6.放射性核素示踪技术解析
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第六章 放射性核素示踪技术
放射核素示踪技术是利用放射性核 素及其标记化合物作为示踪剂，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运动规律 的核技术。放射核素示踪技术是实验核 医学中最重要的实验核技术之一，促进 了学科的交叉和渗透，贯穿于整个核医 学中，也被经常应用于基础医学、临床 医学等各个学科。
二、主要特点 1. 灵敏度高：灵敏度可达 10 -14 ～ 10 -18 g 水平，因而对研究体内或体外实验系统内 的微量物质具有特别重要的价值。 2.检测方法简便。 3. 合乎生理条件：引入高比放射性示踪 剂，不会改变体内或体外系统的正常生理 平衡，实验结果接近正常生理状态物质的 变化。 4.能定位和定性。比如利用RAG可检测示 踪剂在组织、细胞内的分布情况等。
§1 放射性核素示踪技术的原理及特点 一、基本原理 放射性核素示踪实验的原理基于两 个方面： 1、相同性：即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，在生物体内的变化 相同； 2、可测量性：即放射性核素能发出各 种不同的射线，可被放射性探测仪器所 测定或被感光材料所记录。
设质量为m1的标记物的比活度为s1 与质量为 m2 的同一种化学形态的非示 记物均匀混合，则标记物被非标记分 子所稀释，混合物的比活度为 s2，混 合前后的总放射性应相等。即： s2(m1+m2)=s1m1 如果 m1 和 m2 中有一个量为已知， 只需测定混匀后样品 ( 取任意量 ) 的比 活度，就可算出另一量。
6、数据处理：放射性示踪实验结果可根 据不同目的选用不同参数表示，含义也各 不相同，概括为以下几种。 ①整个脏器的总放射性活度：主要用于 研究物质分布的实验以反映各脏器的相对 分布量。 ②放射性含量： dpm/mg 组织或 ml 体液、 dpm/mg 蛋白或 DNA 等。用以反映不同组织 浓集某种物质的能力。 ③比活度： dpm/mmol 或 mg 化合物。主要用 于研究内源性物质的动态分布或代谢。
三、基本类型、方法及注意事项 (一)类型： 1.整体示踪实验：将标记物引入完整的机 体，从体外或取标本观察标记物的去向， 以了解示踪剂在机体内的运动规律，主要 用于研究物质在体内的吸收，分布、代谢 和排泄过程。 2.离体示踪实验：指从整体中分离出来的 组织或细胞等简单系统进行的实验。多用 于某些特定物质如蛋白质、核酸等的转化 规律以及某些精细结构的功能研究。
④相对比活度：两个解剖部位中同一化 合物比活度的比值或两种化合物比活度 的比值。用于反映组织中某物质的来源 及组织与血液交换的速率，可排除血液 中比活度不恒定的影响。 四、示踪实验中的同位素效应 物质转化时，如分子中某一原子被 它的同位素所取代，虽然反应性质不变， 有时却会发生反应速度的改变，称为同 位素效应(isotope effect)。 在作物质 动力学研究时，应考虑同位素效应。
④比活度：根据示踪实验灵敏度要求选择 适当的比活度，整体示踪实验时，标记物 的引入基本不改变该物质的体内含量，同 时要求能经得起体内的稀释，使放射性测 量的统计误差在允许范围内。 ⑤标记位置的选择：物质转化的示踪研究 要求采用定位标记示踪物，而目标记物在 代谢过程中应稳定、不脱落。当研究的目 的只是观察标记物的去向，而不管其代谢 产物，就不需要严格定位的标记物。
2、选择合适的测量方法：通常根据选用的 核素发射的射线种类确定用何种方法测量。 如固体闪烁测量，液体闪烁测量、放射自 显影等方法。双标记要用双标记方法测量。 3、示踪剂量的估算 示踪剂量的估算不能用简单的公式来 估算，应该综合考虑。 ①稀释作用：放射性核素标记化合物进入 机体后，一般要求放射性活度在整个实验 过程中，经稀释后所制得的放射性样品不 能低于本底计数。
§2
放射性核素稀释法
一、概念 放 射 性 核 素 稀 释 法 ( radionuclide dilution technique) 即用适当的放射性核 素标记化合物作为示踪剂，利用化学上的稀 释原理对微量物质作定量分析，或测定液体 容量的方法。 二、基本原理 依据化学物质在稀释前后质量不变的原 理，放射性物质在被稀释前后，其放射性活 度也不会改变。但是，由于被稀释，它的比 活度或放射性浓度降低了。
三、基本方法 (一)核素正稀释法(direct nuclide dilution) 用已知量的标记物测定未知量的非标 记物的稀释法称为核素正稀释法。方法要 点是：将一定量已知比放射性的标记化合 物与其非标记化合物的分子均匀混合，测 定该混合样源自文库的比放射性，亦可进行提纯 后测定该样品的比放射性。根据比放射性 的降低来计算非标记化合物的含量。
②组织的浓聚作用：由于某些放射性核 素有亲某种组织的特性，有的放射性核 素进入机体后不是完全均匀被稀释，而 可能选择性地蓄积到某些器官、组织而 浓聚。如 131 I 进入体内后，有 30% 或更高 可被甲状腺摄取，给予剂量时就要考虑 这个特异性。 ③实验周期及安全剂量：根据试验周期 长短，实验分析方法，给予途径等进行 安全剂量估算。
4、示踪剂引入途径：根据实验类型和 目的，对整体动物实验可采用静脉、 腹腔、皮下及肌肉注射，或口服、灌 胃等。 5、放射性样品的制备：样品的制备是 为测量服务的，测量的形式主要有三 类：①取标本在体外测放射性；②制 成不同水平的切片作放射自显影；③ 从体外测整体内的放射性。因此样品 制备就要适应不同测量类型。
3.双标记示踪实验：其原理就是将两 个研究对象包括两种分子或是一种分 子的两种形态或是一种分子的两个部 分，分别带上示踪原子，通过采用相 应的测量方法，分析两种标记原子的 量，观察它们经过运动转化前后比值 的变化，判断该两种观察对象的运转 规律。
(二)实验方法及应注意的问题 1、标记物的选择： ①射线类型：体内示踪实验宜选用γ射线 发射体，如 131 I、99mTc；离体示踪或取样 进行离体测定的研究则多选用β射线或低 能γ射线发射体，如3H、14C及125I等。 ②半衰期：体内示踪实验一般选用短半衰 期核素，体外示踪实验可用半衰期长的放 射性核素。 ③放化纯度：必须经过纯化鉴定、放化纯 度>95%。
放射核素示踪技术是利用放射性核 素及其标记化合物作为示踪剂，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运动规律 的核技术。放射核素示踪技术是实验核 医学中最重要的实验核技术之一，促进 了学科的交叉和渗透，贯穿于整个核医 学中，也被经常应用于基础医学、临床 医学等各个学科。
二、主要特点 1. 灵敏度高：灵敏度可达 10 -14 ～ 10 -18 g 水平，因而对研究体内或体外实验系统内 的微量物质具有特别重要的价值。 2.检测方法简便。 3. 合乎生理条件：引入高比放射性示踪 剂，不会改变体内或体外系统的正常生理 平衡，实验结果接近正常生理状态物质的 变化。 4.能定位和定性。比如利用RAG可检测示 踪剂在组织、细胞内的分布情况等。
§1 放射性核素示踪技术的原理及特点 一、基本原理 放射性核素示踪实验的原理基于两 个方面： 1、相同性：即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，在生物体内的变化 相同； 2、可测量性：即放射性核素能发出各 种不同的射线，可被放射性探测仪器所 测定或被感光材料所记录。
设质量为m1的标记物的比活度为s1 与质量为 m2 的同一种化学形态的非示 记物均匀混合，则标记物被非标记分 子所稀释，混合物的比活度为 s2，混 合前后的总放射性应相等。即： s2(m1+m2)=s1m1 如果 m1 和 m2 中有一个量为已知， 只需测定混匀后样品 ( 取任意量 ) 的比 活度，就可算出另一量。
6、数据处理：放射性示踪实验结果可根 据不同目的选用不同参数表示，含义也各 不相同，概括为以下几种。 ①整个脏器的总放射性活度：主要用于 研究物质分布的实验以反映各脏器的相对 分布量。 ②放射性含量： dpm/mg 组织或 ml 体液、 dpm/mg 蛋白或 DNA 等。用以反映不同组织 浓集某种物质的能力。 ③比活度： dpm/mmol 或 mg 化合物。主要用 于研究内源性物质的动态分布或代谢。
三、基本类型、方法及注意事项 (一)类型： 1.整体示踪实验：将标记物引入完整的机 体，从体外或取标本观察标记物的去向， 以了解示踪剂在机体内的运动规律，主要 用于研究物质在体内的吸收，分布、代谢 和排泄过程。 2.离体示踪实验：指从整体中分离出来的 组织或细胞等简单系统进行的实验。多用 于某些特定物质如蛋白质、核酸等的转化 规律以及某些精细结构的功能研究。
④相对比活度：两个解剖部位中同一化 合物比活度的比值或两种化合物比活度 的比值。用于反映组织中某物质的来源 及组织与血液交换的速率，可排除血液 中比活度不恒定的影响。 四、示踪实验中的同位素效应 物质转化时，如分子中某一原子被 它的同位素所取代，虽然反应性质不变， 有时却会发生反应速度的改变，称为同 位素效应(isotope effect)。 在作物质 动力学研究时，应考虑同位素效应。
④比活度：根据示踪实验灵敏度要求选择 适当的比活度，整体示踪实验时，标记物 的引入基本不改变该物质的体内含量，同 时要求能经得起体内的稀释，使放射性测 量的统计误差在允许范围内。 ⑤标记位置的选择：物质转化的示踪研究 要求采用定位标记示踪物，而目标记物在 代谢过程中应稳定、不脱落。当研究的目 的只是观察标记物的去向，而不管其代谢 产物，就不需要严格定位的标记物。
2、选择合适的测量方法：通常根据选用的 核素发射的射线种类确定用何种方法测量。 如固体闪烁测量，液体闪烁测量、放射自 显影等方法。双标记要用双标记方法测量。 3、示踪剂量的估算 示踪剂量的估算不能用简单的公式来 估算，应该综合考虑。 ①稀释作用：放射性核素标记化合物进入 机体后，一般要求放射性活度在整个实验 过程中，经稀释后所制得的放射性样品不 能低于本底计数。
§2
放射性核素稀释法
一、概念 放 射 性 核 素 稀 释 法 ( radionuclide dilution technique) 即用适当的放射性核 素标记化合物作为示踪剂，利用化学上的稀 释原理对微量物质作定量分析，或测定液体 容量的方法。 二、基本原理 依据化学物质在稀释前后质量不变的原 理，放射性物质在被稀释前后，其放射性活 度也不会改变。但是，由于被稀释，它的比 活度或放射性浓度降低了。
三、基本方法 (一)核素正稀释法(direct nuclide dilution) 用已知量的标记物测定未知量的非标 记物的稀释法称为核素正稀释法。方法要 点是：将一定量已知比放射性的标记化合 物与其非标记化合物的分子均匀混合，测 定该混合样源自文库的比放射性，亦可进行提纯 后测定该样品的比放射性。根据比放射性 的降低来计算非标记化合物的含量。
②组织的浓聚作用：由于某些放射性核 素有亲某种组织的特性，有的放射性核 素进入机体后不是完全均匀被稀释，而 可能选择性地蓄积到某些器官、组织而 浓聚。如 131 I 进入体内后，有 30% 或更高 可被甲状腺摄取，给予剂量时就要考虑 这个特异性。 ③实验周期及安全剂量：根据试验周期 长短，实验分析方法，给予途径等进行 安全剂量估算。
4、示踪剂引入途径：根据实验类型和 目的，对整体动物实验可采用静脉、 腹腔、皮下及肌肉注射，或口服、灌 胃等。 5、放射性样品的制备：样品的制备是 为测量服务的，测量的形式主要有三 类：①取标本在体外测放射性；②制 成不同水平的切片作放射自显影；③ 从体外测整体内的放射性。因此样品 制备就要适应不同测量类型。
3.双标记示踪实验：其原理就是将两 个研究对象包括两种分子或是一种分 子的两种形态或是一种分子的两个部 分，分别带上示踪原子，通过采用相 应的测量方法，分析两种标记原子的 量，观察它们经过运动转化前后比值 的变化，判断该两种观察对象的运转 规律。
(二)实验方法及应注意的问题 1、标记物的选择： ①射线类型：体内示踪实验宜选用γ射线 发射体，如 131 I、99mTc；离体示踪或取样 进行离体测定的研究则多选用β射线或低 能γ射线发射体，如3H、14C及125I等。 ②半衰期：体内示踪实验一般选用短半衰 期核素，体外示踪实验可用半衰期长的放 射性核素。 ③放化纯度：必须经过纯化鉴定、放化纯 度>95%。