放射性125I粒子植入對大鼠背根神經(jīng)節(jié)及周圍組織形態(tài)學(xué)的影響*

馬文庭 王慧星 史可梅 劉靖芷 張志峰 李全波 鄭寶森

放射性125I粒子植入對大鼠背根神經(jīng)節(jié)及周圍組織形態(tài)學(xué)的影響*

馬文庭 王慧星 史可梅 劉靖芷 張志峰 李全波 鄭寶森△

目的：觀察放射性125I粒子對大鼠背根神經(jīng)節(jié)（DRG）及周圍組織形態(tài)學(xué)的影響。方法：24只成年雄性SD大鼠隨機(jī)分為空白粒子對照組（A）、0.4（B）、0.6（C）、0.8（D）mCi（1 Ci=3.7×1010Bq）共4個劑量組，每組6只。將不同活度的125I粒子植入各組大鼠左側(cè)腰5（L5）DRG周圍。并在CT下觀察以確保粒子植入位置的準(zhǔn)確性。每組均植入2?；疃认嗤?25I粒子。各組125I粒子的活度分別為0、0.4、0.6、0.8 mCi。于粒子植入后60 d，手術(shù)獲取各組大鼠L5 DRG及周圍肌肉組織，在光鏡下行形態(tài)學(xué)觀察并計算陽性細(xì)胞率。結(jié)果：隨125I粒子放射活度的增加，DRG細(xì)胞損傷程度從出現(xiàn)細(xì)胞輕度水腫，尼氏小體減少到細(xì)胞腫脹明顯，細(xì)胞核偏向一側(cè)，核固縮、核碎裂現(xiàn)象增加。在0.8 mCi組DRG的損傷最嚴(yán)重。陽性細(xì)胞率也隨放射活度增大逐漸增加。0.8 mCi組60 d時的陽性細(xì)胞率達(dá)到（73.80±2.38）%。DRG周圍肌肉組織的損傷類似于DRG。結(jié)論：近椎間孔處植入放射性125I粒子可對DRG細(xì)胞和周圍肌肉組織造成放射損傷。放射性粒子的活度越高，細(xì)胞損傷的程度越嚴(yán)重。

碘放射性同位素 神經(jīng)節(jié),脊 神經(jīng)痛 坐骨神經(jīng)痛 創(chuàng)傷,神經(jīng)系統(tǒng) 大鼠,Sprague-Dawley

研究發(fā)現(xiàn)，放射性125I粒子用于腫瘤患者止痛治療效果較佳[1]，但鎮(zhèn)痛機(jī)制尚未闡明。背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion,DRG）是外周各種感覺傳遞到脊髓中樞的樞紐，與軀體疼痛關(guān)系極為密切。125I粒子對DRG細(xì)胞以及周圍組織的形態(tài)學(xué)影響目前尚鮮見報道。本研究在大鼠腰椎間孔處植入放射性125I粒子，觀察其對DRG和周圍組織的形態(tài)學(xué)影響，為治療頑固性癌痛提供新思路。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及材料 健康雄性SD大鼠24只，10周齡，體質(zhì)量220~250 g，購自天津?qū)嶒瀯游镏行摹７雷o(hù)眼罩、防護(hù)圍脖、鉛衣、鉛手套、操作臺（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射學(xué)研究所），64排螺旋CT（美國GE公司），BX51生物光學(xué)顯微鏡（日本OLYMPUS公司），電子天平FA2104SN（上海精密科學(xué)儀器有限公司），YLS-6B智能熱板儀（廣州飛迪生物有限公司），VonFrey纖維絲測痛儀（深圳瑞沃德生物儀器公司），放射性125I粒子（天津賽德生物制藥有限公司），10%水合氯醛，4%多聚甲醛，10%福爾馬林固定液等。

1.2 方法

1.2.1 分組 將所有大鼠按照隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分配到A、B、C、D共4個劑量組。每組6只大鼠，每組植入2粒同等活度的125I粒子，其活度分別為0、0.4、0.6、0.8 mCi（1 Ci=3.7×1010Bq），A組為空白粒子組（0 mCi）作為對照組。

1.2.2 粒子植入 大鼠術(shù)前禁食、水12 h。操作者穿無菌手術(shù)衣，防護(hù)鉛衣、眼鏡、圍脖、手套。DRG周圍125I粒子植入：首先應(yīng)用10%水合氯醛（4 mL/kg）腹腔注射麻醉，俯臥位固定大鼠，觸及大鼠髂嵴最高點(diǎn)（一般對應(yīng)L5棘突），定位，于背部剃毛備皮，腰背部皮膚碘伏消毒，75%乙醇脫碘，于大鼠L4、5棘突左側(cè)切開皮膚，用剪刀上下延伸切口，暴露約2個棘突的距離，分離腰背部肌肉，暴露棘突和椎旁肌肉組織，用手術(shù)刀片自棘突向左側(cè)剝離椎旁軟組織，暴露L5橫突及椎間孔，并于L5橫突上下方（L4~5和L5~6椎間孔）分別植入1粒同等活度的125I粒子。2粒子中心點(diǎn)距L5的DRG距離在0.5 cm范圍內(nèi)，3-0絲線逐層縫合肌肉皮膚組織后以4%的苦味酸標(biāo)記，然后在三維CT下觀察粒子位置是否有偏移相應(yīng)椎間孔處，如偏離超過0.5 cm，予以剔除出組。肌內(nèi)注射青霉素（4~5）×104U以預(yù)防感染，待大鼠清醒后分籠飼養(yǎng)。粒子植入過程及三維CT定位分別見圖1A、B。

1.2.3 DRG及其周圍肌肉組織取材及形態(tài)學(xué)觀察 于粒子植入后60 d時，以10%水合氯醛腹腔注射深麻醉，并用生理鹽水行心臟灌注后獲取DRG以及周圍肌肉組織。加入福爾馬林固定液，石蠟固定包埋，HE染色。在OLYMPUS BX51生物光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行組織形態(tài)學(xué)觀察。使用北航醫(yī)學(xué)圖像分析管理系統(tǒng)和圖像采集工具進(jìn)行圖像采集。采用OLYMPUS BX51熒光倒置顯微鏡在400倍下觀察，隨機(jī)讀取5個視野拍照，將胞質(zhì)異常并伴有偏心核的DRG或其周圍肌肉組織細(xì)胞視為陽性細(xì)胞，計算出每個組的陽性細(xì)胞率=（每個視野陽性細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)之和）×100%/5。陽性細(xì)胞提示放射性125I粒子對DRG或者周圍肌肉細(xì)胞的放射損傷。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行分析。計量資料以表示。多組間比較采用F檢驗，組間多重比較采用SNK-q檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況觀察 A、C組各有1只因粒子植入的位置偏離椎間孔超過0.5 cm予以剔除出組。B、C、D組各有1只因麻醉過程失誤死亡。各組大鼠數(shù)量缺失后及時補(bǔ)充以保證足夠的樣本含量。粒子植入術(shù)后2 d內(nèi)，大鼠出現(xiàn)厭食、精神不振現(xiàn)象，活動良好。術(shù)后7 d創(chuàng)口愈合良好，無感染紅腫，線頭自動脫落。動物無自殘現(xiàn)象，體質(zhì)量自然增長，大小便功能正常。

2.2 光鏡下DRG組織學(xué)變化 A組可見神經(jīng)節(jié)細(xì)胞基本正常，核仁清晰，胞漿正常，見圖2A。與A組相比，B組可見神經(jīng)節(jié)細(xì)胞出現(xiàn)輕中度水腫，尼氏小體減少。細(xì)胞核偏向一側(cè)，有核固縮、核碎裂現(xiàn)象，見圖2B。C組神經(jīng)節(jié)細(xì)胞腫脹明顯，尼氏小體消失。胞漿內(nèi)呈現(xiàn)不定形物質(zhì)，多數(shù)細(xì)胞核仁消失，核溶解、核固縮增多，見圖2C。D組出現(xiàn)大量細(xì)胞核消失、核溶解、胞漿皺縮明顯，伴隨著明顯的細(xì)胞空泡樣變性等病理表現(xiàn)，見圖2D。DRG陽性細(xì)胞率隨放射粒子的活度升高而呈升高趨勢。與A組比較，其余3組中陽性細(xì)胞率均升高（P＜0.05或P＜0.01），且D組的陽性細(xì)胞率明顯高于A、B組（P＜0.05或P ＜ 0.01），見表1。

Table 1 Comparison of positive cell rates in dorsal root ganglion after 60 days of implantation of125I seeds between four groups表1 60 d時各組DRG陽性細(xì)胞率的比較 （n=6）

Table 1 Comparison of positive cell rates in dorsal root ganglion after 60 days of implantation of125I seeds between four groups表1 60 d時各組DRG陽性細(xì)胞率的比較 （n=6）

*P<0.05，**P<0.01

組別 統(tǒng)計學(xué)處理陽性細(xì)胞率（%）29.38±0.92 55.36±1.20 60.60±1.84 73.80±2.38 24.756**q A組B組C組D組F組比A∶B A∶C A∶D B∶C B∶D C∶D 3.176*5.512*9.078**1.020 4.316*2.187

2.3 光鏡下DRG周圍肌肉組織變化 A組肌間隙較明顯，排列尚規(guī)則，生長良好，少量結(jié)締組織增生，見圖3A。B組肌纖維縱形排列較對照組有所紊亂，可見大量炎性細(xì)胞浸潤，肌間隙增寬、腫脹，少量結(jié)締組織增生，以慢性炎癥（巨噬細(xì)胞）為主，個別肌纖維出現(xiàn)崩解，腫脹變性，見圖3B。C組肌纖維排列呈現(xiàn)明顯的紊亂，失去了原有的縱形排列形態(tài)，并出現(xiàn)肌纖維溶解，肌膜不清，見圖3C。D組肌纖維溶解破裂成片，排列紊亂，核消失，見圖3D。各組DRG周圍肌肉組織陽性細(xì)胞率基本隨各組放射粒子的活度升高而呈升高趨勢。與A組比較，其余3組中陽性細(xì)胞率均升高（P＜0.05或P＜0.01），且D組的陽性細(xì)胞率明顯高于A、B組（P＜ 0.05或P＜ 0.01），見表2。

Table 2 Comparison of positive cell rates in muscular tissues around dorsal root ganglion after 60 days of implantation of125I seeds between four groups表2 60 d時各組DRG周圍肌肉組織陽性細(xì)胞率的比較（n=6）

Table 2 Comparison of positive cell rates in muscular tissues around dorsal root ganglion after 60 days of implantation of125I seeds between four groups表2 60 d時各組DRG周圍肌肉組織陽性細(xì)胞率的比較（n=6）

*P<0.05，**P<0.01

組別 統(tǒng)計學(xué)處理陽性細(xì)胞率（%）31.28±1.86 56.42±2.35 62.36±4.49 75.80±3.67 21.675**q A組B組C組D組F組比A∶B A∶C A∶D B∶C B∶D C∶D 4.283*5.806*8.164**1.741 5.492*2.256

3 討論

125I粒子為目前臨床應(yīng)用范圍最廣的放射性粒子，該種粒子外殼采用鈦合金密封，長度4.5 mm，直徑0.8 mm，可永久植入組織，無需取出。其半衰期較長（平均59.7 d），組織穿透力僅1.7 cm，劑量率低（0.05~0.10 Gy/h）。相對生物效應(yīng)可達(dá)1.0~1.5，隨著距離的加大，γ射線能量迅速衰減，在距離粒子中心超過5 cm后，劑量率已經(jīng)小于1 cm處的1%[2]。因此，治療靶區(qū)高劑量照射時，周圍正常組織受照射劑量較低，大大減少了對周圍正常組織的放射損傷。本研究應(yīng)用三維CT確定125I粒子的植入部位如果超過0.5 cm即予以排除，這正是考慮到其放射損傷半徑小的特點(diǎn)而設(shè)定。125I粒子的放射強(qiáng)度的衰減與時間密切相關(guān)，因其半衰期近60 d，故本研究選擇粒子植入后第60天作為觀察時點(diǎn)。

本實驗將不同活度的放射性125I粒子植入大鼠L5 DRG周圍，隨著粒子活度的增加，DRG先是出現(xiàn)細(xì)胞水腫，尼氏小體溶解、減少，后逐漸發(fā)生核碎裂、核溶解、核消失等一系列變性壞死的病理改變?；疃茸畲蟮腄組60 d時的陽性細(xì)胞率為（73.80±2.38）%。這一變化說明125I放射性粒子可使DRG變性壞死。通過比較各組的陽性細(xì)胞率發(fā)現(xiàn)，此種內(nèi)放射對DRG或者周圍肌肉組織的損傷程度與放射性粒子的活度關(guān)系密切。植入125I粒子的活度越大，DRG細(xì)胞與周圍組織損傷的程度越重。此外，Thanik等[3]報道高劑量放射會引起肌肉軟組織進(jìn)行性改變，包括炎性反應(yīng)、纖維增生、潰瘍壞死。這與本實驗觀察到的DRG周圍肌肉組織的改變基本一致。

放射性125I粒子產(chǎn)生的放射線致神經(jīng)損傷的機(jī)制主要包括直接損傷和間接損傷。直接損傷可造成神經(jīng)纖維軸突軸漿呈低電子密度，顆粒狀變性，且可見腫脹的線粒體，軸膜可有破裂，使得軸漿內(nèi)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞間隙形成腔隙，造成軸膜與髓鞘分離，嚴(yán)重時可造成髓鞘松解，軸膜與髓鞘空泡變性等[4]。間接損傷的原因主要為被放射區(qū)域的血管壁發(fā)生炎性壞死及內(nèi)皮細(xì)胞脫失。血管修復(fù)性增生導(dǎo)致血管腔狹窄及微血栓形成，致使神經(jīng)元缺血[5-6]。

綜上所述，放射性125I粒子植入大鼠DRG周圍可造成DRG細(xì)胞和周圍肌肉組織的變性壞死。劑量越大，損傷程度就越重。依據(jù)觀察結(jié)果可選擇不同放射活度的粒子數(shù)量，合理布設(shè)植入位置，應(yīng)用三維計劃治療系統(tǒng)計算出內(nèi)放射靶區(qū)的最佳劑量，可為治療頑固性癌痛或其他神經(jīng)病理性疼痛提供組織學(xué)依據(jù)和新的鎮(zhèn)痛思路。

[1]Jin Z,Du Y,Li Z,et al.Endoscopic ultrasonography-guided inter?stitial implantation of iodine 125-seeds combined with chemothera?py in the treatment of unresectable pancreatic carcinoma:a pro?spective pilot study[J].Endoscopy,2008,40（4）:314-320.

[2]Pervan M,Pajonk F,Sun JR,et al.Molecular pathways that modify tumor radiation response[J].Am J Clin Oncol,2001,24（5）:481-485.

[3]Thanik VD,Chang CC,Zoumalan RA,et al.A novel mouse model of cutaneous radiation injury[J].Plast Reconstr Surg,2011,127（2）:560-568.

[4]郭乾臣，沈靖南，曹新平，等.后裝放療照射犬外周血管神經(jīng)的病理學(xué)觀察[J].中華實驗外科雜志,2005,22（6）:738-740.

[5]Boldt HC,Melia BM,Liu JC,et al.I-125 brachytherapy for choroi?dal melanoma photographic and angiographic abnormalities:the Collaborative Ocular Melanoma Study:COMS Report No.30[J].Ophthalmology,2009,116（1）:106-115.

[6]Larsson A,Uusijarvi J,Eksborg S,et al.Tissue oxygenation mea?sured with near-infrared spectroscopy during normobaric and hy?perbaric oxygen breathing in healthy subjects[J].Eur J Appl Physi?ol,2010,109（4）:757-761.

Histomorphological Changes in Rat Dorsal Root Ganglion and Surrounding Tissues after Implanting the Radioactivity of125I Seeds

MA Wenting,WANG Huixing，SHI Kemei,LIU Jingzhi,ZHANG Zhifeng,LI Quanbo,ZHENG Baosen

Pain Management Center,Second Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin 300211,China

Objective:To observe the effects of different radioactivity of125I seeds on the histomorphology of dorsal root ganglion（DRG）and surrounding tissues.Methods:Twenty four adult male Sprague-Dawley(SD)rats（220-250 g）were ran?domly assigned to four groups according to different radioactivity of125I seeds,which was respectively named group A(0 mCi),group B(0.4 mCi),group C(0.6 mCi)and group D(0.8 mCi).There were 6 rats in each group.125I seeds were implanted around dorsal root ganglion.Computed tomography was used to check the position of seeds to be in an accurate location around corre?sponding dorsal root ganglion.The L5 dorsal root ganglion and the surrounding muscular tissues were obtained to observe the histomorphology of specimens by high-power optical microscope,and to calculate the ratio of positive cells,when all rats were killed 60 days after implanting seeds.Results:As the increased dose of radioactivity,the injury of DRG became more severe accordingly.The changes ranged from moderate cellular swelling,cell edema,decrease of Nissl’s body originally to more cel?lular swelling,more edema,the nucleus was not in the center and more karyopyknosis,fragmentation at last.The injury of DRG was the most severe in the 0.8 mCi group.In addition,the ratio of positive cells was also increased with the increase of radioactivity,which was（73.80±2.38）%in 0.8 mCi group as the highest positive ratio.The changes of muscular tissues around DRG were similar with DRG.Conclusion:DRG and muscular tissues around could be injured after implanting radio?active125I around DRG.The severity of injury was increased as dose of125I increased.

Iodine radioisotopes ganglia,spinalneuralgia sciatica trauma,nervous system rats,Sprague-Dawley

10.3969/j.issn.0253-9896.2012.08.015

*天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院科技基金項目（項目編號：Y0901）作者單位：300211天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院疼痛治療中心△

E-mail:zhengbaosen-tj@163.com

（2011-08-01收稿 2012-02-13修回）

（本文編輯 李鵬）