Nd∶YAG激光兔心腔内和颈外动脉内照射对血液学指标的影响

1、    NdYAG激光兔心腔内和颈外动脉内照射对血液学指标的影响NdYAG激光兔心腔内和颈外动脉内照射对血液学指标的影响北京医科大学口腔医学院   范志朋赵福运吴美娟摘要：目的：研究NdYAG激光在兔心腔内和颈外动脉内模拟血管瘤组织间照射后即刻局部和远期全身的血液学变化。方法：利用日本大耳白兔的心脏模拟人的血管瘤瘤腔，用NdYAG激光分4个剂量组(每组6只兔)作组织间照射，照射后即刻取血，观察其血液学指标的变化。另外将光纤从兔颈外动脉插入进行组织间照射(n=6)，1个月后从心脏取血观察血液细胞学、生化学、酶学、免疫学、流变学指标的变化。并对3只

2、兔的离体血样进行激光照射并即刻作部分血液学指标检测。结果：NdYAG激光心腔内照射后即刻，心脏内血液红细胞、白细胞、血小板数和血红蛋白含量下降(均P0.05)，红细胞、白细胞形态不规则，表面有短足状突起，红细胞膜表面负电荷密度降低，丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、肌酸激酶、乳酸脱氢酶、全血粘度、血浆粘度、红细胞比积、红细胞刚性指数、红细胞聚集指数、血液还原粘度、低切变率下血液相对粘度升高(均P0.05)，血液生化学和免疫学指标无明显变化。离体实验除肌酸激酶未见明显变化与活体即刻实验结果不同外，其他各项指标的变化与活体即刻实验结果相同。结论：强激光心腔内照射可马上引起局部血液细胞学、酶学、流变学指

3、标的变化 ，而酶学、流变学指标的变化与血细胞破坏、形态改变及细胞膜性质改变密切相关，与机体和指标本身对激光的反应关系不大。局部强激光血管内一次性照射不会对动物体产生长期的不良影响。关键词：血管瘤激光血液学试验NdYAG激光血管瘤组织间照射在临床上应用十分广泛，但关于治疗后血管瘤瘤腔内的血液学改变，国内外文献报道很少。本实验以动物心血管系统模拟人血管瘤，观察NdYAG激光组织间照射后局部及全身血液细胞学、生化学、酶学、免疫学及流变学的变化，为进一步研究NdYAG激光组织间照射治疗血管瘤后的血液学变化提供参考。材料和方法一、实验对象和仪器1.实验动物成年雄性日本大耳白兔33只，体重2.02.5 k

4、g。2.实验仪器国产DL-200型牙科脉冲NdYAG激光器，波长1.06 m，光纤芯径0.6 mm，最大输出功率10 W，最大重复频率30 Hz。二、实验方法1.活体实验（1）心腔内激光照射（即刻效应观察）：以兔心脏模拟人血管瘤模型，用脉冲NdYAG激光对其进行组织间照射。24只日本大耳白兔腹腔注射3%戊巴比妥钠1.11.5 ml/kg麻醉后，固定于解剖台上。开胸暴露心脏及输入、输出动静脉。将12号穿刺针插入心脏，将脉冲NdYAG激光光纤沿穿刺针插入心腔内，分4组进行激光照射，每组6只兔。第1组：激光功率5 W，照射15 s；第2组：激光功率5 W，照射30 s；第3组：激光功率10 W，照射

5、15 s；第4组：激光功率10 W，照射30 s。功率密度分别为第1、2组1.77×103 W/cm2，第3、4组3.54×103 W/cm2，能量密度分别为第1组2.66×104 J/cm2，第2、3组5.31×104 J/cm2，第4组1.06×105 J/cm2。激光照射前及照射后即刻心脏内取血各10 ml，其中5 ml血样作血液细胞学、生化学、酶学、免疫学测定及微量直接涂片在光镜下观察血细胞形态，另5 ml血样肝素化后在4 h内4 ml样本作血液流变学检验，1 ml样本分离红细胞，经2.5%四氧化锇固定，再与带正电荷的铁蛋白结合，常规包

6、埋制片，在透射电镜下观察血细胞表面电荷密度的变化。（2）颈外动脉内照射(远期效应观察)：6只日本大耳白兔腹腔注射1.3%戊巴比妥钠麻醉后，先自心脏内取血10 ml，然后暴露颈外动脉，将脉冲NdYAG激光光纤插入其内，在不接触血管壁的情况下对动脉内血液进行组织间照射，激光功率1 W，照射时间30 s，功率密度为3.54×102 W/cm2，能量密度为1.06×104 J/cm2。术后1个月以同等剂量的戊巴比妥钠腹腔麻醉后再自心脏内取血10 ml。对激光照射前后所取血样进行血液细胞学、生化学、酶学、免疫学及流变学测定。2.离体实验为排除心肌细胞在激光照射后对血液学变化的影响，另

7、取3只日本大耳白兔离体血进行脉冲NdYAG激光照射，激光功率5 W，照射时间分别为10、20 s，功率密度均为1.77×103 W/cm2，能量密度分别为1.77×104、3.54×104 J/cm2。每组血样本量10个，作部分血液学指标检测。三、检测项目1.血液细胞学红细胞、白细胞、血小板计数及形态，血红蛋白含量。2.血液生化学蛋白总量，白蛋白/球蛋白比值，甘油三酯和胆固醇水平。3.血液酶学丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、肌酸激酶、乳酸脱氢酶水平。4.血液免疫学IgG、IgM、IgA、C3含量。5.血液流变学全血粘度，血浆粘度，红细胞比积，红细胞刚性指

8、数，红细胞聚集指数，血液还原粘度、低切变率下血液相对粘度。结果一、活体实验1.即刻效应观察心腔内不同剂量激光照射的4个组激光照射后即刻心腔内血液学指标的变化基本一致，组间差异无显著意义。以第1组为代表，检测结果见表1。表1兔心腔内NdYAG激光照射后即刻血液学指标的变化(以第1组为例, n=6)(X±s)Tab.1Hematologic changes immediately after intracardial NdYAG laser irradiation(Taking group one as an instance, n=6)(X±s)检测项目Examination

9、 items 激光照射前Before irradiation 激光照射后即刻Immediately after irradiation F值F value P值P value 红细胞 Erythrocyte count(1012/L) 4.95±1.76 3.88±1.51 3.815 0.05 白细胞数 Leucocyte count(109/L) 8.20±1.69 3.55±1.65 3.569 0.05 血小板数 Platelet count(109/L) 234±46 180±47 3.413 0.05 血红蛋白 Hemog

10、lobin(g/L) 156±16 139±16 2.746 0.05 蛋白总量 Total protein(mmol/L) 1.15±0.46 1.17±0.32 0.349 0.05 白蛋白/球蛋白比值 Albumin-globulin ratio 2.90±0.12 2.93±0.12 0.518 0.05 甘油三酯 Triglyceride(mmol/L) 0.80±0.20 0.79±0.20 0.357 0.05 胆固醇 Cholesterol(g/L) 37.0±5.6 36.8±

11、5.6 0.298 0.05 丙氨酸转氨酶 Alanine aminotransferase(nmol。s-1/L) 1 780±451 2 912±558 3.888 0.05 天冬氨酸转氨酶 Aspartate aminotranasferase(nmol。s-1/L) 1 116±260 1 505±375 3.626 0.05 碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase(mol。s-1/L) 1.49±0.32 1.47±0.31 0.362 0.05 肌酸激酶 Creatine kinase(nmol。s-1/L)

12、 20 580±3 511 32 246±5 242 4.389 0.05 乳酸脱氢酶 Lactate dehydrogenase(mol。s-1/L) 6.31±0.42 10.34±0.37 4.540 0.05 IgG(g/L) 51.3±12.5 51.6±12.3 0.202 0.05 IgA(g/L) 5.15±0.75 5.15±0.39 0.205 0.05 IgM(g/L) 2.09±0.42 2.10±0.45 0.393 0.05 C3(mg/L) 938±164

13、 936±166 0.129 0.05 全血粘度 Whole blood viscosity(mPa。s)         切变率 Shear rate 190/s 2.48±0.30 3.23±0.27 3.940 0.05 切变率 Shear rate 46/s 3.25±0.30 4.36±0.34 3.928 0.05 切变率 Shear rate 5.75/s 4.13±0.34 7.11±0.33 4.190 0.05 血浆粘度 Plasma viscosity(mPa。s

14、) 1.35±0.13 1.51±0.14 3.521 0.05 红细胞比积 Hematocrit 0.32±0.04 0.37±0.03 4.050 0.05 红细胞刚性指数 Erythrocyte rigidity index 0.60±0.09 0.72±0.11 3.771 0.05 红细胞聚集指数 Erythrocyte aggregation index 1.64±0.23 2.14±0.29 3.531 0.05 血液还原粘度 Whole blood reduced viscosity 8.19

15、77;1.67 9.35±1.52 3.610 0.05 低切变率下血液相对粘度 Low shear rate blood relative viscosity 2.82±0.38 4.90±0.35 3.869 0.05(1)血液细胞学：激光照射后白细胞、红细胞、血小板数和血红蛋白含量降低，与激光照射前比较，差异均有显著意义(P0.05)。光镜下观察红细胞、白细胞形态不规则，表面有短足状突起，血小板观察不满意；透射电镜下观察红细胞膜表面负电荷密度降低，白细胞及血小板因数量少未观察到其表面负荷密度的变化。(2)血液生化学：蛋白总量、白蛋白/球蛋白比值、甘油三酯和胆

16、固醇水平激光照射后均无明显变化(P0.05)。(3)血液酶学：丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、肌酸激酶、乳酸脱氢酶在激光照射后均升高，与激光照射前比较，差异有显著意义(P0.05)；碱性磷酸酶无明显变化(P0.05)。(4)血液免疫学：激光照射后IgG、IgA、IgM、C3均无明显变化(P0.05)。(5)血液流变学：激光照射后全血粘度(切变率190/s、46/s、5.75/s)、血浆粘度、红细胞比积、红细胞刚性指数、红细胞聚集指数、血液还原粘度、低切变率下血液相对粘度均升高，与激光照射前比较，差异均有显著意义(P0.05)。2.远期效应观察6只日本大耳白兔颈外动脉内激光照射前和激光照射后1个月

17、心腔内取血作血液学各项指标检测的结果见表2。激光照射后1个月与激光照射前比较，各指标间差异均无显著意义(P0.05)，红细胞、白细胞、血小板形态无明显变化。 表2兔颈外动脉内NdYAG激光照射后1个月血液学指标的变化(n=6, X±s)Tab.2General hematologic changes of the blood one month after intravascular NdYAG laser irradiation in the external carotid artery(n=6,X±s)检测项目Examination items 激光照射前Before

18、 irradiation 激光照射后1个月One month after irradiation F值F value P值P value 红细胞数 Erythrocyte count(1012/L) 4.45±0.88 4.56±0.92 0.675 0.05 白细胞数 Leucocyte count(109/L) 7.70±1.89 8.00±1.86 0.875 0.05 血小板数 Platelet count(109/L) 202±49 196±50 0.603 0.05 血红蛋白 Hemoglobin(g/L) 135

19、7;13 132±14 0.564 0.05 蛋白总量 Total protein (mmol/L) 0.86±0.19 0.84±0.16 0.641 0.05 白蛋白/球蛋白比值 Albumin-globulin ratio 2.95±0.43 2.99±0.52 0.455 0.05 甘油三酯 Triglyceride (mmol/L) 0.76±0.11 0.78±0.15 0.765 0.05 胆固醇 Cholesterol (g/L) 40.0±6.7 41.0±7.6 0.555 0.05

20、丙氨酸转氨酶 Alanine aminotransferase (nmol。s-1/L) 1 230±332 1 165±319 0.805 0.05 天冬氨酸转氨酶 Aspartate aminotranasferase (nmol。s-1/L) 1 084±317 1 149±345 1.108 0.05 碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase (mol。s-1/L) 1.58±0.39 1.52±0.41 0.725 0.05 肌酸激酶 Creatine kinase (nmol。s-1/L) 25 337

21、7;4 287 23 558±5 224 1.084 0.05 乳酸脱氢酶 Lactate dehydrogenase (mol。s-1/L) 5.76±1.07 6.05±1.18 1.156 0.05 IgG(g/L) 45.5±6.9 47.3±7.2 0.687 0.05 IgA(g/L) 3.56±0.64 3.45±0.73 0.768 0.05 IgM(g/L) 1.88±0.37 1.80±0.35 0.921 0.05 C3(mg/L) 895±115 911±126

22、 0.464 0.05 全血粘度 Whole blood viscosity (mPa。s)         切变率 Shear rate 190/s 2.63±0.45 2.56±0.36 0.652 0.05 切变率 Shear rate 46/s 3.52±0.56 3.48±0.31 0.523 0.05 切变率 Shear rate 5.75/s 3.21±0.44 3.23±0.61 0.256 0.05 血浆粘度 Plasma viscosity (mPa。s) 1.32±

23、;0.29 1.34±0.33 0.395 0.05 红细胞比积 Hematocrit 0.34±0.10 0.33±0.09 0.535 0.05 红细胞刚性指数 Erythrocyte rigidity index 0.59±0.12 0.57±0.14 0.615 0.05 红细胞聚集指数 Erythrocyte aggregation index 1.62±0.22 1.64±0.23 0.238 0.05 血液还原粘度 Whole blood reduced viscosity 7.57±1.24 7.6

24、1±1.57 0.111 0.05 低切变率下血液相对粘度 Low shear rate blood relative viscosity 2.88±0.33 2.92±0.38 0.544 0.05二、离体实验激光照射后除了肌酸激酶的变化与活体动物实验结果不同外，其他各项指标的变化与活体动物实验结果相似(表3)。 表3激光照射兔离体血后血液学指标的即刻变化(n=10, X±s)Tab.3Hematolgoic changes immediately after NdYAG laser irradiation ex vivo of the blood(n

25、=10, X±s)检测项目Examination items 激光照射前Before irradiation 激光照射后即刻Immediately after irradiation F值F value P值P value 蛋白总量 Total protein (mmol/L) 1.55±0.16 1.57±0.13 0.192 0.05 白蛋白/球蛋白比值 Albumin-globulin ratio 2.80±0.21 2.79±0.22 0.389 0.05 甘油三酯 Triglyceride (mmol/L) 1.24±0.2

26、4 1.23±0.23 0.534 0.05 胆固醇 Cholesterol (g/L) 40.0±10.5 40.0±0.5 0.105 0.05 丙氨酸转氨酶 Alanine aminotransferase (nmol。s-1/L) 1 391±623 3 495±653 4.505 0.05 天冬氨酸转氨酶 Aspartate aminotranasferase (nmol。s-1/L) 971±348 1 521±539 4.104 0.05 碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase (mol。s-1/

27、L) 1.472±0.397 1.504±0.381 0.835 0.05 肌酸激酶 Creatine kinase (nmol。s-1/L) 20 678±4 064 22 360±2 952 1.235 0.05 乳酸脱氢酶 Lactate dehydrogenase (mol。s-1/L) 6.601±1.869 9.190±3.780 3.666 0.05讨论一、血管瘤动物模型的探讨本实验选用兔心脏作为动物模型，是因为其心腔内的血液可以用激光进行组织间照射，而且其心腔内循环血量可以满足检验血样总量的需要。但是因为兔心脏太脆弱，

28、在激光照射后1 h内实验兔子皆因心脏衰竭而死亡。因此为了进行远期观察，只能选用兔颈外动脉内血液作为照射区。进行离体血样实验的目的是为了排除激光在血液中进行组织间照射可能引起的心肌细胞损伤对实验结果造成的偏差。二、激光心腔内照射对血液学指标的即刻效应1.血液细胞学NdYAG激光波长1.06 m，是一种近红外的强激光。本实验采用脉冲NdYAG激光，其能量密度为2.66×1041.06×105 J/cm2。结果表明，如此高能量密度的激光对血液有形成分即白细胞、红细胞、血小板产生很强的生物学效应。NdYAG激光的热效应作用于血细胞，可对其细胞膜产生破坏作用，导致细胞变形性下降，刚性

29、和脆性增加，血细胞形状变得不规则，表面有短足状突起1。当激光能量达到一定程度，细胞膜破裂，血细胞内成分大量逸出。从本实验结果可以看出，心腔内激光照射后即刻白细胞数减少的幅度高于红细胞，这是因为红细胞的变形能力为白细胞的34倍，因此白细胞对刺激因素的抵抗力低于红细胞，更易于受到破坏。而血红蛋白的变化与红细胞的变化趋势一致，红细胞破坏后，继而血红蛋白继续破坏分解。同时，可能因为激光的电磁场的作用，血细胞膜表面的电荷分布发生改变，在透射电镜下观察到红细胞膜表面负电荷密度降低。2.血液生化学指标心腔内激光照射后即刻心脏内血液蛋白总量、白蛋白/球蛋白比值、甘油三酯、胆固醇均无明显变化。本实验为即刻实验，

30、机体的防御反应尚未启动，因此也不会改变机体的新陈代谢，同时提示强激光对这些指标的直接作用不明显。3.血液酶学指标Mester2通过大量实验指出低功率小能量He-Ne激光作用于生物体，小剂量是刺激作用，大剂量是抑制作用4。刺激作用的表现是He-Ne激光可影响细胞膜的通透性，刺激增强各种酶的活性。本实验是即刻局部实验，因此所观察到的酶的变化与机体的反应无关，主要是血细胞破坏造成细胞内酶的外逸造成的。红细胞、白细胞和血小板中含量较多的丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、乳酸脱氢酶的含量大大升高，具有统计学意义；而血细胞中含量较少的肌酸激酶和碱性磷酸酶的含量变化无统计学意义。4.血液免疫学指标众多学者研究证明，低能量激光照射能提高机体的免疫机能，对机体单核-巨噬细胞系统(MPS)有激活作用3，同时对T细胞和B细胞具有调节作用4。近年来的研究表明，激光在照射过程中以增强体液免疫为主，停照后以增强细胞免疫为主。本实验是即刻实验，机体的防御反应和免疫反应尚未启动，因此IgG、IgA、IgM、C3等免疫学指标均无明显变化，同时可以看出强激光对上述指标的直接作用不明显。5.血液流变学指标本实验中观察到NdYAG激光心腔内照射后即刻，血液中有形成分(红细胞、白细胞、血小板)数量减少，同时血细胞的形态改变，膜表面负电荷密度降低，这些变化使血细胞的粘附性和聚集性发生