放射性碘致大鼠甲状腺损伤的形态计量学研究
作者：安 艳 陈如松 涂开成 曹珍山 郭丰莉 李茂河
单位：030006 太原，中国放射防护研究所(安艳 陈如松 郭丰莉 李茂河)；北京放射医学研究所(涂开成 曹珍山)
关键词：放射性碘；大鼠；甲状腺；吸收剂量；形态计量学
放射性碘致大鼠甲状腺损伤的形态计量学研究
目的 为了定量测定131I照射后大鼠甲状腺的有关组织学参数变化。方法 通过计算机图象分析系统，采用体视学方法，从大鼠甲状腺的腺体水平和细胞水平测定了各项形态计量学参数(包括二维和三维)。结果 所测得的一些形态计量学参数随甲状腺剂量改变而增加或减少。结论 尽管在较低剂量131I照射下，与对照组相比，大鼠生长发育和甲状腺功能未出现明显的差异，但所测的各项参数与甲状腺吸收剂量之间呈现较好的剂量效应关系，其中尤以胶体体积密度参数的变化最为明显，其D25值和D50值为最低。
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Morphometric study of 131I\|induced injury in rat thyroid An Yan,Chen Rusong,Tu Kaicheng,et al.China Institute for Radiation Protection Taiyuan 030006 China.
Objective To quantitatively measure the morphometric parameters of the strutural changes in rat thyroid irradiated with 131I.Methods By using a computerized image analysis system and the stereological method,some morphometric parameters at glandular and cellular levels including two\|and three\|dimensions can be measured successfully.Results Some morphometric parameters were gradually decreased or increased with the increase of 131I dose level.Conclusion Compared with the control group,even though there was no obvious changes in growth and function of the thyroid irradiated with low level 131I,the response of morphometric parameters was in good relation\|ship with dose.Among the parameters,the volume density of colloid(Vvc) changed obviously and the values of D25 and D50 were the lowest.
, 百拇医药
Key words Radioiodine rats Phyroid Absorged dose Morphometry
本文应用MIAS\|300型图像分析系统和形态计量学方法，定量测定了低剂量131I作用后，大鼠甲状腺在腺体水平和细胞水平形态计量学的各项参数，分析了各计量参数与剂量之间的量效关系，给出了它们之间的函数表达式，计算了各形态计量学参数随剂量增大或降低25%(D25)和50%(D50)所需的剂量，以此来评价各项参数作为效应指标的敏感程度。通过定性观察和定量测定，结合功能测量综合分析了低剂量放射性碘对大鼠甲状腺的损伤效应。
1 材料和方法
1.1 动物分组及吸收剂量：雄性Wistar大鼠30只，鼠龄30天，体重110～120g。将大鼠随机分六组(1个对照组，5个腹腔注入不同131I组)，每组5只。和生理盐水稀释的131I溶液，经本院S/95\|HPGey谱仪标定，每只大鼠腹腔注入剂量分别为0(对照组)，3.7×104，7.4×104，14.7×104，22.2×104，29.6×104Bq。
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采用文献所述的剂量公式计算甲状腺的吸收剂量[1]分别为1，9.5，19.0，38.0，57.0，76.0Gy，1.2 体重观察及甲状腺功能测定：注入131I后，定期测量大鼠体重，并计算体重增长百分数。大鼠中毒后1个月，剪尾采血制备血清，利用中国原子能科学院提供的三碘甲状腺原氨酸放射免疫分析药盒和甲状腺素放射免疫分析药盒测量血中的T\-3、T\-4。
1.3 取材与制片：大鼠于注射后35天处死(颈椎脱臼)，取甲状腺，20%中性福尔马林液固定，石蜡包埋，切片厚约4\|6μm，HE染色。
1.4 组织学参数测量。应用四川大学研制的MIAS\|300型图像分析仪测定形态计量学参数。电路放大32.5×。腺体水平即为甲状腺作为参考空间，取物镜20×，总放大倍数650倍，每只大鼠测量4个视野，约130个左右完整的滤泡；细胞水平即以滤泡做为参考空间，取物镜40×，总放大倍数为3250倍，每只动物测量4个视野，约200个左右完整的细胞。测量的二维参数有：面积、周长、最大直径、最小直径、等效直径和形状因子；三维形态计量学参数有体积密度、表面积密度、比表面、粒子数密度和核浆比。
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1.5 统计方法：对所得的参数进行单因素方差分析和逐布回归分析等统计学方法进行处理。
2 结果
2.1 实验动物的一般观察：注入131I后10、20、30天各大鼠体重增长百分数有所下降，但无统计学意义。大鼠中毒后1个月，测量血清中的T\-3、T\-4，结果各剂量组的测量值也有下降趋势，但经统计学分析却无显著性差异。
2.2 甲状腺形态学观察：光学显微镜下，见大鼠甲状腺损伤程度随131I吸收剂量增加而加重。正常大鼠甲状腺滤泡上皮细胞呈单层立方形，滤泡完整，腔中充盈均匀的嗜伊红性胶质。9.5Gy剂量组甲状腺滤泡腔内胶质均匀性发生改变。19.0Gy剂量组滤泡开始有变化，个别滤泡不完整，有的甲状腺见滤泡上皮细胞胞浆有轻度气球样变。随着注入量的增加，有少量间质增生，滤泡腔呈逐渐缩小趋势，上皮细胞有部分脱落，胞浆的气球样变加重。76.0Gy剂量组，个别滤泡腔消失，上皮细胞呈团块状，胞核似有固缩趋势。
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2.3 甲状腺形态计量学改变：利用图像分析仪对甲状遥不同水平的形态计量学改变进行了定量分析。
2.3.1 腺体水平：二维形态剂量学的改变。各剂量组甲状腺胶体和滤泡的二维形态计量学参数的测量结果列在表1。从表中可见，不同剂量对胶体的面积、周长、最大直径、最小直径和等效直径等5项二维参数均有明显的影响，随剂量的增加呈递减性变化，形状因子随着剂量的增加有增大的趋势。滤泡的二维形态计量学参数除形状因子外均随剂量增大而减小，各剂量组和0剂量组之间均有显著或非常显著差异(P<0.05或P<0.01)，滤泡最大直径也随剂量增大而减小但无统计学差异，而滤泡形状因子随剂量增大而增大，各剂量组(除19.0Gy)与0剂量组都有统计学差异(P<0.05)。
三维形态计量学参数的改变。胶体和滤泡的三维形态剂量学参数的测量结果列在表2。由表知，胶体和滤泡各剂量组的体积密度(VVC、VVF)和比表面积(δC、δF)前者明显小于而后者则明显大于0剂量组的均值(P<0.05或P<0.01)；数密度(NVC、VVF)则随剂量的增大而明显增大(P<0.01)；胶体的表面积密度(SVC)除57.0Gy组与0剂量组有显著差别(P<0.05)外，其余各剂量组与0剂量组间无显著差别(P>0.05)；滤泡的表面积密度(SVF)无明显规律性变化。
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2.3.2 细胞水平：各剂量组甲状腺滤泡上皮细胞胞核二维形态计量学参数列于表3。从表中可见，随着剂量的增加，上皮细胞核的面积、周长、最大直径和等效直径呈递减性变化，其中38.0Gy、57.0Gy和76.0Gy组与对照组比较有非常显著差异(P<0.01)，形状因子有随剂量而增长的趋势，最小直径变化不明显。上皮细胞的核浆比R\-N(表2)随剂量而减小，且各剂量组(除9.5Gy组)与0剂量组均有统计学差异(P<0.025)。
2.4 甲状腺胶体和上皮细胞核的尺寸分布：用Curz\|Orive法[2]，计算了大鼠甲状腺胶体和滤泡上皮细胞核的尺寸分布，其分布参数见表4。胶体及上皮细胞核的分布期望值E(X)匀随剂量的增大而呈减小趋势。如用对数正态分布和正态分布模拟，则胶体的频率呈对数正态分布，细胞核的频率呈正态分布，分布频率峰值随剂量而有左移趋势。
表1 不同剂量组大鼠甲状腺腺体内各组分二维形态计量学参数的比较
, 百拇医药
参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
胶体面积(10\+3)
μm\+2
1.72±0.14
1.11±0.20**
, 百拇医药
0.87±0.12**
0.87±0.12**
0.81±0.06**
0.77±0.15**
周长 (10\+2)
μm
1.60±0.01
1.28±0.01**
1.16±0.10**
1.14±0.08**
, 百拇医药
1.09±0.08**
1.07±0.12**
最大直径(10\+1)
μm
5.90±0.31
4.71±0.36**
4.32±0.37**
4.20±0.32**
3.99±0.35**
3.93±0.50**
, 百拇医药
最小直径(10\+1)
μm
3.34±0.24
2.54±0.25**
2.26±0.17**
2.21±0.18**
2.20±0.06**
2.14±0.17**
形状因子
—
0.72±0.01
, 百拇医药
0.74±0.02
0.74±0.02
0.74±0.01
0.77±0.05
0.78±0.06
等效直径(10\+1)
μm
4.32±0.22
3.49±0.25**
3.15±0.23**
3.02±0.34**
, 百拇医药
3.02±0.13**
2.97±0.26**
滤泡面积(10\+3)
μm\+2
2.40±0.16
1.79±0.31**
1.58±0.10**
1.45±0.22**
1.38±0.14**
1.36±0.24**
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周 长(10\+2)
μm
1.88±0.08
1.62±0.13**
1.55±0.06**
1.47±0.13**
1.42±0.09**
1.44±0.14**
最大直径(10\+1)
μm
, 百拇医药 6.09±1.27
5.84±0.49
5.64±0.22
5.32±0.44
5.10±0.44
5.21±0.58
最小直径(10\+1)
μm
4.22±0.41
3.42±0.32*
3.24±0.15**
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2.89±0.24**
3.02±0.11**
3.01±0.24**
形状因子
—
0.74±0.01
0.76±0.01*
0.76±0.02
0.76±0.01*
0.78±0.02**
, http://www.100md.com 0.77±0.02*
等效直径(10\+1)
μm
5.13±0.24
4.48±0.33*
4.29±0.15**
4.06±0.32**
3.97±0.21**
4.00±0.22**
注：各剂量组与0剂量相比较：*P<0.05；**P<0.01，下同 表2 不同剂量组大鼠甲状腺腺体内各组分三维体视学参数比较
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参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
VVC
mm\+0
0.476±0.014
0.369±0.022**
, 百拇医药
0.298±0.042**
0.348±0.042**
0.302±0.022**
0.286±0.056**
VVF
mm\+0
0.662±0.014
0.592±0.033**
0.540±0.022**
0.559±0.064**
, 百拇医药
0.505±0.029**
0.498±0.077**
S1 VC
mm-1
0.057±0.002
0.055±0.004
0.051±0.006
0.058±0.006
0.052±0.003*
0.050±0.007
, 百拇医药
S1 VF
mm-1
0.066±0.003
0.069±0.004
0.067±0.005
0.077±0.007
0.066±0.003
0.067±0.008
δ* C
mm-1
, 百拇医药
0.119±0.004
0.148±0.016**
0.171±0.009**
0.169±0.011
0.171±0.003**
0.178±0.015**
δ* F
mm-1
0.100±0.003
0.117±0.011*
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0.125±0.005**
0.130±0.009**
0.132±0.005**
0.135±0.008**
N* VC
mm-3
4.310±0.579
6.478±1.263*
7.000±0.680**
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8.446±1.291**
8.214±1.263**
8.266±1.181**
N* VF
mm-3
3.773±0.494
5.290±1.055*
5.486±0.497**
6.646±1.266**
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6.512±0.972**
6.298±0.971**
R\-N
—
0.205±0.031
0.172±0.021
0.144±0.022*
0.111±0.013**
0.121±0.024**
0.113±0.010**
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注：1表示(X10\+3)。 表3 不同剂量组大鼠甲状腺滤泡上皮细胞胞核二维形态计量学参数的比较
参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
面积(10\+2)
μm\+2
, 百拇医药
0.16±0.01
0.14±0.01*
0.14±0.02
0.11±0.02**
0.12±0.01**
0.12±0.01**
周长(10\+2)
μm
0.15±0.01
0.14±0.00*
, 百拇医药
0.14±0.01*
0.13±0.01**
0.13±0.01**
0.12±0.00**
最大直径(10\+1)
μm
0.59±0.002
0.54±0.02*
0.53±0.02**
0.48±0.00**
, 百拇医药
0.50±0.02**
0.49±0.02**
最小直径(10\+1)
μm
0.30±0.01
0.30±0.01
0.30±0.03
0.27±0.03
0.28±0.03
0.29±0.02
形状因子
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—
0.83±0.01
0.86±0.02*
0.87±0.04
0.89±0.03**
0.89±0.02**
0.90±0.02*
等效直径(10\+1)
μm
0.44±0.02
0.41±0.02
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0.41±0.26
0.36±0.03**
0.39±0.02**
0.38±0.01**
表4 甲状腺胶体和上皮细胞核分布参数
剂量组 (Gy)
胶 体
上皮细胞核
E(X)(μm)
D(X)
E(X)(μm)
, 百拇医药
D(X)
0.0
22.6
65.8
2.04
0.32
9.5
17.1
63.7
1.85
0.31
19.0
16.1
, http://www.100md.com
52.0
1.86
0.27
38.0
19.6
53.1
1.77
0.26
57.0
20.3
92.6
1.85
0.29
, 百拇医药
76.0
14.7
41.4
1.78
0.28
2.5 甲状腺形态计量学参数与剂量的定量关系：测量数据经自动挑选数学模型的回归分析程度进行分析[3]，得出一些形态计量学指标与剂量的函数关系式(表5和表6)，相关性检验均有显著或非常显著差异(P<0.05或P<0.01)，说明形态计量学参数与剂量间有较好的效应一剂量依赖关系。表中亦列出了各参数D25或D50值，即参数减小或增大25%或50%所需的剂量。以D25为例，胶体体积密度的D25为3.48Gy，其次是胶体面积的D25 3.74Gy，滤泡体积密度的D25为7.6Gy 表5 大鼠甲状腺滤泡、胶体及上皮细胞核形态计量学参数与照射剂量的定量关系
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分析参数
量纲
与照射剂量拟合式
相关系数
D25(Gy)
D50(Gy)
滤泡面积
μm\+2
A\-F=1.2449×103exp{7.3903/(D+11.2238)}
0.9996
8.71
, 百拇医药
-
周长
μm
P\-F=1.3684×102exp{3.5681/(D+11.2238)}
0.9964
80.0
-
最小直径
μm
D\-FI=2.8416×101exp{3.1426/(D+7.9304)}
0.9819
, 百拇医药
21.0
-
等效直径
μm
D\-FE=3.8148×101exp{3.3353/(D+11.2238)}
0.9974
85.0
-
胶体面积
μm\+2
A\-C=7.2810×102exp{6.3944/(D+7.4238)}
, 百拇医药
0.9913
3.74
30.58
周长
μm
P\-C=1.0274×102exp{3.9518/(D+8.9438)}
0.9953
16.70
-
最大直径
μm
D\-CX=3.7713×101exp{4.1144/(D+9.1971)}
, 百拇医药
0.9974
16.60
-
最小直径
μm
D\-CI=2.0679×101exp{2.9608/(D+6.1571)}
0.9949
9.15
-
等效直径
μm
D\-CE=2.8446×101exp{3.2244/(D+7.6771)}
, 百拇医药
0.9959
16.75
-
细胞核面积
μm\+2
A\-N=exp(2.7479-0.010175D+9.1339×10-5D\+2
0.9448
57.0
-
周长
μm
P\-N=15.3/(1+0.021XD0.543)
, 百拇医药
0.9992
100.0
-
最大直径
μm
D\-NX=5.91/(1+0.0232XD0.547)
0.9993
102.0
-
形状因子
-
F\-N=9.1149×10-1exp{-1.4897/(D+16.2904)}
, 百拇医药
0.9821
-
-
等效直径
μm
D\-NE=4.3975-2.5140×10-2D+2.4132×10-4D\+2
0.9070
105.0
-
表6 大鼠甲状腺三维形态计量学参数与照射剂量的定量关系
分析参数
, 百拇医药
量纲
与照射剂量拟合式
相关系数
D25(Gy)
D50(Gy)
体积密度
mm\+0
A\-VF=0.4745exp{5.9114/(D+17.8101)}
0.9560
7.6
-
, 百拇医药 比表面
mm-1
δ\-F=1.3940×102exp{-3.3349/(D+9.9571)}
0.9991
19.9
-
滤泡数密度
mm-3
N\-VF=4.55×104/(1+7.12D-0.0247)
0.9238
, 百拇医药
76.0
-
体积密度
mm\+0
A\-VC=0.2862exp{3.6542/(D+7.1704)}
0.9244
3.48
9.7
比表面
mm-1
δ\-F=1.8170×102exp{-2.7447/(D+6.4104)}
, 百拇医药
0.9836
6.98
88.5
胶体数密度
mm-3
N\-VC=9.0890×103exp{-6.1099/(D+8.1838)}
0.9917
9.0
-
上皮细胞
核浆比
-
, 百拇医药
R\-N=0.2045/(1+6.4913×10-2D0.6047)
0.9992
15.0
76.0
3 讨论
3.1 低剂量131I致甲状腺的损伤效应：已有的证实，甲状腺损伤程度依赖于照射剂量，功能变化[4]和组织形态学[5]变化都与剂量有关。一般认为甲状腺功能变化与形态学变化在损伤过程中是平行发展的。
本研究结果表明，在较低剂量131I作用后，由于甲状腺的代偿作用，使131I造成甲状腺的轻微损伤尚可保持正常功能，因而大鼠甲状腺功能早期变化明显，这与文献[6]报道的结果一致。以往文献[7]报道，大鼠接受γ射线外照射2Gy或喂饲131I10.45×10\+5Bq(27.5μCi)或二者复合作用下，在照射2个月后，对生长发育也无明显影响。我们的实验也表明131I在低剂量作用下短期内亦无明显抑制大鼠体重增长的作用。据文献报道[6]，大鼠受γ射线2Gy照射后，很少见到甲状腺组织结构改变。按引起相同效应的131I与X射线辐射剂量的比值约为10计[8，9]，则摄入131I后甲状腺吸收剂量达20Gy应少见组织结构的改变，然而，本实验发现在吸收剂量仅为9.5Gy时一些形态计量学参数已有改变，19Gy时变化更为明显，说明形态计量学的各项参数在低剂量131I作用下，能较早地反映甲状腺组织结构的微细变化，而且有较好的量效关系，表明体视学方法作为探讨放射性碘致甲状腺损伤效应是较为敏感的指标，值得重视和推广。
, 百拇医药
3.2 131I致大鼠甲状腺形态计量学参数改变的生物学意义：随着131I剂量的增大，甲状腺滤泡和胶体面积、周长、最大直径和体积密度等参数显著减小，数密度、比表面明显增大。比表面是反映体积变化的指标，并且与体积变化成反比。提示甲状腺滤泡和胶体在低剂量131I短期作用后明显缩小，并且与剂量有良好的依赖关系。胶体等效直径的尺寸分布也证明了这一点，这可能是由于131I作用于胞浆和酶系统所致。从胶体体积密度减小25%或50%所需剂量来看，分别为3.48和9.7Gy，比其它为低也远低于文献[10] 报导的滤泡质量半减剂量(35.3Gy)，提示131I作用于甲状腺早期应重视胶体的损伤效应。
本研究中，细胞核的大小、形状改变很突出，核膜的超微结构在较低剂量就出现皱褶，文献[11]报道γ射线外照射0.5Gy就有以上改变。细胞核面积、周长、最大直径、等效直径均随剂量增大而减小，核浆比降低，细胞核等效直径分布峰值左移。说明低剂量131I短期内作用后核有固缩趋势，其变小速率要大于滤泡上皮细胞本身变小速率。分子放射生物学研究认为，DNA和膜是射线作用的靶，是引起细胞一系列生理变化的关系[12]。
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参考文献
1 安艳，陈如松，夏晓彬，等.放射性碘在大鼠甲状腺内的滞留模式及剂量估算.中华放射医学与防护杂志，1997，17：243～247
2 涂开成，叶常青.组织形态学测量中由截面测试数据推算三维空间的粒子参数及尺寸分布.体视学通讯.1988；1(1)：53
3 涂开成，赵月堂，叶常青.自动挑选数学模型的回归分析计算机程序及应用.军事医学科学院院刊.1986；10(3)：169～174.
4 Reilly CP et al.J Endocrinol Invest.1986;9(5):367～370.
5 Alcaraz M et al.J Submicrosc Cytol Pathol,1990;22(3):433～440.
, 百拇医药
6 周湘艳，耿秀生，刘忠厚，等.131I内照射并复合γ线外照射生物效应的实验研究.中华放射医学与防护杂志.1983，3(1)：47～49
7 UNSCEAR.Ionizing radiation:Sources and biologicasl effects,1982 Report to the General Assembly,New York:United Nations,1982:588.
8 Holten I,Acute response of the thyroid to exteral radiation.Acute Pathol Microbiol Immunol Scand,1983;283(Suppl):11～12
9 Sikov M R.Effects of Age on the Indine\|131 Metabolism and the Radiation Sentivty of the Rat Thyroid.Radiat.Res.,1969;38(2):449.
10 涂开成，谢国良，叶常青，等.大鼠摄入131I后甲状腺组织学参数的定量分析.军事医学科学院院刊.1986；10(3)：169.
11 张雪峰，郭力生，涂开成，等.幼年大鼠甲状腺γ线损伤效应的剂量效应关系.辐射防护.1994，14：366～369.
12 夏寿萱主编.分子放射生物学.第一版，北京：原子能出版社.1992，244～277.
(收稿：1996-07-18 修回：1997-09-22), 百拇医药
单位：030006 太原，中国放射防护研究所(安艳 陈如松 郭丰莉 李茂河)；北京放射医学研究所(涂开成 曹珍山)
关键词：放射性碘；大鼠；甲状腺；吸收剂量；形态计量学
放射性碘致大鼠甲状腺损伤的形态计量学研究
目的 为了定量测定131I照射后大鼠甲状腺的有关组织学参数变化。方法 通过计算机图象分析系统，采用体视学方法，从大鼠甲状腺的腺体水平和细胞水平测定了各项形态计量学参数(包括二维和三维)。结果 所测得的一些形态计量学参数随甲状腺剂量改变而增加或减少。结论 尽管在较低剂量131I照射下，与对照组相比，大鼠生长发育和甲状腺功能未出现明显的差异，但所测的各项参数与甲状腺吸收剂量之间呈现较好的剂量效应关系，其中尤以胶体体积密度参数的变化最为明显，其D25值和D50值为最低。
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Morphometric study of 131I\|induced injury in rat thyroid An Yan,Chen Rusong,Tu Kaicheng,et al.China Institute for Radiation Protection Taiyuan 030006 China.
Objective To quantitatively measure the morphometric parameters of the strutural changes in rat thyroid irradiated with 131I.Methods By using a computerized image analysis system and the stereological method,some morphometric parameters at glandular and cellular levels including two\|and three\|dimensions can be measured successfully.Results Some morphometric parameters were gradually decreased or increased with the increase of 131I dose level.Conclusion Compared with the control group,even though there was no obvious changes in growth and function of the thyroid irradiated with low level 131I,the response of morphometric parameters was in good relation\|ship with dose.Among the parameters,the volume density of colloid(Vvc) changed obviously and the values of D25 and D50 were the lowest.
, 百拇医药
Key words Radioiodine rats Phyroid Absorged dose Morphometry
本文应用MIAS\|300型图像分析系统和形态计量学方法，定量测定了低剂量131I作用后，大鼠甲状腺在腺体水平和细胞水平形态计量学的各项参数，分析了各计量参数与剂量之间的量效关系，给出了它们之间的函数表达式，计算了各形态计量学参数随剂量增大或降低25%(D25)和50%(D50)所需的剂量，以此来评价各项参数作为效应指标的敏感程度。通过定性观察和定量测定，结合功能测量综合分析了低剂量放射性碘对大鼠甲状腺的损伤效应。
1 材料和方法
1.1 动物分组及吸收剂量：雄性Wistar大鼠30只，鼠龄30天，体重110～120g。将大鼠随机分六组(1个对照组，5个腹腔注入不同131I组)，每组5只。和生理盐水稀释的131I溶液，经本院S/95\|HPGey谱仪标定，每只大鼠腹腔注入剂量分别为0(对照组)，3.7×104，7.4×104，14.7×104，22.2×104，29.6×104Bq。
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采用文献所述的剂量公式计算甲状腺的吸收剂量[1]分别为1，9.5，19.0，38.0，57.0，76.0Gy，1.2 体重观察及甲状腺功能测定：注入131I后，定期测量大鼠体重，并计算体重增长百分数。大鼠中毒后1个月，剪尾采血制备血清，利用中国原子能科学院提供的三碘甲状腺原氨酸放射免疫分析药盒和甲状腺素放射免疫分析药盒测量血中的T\-3、T\-4。
1.3 取材与制片：大鼠于注射后35天处死(颈椎脱臼)，取甲状腺，20%中性福尔马林液固定，石蜡包埋，切片厚约4\|6μm，HE染色。
1.4 组织学参数测量。应用四川大学研制的MIAS\|300型图像分析仪测定形态计量学参数。电路放大32.5×。腺体水平即为甲状腺作为参考空间，取物镜20×，总放大倍数650倍，每只大鼠测量4个视野，约130个左右完整的滤泡；细胞水平即以滤泡做为参考空间，取物镜40×，总放大倍数为3250倍，每只动物测量4个视野，约200个左右完整的细胞。测量的二维参数有：面积、周长、最大直径、最小直径、等效直径和形状因子；三维形态计量学参数有体积密度、表面积密度、比表面、粒子数密度和核浆比。
, 百拇医药
1.5 统计方法：对所得的参数进行单因素方差分析和逐布回归分析等统计学方法进行处理。
2 结果
2.1 实验动物的一般观察：注入131I后10、20、30天各大鼠体重增长百分数有所下降，但无统计学意义。大鼠中毒后1个月，测量血清中的T\-3、T\-4，结果各剂量组的测量值也有下降趋势，但经统计学分析却无显著性差异。
2.2 甲状腺形态学观察：光学显微镜下，见大鼠甲状腺损伤程度随131I吸收剂量增加而加重。正常大鼠甲状腺滤泡上皮细胞呈单层立方形，滤泡完整，腔中充盈均匀的嗜伊红性胶质。9.5Gy剂量组甲状腺滤泡腔内胶质均匀性发生改变。19.0Gy剂量组滤泡开始有变化，个别滤泡不完整，有的甲状腺见滤泡上皮细胞胞浆有轻度气球样变。随着注入量的增加，有少量间质增生，滤泡腔呈逐渐缩小趋势，上皮细胞有部分脱落，胞浆的气球样变加重。76.0Gy剂量组，个别滤泡腔消失，上皮细胞呈团块状，胞核似有固缩趋势。
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2.3 甲状腺形态计量学改变：利用图像分析仪对甲状遥不同水平的形态计量学改变进行了定量分析。
2.3.1 腺体水平：二维形态剂量学的改变。各剂量组甲状腺胶体和滤泡的二维形态计量学参数的测量结果列在表1。从表中可见，不同剂量对胶体的面积、周长、最大直径、最小直径和等效直径等5项二维参数均有明显的影响，随剂量的增加呈递减性变化，形状因子随着剂量的增加有增大的趋势。滤泡的二维形态计量学参数除形状因子外均随剂量增大而减小，各剂量组和0剂量组之间均有显著或非常显著差异(P<0.05或P<0.01)，滤泡最大直径也随剂量增大而减小但无统计学差异，而滤泡形状因子随剂量增大而增大，各剂量组(除19.0Gy)与0剂量组都有统计学差异(P<0.05)。
三维形态计量学参数的改变。胶体和滤泡的三维形态剂量学参数的测量结果列在表2。由表知，胶体和滤泡各剂量组的体积密度(VVC、VVF)和比表面积(δC、δF)前者明显小于而后者则明显大于0剂量组的均值(P<0.05或P<0.01)；数密度(NVC、VVF)则随剂量的增大而明显增大(P<0.01)；胶体的表面积密度(SVC)除57.0Gy组与0剂量组有显著差别(P<0.05)外，其余各剂量组与0剂量组间无显著差别(P>0.05)；滤泡的表面积密度(SVF)无明显规律性变化。
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2.3.2 细胞水平：各剂量组甲状腺滤泡上皮细胞胞核二维形态计量学参数列于表3。从表中可见，随着剂量的增加，上皮细胞核的面积、周长、最大直径和等效直径呈递减性变化，其中38.0Gy、57.0Gy和76.0Gy组与对照组比较有非常显著差异(P<0.01)，形状因子有随剂量而增长的趋势，最小直径变化不明显。上皮细胞的核浆比R\-N(表2)随剂量而减小，且各剂量组(除9.5Gy组)与0剂量组均有统计学差异(P<0.025)。
2.4 甲状腺胶体和上皮细胞核的尺寸分布：用Curz\|Orive法[2]，计算了大鼠甲状腺胶体和滤泡上皮细胞核的尺寸分布，其分布参数见表4。胶体及上皮细胞核的分布期望值E(X)匀随剂量的增大而呈减小趋势。如用对数正态分布和正态分布模拟，则胶体的频率呈对数正态分布，细胞核的频率呈正态分布，分布频率峰值随剂量而有左移趋势。
表1 不同剂量组大鼠甲状腺腺体内各组分二维形态计量学参数的比较
, 百拇医药
参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
胶体面积(10\+3)
μm\+2
1.72±0.14
1.11±0.20**
, 百拇医药
0.87±0.12**
0.87±0.12**
0.81±0.06**
0.77±0.15**
周长 (10\+2)
μm
1.60±0.01
1.28±0.01**
1.16±0.10**
1.14±0.08**
, 百拇医药
1.09±0.08**
1.07±0.12**
最大直径(10\+1)
μm
5.90±0.31
4.71±0.36**
4.32±0.37**
4.20±0.32**
3.99±0.35**
3.93±0.50**
, 百拇医药
最小直径(10\+1)
μm
3.34±0.24
2.54±0.25**
2.26±0.17**
2.21±0.18**
2.20±0.06**
2.14±0.17**
形状因子
—
0.72±0.01
, 百拇医药
0.74±0.02
0.74±0.02
0.74±0.01
0.77±0.05
0.78±0.06
等效直径(10\+1)
μm
4.32±0.22
3.49±0.25**
3.15±0.23**
3.02±0.34**
, 百拇医药
3.02±0.13**
2.97±0.26**
滤泡面积(10\+3)
μm\+2
2.40±0.16
1.79±0.31**
1.58±0.10**
1.45±0.22**
1.38±0.14**
1.36±0.24**
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周 长(10\+2)
μm
1.88±0.08
1.62±0.13**
1.55±0.06**
1.47±0.13**
1.42±0.09**
1.44±0.14**
最大直径(10\+1)
μm
, 百拇医药 6.09±1.27
5.84±0.49
5.64±0.22
5.32±0.44
5.10±0.44
5.21±0.58
最小直径(10\+1)
μm
4.22±0.41
3.42±0.32*
3.24±0.15**
, http://www.100md.com
2.89±0.24**
3.02±0.11**
3.01±0.24**
形状因子
—
0.74±0.01
0.76±0.01*
0.76±0.02
0.76±0.01*
0.78±0.02**
, http://www.100md.com 0.77±0.02*
等效直径(10\+1)
μm
5.13±0.24
4.48±0.33*
4.29±0.15**
4.06±0.32**
3.97±0.21**
4.00±0.22**
注：各剂量组与0剂量相比较：*P<0.05；**P<0.01，下同 表2 不同剂量组大鼠甲状腺腺体内各组分三维体视学参数比较
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参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
VVC
mm\+0
0.476±0.014
0.369±0.022**
, 百拇医药
0.298±0.042**
0.348±0.042**
0.302±0.022**
0.286±0.056**
VVF
mm\+0
0.662±0.014
0.592±0.033**
0.540±0.022**
0.559±0.064**
, 百拇医药
0.505±0.029**
0.498±0.077**
S1 VC
mm-1
0.057±0.002
0.055±0.004
0.051±0.006
0.058±0.006
0.052±0.003*
0.050±0.007
, 百拇医药
S1 VF
mm-1
0.066±0.003
0.069±0.004
0.067±0.005
0.077±0.007
0.066±0.003
0.067±0.008
δ* C
mm-1
, 百拇医药
0.119±0.004
0.148±0.016**
0.171±0.009**
0.169±0.011
0.171±0.003**
0.178±0.015**
δ* F
mm-1
0.100±0.003
0.117±0.011*
, http://www.100md.com
0.125±0.005**
0.130±0.009**
0.132±0.005**
0.135±0.008**
N* VC
mm-3
4.310±0.579
6.478±1.263*
7.000±0.680**
, http://www.100md.com
8.446±1.291**
8.214±1.263**
8.266±1.181**
N* VF
mm-3
3.773±0.494
5.290±1.055*
5.486±0.497**
6.646±1.266**
, http://www.100md.com
6.512±0.972**
6.298±0.971**
R\-N
—
0.205±0.031
0.172±0.021
0.144±0.022*
0.111±0.013**
0.121±0.024**
0.113±0.010**
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注：1表示(X10\+3)。 表3 不同剂量组大鼠甲状腺滤泡上皮细胞胞核二维形态计量学参数的比较
参 数
量纲
吸收剂量(Gy)
0
9.5
19.0
38.0
57.0
76.0
面积(10\+2)
μm\+2
, 百拇医药
0.16±0.01
0.14±0.01*
0.14±0.02
0.11±0.02**
0.12±0.01**
0.12±0.01**
周长(10\+2)
μm
0.15±0.01
0.14±0.00*
, 百拇医药
0.14±0.01*
0.13±0.01**
0.13±0.01**
0.12±0.00**
最大直径(10\+1)
μm
0.59±0.002
0.54±0.02*
0.53±0.02**
0.48±0.00**
, 百拇医药
0.50±0.02**
0.49±0.02**
最小直径(10\+1)
μm
0.30±0.01
0.30±0.01
0.30±0.03
0.27±0.03
0.28±0.03
0.29±0.02
形状因子
, http://www.100md.com
—
0.83±0.01
0.86±0.02*
0.87±0.04
0.89±0.03**
0.89±0.02**
0.90±0.02*
等效直径(10\+1)
μm
0.44±0.02
0.41±0.02
, http://www.100md.com
0.41±0.26
0.36±0.03**
0.39±0.02**
0.38±0.01**
表4 甲状腺胶体和上皮细胞核分布参数
剂量组 (Gy)
胶 体
上皮细胞核
E(X)(μm)
D(X)
E(X)(μm)
, 百拇医药
D(X)
0.0
22.6
65.8
2.04
0.32
9.5
17.1
63.7
1.85
0.31
19.0
16.1
, http://www.100md.com
52.0
1.86
0.27
38.0
19.6
53.1
1.77
0.26
57.0
20.3
92.6
1.85
0.29
, 百拇医药
76.0
14.7
41.4
1.78
0.28
2.5 甲状腺形态计量学参数与剂量的定量关系：测量数据经自动挑选数学模型的回归分析程度进行分析[3]，得出一些形态计量学指标与剂量的函数关系式(表5和表6)，相关性检验均有显著或非常显著差异(P<0.05或P<0.01)，说明形态计量学参数与剂量间有较好的效应一剂量依赖关系。表中亦列出了各参数D25或D50值，即参数减小或增大25%或50%所需的剂量。以D25为例，胶体体积密度的D25为3.48Gy，其次是胶体面积的D25 3.74Gy，滤泡体积密度的D25为7.6Gy 表5 大鼠甲状腺滤泡、胶体及上皮细胞核形态计量学参数与照射剂量的定量关系
, http://www.100md.com
分析参数
量纲
与照射剂量拟合式
相关系数
D25(Gy)
D50(Gy)
滤泡面积
μm\+2
A\-F=1.2449×103exp{7.3903/(D+11.2238)}
0.9996
8.71
, 百拇医药
-
周长
μm
P\-F=1.3684×102exp{3.5681/(D+11.2238)}
0.9964
80.0
-
最小直径
μm
D\-FI=2.8416×101exp{3.1426/(D+7.9304)}
0.9819
, 百拇医药
21.0
-
等效直径
μm
D\-FE=3.8148×101exp{3.3353/(D+11.2238)}
0.9974
85.0
-
胶体面积
μm\+2
A\-C=7.2810×102exp{6.3944/(D+7.4238)}
, 百拇医药
0.9913
3.74
30.58
周长
μm
P\-C=1.0274×102exp{3.9518/(D+8.9438)}
0.9953
16.70
-
最大直径
μm
D\-CX=3.7713×101exp{4.1144/(D+9.1971)}
, 百拇医药
0.9974
16.60
-
最小直径
μm
D\-CI=2.0679×101exp{2.9608/(D+6.1571)}
0.9949
9.15
-
等效直径
μm
D\-CE=2.8446×101exp{3.2244/(D+7.6771)}
, 百拇医药
0.9959
16.75
-
细胞核面积
μm\+2
A\-N=exp(2.7479-0.010175D+9.1339×10-5D\+2
0.9448
57.0
-
周长
μm
P\-N=15.3/(1+0.021XD0.543)
, 百拇医药
0.9992
100.0
-
最大直径
μm
D\-NX=5.91/(1+0.0232XD0.547)
0.9993
102.0
-
形状因子
-
F\-N=9.1149×10-1exp{-1.4897/(D+16.2904)}
, 百拇医药
0.9821
-
-
等效直径
μm
D\-NE=4.3975-2.5140×10-2D+2.4132×10-4D\+2
0.9070
105.0
-
表6 大鼠甲状腺三维形态计量学参数与照射剂量的定量关系
分析参数
, 百拇医药
量纲
与照射剂量拟合式
相关系数
D25(Gy)
D50(Gy)
体积密度
mm\+0
A\-VF=0.4745exp{5.9114/(D+17.8101)}
0.9560
7.6
-
, 百拇医药 比表面
mm-1
δ\-F=1.3940×102exp{-3.3349/(D+9.9571)}
0.9991
19.9
-
滤泡数密度
mm-3
N\-VF=4.55×104/(1+7.12D-0.0247)
0.9238
, 百拇医药
76.0
-
体积密度
mm\+0
A\-VC=0.2862exp{3.6542/(D+7.1704)}
0.9244
3.48
9.7
比表面
mm-1
δ\-F=1.8170×102exp{-2.7447/(D+6.4104)}
, 百拇医药
0.9836
6.98
88.5
胶体数密度
mm-3
N\-VC=9.0890×103exp{-6.1099/(D+8.1838)}
0.9917
9.0
-
上皮细胞
核浆比
-
, 百拇医药
R\-N=0.2045/(1+6.4913×10-2D0.6047)
0.9992
15.0
76.0
3 讨论
3.1 低剂量131I致甲状腺的损伤效应：已有的证实，甲状腺损伤程度依赖于照射剂量，功能变化[4]和组织形态学[5]变化都与剂量有关。一般认为甲状腺功能变化与形态学变化在损伤过程中是平行发展的。
本研究结果表明，在较低剂量131I作用后，由于甲状腺的代偿作用，使131I造成甲状腺的轻微损伤尚可保持正常功能，因而大鼠甲状腺功能早期变化明显，这与文献[6]报道的结果一致。以往文献[7]报道，大鼠接受γ射线外照射2Gy或喂饲131I10.45×10\+5Bq(27.5μCi)或二者复合作用下，在照射2个月后，对生长发育也无明显影响。我们的实验也表明131I在低剂量作用下短期内亦无明显抑制大鼠体重增长的作用。据文献报道[6]，大鼠受γ射线2Gy照射后，很少见到甲状腺组织结构改变。按引起相同效应的131I与X射线辐射剂量的比值约为10计[8，9]，则摄入131I后甲状腺吸收剂量达20Gy应少见组织结构的改变，然而，本实验发现在吸收剂量仅为9.5Gy时一些形态计量学参数已有改变，19Gy时变化更为明显，说明形态计量学的各项参数在低剂量131I作用下，能较早地反映甲状腺组织结构的微细变化，而且有较好的量效关系，表明体视学方法作为探讨放射性碘致甲状腺损伤效应是较为敏感的指标，值得重视和推广。
, 百拇医药
3.2 131I致大鼠甲状腺形态计量学参数改变的生物学意义：随着131I剂量的增大，甲状腺滤泡和胶体面积、周长、最大直径和体积密度等参数显著减小，数密度、比表面明显增大。比表面是反映体积变化的指标，并且与体积变化成反比。提示甲状腺滤泡和胶体在低剂量131I短期作用后明显缩小，并且与剂量有良好的依赖关系。胶体等效直径的尺寸分布也证明了这一点，这可能是由于131I作用于胞浆和酶系统所致。从胶体体积密度减小25%或50%所需剂量来看，分别为3.48和9.7Gy，比其它为低也远低于文献[10] 报导的滤泡质量半减剂量(35.3Gy)，提示131I作用于甲状腺早期应重视胶体的损伤效应。
本研究中，细胞核的大小、形状改变很突出，核膜的超微结构在较低剂量就出现皱褶，文献[11]报道γ射线外照射0.5Gy就有以上改变。细胞核面积、周长、最大直径、等效直径均随剂量增大而减小，核浆比降低，细胞核等效直径分布峰值左移。说明低剂量131I短期内作用后核有固缩趋势，其变小速率要大于滤泡上皮细胞本身变小速率。分子放射生物学研究认为，DNA和膜是射线作用的靶，是引起细胞一系列生理变化的关系[12]。
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参考文献
1 安艳，陈如松，夏晓彬，等.放射性碘在大鼠甲状腺内的滞留模式及剂量估算.中华放射医学与防护杂志，1997，17：243～247
2 涂开成，叶常青.组织形态学测量中由截面测试数据推算三维空间的粒子参数及尺寸分布.体视学通讯.1988；1(1)：53
3 涂开成，赵月堂，叶常青.自动挑选数学模型的回归分析计算机程序及应用.军事医学科学院院刊.1986；10(3)：169～174.
4 Reilly CP et al.J Endocrinol Invest.1986;9(5):367～370.
5 Alcaraz M et al.J Submicrosc Cytol Pathol,1990;22(3):433～440.
, 百拇医药
6 周湘艳，耿秀生，刘忠厚，等.131I内照射并复合γ线外照射生物效应的实验研究.中华放射医学与防护杂志.1983，3(1)：47～49
7 UNSCEAR.Ionizing radiation:Sources and biologicasl effects,1982 Report to the General Assembly,New York:United Nations,1982:588.
8 Holten I,Acute response of the thyroid to exteral radiation.Acute Pathol Microbiol Immunol Scand,1983;283(Suppl):11～12
9 Sikov M R.Effects of Age on the Indine\|131 Metabolism and the Radiation Sentivty of the Rat Thyroid.Radiat.Res.,1969;38(2):449.
10 涂开成，谢国良，叶常青，等.大鼠摄入131I后甲状腺组织学参数的定量分析.军事医学科学院院刊.1986；10(3)：169.
11 张雪峰，郭力生，涂开成，等.幼年大鼠甲状腺γ线损伤效应的剂量效应关系.辐射防护.1994，14：366～369.
12 夏寿萱主编.分子放射生物学.第一版，北京：原子能出版社.1992，244～277.
(收稿：1996-07-18 修回：1997-09-22), 百拇医药