粪便检验及进展
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蒋天伦 府伟灵
粪便是由未消化的食物、经消化后未吸收的食物残渣与消化系统分泌物、消化道粘膜脱落物以及微生物、寄生虫等组成的混合物。进行粪检验可以获得被检者消化系统功能、病理变化以及微生物和寄生虫感染等广泛的信息，具体来说，进行粪检验，一可以了解消化道及通向消化道的肝、胆胰等器官是否有梗阻、炎症和出血等情况；二可以筛选和诊断消化道恶性肿瘤；三可以粗略判定胰腺的外分泌功能；四可以诊断消化系统的某些微生物和寄生虫感染。
第一节 粪便常规检验方法回顾
一、目视检查
在某些疾病情况下，粪便的颜色、性状等有特定的显著改变，这些肉眼可见的显著变化具有一定的诊断意义。如在胆道梗阻时，粪便因缺乏胆色素而呈白陶土样灰白色；上消化道出血时，大便可呈柏油样黑而具有特殊光泽；在霍乱、副霍乱时，大便呈米泔水样；在阿米巴肠炎时，大便往往带有果酱样的脓血；在肿瘤等导致下消化道出血或痔疮出血时，大便往往带有鲜血。另外，消化不良时，粪便含较多未消化的食物残渣；蛔虫、绦虫等寄生虫感染时，有时能从粪便中看见虫体。
二、显微镜检查
借助普通光学显微镜，我们可以检出粪便标本中的脂肪小滴、血细胞、真菌、某些寄生虫和寄生虫虫卵等病理成分有。发现脂肪小滴增多提示有肠蠕动亢进、腹泻或胰腺外分泌功能减退等可能；发现大量脓细胞或白细胞，提示有菌痢等感染性肠炎；发现大量红细胞和极少量白细胞，多提示为下消化道出血或痔疮出血；发现大量真菌可以确诊真菌性肠炎；发现寄生虫或虫卵可以确诊该寄生虫感染。通过电子显微镜，我们还可以检出粪便标本中的某些病毒体。
三、粪便的化学检查
常规的粪便化学检验主要包括粪便隐血实验和胆红素及其衍生物检验。隐血实验主要用于消化道出血的诊断。胆红素及其衍生物检验可用于严重腹泻、消化道菌群大量抑制、胆道梗阻以及溶血性疾病的辅助诊断实验。
四、大便致病菌检验
人类的肠道中有大量种类繁多的微生物，其中绝大部分是不致病的如：各种厌氧菌、大肠埃希氏菌和肠球菌等，只有少部分为致病微生物。大便的细菌学检验常规的目的就是从这些大量的微生物中分离出致病菌。
1．霍乱弧菌检验。霍乱在我国《急性传染病管理条例》中列为“甲类”，其发病急，病程进展快，因此要求快速、准确报告。临床上往往根据霍乱弧菌在革兰氏染色中的形态及特殊的“鱼群样”排列，在暗视野下的快速运动及相应抗血清的制动实验等进行快速的初步报告，再进行分离培养、鉴定来确诊。
2．其他致病菌分离培养。目前已认识到的能从粪便中发现的病原微生物达数十种之多，如沙门氏菌属、志贺氏菌属、酵母菌以及致病性大肠杆菌和绿脓杆菌等。要从大便标本的大量菌群中分离这几十种致病菌，检验科一般采用选择性培养基如SS琼脂、GN增菌液、麦康凯琼脂等。但是目前没有一种能用于所有致病菌的选择培养基（事实上很难或不可能作到），因此临床上往往采用多种选择性培养基联用以提高检出率。
五、其他大便检验
1．大便的病毒检验
目前研究最多的是轮状病毒和甲型肝炎病毒的检验。有研究报告指出轮状病毒是我国婴幼儿秋冬季节流行性腹泻的主要致病病原，由于这种腹泻没有特征性的病变指标，从大便中检出轮状病毒就是重要的诊断依据。而粪便中甲肝病毒的检出则是该病人具有传染性的可靠依据。由于病毒体积微小、生命形式不完善，这使得普通显微镜和无生命培养基在病毒检验中无用武之地。可用的检验方法有：血清学方法、电镜观察与分离培养（用动物接种、组织培养、细胞培养等）等。临床上往往采用免疫学方法进行快速诊断，且准确性和灵敏度都较高。电子显微镜或分离培养的方法比较费时、费事，往往在研究中采用。
2．大便寄生虫检验
在目视检查和显微镜检查中，已经有大部分寄生虫感染能被检出。但是，由于虫卵和虫体在粪便中的分布高度不均一，使得目视检查和普通的涂片镜检结果重复性很差。在高度怀疑寄生虫感染的病例，应采用集卵法以及虫卵孵化实验等以提高检出率和重复性。
3．大便的脱落细胞检验
在下消化道肿瘤时，肿瘤表面细胞会脱落并随粪便排除，在粪便中发现肿瘤细胞可以确诊某些下消化道的肿瘤。但是，由于肿瘤细胞的脱落具有随机性，且细胞量很少、取材难，因而检出率不高。另外，上消化道肿瘤的脱落细胞由于经过胃肠道的消化作用，难以被检出。这使得用常规的方法进行大便脱落细胞检验的实用意义不大。
总的来说，大便检验的很多方法都已经很成熟和规范化、规程化。相关的检验操作及检验结果的临床意义请参见《临床检验操作规程》以及有关教材。本章主要介绍目前一些比较新的检验方法在大便检验中的应用及所带来的诊断意义。
第二节 大便隐血实验的进展
隐血实验是指检查胃肠道隐性出血的一类实验方法。对胃癌和大肠癌等消化道肿瘤，持续的消化道出血可能是其早期出现的唯一特征，且大便隐血检查属无创检查，试验方便、费用低廉，适合进行长期观察，因而大便隐血试验则目前仍旧是早期发现的较好试验。
传统的隐血实验是利用血液中RBC的血红蛋白的亚铁血红素具有类过氧化物酶作用，能分解H2O2为水和活性氧而设计的简易化学试验试验。这类方法虽然成本低廉、简单易行，但特异性差、灵敏度较低，易受食物及服用药物成分的影响。为解决传统隐血试验的特异性问题，人们探索了一些新的隐血试验方法，如同位素铬（51Cr）法等同位素法和各种免疫学方法。
一、同位素方法
（一）铬（51Cr）法测定大便隐血量
1．原理
51Cr-红细胞经静脉注射后,正常不进入消化道,消化道出血时则进入并不被吸收,随大便排出。将大便中的放射性与每毫升血液中放射性比较计算可求出胃肠道出血量。
2．方法
静脉注射51Cr-RBC 7.4MBq后,收集72小时大便,称重测放射性,并在开始时和收集大便结束时抽静脉血测每毫升放射性计数。按公式计算结果。
72H出血量(ml)=大便总放射性/每毫升血放射性
（二）胃肠道出血的锝标的红细胞法定位诊断
1．原理
当胃肠道出血时,锝标的红细胞或胶体随血液进入胃肠道。
2．方法
静脉注射显像剂后以2-5分钟一帧的速度连续显像0.5-1小时,必要时延迟显像。但胶体不能进行延迟显像。
3．临床应用
适应于活动胃肠道出血的诊断和大致定位。急性活动出血用锝标胶体显像,间歇出血者用锝标RBC显像。诊断准确率在80%左右,能够探测出血率高于每分钟0.1ml的消化道出血。
尽管同位素方法的灵敏度和特异性无可非议，甚至还可以对出血点进行准确的定位，但临床很难接受将一种应用放射性同位素的、操作复杂的、需要特殊仪器的方法普遍用来进行一个没有特异性的指标的检验。
二、免疫学方法
免疫学方法以其特异性和灵敏度而广受临床检验的欢迎。基于免疫反应的隐血实验方法是当前发展最快也最有临床实用价值的隐血实验方法。应用免疫学方法的隐血实验具有很好的灵敏度，一般血红蛋白为0.2mg/L或0.03mg/g粪便就可得到阳性结果，且有很高的特异性，各种动物血血红蛋白在500mg/L、辣根过氧化物酶在2000mg/L时不会出现干扰，因而不需控制饮食。
根据文献报道，有三类抗体可用于粪便的隐血实验：一种为抗人血红蛋白抗体，一种抗人红细胞基质抗体，另一种为抗血液中其他成分如α1-AT、Tf、Hb-Hp等。采用抗α1-AT、Tf、Hb-Hp等抗体的隐血实验对所有消化道出血均呈阳性反应；而抗人血红蛋白法和抗人红细胞基质法隐血试验主要检测下消化道出血，约有40-50%的上消化道出血不能检出，原因是：
①血红蛋白或红细胞经过消化酶降解就业性或消化殆尽已不具有原来免疫原性；
②过量大出血而致反应体系中抗原过剩出现前带现象；
③病人血红蛋白的抗原与单克隆抗体不配。
因此，抗人血红蛋白法或抗人红细胞基质的隐血试验目前被认为是对大肠癌普查最适用的试验。为了使免疫学方法在检测粪便潜血时尽可能简便，以适应大规模大肠癌普查的需要和临床快速报告的要求，有的公司已经推出单克隆抗体一步法试验，如美国万华普曼生物工程有限公司。他们所采用的粪便潜血免疫一步法是一种快速简便，无嗅无味的三明治夹心免疫检验法。具有特异性强、高灵每度（0.03mgHb/g粪）、检验快速（1 - 5分钟）、便操作简单（一步检验）、试剂易保存（室温）和结果简单易读的优点，在诊断和治疗引起肠胃道出血的疾病有重要意义。特别是消化道癌肿患者87%便隐血为阳性。但是，据Herzog和Cameron等研究，正常人24小时胃肠道生理性失血量为0.6ml，由于免疫学方法的高度敏感性，在某些正常人特别是服用刺激备用肠道药物后或处于应急反应状态时也可能造成假阳性。
三、其它方法
近年来某些实验室还采用卟啉荧光法血红蛋白定量试验，用絷草酸试剂使血红素变为卟啉进行荧光检测，这样除可测粪澡未降解的血红蛋白外，还可测血红素衍化物卟啉，从而克服了化学法和免疫法受血红蛋白降解影响缺点，可对上、下消化道出血同样敏感，但外源性血红素、卟啉类物质具有干扰性，且方法较复杂，故不易推广使用。
第三节 粪便基因检验的研究进展
近年来，大肠癌发病率有上升趋势，全世界每年新增病例高达57万，占全部确诊癌症的4%[1]。大肠癌的症状体征均无特异性，致使临床上确诊的大肠癌大部分为中、晚期，临床治疗效果差，5年生存率极低。如能早期诊断出大肠癌，可使90%以上的患者得到治愈。因此，大肠癌的筛选诊断工作非常重要。既往应用最普遍的筛选检查是大便潜血实验（FOBT），虽然FOBT在筛选大肠癌方面取得一些进展，但有很高的假阳性率和假阴性率。纤维结肠镜检查是检出大肠癌的可靠方法，但该方法为侵入性且需要一定的设备和仪器，操作要求也较高，目前尚不能用于大范围人群筛选普查。肿瘤标记物检查，如癌胚抗原（CEA）、CA19-9及肿瘤相关抗原T、Tn及TAG-T2等，虽然对大肠癌的临床诊断及预后判断有帮助，但对早期大肠癌诊断的特异性及敏感性均不高。随着分子生物学的发展，人们认识到肿瘤的发生发展归因于相关基因突变，而粪便中的脱落细胞包含着与大肠癌关系密切的突变基因，粪便中基因检测可望成为筛选诊断大肠癌的新方法。
一、粪便基因筛检的分子生物学基础
分子生物学研究表明，肿瘤的产生是多能干细胞向正常细胞增殖、分化的过程中，受环境因素和遗传因素的影响，相关基因发生改变的结果。肿瘤细胞的基因与基因表达与正常细胞有显著区别，因此如能检出这种基因改变就能为肿瘤的诊断和预防提供条件。肿瘤不是单基因疾病，肿瘤的发生发展是肿瘤相关基因的多阶段积累的改变过程，涉及到多种癌基因激活和多种抑癌基因失活。如能在早期检出基因突变信息，就可以获得细胞癌变的信号，从而对肿瘤的早期诊断和预防带来积极意义。
目前认为一种肿瘤的产生需要4～5个相关癌基因的改变；与大肠癌相关的癌基因主要有ras、c-myc、-erb2等，与大肠癌相关的抑癌基因主要有APC/MCC、DCC、p53及RB等。在大肠癌形成过程中，ras、c-myc癌基因和APC、MCC抑癌基因的改变是早期事件。Ras基因改变主要发生在12、13或16密码子，大约50%的大肠癌和50%的大肠腺癌（直径>1cm）发现有ras基因突变。等位基因的丢失最常见于17p染色体等位基因的缺失。虽然这种缺失在大肠腺瘤的各个时期都很少见到，但有人发现17p等位基因丢失与腺瘤向癌转变有关。17p染色体等位基因丢失的常见部位为p53基因，K-ras、p53基因是人类癌症最常见的突变基因，两者的检出对大肠癌的诊断很有帮助。包含APC基因和MCC基因的5q等位基因的缺失占散发性大肠癌的35%。这些基因的特异性改变可成为诊断肿瘤的标记。
人们很早就发现，结肠粘膜上皮不断脱落入肠腔随粪便排出，其更新周期约为每小时1%，整个大肠粘膜约3～4天即可重新更换一次，而生长旺盛的肿瘤组织更新更快。虽然这些粘膜细胞脱落后很快从粪便中排出，但由于粪便物质的存在，用脱落细胞学手段难以发现异常细胞。要进行细胞学分析，只有从直肠、结肠的灌洗液中才能得到比较干净的细胞，这无疑又增加了方法的难度和病人的痛苦。然而，应用分子生物学技术检测粪便中的相关基因突变，则不受粪便其他物质的影响，且可以批量筛查，可望称为大肠癌的筛选和早期诊断的一种敏感而有效的方法。
二、粪便基因突变检测方法
Sidransky于1992年首次阐述可以从大肠癌粪便脱落细胞检出K-ras基因突变，但他所采用的方法比较复杂，因而不能用于常规例行诊断。目前检测粪便基因突变的方法主要有：（1）免疫组织化学检测（IHC）；（2）Southern印迹杂交；（3）DNA直接测序；（4）PCR产物单链DNA泳动变位技术和错配PCR技术。传统的Southern印迹杂交和DNA直接测序，虽然可准确地确定突变的类型及部位，但操作复杂、技术要求高、时间长、费用较高，不实用于临床筛检基因突变。目前多采用的是免疫组织化学法检测癌相关基因产物，如检测p53蛋白、ras基因的p21蛋白及c-mye的p62蛋白。虽然该技术简单，但有相当一部分基因改变检测不到，且运用不同的抗体需要不同的解释标准，临床意义也不同。Soong等用IHC检测p53蛋白和用PCR-SSCP检测p53基因突变发现，IHC对大肠癌的p53蛋白检测率为23%，而PCR-SSCP分析技术检出p53基因突变率为39%，两者的符合率为68%，不符合率为32%，说明p53蛋白积累不能代表有p53基因突变，反之亦然。Hall等也认为p53蛋白免疫组化阳性并不一定是突变的p53积累，还可能是稳定的野生型p53蛋白在起作用。因为当正常细胞的DNA受损害时，野生型p53蛋白也会过量表达。在其他种类的癌组织中也发现p53蛋白增加并没有相应的p53基因突变。
PCR及其相关技术的迅速发展也为快速、简便、灵敏地筛选突变基因带来了可能。其中PCR产物的单链DNA泳动变位技术（mobilityshifts）在诊断基因突变方面有满意的敏感性（90%～100%）并能筛选大量样本。该技术包括变性梯度凝胶电泳（DCGE）、温度梯度凝胶电泳（TGGE）、限制性片段多态性分析（RFCP）、单链构象多态性分析（SSCP），其中，DGGE和TGGE法价格昂贵，其临床应用受限制。
目前，PCR-SSCP是最受重视的分析技术，该技术利用相同长度的单链 DNA在非变性的凝胶电泳中不同迁移位置仅取决于单链二级空间构象——碱基排列结构，从而将突变基因片断与正常基因片断区分开来。其优点为：（1）操作简单，不需要特殊仪器，技术容易掌握；（2）实验周期短，最快可在24小时内得到检测结果，并不受PCR扩增差错的影响；（3）不仅可检查出单碱基置换，还可检出数个碱基插入或缺失；（4）可彩非放射性同位素标记，使其更容易在临床上推广使用。日本学者Equchi于1996年开始对粪便标本中的p53基因进行PCR-SSCP分析，结果发现在11例有p53基因突变的手术标本中有7例在粪便中查出p53基因突变；在5例潜血试验阻性的病人中有3例粪便标本检出p53基因突变，故认为利用PCR-SSCP对粪便肿瘤物异的基因突变进行分析可在临床推广应用。但该技术易产生假阻性，为其不足之处。这可能是由于在扩增的片断中，大部分为正常的基因片段，突变的基因片段较少，因此在电泳泳动变位上显示不佳。为了确定PCR-SSCP 检测的敏感性，Silvano等将肿瘤细胞混以正常细胞，浓度依次由0%-90%递增，然后进行PCR-SSCP分析，结果发现当彩放射性标记时肿瘤细胞浓度须达5%，PCR-SSCP分析才能检出p53基因突变，而当用非放射性标记时肿瘤细胞浓度必须达到10%-15%才能显示出阳性结果。
在大肠癌患者粪便中，特别是早期癌患者的粪便中，正常的DNA片断常超出异常DNA片段100-1000倍，使用SSCP分析时肿瘤相关基因的泳动变位不清楚。
近来年常有人彩特异等位基因PCR扩增（ASA）可以解决这一难题。其主要原理是当异性引物与模板之间出现错配（mismatch），特别是3’末端碱基与模板之间出现错配时，由于Tag DNA聚合酶缺乏3’-5’核酸外切酶活性，因此对错误配对的碱基不能进行修改，故该引物的PCR扩增速率将急剧下降甚至扩增中断。有人设计出一个能与突变体基因片段正常配对而与正常片断错误配对的引物，主要是在3’末端的碱基进行修改。该方法的优点是敏感性、特异性很高，可以从10000个正常和不正常细胞中检出一个突变细胞。此外，该技术不需要限制性酶消化及与特异性等位基因相结合的寡核苷酸，也不需要对PCR产物进行测序分析。由该原理还可产生其他方法，如misnatched PCR \ARMS(amplificatation refraitory mulation system)、mutent enriched PCR。该技术对单基因疾病如遗传病效果好，但肿瘤涉及到多基因改变，并且每个基因有多种突出，例如p53突变种类达350种，因此目前该技术主要应用于对K-ms基因突变的检测。因为K-ms基因的突变几乎总是发生于三个密码中的一个，所以设计检出K-ms基因的敏感试验要设计检出其他肿瘤相关基因改变要简单得多。德国学者Nollaan于1996年彩突变体富集PCR技术检测粪便中K-ms基因的12、13密码子的基因改变，16例大肠癌手术标本经用PCR-SSCP分析后证实无K-ms突变的病人粪便中，经突变体富集PCR技术检测有2例K-ms突变，通过对手术标本再次作PCR-SSCP分析检测发现，确有1例手术标本中有K-ms突变。该作者认为该技术具有简便、灵敏性、特异性高等优点，临床上可用于检测粪便中的K-ms突变，有助于大肠癌的早期诊断。
除在粪便中检出基因突变以期早期诊断大肠癌外，人们还开始在尿液、胰液、痰液、支气管肿泡灌洗液、CSF等排泄物、分泌物中查找相关基因突变，以便能早期诊断相关部位癌症。相信随着技术的改进，应用分子生物学技术检测肿瘤特异性基因将成为诊断肿瘤的重要方法。
第四节 粪便检验的新思路
免疫学、分子生物学等新技术的引入给粪便检验带来了崭新的检验手段，这使得临床粪便检验技术得到了快速的发展。但是，无论是免疫学方法还是分子生物学技术，都是具有很强的检验目的针对性的方法，难以通过一次或几次实验就解读出病人粪便中所包含的消化功能、新陈代谢、菌群紊乱以及肿瘤等丰富的生理、病理信息。换言之，这些方法在为大便检验带来高特异性的同时，也丢弃了大量的、可能极有价值的信息。有没有特异而又具有高通量的方法呢？
一、基因芯片技术
基因芯片的概念来自于计算机芯片，其实质是在面积不大的基质表面有序地排列了大量可寻址的识别分子。具体地说，就是在玻璃、硅等载体上有序地、高密度地（点与点之间的距离一般小于500）排列、固定了大量的靶基因片段（也叫探针分子）。这些被固定的探针分子在基质上就形成了高密度DNA微阵列。因此，基因芯片（Gene Chip）也叫基因微矩阵（Gene Microarray）。
由上面的基因芯片的定义可以看出，基因芯片技术实质上是一种高度集成的基因探针杂交技术。它既承袭了DNA探针杂交技术的高特异性，又具备了同时检测多靶基因的实验高通量的特点。
虽然基因芯片具有另人鼓舞的优越性，但由于它还是一种崭新的实验技术，目前还没有来得及应用到大便检验上来。就目前的技术来看，设计一张集成有消化道肿瘤基因识别谱、消化道病毒基因识别谱、消化道常见致病菌基因识别谱、消化道寄生虫基因识别谱的“大便检验基因芯片”并没有技术上的困难，只是目前基因芯片的成本太高，实验方法也略显烦琐。但随着大规模应用后成本的降低和实验方法的进一步改进，出现可应用于临床的“大便检验基因芯片”是迟早的事。当然，我们不能消极等待，我在此提及基因芯片技术，就是希望各位能在这方面作些工作，加快临床粪便检验技术进步的步伐。
二、色、质谱分析
基因芯片等新兴技术虽然给肿瘤、病原体等有生命的病原带来了检验手段的突破，但是，对于胃肠道功能、胰腺功能等消化功能的检验就无能为力了。所以，我们在积极采用新技术的同时，也不要忘记成熟技术的新应用。
色谱法是一种经典的分离技术，它利用因混合物各组分在性质与结构上的差异而在流动相携带混合物流经固定相时，混合物中各组分与固定相相互作用的强弱而实现混合物各组分的分离。根据流动相的不同，色谱法又建立气象色谱和液相色谱。质谱法是利用混合物中各组分的质量与所带电荷的比值不同而实现组分分离的分离技术。目前，利用色谱法和质谱法建立的分析方法有气相色谱法、高效液相色谱法、质谱法、色谱-质谱联用技术等。
虽然目前还没有利用色谱法和质谱法大量读取粪便医用信息的报道，但国内的许多学者已经开始了利用色谱法和质谱法进行粪便药代动力学研究、粪便毒物代谢研究甚至疾病的诊断探索。
内蒙古医学院的王美玲等报道了利用色谱法研究迟发性皮肤卟啉病(porphyria cutanea tarda略称PCT)患者卟啉的代谢情况。他们利用反相高效液相色谱法对PCT患者的尿液和粪便进行测定。结果发现PCT患者尿中有大量的尿卟啉和七羧基卟啉排出,粪便中粪卟啉明显增多,并有异粪卟啉排出，用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)对14例迟发性皮肤卟啉病(PCT)、15例急性间歇性卟啉病(AIP)、9例杜宾-约翰逊综合症 (DJS)和35例正常健康者的尿液和粪便中的粪卟啉异构体Ⅰ和Ⅲ进行定量分析。结果发现AIP、DJS和PCT患者的尿液和粪便中粪卟啉异构体Ⅰ和Ⅲ与正常健康者相比均发生不同程度的变化。说明可以利用七羧基卟啉和异粪卟啉的检出值,诊断迟发性皮肤卟啉病。
北京大学的李卫杰等利用同时蒸馏萃取装置(SDE)对羊粪中的挥发性成分进行提取,用气相色谱-质谱联用技术和气相色谱程序升温保留指数进行定性分析。质谱法共鉴定出45种组份,占峰面积的57.41%。用标样和双柱保留指数法进一步确证了其中的28种组分,占峰面积的27.86%。比较了鸽子粪和羊粪的相同挥发成分。华西医科大学的雷蕾等报道从17只健康大熊猫粪便中分离出47株待检菌,通过对其菌体形态和染色性, 菌落形态,生化反应,发酵最终产物的气相色谱测定鉴定筛先出13株乳杆菌。这给我们以启示：可以利用粪便的色谱分析来了解消化道菌群情况。
由于历史的原因，我们的检验技术较某些先进国家存在很大的差距。各位检验研究生班学员担负有振兴我国检验事业的历史重任。有人曾经说过，我们如果老是向别人学习，就只能永远追着别人走，只有创新，才能成为科技的领跑者。希望诸位在学习的同时，积极发挥聪明才智，共同创造出我国检验技术的辉煌。
来源：湖北省肿瘤医院检验科
