臨牀生物化學

臨牀生物化學是化學、生物化學與臨牀醫學的結合，已經發展成為一門成熟的獨立學科。臨牀生物化學有其獨特的研究領域、性質和作用，是一門理論和實踐性較強的、邊緣性的應用學科，以化學和醫學知識為主要基礎。廣義上講，臨牀生物化學是研究器官、組織人體體液的化學組成和進行着的生物化學過程，以及疾病、藥物對這些過程的影響，為疾病診斷、病情監測、藥物療效、預後判斷和疾病預防等各個方面提供信息和理論依據。臨牀生物化學除了要求應用化學與醫學方面的理論知識和技術外，還應與生物學、物理學、教學、電子學等各方面的知識密切聯繫，廣泛地應用這些學科領域的新成就。

1、闡述有關疾病的生物化學基礎和疾病發生髮展過程中的生物化學變化。這些生物化學改變可以是原發性的，也可能是某種原因引起器官病損或併發症導致體液生化組成發生的一系列繼發性的改變。這部分內容又稱之為化學病理學（chemical pathology）。

2、開發應用臨牀生物化學檢驗方法和技術，對檢驗結果的數據及其臨牀意義作出評價，用以幫助臨牀診斷以及採取適宜的治療。這部分內容有兩方面的側重點：在闡明疾病生化診斷的原理方面，側重於論述疾病的生化機制，比較接近化學病理學的範疇；而在技術方法的開發應用方面，偏重於臨牀生物化學實驗室的應用，有人稱之為臨牀化學（clinical chemistry），其中一部分內容又稱之為診斷生物化學（diagnostic clinical chemistry）。

由於社會和經濟的發展，其它相應學科的進展以及新技術的應用，臨牀生物化學這門學科及其實驗室技術獲得迅速發展和完善。它在臨牀醫學中所起的作用和地位已日益受到重視，並已成為任何醫院及有關研究部門建設中不可缺少的重要組成部分。它是檢驗醫學中的主幹學科之一，它的服務質量直接關係到整個醫療水平的提高和疾病防治的效果。

臨牀生物化學追溯其發展過程，它是與許多相關學科（包括化學、生理學、藥物學、病理學、臨牀醫學等等）相互聯繫、相互滲透的結果。

在臨牀生物化學學科發展史上，有幾次技術上和概念方面的重大突破，促使了本學科的進步和發展。

“臨牀化學”一詞是在第二次世界大戰後、本世紀50年代開始較廣泛地使用的。19世紀以前只是有一些化學家、生理學家和臨牀醫生研究人體在健康與疾病時的化學組分的變化，包括血液及尿中蛋白質、糖及無機物等物質。1918年，Lichtwitz首先採用“臨牀化學”作為教科書名公開出版。1931年，Peter及Van Slyke又出版了兩卷以《臨牀化學》為名的專著，第一次概括了這一領域的主要內容，它標誌着這一學科的初步形成。

19世紀以來就有一系列關於健康與疾病時體液生物化學組成的研究。它包括Berzelius、Liebig、Simon、Bence Jones、Folin以及中國早期生物化學家吳憲等人的傑出工作。1926年，Waiter Gannon使用了“homeostasis”（內環境相對穩定）一詞，取代和發展了Claude Bernard的細胞內環境恆定的概念，這對推動臨牀生物化學的發展起着深遠的影響，在過去50年中成為實驗性研究的指導思想。至今臨牀生物化學中相當部分的工作就是細胞外液（即Bernard提出的內環境）的臨牀生化。由Van Slyke等人開創的體液水、電解質與酸鹼平衡這一領域中的理論與實踐在臨牀診斷和治療中所起作用就是一個具有代表性範例。

比色法和光度法對促進這一領域中工作的質和量方面的變化起了根本性推動作用。19世紀和20世紀初，血液及尿中成分多采用傳統的重量分析和容量分析法（滴定法），其靈敏度不高，標本用量多，耗費時間長，方法繁瑣，限制了它在臨牀上的廣泛應用。20世紀初，特別是從1904年 Folin用比色法測定肌酐開始，建立了一系列血液生物化學成分測定的比色分析法。Duboseq第一個設計了目測比色法。值得提到的是，1924年中國北京協和醫學院建立了由吳憲教授主持的生物化學系，成為當時中國醫學生物化學教學與研究的中心。該系除了講授基礎生物化學外，還開設了血尿分析法、酶學、血液分析等進修課程，培養了中國第一批生物化學家和臨牀生物化學工作者；在血液分析、血濾液製備以及改建和發展新的比色分析法等方面作了一系列工作，並報告了中國正常成人血液化學成分的正常參考值。本世紀30年代後，由於光電比色計的應用，臨牀生物化學實驗室的分析才發生了根本性的改觀。光度計和分光光度法在現代臨牀生物化學分析中仍佔有突出的地位。

本世紀50年代後，應用血清酶活力測定作為監測細胞、器官損害及腫瘤生長的指標，使臨牀生物化學的工作又增加了新的內容。它已發展成診斷酶學這一分支。1908年Wohlgemuth首先提出，以檢測尿中澱粉活力作為急性胰腺炎的診斷指標。以後又有血清鹼性磷酸酶和脂酶的測定，但由於當時方法學存在的困難，應用進展緩慢。1954年Ladue、Worblewski、Karmen等人先後發現血清乳酸脱氫酶及轉氨酶在不少疾病時增高，此後血清酶在診斷上的應用和研究非常活躍。方法學上又有了很大發展，同工酶的概念和檢測以及酶譜分析，都大大地增加了診斷的特異性和靈敏度。

由於病人對治療藥物的反應和代謝存在着個體差異，隨着新的、有效的微量檢測藥物血濃度技術的發展，以及藥代動力學知識的進展，治療性藥物監測工作在現代化醫院中佔有的比重日益增加。在有些大醫院中，它的工作量已達整個臨牀生物化學工作的1/3左右。在中國，治療性藥物監測的工作也正在開展，並已受到重視。這對促使臨牀醫生更有效、合理地使用藥物，提高療效，減少藥物的副作用，瞭解藥物在體內的轉化與代謝規律等方面都具有重要意義。

這些新技術的應用使臨牀生物化學工作內容有可能日益擴大深入。對於體內一些微量蛋白質、多肽等生物活性物質的測定，基因（核酸片段）的分析，微量元素的分析，以及它們在多種疾病中的變化，為臨牀醫學提供了極有價值的數據。

由於臨牀生物化學工作內容迅速擴大，促進了分析儀器的機械化和自動化，1957年Skeggs等首先在臨牀生物化學實驗室中引用了連續流動式分析裝置（continuous flow analysis），1964年後使用多通道分析儀（multichannel analyzer）和離心式分析儀（centrifugal analyzer, 1969），加上微處理機的使用，使臨牀化學工作大大改進了分析的質和量，提供了檢測大批標本的工作程序，改進了對結果的處理和作用，設計出各種組合報告（profile reporting）。例如將蛋白質、血清酶、電解質和血氣等多種項目配套分析結果，經過處理（分析、結合），使數據轉化為更高層次的報告。為了解某一器官的功能概貌，可組合一系列相關試驗，經綜合、分析作出評價。在肝功能、腎功能、心肌損害、腫瘤標誌、血脂分析以及內分泌功能檢測方面的成套試驗（profile tests）已被廣泛地使用。

由於臨牀生物化學已發展為一個得到確認的學科和專業，在不少國家都已成立了專門的全國性學會，並有它自己的十分活躍的、有成果的國際性學會。國際純化學與應用化學協會（IUPAC）設有臨牀化學專業委員會（Commission of Clinical Chemistry,Division of Biological Chemistry, International Union of Pure and Applied Chemistry），成立於1952年。此外，國際性的臨牀化學協會（International Federation of Clinical Chemistry，IFCC）亦組織大量學術活動，並設有教育委員會，制定一系列有關培訓人才和政策性的文件。在某些國家由於歷史的和現實的條件，學會的活動可能與其它臨牀實驗室學科和生物化學學會合並進行。中國臨牀生物化學的學術活動有兩個主要方面，一是屬於中華醫學會下設的臨牀檢驗學會的臨牀生物化學專業委員會，一是屬於中國生物化學學會下屬的醫學的生物化學專業委員會。國際性的專業出版刊物和雜誌有：《臨牀化學雜誌》（Clinical Chemistry，美國）、《臨牀化學學報》（Clinical Chemistry Acta，荷蘭）、《臨牀生物化學年鑑》（Annuals of Clinical Biochemistry，英國）以及《臨牀生物化學評論》（Clinical Biochemistry Reviews，加拿大）等有較大的影響。中國出版的《國外醫學-臨牀生物化學與檢驗學分冊》（始於1980年）是全國性的情報刊物。其它有關臨牀生物化學為主要內容的國內外文獻雜誌刊物種類日益增多，可供參考。

由於臨牀生物化學在醫學理論與實踐方面的重要性，醫學生在學習基礎課和臨牀課中都應充分結合有關的臨牀生物化學知識。多數院校是從講授基礎生化開始的。一般説，基礎生物化學大部分是取材於動物和正常人的，在深度上也可以包括病理的材料。臨牀生物化學的教學計劃在各個國家則有很大的不同，就是在一個國家內，由於本課程的組織者的認識深淺不同，也存在着較大的差異。但是，從各國的醫學教育改革及內容來看，在所有國家，在整個醫學教育過程中，接觸臨牀生物化學知識的比重正在不斷增長。不少大學在後期教育中開設了有關臨牀實驗室科學的課程或相應的講座，或開展牀邊專題討論，有不少課程是為研究生開設的。應當積極地為醫學生、醫學研究及臨牀醫生提供能有效地利用實驗室來進行日常醫療活動的條件。對於非實驗室臨牀專家來説，要求他們通曉詳盡的方法學是不現實的，但他們對於檢測方法的原理及所得分析結果的限度和評價有所理解是十分必要的。不少教學醫院在為醫學生和研究生開設臨牀生化課程的同時，亦為臨牀醫生們提供相應的實驗室活動中心，提供一定的經費、投資設備，以促進臨牀與實驗室的合作，這對於現代醫學的進步起着十分有益的作用。

臨牀生物化學室工作內容的不斷增長，急需培養專門人才和建立工作質量控制程序、中國有關調查資料表明，如何切實加強和提高實驗室的分析質量是刻不容緩的。因此制定提高各級檢驗人員素質的相應的教育培訓計劃和考核法規，實行質量控制等制度都是很關鍵的措施。具體內容應包括培養具有領導和監管臨牀生物化學實驗室工作能力的各級領導人才和熟練的技術幹部；及時引進和開發可靠性更高的新方法；協助對分析數據的處理，積極參與臨牀有關諮詢；與臨牀醫生密切合作，對臨牀生物化學的理論原理和技術應用不斷進行總結和研討。

分析手段的現代化、自動化以及微處理機的使用，是現代生化實驗室的重要組成。能否合理地選用儀器，取決於日常工作量、使用人員素質以及對使用效益和經濟水平等有關因素的充分了解。制定各項測定項目最適用的分析方法，是一個實驗室工作的極其重要的環節，它要求充分考慮到方法的精密度、準確性以及實用性。為保證這一目的，在較大醫院的臨牀生物化學檢驗部門，有必要組織一定力量進行有關方法學的開發工作，經常研討新的方法學及自動化設置，經過試用，逐步推廣於常規工作。

人們越來越意識到，對疾病本質和過程的透徹理解，在很大程度上需要有關生物化學分析的確切信息。臨牀醫生正面臨着應付實驗室帶來大量分析數據的新課題。因此臨牀生物化學工作者有必要在這方面和醫生合作，進行更多的“翻譯”、“加工”，將生物化學分析結果的信息轉化為更高層次的醫學語言，從而為醫學科學和臨牀診療的提高服務。

臨牀生物化學在方法建立的原理確定後，尚需根據其原理來選擇合適的條件，以保證所建的方法可靠。下面以光度法為例介紹其條件選擇的主要環節。顏色反應是光度分析的基礎，因此，用作光度測定的顏色反應至少要具備以下幾條：反應有較高的特異性，從而干擾小；反應產生的有色物質吸光係數要大，大者靈敏度高；有色產物的離解度要小，小則穩定；此外，還要求有色產物有恆定的組成成分，使產生的顏色穩定。由於影響顏色反應的因素很多，如温度、pH、試劑濃度、反應的時間等等。這些因素在建立新方法時都要逐項試驗，確定最佳實驗條件。

實際上就是測定顏色反應產生的光吸收曲線。方法是在整個可見光區（400-700nm）以10nm（在接近最大吸收波長範圍還應再細分）間隔。分為十幾個點測定其在不同波長時的吸光度，然後以吸光度為縱座標，波長為橫座標繪成光吸收曲線。在條件許可的情況下，應採用雙光束分光光度計在可見光區進行波長掃描，結果較為可靠。同時，還應以同法分別測定其空白液和標準物顏色產物的吸收曲線。測定光吸收曲線的目的是找出最大吸收波長，作為光度法波長選擇的依據。因為在最大吸收波長測定，可獲得最大靈敏度，且能更符合比耳定律。然而在實際使用中，不能單純考慮靈敏度高，還要考慮在測定濃度範圍能否符合比耳定律，並能在光度計準確區域內（吸光度0.2-0.85之間）讀出讀數。有時由於測定的最大吸收波長並不是所要測定物質的特性吸收波長，即同時存在具有相似最大吸收的干擾物質，為了保證實驗的特異性，常改用特有而非最大吸收波長進行測定。例如用磷鉬酸測定血糖，選用波長420nm，溶液對此波長的吸收比其它波長光線的吸收都低，其目的是使參考值有一個較低的吸收，這樣可允許在相同情況下對高出參考值的血糖也能得到準確的讀數。因為在這項測定中，高血糖是常見的變化方向。

根據光吸收定律，溶液的吸光度應與溶液的濃度成正比。但由於有色物質的電離、水解、締合等原因當溶液稀釋或增濃時，有色物質顏色的深淺並不按比例降低或增高，因而也就不符合光吸收定律。測定方法適用的濃度範圍是指分析的濃度範圍在直線線性段，濃度與吸光度之比為一常數，此時直線上任何一點的斜率tanθ相等，即：

tanθ=A1/C1=A2/C2=A3/C3=……=An/Cn=K

此處K即為校正常數，可用於結果計算。

通常稀溶液都是符合比耳定律的，但在濃度過高和過低時往往都不呈直線，説明低濃度部分亦有儀器的靈敏度和方法的檢測能力限制，所以，具體的測定就宜選擇在直線段濃度範圍內進行。以此還可用於確定標本的用量，使具有臨牀意義的標本測定結果都落在直線範圍內。

影響顏色反應的主要因素有：溶液pH的影響、雜質的影響、反應的温度和時間、以及顏色的穩定性等。這些都是光度法測定誤差的主要來源。都需要通過實驗來觀察並控制在一個適宜的範圍內。從而保證方法的準確性和精密性。

溶液pH的影響有些溶液的顏色對pH值的改變非常靈敏。例如白蛋白在pH4左右可與溴甲酚綠結合後由黃色變成綠色，綠色的深淺與白蛋白濃度成正比，但是溴甲酚綠本身是一種pH指示劑，當pH5.4時即由黃色轉變成綠色，在pH3.8時又由綠色變為黃色。在白蛋白與溴甲酚綠結合顏色反應中，如pH控制不好就很容易出現誤差，又如每種酶都有各自的最適pH，酶促反應中，只有在其最適pH時才能發揮充分的催化活性。因此，在建立方法時可在不同pH值條件下（其它條件不變）令其反應，以觀察顏色反應的吸光度變化，從而選擇合適的pH值範圍來保證顏色反應，以求較高的靈敏度和較好的線性。有時還需用相應的pH緩衝液來維持反應的pH，以利顏色反應的正常進行。

雜質的影響由於臨牀生化標本中除含待測物質外，還含有許多非測定物質，成分十分複雜，它們有的可與有色產物作用，使產生的顏色逐漸退去，有的與待測物質相類似，也能緩慢地與顯色試劑生成有色化合物或沉澱，有的本身是有色的等，都會影響被測物溶液的顏色。試驗方法是將各種可疑物質的純溶液作標本單獨進行測定，如產生顏色反應，這説明該方法的特異性不高。如果將待測物質混入可疑物質作標本測定，改變了被測物質與試劑間的反應，這是干擾。為此就需要進一步改進方法，或設立標本空白，或將標本作適當處理，除去幹擾物，或加入合適的干擾物掩蔽劑等，以提高方法的特異性。

反應的温度和時間有些有色物質能迅速反應生成，另一些有色物質須經過相當長時間後反應才能完全。提高反應的温度可以加速化學反應，縮短反應的時間。因此，如果在不恰當的温度和時間內進行比色，將會造成相當大的誤差。這可以在不同的温度下（如設定25℃，30℃，37℃）令其反應，通過檢測吸光度來觀察各自反應終點時間（一般達到反應終點，隨後測定的吸光度不再變化），以選定適宜臨牀應用的反應最佳温度和時間。

穩定性試驗待測物質經顯色反應產生的有色物穩定與否，關係到測定結果的可靠性。某些有色物質雖然生成很快，但卻不太穩定，放置後色澤會逐步消退或起變化，有些干擾物雖不能與被測物質同時發生顏色反應，但當放置一段時間後也能緩慢地與試劑顯色，使溶液顏色加深。因此，在方法建立的同時作穩定性試驗很有必要。試驗的方法是用被測標本、標準溶液、空白溶液按方法要求進行顯色反應後，即刻及室温放置不同時間，分別測定其吸光度，根據其吸光度的變化確定方法穩定的時間範圍。一般要求有色溶液能穩定二小時以上就能滿足臨牀應用的需要。必要時還要加以註明。