60Co?γ射线全脑常规照射后大鼠血脑屏障的电镜观察
【摘要】 目的： 观察60Co?γ射线全脑常规照射后大鼠血脑屏障（BBB）的超微结构改变。方法： 20只SD大鼠随机分为5组，依次为对照组、10Gy组、20Gy组、30Gy组和40Gy组，每组4只。60Co?γ射线全脑常规照射，2Gy·次?1，5次·周?1，照射后16h用镧示踪电镜化学技术观察大鼠BBB超微结构的变化。结果： 对照组镧颗粒局限在血管腔内；10Gy组紧密连接处见镧颗粒沉积；20Gy组镧颗粒弥漫性地分布于神经细胞间隙；30Gy组镧颗粒进入神经细胞内，并分布于线粒体、内质网等细胞器表面；40Gy组镧颗粒弥漫分布于脑组织细胞间和细胞内，可见毛细血管内皮细胞及神经细胞失去正常形态，结构破坏。结论： 全脑常规外照射后大鼠BBB均出现病理改变，且射线具有降低及破坏BBB功能的作用，在全脑放疗期间随照射剂量的变化而呈性改变，具有可预测性。
【关键词】 放射 血脑屏障 超微结构 大鼠
血脑屏障（BBB）是血?脑之间物质交换的限制系统，在对维持脑内微环境稳定的同时，它也导致约95%的药物不能有效透过完整的BBB，使得许多对中枢神经系统疾病有潜在治疗价值的药物不能发挥药理作用［1?2］。研究发现放射线在治疗脑瘤的同时亦具有破坏BBB的作用，因此利用放射线开放BBB后进行化疗对改善脑肿瘤预后可能有帮助。国内外对脑部大剂量的局部照射［3］进行了较多研究，但对照射后BBB超微结构变化的研究却很少，因此不可能对脑照射后BBB的改变规律作出客观的评价。为明确全脑常规照射对BBB功能影响的变化规律，本研究对正常SD大鼠进行全脑常规分割照射,通过镧示踪电镜化学技术观察大鼠BBB超微结构的变化，具体如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组
正常健康成年SD大鼠20只，雌雄不限，体重205～306g，平均251g（徐州医学院实验动物中心提供），随机分为5组，即对照组(照射0Gy)、10Gy组、20Gy组、30Gy组和40Gy组，每组4只。
1.2 动物预处理
照射大鼠经麻醉后侧卧于治疗床上，经模拟定位后进行全脑外放射治疗， 60Co治疗机（上海医用合资仪器厂，FHC?50型）源皮距75cm, 照射野大小约2cm×2cm,上界位于双眼后眦连线,下界位于双耳后连线, 左右露空，垂照，2Gy·次－１，每日一野，每周5次。每次治疗前用0.4%的戊巴比妥钠（25mg·kg－１）腹腔注射麻醉，每次治疗结束后在同一条件下饲养。
1.3 电镜制作
每组在治疗完成后按王爽等［4］电镜制作步骤留取标本，制作超薄切片，在透射电镜(日本日立H?600型)下观察与拍照。
2. 实验结果
电镜超微结构表明，对照组高密度的镧颗粒仅分布在毛细血管管腔内,附着在毛细血管内壁的表面，毛细血管内皮细胞间紧密连接、基底膜及毛细血管外的组织间隙均未见镧颗粒沉积，毛细血管内皮细胞及脑组织细胞无肿胀（图1）；10Gy组见毛细血管内皮细胞间的紧密连接处镧颗粒呈线性沉积,但基底膜处及脑组织间隙未见镧颗粒沉积，细胞形态结构未见明显异常（图2）；20Gy组中紧密连接开放，细小的高电子密度镧颗粒通过毛细血管基底膜进入到脑组织内，分布在神经组织细胞间隙和轴突周围，但未进入脑组织细胞内（图3），与照射前相比，说明BBB的通透性明显增加，屏障功能遭到破坏；30Gy组毛细血管内、紧密连接、基底膜及脑组织内弥漫性的细小镧颗粒沉积，并见镧颗粒进入组织细胞内部,分布于线粒体、内质网等细胞器的表面，甚至进入部分线粒体内部,沉积于线粒体嵴的表面（图4），部分核孔及核内亦见镧颗粒沉积，但核内沉积量较核外沉积明显少，染色质边聚，内质网池扩大，血管内皮细胞、脑组织细胞、核膜结构尚完整，形态无明显异常（图5）；40Gy组镧颗粒弥漫分布在毛细血管内皮细胞、基底膜、脑组织细胞间及细胞内，内皮细胞肿大，管腔闭塞（图6），髓鞘分离，部分毛细血管内皮细胞及神经细胞失去正常形态，结构破坏（图7），并见髓鞘周围及内部镧颗粒沉积，呈板层状表现（图8）。
3 讨 论
放疗是颅内肿瘤术后最重要的辅助治疗手段，自放射治疗应用于肿瘤治疗以来，预后明显改善。近年来，尽管放射生物和放射物理方面进展很快，但是单纯放疗对脑瘤预后的进一步改善作用却不大，主要原因是由于放射线在治疗肿瘤的同时，不可避免地会对周围正常脑组织造成损伤，特别是随着脑瘤病人生存期的延长，放射性脑损伤的问题越来越突出，因此不能通过提高照射剂量的方法来延长脑瘤病人的生存期。研究表明，脑肿瘤病人的BBB虽有一定程度的异形性,但从形态学上未见异常［5?6］，至少在肿瘤边缘BBB相对完整，因此化疗对许多脑瘤的预后影响不大，未显示出优越性。本研究从超微结构上证实了常规放疗后BBB的变化规律，对指导临床放化综合治疗具有价值。
本实验采用了镧示踪法观察放射线照射后BBB形态学的变化。结果显示，放射前镧颗粒不能透过完整的BBB，在照射10Gy后可见少量镧颗粒透过毛细血管内皮细胞间紧密连接但未能通过基底膜，内皮细胞及脑组织结构正常，与Vulpen等［7］研究取得了类似的结果。在照射20Gy后大部分毛细血管内皮细胞间的紧密连接开放,镧颗粒通过毛细血管基底膜进入到脑组织内，未进入神经细胞内，说明此时BBB完整性已被破坏，其通透性增加，因此可以解释临床上颅内高压常在肿瘤吸收剂量达15～20Gy后发生，同时亦说明基底膜是构成BBB的重要结构之一，可以称为血脑的第二道屏障。在照射30Gy后镧颗粒已进入神经细胞内部,分布于线粒体、内质网等细胞器的表面，甚至进入部分线粒体内部,沉积于线粒体嵴的表面，核内亦见镧颗粒沉积，说明此时BBB基本失去屏障功能，与章龙珍等［8］动物实验结果发现在照射达30Gy时脑脊液中药物浓度最高相一致。Qin等［9］临床研究结果表明放射治疗20～40Gy后为化疗最佳时机，其病理形态学基础可能从这里得到很好的解释。另外可以看到在放疗30Gy后核孔处镧颗粒大量聚集，核内镧颗粒分布较核外少，较细胞间镧颗粒沉积更少，说明核膜、细胞膜功能尚可，对外界不良刺激有着强大的抵御和防护作用，因此可以推断神经细胞对放射线有较大的剂量耐受性。在照射40Gy后毛细血管内皮细胞及神经细胞受损较明显，镧颗粒弥漫分布在脑组织内，部分细胞失去正常形态，并见髓鞘周围及板层间镧颗粒沉积，呈板层状改变，可见髓鞘分离。细胞核内外镧颗粒比较均匀的分布，说明核膜的功能亦受到损伤，但细胞整体轮廓尚存，表明BBB及胞膜系统在生理功能上的稳定性及正常脑组织在放射治疗中的剂量限制性，此时若进一步进行全脑放射治疗可能不仅不能改善预后，反而增加放射性脑损伤，缩短病人的生存期，这可能为临床上全脑照射一定剂量的放射线后，须根据病灶范围缩野后追加剂量提供了理论依据。
总之，60Co?γ射线照射前后大鼠BBB超微结构改变表明，受照大鼠BBB均出现病理改变，表现为放射线具有降低及破坏BBB功能的作用，这种作用在全脑放疗期间随照射剂量的变化而呈性改变，具有可预测性。BBB的破坏使得药物通透性增加，扩大了药物的选择范围，为进一步改善脑瘤病人的预后，提高病人的生活质量，延长生存期提供了可能。本实验以正常SD大鼠为研究对象，模拟临床常规放疗模式，取得了预期的结果，有利于实验结果的外推，但对于临床上的实际应用仍需行进一步的研究。
【】
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