体内X射线荧光骨铅检测原理及系统

　　科学研究表明:铅含量过高会对人体许多系统(骨髓造血系统、神经系统、肾脏和生殖系统及消化系统等)造成伤害[1],孕妇体内铅含量过高会降低出生儿童体重[2],儿童期铅含量过高会影响其认知发展水平[3]。

　　1　骨铅应作为铅中毒新的生物标记

　　目前,我国按照国际通行法则,以人体静脉血铅含量作为人体健康监控指标,血铅含量100μg/ L作为铅中毒的下限值[4]。铅通过呼吸道、饮食或体表接触等多种方式进入人体后,会通过软组织(如血液、肝、肌肉等)运转,一部分排出体外,另一部分进入全身骨骼系统。铅进入人体内后大部分沉积于骨骼中,骨骼组织是体内最大的铅储存库。L.Ahlgren等人[5]根据正常人和受铅污染人群的统计结果,建立了铅进入人体后代谢的动力学模型。结果表明:在停止职业性铅污染后,血铅值会较快地衰减,其中一部分会进入骨骼,而骨骼中铅的衰减速度很慢,成为人体内部长期存在的中毒源库。

        研究表明:血铅含量占整个人体摄入的铅含量的比例很小,其生物半衰期仅有30天左右,且随着人体各种代谢的进行,血铅含量会发生变化;而摄入人体90 %~95 %的铅主要存储在骨骼中,且它们存在骨骼中的半衰期可长达25年左右[6-9]。因此,严格地说只有骨骼中的铅含量值才是反映人体受铅污染中毒程度的指标。特别是那些长期接触铅元素的职业人员和环境污染地区人群,测量人体骨铅含量是十分必要的。

　　骨铅能用于研究慢性铅接触与不良健康影响的关系,也可以比较确切地判定铅中毒病人经过排铅疗法的效果。骨铅水平是反映铅负荷状况更为理想的指标,可以作为累积接触的生物标志物,是铅中毒的生物标记[10,11]。

　　2　In vivo XRF原理

　　历史上不够重视人体骨铅含量检测,主要受制于活体检测技术的发展水平。骨铅检测方法很多,如原子吸收光谱(atomic absorptionspectrometry,AAS)、中子活化分析(neutronactivation analysis,NAA)和体内X射线荧光(in vivo X-ray fluorescence,in vivo XRF)等,可以简单的分为离体和活体检测,离体检测方法较多,却是一种创伤性检测,受限制因素比较多。如原子吸收法,只能通过活体摘取骨样或尸体解剖后取样进行分析[12];齿铅也可代表人体铅负荷情况,但是仅适于换牙期儿童铅毒性的研究,应用范围受到很大的限制。活体快速无损检测,如体内X射线荧光(in vivo XRF)检测是研究的焦点[13]。

　　X射线是一种电磁辐射,与物质相互作用十分复杂,X射线荧光是其中一种现象。当X射线辐射人体骨骼中铅元素时,铅原子受激,逸出电子,出现空位,而外层电子就会向内层跳去,填补空位,同时辐射出一定能量的特征X射线,又叫X射线荧光(XRF),如图1所示。X射线荧光的波长取决于铅元素的特性,X射线荧光的强度与铅元素的含量相关,这就是体内X射线荧光技术,它是一种快速无创伤性测量人体骨骼中铅含量的方法。