从事司法鉴定的毒物分析工作者

第1章 毛发的解剖学、生理学及采样原则
　　Gail Audrey Ann Cooper
　　Cooper Gold Forensic Consultancy Ltd， Fife， Scotland， UK
　　1.1 引言
　　毛发作为一种生物基质样品，不同于毒理学领域传统生物样品(如血液、尿液、唾液)，其优点不仅能够提供供体长期暴露药物的历史细节，而且能够对单次药物暴露进行检测[1]，药物被包埋进毛发基质中数月甚至数年内相对保持稳定。
　　鉴于这些优点，毛发经常被采集进行药物分析，作为刑事调查(如药物中毒死亡、药物辅助犯罪、儿童保护)和药物滥用监测(如戒毒康复项目、工作场所毒品检测)的一部分。毛发检测实验室数量持续增加，尽管目前尚无公认的标准化方法，但对于提供该服务的实验室，遵守行业操守、履行国际质量标准(例如ISO/IEC 17025:2005)的重要性已有报道[2]。
　　随着仪器灵敏度的不断提高及对方法有效性、检出限重要性的认识，毛发分析结果面临的挑战已不是方法合适与否，而是对分析结果的过度解释，主要因为对毛发中药物存在的影响因素缺乏了解，同时对药物经其他途径的包埋和药物随时间的降解情况缺乏考虑。
　　尽管有报道在死去几个世纪的拿破仑？波拿巴皇帝和秘鲁木乃伊的头发中分别检出砷[3]和可卡因[4]，但是头发中的药物含量会由于自然流失而降低[5]。药物在头发中的稳定性取决于头发的形态和理化性质[6]。头发每天暴露在阳光、风化条件下，头发中的大麻素[7]、美沙酮、可卡因及其代谢物、海洛因代谢物等物质的含量而降低[8]；在水环境中，由于内外扩散也会出现外部污染和药物损失[9]。尽管日常洗发不会明显降低药物浓度[10，11]，但吹干、烫卷或拉直都能损伤或破坏头发角质层，从而造成药物污染和损失。
　　当对头发进行过度美发时，损害更明显[10，12-16]。文献报道因所研究药物和美发方式的不同而异，但一致认为染色、烫发、拉直和漂白对头发中药物浓度有负面影响。与染色相比，漂白头发中药物浓度降低更明显，且受损的头发表现出浓度降低更多。
　　为了充分理解和解释头发检测结果，法医毒物学家不仅必须清楚地了解哪些因素会影响药物包埋进生长中的毛干，包括毛干的污染，还必须考虑头发中的药物损失因素。本章重点阐述包埋途径、影响包埋的因素、采样过程的重要性，并列举了特定案例的采样方案，以确保采集到的样品能够进行所有的毒理学调查。
　　1.2 毛发的解剖学和生理学
　　除了嘴唇外表面、手掌、脚掌和外生殖器的某些部位外，毛发几乎覆盖整个人体表面[17]。体毛的主要作用是保护皮肤免受伤害，并帮助调节体温。体毛的外形多种多样，有覆盖大部分体表几乎无色的细毛，也有头皮上更浓密、更长的头发。
　　体表可见的毛干由紧密堆积的完全角质化细胞组成，角质层形成外保护层[18]。角质层容易受到损害，损害来源包括光和热、化学处理(漂白、烫发等)以及物理损伤。因此随着时间推移，毛发表层可能受损，致使内层暴露，发梢端尤为明显。
　　毛干内部结构包括皮质细胞组成的皮质层，该层覆盖着大部分的毛干，还包括含有黑色素(头发中的主要色素)的角质细胞。皮质层内的毛发最内层是髓质层，髓质层可能沿着毛干连绵不断或断断续续，也可能不存在。
　　毛囊嵌在皮表下3～4 mm处，是毛发生长的关键结构。毛囊结构如图1.1所示。
　　毛囊的主要结构包括外根鞘(ORS)、内根鞘(IRS)和根毛。外根鞘在立毛肌的基部形成一个隆起区，靠近皮脂腺，是毛囊发育和色素沉着的关键干细胞来源[19]。内根鞘为生长的毛发孵育细胞结合物，并引导生长的毛发向上生长[20]。
　　基质是位于根球中部的细胞，是有细胞分裂活性的；根球的上部是角质化区。根球的底部是真皮乳头，真皮乳头内有血液供应。毛发随着生长而脱水，内根鞘发生降解，角质化随之产生[21]。
　　靠近毛囊的是皮脂腺和顶泌汗腺，都分泌后直接进入毛囊中。顶泌汗腺与皮脂腺不同，并不是分布于整个体表，只分布于腋窝和耻骨区域。小汗腺位于毛囊附近，它只在毛囊出口附近分泌，并不直接进入毛囊[22]。
　　图1.1 毛囊结构
　　1.3 毛发类型
　　人体毛发分为三种基本类型，即毫毛(vellus)、中间毛(intermediate)和末端毛(terminal)。绒毛覆盖着儿童和成人体表大部分区域，它又细又短，不含色素，同时还见于眼睑和前额。毫毛由非性毛囊产生，也不受荷尔蒙影响，而中间毛和末端毛会受荷尔蒙和青春期变化的影响。末端毛见于头发、胡须、眉毛、睫毛、腋毛和耻骨毛，与毫毛相比它粗、长、色素沉着、横截面积大。中间毛兼具毫毛和末端毛的特征，见于成人的手臂和腿部。
　　毛发也通常用非洲、亚洲、欧洲的种族亚群来分类。另一个分类体系根据毛发是笔直的还是卷曲的划分，分成8个不同亚群，提供了比主观种族分类方法更为客观的方法[23]。该分类体系包括三个参数：曲线直径、卷曲指数和波浪数。
　　1.4 毛发的生长速率
　　影响毛发生长速率的因素很多，包括年龄、发育阶段、性别、怀孕情况、代谢以及遗传疾病、营养状况和季节变化等[24，25]。毛发生长是由细胞因子(激素)活性变化所驱动的循环过程，细胞因子的活性促使体表毛发在生长周期的不同阶段[26]。毛发生长的三个公认阶段是生长期、退行期和休眠期。生长期(生长阶段)可以持续数年，特征是从皮肤表面突出形成毛干，据估计人头发中有85%处于生长期。紧随活跃生长期的是退行期(过渡阶段)，该阶段细胞分裂停止，毛干完全角质化，根球开始退化，其长度随毛发类型变化。退行期之后是休眠期(休止阶段)，这时候毛发不再生长，但是真皮乳头仍然停留在休眠期。据估计，随着年龄的增长，在任意时刻都有10%～15%的毛发处于休眠期，这与毛发类型有关。在这个阶段毛发很容易掉落，通常称为“脱落”。很短时间后外根鞘隆起区的干细胞被激活，生长阶段又重新开始[27]。
　　毛发检测学会(Society of Hair Testing，SoHT)推荐使用1 cm/月的毛发平均生长速率[28]。文献报道的毛发生长速率差异较大，表1.1汇总了人体不同类型毛发的生长速率[18，29-40]。
　　表1.1 已报道的人体不同类型毛发的生长速率(cm/月)
　　毛发检测首选头发，因为头发生长速率最快，处于生长期的毛囊比例最高。相比之下，阴毛生长速率较慢，休眠期较长；而胡须更浓密一些，生长速率最慢。在分析头发以外的毛发样品时，不仅要考虑生长速率的变化，还要考虑处于活跃生长期和休眠期的毛发比例变化，这一点非常重要[18]。当头发无法作为检材时，阴毛是一个很好的选择，但是要考虑到尿液潜在污染的可能。
　　已报道的头发生长速率大部分在0.6～1.5 cm/月，符合1 cm/月的平均速率。但这一结论过于简单化了，因为有报道3.36 cm/月的生长速率，而且只有成年人的头发生长速率数据[18]，儿童和青少年的毛发生长速率变化信息鲜有报道。1964年发表了一项儿童毛发生长速率研究报告[41]，受试者包括女性13例、男性7例，年龄介于3～9岁之间，男性头发普遍比女性生长速率快，男性每天生长0.300～0.355 mm，女性每天生长0.273～0.331 mm。
　　大家都知道许多婴儿出生时就有满头头发，而有些婴儿出生数月后仍然头发很少，甚至完全没有，那些出生就有很多头发的婴儿可能在一年里失去一部分或全部出生时的头发。Barth[42]报道从胎儿第9周开始身体上生长毛发；20周时毛囊生长活跃，毛囊根部覆盖头皮表面；26～28周，毛囊从生长期进入退行期，然后进入休眠期，即形成从头上额部到顶部的渐进波，许多休眠期的头发在子宫内脱落，其余的在进入休眠期前继续生长直到出生。
　　在解释头发样品长度所代表的时间尺度时，不仅应考虑公认生长速率的变化，还应考虑受试者的年龄。另外，估计生长的头发大概需要7～10天才能长到头皮表面，贴着头皮剪切下来的头发不能代表头发生长的最近时期。
　　1.5 发色
　　沉着在毛干中的色素所占质量比例很小，仅为0.1%～5%，蛋白质和脂类分别占65%～95%和1%～9%[18]。发色的差异是黑色素种类和数量变化的结果。卵泡黑素生成或色素形成发生在名为黑素体的细胞器中，该细胞器存在于名为黑素细胞的特殊细胞内[43]，这一过程仅在毛囊内发生，并在活跃的生长期毛发中受到酶、受体和蛋白质控制[44]。
　　一般认为四种类型的黑色素决定了发色，即真黑素(eumelanin)、褐黑素(pheomelanin)以及上述二者的氧化产物氧化真黑素(oxyeumelanin)和氧化褐黑素(oxypheomelanin)[45]，通常黑发和棕发的深色主要与真黑素相关，而浅色与氧化真黑素量相关，褐黑素使头发呈红色，浅色则与氧化褐黑素量相关。
　　1.6 药物包埋机理
　　目前尚未完全了解药物或分析物在毛发中包埋的确切机理和影响其稳定性的因素，已经明确体内药物和微量元素在毛发中的包埋发生于生长期代谢活动旺盛且细胞分裂增强时[46]。目前公认的药物在毛发中的三条包埋途径包括直接经由血液包埋、经由皮脂和汗液浸渍包埋、经由外部污染包埋。图1.2显示了药物在毛发中的三条公认包埋途径[18，47]。它们各自对药物包埋在发干中的贡献程度(或者说影响程度)仍不清楚，但清楚的是它们确实因药物而异[21]。
　　图1.2 进入毛囊的途径
　　目前提出了不同的包埋模型试图解释毛发中观察到的药物特征。最简单的模型是药物直接从供给毛囊的血流中被动扩散进入。通过被动扩散，可以推测毛发中药物浓度与毛发生成时血液中药物浓度正相关[48，49]，然而该模型不能解释在毛发和血液中观察到的不同代谢特征。在血液中，与初级代谢产物相比，原药通常较少检测到，而在头发中原药更常见，例如可卡因和海洛因的初级代谢产物6-单乙酰吗啡(6-MAM)，通常在毛发中的浓度均高于它们的代谢产物苯甲酰爱康宁和吗啡。
　　后来提出“生化学说”来解释药物分子在生长的毛发中的内源性包埋[50]，这个学说尝试解释毛发中较高的原药-代谢物比、包埋程度对药物理化性质的依赖性