大鼠半腦照射后早期腦內(nèi)血流量和含水量變化的研究

1、    大鼠半腦照射后早期腦內(nèi)血流量和 含水量變化的研究        【摘要】目的研究大腦受電離輻射后早期腦內(nèi)血液循環(huán)的變化特點(diǎn)。方法對(duì)SD大鼠用4 MeV電子線10，20和30 Gy半腦照射后的3個(gè)月中，用氫清除法測(cè)量大腦不同區(qū)域的局部血流量，用干-濕重法測(cè)腦水份含量，并觀察照射區(qū)皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)陽(yáng)性體征與體重的變化。結(jié)果受照射后大鼠腦內(nèi)各部位的血流量均有所下降，20 Gy與30 Gy照射后隨時(shí)間的延長(zhǎng)血流量下降的區(qū)域逐步擴(kuò)大，尾殼核、額葉皮層和海馬中血流量先后明

2、顯下降，3個(gè)月時(shí)整個(gè)半腦的區(qū)域血流量(rCBF)值降低，但10 Gy組的某些部位血流量值有所恢復(fù)。受照射后腦組織中存在腦水腫現(xiàn)象，其中以受照射后1個(gè)月時(shí)較為明顯。30 Gy劑量組全部和20 Gy部分大鼠照射后射野內(nèi)有脫毛，而且照射組大鼠在受照后1至3個(gè)月期間，體重的上升趨勢(shì)低于未照射組大鼠。結(jié)論大鼠半腦1030 Gy照射后的3個(gè)月中有腦組織內(nèi)局部血流量的減少和腦水腫的存在?！娟P(guān)鍵詞】大腦輻射，電離血液循環(huán) Early changes in regional cerebral blood flow and water content in the rat brain after hemisphe

3、ric irradiationTIAN Ye*,BAO Shiyao,YIN Weibo*Suzhou Medical College Second Hospital,Jiangsu 215004【Abstract】ObjectiveTo investigate the early changes in blood circulation in the rat brain after irradiation. MethodsThree months after hemisphere irradiation of the Sprague_Dawley rats with single dose

4、of 10,20 and 30 Gy by 4 MeV electron, we made measurement of the regional cerebral blood flow (rCBF) using hydrogen gas generated by electrolysis. Calculation of percentage brain water content with wet_dry weight formula and neurological signs were observed together with body weight.ResultsBy compar

5、ison to the unirradiated hemisphere, the rCBF in the irradiated brain decreased in most of the rats. In the 20 Gy and 30 Gy groups, the area of blood flow decrease expanded with time, starting from the nucleus caudate putamen, to the frontal cortex and then the hippocampus. The rCBF of the whole irr

6、adiated hemisphere was reduced significantly three months after radiation. The water content of the irradiated hemisphere increased progressively which means brain edema existed in the meantime especially one month after radiation.Intra-portal alopecia was observed in all rats which received 30 Gy a

7、nd most rats which received 20 Gy. The trend of body weight increase was less pronounced in 13 months in the irradiated rats than those unirradiated.ConclusionsAfter hemisphere irradiation 10 to 30 Gy,rCBF reduction and water content increase in the rat brain are observed for three months. 【Key word

8、s】BrainRadiation,ionizingBlood circulation在缺血性、創(chuàng)傷性等腦損傷后腦組織內(nèi)血液循環(huán)的改變已得到了深入研究的同時(shí)，關(guān)于大腦電離輻射后血液循環(huán)變化的報(bào)告卻很少1，2。為此，對(duì)不同劑量半腦照射后3個(gè)月內(nèi)的大鼠進(jìn)行了腦內(nèi)局部血流量（rCBF）和含水量的測(cè)定，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。1材料與方法1.1照射方法、劑量確認(rèn)與實(shí)驗(yàn)分組：采用成熟的SD大鼠（蘇州醫(yī)學(xué)院動(dòng)物科提供），雌、雄不拘。將大鼠用3.6%的水合氯醛（1 mL100 g體重）腹腔麻醉后，用Philips-SL-18型加速器產(chǎn)生的4 MeV電子線（劑量率為210220 Gy/min），隨機(jī)選擇一側(cè)半腦作俯臥

9、位垂直照射，射野大小為1.5 cm×3.5 cm，在20 cm×20 cm的限光筒特制的鉛模中，1次可照射8只大鼠，照射范圍見(jiàn)1。在同樣的照射方式下，將戴有平衡帽的指型電離室（PTW-30001型）置于各照射點(diǎn)，用劑量?jī)x（PTW-UNIDOS-T10001型）作吸收劑量測(cè)量，以比較各照射部位的劑量差異。據(jù)此，將大鼠隨機(jī)分為單次20 Gy照射后觀察1天、1周、1個(gè)月與3個(gè)月以及10 Gy和30 Gy照射后1個(gè)月和3個(gè)月的8個(gè)組別，每組5只大鼠。1大鼠半腦照射射野示意1.2照射后觀察期間，每周對(duì)大鼠頭部照射區(qū)毛發(fā)與皮膚的情況、肢體活動(dòng)、提尾時(shí)身體旋轉(zhuǎn)反射的有無(wú)以及體重的變化作1

10、次檢查并記錄。1.3rCBF測(cè)定：大鼠麻醉后俯臥位固定在立體定向儀上，根據(jù)腦立體定位譜所示位置，頭皮正中切開(kāi)后用雙氧水腐蝕顱骨上腱膜及外膜3。在兩側(cè)大腦的額葉皮層、尾殼核和海馬所在的相應(yīng)位置鉆孔共6個(gè)，深度達(dá)硬腦膜表面而不損及腦組織。采用氫清除法原理的組織血流測(cè)定儀（LS-型，北京神經(jīng)外科研究所研制）電解法測(cè)定rCBF4，5。 測(cè)量用鉑銥絲電極，參比電極為氯化銀電極。按位置依次插入電極，每個(gè)部位測(cè)量3次，以3次的平均值記錄（單位是 mL.100 g1.min1）。1.4腦含水量的測(cè)定: 大鼠斷頭處死取腦后分兩側(cè)半球，吸去表面液體并稱得濕腦重量，放入微波爐內(nèi)烘干后再稱取干腦重量，采用干濕重法計(jì)算

11、出每側(cè)半腦含水量值，以100%為單位6。1.5各組別、各測(cè)量部位的rCBF值和腦含水量值分受照射側(cè)與未受照射側(cè)2個(gè)組分別計(jì)算其算術(shù)均數(shù)（）和標(biāo)準(zhǔn)差（s），并作自身對(duì)照的t檢驗(yàn)。2結(jié)果2.1在照射后的觀察，可以發(fā)現(xiàn)：30 Gy劑量組的10只大鼠于照射后約20天開(kāi)始在射野范圍內(nèi)出現(xiàn)脫毛、皮膚輕度腫脹與充血，而20 Gy照射后觀察時(shí)間3個(gè)月的5只大鼠中有3只約在2個(gè)月后亦有脫毛，但所有大鼠均無(wú)脫皮和滲出等表現(xiàn)。所有大鼠肢體活動(dòng)正常，提尾時(shí)無(wú)身體旋轉(zhuǎn)反射等異常神經(jīng)系統(tǒng)體征。各劑量組照射前與受照射后不同時(shí)間的體重變化見(jiàn)2所示，中所示受照射的3個(gè)組大鼠在照射后1個(gè)月之前，其體重增加的趨勢(shì)與對(duì)照組相類似；而

12、在1個(gè)月至3個(gè)月期間，其體重的上升趨勢(shì)低于未照射組大鼠，但這種差異無(wú)顯著意義。2大鼠受照射后體重變化2.2本研究中不同照射劑量、不同觀察時(shí)間及不同測(cè)量部位的rCBF值見(jiàn)表1和表2，從表中可以看出這樣的趨勢(shì)：受照射側(cè)半腦各部位的rCBF值一般都低于未受照射側(cè)腦組織。20 Gy照射后不同觀察時(shí)間、不同部位的rCBF值見(jiàn)表1。照射后1周時(shí)首先出現(xiàn)尾殼核區(qū)rCBF的明顯下降，1個(gè)月時(shí)增加了額葉皮層區(qū)血流量的降低，至照射后3個(gè)月時(shí)，海馬區(qū)rCBF值也有明顯降低。由于額葉皮層、尾殼核和海馬區(qū)3個(gè)部位分別位于半腦的前、中、后和上、中、下3個(gè)位置3。它們的rCBF值可以代表整個(gè)半腦的血流量情況，因此可以說(shuō)在2

13、0 Gy照射后3個(gè)月時(shí)，受照射側(cè)整個(gè)半腦的血流量較未受照射側(cè)半腦有明顯降低。10 Gy與30 Gy劑量照射后1個(gè)月與3個(gè)月時(shí)rCBF值見(jiàn)表2。1個(gè)月時(shí)大鼠的額葉皮層與尾殼核區(qū)血流量均有明顯的下降，而海馬區(qū)基本穩(wěn)定，3個(gè)月時(shí)才有海馬區(qū)rCBF值明顯的下降；與20 Gy照射后一樣，30 Gy劑量下3個(gè)月時(shí)受照射的整個(gè)半腦也出現(xiàn)血流量的降低，而此時(shí)，10 Gy組大鼠的額葉皮層與尾殼核區(qū)受照射側(cè)rCBF值有所上升，而與未受照射側(cè)間無(wú)差別。由此可見(jiàn)，隨照射劑量的增加和觀察時(shí)間的延長(zhǎng)，大腦組織中rCBF值降低的范圍也有明顯增加，海馬區(qū)域發(fā)生血流量降低發(fā)生似乎比大腦皮層和尾殼核區(qū)要晚一些，而在較低劑量照射一

14、定時(shí)間之后，有些部位血流量值可以有所恢復(fù)。表120 Gy半腦照射后不同時(shí)間大腦中不同部位的rCBF值( mL.100 g1.min1,±s)類別額葉皮層尾殼核海馬照射后1天54±750±853±5未照后1天57±956±1153±10照射后1周56±1141±1154±9未照后1周61±553±1456±11照射后1個(gè)月52±4*42±2*49±10未照后1個(gè)月61±749±649±10照射后3個(gè)月48&#

15、177;744±9*43±10*未照后3個(gè)月62±555±1055±10注：P0.01；*：P0.05 表210 Gy、30 Gy半腦照射后1個(gè)月與3個(gè)月時(shí)大腦中不同部位的rCBF值( mL.100 g1.min1,±s)類別額葉皮層尾殼核海馬10 Gy照射后1個(gè)月56±13*46±11*57±16未照后1個(gè)月63±956±1260±17照射后3個(gè)月57±1249±1048±13*未照后3個(gè)月62±1450±859±

16、1030 Gy照射后1個(gè)月49±11*42±8*47±8未照后1個(gè)月64±451±1249±5照射后3個(gè)月51±5*49±2*43±8*未照后3個(gè)月63±656±554±4注：*：P0.05 2.3.各組別受照射與未受照射側(cè)半腦組織含水量值見(jiàn)表3。從表中可以發(fā)現(xiàn)受照射側(cè)大腦含水量普遍高于未受照射側(cè)大腦，說(shuō)明受1030 Gy單次照射后大腦中存在腦水腫現(xiàn)象，而其中以1030 Gy照射1個(gè)月時(shí)，受照射側(cè)腦組織的水腫現(xiàn)象更為明顯。表3不同劑量照射后不同時(shí)間半腦組織含水量 ( % ,&

17、#177;s)類別照射側(cè)未照射側(cè)10 Gy照后1個(gè)月68±3*64±2照后3個(gè)月68±468±620 Gy照后1天65±364±4照后1周67±3*64±2照后1個(gè)月70±3*65±2照后3個(gè)月70±569±630 Gy照后1個(gè)月70±4*64±3照后3個(gè)月66±666±6注：*：P0.05(照射側(cè)與未照射側(cè)比較) 3討論由于實(shí)驗(yàn)中照射的部位必須是大腦，而大鼠大腦的平均厚度約為10 mm3。實(shí)驗(yàn)所用4 MeV電子線的射野中心軸深度劑量的

18、R85，R50值分別是13，17 mm，因此大鼠大腦處在劑量分布比較均勻且較高的范圍內(nèi)，而腦組織下方的上消化道與呼吸道等器官則處于劑量迅速跌落的區(qū)域，受到的照射量較小。經(jīng)測(cè)量在20 cm×20 cm限光筒鉛模中8個(gè)照射部位間吸收劑量的差異5%，因此在同一次照射中的8只大鼠間大腦吸收劑量的差異亦5%。在本實(shí)驗(yàn)中，大鼠受照射后其營(yíng)養(yǎng)情況及全身狀況等基本上沒(méi)有受影響，而且照射區(qū)皮膚的脫毛反應(yīng)與劑量明顯相關(guān)，說(shuō)明本照射方法切實(shí)、可靠。經(jīng)過(guò)數(shù)10年的大腦放射性損傷的實(shí)驗(yàn)研究，目前認(rèn)為大鼠是最為合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一2。而在一系列劑量效應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，腦部單次照射后發(fā)生腦白質(zhì)壞死的半數(shù)有效劑量多在15

19、30 Gy之間，其中以Calvo2報(bào)道的大鼠大腦半數(shù)有效劑量為2024 Gy最常被他人所采用。本研究中用SD大鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，所采用的單次照射劑量為10，20和30 Gy，正處于該類動(dòng)物量效關(guān)系曲線的直線部分，因而能較有效的觀察其劑量效應(yīng)關(guān)系。而采用半腦照射技術(shù)，用同一動(dòng)物未受照射的對(duì)側(cè)半腦作對(duì)比，可以減少動(dòng)物個(gè)體之間的隨機(jī)誤差，使得出的結(jié)論較為準(zhǔn)確。目前關(guān)于放射性腦損傷的期別主要是根據(jù)臨床觀察的結(jié)果而作分期，一般把照射后6個(gè)月之前定為早期，69個(gè)月（或者12個(gè)月）為中期， 12個(gè)月之后為晚期1，2。因此本實(shí)驗(yàn)把照射后的觀測(cè)時(shí)間定在3個(gè)月之前，肯定是屬于照射后早期。本研究結(jié)果表明，大鼠大腦受到單

20、次1030 Gy電離輻射后早期就會(huì)有大腦內(nèi)局部腦血流量的降低和腦水腫的存在。很顯然，在上述現(xiàn)象同繼發(fā)性腦損傷的關(guān)系、改變照射劑量與觀測(cè)時(shí)間后其新的變化特點(diǎn)，以及腦內(nèi)不同區(qū)域血流量變化的差異性等許多方面都有待進(jìn)一步的研究。但是，筆者認(rèn)為電離輻射后腦組織內(nèi)早期的血液循環(huán)、代謝等方面的觀察是對(duì)放射性腦損傷研究領(lǐng)域的重要補(bǔ)充，值得進(jìn)一步探索。志謝本文中劑量測(cè)量工作得到了中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院馮寧遠(yuǎn)教授的指導(dǎo)，在此表示感謝。本課題為國(guó)家國(guó)防科工委資助項(xiàng)目(課題編號(hào)：Y6920062-14)作者單位：215004 蘇州醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院(田野、包仕堯)；中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院(殷蔚伯)參考文獻(xiàn)1Schulthesis TE, Kun LE, Ang KK, et al. Radiation response of