高中生物第三单元生物科学与人类健康第三章生物药物331抗生素及其合理使用素材中图版选修2.docx

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1、第1节 抗生素及其合理使用现代生物技术与体育兴奋剂浅谈随着2008年北京奥运会到来，体育兴奋剂这一话题再次成为人们关注热点。科学技术是一把双刃剑。现代生物技术发展对体育兴奋剂检测一方面提供了有力措施，同时又对兴奋剂检测提出了新挑战。 1 现代生物技术应用于检测体育兴奋剂 11 兴奋剂检测生物芯片研制成功 我国已经开发出兴奋剂检测生物芯片，这是一种蛋白芯片，可同时对9种刺激剂和麻醉剂进行检测。经过对1300多例运动员实际尿样检测表明，该蛋白芯片与经典气质联用方法符合率达到100。但与气质联用方法相比蛋白芯片具有通量高、速度快、成本低和操作简单优势，可以满足大型运动会对运动员进行大规模筛查需要。

2、兴奋剂检测生物芯片是由由北京博奥生物芯片公司暨生物芯片北京国家工程研究中心联合国家体育总局运动医学研究所兴奋剂检测中心共同承担，可望在2008年北京奥运会针对参赛运动员进行大范围兴奋剂筛查工作获得实际应用。 12 同位素比质谱技术在内源性甾体类固醇激素检测中应用 近年来随着国际反兴奋剂力度加大和兴奋剂检测技术发展，许多运动员开始转向使用内源性物质，使得内源性物质检测成为兴奋剂检测领域研究热点。 121 外源性药物与内源性药物 外源性药物指自身不能分泌，由外源提供药物，如刺激剂、麻醉剂、利尿剂、合成类固醇、-阻断剂等。而内源性药物指自身能够产生，体内本身就存在物质。主要是肽类激素租甾体类固醇激素

3、，包括睾酮、双氢睾酮、表睾酮、脱氢表雄酮、雄烯二酮等体内也能自身合成类固醇激素等。 122类固醇激素检测 由于外源性兴奋剂不是人体本身所具有，因此只要尿样检测中出现即可定为阳性。而对于内源性兴奋剂，则要区分是自身产生还是人为引入，只有确定是人为引入才能定为阳性，因此不能再使用定性方法进行检测。而内源性兴奋剂在体内浓度极低，变化又快，这为内源性兴奋剂检测增加了很大难度，这也是国际奥林匹克运动面临一个检测难题。 20世纪90年代是同位素比质谱技术逐渐走向成熟、各种质谱技术蓬勃发展时期，因此传统兴奋剂检测技术革新，更多地体现在这些仪器技术应用上，尤其是高分辨质谱和串联质谱在低浓度甾体类固醇激素检测中

4、应用。 13肽类激素检测 目前，对滥用重组人生长激素(rhGH)检测方法主要有2种：以检测血液学指标为基础间接方法和以现代免疫学分析为基础直接方法。 对于促红细胞生成素(EPO)，解决EPO检测方法与rhGH相似，也是从间接检测和直接检测2个方向努力，这都离不开现代生物医学诊断技术发展。 2基因兴奋剂 尽管现代生物技术对兴奋剂检测提供了技术手段，但随着现代生物技术发展，一些新兴奋剂药物不断出现。比如，加拿大蒙特利尔实验室2005年2月1日宣布。他们发现了一种新兴奋剂DTM。 21基因兴奋剂概念 基因兴奋剂是指非治疗目应用以提高运动能力基因、遗传元件或细胞。基因治疗不仅用于治疗疾病，也有用于提高

5、人体运动机能可能。为了保证运动员身体健康及竞技比赛公正性，国际奥委会、世界反兴奋剂机构和国际运动联盟已经将基因兴奋剂列入违禁药物。 22若干基因兴奋剂 221促红细胞生成素基因 EPO是一类肽类激素，是一种单链酸性糖蛋白。EPO主要作用于骨髓红系造血干细胞。由于红细胞无核，因此促红细胞生成是产生新生红细胞惟一途径，EPO可以增加人体血液红细胞数量。 在成人体内，EPO绝大部分来自肾脏，少量来自肝脏(胎儿及新生儿主要靠肝脏产生)。机体缺氧是肾脏产生EPO主要动力，肾脏通过感受机体血氧浓度变化对EPO产生进行调控。当机体缺氧时，肾脏会产生大量EPO进入血液循环到达骨髓作用于于细胞，从而促进红细胞产

6、生。而当大量红细胞进入血液，导致血氧浓度升高时，就又抑制EPO生成。 由于EPO能促进红细胞数量，提高血液载氧能力，因而被一些耐力项目(如长跑、行车、游泳、划船等)运动员使用。1997年，芝加哥大学科研人员已成功将EPO基因导入小鼠和猴子细胞中，使红细胞比容升高至81。随后其他科学家也相继取得成功。目前技术无法区分导入基因与自身基因产生EPO，并且人体内许多部位都可作为导入部位。 2000年，法国生物学家采用蛋白质组分析技术可以从蛋白质水平区分导入基因与自身基因产生EPO差异，从而为阻止基因兴奋剂使用提供了一线希望。 222胰岛素样生成因子I基因(1GF-1)与机械生长因子 胰岛素样生成因子I

7、又叫肌肉生长因子，可以在多种组织细胞中合成，增强肌肉生长发育，增加肌肉对氨基酸和葡萄糖摄入，加速对脂肪消耗，能预防老年人肌肉退缩，能使一些肌肉退行性患者，如股骨萎缩患者肌肉力量增加。1998年，研究者发现，利用携有1GF-1基因病毒导入小鼠肌肉中，肌肉力量明显增加，而血液中1GF-1浓度不会变化。 机械生长因子被证实对肌肉、韧带、骨骼、半月板等组织发展有帮助作用，此外，它能加快对损伤组织恢复。 223 肌肉生长抑制素(Myostatin)基因 肌肉生长抑制素是一种肌肉负性调节因子，与肌肉生长发育相反，主要由肌肉分泌，其血清水平随年龄增高而升高。1999年，研究者发现，当肌肉生长抑制素基因被去除

8、后，大鼠出现了肌肉肥大和肌肉力量增加。因此，运动员可能通过抑制肌肉生长抑制素基因表达来达到肌肉力量增加目。 224血管内皮生长因子(VEGF)基因 血管内皮生长因子能增加肌肉中血管数量和口径，意味着心脏、肝脏、肌肉、肺等器管血流量增加，这样能延长同等运动强度下运动时间。1998年，研究者等人成功地以病毒作载体将；VEGF基因导入组织细胞中，成功地促进了血管增生。我国在VEGF基因治疗方面有较大进展。北京安贞医院己进行了EGF基因治疗改善梗塞性心血管病临床试验。 225瘦素基因 瘦素是由肥胖基因(后又称为瘦素基因)控制由167个氨基酸组成分染型染色体，分泌进入血液过程中，去除由21个氨基酸残基组

9、成N-端信号肽，成为成熟瘦素。 瘦素通过下丘脑作用，可使食欲降低机体能量消耗增加，从而减少体重。瘦素也可以直接作用于脂肪组织，加强组织代谢。科学家试验用基因疗法来治疗肥胖，运动员可能用此法来降低体重。 226内啡肽基因 内啡肽能抑制疼痛，它们基因疗法可用于剧烈运动后乳酸堆积产生疼痛，还能减少训练过程受力引起炎症疼痛。 3使用基因兴奋剂危害 31使用基因兴奋剂有悖于奥林匹克公平竞赛精神 基因兴奋剂同普通兴奋剂一样，可以帮助运动员取得好成绩，这样，运动员将用不着艰苦训练，仅凭借基因改造便可取得优异成绩，这有悖于奥林匹克公平竞赛精神。世界反兴奋剂组织(WADA)已将基因兴奋剂列入禁用药物和方法之列。

10、该组织主席庞德说：“我们希望将金牌给予那些诚实运动员。而不是他们背后药剂师或技术人员；我们需要是运动员，而不是角斗士；我们需要是真正人，而不是突变体。” 32基因兴奋剂对运动员身体危害 使用基因兴奋剂采用是基因疗法原理方法。目前基因疗法仍是一个不成熟方法。医生已在大约3000多名绝症患者身上使用过基因疗法，但成功者寥寥，有患者病情甚至加重。使用基因兴奋剂虽能暂时增强肌肉能力，但随之而来后果却比其他类型兴奋剂危害更大，甚至致命。 目前，应用于基因治疗载体主要有病毒载体(腺病毒、逆转录病毒等)和非病毒载体两大类。用病毒作载体是最有效方法，但治疗者容易被病毒感染。2002年美国斯坦福大学医学研究中心

11、研究人员发现一个接受基因治疗患者精子中有治疗所用病毒载体，使人们认识到基因治疗可能会对人类下一代产生影响。 此外，虽然对作为转基因治疗载体经过了严格安全控制，但转染靶细胞后插入DNA这一事件是随机。如果插入到癌基因或抑癌基因位点则可能导致肿瘤形成。哈佛大学教授克里斯托弗埃文斯告诫说：“运动员必须小心一点。基因兴奋剂还可能是肿瘤生长因子，搞不好运动员虽赢得一枚金牌，但是同时却染上了癌症。”英国泰晤士报指出，英国职业摔跤运动员格雷罗和美国短跑女明星格利菲斯乔伊纳都是在38岁大好年华失去了性命，这不啻是对于渴望使用基因兴奋剂运动员警告。而如果插入到其他非目基因中就可能导致细胞该基因缺陷，影响细胞功能

12、，还可能会破坏人体自身基因。 使用促红细胞生成素将增加血液中红细胞含量，会造成血黏度上升、血液流动缓慢、血管腔逐渐变窄，极易出现血液循环障碍，最后可能引发高血压和中风等疾病。 胰岛素样生长因子和肌抑制素抑制基因过度，会造成肌肉体积过度增大。由于骨骼、关节和其他联结性组织没有相应发展，从而会造成这些联结性组织损伤可能。胰岛素样生长因子对各器官(心、肝、肺等)有较大损伤。 4如何应对基因兴奋剂 由于基因兴奋剂检测非常困难，它被认为是近乎无法察觉“完美犯罪”，如何应对基因兴奋剂? 一方面加强宣传教育，使广大运动员与教练员认识到使用基因兴奋剂危害，使人们认识到基因兴奋剂使用是可耻，自觉地去抵制使用基因

13、兴奋剂。另一方面是要加大对进行基因兴奋剂检测研究。 目前各国科学家也在进行基因兴奋剂检测研究。今日美国报报道，世界顶尖基因兴奋剂问题专家、加利福尼亚大学圣迭戈医学院分子遗传学系主任西奥多弗里德曼带领研究人员找到一种新方法，可通过血液、尿液和唾液检查测出运动员是否采用基因兴奋剂，和现行类固醇、促红细胞生成素兴奋剂及睾丸激素检测方法类似。弗里德曼说“我们还处在这项技术研究初步阶段，但我们有信心从人身体中找出植入外来基因，现在问题关键不仅在于研究出检测方法。如何把基因兴奋剂检测结果变成仲裁和法庭判决依据更难、也更为重要。”中国兴奋剂检测中心负责人也表示，2008年北京奥运会上，基因兴奋剂不仅是个严峻挑战，而且也为中国提供了与基因兴奋剂制造者较量机会。由此可见，中国方面对基因兴奋剂检测成功也充满了信心。