高能电子线皮肤辐射损伤动物模型的超微病理学研究
作者：冯一中 毛棣华 田野 吴士良 陆兴安
单位：冯一中 毛棣华 田野(215007 江苏，苏州大学第二附属医院)；吴士良 陆兴安(基础医学部)
关键词：皮肤； 辐射损伤； 电子线； 超微病理学
中华放射医学与防护杂志000609 【摘要】 目的 通过动物模型研究高能电子线皮肤辐射损伤产生延迟性坏死和溃疡难以愈合的病理改变和机理，为进一步临床研究打下基础。方法 本实验以SD大鼠作为实验对象，以直线加速器产生的4 MeV的电子线照射臀部皮肤制作皮肤放射损伤模型。实验动物分5 Gy、15 Gy、30 Gy、45 Gy 4个剂量组，一次性照射后2个月作病理学肉眼、光镜、电镜观察。结果 5 Gy组光镜形态改变不明显，电镜下可见棘细胞肿胀，基底细胞核固缩，核膜下染色质边集，血管内皮细胞肿胀，部分细胞核固缩，管腔狭小，皮下胶原纤维断裂水肿；15 Gy组棘细胞和基底细胞肿胀明显，基底细胞胞浆内张力微丝、桥粒、半桥粒显著减少，血管内皮和毛囊上皮细胞变性；30 Gy组电镜下棘细胞、基底细胞核固缩、水肿明显。45 Gy组3周时可见皮肤溃疡形成，电镜见基底细胞层有凋亡细胞和凋亡小体形成，基底膜有缺损，毛细血管内有血栓形成，纤维母细胞染色质边集。结论 高能电子线皮肤辐射损伤超微结构病理改变程度同照射剂量大小直接相关，基底细胞核固缩，线粒体、内质网肿胀，出现凋亡小体血管内皮细胞肿胀，核固缩，血管腔狭小，毛细血管内血栓形成，胶原纤维断裂，纤维母细胞出现凋亡小体等超微结构改变，为高能电子线造成皮肤辐射损伤和溃疡难以愈合提供了形态学基础，有关其机理有待于进一步探讨。
, 百拇医药
Ultrastructural pathological research on skin radiation injury induced by high energy electrons in an animal model
FENG Yizhong, MAO Dihua, TIAN Ye, et al
(The Second Hospital Affiliated to Suzhou University,215007,China)
【Abstract】 Objective In his study an animal model of skin radiation injury was established to research the pathological change,mechanism of delayed necrosis,and difficulty in healing of ulcers induced by high energy electrons,the results of which would be based for further clinical research. Methods In this model the radiation injury on hip skin of SD mice was induced by 4 MeV electrons from an electron linear accelerator.Experimental animals were divided into four exposure dose groups:5 Gy,15 Gy,30 Gy,45 Gy.The pathological changes was observed macroscopically and by light and electron microscopy. Results The morphologic change of the 5 Gy group wasn't obvious under light-microscope but was evident under electron microscope,including swelling of spinous cells,pyknosis of nuclei in cells of stratum basale and chromatin margination,endothelial swelling and nuclear pyknosis in microvessels,decrease in microvessel diameter,the dermal interstitial edema and break of collagenous fibrils.In the 15 Gy group the swelling was obvious in spinous and basal cells.The amount of microfibrils,desmosomes and hemidesmosomes decreased remarkably in basal cells.There was degeneration in vessel endoethelium and hair follicle epithelium.In the 30 Gy group,swelling and pyknosis were evident in spinous cells and basal cells.In the 45 Gy group skin ulcers could be seen.Apoptosis and disruption of basement membrane were seen in stratum basal.There were thrombosis in capillaries and chromatin margination in fibroblasts. Conclusion The degree of ultrastructurall changes in skin with radiation injury induced by high energy electrons is directly related to exposure dose.The swelling of mitochondria and endoplasmic reticulum,apoptosis in basal cells,swelling,pyknosis,cavity narrowing and thrombosis in microvessels,disruption of collagenous fibrils and apotosis in fibroblasts can be observed.These findings provide morphologic basis for study of radiation skin injury and difficulty in healing of skin ulcers induced by high energy electrons.The mechanism of delayed trauma healing waits for further research.
, 百拇医药
【Key words】 Skin; Radiation injury; Electron; Ultrastructural pathology
随着核科学技术的发展，放射性核素在国民经济各领域中的应用日益增加，接触放射性的人员逐渐增多。一方面在肿瘤放射治疗中，由于高能电子束物理剂量学特点，放疗中用加速器产生的高能电子线治疗肿瘤时受照局部皮肤的放射损伤时有发生，甚至由于皮肤严重的放射反应或损伤，使病人不能耐受治疗。另一方面，随着核工业的发展，由于忽视防护或违反操作规程，由高能电子线或产生β射线的放射性核素局部皮肤污染而引起严重的急性放射性皮肤损伤亦有发生。其中，属于加速器或皮肤敷贴治疗器引起的皮肤放射性烧伤则成为研究的重点。皮肤辐射损伤多见于加速器事故或局部皮肤污染放射性核素所致。国内外研究普遍发现该类皮肤损伤存在两大特点：一是创面难愈，表现为反复发作性溃疡坏死，二是远期易恶变致癌。临床上常在植皮治疗愈合后，仍反复发生延迟性皮下组织坏死，导致长期溃疡创面不愈。因此研究皮肤放射损伤的病理特点和机制，并建立有效的防治措施具有重要的现实意义。
, 百拇医药
材料和方法
选取正常3月龄SD近交系大鼠作实验对象，以Philips SL18型直线加速器产生4 MeV高能电子线照射臀部皮肤作为制作放射损伤模型，非照射部位以铅板屏蔽，照射面积2 cm×4 cm，剂量率为200 cGy/min，实验动物以一次性照射5 Gy、15 Gy、30 Gy、45 Gy，分为4个剂量组。5 Gy组17只大鼠，15 Gy组15只，30 Gy组10只，45 Gy组10只。照射后饲养2个月每组处死10只。5 Gy组剩下的7只大鼠和15 Gy组剩下的5只照射后3个月处死。
H.E切片的制备：取照射部位皮肤置10%甲醛溶液中固定24 h，石蜡包埋，切成0.5 μm厚度，常规苏木素-伊红染色，封片，光镜观察。
电镜切片的制备：取照射部位皮肤组织，切成1 mm3大小的组织块，立即置4%戊二醛中固定，按常规制成超薄切片，用H-600透射电镜观察。
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选取5只未照射健康SD大鼠作正常对照。
结 果
1.肉眼观察 5 Gy组大鼠外观无明显改变，15 Gy组12只无明显改变，3只第2周出现照射后局部脱毛，直径约2 cm。30 Gy组8只有局部脱毛。45 Gy组大鼠活泼程度不如前两组，6只有不同程度脱毛现象，其中有4只第3周局部皮肤坏死形成溃疡，直到2个月时仍未愈合，其中2只伴感染，痂下充满脓液。
2.光镜观察 各剂量组照射后2个月光镜观察如下：5 Gy组多数形态改变不明显，表皮全层结构，皮脂腺、毛囊间质血管结构完整，皮下横纹肌横纹清晰，少部分大鼠真皮间质胶原呈不同程度水肿，胶原断裂，少量淋巴细胞浸润。
15 Gy组出现较明显病理改变，出现表皮内水疱。皮下横纹肌纤维肿胀，横纹模糊，部分皮脂腺细胞肿胀，胞核消失或模糊。部分毛囊上皮破坏，真皮浅部淋巴细胞浸润，部分呈灶性分布。
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30 Gy组基底细胞和棘细胞空泡变，且数量多，部分基底细胞核固缩，基底膜溶解，皮脂腺细胞部分肿胀、崩解，毛乳头上皮肿胀空泡变及部分结构破坏，为增生的胶原取代。真皮间质水肿，胶原纤维断裂，同时，可见纤维母细胞、胶原纤维增生，伴淋巴细胞浸润，皮脂腺、毛囊数量均减少，毛细血管、细动脉内皮细胞肿胀，管腔狭小。
45 Gy组表皮内水肿，形成水疱，底部为基底细胞，顶部为棘细胞层或角质层，部分区域表皮细胞变性坏死，部分毛囊上皮破坏，血管扩张，间质水肿，血管内皮细胞肿胀及纤维母细胞增生均较30 Gy组明显，真皮浅部少量淋巴细胞浸润，部分横纹肌肿胀，肌纤维断裂。有4例上皮坏死缺损，形成溃疡，其中2只伴化脓性感染的大鼠，溃疡处肉芽组织增生较无感染的大鼠明显，间质淋巴细胞浆细胞浸润。溃疡边缘鳞状上皮增生，层次增多，但增生鳞状上皮仍有大片细胞空泡变。毛囊、汗腺数量减少。
本实验组5 Gy组和15 Gy组有一批大鼠照射后3个月处死，制片观察，结果发现同照射后2个月处死组相比，没有明显病理变化差异。
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3.电镜观察 病变严重程度直接同剂量有关，同光镜比较明显的一个区别是5 Gy组在光镜下病变不明显，在电镜下则已有较明显改变，表现为部分棘细胞肿胀，线粒体基质空化，嵴稀疏，内质网扩大，偶见棘细胞核固缩，并伴间质水肿，基底细胞肿胀、核固缩(图1)，有的细胞胞质空泡变性，真皮胶原纤维肿胀和断裂。
图1 5 Gy照射后2个月，基底细胞肿胀、细胞核固缩(箭头所示)×12000
15 Gy组病变较5 Gy组严重，表现为棘细胞肿胀，线粒体基质淡，嵴稀而短，胞浆内有脂滴；基底细胞核质及胞质均水肿，线粒体呈泡状膜破裂，内质网亦扩张(图2)，部分细胞核固缩。部分基底细胞显长柱形，栅状排列，胞浆内张力微丝、桥粒和半桥粒减少。真皮内大部分血管结构完好，少数血管可见内皮细胞肿胀，基膜增厚，管腔不规则，略小。皮脂腺的腺泡为成团上皮细胞，近中心部的细胞体积大，核圆形，胞质内含大量脂滴，但可见数个上皮细胞核固缩，染色质凝集成块状，脂滴不充盈；毛囊纵切面示亨利氏(HL)单层扁平细胞角化，外根鞘(OR)细胞核形不规则，细胞胞浆空泡变性，线粒体和内质网均扩张。
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图2 15 Gy照射后2个月，基底细胞核质、胞质均水肿，线粒体膜破裂(箭头示)×12000
30 Gy组病变较15 Gy组更严重，大多数棘细胞和基底细胞水肿，其核固缩或水肿。基底细胞排列紊乱和基膜脱离，细胞间隙增宽，间质水肿出血明显，胶原增生。毛囊纵切面示亨利氏(HL)单层扁平细胞角化，内根鞘赫胥黎层(Hu)胞质中有大透明的毛颗粒(TC)，外根鞘(OR)细胞异型核，细胞胞浆内有空泡，线粒体和内质网均扩张(图3)。
图3 30 Gy照射后2个月，外根鞘(OR)细胞浆内大空泡(箭头示)，线粒体肿胀 ×15000
图4 45 Gy照射后2个月，基底细胞层有凋亡细胞和凋亡小体(箭头示)×22500
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45 Gy组病变较30 Gy组严重。棘细胞胞浆内可见线粒体内质网明显肿胀，并有空泡变性，也有细胞核固缩。基底细胞水肿，核质疏松，胞质内线粒体、内质网肿胀明显，胞浆内有自噬空泡，基底细胞层中可见凋亡细胞和凋亡小体(图4)，部分基底细胞缺损。纤维母细胞核膜下异染色质边集，胞质内空泡，呈凋亡早期改变。血管内皮细胞肿胀，核固缩，胞浆内吞饮小泡增多，管腔狭小(图5)，偶见管腔内血栓形成，真皮内有出血、水肿和炎细胞浸润，纤维组织增生。
图5 45 Gy照射后2个月，毛细血管内皮细胞核，其一肿胀，其一固缩，管腔狭窄(箭头示)×22500
讨 论
由电离辐射从人体外部的照射或由放射性物质污染皮肤所引起的皮肤损伤称为射线皮肤损伤。多因大剂量一次性照射或短期内多次受较大剂量的照射所致。由于放射性核素的β射线与加速器产生的电子线具有同样的物理剂量学特征与生物学效应[1]，因此直线加速器制作的高能电子线皮肤辐射损伤模型可同时用于研究高能电子线和β射线皮肤放射损伤的生物学特征。一般认为电离辐射的生物效应主要取决于照射剂量[2]，即短期受照射剂量越大，则皮肤损伤越严重。本实验分5 Gy、15 Gy、30 Gy和45 Gy组，经一次性局部皮肤照射后2个月，受照皮肤病理形态显示无论肉眼、光镜还是电镜观察，病变的严重度均与剂量有关。本实验5 Gy组光镜下病理改变轻微，表皮、血管、毛囊、皮脂腺皮下骨骼肌均结构完整、清晰，少部分动物真皮胶原显示不同程度水肿，胶原纤维断裂。15 Gy组则出现表皮内水疱，皮脂细胞和毛囊上皮部分肿胀破坏。30 Gy组则光镜见毛囊数量减少，电镜下外根鞘细胞异形核，胞浆内有空泡，线粒体、内质网扩张。这同肉眼所见脱毛现象吻合。15 Gy组尽管光镜下血管改变不明显，但电镜下可见血管内皮细胞肿胀，基膜增厚，45 Gy组则是内皮细胞肿胀，核固缩，管腔狭小，管腔内有血栓形成。电镜下血管的变化值得注意，有人提出辐射损伤所致难治性溃疡同血管受损有密切关系。据报道[3]不同血管的内皮细胞对放射敏感性有所不同，微血管内皮比较大的血管内皮更具有放射敏感性，辐射引起毛细血管损伤是抑制新 生血管形成的重要因素，辐射抑制内皮细胞的增殖、粘附和分化从而抑制血管生成。本实验4个不同剂量组，光镜和电镜所见棘细胞、基底细胞、基底膜、胶原纤维血管、毛囊、皮脂腺病理改变随照射剂量增加而加重。有人[4]研究过辐射对微血管重建的影响，发现辐射后<10 μm血管长度明显减少，而710 μm血管并无明显影响。另外辐射后微血管口径亦变小。45 Gy组光镜下可见部分毛囊上皮破坏，表皮细胞变性坏死，脱落形成皮肤溃疡，棘细胞、纤维母细胞肿胀，空泡变性，说明组织受损程度同射线照射剂量直接有关。45 Gy组电镜下见到基底细胞和纤维母细胞形成凋亡细胞，辐射诱导的细胞凋亡是个很受关注的问题，受到很多因素影响和调控，包括凋亡与细胞周期时相，辐射与剂量速率的关系等，有待进一步探讨，从某种意义上说，凋亡起到阻止那些未修复或错误修复的损伤的细胞继续增殖的作用。有人认为射线引起的皮肤烧伤者，皮肤再生缓慢，迁延期长是由于辐射引起小血管肿胀，血栓形成，导致血供不足，造成修复缓慢，形成溃疡经久不愈。本实验在不同剂量组均可见表皮水肿，胶原纤维崩解，这种胶原的改变可能也会影响愈合。另外45 Gy组有4例形成溃疡，其中2例伴感染的大鼠，创口肉芽组织增生较不感染的大鼠明显，边缘鳞状上皮增生，层次为正常表皮的4 ～5倍，电镜下基底细胞、棘细胞仍有空泡变性、肿胀、核固缩，照射后2个月，创口迟迟不愈，说明除血管受损影响血供外还有其他机理参与，这些问题有待进一步的工作完善解决。
, 百拇医药
基金项目：国防科工委预研资助项目(Y6920062-04)
参考文献
[1]胡逸民主编.肿瘤放射物理学.北京：原子能出版社，1999，233.
[2]刘树铮.医学放射生物学.北京：原子能出版社，1986，9.
[3]Rose RW,O'Hara MD,Williamson SK,et al.The role of laminin-1 in the modulation of radiation damage in endothelial cells and differentiation.Radiat Res,1999,152:14-28.
[4]John OA,Richard P,Todd W.Pathophysiology of irradiated skin and breast.J Radiation Oncology Biol Phys,1995,31:1171-1185.
(收稿日期:2000-04-28), 百拇医药
单位：冯一中 毛棣华 田野(215007 江苏，苏州大学第二附属医院)；吴士良 陆兴安(基础医学部)
关键词：皮肤； 辐射损伤； 电子线； 超微病理学
中华放射医学与防护杂志000609 【摘要】 目的 通过动物模型研究高能电子线皮肤辐射损伤产生延迟性坏死和溃疡难以愈合的病理改变和机理，为进一步临床研究打下基础。方法 本实验以SD大鼠作为实验对象，以直线加速器产生的4 MeV的电子线照射臀部皮肤制作皮肤放射损伤模型。实验动物分5 Gy、15 Gy、30 Gy、45 Gy 4个剂量组，一次性照射后2个月作病理学肉眼、光镜、电镜观察。结果 5 Gy组光镜形态改变不明显，电镜下可见棘细胞肿胀，基底细胞核固缩，核膜下染色质边集，血管内皮细胞肿胀，部分细胞核固缩，管腔狭小，皮下胶原纤维断裂水肿；15 Gy组棘细胞和基底细胞肿胀明显，基底细胞胞浆内张力微丝、桥粒、半桥粒显著减少，血管内皮和毛囊上皮细胞变性；30 Gy组电镜下棘细胞、基底细胞核固缩、水肿明显。45 Gy组3周时可见皮肤溃疡形成，电镜见基底细胞层有凋亡细胞和凋亡小体形成，基底膜有缺损，毛细血管内有血栓形成，纤维母细胞染色质边集。结论 高能电子线皮肤辐射损伤超微结构病理改变程度同照射剂量大小直接相关，基底细胞核固缩，线粒体、内质网肿胀，出现凋亡小体血管内皮细胞肿胀，核固缩，血管腔狭小，毛细血管内血栓形成，胶原纤维断裂，纤维母细胞出现凋亡小体等超微结构改变，为高能电子线造成皮肤辐射损伤和溃疡难以愈合提供了形态学基础，有关其机理有待于进一步探讨。
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Ultrastructural pathological research on skin radiation injury induced by high energy electrons in an animal model
FENG Yizhong, MAO Dihua, TIAN Ye, et al
(The Second Hospital Affiliated to Suzhou University,215007,China)
【Abstract】 Objective In his study an animal model of skin radiation injury was established to research the pathological change,mechanism of delayed necrosis,and difficulty in healing of ulcers induced by high energy electrons,the results of which would be based for further clinical research. Methods In this model the radiation injury on hip skin of SD mice was induced by 4 MeV electrons from an electron linear accelerator.Experimental animals were divided into four exposure dose groups:5 Gy,15 Gy,30 Gy,45 Gy.The pathological changes was observed macroscopically and by light and electron microscopy. Results The morphologic change of the 5 Gy group wasn't obvious under light-microscope but was evident under electron microscope,including swelling of spinous cells,pyknosis of nuclei in cells of stratum basale and chromatin margination,endothelial swelling and nuclear pyknosis in microvessels,decrease in microvessel diameter,the dermal interstitial edema and break of collagenous fibrils.In the 15 Gy group the swelling was obvious in spinous and basal cells.The amount of microfibrils,desmosomes and hemidesmosomes decreased remarkably in basal cells.There was degeneration in vessel endoethelium and hair follicle epithelium.In the 30 Gy group,swelling and pyknosis were evident in spinous cells and basal cells.In the 45 Gy group skin ulcers could be seen.Apoptosis and disruption of basement membrane were seen in stratum basal.There were thrombosis in capillaries and chromatin margination in fibroblasts. Conclusion The degree of ultrastructurall changes in skin with radiation injury induced by high energy electrons is directly related to exposure dose.The swelling of mitochondria and endoplasmic reticulum,apoptosis in basal cells,swelling,pyknosis,cavity narrowing and thrombosis in microvessels,disruption of collagenous fibrils and apotosis in fibroblasts can be observed.These findings provide morphologic basis for study of radiation skin injury and difficulty in healing of skin ulcers induced by high energy electrons.The mechanism of delayed trauma healing waits for further research.
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【Key words】 Skin; Radiation injury; Electron; Ultrastructural pathology
随着核科学技术的发展，放射性核素在国民经济各领域中的应用日益增加，接触放射性的人员逐渐增多。一方面在肿瘤放射治疗中，由于高能电子束物理剂量学特点，放疗中用加速器产生的高能电子线治疗肿瘤时受照局部皮肤的放射损伤时有发生，甚至由于皮肤严重的放射反应或损伤，使病人不能耐受治疗。另一方面，随着核工业的发展，由于忽视防护或违反操作规程，由高能电子线或产生β射线的放射性核素局部皮肤污染而引起严重的急性放射性皮肤损伤亦有发生。其中，属于加速器或皮肤敷贴治疗器引起的皮肤放射性烧伤则成为研究的重点。皮肤辐射损伤多见于加速器事故或局部皮肤污染放射性核素所致。国内外研究普遍发现该类皮肤损伤存在两大特点：一是创面难愈，表现为反复发作性溃疡坏死，二是远期易恶变致癌。临床上常在植皮治疗愈合后，仍反复发生延迟性皮下组织坏死，导致长期溃疡创面不愈。因此研究皮肤放射损伤的病理特点和机制，并建立有效的防治措施具有重要的现实意义。
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材料和方法
选取正常3月龄SD近交系大鼠作实验对象，以Philips SL18型直线加速器产生4 MeV高能电子线照射臀部皮肤作为制作放射损伤模型，非照射部位以铅板屏蔽，照射面积2 cm×4 cm，剂量率为200 cGy/min，实验动物以一次性照射5 Gy、15 Gy、30 Gy、45 Gy，分为4个剂量组。5 Gy组17只大鼠，15 Gy组15只，30 Gy组10只，45 Gy组10只。照射后饲养2个月每组处死10只。5 Gy组剩下的7只大鼠和15 Gy组剩下的5只照射后3个月处死。
H.E切片的制备：取照射部位皮肤置10%甲醛溶液中固定24 h，石蜡包埋，切成0.5 μm厚度，常规苏木素-伊红染色，封片，光镜观察。
电镜切片的制备：取照射部位皮肤组织，切成1 mm3大小的组织块，立即置4%戊二醛中固定，按常规制成超薄切片，用H-600透射电镜观察。
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选取5只未照射健康SD大鼠作正常对照。
结 果
1.肉眼观察 5 Gy组大鼠外观无明显改变，15 Gy组12只无明显改变，3只第2周出现照射后局部脱毛，直径约2 cm。30 Gy组8只有局部脱毛。45 Gy组大鼠活泼程度不如前两组，6只有不同程度脱毛现象，其中有4只第3周局部皮肤坏死形成溃疡，直到2个月时仍未愈合，其中2只伴感染，痂下充满脓液。
2.光镜观察 各剂量组照射后2个月光镜观察如下：5 Gy组多数形态改变不明显，表皮全层结构，皮脂腺、毛囊间质血管结构完整，皮下横纹肌横纹清晰，少部分大鼠真皮间质胶原呈不同程度水肿，胶原断裂，少量淋巴细胞浸润。
15 Gy组出现较明显病理改变，出现表皮内水疱。皮下横纹肌纤维肿胀，横纹模糊，部分皮脂腺细胞肿胀，胞核消失或模糊。部分毛囊上皮破坏，真皮浅部淋巴细胞浸润，部分呈灶性分布。
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30 Gy组基底细胞和棘细胞空泡变，且数量多，部分基底细胞核固缩，基底膜溶解，皮脂腺细胞部分肿胀、崩解，毛乳头上皮肿胀空泡变及部分结构破坏，为增生的胶原取代。真皮间质水肿，胶原纤维断裂，同时，可见纤维母细胞、胶原纤维增生，伴淋巴细胞浸润，皮脂腺、毛囊数量均减少，毛细血管、细动脉内皮细胞肿胀，管腔狭小。
45 Gy组表皮内水肿，形成水疱，底部为基底细胞，顶部为棘细胞层或角质层，部分区域表皮细胞变性坏死，部分毛囊上皮破坏，血管扩张，间质水肿，血管内皮细胞肿胀及纤维母细胞增生均较30 Gy组明显，真皮浅部少量淋巴细胞浸润，部分横纹肌肿胀，肌纤维断裂。有4例上皮坏死缺损，形成溃疡，其中2只伴化脓性感染的大鼠，溃疡处肉芽组织增生较无感染的大鼠明显，间质淋巴细胞浆细胞浸润。溃疡边缘鳞状上皮增生，层次增多，但增生鳞状上皮仍有大片细胞空泡变。毛囊、汗腺数量减少。
本实验组5 Gy组和15 Gy组有一批大鼠照射后3个月处死，制片观察，结果发现同照射后2个月处死组相比，没有明显病理变化差异。
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3.电镜观察 病变严重程度直接同剂量有关，同光镜比较明显的一个区别是5 Gy组在光镜下病变不明显，在电镜下则已有较明显改变，表现为部分棘细胞肿胀，线粒体基质空化，嵴稀疏，内质网扩大，偶见棘细胞核固缩，并伴间质水肿，基底细胞肿胀、核固缩(图1)，有的细胞胞质空泡变性，真皮胶原纤维肿胀和断裂。
图1 5 Gy照射后2个月，基底细胞肿胀、细胞核固缩(箭头所示)×12000
15 Gy组病变较5 Gy组严重，表现为棘细胞肿胀，线粒体基质淡，嵴稀而短，胞浆内有脂滴；基底细胞核质及胞质均水肿，线粒体呈泡状膜破裂，内质网亦扩张(图2)，部分细胞核固缩。部分基底细胞显长柱形，栅状排列，胞浆内张力微丝、桥粒和半桥粒减少。真皮内大部分血管结构完好，少数血管可见内皮细胞肿胀，基膜增厚，管腔不规则，略小。皮脂腺的腺泡为成团上皮细胞，近中心部的细胞体积大，核圆形，胞质内含大量脂滴，但可见数个上皮细胞核固缩，染色质凝集成块状，脂滴不充盈；毛囊纵切面示亨利氏(HL)单层扁平细胞角化，外根鞘(OR)细胞核形不规则，细胞胞浆空泡变性，线粒体和内质网均扩张。
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图2 15 Gy照射后2个月，基底细胞核质、胞质均水肿，线粒体膜破裂(箭头示)×12000
30 Gy组病变较15 Gy组更严重，大多数棘细胞和基底细胞水肿，其核固缩或水肿。基底细胞排列紊乱和基膜脱离，细胞间隙增宽，间质水肿出血明显，胶原增生。毛囊纵切面示亨利氏(HL)单层扁平细胞角化，内根鞘赫胥黎层(Hu)胞质中有大透明的毛颗粒(TC)，外根鞘(OR)细胞异型核，细胞胞浆内有空泡，线粒体和内质网均扩张(图3)。
图3 30 Gy照射后2个月，外根鞘(OR)细胞浆内大空泡(箭头示)，线粒体肿胀 ×15000
图4 45 Gy照射后2个月，基底细胞层有凋亡细胞和凋亡小体(箭头示)×22500
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45 Gy组病变较30 Gy组严重。棘细胞胞浆内可见线粒体内质网明显肿胀，并有空泡变性，也有细胞核固缩。基底细胞水肿，核质疏松，胞质内线粒体、内质网肿胀明显，胞浆内有自噬空泡，基底细胞层中可见凋亡细胞和凋亡小体(图4)，部分基底细胞缺损。纤维母细胞核膜下异染色质边集，胞质内空泡，呈凋亡早期改变。血管内皮细胞肿胀，核固缩，胞浆内吞饮小泡增多，管腔狭小(图5)，偶见管腔内血栓形成，真皮内有出血、水肿和炎细胞浸润，纤维组织增生。
图5 45 Gy照射后2个月，毛细血管内皮细胞核，其一肿胀，其一固缩，管腔狭窄(箭头示)×22500
讨 论
由电离辐射从人体外部的照射或由放射性物质污染皮肤所引起的皮肤损伤称为射线皮肤损伤。多因大剂量一次性照射或短期内多次受较大剂量的照射所致。由于放射性核素的β射线与加速器产生的电子线具有同样的物理剂量学特征与生物学效应[1]，因此直线加速器制作的高能电子线皮肤辐射损伤模型可同时用于研究高能电子线和β射线皮肤放射损伤的生物学特征。一般认为电离辐射的生物效应主要取决于照射剂量[2]，即短期受照射剂量越大，则皮肤损伤越严重。本实验分5 Gy、15 Gy、30 Gy和45 Gy组，经一次性局部皮肤照射后2个月，受照皮肤病理形态显示无论肉眼、光镜还是电镜观察，病变的严重度均与剂量有关。本实验5 Gy组光镜下病理改变轻微，表皮、血管、毛囊、皮脂腺皮下骨骼肌均结构完整、清晰，少部分动物真皮胶原显示不同程度水肿，胶原纤维断裂。15 Gy组则出现表皮内水疱，皮脂细胞和毛囊上皮部分肿胀破坏。30 Gy组则光镜见毛囊数量减少，电镜下外根鞘细胞异形核，胞浆内有空泡，线粒体、内质网扩张。这同肉眼所见脱毛现象吻合。15 Gy组尽管光镜下血管改变不明显，但电镜下可见血管内皮细胞肿胀，基膜增厚，45 Gy组则是内皮细胞肿胀，核固缩，管腔狭小，管腔内有血栓形成。电镜下血管的变化值得注意，有人提出辐射损伤所致难治性溃疡同血管受损有密切关系。据报道[3]不同血管的内皮细胞对放射敏感性有所不同，微血管内皮比较大的血管内皮更具有放射敏感性，辐射引起毛细血管损伤是抑制新 生血管形成的重要因素，辐射抑制内皮细胞的增殖、粘附和分化从而抑制血管生成。本实验4个不同剂量组，光镜和电镜所见棘细胞、基底细胞、基底膜、胶原纤维血管、毛囊、皮脂腺病理改变随照射剂量增加而加重。有人[4]研究过辐射对微血管重建的影响，发现辐射后<10 μm血管长度明显减少，而710 μm血管并无明显影响。另外辐射后微血管口径亦变小。45 Gy组光镜下可见部分毛囊上皮破坏，表皮细胞变性坏死，脱落形成皮肤溃疡，棘细胞、纤维母细胞肿胀，空泡变性，说明组织受损程度同射线照射剂量直接有关。45 Gy组电镜下见到基底细胞和纤维母细胞形成凋亡细胞，辐射诱导的细胞凋亡是个很受关注的问题，受到很多因素影响和调控，包括凋亡与细胞周期时相，辐射与剂量速率的关系等，有待进一步探讨，从某种意义上说，凋亡起到阻止那些未修复或错误修复的损伤的细胞继续增殖的作用。有人认为射线引起的皮肤烧伤者，皮肤再生缓慢，迁延期长是由于辐射引起小血管肿胀，血栓形成，导致血供不足，造成修复缓慢，形成溃疡经久不愈。本实验在不同剂量组均可见表皮水肿，胶原纤维崩解，这种胶原的改变可能也会影响愈合。另外45 Gy组有4例形成溃疡，其中2例伴感染的大鼠，创口肉芽组织增生较不感染的大鼠明显，边缘鳞状上皮增生，层次为正常表皮的4 ～5倍，电镜下基底细胞、棘细胞仍有空泡变性、肿胀、核固缩，照射后2个月，创口迟迟不愈，说明除血管受损影响血供外还有其他机理参与，这些问题有待进一步的工作完善解决。
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基金项目：国防科工委预研资助项目(Y6920062-04)
参考文献
[1]胡逸民主编.肿瘤放射物理学.北京：原子能出版社，1999，233.
[2]刘树铮.医学放射生物学.北京：原子能出版社，1986，9.
[3]Rose RW,O'Hara MD,Williamson SK,et al.The role of laminin-1 in the modulation of radiation damage in endothelial cells and differentiation.Radiat Res,1999,152:14-28.
[4]John OA,Richard P,Todd W.Pathophysiology of irradiated skin and breast.J Radiation Oncology Biol Phys,1995,31:1171-1185.
(收稿日期:2000-04-28), 百拇医药