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FTIR及mapping技术探测陈旧性及急性心肌梗死的分子学差异

背景：心肌梗死(myocardialinfarction,MI)是心肌严重缺血所导致的心

肌细胞坏死。MI是心肌缺血的严重并发症之一,占所有死亡的10-15%,占猝死的

60%。

因此,MI作为心血管系统的重要病变之一,成为世界范围内的健康隐患。依

据病变时间差异,MI可分为急性心肌梗死(acutemyocardialinfarction,AMI)

及陈旧性心肌梗死(oldmyocardialinfarction,OMI).AMI往往表现为心肌细

胞的溶解性坏死,心肌细胞肿胀,肌原纤维和细胞器广泛溶解、消失,甚至只有核

和胞膜的存留,整个心肌细胞犹如一个空鞘,同时细胞周围出现纤维增生、变粗,

形成网架结构。

最终核消失,网架塌陷崩解；心肌细胞的再生能力极差,坏死区域最常见的修

复形式为瘢痕形成，即坏死组织完全为胶原纤维所取代,纤维排列不规则。陈旧

的瘢痕组织较致密,其胶原纤维可发生玻璃样变性,或钙盐沉着,这就是OMI的主

要病理学改变。

从组织病理学角度,MI导致急性炎症,并且坏死组织逐渐被胶原瘢痕所取代,

该过程大概需要6-8周时间。疾病的进程均为正常组织-微小病变-典型病变,早

期AMI从组织病理学水平难以诊断,而且AMI向OMI发展过程中表现出来的组织

病理学改变愈加复杂,难以进行有效的区分。

在实际工作中,无论大体标本的宏观观察,还是组织切片的微观观察,所见到

的病理改变往往比较复杂,单纯依靠主观的组织病理学检查,往往难以对微小病

变或轻度病变加以准确的区分和辨认。因此亟需寻找一种便捷、敏感、可重复性

的方法,以适用于法医病理学鉴定的需要。

傅立叶变换红外光谱(Fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR)

技术兴起于20世纪80年代,是确定分子组成和结构的有效技术工具,具有分析过

程简便、噪声低、光通量高、测量速度快、波数精度高、频率测量范围宽、操作

费用低、无损检测等优点,广泛应用于化工、冶金、地矿、石油、医药、珠宝鉴

定、法庭科学等诸多领域。对于固体、液体或气体样本,单一组分的纯净物及多

种组分的混合物都可以应用FTIR技术进行测定。

FTIR既可以用于样品的定性分析,也可用于定量分析。除此之外,FTIR检测

过程制样简单,生物样本无需额外的染色技术,极大地缩短了测定时间。

基于法医病理学特定的保留样本及复审需要,FTIR的无损性、可重复性尤为

适用。当有机分子吸收红外线后,会产生分子振动能级的跃迁,这种跃迁因不同有

机分子的振动形式、振动方向及振幅大小而异,其振动能级跃迁有所差异,因此不

同结构的化合物在红外线的照射下呈现出不同波长的吸收带,即红外光谱。

FTIR即是将干涉图应用数学上的傅立叶转换所形成的红外光谱。对于多原

子的有机物来讲,有些振动来自于整个分子,有些振动来自于分子局部的化学键

或官能团,同一类型的化学键的振动具有相近的振动频率。

因此,FTIR依据分子共价键的不同运动方式所产生的红外吸收的特征峰,来

确定该化合物的化学结构或分子中的官能团特征。细胞由细胞膜、细胞质、细胞

核构成,各部分主要化学组成为蛋白质及脂质、糖原、核酸,这些组分的含量、构

型及构象在不同组织细胞表现不同。

在许多疾病过程中,这些组分会发生变化,而这些变化可以通过红外光谱的

差异表现出来。目前FTIR应用于肿瘤、动脉粥样硬化斑块、骨钙化异常等疾病

的分子特征进行研究,并发现了一些特征性的变化。

国外学者曾利用MRI技术对活体内陈旧性心肌梗死及急性心肌梗死进行区

别,但利用FTIR及面成像技术进行心肌梗死的分子特征测定并初步进行区分,目

前国内外尚未见报道。本研究突破传统分子特征研究思路,在国际上首创性的联

用FTIR、红外显微镜及面成像技术对心肌梗死的分子特征进行研究；将尸体样

本引入分子水平研究,在同一张切片上设定实验组及对照组,消除了死后变化的

影响；快速、敏感的对细胞各主要大分子成分的含量及空间构型进行同时分析,

消除了单次分析一个指标的操作差异,并最大程度节省了检测时间；在前期开创

性工作的基础上,对蛋白质、糖原、核酸及脂质等成分的变化关系进行探讨,进一

步用于探测陈旧性及急性心肌梗死的分子特征,并为最终在分子水平区分陈旧性

及急性