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编号:10246991
体部伽玛刀照射正常脊髓所致放射损伤的实验研究
http://www.100md.com 《肿瘤防治杂志》 2000年第6期
     作者:于金明 孙新东 杨新华 陆海军 卢洁

    单位:于金明 孙新东 杨新华 陆海军 卢洁(济南市250117 山东省肿瘤医院)

    关键词:立体定向照射;脊髓损伤/放射疗法;病理;解剖

    肿瘤防治杂志000603

    【摘要】 目的:探讨体部伽玛刀立体定向照射(SRT)对正常脊髓放射损伤的效应。方法:按不同剂量分3组照射新西兰家兔腰段脊髓:①高剂量组,总量 36 Gy/6次(6 Gy/次,隔日1次);②中剂量组,总量30 Gy/6次(5 Gy/次,隔日1次);③低剂量组,总量24 Gy/6次,(4 Gy/次,隔日1次)。同时设3个相应常规分割组2.0 Gy/(次*d),5次/周,60Co治疗机照射,总量分别为 36,30,24 Gy。结果: SRT高剂量组 4个月时出现截瘫,其他2组及3个常规组均未出现。于 4个月、8个月解剖病理发现 SRT高、中低组分别出现脊髓重度变性、中度变性和轻度变性,而3个常规组未发现异常。结论:总剂量相同情况下,SRT对正常脊髓的放射损伤大于常规分割照射组。
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    中图分类号:R818.74 文献标识码:A 文章编号:1009-4571(2000)06-0567-03

    The Research of Spinal Cord Injury Induced by Body Gamma Knief

    YU Jin-ming,SUN Xin-dong,YANG Xin-hua,et al.

    (Shandong Cancer Hospital,Jinan 250117)

    【Abstracts】 Objective:To explore the injury of normal spinal cord irradiated by body gamma Knief.Methods:In this experiment,the rabbit were divided into three stereotactic irradiation groups:①High-dose group(HD):the total doses were 36 Gy/6 f(6 Gy/f,qod);②Middle-dose group(MD):the total doses were 30 Gy/6 f(5 Gy/f,qod);③Low-dose group(LD):the total doses were 24 Gy/6 f (4 Gy/f,qod).The normal lumban spinal cord of rabbit were radiated by Body Gamma Knief.Otherwise,three conventional fraction groups(CF) were used as controls:the spinal cord was radiated by Cobalt 60 unit(2 Gy/f,5 f/w).The total dose were 36,30 and 24 Gy,respectively.Results:Paralysis was seen in HD and wasn't seen in MD,LD and three CF four months after irradiation.Severe,moderate and mild degeneratings were found in spinal cord four and eight months after irradiation in HD,MD and LD,respectively.Spinal cord degenerating wasn't found in the three CF four and eight months after irradiation.Conclusions:If the total doses are equal,the radiation-induced injury of spinal cord by Body gamma knief is heavier than the conventional fraction radiation.
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    【Key words】 body gamma knief;spinal cord injury/radiotherapy;pathology;antomy

    用我院与深圳奥沃公司联合研制的世界第一台全身伽玛刀治疗机对新西兰家兔腰段脊髓进行照射,以比较体部伽玛刀不同剂量梯度相同靶点与常规分割照射对正常脊髓的放射损伤。从而取得关于SRT对正常脊髓放射损伤的动物实验资料,以指导临床冶疗。

    1 材料与方法

    1.1 实验动物、试剂和设备

    纯种新西兰雌家兔,体重2.5~3.0 kg,兔龄 3个月,由山东省医学科学院(下简称省医科院)动物中心提供。3%戊巴比妥钠和福尔马林溶液购自省医科院病理研究室,Loyer氏碳酸锂苏木素购于山东省生化试剂公司。体部伽玛刀及3D-TPS治疗计划系统由深圳奥沃公司提供,PQ2000 型螺旋 CT 机由美国生产,60Co治疗机由山东新华医疗器械厂生产,OLYMPUSCH-2照相显微镜由日本制造。
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    1.2 实验方法

    1.2.1 随机分成3个不同分割剂量组 ①高剂量组(HD),总量 36 Gy/6次(6 Gy/次,隔日1次);②中剂量组(MD),总量30 Gy/6次(5 Gy/次,隔日1次);③低剂量组(LD),总量 24 Gy/6次,(4 Gy/次,隔日1次)。同时设3个相应常规分割组(CF),2.0 Gy/(次*日),5次/周,60Co治疗机照射,总量分别为36 Gy、30 Gy、24 Gy。每组2只家兔。

    1.2.2 体部伽玛刀照射方法 先给家兔肌注安定 5 mg, 10 min后从耳缘静脉推注 3%戊巴比妥钠30 mg/kg,20 min后给予肌注戊巴比妥钠 50 mg/kg以巩固麻醉效果。把麻醉后的家兔剪毛、暴露背部皮肤,用特制加厚负压袋固定,在兔背部标记铅条,定出靶区上下界,上界为剑突水平,下界为剑突下 5 cm,螺旋 CT薄层(2 mm)扫描,扫描结束把兔子固定在定位箱内,取下铅条,用划痕液标出上下界,以确保重复定位一致。由CT图像输入TPS计划系统进行图像重建,规划靶区,90%等剂量线包绕靶区边缘,准直器直径 18 mm,1个等中心点。然后把定位箱与伽玛刀治疗床连接,输入数据,开始治疗。
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    1.2.3 60Co照射方法 家兔麻醉、固定及射野边界确定同上,射野宽取 3 cm。在CT片上测出家兔脊髓中心到皮肤的距离,给予常规分割照射。

    1.2.4 观察 6组动物在相同条件下饲养,1笼 2只,自由进食水。照射期间和结束后每周至少观察家兔活动情况 3次,形态学采用双盲法,至有可疑截瘫症状出现时加强观察并记录,至家兔下肢全瘫或出现其他严重并发症时处死并解剖,取出腰髓放入福尔马林溶液固定,制作病理切片,显微镜下观察脊髓的形态变化。

    2 结果

    为了便于对比,根据Schutheiss等[3]观点把脊髓变性分为①轻度反应:病变仅累及白质实质,仅发现部分神经纤维脱髓鞘;②中度变性:病变广泛累及白质,神经纤维广泛脱髓鞘,部分白质出现软化,无血管改变;③ 重度变性:病变广泛累及白质,出现血管改变,甚至出现胶质细胞增生。从表 1和表 2可以看出,伽玛刀照射的HD、MD和LD三组其脊髓变化分别是重度变性、中度变性和轻度变性。
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    表 1 放疗后4个月时各组脊髓病理情况 病理变化

    36 Gy

    30 Gy

    24 Gy

    HD

    CF1

    MD

    CF2

    LD

    CF3

    脱髓鞘

    +

    -
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    +

    -

    +

    -

    空泡样变

    +

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    +

    -

    -

    -

    血管改变

    +

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    胶质细胞增生

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    表 2 放疗后8个月时各组脊髓病理情况 病理变化

    36 Gy
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    30 Gy

    24 Gy

    HD

    CF1

    MD

    CF2

    LD

    CF3

    脱髓鞘

    +

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    +

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    空泡样变

    +

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    +

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    血管改变

    +

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    胶质细胞增生

    +

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    病理学观察发现,3个伽玛刀组及3个常规组中,同一只家兔的照射靶区内中间段和两侧段脊髓的病理变化无明显差别;靶区外 1 cm以内和1 cm以外脊髓的病理变化亦无明显差别(表1,2)

    3 讨论

, 百拇医药     放射治疗与手术和化疗是恶性肿瘤的三大主要治疗手段,约有 70%的恶性肿瘤病人需要放射治疗[1]。目前所使用的放射治疗手段,在进行放射治疗时不可避免地照射到一些正常组织或器官。各种肿瘤都需要照射一定的剂量才能控制或治愈,同时各类正常组织和器官又有一定的耐受量,这是放射治疗中的主要矛盾。关于常规分割放疗对正常组织的放射损伤已有较多的研究。立体定向放疗(包括γ-刀和X-刀)是近年来放射治疗技术的一项重大进展,该技术使高剂量分布在三维方向上与靶区的实际形状一致,因此减少了病人的放疗并发症,提高了肿瘤的局部控制率[2]。但由于放射线进入人体后呈指数衰减的性能不能改变,在照射过程中对人体正常组织仍会造成一定程度的损伤,其中脊髓是最常受累及的正常重要器官之一。

    正常脊髓在放射效应中属晚反应组织,放射性脊髓损伤的靶细胞有:少突胶质细胞、雪旺氏细胞和血管内皮细胞,其损伤程度因动物类型、受照射节段、照射分次量及照射总量等因素而异。人类脊髓放射损伤的主要病理学变化为典型的脱髓鞘、软化、空泡样变及血管变性[3]。本实验结果与之基本一致,因此,家兔适合作为人类脊髓放射损伤效应研究的动物模型。
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    放射性脊髓病的临床类型有:①短暂型放射性脊髓病;②急性放射性脊髓病;③慢性进行性放射性脊髓病;④慢性放射性后运动神经原综合征。Wong等[4]认为慢性进行性放射性脊髓病的潜伏期为 5~57个月(平均 18.5个月),而唐启信等[5]认为实验动物急性放射性脊髓病的潜伏期为<150 d。本实验伽玛刀HD组 4个月(120 d)时即出现截瘫,故属于急性放射性脊髓病,发病潜伏期与唐启信等[5]报道一致,说明HD组已严重放射超量。

    中枢神经系统的放射损伤发病率一般为1%~2.9%[6]。大多数研究提示常规分割时脊髓耐受量为 45 Gy/22~25次,均未出现放射性脊髓病。许多动物实验表明,减少每次分割剂量增加脊髓耐受性,缩短分割时间使脊髓耐受性降低[4,5]。本实验3个伽玛刀立体定向照射组总剂量也均低于45 Gy,但均出现放射性脊髓病,这是因为每次分割剂量较大,分别是常规分割剂量的2~3倍,故使脊髓的放射耐受性降低所致。关于脊髓立体定向照射的生物当量剂量(BED),目前国际范围内未见同类报道。本实验结果说明每次分割剂量是放射性脊髓病中的一个重要的发病因素。
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    脊髓的放射生物当量剂量,一般按正常标准剂量NSD计算。NSD计算公式[1]是Ellis根据正常结缔组织耐受量,结合皮肤红斑、鳞状细胞癌的等效应曲线,提出了时间-剂量-分次的数学模型,即著名的Ellis公式(D=NSD*T0.1*N0.24)。根据这一公式我们可以比较方便地对不同治疗方案的放射生物效应进行直接比较。然而,许多动物实验和临床资料证实[7,8],Ellis公式有一定的局限性,正如上述NSD概念是建立在上皮和皮下组织放射耐受性的基础上,是对早期反应组织放射生物效应的评价,不适于晚反应组织脊髓的放射生物效应的评价,特别是对每次分割剂量较高者更不适合。Wara等[9]建议用当量剂量ED计算比较适合不同分次剂量对脊髓的放射生物效应,ED ret=D×N-0.377×T-0.058。根据此公式得出放射性脊髓病发病率为 1%的ED是1015 ret,发病率是 50%的ED是1476 ret。而本实验3个伽玛刀组的ED分别是:HD组1832 ret,MD组 1526 ret,LD组1221 ret;3个CF组的ED分别是高剂量组1007 ret,中剂量组906 ret,低剂量组 801 ret;而分割方式为 50 Gy/25次的ED为1209 ret。这与我们的实验结果基本一致。Wong等[4]认为人类放射性脊髓病的平均生存期为8.3个月,大多数患者在 18个月内死亡。而本实验高剂量组家兔发生截瘫后 4个月即死亡,可能与动物类型、生存环境、护理程度及治疗方式等不同有关。
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    由于本实验仅对立体定向照射正常脊髓的放射损伤作了少量动物实验研究,要想深入了解立体定向放疗对脊髓的放射损伤,需进行大宗动物实验加以充实。

    参考文献:

    [1] 谷铣之,殷蔚伯,刘泰福,主编.肿瘤放射治疗学[M].北京:北京医科大学,中国协和医科大学联合出版社,1993.597-598.

    [2] 于金明,李宝生,李建彬,等.立体定向放射手术治疗脑转移瘤的新进展[J].中国肿瘤,1999,8(8):372-374.

    [3] Bancroft J.D and Stevens A.首都医院病理科翻译.病理组织学染色法及其在诊断上的应用[M].北京:人民卫生出版社,1978.13-25.

    [4] WongC.S,Vandy K.J,Milosevic M,et,al.Radiation myelopathy following single courses of radiotherapy and retreatment[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1994,30(3):575-58.
, 百拇医药
    [5] 唐启信,宁国媛.不同分次剂量照射豚鼠腰段脊髓的晚期放射效应[J].湖南医学,1989,6(6):327-328.

    [6] Schultheiss T,Stephens C.The pathogenesis of radiation myelopathy:widening the circle[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1992,23(5):1089-1091.

    [7] Jeremic B,Djuric L,Mijatovic L.Incidence of radiation myelitis of the cervical spinal cord at doses of 5500cGy or greater[J].Cancer,1991,68(10):2138-2141.

    [8] Lavey R.S,Taylor J.M,Tward J.D,et al.The extent,time course,and fraction size dependence of mouse spinal cord recovery from radiation injury[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1994,30(3):609-617.

    [9] Wara W.M,Phillips T.L,Sheline G.E,et al.Radiation tolerance of the spinal cord[J].Cancer,1975,35(6):1558-1562.

    收稿日期:2000-09-28 修回日期:2000-09-30, 百拇医药