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[转载]尿液分析百年史

已有 611 次阅读 2021-2-26 18:40 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

一、尿液化学检查的发展史

早在远古时期,人们就了解到尿液的颜色、粘稠度和尿量的变化与疾病有关。古印度的医生曾将尿液倒在地上,如果这种尿液能够招来蚂蚁,就说明它是患痈的病人排出的“蜜尿”,这可能是人们所知道的最早的尿糖测定方法。

公元前400年,古希腊名医希波克拉底(Hippocrates)在其著作中就指出了尿液检查对健康人和病人的重要性,他注意到儿童和成年人发热时尿液的变化,并提到气味的不同和颜色的变化。

公元1000年,波斯名医依新梅尔(Ismail)总结了他对尿液的研究,并描述了7种针对尿液的观察和实验.即颜色、粘稠度、尿量、透明度、沉淀物、臭味和泡沫。尿试纸的起源,可追溯到16世纪,英国物理学家罗伯特·玻意耳(Robert Boyle)发明石蕊试纸。或者更早,可追溯到罗马学者普林尼(Plinius)通过浸泡于没食子酸的莎草纸测定铁试验的时代。

1660年,德国炼金学者奥托·塔切里斯(Otto Tachenius)使用这种技术用于尿液的测定。

1673年,弗雷德里克.德克斯(Frederick Dekkers)用加热醋酸酸化尿液方法测尿中的蛋白。

1674年,托马斯·威利斯(Tomas wilis)发现糖尿病病人的尿中有甜味。

1787年,法兰西斯克·莫拉伯利(Francesco Marabelli)用硝酸法检测尿中的胆红素。

1790年,弗兰西斯·贺姆(Francis Home)用硝酸法检测水肿病人尿液中的蛋白。

1827年,理查德·伯瑞特(Richard Bright)用加热的方法检测肾病患者尿液中的蛋白。

1841年,特莫(Trommer)第一次用氧化铜还原法测定尿糖。

1850年,巴黎化学家莫米纳(Mauraene)基于干化学的原理,发明了一种测定尿葡萄糖的试验。他使用氯化锡浸泡过的美丽奴羊毛的纤维作为试剂带。当一滴尿液加入到纤维上,将纤维加热,如果尿液中有葡萄糖存在,则纤维变黑。这种方法虽然简单,但试验结果不太满意。

1880年,英国著名的物理学家威廉·帕维(William Pavy)花费60年的时间研究糖尿病的发展,提出用干粉试剂来测定尿葡萄糖的药丸“Paye’s pellets”;后来他又基于酸沉淀的原理.完善了测定尿蛋白的药片。

1883年,英国医师乔治·奥利弗(George Oliver)在试验中废除了液体试剂,成功地将事先配制高浓度的试剂固定于滤纸上,使临床医生能够很容易地使用它。不久,他发明的测定尿蛋白、尿葡萄糖的药片大量进入市场;随着他的一本小册子On Bedside Urine Testing出版,关于干化学试纸的消息很快传遍了整个欧洲大陆。

直到20世纪,尿液分析才成为临床实验室的一种常规操作。1911年,美国辛辛那提大学的17岁大学生斯坦利·班尼迪特(stanly Benedict)首先在JAMA杂志上发表了一篇文章,提出了一种稳定、实用、方便于检测尿糖的碱性硫酸铜溶液,后来被人们称为班氏溶液(Benedicts solution),现在这种测定尿糖的方法仍在某些小型临床实验室应用。几乎同时,美国纽约博士后医院临床实验室在维克多·梅尔斯(Victor Myers)博士的领导下,对临床化学包括尿液分析进行了大量工作,他成为临床化学包括尿液分析的开刨者。

同一时期,美国约翰·霍普金斯医院(Johns Hopkins Hospital)的查理·爱莫生(charles Emerson)正致力于尿液检查的教育普及。他的名著《临床诊断》一书中.有1/3以上的篇幅讨论尿液分析。该书25年内再版5次,供医生们教学、实践之用,书中的资料初步建立了尿液分析技术的基础。到1930年.尿液检查已成为医院常规检查中的一项。

干化学药片的诞生,开始于发现滤纸具有特殊毛细管作用的时代。它能够只将含有少量的底物来提高催化反应的色彩强度,达到发展成比较系统的微量化学分析的工具。澳大利亚化学家弗里新·费格尔(Fritz Feigl)使这个问题得到了重大突破。

1921年,他首先与化学家罗萨·斯持(Rosa Stern)合作,创造斑点分析技术。这项技术以后被300种刊物采用,并在工业学、生态学和法医学等领域得到广泛应用。

1931年奥地利医师奥托·沃·费斯(Otto von Furth)阐明这项技术在医学中应用的意义之后,1937年,费格尔又利用“蛋白质误差”(protein error)法发明了测定尿蛋白的一种筒单颜色反应,这项改革取代了历史上长期使用的测定尿蛋白的沉淀法。同年,他又发明了测定尿潜血的液滴反应(a drop reaction),这项分析方法的革新为以后美国科学家发展浸入即读(dip-and-read)的试剂带打下了基础。

1939年,美国丹佛一比学公司在亚历山大·加拉特(Alexander Galat)博士的发明创造下,生产了基于铋还原的原理能够测定尿葡萄糖的药片,这种药片根据发明者的名字命名为Calatest。

1941年,美国Bayer公司的医学博士沃尔特·坎普通(Walter Compton)基于班氏试剂中铜还原的原理,苜次研制出具有纪念意义且销的测定尿糖试剂Clinitest。这个试剂减少了原来班氏法加热的程序,该试剂含有柠檬酸、氢氧化钠、碳酸氢钠和硫酸铜的混合物。当将Clinitest试剂加入到尿液和蒸馏水混合的试管内,试剂利用所含的强碱和酸自身产生大量的热量,使硫酸铜的铜离子和尿液中的某些物质发生还原反应,而使其形成黄色的氢氧化亚铜和红色的氧化亚铜混合物。尿中有葡萄糖等还原性物质存在时,侬照尿中葡萄糖浓度的多少,反应呈现出不同系列的绿色、黄色和棕色变化;如果尿中无葡萄糖,则颜色没有变化。它测定尿葡萄糖的最佳浓度为0.5~3.0%。50年代,美国Bayer公司在阿尔弗莱德·弗瑞(Alfred Free)博士的指导下,一些简单、方便用于尿液检查的试剂相继问世。1950年,研制出测定血清、尿酮体的试剂Acetest;1955年又研制出测定尿潜血和尿胆红质的试剂0ecultest和Ictotest。

现在大家熟悉并广泛使用试剂带的新纪元开始于1956年,美国Bayer和Lilly两家公司几乎同时创建了测定尿葡萄糖的新产品clinistix和TesTape试剂带。他们首先将特异酶(葡萄糖氧化酶)引入到产品中,使样品检出的敏感性和特异性大大提高。这种新型的浸入即读(dip-and-read)试剂带包含两种特异酶(即葡萄糖氧化酶和过氧化物酶)、色源(如邻联苯胺等)和缓冲物质等,具有使用简单、操作方便,且测定结果能和标准色板比较等优点。1957年美国Bayer公司又利用“蛋白质误差”原理推出测定尿蛋白的试剂带Albustix。1958年推出测定尿葡萄糖和尿蛋白的二联试剂带Uristix,次年又推出测定尿葡萄糖、尿蛋白和尿pH的三联试剂带Combistix。以后几乎每年都有新的产品问世,直至现在所使用的十联试剂带Multistix。20世纪60年代,世界上许多公司也开始研制生产尿液干化学试荆带,如德国Boehringer Mannheim公司于1964年推出combur-Test试剂带。20世纪70年代,随着自动化程度不断提高。半自动尿液分析仪的问世,替代肉眼观察结果,减少人为误差。提高了检测的敏感性和特异性。20世纪80年代,许多公司将层析和免疫技术用于试纸中,生产出具有检测敏感性和特异性极高的单克隆抗体的试剂带.如Boehring Mannheim公司的测定尿微量白蛋白试剂带Micral-Test等。

1970年后,用于尿液试带检测的自动化分析仪开始使用。1972年,Clemens和Hurtle制造了Clinilab自动化分析仪,从而使尿液化学分析在真正实现了仪器化。在这以后的几十年中,日本珠式会社、美国Bayer公司、德国Boehringer Mannheim公司、韩国盈东制药株式会社等先后制造出尿液分析仪,并将尖端的光学元件CCD(电荷耦合器件)技术应用于尿液分析仪。

由于计算机技术的高度发展和广泛使用,尿液分析仪的自动化得到迅猛发展,由原来的半自动尿液分析仪发展为全自动尿液分析仪。1993年,Boehringer Mannheim公司推出10项Supertron全自动尿液分析仪.这些仪器不仅大大地解放了劳动力,而且减少了医务人员污染率。Supertron全自动尿液分析仪由于试带采用浸入方式与尿液标本结合往往会造成试带之间相互影响及浸入这种方式需要尿液标本很大会造成有些标本不能上机测试,此类仪器没有推广使用。1994年,Bayer公司推出11项Clinitek Atlas全自动尿液分析议,具有条码识别系统,双探头计数装置。

2000年,日本KDK公司推出Aution MaxTM AX-4280型全自动尿液分析仪,采用双波长反射指数法测定尿9项、折射指数法测定尿比重、四波长反射法测定尿液颜色和透光指数法测定尿浊度,使尿液分析更加科学化。2001年Boehring Mannheim/Roech Diagnostics公司又推出新型的URYSYS 2400型尿液分析仪,这些仪器不仅大大地解放劳动力,而且减少医务人员的医源性感染。

我国尿干化学试带的研制始于20世纪60年代。1957年美国的阿尔弗莱德·弗瑞(Alfred free)博士来我国广州讲学并举办展览。1966年北京协和医院检验科和上海医学化验所开始研制尿液试剂带。1980年江定强教授在国内首先研制的国产尿试剂带同世并投放市场。

1955年广西桂林医疗电子仪器厂以技术贸易方式从日本京都第一株式会社引进当时具有国际先进水平的MA-4210型尿液分析仪和专用试剂带的生产技术及设备,由此填补了国内空白。为了尽早消化、吸收该技术,1988年国家科委将该项目列为国家级重大新产品试产计划。经过近三年的努力,该厂组织广大技术人员及工人对引进技术进行了消化、吸收.于1988年实现了部分国产化,1990年达到全部国产化。1992年,国外出现了尿10项分析仪及专用试剂带。为了赶上世界先进国家的发展水平,该厂1994推出了Uritest-100尿液分析仪及专用试剂带。1997年上半年又推出了Uritest-200尿液分析仪及专用试剂带。该仪器具有大屏幕液晶显示器、中文引导菜单与计算机联的RS-232接口,存贮500个数据.144个标本/h的检测速度。以后又推出Uritest-300、Uritest-500尿液分析仪。

1992年,长春迪瑞公司开始研发和生产尿液分析仪,先后生产出采用了六波长光学分析技术的N-600、H-300、H-500、H-800等系列尿液分析仪,该产品于2003年11月通过欧盟CE认证和2004年6月试带通过美国FDA认证,这是我国同类产品第一家率先通过此认证,标志着迪瑞公司的产品质量通过国际标准,可以畅销全世界。

二、尿液有形成分分析仪的发展史

1630年,Nicolas Claude等最早使用显微镜观察尿沉渣。1948年,苏格兰医师Addis介绍了尿液的收集和计数池的使用方法,即著名的“爱迪(Addis)计数”。从此使尿液显微镜检查成为评估患者相关疾病的检测项目之一。

迄今为止尿沉渣分析仪大致有两类,一类是通过尿沉渣直接镜检再进行影像分折,得出相应的技术资料与实验结果;另一类是流式细胞术分析。

1983年,美国国际遥控影像系统有限公司(International Remote imaging systems Co., Ltd)研制生产了世界上第一台“Yollow IRIS”高速摄影机式的尿沉渣自动分析仪。简称Y一1尿自动分析仪。这种仪器是将标本的粒子影像展示在计算机的屏幕上,由检验人员加以鉴别。

1989年,日本东亚医疗电子有限公司(TOA Medical Electronics Co., Ltd)引进Y-1尿自动分析仪,发现此仪器不能满足临床要求。1990年,美国国际遥控影象系统有限公司与日本东亚医疗电子有限公司合作,对原有的尿沉渣分析仪进行改进,生产出影象流式细胞术的UA-1000型尿沉渣自动分析仪,随之又生产了UA-2000型尿沉渣自动分析仪。这种仪器主要由连续高速流动位点摄影系统组成,包括闪光放电管、放大接物镜、平面流动池、CCD摄影系统、影像信息处理机和阴极射线示波器等。虽然该仪器对原来的尿液分析仪进行改革,但由于此类尿沉渣自动分析仪对图象粒子测绘不十分满意,处理能力低,重复性差,管型分辨不清,价格较昂贵等原因,而不能普及。该公司在2000年推出了改进型大型939UDX全自动尿液有形成分分析仪后,于2002年通过美国食品药品管理局(FDA)的论证建立新的IQ-200系统,并推出了小型的尿沉渣检测工作站。近年来Iris集团又推出第五代全自动尿液粒子分析仪(iQTM200全自动尿液显微镜分析仪)。其将流式细胞分析技术和粒子呈像分析技术完美的结合,同时使用先进的自动粒子识别(APR™)分析系统,用于识别和定量12种有形成分。可以依用户定义检测范围自动地给出结果报告。图像报告,可以按要求在监视器上显示出来,极大地减少额外手工显微镜分析过程,并可以对一些类型的粒子进行亚分类。

1995年,日本东亚医疗电子有限公司在原来影像流式细胞式尿沉渣自动分析仪的基础上,将流式细胞术和电阻抗技术结合起来,研制生产出新一代UF-100型全自动尿沉渣分析仪(UF-100 Fully Automated Urine Cell Analyzer)。该仪器具有快速(检出标本量,l00个/h)、操作方便,且同时给出尿沉渣有形成分的定量结果和红细胞、白细胞细胞散射光分布直方图,便于临床人员对疾病的诊治和科研工怍。2006年,日本东亚医疗电子有限公司又推出UF-1000i全自动尿液有形成分分析装置,本装置由检测主体部分以及数据处理部分组成,UF-1000i的可选外设有取样器单元、外装空气压力源,手持条形码阅读器、打印机。

而基于影像处理技术的尿液有型成分分析仪,由于计算机和数字化技术的迅速发展,也在不断推出新的产品。比较早期出现的BAYER DiaSys系统就是典型代表,以后升级为 R/S2003系统,该系统的主要部件有一个玻璃的光学计数板,计数板固定在显微镜上并连接了一个加样泵,将加样管插入离心管的底部,加样泵可吸取180微升的沉渣并利用涡流混合重悬。在加样泵作用下尿沉渣流入检测区,均匀地分布在光学计数板上。计数后,系统可自动用700微升的盐水冲洗管路和计数板以防止交叉污染。虽然在R/S2003系统中引入了自动加样和自动清洗功能,但是整个标本处理过程仍然由手工完成,检测方法也是人工镜检法,因此该系统只是对镜检法的改进形式。

美国DavStar公司推出的Cen-Slide系统,是另一类特殊的用于尿沉渣检查的一体化设备。它将沉渣计数板集成在离心管的底部。该系统由取样/加样容器、Cen-Slide管、特制的离心机、显微镜支架等组成。在Cen-Slide管中加入5ml尿液后,将其放在特制的离心机上离心,离心的速度和时间都是固定的。离心结束后,离心机可振动试管使得尿沉渣均匀地分布在与管底连接在一起的计数板上。将Cen-slide管取下水平放在架子上,平面一侧向下,至少静置1分钟后,插入显微镜支架放到载物台上,由工进行镜检。本系统通过离心管和计数板的集成,实现了沉渣、重悬和将沉渣加入计数板过程的自动化,离心时间短且所需空间小,标本蒸发或暴露在外的机会很小,且排除了标本对外界和操作者污染。

国内尿沉渣全自动分析仪始于本世纪,2002年8月,长沙爱威公司将“机器视觉”技术应用于临床显微镜镜检,并已开发生产出AVE-76系列尿沉渣分析仪,尿液标本经自动进样系统自动混匀后充入流动计数池,全自动显微镜对计数池前后左右移动、调焦距、高低倍物镜转换、调聚光镜等功能,仿照人的视觉系统对计数池的有形实物目标进行采集捕捉、定位、识别,计算机对采集的目标特征进行处理、统计分析,与计算机系统中已经建立的各种有形成分特征参数(如大小、形状、灰度等)模型数据库进行运算拟合,得出有形成分结果,全过程实现了镜检过程全自动化。



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