稳定性同位素技术作为目前研究微量元素代谢的重要分析技术之一，正日益广泛而深入的应用到营养科学领域。本文就该技术在必需微量元素锌代谢方面的应用做一编译。

稳定性同位素示踪技术用于研究体内矿物质的吸收和代谢始于1963年,其优越性在于灵敏度高;可在正常生理条件下进行;实验操作简单;试验期较短等,亦可用于高风险人群代谢组学的研究,如婴儿、儿童、孕妇以及哺乳期妇女,因此该技术在国外得到广泛应用.我国该技术起步较晚,但近些年发展较为迅速.

锌是人体必需微量元素之一,锌稳态主要通过改变肠道吸收效率和内源性排泌,即调节生物利用率来实现.研究锌的生物利用率对全面理解锌的代谢和可靠评价人群锌营养状况起着重要的作用.稳定性同位素是目前研究矿物元素生物利用和代谢的有效工具.锌的稳定性同位素可以作为示踪物安全应用于所有人群而无放射性危害.自80年代以来,许多不同的稳定性同位素方法被发展起来用以分析锌的吸收代谢;然而,一些方法学的问题尚待解决.此外,分析仪器的发展和应用不仅使锌稳定性同位素的应用成为可能,也大大降低了该技术的难度和成本.本文主要对其发展历史、应用特点、主要的研究方法及分析技术做一综述.

目的用铁的稳定性同位素示踪剂评价藏族青年男子膳食铁的吸收率,为改善该人群膳食铁吸收的提供参考数据.方法于现场进行人体代谢试验,受试者口服稳定性同位素示踪铁剂(浓集57Fe的FeSO4)及稀土元素镝,粪便监测法收集示踪剂排出粪样;用感耦等离子体质谱仪测定粪样57Fe/56Fe的比值,分析评价该人群膳食铁的吸收率.结果口服同位素评价藏族青年男子膳食铁的吸收率为13.4%±6.4%;每日示踪剂铁和镝排出呈良好相关性.结论稀土元素镝与未吸收的示踪剂铁在消化道有一致的排出过程,前者的回收率能很好反映粪样收集情况;藏族成年男子膳食铁的吸收较好.

一、概述锶(Strontium)是一种与钙同族的碱土金属元素,在元素周期表中位于钙的下方相邻位置(本族元素有铍、镁、钙、锶、钡),原子序号为38,分子量为87.62.锶广泛存在于自然中,在地壳中的含量为450 mg/kg,天然羟基磷灰石层岩中为23g/kg,海洋中为8 mg/L,河流、地下水中为0.021～0.375 mg/L,食物中为0.3～5.1 mg/kg.锶在地壳元素中的含量列第15位,它的天然同位素都是稳定性同位素,其中88Sr的丰度最高(82.58%)(表1).由人工核反应产生的锶的放射性同位素痕量地存在于环境中(表2),其中90Sr的半衰期最长,达29年.

目的:比较代谢平衡法(MB)和粪便监测法(FM)评价藏族成年男子膳食锌(Zn)吸收率.方法:进行14d人体现场代谢试验,受试者于D5晚一次性口服浓集67Zn的稳定性同位素示踪剂4.0 mg及稀土元素镱(Yb)1.0 mg,口服卡红标记、并收集D4～12的粪便和尿液样品,同时收集膳食、饮水样品;用感耦等离子体质谱仪测定粪样67Zn/68Zn的比值,并用原子吸收分光光度计分析所收集样品中的锌含量,比较用两种方法测定该人群膳食Zn吸收率的结果.结果:MB和FM评价藏族成年男子膳食Zn吸收率分别为(23.8±3.9)%、(21.4±4.3)%,二者的差异(配对t检验)和相关性(Pearson)均有统计学意义;未吸收的Zn示踪剂和Yb经胃肠道排出情况几乎一致,主要在口服后5d内排出. 结论:14 d代谢试验评价膳食Zn吸收率时,MB略高于FM,后者的试验期可依据Yb的排出情况缩短至4～5 d.两种方法评价的结果都表明藏族成年男子膳食Zn吸收尚可.

目的:研究农村代表性膳食条件下儿童铁的吸收率.方法:采用天然低丰度稳定性同位素57Fe标记FeSO4,以稀土元素镝(Dy)作为排泄物回收标记物.自愿受试者为4～6岁身体健康的农村儿童.采用山东农村代表性膳食模式.同位素标记铁与Dy以饼干为载体分两天三餐前经口给予.实验期间每日留取受试者膳食样品并收集受试者在实验期的粪便,采用原子吸收(AAS)和热电离质谱(TIMS)分别检测膳食和粪便中总铁含量与57Fe/56Fe比值,计算铁的吸收率.同时对脂肪、瘦肉、蛋白、植酸、纤维素和VC的日摄入量进行测定,并将结果与我国每日营养推荐膳食供给量(DRI)比较.结果:铁的吸收率(%)为6.06±2.24,远低于1988年我国修订推荐RDA所参考国外的10%,铁的平均日摄入量为10.29 mg,占DRI的102.9%,其中血红素铁平均日摄入量占总铁日摄入量的17.49%,基本达到推荐量.蛋白质和抗坏血酸的日摄入量仅占DRI的56.73%和29.60%远低于推荐量.脂肪、植酸和膳食纤维的摄入量较高.结论:按目前山东农村的膳食模式,儿童铁日摄入量已达推荐量,但吸收率偏低,因而铁摄入量仍不足.蛋白质和抗坏血酸的日摄入量较低.

目的: 体外研究不同因素对肠道细菌发酵产生短链脂肪酸的影响,为膳食改善肠道功能提供依据. 方法: 在体外进行细菌培养,用稳定性同位素标记的葡萄糖作底物,用气相色谱-同位素比值质谱法测定短链脂肪酸.用荧光染色法计数细菌数量. 结果: 结果显示细菌数量高,短链脂肪酸产生多,pH＝7时产生的短链脂肪酸最多;添加酪蛋白可增加短链脂肪酸的产生及细菌数量;13C-葡萄糖不但被发酵产生短链脂肪酸,而且也被用于细菌增殖. 结论: 人体肠道细菌发酵产生短链脂肪酸的能力受细菌数量、pH及底物不同的影响,此为通过选择不同膳食(含益生原的食物如小麦、洋葱、香蕉、大蒜、韭菜、土豆等)以调节结肠的功能提供了依据.

目的研究山东农村典型膳食锌(Zn)在农村儿童人体吸收率及Zn吸收相关营养素的日摄入量.方法受试者为4～6岁身体健康的农村儿童.标记稳定性同位素67Zn 3.0mg,晚餐前一次经口给予,采用原子吸收法(AAS)和热电离质谱(TIMS)分别检测膳食和粪便中总锌含量与67Zn/68Zn比值,计算锌的吸收率,并对膳食铁、钙、脂肪、蛋白、植酸、纤维素和维生素C(VC)含量测定,将结果与我国儿童日推荐膳食营养素摄入量(RNIs)比较.结果锌的吸收率为(12.94±3.32)%,锌的平均日摄入量为11.16 mg,占RNI的96.7%,蛋白质和抗坏血酸的日摄入量分别为31.2g与13.3 mg,占RNI的62.4%和19.0%.结论在目前山东农村的膳食模式下,儿童体内锌的吸收率偏低,蛋白质和抗坏血酸的日摄入量不足.

目的 评价我国湖南、湖北等省成年人膳食结构中Zn的吸收率,为我国不同人群、不同膳食结构的Zn吸收率研究提供参考资料.方法 采用67ZnSO4锌稳定性同位素示踪法,以稀土元素镱(Yb)为粪便回收标记物,进行现场人体代谢实验.受试者为健康成年男子和育龄妇女各10名,一次性口服4.00 mg 67ZnSO4和1.00mg YbCl3,粪便监测法收集排出粪样;电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定粪样中67Zn/66Zn比值,原子吸收火焰分光光度法(AAS)测定粪样总Zn,计算膳食Zn吸收率.结果 在不同膳食结构下,成年男子Zn表观吸收率为28.4%,真吸收率为30.3%;育龄妇女Zn表观吸收率为26.8%,真吸收率为30.9%.结果 湖南、湖北等省份膳食结构中zn的吸收率高于我国现行Zn的膳食营养参考摄入量(DRIs)(25%的估计值).

本文报道用三种稳定性同位素标记的氨基酸对正常人,重型病毒性肝炎(重肝)患者进行氨基酸代谢的示踪动力学的研究.根据双库模型的原理,实验结果显示重旰患者的苯丙氨酸的血浆库和细胞库增大及两库的更新速率下降,而亮氨酸的代谢动力学变化恰与苯丙氨酸相反,在重肝时,亮氨酸的两库更新速率常数变快(P<0.01),血浆库显著小于正常,而丙氨酸的动力学参数与正常对照组相比无明显差异.

目的 采用因素分析可以估算微量元素锌的需要量.通过对幼儿锌代谢平衡的测定,以所获得的数据估算幼儿的锌需要量.方法 收集43例19～25月龄幼儿粪便和尿液,采用双稳定性同位素示踪方法标记同位素,分析稳定性同位素丰度,计算锌的各项代谢平衡数据.结果 43例幼儿膳食摄入锌量(1.86±0.55)mr/d,锌吸收率0.35±0.12;实际吸收锌量(0.63±0.24)mg/d,肠道内源性排出锌量(0.67±0.23)mg/d.由因素分析估算得到幼儿锌的生理需要量为1.09mg/d,锌的平均膳食需要量为3.3 mg/d.结论 根据实际测得的锌代谢平衡数据,由因素分析得到的幼儿锌的生理需要量和平均膳食需要量均略高于目前美国食物和营养委员会的估计值.

幽门螺杆菌(HP)是慢性胃炎、消化性溃疡病的主要致病因素,且与胃癌的发生亦相关[1,2].目前诊断幽门螺杆菌感染的金标准为13C-尿素呼气试验[3,4].本文应用稳定性同位素13C-尿素呼气试验及胃粘膜病理切片HP染色,分别对96例慢性胃炎、37例胃溃疡和32例正常对照者进行测定,并对这两种HP感染检查的结果进行对比.

目的对不同正常志愿者13C- Hiolein呼气试验的检测,绘制13C-Hiolein脂肪酸代谢正常人曲线.方法 12位正常志愿者分为男性、女性,年龄>40岁、<40岁进行比较 .予15 mg13C-Hiolein的标准食品,间隔30 min或1 h收集CO2,测定 13CO2的丰度.结果 12位正常人13CO2的cPDR 3、6、24 h,cPDR peak分别为4.02%、11.26%、22.18%和3.02%,平均(5.96±1.21)h达到PDRpeak,各组间差异无显著意义.结论不同年龄、性别不会影响正常志愿者13C-Hiolein 呼气试验的13C的丰度,并获得正常人13C-Hiolein脂肪酸代谢曲线 .

同位素示踪技术是公认的用于研究蛋白质代谢动力学的最佳方法.起初,由于放射性同位素具有方便、经济、检测技术成熟等优点而得到广泛应用,但因它的放射性限制了在人体代谢研究中的应用.随着稳定性同位素标记技术的成熟和质谱分析技术的发展和普及,稳定性同位素被广泛用于人体代谢动力学研究中.以下就稳定性同位素用于研究蛋白质代谢动力学中的基本原理、方法、检测手段和应用作一综述.

目的: 应用气相色谱质谱仪分析前体池和产物池中同位素丰度,对清蛋白合成速率进行评估. 方法: 8只新西兰兔进行L-[~2H_5]-苯丙氨酸和肠外营养液输注,输注前和输注后每小时取静脉血3 ml.对前体池和清蛋白结合池氨基酸进行提取和衍生化后,应用气相色谱质谱仪分析两池中的同位素丰度.将同位素丰度代入计算公式,得到新西兰兔在给予肠外营养支持时的清蛋白合成率分数. 结果: 在保留281.65 s出现衍生物峰,L-[~2H_5]-苯丙氨酸衍生化产物为N,O-双三甲基硅烷基-L-苯丙氨酸.输注实验1 h后前体池同位素丰度达到稳定状态,此时清蛋白结合池同位素丰度近似于直线上升,新西兰兔在给予肠外营养时的清蛋白合成率分数为(17.26±0.92)%. 结论: 同位素示踪法是一种直接、准确、有效地测定清蛋白合成率的方法.

目的:研究人参皂苷Re对Caco-2细胞葡萄糖吸收的影响.方法:Caco-2细胞培养21 d后加入根皮素及人参皂苷Re孵育,采用稳定性同位素示踪技术,以LC-MS/MS法测定细胞中葡萄糖的吸收量,检测GLUT2蛋白和mRNA表达变化.结果:根皮素能够显著抑制葡萄糖的吸收,50μmol/L人参皂苷Re能够改善受根皮素抑制的葡萄糖吸收量,并增加GLUT2蛋白及mRNA表达.结论:人参皂苷Re能够促进Caco-2细胞对葡萄糖的吸收,并能扭转根皮素对葡萄糖吸收的抑制作用,其作用机理的发挥可能与调控GLUT2有关.

锌吸收在其生物利用过程中是极其重要的环节,因此评价人体锌的生物利用情况就必须尽可能对吸收率进行准确、快捷的评定,而科学的评价方法尤显重要.

目的 探讨连续性静脉-静脉血液滤过(CVVH)对全身炎症反应综合征(SIRS)患者Alb代谢率的影响.方法 回顾性分析2010年12月至2011年12月南京军区南京总医院收治的28例SIRS患者的临床资料.其中8例患者仅常规抗感染、对症治疗(对照组);10例患者行血液滤过治疗,血液滤过置换量为2 000 mL/h(低容量组);10例患者行血液滤过治疗,血液滤过置换量为4 000 mL/h(高容量组).采用稳定性同位素示踪技术,向患者同时静脉输注两种稳定性同位素标记的苯丙氨酸:[1-13C]苯丙氨酸和d5-苯丙氨酸.采用气相色谱质谱联用仪的选择离子检测模式检测质荷比为192、194、197、218和219片段的峰面积.采用数学模型计算Alb合成率(FSR)和分解率(FBR).多组比较采用单因素方差分析,组间比较采用LSD或Dunnett's T3检验.结果 对照组、低容量组和高容量组患者治疗前Alb FSR分别为5.8％±0.9％、5.7％±1.1％、5.7％±1.0％,3组比较,差异无统计学意义(F=0.04,P＞0.05);治疗后Alb FSR分别为5.9％±0.8％、7.3％±0.9％、7.8％±1.1％,3组比较,差异有统计学意义(F=9.15,P＜0.05).治疗后低容量组和高容量组患者Alb FSR均显著高于对照组患者(=3.40,3.96,P＜0.05);低容量组和高容量组患者Alb FSR比较,差异无统计学意义(t=1.02,P＞0.05).对照组、低容量组和高容量组患者治疗前Alb FBR分别为7.0％±1.2％、6.5％±0.9％、7.2％±1.2％,3组比较,差异无统计学意义(F =0.88,P＞0.05);治疗后3组患者Alb FBR分别为6.9％±1.1％、6.2％±0.9％、7.4％±1.0％,3组比较,差异无统计学意义(F=2.82,P＞0.05).结论 CVVH可调节SIRS患者蛋白代谢,能够提高Alb FSR,但不能降低Alb FBR.