丙泊酚快速检测的研究进展

丙泊酚是一种常用于手术和重症监护的短效静脉麻醉药，最初由英国化学工业公司开发，该公司研究了苯酚衍生物在动物模型中的镇静作用，在1973年首次公布了丙泊酚的麻醉性质[1]。丙泊酚不溶于水，初步临床试验使用的乳剂中含有聚乙氧化蓖麻油，由于发现其会引起过敏反应而被撤回。后来改用脂类乳剂后于20世纪80年代在欧洲和美国得到应用。由于其起效快、作用消除快、苏醒迅速等优点，现已成为麻醉诱导和维持的首选药。丙泊酚主要经由肝代谢，在尿液中以原型排出约为1%，随粪便排出约为2%[2]。患者在接受单次剂量的丙泊酚静脉注射30~50 s后意识消失，并持续4~6 min。目前检测丙泊酚血药浓度的方法包括高效液相色谱法[3‑4] 、电化学检测[5]、气相色谱质谱联用仪（gas chromatography‑mass spectrometer, GC‑MS）[6]、固相微萃取联合毛细管气相色谱法或顶空气相色谱法[7]。Dawidowicz等[3]的研究发现，肺组织含有与丙泊酚羟基化相关的P450酶以及与葡萄糖醛酸化相关的UGT酶，所以肺也参与丙泊酚的代谢。由于肺也参与了丙泊酚的代谢，有学者尝试从呼出气中监测丙泊酚浓度，并有相关文献证实了其可行性[8]。目前，呼出气丙泊酚浓度的检测方法主要包括GC‑MS[9]、质子转移反应质谱法（proton transfer reaction‑mass spectrometer, PTR‑MS）等[8]。

1 血中丙泊酚快速检测的方法

对于麻醉医师，在临床实践中评估和调整麻醉深度是其主要任务之一，监测静脉麻醉药的血药浓度是控制麻醉深度的一种方法，类似于使用挥发性麻醉剂的呼气末浓度。目前测定丙泊酚血药物浓度的常用方法为高效液相色谱法、气相色谱法和液相色谱质谱法，但由于仪器体积大、样品预处理复杂等缺点不能实现在临床和手术中静脉麻醉药浓度的快速检测。新兴的丙泊酚血药浓度快速检测方法目前包括离子迁移谱（ion mobility spectroscopy, IMS）技术、固相萃取与其他技术联用等。

1.1　IMS检测血中丙泊酚浓度

IMS是一种在弱电场下分离和检测的技术，具有灵敏度高、分析速度快、适合携带等优点，IMS已经成功地用于检测爆炸物、毒物、化学毒剂，仪器具有体积小、便携性好的优点。在Wang等[10]研究中，建立了一种快速测定血浆丙泊酚浓度的独立IMS：在不进行样品预处理的情况下，将血浆样品滴在玻璃微纤维纸上，然后通过热脱附直接进入IMS系统，每一个样本都可以在1 min内测量出浓度，并用高效液相色谱法测定血浆丙泊酚浓度；结果证实这两种方法之间有很好的一致性，可实现在手术间的环境下检测丙泊酚浓度。

1.2　定量比色联合固相萃取检测血中丙泊酚浓度

The Pelorus 1000 analyser（SphereMedicalLtd.，Cambridge, 英国）可实时测量全血中的丙泊酚浓度[11‑12]，Pelorus 1000中使用的测量技术基于定量比色原理：在将全血样品注入分析仪后，将样品稀释，并将红细胞裂解，使用固相萃取从裂解的血液中提取丙泊酚；丙泊酚的提取是通过全血样品与吉布氏试剂反应形成有色复合物来检测，仪器通过吸收光谱测量样品中复合物的浓度。这台机器可实现样品的制备、提取和检测，丙泊酚的浓度在取样的几分钟内就可以得出结果，因此可以实时地优化个体患者的丙泊酚输注速度，从而立即控制目标浓度。在Cowley等[13]的实验中使用的丙泊酚分析仪同样是利用固相萃取从0.5 ml全血中提取丙泊酚，然后使用比色检测技术定量该提取物中丙泊酚的量；该装置在4 min内可测定出血样中丙泊酚浓度，此技术在2006年首先被提出。在McGaughran等[14]的研究中，抽取了丙泊酚麻醉诱导过程中17例患者的静脉血标本，并将标本一式两份，分别用丙泊酚分析仪和高效液相色谱仪进行分析；总计87份样本通过Bland Alman分析，两种分析方法没有显著偏倚，丙泊酚浓度均在0.34~0.42 mg/L。结果表明，该方法可适用于全身麻醉期间丙泊酚的快速监测。

1.3　在线分子印迹聚合物固相萃取检测血中丙泊酚浓度

Li等[15]介绍了一种快速检测全血中丙泊酚浓度的方法，该方法利用在线分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymers, MIPs）固相萃取，而不是传统的C18固相萃取结合荧光光纤检测。MIPs在固相萃取中的应用是Sellergren[16]在1994年提出的。MIPs不仅可以集中，而且可以选择性地将目标分析物与实际样品分离。MIPs的优点包括高选择性、稳定性、可重复使用性、易用性和低成本制备，它们已被有效地用作清洁和选择性富集不同样品分析物的吸附剂。这种新开发的方法已成功应用于测量模拟全血样品中丙泊酚的浓度，整个分析过程只持续5 min；结果显示新的在线方法和经过验证的高效液相色谱方法之间差异无统计学意义。这种新的在线方法可以更快、更方便地进行丙泊酚的临床实时检测。

2 呼出气中丙泊酚快速检测的方法

由于Dawidowicz等[3]的研究指出丙泊酚具有可从肺代谢的性质，从而使得通过呼出气分析丙泊酚浓度成为了研究的热点。目前，测量呼出气中丙泊酚浓度的常用方法为GC‑MS[17‑18]，它的缺点是仪器体积大、测量时间长，不能在临床中常规应用。随着科学技术的发展，近年来发展起来的各种创新的化学传感器可测量呼出气中微量的物质，这又使得人们对于呼出气中丙泊酚的快速检测方法产生了浓厚的兴趣。与传统测量方法相比，快速检测具有实时、方便、快捷的优点。丙泊酚的沸点为256 ℃[19]，所以呼出气中丙泊酚浓度极低，在麻醉时，实时测量丙泊酚浓度的技术难度很大，目前并没有实时测量丙泊酚浓度的设备应用于临床。Harrison等[8]首次利用PTR‑MS从患者呼出气中检测到丙泊酚及其代谢产物之后，越来越多的学者尝试利用不同的技术方法来监测呼出气中丙泊酚浓度。目前的文献资料中，有关丙泊酚快速检测的方法包括PTR‑MS、离子分子反应质谱法（ion molecule reaction‑mass spectrometry, IMR‑MS）、IMS、毛细管柱联合离子流动质谱（multicapillary columns‑ion mobility spectrometry, MCC‑IMS）、选择性离子流动管质谱（selected ion flow tube‑mass spectrometry, SIFT‑MS）以及气相色谱联用声表面波传感器（gas chromatography‑surface acoustic wave, GC‑SAW）等。以上方法均可实现丙泊酚的实时快速检测，解决了传统的气相色谱质谱联用仪的非连续性、滞后性的缺点。

2.1　PTR‑MS检测丙泊酚呼出气浓度

PTR‑MS可以用于快速测定呼出气中痕量物质的原理为：H3O+ +M→MH++H2O[20]，通过反应离子H3O+与被测物质之间的质子转移反应将被测物质转化为MH+，从而实现被测物质的质子化和后续的质谱检测。Harrison等[8]在患者的呼出气中检测到静脉注射的丙泊酚，但并没有评估呼出气与血液中丙泊酚浓度之间的关系。在Takita等[19]的研究中，利用PTR‑MS测出呼出气中丙泊酚浓度后，与血浆中浓度进行了比较，发现血浆和呼出气浓度具有一致性，表明PTR‑MS可通过测量呼出气中浓度来监测血浆中丙泊酚浓度。

2.2　IMR‑MS检测丙泊酚呼出气浓度

Hornuss等[21]抽取一组接受全凭静脉麻醉的神经外科患者的血样，并使用一个与质谱仪相连的自动取样器对血样进行丙泊酚顶空测定，另一组质谱系统直接连接到同样进行靶控输注的神经外科患者的气管导管和麻醉机呼吸回路上，并在线测量呼气末丙泊酚浓度。在此研究中，呼出气中丙泊酚浓度测定的方法为IMR‑MS，结果发现丙泊酚血药浓度与丙泊酚顶空气浓度存在密切相关性。该系统以离子分子反应和四极质谱联用为基础，为在线和离线抽取呼出气体中的有机和无机化合物提供了一种高灵敏度的测定方法。Hornuss等[22]还研究了在非稳态时，单次静脉注射丙泊酚后呼出气中检测到丙泊酚的时间，其目的主要是研究呼出气中丙泊酚浓度是否有延迟;在注射丙泊酚后，呼出气中检测到丙泊酚时间为（43±21） s，而BIS的变化时间为（49±11） s。

2.3　IMS检测丙泊酚呼出气浓度

在Perl等[23]与Kreuder等[24]的研究中，应用IMS结合多通道毛细管柱在患者的呼出气体中直接量化丙泊酚，发现呼出气体中丙泊酚浓度与静脉丙泊酚浓度之间存在相关性;并证实了MCC‑IMS方法可以对呼出气体进行精确测量，允许无创性地评估丙泊酚的浓度，而且不需要对呼出气体样本进行预处理。但呼出气中的水分会影响IMS的性能，如降低选择性和灵敏度。在Zhou等[25]的实验中，建立了一种在线检测的膜入口离子迁移谱（membrane inlet‑ion mobility spectrometer, MI‑IMS），与直接进样相比，膜进口可以消除水分干扰，提高丙泊酚的选择性。近年来，最常使用的膜是有机硅膜，能够抵抗水蒸气的透过[26]。利用IMS技术检测挥发性有机化合物时膜入口技术已被证明是一种有效消除水分的方法[27]。Zhou等[25]的实验只在鼠身上进行；而Liu等[28]同样使用了MI‑IMS技术，研究对象是19例患者，得出呼出气与血浆丙泊酚浓度变化的一致性，表明MI‑IMS技术可提高丙泊酚麻醉的安全性。

2.4　SIFT‑MS法检测丙泊酚呼出气浓度

SIFT‑MS技术在20世纪70年代中期开发于英国伯明翰大学[29]，是一种同时测定空气中和呼吸中痕量气体的技术。它的原理是依据呼出气中的微量气体分子的化学电离，四级杆虑质器对它们进行质量过滤后进行质量分析。它的优点为实时监测浓度可低至1 ng/L，并且操作简便。SIFT‑MS具有足够的灵敏性，可以同时分析单次呼出气中几种微量气体代谢物。Boshier等[30]将5 m长的管道与通气回路的气管导管相连，利用SIFT‑MS在5例进行腹腔镜手术的患者的呼出气中检测到了经静脉注射的丙泊酚。

2.5　表面声波传感器联合气相色谱仪检测丙泊酚呼出气浓度

在利用GC‑SAW测定呼出气中丙泊酚浓度时，使用了直热式毛细管柱升温方式，监测呼出气中丙泊酚浓度的周期就可压缩至90 s。在董浩等[31]的实验中，将GC‑SAW的进样口与呼吸机的出气管相连，采气周期90 s，并在相应位点抽取患者血液。使用GC‑SAW系统测血液样品的顶空响应，与呼出气响应作对比，结果发现丙泊酚呼出气浓度与其血药浓度在变化趋势上基本一致。在Chen等[32]的实验中，同样使用了GC‑SAW检测28例接受丙泊酚静脉注射患者的血液和呼出气体中的丙泊酚浓度，证明了GC‑SAW可作为一种便捷的方法对丙泊酚进行定量分析。

3 小 结

相对于耗时长且操作复杂的传统测量方法，丙泊酚的快速检测更适用于临床手术中。随着技术的进步及研究者们的努力，希望在不久的将来，监测丙泊酚浓度可以像监测挥发性麻醉药浓度那样，能够快速、实时地指导医师评估麻醉深度。