放射性125I对家兔正常神经组织损伤的实验研究

(于俊华)

   作者单位：秦皇岛市第一人民医院神经外科, 河北 秦皇岛 066000          【摘要】  目的 研究放射性125I对家兔正常神经组织的损伤。 方法 选择健康雄性家兔25只，体质量1.6～2.0 kg，随机分为2组：实验组 （n = 15），植入放射性125I聚胺酯薄膜 （放射活度12～14 GBq，平均13 GBq；吸收剂量25～30 Gy，1～1.25cGy/h）；对照组 （n = 10），植入无放射性聚胺酯薄膜。观察实验动物生存情况及组织病理改变。 结果 实验动物体质量增长无明显差异 （P ＞0.05）。实验组动物细胞出现双层膜结构及染色质损伤，脱髓鞘改变，血管壁玻璃样变，脑组织水肿。在距离放射源2.3～2.5 cm处，损伤明显减轻，与对照组动物无明显差异。 结论 放射性125I可对其有效放射半径以外正常神经组织造成损伤，但程度较轻，不会对实施内放射治疗造成影响。

    【关键词】  碘放射性同位素 辐射损伤 兔 神经组织

     Effect of implanted radioactive 125I on normal nerve tissue in rabbits

    YU Junhua1, ZHANG Jun2, LI Nailin3, et al.

    1. Department of Neurosurgery, The First People's Hospital of Qinhuangdao, Qinhuangdao 066000, China;  2. Department of Neurosurgery, The Second Clinical College of Harbin Medical University, Harbin 150086, China;  3. Department of Surgery, People's Hospital of Tahe, Daxing'anling 165200, China

    Abstract:  Objective  To investigate the effects of implanted radioactive 125I on normal nerve tissue structure in rabbits.  Methods  Twenty-five healthy male rabbits weighing 1.6-2.0 kg were randomly divided into two groups: experiment group (n = 15), radioactive 125I-polyurethane membrane being implanted (radioactivity 12-14 GBq, median 13 GBq; absorbed dose 25-30 Gy, 1.00-1.25 cGy/h) and control group (n = 10), in which the rabbits were implanted with non-radioactive membrane. Animals' living status and histopathological changes were observed to evaluate radiation effects.  Results  The increase in weight body was not significantly different between the two groups (P > 0.05). Chromatin and double membrane structure damages, demyelination, hyaline thickening of the vascular wall and brain tissue edema were observed in the experiment group. The radiation injuries were obviously relieved at the site which was about 2.3-2.5 cm from the radiation source, which was no significantly different between the experiment group and control group.  Conclusion  Radioactive 125I has a little harm on normal nerve tissue out of radio-radius, but does not influence on brachytherapy.

    Key words:  iodine radioisotopes;  radiation injuries;  rabbits;  nerve tissue      

    近年放射性125I广泛应用于脑肿瘤的治疗，在增加剂量提高疗效的同时，其对周围正常神经组织的损伤相应增加[1]。本实验观察放射性125I对家兔正常神经组织的辐射损伤范围和程度，为临床治疗脑肿瘤同时保护正常神经组织提供理论依据。

    1    材料与方法

    1.1    实验动物    10～12周健康雄性家兔25只，体质量1.6～2.0 kg，购自哈尔滨医科大学附属第二医院动物实验中心。随机分为实验组 （n = 15只），对照组 （n = 10只）。在正常循环光照、自由进食和饮水的标准动物饲养室，分隔喂养。

    1.2    实验设备    放射性125I医用聚胺酯薄膜 （成都中核高通同位素股份有限公司），平均活度45.6 GBq，尺寸为46 mm × 46 mm。手术器材由哈尔滨医科大学附属第二医院中心手术室提供，放射性防护设备由哈尔滨医科大学附属第二医院DSA手术室提供，其他设备为光学显微镜、透射电子显微镜及切片机，由哈尔滨医科大学提供。

    1.3    方法

    1.3.1    手术方法：    实验动物随机分组后称重，10 mg/kg丙戊酸钠静脉麻醉后固定于实验台上，头部备皮，1%碘伏局部消毒。右耳内侧缘1.0 cm处平行作一3.0 cm垂直切口，逐层切开至颅骨，作一1.5 cm × 1.5 cm骨窗，剪开硬脑膜，将放射源修改为23 mm × 23 mm，并置于硬脑膜下，逐层关闭切口。放射源平均放射活度13 GBq；吸收剂量25～30 Gy,1～1.25 cGy/h。对照组相同部位植入相同大小聚胺酯薄膜。

    1.3.2    动物喂养：    实验动物于动物实验中心继续喂养，并肌注青霉素G钠40万U/d及地塞米松2 mg/d，共3 d。术后9 d拆线。共喂养100 d。

    1.3.3    取材：    取材动物称重，10 mg/kg丙戊酸钠静脉麻醉后固定于实验台上，头部备皮，1%碘伏局部消毒。沿原切口逐层切开至颅骨，去掉颅骨暴露全部脑组织，戊二醛颅腔内滴注，固定脑组织，锐性分离完整取下大脑，以放射源为中心将大脑分为两份，分别以4%多聚甲醛、戊二醛固定。肉眼观察标本大体病理改变。放射源集中焚毁。

    1.4    观察指标    ①观实验动物术后生存状况、体质量及饮食变化、切口生长情况；②大体病理改变；③光镜改变：标本经苏木精-伊红染色后，以放射源为中心、5 mm为间距连续切片；④电镜改变。

    1.5    统计学方法    应用SPSS13.0统计软件，实验组与对照组体质量增长比较采用t检验，以P ＜0.05为差异具有统计学意义。

2    结    果    

    2.1    一般情况    实验组动物术中、术后24 h内各死亡1例，术后第2天死亡2例。对照组动物无死亡。手术切口均愈合良好，无明显感染，术后9 d拆线。实验组动物第1周饮食欠佳，第2周饮食开始恢复正常，未见恶心、呕吐，术后2周内体质量出现减轻，第3周体质量开始增长，处死时体质量3.9～4.2 kg。对照组动物术后也出现饮食欠佳、体质量减轻，术后1周内均恢复正常，处死时体质量4.0～4.2 kg。两组动物体质量增长差异无统计学意义 （P ＞0.05）。

    2.2    标本肉眼观察    实验组放射源周围5～10 mm范围内可见放射性坏死区域，周围区域水肿，中线偏向对侧。对照组未见放射性坏死，中线略向对侧偏移。

    2.3    光镜结果    实验组薄膜周边神经元细胞及胶质细胞核浓缩、凋亡，核仁红染，嗜酸性变 （图1A）。室管膜上皮细胞空泡样变，髓鞘肿胀脱失。毛细血管玻璃样变，V-R间隙增宽，周围间质水肿 （图1B）。在距离放射源2.3～2.5 cm处仅见白质水肿 （图1C）。对照组可见薄膜边缘轻度白质水肿，锥体细胞无明显损伤 （图2）。颗粒细胞正常，毛细血管无损伤。

    2.4    电镜结果    实验组薄膜周边神经元细胞及胶质细胞核固缩，呈裸核状态 （图3A）；部分细胞核膜增厚，核膜孔消失，线粒体消失，尼氏体结构不清，高尔基器裂解，空泡样变 （图3B）。血管周围V-R间隙增宽，周围神经毡溶解，部分血管内皮细胞脱落，基膜断裂。髓鞘溶解，轴突消失，形成叶片状低电子密度区。在距离放射源2.3～2.5 cm，神经元染色质轻度水肿，细胞器完好 （图3C）。对照组神经元完好，线粒体、尼氏体完好 （图4），胶质细胞无明显改变。

    3    讨    论

    　 近年125I近距离放射疗法治疗脑胶质瘤、转移瘤等恶性肿瘤取得了确切疗效[2，3]。但这种治疗方法利用局部高放射剂量达到治疗效果，不可避免对正常神经组织造成损伤，因此也限制了其应用范围。

    　常规放射治疗对正常神经组织的损伤主要表现为以下三个方面[4]：①急性脑水肿，出现于放疗过程中；②脱髓鞘损伤，出现于放疗后数周至数个月；③放射性坏死，出现于放疗后数个月至数年。125I 作为一种人工低能同位素，衰变时产生光子能量为 35.5 KeV 的纯γ射线和一系列特征性X射线，主要通过以下途径损伤细胞[5]：①直接作用，射线对DNA分子链的直接作用引起单链和双链断裂；②间接作用，射线对机体内水分子的电离作用，产生自由基。自由基与生物大分子相互作用，引起损伤。

    　　125I近距离放射治疗的特点：放射源周围高放射当量，随距离迅速衰减，对周围组织的损伤有其本身的特点[6]。本实验组病理组织肉眼观察可见放射性坏死区域，其范围小于10 mm，损伤相对于Herbold等[7]报道的面积要小，考虑与吸收剂量有关。光镜下可见神经元细胞及胶质细胞均出现核浓缩、凋亡，同时细胞核红染、嗜酸性变，应是125I衰变产生γ射线和一系列特征性X射线损伤染色质导致细胞凋亡[8]。正常细胞凋亡细胞核应为嗜碱性变，本实验中细胞核出现嗜酸性染色，我们认为是细胞核内染色质损伤导致嗜酸性物质异常表达。电镜下细胞膜结构的损伤较染色质的损伤严重、多见。由此分析，在正常神经组织中由放射产生的自由基损伤要多于、重于染色质损伤。同时因放射损伤了血-脑屏障，神经组织内环境发生改变，进一步加重了正常神经组织的损伤[9]。本实验对照组未见无明显损伤，实验组在距离放射源2.3～2.5 cm处损伤明显减轻，与对照组几乎无差别。这说明聚胺酯薄膜只作为载体不会对组织造成损伤，125I是造成细胞损伤的根源，但其组织穿透力差，对周边2.5 cm以外的神经组织几乎无损伤。

    　　通过本研究发现，125I对正常神经组织的放射损伤主要累及染色质、双层膜结构、髓鞘及血管等，而血管损伤导致的脑水肿又加重了上述结构的损伤。125I近距离放射损伤出现时间早，持续时间长，这与立体定向放射治疗引起的迟发性损伤有所不同[10]。在125I近距离放射治疗胶质瘤的过程中，通过CT、MRI等辅助检查手段能早期发现放射引起的组织水肿、坏死，故早期清除自由基，同时注意减轻脑水肿、延长脑水肿治疗时间，可减轻正常神经组织的损伤，达到治疗肿瘤的同时尽量保护正常脑组织的目的。由于放射损伤在距离放射源2.3～2.5 cm处明显减轻，证实125I对有效放射半径以外的正常神经组织虽有损伤，但损伤较轻微。临床在实施近距离放射治疗胶质瘤时，只要严格控制125I的植入部位及剂量，对正常脑组织将是安全的。

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