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正常人体血红蛋白(Hemoglobin,Hb)主要由亚铁血红蛋白组成,其四个血红素的亚铁离子通过结合氧气实现血红蛋白的携氧功能。高铁血红蛋白(Methemoglobin,MetHb)是血红蛋白中亚铁离子氧化成三价铁离子的产物,其三价铁离子让血红蛋白失去了与氧结合-解离的能力。在正常生理状态下,红细胞内的高铁血红蛋白可通过自氧化不断地产生[1];同时三价铁离子也通过抗氧化物质不断地还原为二价铁,处于动态稳定状态[2];相比而言,对MetHb的还原作用远大于对Hb的氧化作用,才保证了血液循环中只有少量的高铁血红蛋白,含量被控制在总血红蛋白的1%以下[2]。高铁血红蛋白血症(Methemoglobinemia)是指循环血中高铁血红蛋白的含量超过总血红蛋白的1%时出现的病症,其严重程度与高铁血红蛋白的浓度成正相关关系。亚硝酸钠(Sodium Nitrite,NaNO2)是一种胺类无机盐,属于强氧化剂又有还原性,广泛用于肉类食品中起着色、防腐作用,还用于织物的染色、漂白等。同样,亚硝酸钠的接触,可以将机体的正常Hb氧化成MetHb。亚硝酸盐在日常生活和食品中存在较广,在中国化学类食物中毒中,亚硝酸盐中毒事件位居前列,对人体造成很多不良影响。
鉴于拉曼光谱技术在探测分子结构的细微变化方面的能力,具有制样简便、损伤小、检测快捷等优点[3],本文对亚硝酸钠形成的高铁血红蛋白进行了拉曼光谱特性的研究。实验中以514.5 nm为显微拉曼光谱的激发光波长,将正常血红蛋白用亚硝酸钠等氧化为高铁血红蛋白,观察高铁血红蛋白的拉曼光谱的特异性改变,分析不同高铁血红蛋白/总血红蛋白比例时的拉曼光谱峰强的变化特点,并对不同比例高铁血红蛋白/总血红蛋白在1586 cm-1、1605 cm-1和1637 cm-1处的拉曼强度进行线性拟合,以期得到高铁血红蛋白在化学键方面的特异性改变及其拉曼光谱的量化结果,也为高铁血红蛋白血症的诊断与量化分析提供一个快速、简便、准确的检测方法。
实验结果显示,当亚硝酸钠与血红蛋白的摩尔比为3.5∶1时可以获得完全氧化的高铁血红蛋白,其拉曼特征峰在499cm-1、1340 cm-1、1562 cm-1、1622cm-1附近。不同比例高铁血红蛋白/总血红蛋白在1586 cm-1、1605 cm-1和1637cm-1处拉曼强度的线性拟合相关系数R2分别为0.97284、0.99797和0.99126,显示出很好的线性关系。
本研究表明,亚硝酸钠化高铁血红蛋白与氧合血红蛋白的拉曼光谱相比具有明显的差异,随着高铁血红蛋白/总血红蛋白比例的变化,拉曼特征峰的位置和强度也具有相应的改变,并且比值与其拉曼强度存在着线性相关关系,为临床上高铁血红蛋白血症的拉曼光谱检测与量化研究提供理论基础。