131I和132I致大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核的形态计量学改变
作者：曹珍山 樊飞跃 涂开成 谢国良 杨素霞 李煜 刘国廉 叶常青
单位：100850 北京，北京放射医学研究所
关键词：形态计量学131I；132I甲状腺；细胞核
中华放射医学与防护杂志980417 目的 为放射性碘危害与医学防护的研究提供资料。方法 应用图像分析技术和形态计量学方法，测量了131I、132I注入后20个月大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核的形态计量学参数的变化。结果 各剂量组滤泡上皮细胞核截面积、等效直径增大，形状因子明显小于对照组(P<0.05或P<0.01)，异形指数明显大于对照组(P<0.05～P<0.01)，体积密度，表面积密度、数密度呈先增加后减少的变化特点。结论 表明细胞受到放射性碘照射后胞核增大，其形状不仅扁而且异形；体积密度、表面积密度增加或减小的原因是由于胞核数密度的改变所致；对细胞核数密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率的回归分析发现，两者呈明显的正相关关系，表明肿瘤发生率的高低与单位体积上细胞的数量有关。
, http://www.100md.com
Morphometiric changes in epithelial cell nuclei of rat thyroid follicles induced by 131I and 132I. Cao Zhenshan,Fan Feiyue,Tu Kaicheng,et al.Bieijing Institute of Radiation Medicine,Beijing 100850,China.
Objective To study harmfulness of radioiodine and its medical protection.Method By using image analysis technique and morphometry,changes in morphometric parameters in epithelial cell nuclei of rat thyroid follicles were determined 20 months after injection of 131I and 32I.Results The results showed that in various dosage groups the area and eqivalent diameter enlarged,the morphometric factor was evidently smaller than that of the control group(P<0.05 or P<0.01)，and the form irregular index was significantly larger than that in the control group (P<0.05-P<0.01).The volume density, surface area density,numerical density of nuclei of follicular epithelial cells in various dose groups all showed the feature of increase at first and reduction afterwards.Conclusion iT is indicated that the nuclei of epithelial cells increased and its shape became not only flat,but also anisomorphicafter the cells were irradated with radioiodine.The reason why volume density,surface area density showed increase or decrease is that the change in numerical density of nuclei of epithelial cells.It was found by regresion analysis of the numerical density of nuclei of epithelial cells and incidence of thyroid tumor induced by radioiodine that they bear a remarkable positive correlation[Y=1/(3.37×10-3+5.85×103/X-1),R1=0.8435],suggesting that the incidence of thyroid tumor is related to the number of cell per unit volume.
, 百拇医药
Key words Morphometry 131I 132I Throid gland Cells nuclei
本研究采用图像分析技术和体视学定量分析方法，观测大鼠摄入放射性碘20个月后甲状腺滤泡上皮细胞核形态计量学参数的改变，结合以前本研究室所获得的实验数据，探讨131I、132I致大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核形态计量学参数改变及与肿瘤发生率的关系。为放射性碘危害与医学防护的研究提供资料。
1 材料和方法
1.1 大鼠分组：选用军事医学科学院动物中心纯种Wistar断乳大鼠148只，体重50～70克，中毒前一周喂低碘饲料，随机分为7组，每组16～39只大鼠不等。131I、132I由中国原子能科学院提供。各实验组一次腹腔注入经活度刻度的131I或132I溶液，对照组(即0剂量组)注入等容量的灭菌生理盐水。动物分组、注入量及甲状腺吸收剂量(吸收剂量的估算方法详见参考文献[1])等情况见表1。动物于中毒后20个月活杀，取出两侧甲状腺，常规病理制片、备测。
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表1 131I、132I注入量及甲状腺吸收剂量 分组
碘核素
注入量
(×105Bq)
吸收剂量
(Gy)
a
0
0
b
131I
1.11
, 百拇医药
44
c
3.52
103
d
9.44
321
e
132I
1.85
4
f
5.55
, http://www.100md.com
13
g
16.65
35
1.2 图像分析及数据处理：应用MIAS-300型图像分析系统，配备Olympus显微镜，通过日产Burle摄像头对显示于图像监视器上的图像进行分析，装置的放大倍数为100×32.5(物镜放大倍数×电路放大倍数)。每组随机选择6只大鼠标本，在每只大鼠甲状腺切片上随机测试8～12个视场，每组测量764～1 534个细胞核不等。测算的形态计量学参数有：滤泡上皮细胞核的体积密度、表面密度、数密度、形状因子、异形指数[2]等参数。其中异形指数是用来描述细胞核的不规则程度，其值越大，其形状越不规则。对各组各参数均值组间进行显著性检验，并对细胞核数密度、体积密度、表面积密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率[1]分别进行回归分析。文中各表所列参数值均为平均值±标准差(
±s)。
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公式：①形状因子(CIRSF)=4πS/L2；②异形指数
其中：L为细胞核周长；S为细胞核截面积。
2 结果
2.1 细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数
甲状腺滤泡上皮细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数列在表2。由表知，各剂量的组细胞核截面积、等效直径均大于对照组的值，但随着吸收剂量的增大，无明显的变化规律；胞核的形状因子明显小于对照组，对照组为0.92，各剂量组分布0.84～0.88之间，且均与对照组有显著性差异(P<0.05或P<0.01)。各剂量组细胞核异形指数明显大于对照组(P<0.05～P<0.01)说明细胞受到放射性碘照射后胞核增大，其形状不仅扁而且异形。
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表2 各组细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数(
±s) 分组
碘核素
剂量(Gy
截面积(μm2)
等效直径(μm)
形状因子
异形指数
a
0
14.38±2.49
4.23±0.37
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0.92±0.01
1.022±0.028
b
131I
44
19.02±2.39*
4.84±0.31#
0.88±0.02#
1.054±0.010#
c
103
, 百拇医药
15.52±0.82
4.37±1.21
0.84±0.07*
1.081±0.047#
d
321
22.41±2.59*
5.20±0.30*
0.84±0.02*
1.067±0.015*
e
132I
, http://www.100md.com
4
17.28±2.25
4.61±0.31
0.87±0.01*
1.060±0.008*
f
13
21.09±3.34*
5.09±0.42*
0.88±0.02*
1.051±0.008#
g
, http://www.100md.com
35
19.49±1.90
4.88±2.32*
0.86±0.01*
1.059±0.013#
注：与对照组比：#P<0.05;*P<0.01，下同
2.2 细胞核体积密度、表面积密度和数密度
大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核的体积密度、表面积密度和芭列在表3。由表3知，b、c、e、f组滤泡细胞胞核的的体积密度、表面积密度和数密度均明显大于对照组的值，且随着吸收剂量的增大逐渐增大。统计检验显示：各剂量组上述参数与对照组相比均有显著的差别(P<0.05或P<0.01)；d、g剂量组的值则小于或接近于对照组的值。结合表2的实验数据可推出，d、g组滤泡上皮细胞胞核的体积密度、表面积密度的减小是由于单位体积上的细胞数减少所致。
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表3 细胞核的体积密度、表面积密度和数密度(
±s) 分组
碘核素
剂量(Gy)
体积密度(mm0×10-2)
表面积密度(mm-1×10-5)
数密度(×104*mm-3)
a
0
6.273±0.906
, 百拇医药
7.867±0.755
43.67±3.66
b
131I
44
10.892±1.281*
11.850±1.023*
51.63±5.59#
c
103
11.855±1.547*
, http://www.100md.com 14.700±1.730*
72.31±7.95*
d
321
5.641±0.529
5.733±0.344*
21.85±3.43*
e
132I
4
10.437±0.810*
12.033±0.625*
, http://www.100md.com
56.20±6.87*
f
13
14.234±1.266*
14.783±0.922*
59.95±9.28*
g
35
6.595±0.728
7.133±0.931
30.52±5.12*
2.3 细胞核形态计量学参数与肿瘤发生率的关系
, 百拇医药
a、b、c、d、e、f、g组的肿瘤发生率分别为0%、72%、72%、29%、56%、94%、67%；对应各组的大鼠数依次为：39，18，18，21，18，16，18(只)[1]。甲状腺肿瘤发生率与甲状腺滤泡上皮细胞胞核形态计量学参数的关系列在表4。由表4可知，细胞核体积密度、表面积密度、数密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率两者呈明显的正相关关系(P<0.05或P<0.01)，表明肿瘤发生率的高低与单位体积上细胞的数量有关。表4 甲状腺肿瘤发生率与细胞核形态计量学参数的关系 参数
单位
曲线拟合数学模型
相关系数
t值
P值
数密度
, http://www.100md.com
mm-3
Y=1/(3.37×10-3+5.85×103/X)
0.8435
5.85
<0.01
体积密度
mm0
Y=31.86+63.98X2+2487.6X22
0.8279
2.95
, 百拇医药
<0.05
表面积密度
mm-1
Y'=Ln(117)-5.2×10-5/(1/(X3-1.4×10-5))
0.8245
2.91
<0.05
注：式中Y为肿瘤发生率，Y'为LnY:X1、X2、X3分别代表数密度、体积密度和表面积密度
3 讨论
, http://www.100md.com
本实验结果显示，大鼠注入放射性碘后，甲状腺肿瘤的发生率与滤泡上皮细胞胞核的数密度、体积密度、表面积密度等形态计量学参数有明显的相关关系。从分子生物学角度，肿瘤是特定细胞基因突变的结果[3]，表现在形态计量学方面则为细胞形态的异形性。本研究结果显示，大鼠注入一定量的放射性碘后，细胞核不仅扁而且异形，因此符合这一特点。当给大鼠注入极大活度的放射性碘后，细胞核同样异形，但肿瘤的发生率不但没有升高，反而下降，结合病理形态观察结果[4]可见，甲状腺组织在发生肿瘤之前就遭受严重的破坏，细胞被杀死，这说明此时的放射性碘的破坏、杀死作用占主导，反映在形态计量学方面，即单位面积上的细胞数明显减少。说明单位体积上细胞数的多少，可能是影响肿瘤发生率的一个重要因素。
高度浓集于甲状腺的碘核素，造成甲状腺辐射损伤，直接或间接的原因造成甲状腺滤泡上皮细胞发生代偿性肥大和增生[4]的结果已被肯定，本文表2中，个别实验组(c、e组)细胞核截面积、等效直径与对照组无明显差别，这可能是由于放射性碘可诱发多种肿瘤(滤泡腺瘤、乳头状腺瘤、未分化癌、滤泡癌，髓样癌等)而这些肿瘤的细胞胞核不一定都是增大，如其中的未分化癌、滤泡癌其癌细胞胞核的形态大小不一，比例不等[5]，加之本研究是随机取样，可能造成上述结果。
, 百拇医药
参考文献
1 谢国良，马柳肪，曹珍山，等.131I及132I对大鼠甲状腺致肿瘤效应.中华放射医学与防护杂志，1985，5：309-312.
2 申洪，沈忠英编著.实用生物体视学技术.第1版，广州：中山大学出版社，1996，223-229.
3 Bishop JM.The Molecular genetics of cancer.Science,1987,235(4786):305-311.
4 刘国廉，谢国良.放射性碘的生物危害及医学防护.第一版，北京：中国环境科学出版社.1989，91-173.
5 薛耀明主编.甲状腺疾病的诊断与治疗.第1版，北京：人民军医出版社，1995，260-270.
(收稿：1997-12-03 修回：1998-02-27), 百拇医药
单位：100850 北京，北京放射医学研究所
关键词：形态计量学131I；132I甲状腺；细胞核
中华放射医学与防护杂志980417 目的 为放射性碘危害与医学防护的研究提供资料。方法 应用图像分析技术和形态计量学方法，测量了131I、132I注入后20个月大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核的形态计量学参数的变化。结果 各剂量组滤泡上皮细胞核截面积、等效直径增大，形状因子明显小于对照组(P<0.05或P<0.01)，异形指数明显大于对照组(P<0.05～P<0.01)，体积密度，表面积密度、数密度呈先增加后减少的变化特点。结论 表明细胞受到放射性碘照射后胞核增大，其形状不仅扁而且异形；体积密度、表面积密度增加或减小的原因是由于胞核数密度的改变所致；对细胞核数密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率的回归分析发现，两者呈明显的正相关关系，表明肿瘤发生率的高低与单位体积上细胞的数量有关。
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Morphometiric changes in epithelial cell nuclei of rat thyroid follicles induced by 131I and 132I. Cao Zhenshan,Fan Feiyue,Tu Kaicheng,et al.Bieijing Institute of Radiation Medicine,Beijing 100850,China.
Objective To study harmfulness of radioiodine and its medical protection.Method By using image analysis technique and morphometry,changes in morphometric parameters in epithelial cell nuclei of rat thyroid follicles were determined 20 months after injection of 131I and 32I.Results The results showed that in various dosage groups the area and eqivalent diameter enlarged,the morphometric factor was evidently smaller than that of the control group(P<0.05 or P<0.01)，and the form irregular index was significantly larger than that in the control group (P<0.05-P<0.01).The volume density, surface area density,numerical density of nuclei of follicular epithelial cells in various dose groups all showed the feature of increase at first and reduction afterwards.Conclusion iT is indicated that the nuclei of epithelial cells increased and its shape became not only flat,but also anisomorphicafter the cells were irradated with radioiodine.The reason why volume density,surface area density showed increase or decrease is that the change in numerical density of nuclei of epithelial cells.It was found by regresion analysis of the numerical density of nuclei of epithelial cells and incidence of thyroid tumor induced by radioiodine that they bear a remarkable positive correlation[Y=1/(3.37×10-3+5.85×103/X-1),R1=0.8435],suggesting that the incidence of thyroid tumor is related to the number of cell per unit volume.
, 百拇医药
Key words Morphometry 131I 132I Throid gland Cells nuclei
本研究采用图像分析技术和体视学定量分析方法，观测大鼠摄入放射性碘20个月后甲状腺滤泡上皮细胞核形态计量学参数的改变，结合以前本研究室所获得的实验数据，探讨131I、132I致大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核形态计量学参数改变及与肿瘤发生率的关系。为放射性碘危害与医学防护的研究提供资料。
1 材料和方法
1.1 大鼠分组：选用军事医学科学院动物中心纯种Wistar断乳大鼠148只，体重50～70克，中毒前一周喂低碘饲料，随机分为7组，每组16～39只大鼠不等。131I、132I由中国原子能科学院提供。各实验组一次腹腔注入经活度刻度的131I或132I溶液，对照组(即0剂量组)注入等容量的灭菌生理盐水。动物分组、注入量及甲状腺吸收剂量(吸收剂量的估算方法详见参考文献[1])等情况见表1。动物于中毒后20个月活杀，取出两侧甲状腺，常规病理制片、备测。
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表1 131I、132I注入量及甲状腺吸收剂量 分组
碘核素
注入量
(×105Bq)
吸收剂量
(Gy)
a
0
0
b
131I
1.11
, 百拇医药
44
c
3.52
103
d
9.44
321
e
132I
1.85
4
f
5.55
, http://www.100md.com
13
g
16.65
35
1.2 图像分析及数据处理：应用MIAS-300型图像分析系统，配备Olympus显微镜，通过日产Burle摄像头对显示于图像监视器上的图像进行分析，装置的放大倍数为100×32.5(物镜放大倍数×电路放大倍数)。每组随机选择6只大鼠标本，在每只大鼠甲状腺切片上随机测试8～12个视场，每组测量764～1 534个细胞核不等。测算的形态计量学参数有：滤泡上皮细胞核的体积密度、表面密度、数密度、形状因子、异形指数[2]等参数。其中异形指数是用来描述细胞核的不规则程度，其值越大，其形状越不规则。对各组各参数均值组间进行显著性检验，并对细胞核数密度、体积密度、表面积密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率[1]分别进行回归分析。文中各表所列参数值均为平均值±标准差(
±s)。, http://www.100md.com
公式：①形状因子(CIRSF)=4πS/L2；②异形指数
其中：L为细胞核周长；S为细胞核截面积。
2 结果
2.1 细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数
甲状腺滤泡上皮细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数列在表2。由表知，各剂量的组细胞核截面积、等效直径均大于对照组的值，但随着吸收剂量的增大，无明显的变化规律；胞核的形状因子明显小于对照组，对照组为0.92，各剂量组分布0.84～0.88之间，且均与对照组有显著性差异(P<0.05或P<0.01)。各剂量组细胞核异形指数明显大于对照组(P<0.05～P<0.01)说明细胞受到放射性碘照射后胞核增大，其形状不仅扁而且异形。
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表2 各组细胞核截面积、等效直径、形状因子及异形指数(
±s) 分组碘核素
剂量(Gy
截面积(μm2)
等效直径(μm)
形状因子
异形指数
a
0
14.38±2.49
4.23±0.37
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0.92±0.01
1.022±0.028
b
131I
44
19.02±2.39*
4.84±0.31#
0.88±0.02#
1.054±0.010#
c
103
, 百拇医药
15.52±0.82
4.37±1.21
0.84±0.07*
1.081±0.047#
d
321
22.41±2.59*
5.20±0.30*
0.84±0.02*
1.067±0.015*
e
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4
17.28±2.25
4.61±0.31
0.87±0.01*
1.060±0.008*
f
13
21.09±3.34*
5.09±0.42*
0.88±0.02*
1.051±0.008#
g
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19.49±1.90
4.88±2.32*
0.86±0.01*
1.059±0.013#
注：与对照组比：#P<0.05;*P<0.01，下同
2.2 细胞核体积密度、表面积密度和数密度
大鼠甲状腺滤泡上皮细胞核的体积密度、表面积密度和芭列在表3。由表3知，b、c、e、f组滤泡细胞胞核的的体积密度、表面积密度和数密度均明显大于对照组的值，且随着吸收剂量的增大逐渐增大。统计检验显示：各剂量组上述参数与对照组相比均有显著的差别(P<0.05或P<0.01)；d、g剂量组的值则小于或接近于对照组的值。结合表2的实验数据可推出，d、g组滤泡上皮细胞胞核的体积密度、表面积密度的减小是由于单位体积上的细胞数减少所致。
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表3 细胞核的体积密度、表面积密度和数密度(
±s) 分组碘核素
剂量(Gy)
体积密度(mm0×10-2)
表面积密度(mm-1×10-5)
数密度(×104*mm-3)
a
0
6.273±0.906
, 百拇医药
7.867±0.755
43.67±3.66
b
131I
44
10.892±1.281*
11.850±1.023*
51.63±5.59#
c
103
11.855±1.547*
, http://www.100md.com 14.700±1.730*
72.31±7.95*
d
321
5.641±0.529
5.733±0.344*
21.85±3.43*
e
132I
4
10.437±0.810*
12.033±0.625*
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56.20±6.87*
f
13
14.234±1.266*
14.783±0.922*
59.95±9.28*
g
35
6.595±0.728
7.133±0.931
30.52±5.12*
2.3 细胞核形态计量学参数与肿瘤发生率的关系
, 百拇医药
a、b、c、d、e、f、g组的肿瘤发生率分别为0%、72%、72%、29%、56%、94%、67%；对应各组的大鼠数依次为：39，18，18，21，18，16，18(只)[1]。甲状腺肿瘤发生率与甲状腺滤泡上皮细胞胞核形态计量学参数的关系列在表4。由表4可知，细胞核体积密度、表面积密度、数密度与放射性碘致甲状腺肿瘤发生率两者呈明显的正相关关系(P<0.05或P<0.01)，表明肿瘤发生率的高低与单位体积上细胞的数量有关。表4 甲状腺肿瘤发生率与细胞核形态计量学参数的关系 参数
单位
曲线拟合数学模型
相关系数
t值
P值
数密度
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mm-3
Y=1/(3.37×10-3+5.85×103/X)
0.8435
5.85
<0.01
体积密度
mm0
Y=31.86+63.98X2+2487.6X22
0.8279
2.95
, 百拇医药
<0.05
表面积密度
mm-1
Y'=Ln(117)-5.2×10-5/(1/(X3-1.4×10-5))
0.8245
2.91
<0.05
注：式中Y为肿瘤发生率，Y'为LnY:X1、X2、X3分别代表数密度、体积密度和表面积密度
3 讨论
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本实验结果显示，大鼠注入放射性碘后，甲状腺肿瘤的发生率与滤泡上皮细胞胞核的数密度、体积密度、表面积密度等形态计量学参数有明显的相关关系。从分子生物学角度，肿瘤是特定细胞基因突变的结果[3]，表现在形态计量学方面则为细胞形态的异形性。本研究结果显示，大鼠注入一定量的放射性碘后，细胞核不仅扁而且异形，因此符合这一特点。当给大鼠注入极大活度的放射性碘后，细胞核同样异形，但肿瘤的发生率不但没有升高，反而下降，结合病理形态观察结果[4]可见，甲状腺组织在发生肿瘤之前就遭受严重的破坏，细胞被杀死，这说明此时的放射性碘的破坏、杀死作用占主导，反映在形态计量学方面，即单位面积上的细胞数明显减少。说明单位体积上细胞数的多少，可能是影响肿瘤发生率的一个重要因素。
高度浓集于甲状腺的碘核素，造成甲状腺辐射损伤，直接或间接的原因造成甲状腺滤泡上皮细胞发生代偿性肥大和增生[4]的结果已被肯定，本文表2中，个别实验组(c、e组)细胞核截面积、等效直径与对照组无明显差别，这可能是由于放射性碘可诱发多种肿瘤(滤泡腺瘤、乳头状腺瘤、未分化癌、滤泡癌，髓样癌等)而这些肿瘤的细胞胞核不一定都是增大，如其中的未分化癌、滤泡癌其癌细胞胞核的形态大小不一，比例不等[5]，加之本研究是随机取样，可能造成上述结果。
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参考文献
1 谢国良，马柳肪，曹珍山，等.131I及132I对大鼠甲状腺致肿瘤效应.中华放射医学与防护杂志，1985，5：309-312.
2 申洪，沈忠英编著.实用生物体视学技术.第1版，广州：中山大学出版社，1996，223-229.
3 Bishop JM.The Molecular genetics of cancer.Science,1987,235(4786):305-311.
4 刘国廉，谢国良.放射性碘的生物危害及医学防护.第一版，北京：中国环境科学出版社.1989，91-173.
5 薛耀明主编.甲状腺疾病的诊断与治疗.第1版，北京：人民军医出版社，1995，260-270.
(收稿：1997-12-03 修回：1998-02-27), 百拇医药