近紅外光譜活體在位測量C6荷瘤鼠腦局部血氧飽和度

1、近紅外光譜活體在位測量C6荷瘤鼠腦局部血氧飽和度        【摘要】     目的 探討新的近紅外光譜技術(shù)來測量C6 膠質(zhì)瘤荷瘤鼠腦局部血氧飽和度（SO2）的特點(diǎn)。方法 利用光學(xué)探頭微創(chuàng)測量30只C6 荷瘤鼠瘤體局部SO2，并與對(duì)側(cè)腦組織SO2進(jìn)行比較。結(jié)果 瘤體內(nèi)SO2較正常腦組織SO2低，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；有壞死或出血個(gè)體SO2曲線出現(xiàn)明顯低峰。結(jié)論 通過微創(chuàng)光學(xué)探頭可以測量膠質(zhì)瘤內(nèi)SO2。    &#

2、160;【關(guān)鍵詞】  C6腦膠質(zhì)瘤; 血氧飽和度 (SO2); 近紅外光譜 (NIRS)        In vivo measurement of local cerebral saturation of oxgen in  C6 glioma loaded rats by near infrared spectroscopy  LI Kuanzheng,YANG Tianming,QIAN Zhiyu,et al.Department of Neurosurgery, the Affilia

3、ted Zhongda Hospital of Southeast University, Nanjing 210009, China    Abstract:Objective  To measure local cerebral  blood oxygen   saturation in  C6 glioma  rats in vivo by new near infrared spectroscopy (NIRS). Methods  30 C6 gliomabearing rats we

4、re measured miniinvasively by a optic  fiber  probe revealing SO2. Intratumoural SO2 (tSO2) was  compared to normal cerebral tissue SO2. Results  The mean SO2 of intratumoural tissue was（55.1±4.7）%,and the mean SO2 of normal tissue was  （60.7±2.5）% in contralateral

5、 cerebral tissue, respectively. The difference is significant. Conclusions  Measurement of glioma in vivo by NIRS is feasible.    Key words:C6 glioma;saturation of blood oxygen (SO2);near infrared spectrometer (NIRS)  雖然神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的治療有長足的進(jìn)展，但膠質(zhì)瘤的預(yù)后仍很差。膠質(zhì)瘤瘤體的血管生成1和能量代謝2是腫瘤生長和擴(kuò)張的重要

6、因素。能反映瘤體能量代謝和血供情況的SO2的研究已開展多年3。本文利用一個(gè)新的近紅外光譜系統(tǒng)(NIRS)，將光學(xué)探頭直接刺入瘤體中或?qū)?cè)大腦中分別測量組織局部SO2,這個(gè)新型的光學(xué)探頭是將光源光纖和接受光纖整合進(jìn)一個(gè)針樣探頭中。    1  資料和方法    1.1  細(xì)胞和動(dòng)物  細(xì)胞株為大鼠C6腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，培養(yǎng)于5% CO2氣體濃度37培養(yǎng)箱，培養(yǎng)液為10%小牛血清的RPMI 1 640液。于細(xì)胞指數(shù)生長期，胰酶消化并收集細(xì)胞，制成105 個(gè)/l細(xì)胞懸液以供種植腫瘤（懸液不含血清）。接種動(dòng)物為成年S

7、D (Sprague Dawley) 大鼠35只， 體重250 g (230280 g)，雌雄不限 。    1.2  腫瘤接種  所有大鼠術(shù)前禁食禁水，麻醉前30 min肌肉注射阿托品0.05 mg抑制呼吸道分泌，并在實(shí)驗(yàn)的過程中每 h肌肉注射阿托品0.05 mg維持。腹腔注射戊巴比妥（40 ml·kg-1）進(jìn)行麻醉，體溫控制在37.5 。麻醉后將大鼠固定于江灣型立體定位儀上，暴露前囟，以前囟為原點(diǎn)，向后1.5 mm，向右旁開3.0 mm，用牙科磨鉆打一直徑1 mm小孔（A點(diǎn)）。微量進(jìn)樣針將10 l細(xì)胞懸液緩慢注入硬腦膜下5 mm（

8、進(jìn)6 mm，退1 mm）處的腦組織中，停針5 min后退針，骨蠟封閉骨孔，清洗切口后縫合。常規(guī)飼養(yǎng)18 d，隨機(jī)處死5只大鼠，觀察成瘤情況。    1.3  MRI成像  將大鼠常規(guī)劑量戊巴比妥麻醉后，行1.5T磁場強(qiáng)度的MRI及增強(qiáng)檢查。    1.4  近紅外光譜技術(shù)  新探頭外徑為0.8 mm，內(nèi)含直徑為200 m 光纖兩根4,5，其中一根將5 W 鹵素光源的光輸入組織中，另一根收集經(jīng)組織散射的光子并傳輸?shù)焦饫w光譜儀中，本系統(tǒng)收集500 到 1 000 nm光譜。測量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析

9、。    近紅外光學(xué)探頭固定于安裝了電機(jī)的江灣型立體定向儀上，大鼠操作如接種至暴露原接種孔（A孔），在對(duì)側(cè)顱骨表面對(duì)稱部位鉆一直徑1 mm小孔（B孔）。通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行自動(dòng)控制探頭向顱內(nèi)進(jìn)針，起點(diǎn)為硬腦膜表面，每步長為0.2 mm，采樣頻率為2 Hz，每步點(diǎn)測量20次，取均值以降低背景噪音。    1.5  組織病理學(xué)  測量后麻醉處死大鼠，取腦固定于10%福爾馬林溶液24 h以上，石蠟包埋，切片，HE常規(guī)染色，對(duì)切片進(jìn)行病理學(xué)分級(jí)。    1.6  統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 

10、 所有步點(diǎn)SO2值給出均值±s，用SPSS13.0及Excel軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，進(jìn)行相應(yīng)的2檢驗(yàn)和雙尾t檢驗(yàn)，當(dāng)P0.05時(shí)認(rèn)為差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。    2  結(jié)  果    2.1  大鼠術(shù)后一般情況  經(jīng)過MRI和組織病理學(xué)證實(shí)，所有大鼠均建模成功。術(shù)后大鼠活動(dòng)減少；進(jìn)水飲食漸行減少；體重在術(shù)后10 d減少。部分大鼠出現(xiàn)抑郁、偏癱、眼球突出等癥狀。    2.2  MRI成像  大鼠C6膠質(zhì)瘤呈橢圓形高信號(hào)影,增強(qiáng)后顯示腫瘤中

11、有低信號(hào)區(qū)，提示有壞死或出血，部分腫瘤占位效應(yīng)表現(xiàn)明顯。術(shù)后解剖證實(shí)所有探頭的實(shí)驗(yàn)針道均貫穿瘤體。    2.3  病理學(xué)診斷  對(duì)膠質(zhì)瘤的組織病理學(xué)分析，全部大鼠分為級(jí)，行NIRS測量的30只大鼠中，級(jí)為13只，級(jí)為17只；部分個(gè)體中瘤體出現(xiàn)組織壞死；中心區(qū)域出血；細(xì)胞有絲分裂活躍。    2.4  腦局部SO2  正常腦組織個(gè)體從硬腦膜開始向腦內(nèi)方向血氧飽和度緩慢下降，起始位置與腦深部SO2存在差異不明顯(P0.05)。A點(diǎn)針道血氧飽和度在個(gè)體中對(duì)應(yīng)RMI增強(qiáng)的壞死區(qū)有一個(gè)明顯的低峰。30只

12、C6膠質(zhì)瘤荷瘤大鼠腦局部SO2均值在A點(diǎn)針道與B點(diǎn)針道間多步段存明顯差別(P0.05）。    C6膠質(zhì)瘤側(cè)腦組織整體SO2為（55.1±4.7）%，而對(duì)側(cè)腦組織整體SO2為（60.7±2.5）%，兩種組織整體SO2差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05)。    對(duì)C6膠質(zhì)瘤SO2低峰與病理分級(jí)配對(duì)2檢驗(yàn)，低峰出現(xiàn)與病理分級(jí)相一致。（見表1）表1  C6膠質(zhì)瘤SO2低峰與病理分級(jí)比較組別     3  討  論    腫瘤

13、的生物學(xué)行為受諸多因素影響，其中包括瘤體的血管生成和能量代謝。在膠質(zhì)瘤的形成過程中，血管生長因子過多表達(dá)，血管生成迅速，部分管壁不完整，甚至出血壞死6。而腫瘤的能量代謝分有氧能量代謝和無氧能量代謝，級(jí)C6膠質(zhì)瘤多為有氧能量代謝，能量代謝率較高2。組織中SO2可以反映局部的能量代謝和血液供應(yīng)情況。當(dāng)腫瘤具有高能量代謝率時(shí)，有氧的能量代謝的氧消耗增加，局部SO2并降低。同樣，當(dāng)膠質(zhì)瘤惡性程度較高時(shí)，組織增生活躍甚至壞死，血供受損，局部組織輸氧能力降低，也可引起SO2降低。    SO2的NIRS測量可追溯到1977年,Jobsis首次測得了大腦局部的SO2和總血紅蛋白

14、（HbT）的濃度7。相對(duì)于膠質(zhì)瘤研究中的血管生長因子檢測、PET、1HMRS等技術(shù)，NIRS技術(shù)具有便捷、低成本、無創(chuàng)、操作時(shí)程短等特點(diǎn)69。但所測SO2是數(shù)個(gè)立方厘米組織的整體值，空間分辨率低。本文中使用了一種新型光學(xué)探頭的NIRS系統(tǒng)，其分辨率較傳統(tǒng)的NIRS技術(shù)明顯提高。本實(shí)驗(yàn)中，探頭貫穿C6膠質(zhì)瘤瘤體，首次獲得了SO2一維曲線圖。在無壞死的級(jí)C6膠質(zhì)瘤及對(duì)側(cè)腦組織中，SO2在硬腦膜至灰質(zhì)段均無明顯改變；在白質(zhì)段SO2持續(xù)減低。NIRS研究支持這一點(diǎn)。在級(jí)C6膠質(zhì)瘤與對(duì)側(cè)腦組織中SO2 存在的明顯差異。在級(jí)C6鼠腦膠質(zhì)瘤瘤體中出現(xiàn)壞死及出血灶的個(gè)體，MRI成像檢查表現(xiàn)異常，同一步段SO2

15、曲線出現(xiàn)了相應(yīng)的低峰。這說明膠質(zhì)瘤的壞死和出血灶的局部SO2 特征性地減低了。    在以往手術(shù)中，測量膠質(zhì)瘤SO2 時(shí)，無探測緯度參數(shù)，測得的SO2 值所代表的組織體積過大，空間分辨率低10。這不能很好地判斷所測組織中有無出血、壞死，其范圍多大及位置多深。本文中研究對(duì)象為大鼠C6膠質(zhì)瘤模型，其瘤體體積遠(yuǎn)小于神經(jīng)外科膠質(zhì)瘤患者實(shí)際瘤體體積。但本NIRS系統(tǒng)仍能反映出有壞死及出血的C6鼠腦膠質(zhì)瘤個(gè)體，這說明本NIRS系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，高空間分辨率。對(duì)于術(shù)中要切除的膠質(zhì)瘤，使用本NIRS系統(tǒng)可先行測得術(shù)區(qū)局部腦組織的SO2 一維曲線，作為術(shù)中迅速判斷瘤體有無出血壞

16、死，及其范圍、位置的有力工具，為手術(shù)者修正術(shù)式提供重要依據(jù)；并可在術(shù)中反復(fù)測量，起術(shù)中導(dǎo)航的作用，克服手術(shù)中腦移位對(duì)手術(shù)的影響。    NIRS技術(shù)能便捷地活體在位測量顱腦內(nèi)組織的SO2 。膠質(zhì)瘤瘤體低SO2 與腫瘤的能量代謝、組織出血壞死有關(guān)。惡性C6膠質(zhì)瘤的出血和壞死在一維CO2 曲線中有明顯的低峰。本NIRS系統(tǒng)較傳統(tǒng)的NIRS技術(shù)有更強(qiáng)的實(shí)用性，高分辨率，應(yīng)用前景廣泛。    【參考文獻(xiàn)】  1Harrigan M R. Angiogenic factors in the central nervous s

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