早期放射性脑损伤实验模型的建立*
作者：田野 包仕尧 张志琳 朱雅群 张硕鸣 殷蔚伯
单位：田野 包仕尧 张志琳 朱雅群 张硕鸣(苏州医学院附属第二医院，苏州，215004)；殷蔚伯(中国医学科学院肿瘤 医院)
关键词：放射性损伤；脑；早期；动物模型
苏州医学院学报991205 摘要 目的 建立能用于大脑放射性反应与损伤研究的动物模型。方法 在作照射剂量的测量后，对SD大鼠用4MeV电子线作10、20和30Gy的单次半脑照射。在照射后3个月内，分别观察大鼠的照射区皮肤、神经系统体征与体重的变化，并在各观测点作病理组织学检查。结果 该照射条件下的最大剂量点深度约13mm，各照射点间吸收剂量的差异≤7%。所有存活大鼠无异常神经系统体征出现，全部30Gy和部分20Gy照射的大鼠有射野内脱毛，照射组大鼠在受照后1～3个月，体重上升趋势低于未照射组大鼠，但无统计学差别。部分30Gy照射的大鼠大脑中存在放射性坏死灶。结论 该动物模型制作方法简便、可靠，可用于早期放射性脑损伤的实验研究。
, 百拇医药
中图法分类 R818.81
The Rat Model Establishment of Brain Radiation Injury in the Sarly Stage
Tian Ye, Bao Shiyao, Zhang Zhilin, et al
(2nd Hospital Affiliated to Suzhou Medical College, Suzhou, 215004)
Abstract Objective To develop an animal model by which study o n the brain radiation injuries in early stage. Methods The SD rat half brains were irradiated by 4 MeV electron at a single dose of 10, 20 and 30 Gy, and all the experiment was performed from 1 day to 3 month s after radiation. The head skin inside the field, the neurological symptoms, a nd body weight were examined at the mean time. The histol ogical sections of the rats were scanned as well. Results The pe ak depth dose of 4 MeV electron was 13mm, and the dosimetry homogeneity of the radiation field was within 7%. Intra-portal alopecia was observed in all the 30 Gy rats and so me 20 Gy rats. The abnormal neurological signs were not found in all the rats, but the tend of body weight increase was less pronounced in 1～3 months in the i rradiated rats than that in the unirradiated. The necrosis was observed in rats in the 30 Gy 3 months group also. Conclusions The halfbrain irr adiation SD rat appears to be an excellent model for study on the brain rad iation injury in the early stage.
, 百拇医药
Key words radiation injury；brain；early stage；animal mod el
放射性脑损伤的研究相对于其他类型的放射性损伤而言，要落后得多,特别是在头颈部肿瘤的放疗中，由于放疗疗效的提高和诊断学技术的更新，被诊断为放射性脑损伤的患者有增多的趋势，但至今尚无有效的治疗手段。因此，对放射性脑损伤的研究有重要价值[1，2]。为此，笔者进行了建立能观察早期大脑放射性损伤的动物模型的研究。
1 材料与方法
1.1 照射方法与剂量：采用直线加速器(Philips SL 18型)产生的4MeV的电子线，剂量率为210～220cGy/min。制作有8个照射孔20cm×20cm大小的特制铅模。用三维水箱(WP700-Ⅱ型)作4MeV电子线的射野中心轴及各照射孔中心的深度剂量测量。在同样照射方式和特制铅模下，将戴有平衡帽的0.6cc指型电离室和剂量仪(PTW-UNIDOST10001型)置各照射点作吸收剂量测量[3]。
, http://www.100md.com
1.2 实验动物及分组：将成熟的SD大鼠(苏州医学院实验动物科提供)，雌、雄不拘，随机分为单次半脑20Gy照射后观察1天、1周、1个月与3个月以及单次10Gy和30Gy剂量照射后1个月和3个月8组，每组12～15只大鼠。将大鼠用3.6%的水合氯醛(1ml/100g体重)腹腔麻醉后，在同样照射方式下，随机选择一侧半脑作俯卧位垂直照射。
1.3 照射后观察期间，每周2次检查并记录大鼠头部照射区毛发与皮肤情况、体重变化和神经系统症状与体征的评分。其中神经系统症状与体征的观察方法见文献[4]。同时，每组3只大鼠麻醉后开胸，经左心室灌注4%的多聚甲醛约250ml后完整取脑，自视交叉水平向尾侧按冠状位切取约3mm厚的组织块，按常规步骤制成石蜡组织块，HE染色后选择各标本中海马区域作病理形态学观察与分析。
2 结果
2.1 4MeV电子线射野中心轴及各孔中心的最大剂量点深度在12.5～13.7mm，8个照射部位间吸收剂量的差异≤7%。
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2.2 共有165只大鼠进入本研究中，有14只大鼠在各实验过程中死亡,其中9只麻醉后未醒致死，所有死亡大鼠均未作死因分析，被排除在实验之外。对受照射后观察3个月和未受照射的4个组33只大鼠的体重进行了分析，虽然受照射的3组大鼠从受照射1个月后体重的上升趋势低于对照组大鼠，但经统计学t检验无显著性意义。
2.3 30Gy剂量组的所有大鼠于照射后约20天开始射野内均出现脱毛、皮肤轻度肿胀与充血。20Gy照射后约有40%的大鼠在照射后2个月左右起亦有程度较轻的脱毛，但所有大鼠均无严重的皮肤放射性反应。所有存活大鼠肢体活动正常，提尾时无身体旋转反射等异常神经系统体征，各组大鼠的神经系统评分无差别。
2.4 30Gy照射后3个月组的5个脑标本中，3个有坏死灶，表现为染色较浅的、疏松的筛网状灶，中心有嗜酸性细胞碎屑，周围有增生的胶质细胞和炎性细胞围绕。同时可见的其它形态学变化有脑组织内血管扩张与血管周隙扩大，内皮细胞肥大，周围水肿、组织疏松和血管周围淋巴细胞浸润；胶质细胞数量增加、体积增大，呈聚集分布而形成胶质小结；部分神经元细胞固缩，有核浓缩、核仁不明显等表现。
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3 讨论
只有在建立动物模型的基础上才能对放射性脑损伤作深入的研究，过去的实验几乎用到了每一种实验动物，而且几乎所有模型的病理学结果与人脑的情况基本相似。但从遗传背景、大脑解剖结构、操作性和经费等因素来考虑，一般认为大鼠是脑损伤研究最为合适的实验动物之一[1,2]。
Hopewell等人的实验中得出了1年内大鼠大脑发生白质坏死与脱髓鞘变化的半数有效剂量为20～24Gy[1,2]，随后一系列剂量效应研究中也发现脑部单次照射后发生脑白质坏死和脱髓鞘变化的半数有效剂量在15～30Gy[1,2,5]。本研究中用SD大鼠为实验动物，所采用的单次剂量为10、20和30Gy，正处于其量效关系曲线的直线部分，因而能较有效地观察其量效关系。目前关于放射性脑损伤的分期一般是：在照射期间和数周内出现了异常神经系统症状与体征为急性反应，而照射后数月以内为早发性延迟反应期,在治疗后数月至数年的异常改变为晚期反应[1]。因此本实验把照射后的观测时间定在3个月之前，属于照射后早期。本文形态学观察结果也证明了照射剂量的大小、照射后时间的长短与大脑中放射性坏死的发生是有关的。在放射性脑损伤实验中，照射方法和照射范围是一个值得重视的问题，过去一些实验的照射野内包括了大脑外的许多其它组织，特别是上消化道、呼吸道，使得动物受照射后进食与呼吸都受到明显的影响，此时若以动物死亡作为观察点，其实验结论可能不灵敏[1,2]。而本实验的照射方案可使得整个脑组织正好处于剂量分布比较均匀而且高的剂量深度范围之内，大脑下方的消化与呼吸道受照剂量较小。因此本实验中大鼠头部受照区域皮肤的放射反应有较好的量效关系和较准确的脱毛范围，而且无明显的神经系统异常。还有，受照射的大鼠与同样饲养条件下的对照组大鼠，其体重的上升趋势在3个月内并无明显差别，说明大鼠受照射后其营养状况及全身状况等基本上没有受到影响。本研究中采用半脑照射的主要目的是用同一动物未受照射的对侧半脑作对比，可以减少由动物个体差异带来的随机误差。由此可见，本实验中建立的SD大鼠4MeV电子线单次10～30Gy半脑照射的动物模型制作方法简便，照射剂量确实、可靠，可用于放射性脑损伤的进一步研究。
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*国家国防科工委资助课题(Y6920062-14)
参考文献
1 Schulthesis TE, et al. Radiation response of the central nervo us system. Int J Radiat Oncol Biol Phys，1995，31∶1093
2 田 野,等. 放射性脑损伤实验研究之近况. 中华放射医学与防护杂志，1998,18 ∶442
3 胡逸民.电离辐射的剂量测量.见: 谷铣之，等主编. 肿瘤放射治疗学.第2版. 北京∶北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社, 1993∶45
4 Mickley GA, et al. Spontaneous perseverative turning in rats with radi ation-induced hippocampal damage. Behav Neurosci，1989，103∶722
5 Fike JR, Gobbel GT. Central nervous system radiation injury in large a nimal models. In: Gutin PH, et al. eds. Radiation injury to the nervous system. New York: Raven Press Ltd, 1991∶113
(1999年8月23日收稿), http://www.100md.com
单位：田野 包仕尧 张志琳 朱雅群 张硕鸣(苏州医学院附属第二医院，苏州，215004)；殷蔚伯(中国医学科学院肿瘤 医院)
关键词：放射性损伤；脑；早期；动物模型
苏州医学院学报991205 摘要 目的 建立能用于大脑放射性反应与损伤研究的动物模型。方法 在作照射剂量的测量后，对SD大鼠用4MeV电子线作10、20和30Gy的单次半脑照射。在照射后3个月内，分别观察大鼠的照射区皮肤、神经系统体征与体重的变化，并在各观测点作病理组织学检查。结果 该照射条件下的最大剂量点深度约13mm，各照射点间吸收剂量的差异≤7%。所有存活大鼠无异常神经系统体征出现，全部30Gy和部分20Gy照射的大鼠有射野内脱毛，照射组大鼠在受照后1～3个月，体重上升趋势低于未照射组大鼠，但无统计学差别。部分30Gy照射的大鼠大脑中存在放射性坏死灶。结论 该动物模型制作方法简便、可靠，可用于早期放射性脑损伤的实验研究。
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中图法分类 R818.81
The Rat Model Establishment of Brain Radiation Injury in the Sarly Stage
Tian Ye, Bao Shiyao, Zhang Zhilin, et al
(2nd Hospital Affiliated to Suzhou Medical College, Suzhou, 215004)
Abstract Objective To develop an animal model by which study o n the brain radiation injuries in early stage. Methods The SD rat half brains were irradiated by 4 MeV electron at a single dose of 10, 20 and 30 Gy, and all the experiment was performed from 1 day to 3 month s after radiation. The head skin inside the field, the neurological symptoms, a nd body weight were examined at the mean time. The histol ogical sections of the rats were scanned as well. Results The pe ak depth dose of 4 MeV electron was 13mm, and the dosimetry homogeneity of the radiation field was within 7%. Intra-portal alopecia was observed in all the 30 Gy rats and so me 20 Gy rats. The abnormal neurological signs were not found in all the rats, but the tend of body weight increase was less pronounced in 1～3 months in the i rradiated rats than that in the unirradiated. The necrosis was observed in rats in the 30 Gy 3 months group also. Conclusions The halfbrain irr adiation SD rat appears to be an excellent model for study on the brain rad iation injury in the early stage.
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Key words radiation injury；brain；early stage；animal mod el
放射性脑损伤的研究相对于其他类型的放射性损伤而言，要落后得多,特别是在头颈部肿瘤的放疗中，由于放疗疗效的提高和诊断学技术的更新，被诊断为放射性脑损伤的患者有增多的趋势，但至今尚无有效的治疗手段。因此，对放射性脑损伤的研究有重要价值[1，2]。为此，笔者进行了建立能观察早期大脑放射性损伤的动物模型的研究。
1 材料与方法
1.1 照射方法与剂量：采用直线加速器(Philips SL 18型)产生的4MeV的电子线，剂量率为210～220cGy/min。制作有8个照射孔20cm×20cm大小的特制铅模。用三维水箱(WP700-Ⅱ型)作4MeV电子线的射野中心轴及各照射孔中心的深度剂量测量。在同样照射方式和特制铅模下，将戴有平衡帽的0.6cc指型电离室和剂量仪(PTW-UNIDOST10001型)置各照射点作吸收剂量测量[3]。
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1.2 实验动物及分组：将成熟的SD大鼠(苏州医学院实验动物科提供)，雌、雄不拘，随机分为单次半脑20Gy照射后观察1天、1周、1个月与3个月以及单次10Gy和30Gy剂量照射后1个月和3个月8组，每组12～15只大鼠。将大鼠用3.6%的水合氯醛(1ml/100g体重)腹腔麻醉后，在同样照射方式下，随机选择一侧半脑作俯卧位垂直照射。
1.3 照射后观察期间，每周2次检查并记录大鼠头部照射区毛发与皮肤情况、体重变化和神经系统症状与体征的评分。其中神经系统症状与体征的观察方法见文献[4]。同时，每组3只大鼠麻醉后开胸，经左心室灌注4%的多聚甲醛约250ml后完整取脑，自视交叉水平向尾侧按冠状位切取约3mm厚的组织块，按常规步骤制成石蜡组织块，HE染色后选择各标本中海马区域作病理形态学观察与分析。
2 结果
2.1 4MeV电子线射野中心轴及各孔中心的最大剂量点深度在12.5～13.7mm，8个照射部位间吸收剂量的差异≤7%。
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2.2 共有165只大鼠进入本研究中，有14只大鼠在各实验过程中死亡,其中9只麻醉后未醒致死，所有死亡大鼠均未作死因分析，被排除在实验之外。对受照射后观察3个月和未受照射的4个组33只大鼠的体重进行了分析，虽然受照射的3组大鼠从受照射1个月后体重的上升趋势低于对照组大鼠，但经统计学t检验无显著性意义。
2.3 30Gy剂量组的所有大鼠于照射后约20天开始射野内均出现脱毛、皮肤轻度肿胀与充血。20Gy照射后约有40%的大鼠在照射后2个月左右起亦有程度较轻的脱毛，但所有大鼠均无严重的皮肤放射性反应。所有存活大鼠肢体活动正常，提尾时无身体旋转反射等异常神经系统体征，各组大鼠的神经系统评分无差别。
2.4 30Gy照射后3个月组的5个脑标本中，3个有坏死灶，表现为染色较浅的、疏松的筛网状灶，中心有嗜酸性细胞碎屑，周围有增生的胶质细胞和炎性细胞围绕。同时可见的其它形态学变化有脑组织内血管扩张与血管周隙扩大，内皮细胞肥大，周围水肿、组织疏松和血管周围淋巴细胞浸润；胶质细胞数量增加、体积增大，呈聚集分布而形成胶质小结；部分神经元细胞固缩，有核浓缩、核仁不明显等表现。
, 百拇医药
3 讨论
只有在建立动物模型的基础上才能对放射性脑损伤作深入的研究，过去的实验几乎用到了每一种实验动物，而且几乎所有模型的病理学结果与人脑的情况基本相似。但从遗传背景、大脑解剖结构、操作性和经费等因素来考虑，一般认为大鼠是脑损伤研究最为合适的实验动物之一[1,2]。
Hopewell等人的实验中得出了1年内大鼠大脑发生白质坏死与脱髓鞘变化的半数有效剂量为20～24Gy[1,2]，随后一系列剂量效应研究中也发现脑部单次照射后发生脑白质坏死和脱髓鞘变化的半数有效剂量在15～30Gy[1,2,5]。本研究中用SD大鼠为实验动物，所采用的单次剂量为10、20和30Gy，正处于其量效关系曲线的直线部分，因而能较有效地观察其量效关系。目前关于放射性脑损伤的分期一般是：在照射期间和数周内出现了异常神经系统症状与体征为急性反应，而照射后数月以内为早发性延迟反应期,在治疗后数月至数年的异常改变为晚期反应[1]。因此本实验把照射后的观测时间定在3个月之前，属于照射后早期。本文形态学观察结果也证明了照射剂量的大小、照射后时间的长短与大脑中放射性坏死的发生是有关的。在放射性脑损伤实验中，照射方法和照射范围是一个值得重视的问题，过去一些实验的照射野内包括了大脑外的许多其它组织，特别是上消化道、呼吸道，使得动物受照射后进食与呼吸都受到明显的影响，此时若以动物死亡作为观察点，其实验结论可能不灵敏[1,2]。而本实验的照射方案可使得整个脑组织正好处于剂量分布比较均匀而且高的剂量深度范围之内，大脑下方的消化与呼吸道受照剂量较小。因此本实验中大鼠头部受照区域皮肤的放射反应有较好的量效关系和较准确的脱毛范围，而且无明显的神经系统异常。还有，受照射的大鼠与同样饲养条件下的对照组大鼠，其体重的上升趋势在3个月内并无明显差别，说明大鼠受照射后其营养状况及全身状况等基本上没有受到影响。本研究中采用半脑照射的主要目的是用同一动物未受照射的对侧半脑作对比，可以减少由动物个体差异带来的随机误差。由此可见，本实验中建立的SD大鼠4MeV电子线单次10～30Gy半脑照射的动物模型制作方法简便，照射剂量确实、可靠，可用于放射性脑损伤的进一步研究。
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*国家国防科工委资助课题(Y6920062-14)
参考文献
1 Schulthesis TE, et al. Radiation response of the central nervo us system. Int J Radiat Oncol Biol Phys，1995，31∶1093
2 田 野,等. 放射性脑损伤实验研究之近况. 中华放射医学与防护杂志，1998,18 ∶442
3 胡逸民.电离辐射的剂量测量.见: 谷铣之，等主编. 肿瘤放射治疗学.第2版. 北京∶北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社, 1993∶45
4 Mickley GA, et al. Spontaneous perseverative turning in rats with radi ation-induced hippocampal damage. Behav Neurosci，1989，103∶722
5 Fike JR, Gobbel GT. Central nervous system radiation injury in large a nimal models. In: Gutin PH, et al. eds. Radiation injury to the nervous system. New York: Raven Press Ltd, 1991∶113
(1999年8月23日收稿), http://www.100md.com