125I 放射性粒子氣管支架對犬氣管及周圍組織放射性損傷的實(shí)驗(yàn)研究

張夢琦，魏 寧，祖茂衡，徐 浩，巢惠民

氣管支架置入術(shù)作為一種急救措施，能夠迅速緩解患者呼吸困難的癥狀［1］，但單純的氣管支架只能姑息性解除或改善患者的呼吸障礙，并沒有對原發(fā)疾病治療，125I 放射性粒子組織間植入對腫瘤的治療作用已被臨床證實(shí)。 本研究將成熟的氣管支架置入技術(shù)和125I 放射性粒子組織間植入技術(shù)進(jìn)行整合，旨在通過動物實(shí)驗(yàn)評估125I 放射性粒子氣管支架的可行性、安全性，為其臨床應(yīng)用提供動物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動物 由徐州醫(yī)科大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心提供的健康成年雜種犬24 只，雌雄不限，犬齡18～24個月，平均體重（12.98±1.53） kg。 實(shí)驗(yàn)犬隨機(jī)分為兩組，即實(shí)驗(yàn)組（12 只）和對照組（12 只），每組再隨機(jī)分為 3 個亞組（2 個月組、3 個月組、4 個月組），每亞組 4 只。

1.1.2 儀器和設(shè)備 ①125I 放射性粒子密封籽源由寧波君安藥業(yè)科技有限公司提供，半衰期為59.6 d，放射源表觀活度為 0.7 mCi±5%（25.9 MBq±5%）。 對照組空粒子，其大小、形狀與0.7mCi 粒子一致，無放射性。 ②南京微創(chuàng)醫(yī)學(xué)科技有限公司提供的鎳鈦記憶合金氣管支架。 ③美國GE 公司生產(chǎn)的INNOVA 4100 型 DSA 機(jī)。

1.2 方法

1.2.1 植入方法 均勻縫制2 排4 列共8 個粒子鞘于氣管支架上，將125I 放射性粒子（對照組為空粒子）裝入粒子鞘中并置入75%乙醇溶液浸泡30 min，隨后將支架裝載入支架置入器中備用。 給予實(shí)驗(yàn)犬腹腔注射 3% 戊巴比妥鈉（1 mL/kg）進(jìn)行全麻。 在DSA 透視下將超滑導(dǎo)絲和單彎導(dǎo)管配合經(jīng)犬口送入氣管、主支氣管，交換加強(qiáng)導(dǎo)絲，在導(dǎo)絲引導(dǎo)下插入支架置入器，在X 線的監(jiān)視下將支架中段定位于實(shí)驗(yàn)犬氣管中段，左旋安全鎖螺栓，固定后手柄并緩慢后撤前手柄釋放支架。

1.2.2 觀察指標(biāo) ①一般清況及影像學(xué)檢查：觀察實(shí)驗(yàn)犬能否存活、有無呼吸困難、咳嗽程度及持續(xù)時(shí)間、 有無發(fā)聲異常、 進(jìn)食異常等一般清況。 行DSA-CT 并進(jìn)行氣管三維重建明確支架位置和擴(kuò)張清況，SPECT/CT 觀察粒子有無脫落及放射性活度是否均勻。 術(shù)后觀察期滿 2、3 和 4 個月時(shí)，復(fù)查DSA-CT 和SPECT/CT 了解氣管及粒子位置變化。②組織病理學(xué)檢查：觀察期滿2、3 和4 個月時(shí)處死實(shí)驗(yàn)犬，肉眼觀察氣管、食管、主動脈弓的變化。 行石蠟包塊和HE 染色，用光鏡觀察。對損傷嚴(yán)重程度根據(jù)改進(jìn)后 Schmidt 評分標(biāo)準(zhǔn)［2］進(jìn)行評分。 炎癥：以高倍視野計(jì)，每5 個炎癥細(xì)胞計(jì)1 分，＞35 個計(jì)4 分。細(xì)胞壞死：以高倍視野計(jì)，每5 個壞死細(xì)胞計(jì)1 分，同時(shí)存在局灶融合壞死計(jì)3 分，同時(shí)見廣泛融合壞死計(jì)4 分。 水腫：胞質(zhì)內(nèi)含粉紅色顆粒為輕度計(jì)1分，胞質(zhì)內(nèi)粉紅色顆粒少、甚至消失為中度計(jì)2 分，胞質(zhì)內(nèi)無粉紅色顆粒為重度計(jì)3 分。 出血：無出血計(jì)0 分，有出血計(jì)1 分。 氣管、食管分為黏膜層、黏膜下層、肌層和外膜，血管分為內(nèi)膜層、中膜層和外膜，各組織各層評分累加。 ③電鏡下觀察：在活體取粒子中央部位大小約1 mm3實(shí)驗(yàn)犬氣管標(biāo)本送電鏡室，觀察氣管壁超微結(jié)構(gòu)的病理變化。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)犬一般清況

所有實(shí)驗(yàn)犬均成功置入氣管支架，支架置入成功率100%，圍手術(shù)期及隨訪觀察期間無動物死亡。所有實(shí)驗(yàn)犬均正常飲食、活動，發(fā)聲無改變，活動或休息時(shí)無喘鳴，體重?zé)o減輕。

2.2 DSA-CT 檢查結(jié)果

氣管中段金屬支架影，支架 0、3、6、9 點(diǎn)可見點(diǎn)狀金屬更高密度影，周圍見偽影。 隨觀察期延長，管腔內(nèi)軟組織密度影逐漸增厚（見圖1）。

2.3 SPECT/CT 檢查結(jié)果

圖1 支架置入后DSA-CT 及局部放大圖

實(shí)驗(yàn)組可示粒子周圍放射性濃聚影，對照組則無（見圖2）。SPECT/CT 隨防觀察到實(shí)驗(yàn)組有1 例發(fā)生粒子脫落，粒子位于胃前壁內(nèi)，復(fù)查時(shí)發(fā)現(xiàn)粒子已排出，其他實(shí)驗(yàn)犬均未發(fā)現(xiàn)粒子掉落。

圖2 SPECT/CT 檢查結(jié)果圖

2.4 組織肉眼觀察

2.4.1 氣管組織 兩組實(shí)驗(yàn)犬氣管損傷程度隨觀察時(shí)間延長發(fā)生變化，兩組間無明顯差異。 2 個月時(shí)氣管支架剝離順利，管腔無明顯增厚，氣管黏膜上皮連續(xù)，無穿孔及壞死，氣管軟骨環(huán)完整，未見破壞，氣管內(nèi)壁可見少許充血；3 個月時(shí)支架剝離稍困難，氣管腔內(nèi)見少量增生組織，與支架連為一體，氣管軟骨環(huán)完整，未見破壞，氣管壁可見充血；4 個月時(shí)支架剝離困難，氣管內(nèi)明顯增生組織，可見少許淡黃色膿液，氣管壁明顯充血水腫，氣管軟骨環(huán)完整，未見破壞。

2.4.2 周圍組織 食管外膜光整，內(nèi)部黏膜連續(xù)，未見出血、水腫、分泌物或潰瘍形成；主動脈弓血管內(nèi)膜、外膜均完整，無增厚、出血、壞死；肺組織無腫大，形態(tài)規(guī)則，呈淺紅色，質(zhì)柔軟呈海綿狀，富有彈性。

2.5 光鏡下組織觀察

實(shí)驗(yàn)組與對照組病理改變相似。 2 個月時(shí)氣管黏膜層、黏膜下層可見少量炎性細(xì)胞浸潤，高倍視野下大部分10 個炎性細(xì)胞部分壞死細(xì)胞，無顯著水腫，胞質(zhì)內(nèi)含粉紅色顆粒，可見少許紅細(xì)胞浸潤。氣管肌層和外膜結(jié)構(gòu)完整，無炎癥、出血、細(xì)胞壞死及水腫。3 個月時(shí)氣管黏膜可見少許肉芽組織增生。黏膜層、黏膜下層可見部分炎性細(xì)胞浸潤，高倍視野下大部分＞10 個炎性細(xì)胞，可見局灶性融合壞死及出血。胞質(zhì)內(nèi)粉紅色顆粒少。4 個月時(shí)氣管黏膜見肉芽組織增生。 氣管黏膜、黏膜下層大量炎性細(xì)胞浸潤，高位視野下＞35 個炎性細(xì)胞，可見廣泛融合壞死，見紅細(xì)胞浸潤，胞質(zhì)內(nèi)粉紅色顆粒更少，甚至消失。 支架置入后各觀察期食管、主動脈弓、肺組織均無明顯異常（見圖3）。

2.6 損傷評分及對比

兩組實(shí)驗(yàn)犬氣管組織的損傷程度隨觀察時(shí)間延長損傷加重，4 個月組損傷嚴(yán)重程度高于3 個月組，3 個月組損傷嚴(yán)重程度高于2 個月組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。但實(shí)驗(yàn)組和對照組各亞組間對比，損傷程度相似，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)果見附表1。

表1 24 只實(shí)驗(yàn)犬氣管損傷評分

表1 24 只實(shí)驗(yàn)犬氣管損傷評分

組別 2 個月組 3 個月組 4 個月組實(shí)驗(yàn)組 8.50±1.29 16.75±1.71 28.25±1.71對照組 7.25±1.89 16.50±2.65 32.50±5.45 P 值 0.317 0.879 0.187

2.7 電鏡下組織觀察

隨觀察期延長，實(shí)驗(yàn)犬氣管標(biāo)本細(xì)胞變形加重。 細(xì)胞內(nèi)有異物進(jìn)入，細(xì)胞行使吞噬功能，細(xì)胞核不圓潤、不飽滿，嚴(yán)重變形，細(xì)胞內(nèi)有大量空泡結(jié)構(gòu)，未見有大量高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（見圖4）。

3 討論

圖 3 氣管、周圍組織病理（×100，HE）

圖4 實(shí)驗(yàn)犬氣管電鏡檢查結(jié)果（×10000）

近年來，125I 放射性粒子組織間植入在各種惡性腫瘤的治療中應(yīng)用廣泛［3］，郭金和等［4］將食管內(nèi)照射支架置入晚期食管癌病變狹窄部位，取得了較好的臨床效果。蘇魯?shù)龋?］對比了附有125I 放射性粒子的食管支架和普通食管支架，其生存期為10.5 個月，明顯高于普通支架的4.4 個月，充分證明了其擴(kuò)張食管改善吞咽困難和對腫瘤進(jìn)行組織間放療的雙重作用。 大量的臨床資料研究證實(shí)了125I 粒子在臨床應(yīng)用的安全性和有效性，為本實(shí)驗(yàn)研究提供了可靠的理論依據(jù)。 但氣管支架和125I 放射性粒子的有機(jī)融合是否安全、可行，以及能否取得比普通氣管支架更高的臨床療效，尚需臨床和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

臨床常用的125I 放射性粒子活度約在0.4～1.1 mCi，粒子的劑量可能影響其放射性損傷的大小。 有報(bào)道稱膽管壁的放射性損傷隨著放射活度的增加也從黏膜表面到肌層到外膜逐漸加重，放射性活度達(dá)到10 mCi 時(shí)膽管出現(xiàn)全層壞死穿孔［6］。而朱世宏［7］研究表明支架放射活度高達(dá) 13.1 mCi（4.85×108 Bq）時(shí)放射損傷可達(dá)平滑肌層和氣管軟骨膜，而外膜不受損傷。 李義生等［8］研究表明粒子活度是影響粒子植入治療食管鱗癌的預(yù)后因素之一，而0.5～0.7 mCi 最為安全可靠，可明顯改善患者預(yù)后，所以本實(shí)驗(yàn)選用的125I 放射性粒子活度為0.7 mCi是符合實(shí)驗(yàn)要求的。而且125I 放射性粒子植入惡性腫瘤的療效不僅取決于粒子的放射性活度，還與粒子的種類、 周邊匹配劑量（matched peripheral dose，MPD）和 腫 瘤 病 理 類 型 有 關(guān)［9］，本 實(shí) 驗(yàn) 的 MPD 在40Gy 左右，在臨床應(yīng)用過程中，可根據(jù)腫瘤的分布采用計(jì)算機(jī)三維治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS） 制定治療計(jì)劃，依據(jù)TPS 所制定的劑量計(jì)算出所需粒子數(shù)量及總活度［10］。125I 放射性粒子的放射性呈距離衰減，有效范圍為17 mm，所以本實(shí)驗(yàn)選擇在18 mm×50 mm支架排放上兩排粒子，每排4 個均勻排列，盡量使放射性活度分布均勻。 裝載支架過程中發(fā)現(xiàn)原來裝普通支架的鞘內(nèi)放入帶有粒子的支架會比較困難，但考慮到大部分腫瘤患者置入支架時(shí)氣管狹窄程度較高，且腫瘤組織脆弱易出血，固認(rèn)為支架鞘直徑可以根據(jù)患者氣管狹窄程度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)增寬。考慮到安全和配合問題，在臨床實(shí)踐時(shí)可考慮使用魏寧等［11］報(bào)道的局麻下“雙管法”支架釋放技術(shù)，先放置“通氣導(dǎo)管”于一側(cè)支氣管內(nèi)以保障患者被動供氧通氣，緩解呼吸困難［12］。在結(jié)合術(shù)前CT、氣管三維等影像學(xué)檢查的基礎(chǔ)上，于DSA透視下精準(zhǔn)定位，釋放自膨式支架。如有支氣管鏡配合置入將縮短患者透視時(shí)間，且更加安全，但操作復(fù)雜，對操作者操作技能要求很高。

本實(shí)驗(yàn)較長的觀察期為120 d，為125I 放射性粒子2 個半衰期，在整個實(shí)驗(yàn)期間可發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長，氣管壁損傷的程度逐漸加重，層次逐漸加深，但在最長的觀察期時(shí)都沒有發(fā)生氣管壁全層壞死或穿孔。另外，實(shí)驗(yàn)組較對照組氣管的損傷程度并無明顯區(qū)別，考慮氣管壁的損傷可能主要由金屬支架置入后對氣管壁的持續(xù)外力作用和慢性刺激作用致氣管壁黏膜受損和肉芽組織過度增生，而125I 放射性粒子的放射性損傷較小。 諸多文獻(xiàn)報(bào)道，125I 放射性粒子植入腫瘤病灶周圍或中心時(shí)，通過微型放射源持續(xù)釋放低能量的χ 射線和γ 射線，抑制和殺滅進(jìn)入活躍期的腫瘤細(xì)胞，從而有效控制局部腫瘤的發(fā)展［13-17］。 由于單個粒子放射量小、放射距離短，在對腫瘤組織進(jìn)行持續(xù)性、小劑量、長時(shí)間照射的同時(shí)，對周圍正常組織不造成損傷或僅有微小損傷，臨床應(yīng)用較為安全、可靠。本實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證明了此觀點(diǎn)，但是考慮到組間差異和個體差異，此結(jié)論仍需進(jìn)一步動物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討。

本實(shí)驗(yàn)在術(shù)后及觀察期滿時(shí)均行SPECT/CT檢查，SPECT 的γ 相機(jī)探頭可以探測從患者體內(nèi)發(fā)射的141 keV γ 射線，而125I 放射性粒子發(fā)出的γ 射線能量為27～35 keV，在全身骨顯像時(shí)粒子發(fā)出的γ 射線可被探測。 本實(shí)驗(yàn)中所有粒子均有顯像，并且探測到1 例粒子掉落，其定位清楚。 國內(nèi)外鮮有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，張宏濤等［18］在病例報(bào)告中用SPECT/CT 檢測了淺表組織植入粒子，并質(zhì)疑粒子植入相對較深的位置成像效果是否會受到影響，本研究證明并無影響。 對于惡性氣管狹窄粒子支架置入術(shù)后患者來說，SPECT/CT 不僅能起到評估粒子植入的劑量分布和檢測粒子是否掉落的作用，還能早期發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤轉(zhuǎn)移灶，應(yīng)該獲得更多臨床醫(yī)生的關(guān)注。希望相關(guān)臨床研究能繼續(xù)探索，充分利用SPECT/CT 的影像診斷功能和臨床指導(dǎo)效用。

本實(shí)驗(yàn)中1 只實(shí)驗(yàn)犬粒子掉落于胃中，有CT證明粒子附于胃壁內(nèi)，并且在第2 次復(fù)查時(shí)消失，可能的原因是隨消化道排出體外。 考慮可能是粒子掉落于氣管中，實(shí)驗(yàn)犬咳嗽并吞咽入消化道。 粒子裝載和釋放過程，粒子鞘本兩端均有開口，且粒子鞘內(nèi)徑大于粒子直徑，粒子在外力作用下確實(shí)容易脫落，可以考慮使用生物膠在其放入粒子鞘后固定于鞘內(nèi)，使其與粒子鞘和支架粘為一體。 使用涂層式放射性物質(zhì)作為放射源或使用具有放射性的材料編織支架，這些只是筆者的設(shè)想，有待臨床和基礎(chǔ)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

目前關(guān)于125I 放射性粒子氣管支架的臨床和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究均較少，考慮到其極高的臨床應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)該受到臨床和材料研究者的廣泛關(guān)注，將125I放射性粒子氣管支架與可回收支架、 藥物洗脫支架、生物降解材料支架等新型支架進(jìn)行多方面的整合，可能會制造出更具有臨床價(jià)值的新產(chǎn)品，有待進(jìn)一步大量實(shí)驗(yàn)研究。

綜上所述，在常用臨床劑量下，125I 放射性粒子氣管支架對實(shí)驗(yàn)犬氣管及粒子輻射范圍內(nèi)的周圍組織所產(chǎn)生的放射性損傷較輕，125I 放射性粒子氣管支架在實(shí)驗(yàn)犬氣管中置入是安全的、 可行的，SPECT/CT 可以評估粒子植入的劑量分布和檢測粒子是否掉落。