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编号:10501286
大鼠放射复合伤口愈合特点的病理研究
http://www.100md.com 《军事医学科学院院刊》 2000年第1期
     谷庆阳 高亚兵 崔彩彬 崔雪梅 周 洁 王德文

    摘 要 目的:研究辐射对伤口愈合影响的规律和机制。方法:采用宏观、光镜、电镜及免疫组化(显示Ⅲ型胶原)和原位杂交(检测Ⅰ、Ⅲ型胶原mRNA)等方法,动态观察了大鼠放射复合伤口愈合的病理变化过程。结果与结论:结果显示,伤后即刻予以15 Gy局部照射对伤口愈合有明显的延迟作用,具体表现为:①伤口愈合早期炎症反应明显受到抑制,特别是单核细胞和中性粒细胞渗出减少,坏死组织增多,出血广泛;②肉芽组织生长成熟缓慢,成纤维细胞受到严重损害,出现畸形的“放射性成纤维细胞”,胶原蛋白合成和分泌受到抑制;③上皮覆盖过程滞后,伤口愈合过程延迟。

    关键词:放射;伤口愈合;大鼠;胶原

    临床上采用放射联合手术治疗恶性肿瘤,以及在核事故或核战争条件下均可能造成放射复合创伤。放射可引起创伤愈合延迟、不愈合,甚至癌变[1,2],而目前还缺乏简便有效的治疗措施[3]。国外学者的研究限于宏观观察和测量伤口撕裂张力的水平,目前尚缺乏对于放射复合伤口愈合过程及其机制的深入、系统的分子病理学研究。为此,本实验在大鼠放射复合伤口愈合模型的基础上,从宏观、光镜、电镜和分子水平对放射复合伤口愈合的病变过程进行了较系统的观察,为阐明该过程的特点、规律和机理提供实验依据。
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    1 材料和方法

    1.1 实验动物分组及动物模型制备

    雌性Wistar大鼠,体重(200±20)g,随机分为2组,未照射组(对照组)和照射组各12只。经备皮并以30mg/kg体重戊巴比妥钠腹腔注射麻醉后,在每只大鼠背部切3个伤口,创面长1.2 cm,宽0.7 cm,深达皮下组织全层,创面之间间隔1.0 cm。处理完后以无菌纱布包扎伤口,动物置于单笼饲养。

    1.2 照射方式及条件

    照射组于伤后即刻采用60Co γ射线进行局部照射,照射野为创面及其周围0.5 cm范围,照射剂量为15 Gy,剂量率为1.67 Gy/min。照射剂量选择15 Gy,是根据作者前期的剂量-效应研究工作显示:15 Gy γ射线局部照射即可引起伤口愈合明显延迟,又不至于形成难愈合的放射性溃疡[1]
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    1.3 观察指标

    包括动物全身状况及伤口局部变化。于伤前及伤后3,7,14 d采取大鼠尾静脉血进行白细胞和血小板计数。动物创面大小描印在透明薄膜上,然后用QTM970型图像分析仪测量其大小,并进行统计学处理。分别于伤后3,7,14 d及伤口完全愈合当天各活杀3只动物取材,将伤处皮肤分两部分各置于10%中性缓冲福尔马林液和4%多聚甲醛-PBS-Mg++液中固定,石蜡包埋,常规切片后行HE染色、免疫组化染色和原位杂交;另取材经2.5%戊二醛固定后制作超薄切片,以Philips CM200型透射电镜观察超微结构改变。

    1.4 免疫组化染色方法

    Ⅲ型胶原多克隆抗体由第四军医大学病理室提供,1∶50稀释,以生物素(biotin)标记羊抗兔抗体(1∶200)和ABC试剂盒(1∶1∶100,Vector)检测,DAB显色。以PBS代替一抗作为阴性对照。
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    1.5 原位杂交

    Ⅰ型胶原cDNA全长序列克隆于pUC19中,以XhoⅠ单酶切,探针长度为867 bp;Ⅲ型胶原cDNA全长序列克隆于pBR322中,以EcoRⅠ单酶切,探针长度1 500 bp。

    采用Boehringer Mannheim 公司的“DIG DNA Labeling and Detection Kit”进行标记(随机引物法)和检测,操作步骤见文献[4]。以pBR322代替探针和杂交前以RNaseA消化切片30 min作为阴性对照。

    1.6 数据处理方法

    以SAS6.03软件包,采用具有重复测量设计及其资料的统计分析方法。

    2 结果

    2.1 动物一般状况观察
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    未照射组和照射组动物外周血白细胞的变化如表1所示。伤后3 d未照射组白细胞轻微升高,伤后7 d恢复至正常水平;照射组动物外周血白细胞先下降,3 d时最低,之后渐回升,14 d时恢复至正常水平。血小板的变化呈同样趋势,但其下降幅度较白细胞为轻。喂养期间所有动物活存良好。

    表1 未照射组和照射组外周血白细胞

    平均数(×103/μl)

    动物分组

    伤前1 d

    伤后3 d

    伤后7 d

    伤后14 d

    未照射组
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    16.81±1.02

    17.64±2.01

    16.92±1.65

    17.02±1.67

    照射组

    17.13±1.08

    8.13±1.88*

    13.13±2.20*

    18.84±1.72

    *.与未照射组相比,P<0.01

    2.2 伤口局部观察
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    伤后5 d,照射组动物共有8个创面出现轻微感染,其中5个经抗感染处理后好转,3个创面发生溃烂,深及肌层(未纳入研究);未照射组创面均无明显感染迹象。

    动物创面面积变化:伤后3 d,两组平均面积均有所减小,但以未照射组减小较为显著(P<0.05)。伤后7 d,伤口平均面积仍呈减小趋势,但未照射组伤口接近愈合;照射组伤口面积仍较大(P<0.01)。伤后11 d,未照射组创面完全愈合,伤后17 d,照射组创面完全愈合,伤口愈合时间相差6 d。以上结果表明,辐射对伤口愈合有明显的延迟作用。

    2.3 光镜观察

    伤后3 d,①未照射组伤口表面渗出明显,渗出物中有大量巨噬细胞和中性粒细胞,形成炎细胞“隔离带”(图1A) 。创面底部出现肉芽组织灶,其中成纤维细胞增生活跃,浅层有多量毛细血管条索;②照射组创面渗出物明显减少,尤以白细胞数量减少为著,坏死组织增多。受照射区血管结构遭到破坏,有小灶状出血发生(图1B)。
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    伤后7 d,①未照射组肉芽组织增多、增厚且较为“成熟”。其中成纤维细胞和新生毛细血管含量丰富,成纤维细胞排列趋于有序(图2A),新生表皮细胞也已覆盖大部分创面;②照射组肉芽组织层明显较对照组薄,表面常有出血。其中出现畸形的成纤维细胞,其胞体增大,形状奇特,称之为“放射性成纤维细胞”。新生毛细血管含量亦较少(图2B)。免疫组化染色结果显示,未照射组肉芽组织中Ⅲ型胶原呈强阳性反应(3.gif (337 字节))(图3A),照射组阳性明显减弱(+)(图3B)。原位杂交见未照射组近伤口边缘及底部肉芽组织和伤口周围皮肤真皮成纤维细胞内Ⅰ、Ⅲ型胶原mRNA均呈强阳性反应(3.gif (337 字节))(图4A),而照射组阳性反应明显减弱(+)(图4B)。t4201.gif (12459 字节)
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    图1 伤后3 d创面的病理变化

    A.伤后3 d,未照射组创面有大量渗出物,其中含大量巨噬细胞和中性粒细胞,形成炎细胞“隔离带”;B.伤后3 d,照射组创面渗出物较少,有出血现象(HE染色,×60)t4202.gif (11507 字节)

    图2 伤后7 d创面肉芽组织生长情况

    A.伤后7 d,未照射组创面肉芽组织层较厚,且较为“成熟”;B.伤后7 d,照射组创面肉芽组织层较薄,新生血管数量较少(HE染色×60)t4203.gif (26886 字节)
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    图3 伤后7 d肉芽组织中Ⅲ型胶原表达情况

    A.未照射组肉芽组织中Ⅲ型胶原呈强阳性反应;B.照射组Ⅲ型胶原阳性明显减弱(免疫组化染色×180)t4204.gif (23891 字节)

    图4 伤后7 d肉芽组织中Ⅰ型胶原mRNA转录情况

    A.未照射组肉芽组织成纤维细胞内Ⅰ型胶原mRNA呈强阳性反应;B.照射组Ⅰ型胶原mRNA阳性反应明显减弱(原位杂交×360)

    伤后14 d,未照射组创面已完全愈合,创面组织中以纤维细胞为主,排列有序,毛细血管数量减少;照射组创面尚未完全愈合,部分纤维细胞形态细小、弯曲,称之为“放射性纤维细胞”,毛细血管数量亦多于未照射组。免疫组化染色见未照射组创面组织中Ⅲ型胶原呈弱阳性(+),照射组阳性程度较强(2.gif (303 字节));原位杂交见未照射组创面组织及周围皮肤真皮内Ⅰ、Ⅲ型胶原mRNA弱阳性(2.gif (303 字节)),与照射组阳性程度相似(2.gif (303 字节))。
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    2.4 电镜观察

    伤后3 d,见未照射组伤口边缘及创面底部组织中有较多量成纤维细胞,其核质疏松,胞浆内有丰富的粗面内质网和高尔基复合体,并见活跃的胞吐现象;照射组成纤维细胞均有不同程度变性,表现为粗面内质网扩张呈泡状、脱颗粒,线粒体嵴消失、出现致密钙颗粒,部分细胞核内染色质边集成块(图5),也可见到坏死细胞碎片。

    伤后7 d及14 d,见未照射组和照射组肉芽组织中成纤维细胞分泌活动均较旺盛,但于照射组仍可见到变性的成纤维细胞t4301.gif (16282 字节)

    图5 伤后3 d伤口内成纤维细胞超微结构的变化

    伤后3 d,照射组创面底部组织中成纤维细胞出现严重变性,图中可见粗面内质网极度扩张、脱颗粒,核内染色质边集成块(EM)
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    3 讨论

    创伤愈合的基本过程大致分为三个相互区别而又联系的阶段,(1)炎症反应期;(2)肉芽组织形成期;(3)新生组织改建期[5]。从我们的实验结果可见放射复合创伤伤口愈合与普通伤口愈合有较大的区别,其主要特点是:①创伤愈合早期的炎症反应受到明显抑制,创面渗出减少,尤以白细胞渗出减少为甚,组织坏死增多,出血广泛。②肉芽组织生长成熟减慢。成纤维细胞受到严重损害,出现“放射性成纤维细胞”,伤口内胶原合成、分泌受到抑制,伤口收缩也受到影响。③上皮覆盖过程滞后,伤口愈合过程延迟。

    由对以上实验结果及文献资料的分析,我们认为辐射对伤口愈合影响的可能机理如下:

    (1)辐射导致伤口愈合早期炎症反应减弱,伤口渗出减少,尤其是单核细胞和中性粒细胞渗出减少,这对伤口愈合过程的启动和发展以及清除坏死组织都具有十分不利的影响。导致炎症反应减弱的原因可能有:①照射组动物照后早期外周血中白细胞和血小板数量降低;②射线破坏伤口底部及周围组织中的血管结构,造成内皮细胞变性、坏死、脱落,影响白细胞的附壁、粘着和游出;③辐射损伤伤口周围的组织结构使白细胞的迁移减慢。
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    (2)射线损伤伤口周围组织细胞特别是低分化的间充质细胞和成纤维细胞等,造成其致死或亚致死损伤,给多种细胞成分的增殖和分化造成障碍。Rudolph 等[6]报道,将放射性皮肤溃疡边缘的成纤维细胞予以体外培养,其附着于基质和形成集落的能力较对照组显著降低,受射线损伤后的皮肤成纤维细胞在其对数生长期的生长速度较对照组降低,说明其增殖能力低下或射线选择性地消除了增殖能力较强的成纤维细胞群。Gorodetsky 等[7]也注意到,将同源的成纤维细胞注入放射复合伤口,2周后测量其伤口张力较对照组明显提高。在多数学者将辐射对皮肤组织的损害作用归结为微血管闭塞和组织缺氧时[8],Rudolph 等的实验结果证实了射线对成纤维细胞的直接损伤作用,包括使其增殖能力降低和肌成纤维细胞延迟出现,最终导致创伤愈合的延迟或不愈合。我们的实验发现成纤维细胞受射线损伤后发生严重变性,并出现大型、畸形的“放射性成纤维细胞”,其增殖和分化能力必然受到影响。

    (3)辐射破坏伤口周围组织的血管结构,造成局部血液循环障碍,从而影响愈合过程。辐射还可影响肉芽组织中毛细血管网的形成。在我们的实验中发现,伤后早期照射组肉芽组织中新生毛细血管数
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    量较对照组明显减少,可能主要与射线对未分化的间充质细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞等的直接损伤作用有关。

    (4)本研究显示,照射后早期Ⅰ、Ⅲ型胶原mRNA转录及蛋白质合成、分泌减少,从而影响肉芽组织的形成和向正常结缔组织的转变。这首先是成纤维细胞数量减少的结果,其次是成纤维细胞合成和分泌胶原的能力降低。

    最后,辐射使机体全身状况变差,可能也是伤口愈合延迟的部分原因。■

    基金项目 总后勤部重点招标课题资助

    作者简介 谷庆阳(1964~),男,河北石家庄人,助理研究员

    谷庆阳(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)

    高亚兵(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)
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    崔彩彬(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)

    崔雪梅(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)

    周 洁(军事医学科学院微生物学流行病学研究所,北京 100850)

    王德文(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)

    参考文献

    [1]谷庆阳,王德文,崔彩彬 等. 不同剂量照射对大鼠伤口愈合影响规律的分子病理学研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 1998, 18(3):166

    [2]Tokarek R, Bernstein EF, Sullivan F, et al. Effect of therapeutic radiation on wound healing[J]. Clin Dermatol, 1994, 12(1): 57
, 百拇医药
    [3]谷庆阳,崔彩彬, 高亚兵 等. 外源性bFGF对放射复合创伤伤口愈合的促进作用[J]. 解放军医学杂志, 1998, 23(2):111

    [4]苏慧慈.原位杂交[M].北京:中国科学技术出版社,1994. 149

    [5]Clark RAF. Mechanisms of cutaneous wound repair[M]. In: Fitzpatric TB, ed. Dermatology in general medicine. 4th ed. New York:McGraw-Hill, 1993.473

    [6]Rudolph R, Berg JV, Schneider JA et al. Slowed growth of cultured fibroblasts from human radiation wounds[J]. Plast Reconstr Surg,1988,10:669
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    [7]Gorodetsky R, McBride WH, Withers HR et al. Effect of fibroblast implants on wound healing of irradiated skin: assay of wound strength and quantitative immunohistology of collagen[J]. Radiat Res, 1991,125(1):181

    [8]Rubin P. The Franz Buschke Lecture: late effects of chemotherapy and radiation therapy:a new hypothesis[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys,1984,10(1):5, http://www.100md.com