用头发检测吸毒 毒品与毛发的结合及其影响因素

用头发检测吸毒 毒品与毛发的结合及其影响因素

毛发分析在法庭毒品检验领域具有独特的优势[1]。毛发可提供其他生物检材如血、尿、胆汁等所不具备的长期用药信息;毛发检材的采取相对容易,携带方便,容易长期保存[2];毒品在毛发中代谢较慢可长期存在,这些因素为毒品分析提供了较好的条件。然而,毒品与毛发的结合状况以及毒品聚集于毛发的机制对其分析检测结果产生直接影响。因此,研究和探讨影响毒品与毛发结合的因素,对于提高毛发毒品分析的准确性与可靠性具有重要意义。

1 毛发中的结合位点

1.1 角蛋白

组成毛发的蛋白为变性蛋白,占毛发重量的90%~95%[3]。角质细胞内绝大部分是角蛋白,角蛋白由长的氨基酸链组成,这种氨基酸链约有20 种氨基酸,且大多数为胱氨酸,占15.5%。每个胱氨酸单位有两个半胱氨酸,邻近的两条链中的半胱氨酸在CH2基团之间通过二硫醚键形成强的化学结合,二硫醚键在碱性条件下发生断裂,生成脱水丙氨酸中间体,成为亲核性毒品分子(如苯丙胺类毒品)潜在的结合点。Banning[4]考察强力霉素与角蛋白与色素的结合能力,发现在富含黑色素的有色头发和缺少黑色素的头发中均能检出药物,这说明角蛋白在药物进入毛发中起到一定作用。虽然二硫醚键的结合作用很牢固,但在氧化、还原条件下、高温或碱性环境中可发生断裂,从而导致角蛋白结构的改变,进而改变了毛发的生理化学特征。使用过氧化氢对毛发进行漂白的作用原理就是一个简单的氧化过程,在碱性条件下,过氧化氢得到电子变为过氧化氢负离子,使二硫醚键发生氧化而断开。这使得外界毒品更易进入毛发,同时也可引起毛发中已有毒品的流失。

角蛋白中还存在大量肽键,氨基酸中的酸性支链—COOH 和碱性支链—NH2相互作用形成肽键。肽键极性较大,很容易与外界极性分子结合,因此形成毛发中的另一类结合点。肽键与可极化分子间偶极与偶极相互作用,使极性分子比非极性分子更易结合在毛发中。例如,虽然苯和环己烷的分子量大小相差不大,但由于苯的极性明显强于环己烷,其更易与毛发结合。

1.2 黑色素

Potsch[5]等用可卡因浸泡毛发,发现可卡因结合黑色素发生在黑色素颗粒表面, 并沉积在毛发纤维中。黑色素主要包括真黑素和棕黑素两种,这两种色素分子中含有大量的羟基、羧基和芳香环吲哚基。在生理pH 下,黑色素中的羟基和羧基带负电荷,芳香胺类毒品带正电荷,即黑色素易与芳香胺类毒品通过静电引力结合;黑色素中的芳香环吲哚基与芳香胺类毒品中的芳香环通过范德华力结合。故富含色素的黑色毛发与无色素的白色毛发相比较,毒品在黑色毛发中的存有量高, 毒品可与色素的多个位点结合保留下来,而在无色素的毛发中,无结合位点使得绝大部分毒品流出,仅靠角蛋白的结合作用使部分毒品保留下来。刘俊芳等[6]研究了可待因滥用者毛发内药物的浓度,发现可待因的存留量主要取决于黑色素的浓度,黑色素浓度高则毛发中可待因含量相对较高。1.3 脂质Philip 等[7]研究发现头发脂类包括胆固醇硫酸酯(3.3mg/g)、胆固醇(0.6mg/g)、脂肪醇(0.2mg/g)和游离脂肪酸(4.3mg/g)。头发的平均脂质含量为4.65%±0.2%,对成年男性头发样品所做的分析表明,脂溶性提取物中游离脂肪酸含量可占56.1%。性别不同、种族不同,头皮状态和发育过程不同,头发中脂质的绝对含量及各种脂肪酸的相对含量均有一定的差异。虽然脂质在毛发中含量小,却也是潜在的毒品结合点。例如,在脂肪细胞膜中的一种双离子脂肪酸—磷脂酰胆碱, 含有负电荷的磷酸根和正电荷的碱基,可分别与阳离子和阴离子毒品结合。表面上看脂质对阳离子毒品和阴离子毒品结合力似乎是均等的,但实际上存在结合程度的差异。阳离子毒品附着在脂肪细胞膜中的磷酸根上,阴离子毒品附着在带正电荷的碱基上, 由于磷酸根比碱基更接近脂肪细胞膜疏水区,所以阳离子毒品更易进入脂肪细胞膜内部,故毛发更易结合阳离子毒品。麻黄素等亲脂类毒品与非亲脂类毒品相比较,更易穿过脂肪细胞膜与黑色素结合,从而提高毛发与毒品的结合量。2 毒品与毛发结合的差异性因素2.1 不同种族毛发的差异性有学者研究了可卡因与韩国人、非洲黑人、高加索白人(黑色和棕色毛发)、西班牙人和意大利人的毛发结合情况。分别剪下上述人群的毛发样品,置于经放射性同位素标识的同含量可卡因溶液中,浸泡相同时间,取出后清洗、分段、检测。得出的实验结论是非洲黑人毛发吸收毒品与高加索白人、西班牙人毛发吸收毒品的比例为2.9 ∶ 1,韩国人与高加索白人毛发吸收毒品的比例为6.8 ∶ 1[8]。由以上结果分析,不同种族人群的基因存在差别,在基因指导合成蛋白质时,由于遗传信息不同,生成的蛋白质在生理化学结构方面存在差异,致使其结合的毒品量不同。Franbourg 等[9]对高加索人、亚洲人和非洲人的毛发进行X-射线分析、横截面测量、拉伸和吸水膨胀实验,发现在几何、机械性能和吸水膨胀方面存在明显差异。当然,外观相似的毛发之间也存在差异, 亚洲-高加索混血者的毛发中可卡因或吗啡的含量比非洲-美洲混血者毛发中的含量低;在电镜下观察,非洲人的黑发有许多结节,而且容易受到损坏。由于毒品与毛发的结合需要穿过毛发表皮结构进入内部,较之其他人种的黑发而言,毒品易穿过非洲人的黑发而留存下来。另外,不同民族的洗发频率、汗腺、皮脂腺的分泌情况不同,也直接影响毛发中毒品的保留。

2.2 不同颜色毛发的差异性

取黑色、棕色和金色三种毛发样品,置于相同含量的苯甲酰爱康宁的溶液中, 浸泡数小时后取出,清洗、检测。结果发现,黑色、棕色和金色毛发中的毒品含量各不相同,黑色毛发中苯甲酰爱康宁含量平均比金色毛发高7 倍,棕色毛发中的毒品含量平均比金色毛发高2 倍[8]。

Ishiyama 等[10]给黑、白毛老鼠服用甲基苯丙胺3周后,对其毛发中的毒品含量进行检测。结果表明,黑色老鼠毛发中的毒品含量是白色老鼠的2 倍。Borges等[11]给黑色毛和白色毛Long-Evans 大鼠服用苯丙胺14d 后, 采集新长出的鼠毛20mg, 在37℃下用1MNaOH 溶液进行消解,1-氯丁烷/氯仿(4 ∶ 1v/v)提取,液相色谱-质谱联用法分析, 黑色鼠毛中苯丙胺的含量为6.44±1.31ng/mg,白色鼠毛中2.04±0.58ng/mg。分析以上实验结果可以得出,黑色素是毛发与毒品的重要结合点,由于毛发的颜色由黑色素决定,故毛发的颜色不同将影响毛发与毒品的结合。

Slawson 等[12]研究了苯环己哌啶(PCP)在不同颜色老鼠毛中的沉积情况: 每天给毛色白化Sprague-Dawley 大鼠(SD)、褐毛色Dark Agouti 大鼠(DA)、黑毛色Long-Evans 大鼠(LE)、黑毛色C57BL/6 大鼠、黄毛色C57BL/6 大鼠每天按10 剂量服用PCP, 连续服用5d。采集鼠毛进行检验,PCP 的含量分别为:SD,0.46±0.13ng/mg;DA,12.25±1.24ng/mg;LE,21.2±1.4ng/mg;黑毛C57,11.0±4.03ng/mg;黄毛C57,2.26±0.55ng/mg。实验数据表明PCP 在黑色鼠毛中的含量明显高于其在黄色和毛色白化鼠毛中的含量,此实验结果说明不同颜色的毛发结合毒品的能力存在差异。Rollins等[13]对不同颜色毛发结合可待因的情况进行研究,实验志愿者是21~40 岁的黑色、棕色、金色、红色毛发高加索人和黑色毛发亚洲人,每位志愿者每天口服30mg 可待因,一天3 次,服用5d,5 周后从发根部剪取3cm 检测。可待因在高加索人黑色毛发中的含量为1429±249pg/mg, 棕色毛发208±17pg/mg, 金色毛发99±10pg/mg,红色毛发69±11pg/mg,亚洲人黑色毛发中可待因含量为2564±170pg/mg。毛发中可待因的浓度与不同颜色毛发中黑色素含量呈现正相关(R2=0.73)。由此可见,不同颜色毛发中黑色素含量的不同直接影响毛发结合毒品量。影响毒品与毛发结合的差异性因素很多, 过程也很复杂,在重视以上因素外,还应考虑性别、年龄、饮食习惯、生活和工作环境等因素的影响,避免造成误检。

3 外界因素对毛发与毒品结合的影响

3.1 染发

目前市场上销售的染发剂,其原料都是氧化类染料,如对苯二胺、苯甲二胺或硝基化合物等,一些高级染发剂含有少量的表面活性剂、增厚剂、浸湿剂等以增强染料的染发效果。染发剂的使用会对毛发表层的毛小皮造成不同程度的损害,使毛小皮鳞片由紧贴毛干的状态变得卷曲翘起, 或毛小皮出现较多的孔隙,从而使得毒品容易进入毛发,也易逸出。曹蕾等[14]利用扫描电子显微镜观察染发前后毛小皮的翘起情况,发现染发后毛小皮翘起明显;Cajkovac[15]研究了48 名染发者的头发,发现经过染发处理的头发比未经处理的头发损伤明显。而这些毛发的损伤都造成毒品与毛发内部的角蛋白、黑色素、脂质的结合,但对毛发进行清洗时,也容易将毒品从头发内部洗脱下来。

3.2 漂白

毛发的漂白作用是用氧化剂将头发从深色氧化变为浅色[16]。其原理是在碱性条件下,氧化剂穿过毛小皮使黑色素氧化分解,从而使头发脱色。被漂白过的头发表层受到不同程度的损坏,且毛发中的黑色素含量大幅降低, 结合毒品的能力下降。如Henderson等[17]考察了毛发样品的颜色和所受化学处理不同对毒品与毛发结合情况的影响。毛发样品包括黑色的非洲黑人毛发、棕色的高加索白人毛发、金色的高加索白人毛发和经过漂白的高加索白人毛发,将其经可卡因熏蒸后直接进行毒品分析。结果显示,经过漂白的高加索白人毛发中的毒品含量明显高于其它毛发类型,这是由于毛发经漂白处理后,毛孔增多,使毒品更易进入毛发。若在熏蒸后用十二烷基硫酸钠、去离子水和乙醇清洗后再做分析,其毒品含量是所有毛发类型中最低的。这同样是由于经漂白后,毛孔增多,清洗时清除了毛发中的大部分毒品所致。

Yeqles 等[18]采取1 名服用含有苯二氮卓类违禁药物死亡的金发德国人毛发,对毛发进行漂白,对未漂白和漂白过的毛发用丙酮、水依次清洗,用C18 固相萃取柱提取,GC/MS-SIM 检测,发现漂白处理后的毛发中可卡因和苯甲酰爱康宁分别减少24.6% 和36.4%,可待因、6 - 单乙酰吗啡和吗啡分别减少57.5%、88.6%和67.4%,去西泮、去甲西泮和7-氨基氟硝西泮分别减少39.7%、67.7%和61.8%。实验结果表明毛发漂白会影响毛发中苯二氮卓类、可卡因和鸦片的含量。Martins 等[19]研究了毛发漂白对毛发中苯丙胺类兴奋剂对映异构体比率的影响,14 名服用苯丙胺类兴奋剂志愿者用一种商业漂白产品漂白40min,剪取毛发、碱消解、固相萃取、手性试剂衍生化,气相色谱-负化学离子化质谱法检测。实验结果表明与未漂白毛发相比,漂白毛发中苯丙胺类兴奋剂对映异构体的含量明显减少,但未影响对映异构体比率。Fernandes等[20]研究发现经过8 次漂白处理的毛发,其力学性能降低42%,皮层渗透性能增强,这使得毛发中的毒品容易流失。

3.3 烫发

烫发剂主要由氧化剂和还原剂组成,通过与头发中角蛋白发生化学反应而起到修饰发型、美容的作用。烫发可以直接损伤毛小皮,令头发表层粗糙或剥蚀,甚至会由于过度氧化或还原使角蛋白逐渐分解而过早断裂,这就造成毒品较易进入或流出毛发。严品华等[21]对烫发后的毛发角蛋白进行电泳和激光光密度扫描,发现一次烫发对毛发角蛋白组成的影响较小,而随着烫发次数的增加,毛发角蛋白的吸光值明显下降,角蛋白大量流失。由此可见,经常烫发对毛发的损伤较为严重。Jenneson 等[22]利用核反应分析法检测毛发含有一个氘的非离子表面活性剂的含量,发现其在烫过后的毛发中的含量是未经处理毛发的三倍。

沈敏等[23]研究了漂白对头发中甲基苯丙胺(MAMP)和苯丙胺(AMP)的影响,发现经过漂白处理的头发,其中MAMP 和AMP 的含量下降。沈敏等[23]还研究了烫发对头发中MAMP 和AMP 的检测结果的影响,经过烫发处理的头发(样本数n=5),清洗处理后,只有两个检出MAMP,一个检出AMP。染发造成毒品流失,含量降低,但仍能检出毒品;而烫发后只能检出部分样品中含有的毒品。可见,与染发相比,烫发对头发的损伤更严重。

3.4 紫外线

紫外线属于短波段光线,能量高,长时间照射会灼伤头发,氧化头发中的色素,使头发中色素含量降低,影响毒品与毛发的结合。同时紫外线还会影响毒品本身的稳定性。Nogueira[24]研究了波长为313nm 的紫外线照射对不同颜色毛发中角蛋白的损伤,发现棕黑色毛发和金色毛发中的一些角蛋白变性,而黑色毛发基本无变化。由此可见,经紫外线照射后头发中的色素和角蛋白含量发生改变,造成毒品与毛发的结合点减少,不利于毛发结合毒品。

3.5 洗发香波

洗发香波中的阳离子表面活性剂主要是季铵盐和各种胺盐[25]。由于头发带有负电荷,阳离子表面活性剂被吸附在其表面形成膜状结合, 保护毛小皮,防止其卷起、脱落,减缓因湿度变化带来的头发内水分含量的变化,避免因头发频繁吸水和失水造成头发断裂。洗发香波可以在一定程度上保护头发内毒品的流失,但过度使用将会清洗掉头发中的毒品,致使头发中的毒品含量下降。另外,在毛发纤维合成期,经过血液蓄积于深层毛发结构中的毒品,即使进行连续洗涤也不会洗脱[26]。

毛发护理过程既损害头发表层,加速了毒品扩散和进入头发的速度, 也造成清洗时头发中毒品的损失, 因此经过护理的毛发与未经护理的毛发相比,阿片类、可卡因、大麻和尼古丁的含量相差30%~80%,阿片类相差最大。总体上,毛发护理过程可降低头发中的毒品保留,但不会完全消除。