核检 测, 这个规定程序称之为 开 B 瓶 。A 瓶和 B 瓶的检测结果一致, 则该份尿样被最终判定为 阳性。
3 内源性物质的分析检测
对于这种检测模式, 国内外的兴奋剂检测实验室都在检测方法的灵敏度及用药和停药后 的可检出时限方面做了大量研究工作, 使得有些药物在停药一个月后, 尿样中仍可检测出被服 用的药物代谢物。这样的检测技术对药物滥用行为构成了很强的制约作用, 但同时也会大大 增加先期研究的工作量, 同时对日常的检测工作也提出了很高的要求。
雄性激素的分泌、转运、吸收、代谢过程较复杂, 涉及到人体的内分泌系统以及肝脏功能和 性器官功能, 与体内的多种生物化学过程密切相关。
业已证明的是, 雄性激素对于运动成绩的提高具有明确的作用, 是滥用药物中最为流行的 一种, 也是兴奋剂检测重点控制的药物品种。在被滥用的这类药物中, 包括外源性合成药物诸 如大力补 ( m ethandienone)、康力龙 ( stanozo lol) 等。外源性药物是指人体内本来不 存在的成 分。对于外源性药物检测, 只要确证其药物原形和 (或 ) 其代谢物的存在就可以判定为阳性; 而内源性药物 (体内本来就有的 ) 的检测就要麻烦得多。
图 2 几种内源性类固醇的结构
雄性激素在人体内有两种作用, 一是作为性激素 ( sex ho rm one) 维持人体生殖功能、性功 能和性征; 二是作为蛋白同化激素 ( anabo lic hormone或 anabolic stero id)。竞技体育中滥用的 是后一种作用。蛋白同化作用可以促进人体的蛋白合成, 加速人体的肌肉生长并增强肌肉力 量, 同时也会增强用药者的攻击性和竞争愿望。
竞技体育运动中的可能滥用药物除 刺激剂 ( stim ulant) 外, 还有麻醉镇痛剂 ( narcot ics), 阻断剂 ( blocker) , 合成 类 固醇 ( anabo lic steroids) , 2 受体 激动 剂 ( 2 agon ist) , 利尿 剂 ( diuretics)以及肽类激素 ( peptide horm one) 。这些药物的 体育临床 作用包括: 提高竞争愿 望、减缓伤痛、促进人体蛋白合成、稀释尿液中的药物浓度、快速降低体重、促进红细胞的生成 进而提升血液中的载氧量等。它们对运动员的训练和比赛成绩都有明确、有效的辅助作用。
人类在研发临床药物的过程中, 对许多体内自身产生的活性物质进行了模拟, 合成了大量 的这类药物。当它们被用于人体时, 就构成了这些活性物质的内、外源性来源, 而兴奋剂检测 必须对此加以识别。
兴奋剂检测中涉及到内源性来源的药物有 3类, 即拟交感神经剂、蛋白同化激素和分子量 15
很大的肽类激素。 内源性拟交感神经剂 ( sym pathom im et ics) 主要是由肾上腺髓质分泌的肾上腺素 ( adrena
2 兴奋剂检测的方法特点
简言之, 兴奋剂检测是在大量的常规 ( rout ine) 样本中, 在 有限 未知范围内 ( 禁用药物 表 ) 筛查出含有某种禁用药物的可疑样品。因此其工作特点是样品量大、涉及到多种药物或 代谢物, 类似于农药或兽药的多组分残留分析。
兴奋剂的样品检测开始于初筛 ( screen ing) 分析, 必需的化学前处 理通常采用液液萃取 ( LLE ) 或固相萃取 ( SPE) 。前处理过程提取并富集尿液中的药物成分, 并对提取物进一步纯 化, 尽量除去那些能对检测造成干扰的、统称为生物学基质的样品成分, 如蛋白质等。兴奋剂 检测的多年实践证明, 液液萃取由于可采用不同的萃取溶剂、控制不同的 pH, 从而可适用于各 类兴奋剂药物的检测, 并且具有稳定的回收率。固相萃取则具有选择性好、溶剂用量少等优 点, 但回收率有时不稳定。
服药后尿液中的药物浓度主要与给药剂量有关, 也与给药方式、代谢途径、药物自身的化 学性质等因素有关。在建立标准的检测方法前, 要通过人体给药实验确定在一定剂量下每一 种药物 的 可 检 出 时 限。由 于 兴 奋 剂 检 测 对 绝 大 多 数 禁 用 药 物 的 规 定 为 不 得 检 出 ( no detecting, ND) , 也就是说只要能确认尿液中存在某种外源性 ( exogenous)禁用药物, 则无论 其浓度高低, 均可以判定为阳性。又由于检测中所采用仪器 ( GC M S, LC M S) 的绝对灵敏度对 多数药物而言处在 ng级水平, 因此兴奋剂检测实际上是一种 g /L 水平上的定性分析工作。 这就要求所用的检测仪器对数目众多、化学性质不尽相同的药物都有一定的响应值和特征的 信号表达。目前能够满足这一要求的仪器主要是气相色谱 质谱联用仪 ( GC M S) 和液相色谱 质谱联用仪 ( LC M S)。
图 1 时间窗口式采集示意图
初筛中一旦发现了可疑样品, 则要进行确证 ( confirm ation) 分析。确证分析的样品前处理 方法要与初筛分析保持完全一致, 但要另取一定体积的同一份尿样进行提取。由于确证分析 要以全扫描 ( full scan) 模式进行, 取样量可以稍大一些。
对确证分析的要求是以被测定样品全质谱图经过与标准化合物 ( 标准品 )、阳性尿样 ( 标 准样品 ) 的全质谱图比对, 确认构成全质谱图的离子及其丰度比一致方可认定为阳性。标准 物、阳性尿样和被确证样品中的同一药物或代谢物在色谱上的相对保留时间 ( rR t) 也要一致。 确证分析中还要求用试剂空白和空白尿样进行比对, 以避免由于污染造成假阳性结论。
兴奋剂检测工作就是针对以上所述的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物种类和 体育临床 药理在尿液和血液中检测 这些药物的存在并以此判断个别运动员可能的药物滥用行为。
1 兴奋剂检测的样品特点
按国际奥委会的规定, 兴奋剂检测的绝大多数项目在人体尿液中进行。正常人的尿液中 含有尿酸、尿素、肌酸 ( 酐 ) 、微量的蛋白、微量的糖、内源性化合物代谢物等成分, 样品基质的 构成相对要复杂一些。运动员的尿液由于大负荷的训练和比赛可能含有比正常人更多的蛋 白, 也比正常人容易出现血尿。
人体自身可以分泌 (即内源性 )的雄性激素包括: 睾酮 ( testosterone)、双氢睾酮 ( dihydrotes tosterone) ; 睾酮前体物质雄烯二酮 ( androstened ione )、雄烯二醇 ( androstenedio l) 、脱氢异雄酮 ( dehydro isoandrosterone, DHEA )等。
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初筛分析的数据采集模式一般用 GC M S或 LC MS的 SIM ( selected ion m onitoring) 模式来 完成, 即所谓的选择离子采 集模式或者是 多级质谱 ( 离 子阱、串联四极 杆 ) 中的 MRM 模式 ( m u ltiple reaction m on itoring) 。这样做提高了对目标离子的采集频率, 可以成数量级地提高仪 器的检出灵敏度, 同时减少了数据存储所占用的空间。
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