125I粒子植入犬胃壁組織放射性損傷的實(shí)驗(yàn)研究

鞠再雙 王 林 李建新 王若雨 李 響 吳 忠

(大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院腫瘤科，大連 116001)

·實(shí)驗(yàn)研究·

125I粒子植入犬胃壁組織放射性損傷的實(shí)驗(yàn)研究

鞠再雙 王 林①李建新①王若雨*李 響 吳 忠

(大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院腫瘤科，大連 116001)

目的探討犬胃壁植入125I粒子后組織的放射性損傷。方法4只比格犬術(shù)中在胃體部植入125I粒子(活度0.5 mCi，半衰期60.2 d)6枚，設(shè)計(jì)成平行兩排，行距1.0 cm，每顆粒子間距1.0 cm，植入后CT掃描(層距2 mm)，并以粒子外邊緣為邊界勾畫感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，進(jìn)行術(shù)后劑量驗(yàn)證，然后分別在1、2、3、4個(gè)半衰期時(shí)處死取材，主要觀察大體標(biāo)本，光鏡下細(xì)胞組織學(xué)變化，電鏡超微結(jié)構(gòu)等變化。結(jié)果比格犬胃壁植入125I放射性粒子在2個(gè)半衰期后出現(xiàn)放射性損傷最重，經(jīng)過3個(gè)半衰期后損傷開始修復(fù)，4個(gè)半衰期后損傷已經(jīng)固定并更進(jìn)一步修復(fù)。結(jié)論比格犬胃壁合理分布植入125I放射性粒子是安全可靠的。

125I粒子； 近距離治療； 胃； 放射性損傷

1965年美國紀(jì)念醫(yī)院開展了125I粒子源近距離治療以來，經(jīng)過40余年的發(fā)展，目前國外125I放射性粒子已經(jīng)成為前列腺癌的標(biāo)準(zhǔn)治療[1]，并且廣泛應(yīng)用到如胰腺癌等腫瘤的術(shù)中、術(shù)后放療。作為衛(wèi)生部第三類技術(shù)，目前國內(nèi)也已經(jīng)應(yīng)用到臨床中，但125I粒子的基礎(chǔ)研究相對落后，其安全性和對組織的損傷情況尚不甚清楚。為此我們在比格犬胃壁植入125I粒子，觀察不同時(shí)間后胃壁的大體標(biāo)本、組織細(xì)胞水平、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，期望為125I粒子在臨床方面的安全應(yīng)用提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物

成年比格犬4只，購于大連大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物飼養(yǎng)中心(許可證號(hào)：SCXK GO 2008-002)，雌雄各2只，體重15.4～18.6 kg，平均16 kg。

1.2 籽源及粒子植入設(shè)備

125I密封籽源，粒子活度(表觀活度)0.5 mCi，半衰期60.2 d，購自寧波君安藥業(yè)科技有限公司；植入槍、植入針、鉛衣、鉛手套、鉛眼鏡、鉛圍脖、鉛裙等購于北京天航科霖科技發(fā)展有限公司；粒子植入計(jì)劃系統(tǒng)購于北京航空航天大學(xué)圖像中心。

1.3 粒子植入

4只成年比格犬隨機(jī)編號(hào)。晨起稱體重，按1 mg/kg給予戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉，待麻醉完全后，于無菌動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)逐層開腹，暴露全胃，選擇胃體前壁中上部區(qū)域，縫線固定125I粒子，平行兩排，間距1.0 cm，呈矩形，每只犬胃壁植入粒子6枚(圖1)。逐層關(guān)腹。

1.4 術(shù)后處理及計(jì)劃驗(yàn)證

術(shù)后立即拍正側(cè)位X線數(shù)字平片(digital radiography，DR)，確認(rèn)粒子位置、數(shù)目；行CT掃描(層距2 mm)，傳輸CT圖像至粒子植入計(jì)劃系統(tǒng)(TPS)，以125I粒子外邊緣為邊界勾畫感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，進(jìn)行術(shù)后劑量驗(yàn)證。給予4只犬口服硫酸慶大霉素16萬U連續(xù)3天，觀察其一般狀態(tài)，與植入前自身比較。分籠標(biāo)準(zhǔn)條件下飼養(yǎng)。

1.5 主要觀察指標(biāo)

術(shù)后2個(gè)月再次拍X線平片，復(fù)查粒子位置、數(shù)目。術(shù)后2、4、6、8個(gè)月(1、2、3、4個(gè)半衰期)各處死1只，采用心臟穿刺，空氣栓塞處死，開腹暴露全胃，肉眼觀察胃前壁大體形態(tài)改變；取粒子中心區(qū)域胃壁全層，分別置入1%甲醛和2%戊二醛固定液中，制作HE染色切片，觀測光鏡下組織細(xì)胞變化和電鏡(日本JEM-200EX透射電鏡)下細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化。

2 結(jié)果

2.1 一般狀態(tài)

4只犬在粒子植入術(shù)后12小時(shí)內(nèi)食欲差，12小時(shí)后飲食、活動(dòng)良好，同術(shù)前。

2.2 劑量學(xué)結(jié)果

4只犬的術(shù)后即刻驗(yàn)證計(jì)劃提示劑量見表1(圖2、3)。

表1 4只犬的劑量(Gy)

D90：感興趣區(qū)域90%體積所受劑量；D80：感興趣區(qū)域80%體積所受劑量

2.3 影像學(xué)表現(xiàn)

4只犬共植入胃壁粒子24枚，在植入后2個(gè)月時(shí)復(fù)查DR平片(圖4)，提示粒子相對分布位置基本同術(shù)前計(jì)劃，但其中一只胃壁保留4枚粒子(圖5)，移位2枚，移位比率為2/24(8.3%)。

2.4 大體標(biāo)本

2個(gè)月：形成以125I粒子為中心的胃壁水腫增厚區(qū)域，觸之質(zhì)地韌硬，粒子被包埋其中，胃漿膜面纖維性增厚、黏膜面黏膜皺襞消失，但無潰瘍或穿孔發(fā)生。

4個(gè)月：見粒子被包埋在胃壁中，以粒子為中心的胃壁水腫增厚區(qū)域略消退，黏膜面皺襞消失，漿膜面與脾臟粘連緊密，小心鈍性分離后發(fā)現(xiàn)胃壁近似穿孔(圖6)。

6個(gè)月和8個(gè)月：粒子被包埋在胃壁中，以粒子為中心的胃壁水腫增厚區(qū)完全消退，黏膜面黏膜皺襞消失，大致同1個(gè)半衰期(圖7)。

2.5 光鏡病理結(jié)果

2個(gè)月：胃肌層和漿膜層內(nèi)可見組織細(xì)胞結(jié)節(jié)狀聚集，胃壁肌層內(nèi)及周邊可見纖維組織增生，周邊慢性炎癥細(xì)胞浸潤明顯，多為淋巴細(xì)胞，黏膜細(xì)胞排列紊亂，但黏膜面完整。

4個(gè)月：胃壁近漿膜面可見輕度炎性反應(yīng)；肌層內(nèi)有小結(jié)節(jié)性病變區(qū)，大量纖維細(xì)胞增生；黏膜下水腫明顯，比2個(gè)月后加重；其中與脾臟粘連部位細(xì)胞明顯水腫，呈氣球樣變(圖8)。

6個(gè)月：胃壁組織黏膜下小血管增生明顯，部分小血管壁增厚，可見玻璃樣變性，黏膜下層漿細(xì)胞浸潤明顯。

8個(gè)月：胃壁肌層內(nèi)、漿膜內(nèi)均可見組織細(xì)胞結(jié)節(jié)狀聚集，其內(nèi)及周邊可見纖維組織增生，周邊慢性炎癥細(xì)胞浸潤，血管增生更明顯(圖9)。

2.6 電鏡結(jié)果

2個(gè)月：胃肌層細(xì)胞胞漿內(nèi)顆粒狀物質(zhì)形成，并見胞漿內(nèi)聚集大量吞飲泡，胞漿內(nèi)線粒體部分腫脹，細(xì)胞核內(nèi)染色體凝聚，邊集。

4個(gè)月：漿膜處成纖維細(xì)胞增生；肌層細(xì)胞核成橢圓形，核膜完整，可見染色質(zhì)邊集現(xiàn)象；細(xì)胞間連接緊密；線粒體部分水腫，少見有空泡現(xiàn)象；黏膜層細(xì)胞質(zhì)豐富，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)水腫明顯改變(圖10)。

6個(gè)月：漿膜面大量的成纖維細(xì)胞成片狀、束狀緊密排列；肌層發(fā)現(xiàn)肌細(xì)胞呈橢圓形，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增多，細(xì)胞核基本正常，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)邊集現(xiàn)象少見；黏膜層可見細(xì)胞形狀不規(guī)則，其內(nèi)見大量的線粒體空泡，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)水腫，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)凝聚、邊集現(xiàn)象明顯，但較4個(gè)月時(shí)變化略小。

8個(gè)月：漿膜面成纖維細(xì)胞仍呈片狀分布，但排列較6個(gè)月時(shí)分散，線粒體空泡現(xiàn)象，細(xì)胞核完整，其內(nèi)染色體邊集；并見吞飲泡，但較前少見(圖11)；肌層細(xì)胞內(nèi)見局部存在大的吞飲泡，肌細(xì)胞大體正常，并見細(xì)胞漿內(nèi)褐色顆粒狀物較前增多現(xiàn)象，細(xì)胞核同前存在染色質(zhì)的邊集顯現(xiàn)；黏膜面細(xì)胞形狀較前規(guī)則，細(xì)胞周邊可見索條狀膠原纖維，細(xì)胞漿內(nèi)線粒體較多，可見空泡現(xiàn)象，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也較多，細(xì)胞核完整染色質(zhì)邊集較前減少。

圖1 胃壁表面平行排列粒子，間距1.0 cm 圖2 術(shù)后劑量體積直方圖示D90=160.8 Gy，D80=189.6 Gy 圖3 術(shù)后橫斷面劑量分布圖示劑量由粒子中間快速降低 圖4 植入后2個(gè)月DR平片示粒子分布同計(jì)劃設(shè)計(jì) 圖5 植入后2個(gè)月DR平片示2枚粒子移位 圖6 術(shù)后4個(gè)月大體標(biāo)本，胃壁與脾臟粘連分離后見穿孔 圖7 術(shù)后8個(gè)月大體標(biāo)本，胃壁增厚，黏膜皺襞消失 圖8 術(shù)后4個(gè)月光鏡表現(xiàn)，纖維細(xì)胞增生(HE染色 ×100) 圖9 術(shù)后8個(gè)月光鏡表現(xiàn)，血管增生(HE染色 ×100) 圖10 術(shù)后4個(gè)月電鏡表現(xiàn)，肌層大量纖維細(xì)胞(EM 128.8 kV ×28 000) 圖11 術(shù)后8個(gè)月電鏡表現(xiàn)，胃漿膜面線粒體空泡現(xiàn)象，細(xì)胞核完整，其內(nèi)染色體邊集(EM 128.8 kV ×5000)

3 討論

胃癌根治術(shù)后失敗的最主要原因是腹腔內(nèi)復(fù)發(fā)。據(jù)國外文獻(xiàn)[2～4]報(bào)道，胃癌術(shù)后1年生存率約為40%，5年生存率約為21%，輔助放化療可以提高5年生存率。國內(nèi)術(shù)后輔助常規(guī)外照射一般處方劑量為95%計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)45 Gy/5周，顯然外照射45 Gy的劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到殺滅腫瘤細(xì)胞所需要的致死劑量。125I粒子組織間植入可以提高局部照射劑量，但低劑量率的放射性125I粒子植入胃壁后所造成的一系列放射物理、化學(xué)、放射生物學(xué)變化肯定不同于常規(guī)分割的高劑量率X線的外放射治療。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方面相關(guān)報(bào)道較少，王娟等[5]報(bào)道，125I植入家兔胃壁后第30、60天漿膜層、肌層組織有變性、壞死，為多核巨細(xì)胞反應(yīng)，組織損傷程度由粒源向周邊逐漸減輕，累及粒源周圍5 mm，2 mm范圍內(nèi)變性、壞死為主；第120、180天慢性炎性細(xì)胞浸潤，觀察180天時(shí)病理學(xué)損傷僅在漿膜層、肌層，黏膜層正常，損傷深度1～2 mm。我們的結(jié)果大致相似，本實(shí)驗(yàn)中我們植入125I達(dá)到1個(gè)半衰期時(shí)觀察到以粒子為中心局部出現(xiàn)纖維化，胃漿膜面出現(xiàn)纖維細(xì)胞增生；2個(gè)半衰期后肉眼見脾臟已經(jīng)幾乎浸潤透胃壁，小心剝離后出現(xiàn)胃穿孔跡象，光鏡下除了見漿膜面的纖維細(xì)胞大量增生，另外黏膜面出現(xiàn)水腫表現(xiàn)，考慮黏膜面存在急性放射性反應(yīng)；3個(gè)半衰期后光鏡提示黏膜面存在漿細(xì)胞，電鏡觀察提示細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器增多，我們考慮存在較前明顯的組織修復(fù)反應(yīng)；4個(gè)半衰期后，電鏡提示細(xì)胞器活動(dòng)進(jìn)一步增多，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)邊集現(xiàn)象較前減少，我們考慮細(xì)胞凋亡減少，放療反應(yīng)經(jīng)過了修復(fù)后組織細(xì)胞損傷已經(jīng)穩(wěn)定。2個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致一致。

臨床試驗(yàn)方面，鄒雷等[6]報(bào)道Ⅱ、Ⅲ期胃癌76例，根治性手術(shù)+125I粒子組3年和5年生存率分別為61.9%和42.86%，均高于根治性手術(shù)組的11.76%和0%，主要的毒副反應(yīng)為腹痛、腹脹，未見胃腸瘺形成，提示粒子植入較高的有效率和較低的毒副反應(yīng)。葛海燕等[7]報(bào)道15例胃癌浸潤胰腺行姑息性胃大部切除加術(shù)中125I粒子植入治療，完全緩解(CR)5例(33%)，部分緩解(PR)9例(60%)，穩(wěn)定(NC)1例(7%)，進(jìn)展(PD)0。但出現(xiàn)胰瘺1例，保守治療后痊愈。在本實(shí)驗(yàn)中2個(gè)半衰期后的大體標(biāo)本中同胃壁靠近的脾臟與胃發(fā)生粘連，鈍性分離后，肉眼見脾臟已經(jīng)幾乎浸潤透胃壁，小心剝離后出現(xiàn)胃穿孔跡象，由此我們考慮粒子植入術(shù)后胃的不規(guī)則蠕動(dòng)，可能導(dǎo)致脾臟-胃粘連，甚至出現(xiàn)胃穿孔。所以在臨床治療中我們要充分考慮到胃的肌性器官不規(guī)則蠕動(dòng)、易變形等特點(diǎn)，避免胃本身和周圍臟器的損傷。

125I粒子的劑量學(xué)、放射生物學(xué)在胃癌應(yīng)用中的報(bào)道較少，依據(jù)美國醫(yī)學(xué)物理家協(xié)會(huì)工作組43號(hào)報(bào)告(AAPM TG NO.43)對于125I給出各自的劑量學(xué)參數(shù)，其推薦的近距離劑量為140 Gy。本實(shí)驗(yàn)中第2只比格犬胃穿孔考慮主要原因之一是D80=240 Gy，原因?yàn)榱Ｗ又踩牒蟮囊莆粚?dǎo)致中心劑量的降低和周邊劑量的升高，雖然影響胃壁最大耐受劑量的原因很多，但本實(shí)驗(yàn)提示我們在臨床術(shù)后驗(yàn)證中應(yīng)該采用更多的不同體積腫瘤的劑量和周邊組織的受照射劑量評價(jià)來判斷可能出現(xiàn)的毒副反應(yīng)。

總之，通過實(shí)驗(yàn)，我們可以說明比格犬胃壁植入125I后3～4個(gè)半衰期經(jīng)過對放射損傷修復(fù)達(dá)到放療損傷的穩(wěn)定，并且建議可以在臨床中進(jìn)一步驗(yàn)證。當(dāng)然我們的實(shí)驗(yàn)也存在不足，比如樣本量的不足，比如不同粒子數(shù)目、活度和粒子排列方式的各異性等，均會(huì)影響到局部粒子放射性損傷的反應(yīng)。這些都需要以后有更多的基礎(chǔ)、臨床試驗(yàn)去研究探索。

1 王俊杰,修典榮,主編.放射性粒子組織間近距離治療腫瘤.第2版.北京醫(yī)科大學(xué)出版社,2004.186-188,50-52.

2 Songun I, Putter H, Kranenbarg EM, et al.Surgical treatment of gastric cancer:15-year follow-up results of the randomised nationwide Dutch D1D2 trial.Lancet Oncol, 2010, 11:439-449.

3 Bang YJ, Kim YW,Yang HK, et al. Adjuvant capecitabine and oxaliplatin for gastric cancer after D2 gastrectomy (CLASSIC): a phase 3 open-label. randomised controlled trial. Lancer, 2012,379:315-321.

4 Van Cutsem E, de Haas S, Kang YK, et al. Bevacizumab in combination with chemotherapy as first-line therapy in advanced gastric cancer: a biomarker evaluation from the AVAGAST randomized phase III trial. J Clin Oncol, 2012, 30:2119-2127.

5 王 娟,隋愛霞，范會(huì)革,等.125I粒子對家兔正常胃組織早期放射性損傷的病理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究.中國微創(chuàng)外科雜志,2007,7(2)：136-138.

6 鄒 雷,羅開元,馬振桓,等.125I粒子植入治療胃癌有效性與安全性評價(jià).中華核醫(yī)學(xué)與分子影像雜志,2013,33(4):248-251.

7 葛海燕,徐 彬,沈通一,等.姑息性胃大部切除加125I粒子術(shù)中植入治療胃癌浸潤胰腺的觀察.中華內(nèi)分泌外科雜志,2011,5(1):52-54.

(修回日期：2014-03-27)

(責(zé)任編輯：王惠群)

編者按：本課題對臨床有指導(dǎo)意義，但課題設(shè)計(jì)有缺陷，一是動(dòng)物數(shù)太少，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)僅1只動(dòng)物，二是缺乏對照組(假手術(shù)組)，因此其結(jié)果的臨床價(jià)值有限?？谴宋囊砸鹱x者重視，在今后的實(shí)驗(yàn)研究中避免出現(xiàn)類似的設(shè)計(jì)問題。

RadioactiveInjurytoStomachTissueafter125ISeedImplantationinBeagleDogs

JuZaishuang*,WangLin,LiJianxin,etal.

*DepartmentofOncology,AffiliatedZhongshanHospitalofDalianUniversity,Dalian116001,China

ObjectiveTo investigate the stomach wall radiation damage after implantation of125I seeds.MethodsFour Beagle dogs were intraoperatively implanted 6125I seeds in gastric body. The seeds were designed to distribute parallelly in two rows with 1.0 cm between two seeds and 1.0 cm between two rows. The activity of125I seeds was 0.5 mCi and half-life was 60.2 days. After implantation, we employed CT scan (2 mm between each layer), and delineated the region of interest (ROI) by the outer edge of the boundary particle outline for postoperative dose verification, and dogs were sacrificed at 1, 2, 3, 4 half-lives respectively. We mainly observed gross specimen by naked eyes, cell histological changes under optical microscope, and ultrastructural changes under electron microscopy.ResultsThe radioactive damage occurred most severely after two half-lives since125I seeds’ implantation in stomach wall; after three half-lives, the injury began to recover and after four half-lives, the damages did not expand and were further repaired.ConclusionReasonable distribution and implantation of125I seeds in Beagle dogs stomach wall is safe and reliable.

125I seed; Brachytherapy; Stomach; Radioactive damage

R-332

：A

：1009-6604(2014)05-0468-04

10.3969/j.issn.1009-6604.2014.05.025

2014-03-02)

*通訊作者，E-mail:juzaishuang@sina.com

① 胸外科