大鼠半脑照射后早期脑内血流量和含水量变化的研究

1、    大鼠半脑照射后早期脑内血流量和 含水量变化的研究        【摘要】目的研究大脑受电离辐射后早期脑内血液循环的变化特点。方法对SD大鼠用4 MeV电子线10，20和30 Gy半脑照射后的3个月中，用氢清除法测量大脑不同区域的局部血流量，用干-湿重法测脑水份含量，并观察照射区皮肤、神经系统阳性体征与体重的变化。结果受照射后大鼠脑内各部位的血流量均有所下降，20 Gy与30 Gy照射后随时间的延长血流量下降的区域逐步扩大，尾壳核、额叶皮层和海马中血流量先后明

2、显下降，3个月时整个半脑的区域血流量(rCBF)值降低，但10 Gy组的某些部位血流量值有所恢复。受照射后脑组织中存在脑水肿现象，其中以受照射后1个月时较为明显。30 Gy剂量组全部和20 Gy部分大鼠照射后射野内有脱毛，而且照射组大鼠在受照后1至3个月期间，体重的上升趋势低于未照射组大鼠。结论大鼠半脑1030 Gy照射后的3个月中有脑组织内局部血流量的减少和脑水肿的存在。【关键词】大脑辐射，电离血液循环 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、创伤性等脑损伤后脑组织内血液循环的改变已得到了深入研究的同时，关于大脑电离辐射后血液循环变化的报告却很少1，2。为此，对不同剂量半脑照射后3个月内的大鼠进行了脑内局部血流量（rCBF）和含水量的测定，现将结果报告如下。1材料与方法1.1照射方法、剂量确认与实验分组：采用成熟的SD大鼠（苏州医学院动物科提供），雌、雄不拘。将大鼠用3.6%的水合氯醛（1 mL100 g体重）腹腔麻醉后，用Philips-SL-18型加速器产生的4 MeV电子线（剂量率为210220 Gy/min），随机选择一侧半脑作俯卧

9、位垂直照射，射野大小为1.5 cm×3.5 cm，在20 cm×20 cm的限光筒特制的铅模中，1次可照射8只大鼠，照射范围见1。在同样的照射方式下，将戴有平衡帽的指型电离室（PTW-30001型）置于各照射点，用剂量仪（PTW-UNIDOS-T10001型）作吸收剂量测量，以比较各照射部位的剂量差异。据此，将大鼠随机分为单次20 Gy照射后观察1天、1周、1个月与3个月以及10 Gy和30 Gy照射后1个月和3个月的8个组别，每组5只大鼠。1大鼠半脑照射射野示意1.2照射后观察期间，每周对大鼠头部照射区毛发与皮肤的情况、肢体活动、提尾时身体旋转反射的有无以及体重的变化作1

10、次检查并记录。1.3rCBF测定：大鼠麻醉后俯卧位固定在立体定向仪上，根据脑立体定位谱所示位置，头皮正中切开后用双氧水腐蚀颅骨上腱膜及外膜3。在两侧大脑的额叶皮层、尾壳核和海马所在的相应位置钻孔共6个，深度达硬脑膜表面而不损及脑组织。采用氢清除法原理的组织血流测定仪（LS-型，北京神经外科研究所研制）电解法测定rCBF4，5。 测量用铂铱丝电极，参比电极为氯化银电极。按位置依次插入电极，每个部位测量3次，以3次的平均值记录（单位是 mL.100 g1.min1）。1.4脑含水量的测定: 大鼠断头处死取脑后分两侧半球，吸去表面液体并称得湿脑重量，放入微波炉内烘干后再称取干脑重量，采用干湿重法计算

11、出每侧半脑含水量值，以100%为单位6。1.5各组别、各测量部位的rCBF值和脑含水量值分受照射侧与未受照射侧2个组分别计算其算术均数（）和标准差（s），并作自身对照的t检验。2结果2.1在照射后的观察，可以发现：30 Gy剂量组的10只大鼠于照射后约20天开始在射野范围内出现脱毛、皮肤轻度肿胀与充血，而20 Gy照射后观察时间3个月的5只大鼠中有3只约在2个月后亦有脱毛，但所有大鼠均无脱皮和渗出等表现。所有大鼠肢体活动正常，提尾时无身体旋转反射等异常神经系统体征。各剂量组照射前与受照射后不同时间的体重变化见2所示，中所示受照射的3个组大鼠在照射后1个月之前，其体重增加的趋势与对照组相类似；而

12、在1个月至3个月期间，其体重的上升趋势低于未照射组大鼠，但这种差异无显著意义。2大鼠受照射后体重变化2.2本研究中不同照射剂量、不同观察时间及不同测量部位的rCBF值见表1和表2，从表中可以看出这样的趋势：受照射侧半脑各部位的rCBF值一般都低于未受照射侧脑组织。20 Gy照射后不同观察时间、不同部位的rCBF值见表1。照射后1周时首先出现尾壳核区rCBF的明显下降，1个月时增加了额叶皮层区血流量的降低，至照射后3个月时，海马区rCBF值也有明显降低。由于额叶皮层、尾壳核和海马区3个部位分别位于半脑的前、中、后和上、中、下3个位置3。它们的rCBF值可以代表整个半脑的血流量情况，因此可以说在2

13、0 Gy照射后3个月时，受照射侧整个半脑的血流量较未受照射侧半脑有明显降低。10 Gy与30 Gy剂量照射后1个月与3个月时rCBF值见表2。1个月时大鼠的额叶皮层与尾壳核区血流量均有明显的下降，而海马区基本稳定，3个月时才有海马区rCBF值明显的下降；与20 Gy照射后一样，30 Gy剂量下3个月时受照射的整个半脑也出现血流量的降低，而此时，10 Gy组大鼠的额叶皮层与尾壳核区受照射侧rCBF值有所上升，而与未受照射侧间无差别。由此可见，随照射剂量的增加和观察时间的延长，大脑组织中rCBF值降低的范围也有明显增加，海马区域发生血流量降低发生似乎比大脑皮层和尾壳核区要晚一些，而在较低剂量照射一

14、定时间之后，有些部位血流量值可以有所恢复。表120 Gy半脑照射后不同时间大脑中不同部位的rCBF值( mL.100 g1.min1,±s)类别额叶皮层尾壳核海马照射后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个月52±4*42±2*49±10未照后1个月61±749±649±10照射后3个月48&#

15、177;744±9*43±10*未照后3个月62±555±1055±10注：P0.01；*：P0.05 表210 Gy、30 Gy半脑照射后1个月与3个月时大脑中不同部位的rCBF值( mL.100 g1.min1,±s)类别额叶皮层尾壳核海马10 Gy照射后1个月56±13*46±11*57±16未照后1个月63±956±1260±17照射后3个月57±1249±1048±13*未照后3个月62±1450±859±

16、1030 Gy照射后1个月49±11*42±8*47±8未照后1个月64±451±1249±5照射后3个月51±5*49±2*43±8*未照后3个月63±656±554±4注：*：P0.05 2.3.各组别受照射与未受照射侧半脑组织含水量值见表3。从表中可以发现受照射侧大脑含水量普遍高于未受照射侧大脑，说明受1030 Gy单次照射后大脑中存在脑水肿现象，而其中以1030 Gy照射1个月时，受照射侧脑组织的水肿现象更为明显。表3不同剂量照射后不同时间半脑组织含水量 ( % ,&

17、#177;s)类别照射侧未照射侧10 Gy照后1个月68±3*64±2照后3个月68±468±620 Gy照后1天65±364±4照后1周67±3*64±2照后1个月70±3*65±2照后3个月70±569±630 Gy照后1个月70±4*64±3照后3个月66±666±6注：*：P0.05(照射侧与未照射侧比较) 3讨论由于实验中照射的部位必须是大脑，而大鼠大脑的平均厚度约为10 mm3。实验所用4 MeV电子线的射野中心轴深度剂量的

18、R85，R50值分别是13，17 mm，因此大鼠大脑处在剂量分布比较均匀且较高的范围内，而脑组织下方的上消化道与呼吸道等器官则处于剂量迅速跌落的区域，受到的照射量较小。经测量在20 cm×20 cm限光筒铅模中8个照射部位间吸收剂量的差异5%，因此在同一次照射中的8只大鼠间大脑吸收剂量的差异亦5%。在本实验中，大鼠受照射后其营养情况及全身状况等基本上没有受影响，而且照射区皮肤的脱毛反应与剂量明显相关，说明本照射方法切实、可靠。经过数10年的大脑放射性损伤的实验研究，目前认为大鼠是最为合适的实验动物之一2。而在一系列剂量效应研究中发现，脑部单次照射后发生脑白质坏死的半数有效剂量多在15

19、30 Gy之间，其中以Calvo2报道的大鼠大脑半数有效剂量为2024 Gy最常被他人所采用。本研究中用SD大鼠为实验动物，所采用的单次照射剂量为10，20和30 Gy，正处于该类动物量效关系曲线的直线部分，因而能较有效的观察其剂量效应关系。而采用半脑照射技术，用同一动物未受照射的对侧半脑作对比，可以减少动物个体之间的随机误差，使得出的结论较为准确。目前关于放射性脑损伤的期别主要是根据临床观察的结果而作分期，一般把照射后6个月之前定为早期，69个月（或者12个月）为中期， 12个月之后为晚期1，2。因此本实验把照射后的观测时间定在3个月之前，肯定是属于照射后早期。本研究结果表明，大鼠大脑受到单

20、次1030 Gy电离辐射后早期就会有大脑内局部脑血流量的降低和脑水肿的存在。很显然，在上述现象同继发性脑损伤的关系、改变照射剂量与观测时间后其新的变化特点，以及脑内不同区域血流量变化的差异性等许多方面都有待进一步的研究。但是，笔者认为电离辐射后脑组织内早期的血液循环、代谢等方面的观察是对放射性脑损伤研究领域的重要补充，值得进一步探索。志谢本文中剂量测量工作得到了中国医学科学院肿瘤医院冯宁远教授的指导，在此表示感谢。本课题为国家国防科工委资助项目(课题编号：Y6920062-14)作者单位：215004 苏州医学院附属第二医院(田野、包仕尧)；中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院(殷蔚伯)参考文献1Schulthesis TE, Kun LE, Ang KK, et al. Radiation response of