【摘要】：研究背景和目的 核恐怖、核污染及醫(yī)源性核放射治療對人類健康、安全及生存的影響非常廣泛。尤其是近年來核事件如日本福島核電站泄漏,朝鮮試驗殺傷性核武器等引起了人們的廣泛關(guān)注,如何在這種突發(fā)事件中做好應(yīng)對是各國都非常關(guān)心的重點(diǎn)。大型核電站事故或核恐怖事件都會導(dǎo)致短時間內(nèi)波及大量人員,受害者通常在短時間內(nèi)受到高劑量輻射后產(chǎn)生全身反應(yīng),常伴有全身炎癥,惡心嘔吐,敗血癥,皮膚燒傷等癥狀。由于這些癥狀的特征不明顯,再加上臨床工作中,處理受到核輻射損害的患者非常罕見,大部分臨床工作人員對這類受害者沒有清楚的認(rèn)識,不能正確及時的診斷病人的傷情并采取積極治療措施。此外,全球每年有2000萬腫瘤患者接受放射治療,放療后伴有輻射損傷癥狀的存活患者約150萬。小腸組織的放射毒性仍然是腹部和盆腔腫瘤治療的主要障礙,限制了高治療劑量的使用。鑒于此,通過建立西藏小型豬急性輻射損傷模型來進(jìn)行快速診斷方法和損傷機(jī)制的研究,可為臨床輻射損傷的保護(hù)及救治提供新的思路。 [18F]-FDG-PET/CT(18氟代葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)/計算機(jī)層析X射線攝影法)是一種先進(jìn)的分子成像診斷技術(shù)。其將先進(jìn)的分子、功能、代謝成像與經(jīng)典的解剖、形態(tài)、密度顯示相互結(jié)合,不僅保留了經(jīng)典解剖影像的作用,還加入了先進(jìn)分子影像的功能,對于臨床診斷具有重要的意義。目前,PET/CT在90%的臨床應(yīng)用主要用于早期發(fā)現(xiàn)或排除腫瘤、然而,關(guān)于[18F]-FDG-PET/CT在急性放射損傷中的應(yīng)用報道較少。理論上,機(jī)體遭受不同程度的電離輻射后,全身發(fā)生炎癥反應(yīng)、甚者細(xì)胞凋亡、組織壞死,能量代謝通路會發(fā)生不同程度的改變,且這種改變必將導(dǎo)致[18F]-FDG的攝取發(fā)生變化。但輻照誘導(dǎo)的這種[18F]-FDG攝取的變化是否具有規(guī)律性?能否可用于快速診斷患者受照劑量并反映機(jī)體受損程度是本課題解決的問題之一。 PET/CT用于急性輻射病的診斷原理基于急性輻射病的發(fā)病機(jī)制與葡萄糖代謝異常緊密相關(guān),而葡萄糖代謝是機(jī)體能量代謝的重要組成部分。線粒體是小腸能量代謝的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),是細(xì)胞有氧氧化合成ATP的部位,同時也是對輻射損傷最敏感的細(xì)胞器之一。我們通過對小腸線粒體復(fù)合物酶活,呼吸功能,能量物質(zhì)的含量及熒光定量PCR測定線粒體蛋白編碼基因的表達(dá),展示了輻射引起小腸線粒體各指標(biāo)的變化和相互關(guān)系,為能量代謝通路障礙的分子機(jī)制提出了進(jìn)一步的驗證。 方法 第一章西藏小型豬急性輻射病模型的建立 選用未去勢雄性西藏小型豬為動物模型(n=54),實(shí)驗組用直線加速器分別予2、5、8、11、14Gy單次劑量照射(n=9/組),劑量率均統(tǒng)一為255cGy/min。對照組9只未予照射。觀察西藏小型豬輻射后嘔吐、腹瀉,大便隱血、外周血淋巴細(xì)胞計數(shù)及淋巴結(jié)淋巴細(xì)胞凋亡等指標(biāo),分別于照射后6、24、72小時予西藏小型豬分別處死實(shí)驗組中的三只小型豬,光鏡及電鏡觀察不同劑量不同時間點(diǎn)下西藏小型豬小腸及淋巴結(jié)的形態(tài)學(xué)變化。根據(jù)臨床現(xiàn)有的輻射病分級標(biāo)準(zhǔn),比較不同劑量輻射后小型豬的癥狀與人類急性放射病模型的特點(diǎn),確定西藏小型豬急性輻射病模型的成功建立。數(shù)據(jù)分析采用析因法對外周血淋巴細(xì)胞計數(shù),淋巴結(jié)淋巴細(xì)胞凋亡率進(jìn)行分析。如劑量、時間因素的交互效應(yīng)及主效應(yīng)p值小于0.05,則應(yīng)分別固定時間因素及劑量因素,并用單因素方差分析法對兩者的簡單效應(yīng)進(jìn)行分析。組內(nèi)多重比較根據(jù)方差齊性結(jié)果,分別用最小差值法(LSD)或Games-Howell法進(jìn)行分析。小腸病理評分結(jié)果主要采用K-INDEPENDENT Samples非參數(shù)檢驗法進(jìn)行檢測。所有數(shù)據(jù)處理均用Statistical Product and Service Solutions13.0(SPSS13.0)軟件完成。 第二章PET/CT在急性輻射病中的應(yīng)用探索 實(shí)驗動物分組及輻照條件參照第一章,PET/CT掃描方法如下：麻醉后,西藏小型豬靜脈注射造影劑一小時后開始掃描。掃描所獲圖像及數(shù)據(jù)均通過Xeleris工作站系統(tǒng)進(jìn)行處理。對FDG攝取的定量主要通過：1)劃定目的區(qū)域(regions of interest, ROIs),本章目的臟器為小腸。2)通過Xeleris工作站系統(tǒng)自動計算注入的FDG劑量與ROIs之間的比值(%ID)。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化均由電腦自動完成并以SUV值的形式輸出。為使圖像更為直觀的表現(xiàn)出SUV值的差距,本研究主要應(yīng)用rainbow偽彩模式并將所生成圖片的顏色參照彩圖條進(jìn)行設(shè)定。為保證結(jié)果的客觀真實(shí)性,我們做了下列措施：1)注入FDG的量統(tǒng)一以0.11-0.13millicurie/kg/豬進(jìn)行計算；2)所有的實(shí)驗用豬在進(jìn)行PET/CT掃描前,至少禁食8小時保證血糖水平的均一和穩(wěn)定；3)同時對三個相鄰層面的SUV最大值進(jìn)行掃描收集并用以統(tǒng)計學(xué)分析；4)小型豬統(tǒng)一于FDG注射后1小時進(jìn)行掃描。統(tǒng)計方法如下：數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式進(jìn)行表示。用析因分析法對小腸SUV值進(jìn)行分析。如劑量、時間因素的交互效應(yīng)及主效應(yīng)p值小于0.05,則應(yīng)分別固定時間因素及劑量因素,并用單因素方差分析法對兩者的簡單效應(yīng)進(jìn)行分析。組內(nèi)多重比較根據(jù)方差齊性結(jié)果,分別用最小差值法(LSD)或Games-Howell法進(jìn)行分析。P值小于0.05被視為具有統(tǒng)計學(xué)差異(雙尾)。 第三章急性輻射病的能量代謝損傷機(jī)制 本實(shí)驗所用的18只成年雄性西藏小型豬來自第一章動物分組中2,5,8,11,14Gy的72小時組及對照組。對照組3只,實(shí)驗組每組3只,靜脈注射速眠新麻醉(0.05ml/kg)后分別接收2,5,8,11,14Gy單次X線照射。于輻射72小時麻醉處死前,進(jìn)行各項能量代謝指標(biāo)的測定。能量代謝的觀察指標(biāo)包括線粒體超微結(jié)構(gòu)觀察、線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物活力的測定、線粒體呼吸功能的測定、高效液相色譜法測定不同類型輻射病小腸腺苷酸含量、不同類型急性輻射病蛋白質(zhì)編碼基因的測定。統(tǒng)計方法均采用單因素方差分析。單位濕重能量物質(zhì)與單位DNA能量物質(zhì)與病理積分的相關(guān)性采用Spearman法,統(tǒng)計軟件為SPSS13.0。 結(jié)果 第一章西藏小型豬急性輻射病模型的建立 西藏小型豬在輻射后24小時,72小時的腹瀉,嘔吐及大便隱血評分均無統(tǒng)計學(xué)差異(P值0.05)。各時間點(diǎn)外周血淋巴細(xì)胞計數(shù)均隨著輻照劑量的增加而降低。與對照組相比,各劑量組之間的差異在72h組最為明顯。從形態(tài)學(xué)來看,各實(shí)驗組隨著劑量的增加,淋巴結(jié)的體積縮小,出血明顯,淋巴細(xì)胞數(shù)明顯下降。西藏小型豬各劑量組輻射6h淋巴結(jié)內(nèi)每個淋巴小結(jié)區(qū)域的淋巴細(xì)胞數(shù)目與對照組無明顯差異,但在24h和72h,淋巴結(jié)內(nèi)淋巴細(xì)胞的數(shù)目隨著劑量的升高明顯降低,且顯示出劑量效應(yīng)。淋巴結(jié)淋巴細(xì)胞的凋亡率在各時間點(diǎn)都與對照組有統(tǒng)計學(xué)差異(P0.05),2Gy-11Gy之間隨著輻射劑量上升,凋亡率也明顯上升。72h時,細(xì)胞凋亡率在8Gy-14Gy區(qū)間內(nèi)無統(tǒng)計學(xué)差異。除了11Gy,同一劑量6h、24h和72h的凋亡率相比,沒有統(tǒng)計學(xué)差異。各時間點(diǎn),11Gy組的凋亡率是最高的。輻射后,分別于6小時,24小時和72小時處死不同劑量組的3只西藏小型豬,肉眼觀察到不同劑量組各時間點(diǎn)小腸組織變化沒有明顯差異。照射后6小時即能觀察到小腸組織的損傷,但總體來說72小時病變更為明顯直接。2Gy組和對照組的小腸組織沒有明顯不同,5Gy組觀察到小腸黏膜面基本平滑,絨毛和皺襞消失,腸壁變薄,小血管擴(kuò)張、水腫和充血、出血、血淤滯、微血栓、有散在小片狀或點(diǎn)狀出血。8Gy及11Gy出血多呈斑點(diǎn)狀,發(fā)生廣泛或彌漫性出血,有1只動物觀察到腸道大量出血性積聚和血凝塊。14Gy組所有動物都出現(xiàn)腸黏膜面大范圍的彌漫性出血或腸腔內(nèi)積血,絨毛上皮發(fā)生廣泛壞死,黏膜枯萎,腸絨毛裸露。病理結(jié)果的半定量積分評估分析,發(fā)現(xiàn)病理積分隨著劑量的增加明顯增加,劑量效應(yīng)大于時間效應(yīng)。電鏡觀察淋巴結(jié)細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)在11Gy之前組均顯示典型的凋亡細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)。例如,濃縮的染色質(zhì)及早期染色質(zhì)邊緣集中,中期典型的新月體和環(huán)狀染色質(zhì),細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器緊貼,晚期細(xì)胞皺縮及凋亡小體。電鏡下可見其變化主要表現(xiàn)為細(xì)胞核異常(核固縮；核破裂、核溶解等改變,異染色質(zhì)邊緣化,異染色質(zhì)增多或減少)、小腸絨毛缺失。且變化程度均隨放射劑量的增加而增加。11-14Gy的形態(tài)學(xué)結(jié)果顯示除了凋亡,組織主要顯示出壞死的典型特征。 第二章PET/CT在急性輻射病中的應(yīng)用探索 照射劑量因素及觀察時間點(diǎn)因素對小腸FDG攝取的影響具有顯著性。劑量因素、時間因素及兩者的交互效應(yīng)p值均小于0.05)固定時間因素可知：放射后6小時,2Gy組(1.15±0.16)、5Gy組(1.36±0.18)SUV值相較于對照組(1.16±0.26)無統(tǒng)計學(xué)差異(2、5Gy組vs對照組,p值均0.05),8Gy組(2.56±0.38)、11Gy組(2.81±0.28)、14Gy組(1.47±0.31)SUV值均高于對照組(1.16±0.26)有統(tǒng)計學(xué)差異,11Gy時達(dá)到最高點(diǎn)。 放射后24小時,2Gy組(1。19±0.15)、5Gy組(2.25±0.16)、8Gy組(4.25±0.32)SUV值較對照組是依次升高的趨勢(5、8Gy組vs對照組,p值均小于0.05),這個時間點(diǎn)SUV值的最高點(diǎn)出現(xiàn)在8Gy,11Gy組(2.20±0.12)開始低于8Gy、14Gy組(0.76±0.14)SUV值更下降到低于對照組(11Gy組、14Gy組vs對照組p值均小于0.05)。各劑量組之間比較有統(tǒng)計學(xué)差異(2Gy組vs5Gy組、5Gy組vs8Gy組、8Gy組vs11Gy組,所有p值均小于0.01),但11Gy組及14Gy組間并無統(tǒng)計學(xué)差異(11Gy組vs14Gy組,p值大于0.05)；總體來說24h時間點(diǎn),SUV值的最高點(diǎn)出現(xiàn)在8Gy,低于8Gy時SUV值隨劑量的增加而升高,高于8Gy隨著劑量的升高而降低。 放射后72小時,2Gy組(1.84±0.24)、5Gy組(2.93±0.43)SUV值較對照組(1.16±0.10)明顯升高(2、5Gy組vs對照組,p值均0.05),8Gy組(7.03±0.91)、11Gy組(4.09±0.43)SUV值高于對照組且有統(tǒng)計學(xué)差異,反之,14Gy組(0.42±0.09)SUV值明顯低于對照組(11、14Gy組vs對照組,p值均0.05),但11、14Gy組SUV值無統(tǒng)計學(xué)差異(11Gy vs.14Gy, p0.05).固定劑量因素可知：放射劑量為2、5、8Gy時,FDG攝取在放射后24及72小時均高于放射后6小時。其變化趨勢為放射后24小時FDG攝取72小時6小時。放射劑量為11、14Gy時,FDG攝取隨觀察時間的延長而進(jìn)行性降低。 第三章急性輻射病的能量代謝損傷 電鏡下放射后72小時小腸超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,其變化主要表現(xiàn)為細(xì)胞核異常(核固縮；異染色質(zhì)邊緣化；異染色質(zhì)增多或減少)、線粒體擴(kuò)張及空泡化。酶活結(jié)果表明,復(fù)合酶物Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ輻射后72小時的趨勢大致相同。復(fù)合物酶Ⅰ各實(shí)驗組與對照組均有顯著性差異(P值0.05),在2-8Gy酶活性明顯降低,2Gy,5Gy,8Gy組之間有顯著性差異(P值0.05),8Gy,11Gy,14Gy組之間無差異；復(fù)合物酶Ⅱ2Gy與對照組無顯著性差異,2G,5Gy,8Gy組之間有顯著性差異(P值0.05),8Gy,11Gy,14Gy組之間無差異；復(fù)合物酶Ⅲ2Gy與對照組有顯著性差異(P值0.05),其余組與對照組的顯著性P值0.01,2Gy與5Gy之間的差異P值小于0.01,5Gy和8Gy組之間有顯著性差異(P0.05),8Gy,11Gy,14Gy組之間無差異；復(fù)合物酶Ⅳ的變化與復(fù)合酶Ⅱ相似,低劑量輻射時,無顯著性變化,從5Gy開始有明顯下降,最明顯的變化出現(xiàn)在2-5Gy之間(P0.01)。與對照組比較,實(shí)驗組兩條呼吸鏈R3、P/0及RCR均隨著劑量的增加顯著降低,R4隨著劑量增加而增加,說明輻射導(dǎo)致小型豬小腸線粒體呼吸功能下降,氧化磷酸化偶聯(lián)作用松弛。8Gy以下,各組組間變化明顯,超過8Gy之后,呼吸功能無明顯變化。不同放射劑量X線輻射后72小時小腸ATP、ADP、AMP和TAN含量(nmol/g濕重)均有顯著變化且變化各具特點(diǎn)。(p值均小于0.01)我們發(fā)現(xiàn)ATP、ADP和TAN含量在2Gy到8Gy之間隨著輻射劑量的增加而降低,顯示出劑量效應(yīng),而8Gy之后各組腺苷酸含量之間的無統(tǒng)計差異。小腸線粒體能量物質(zhì)與DNA的比值與單位濕重能量物質(zhì)的含量趨勢一致,表明能量代謝是細(xì)胞損傷的機(jī)制之一。單位濕重小腸能量物質(zhì)含量與單位DNA能量物質(zhì)含量與病理積分的相關(guān)性比單位濕重能量物質(zhì)的變化和病理改變更加緊密。各能量物質(zhì)中,TAN含量的改變和病理變化相關(guān)性最高。RT-PCR結(jié)果表明,與線粒體相關(guān)的13個基因在輻射后72小時的趨勢大致相同。各實(shí)驗組的表達(dá)量均與對照組顯著差異,低于8Gy,各劑量組之間顯著性差異,各基因的表達(dá)量明顯大幅度降低,顯示出劑量效應(yīng)。8Gy組的表達(dá)量僅為正常組的20%左右,而高于8Gy的實(shí)驗組之間無顯著性差異。 結(jié)論： 第一章西藏小型豬急性輻射病模型的建立 1、我們在2Gy-14Gy的輻射區(qū)間內(nèi)成功復(fù)制出西藏小型豬不同劑量的急性輻射病模型,小型豬輻射后外周血淋巴細(xì)胞計數(shù)、細(xì)胞凋亡率、病理變化和人類急性輻射病癥狀非常相似,可以作為急性輻射病的動物模型。 2、根據(jù)病理和超顯微結(jié)構(gòu)的觀察,西藏小型豬不同劑量的急性輻射病的損傷機(jī)制存在不同,有待進(jìn)一步的探索。 第二章PET/CT在急性輻射病中的應(yīng)用探索 1、不同時間點(diǎn),PET/CT檢測不同劑量組西藏小型豬急性輻射病模型,SUV值的趨勢相同,均為先上升,再下降。拐點(diǎn)位置在8Gy。結(jié)合患者的臨床癥狀,SUV值可作為急性輻射病診斷和預(yù)后的參考。 2、低劑量輻射后SUV值升高可能由于機(jī)體的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致,高劑量輻射后SUV值降低主要原因為機(jī)體遭到極大損傷,組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,出現(xiàn)壞死,生物體能量代謝障礙。 第三章急性輻射病的能量代謝損傷 輻射導(dǎo)致小腸線粒體能量生成障礙的發(fā)生是多環(huán)節(jié)、多組分共同作用的結(jié)果,輻射劑量低時,能量代謝仍能維持一定水平時,但沒有完全失衡,細(xì)胞功能仍有恢復(fù)的可能；當(dāng)能量物質(zhì)下降到一定程度時,恢復(fù)的幾率大大降低。呼吸鏈復(fù)合物酶活性的降低、氧化與磷酸化脫偶聯(lián)加強(qiáng)、呼吸功能降低,mt DNA的損傷以及能量物質(zhì)的改變等,均起一定的作用,這些組分均可能成為提高輻射后線粒體能量生成效率的有效干預(yù)靶點(diǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R-332;R818

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1 王玉玨;西藏小型豬急性輻射損傷模型的建立及腸損傷機(jī)制的相關(guān)研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2013年

2 袁慶海;高性能CT在心臟掃描中的劑量測量與分析[D];吉林大學(xué);2011年

3 郭明章;仲景方用藥劑量古今折算及配伍比例的研究[D];北京中醫(yī)藥大學(xué);2009年

4 黃英杰;《傷寒論》用藥劑量及其相關(guān)問題的研究[D];北京中醫(yī)藥大學(xué);2007年

5 劉舟;復(fù)方中影響麻黃功效發(fā)揮的多因素研究[D];成都中醫(yī)藥大學(xué);2008年

6 王石;吸煙相關(guān)劑量鎘致大鼠肝臟損傷的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D];吉林大學(xué);2010年

7 楊澤民;脾虛證物質(zhì)能量代謝基因差異表達(dá)及其生物信息分析[D];廣州中醫(yī)藥大學(xué);2012年

8 姜聲揚(yáng);X射線輻照后對中樞海馬組織損傷作用研究[D];蘇州大學(xué);2012年

9 仇煥容;抗氧化劑對靜脈麻醉藥的增效作用研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2012年

10 王桐生;柴胡疏肝解郁功用與其用量及配伍關(guān)系研究[D];北京中醫(yī)藥大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡博奇;64排CT胰腺低劑量應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2010年

2 劉建偉;64排，，320排CT在心臟掃描中的劑量對比研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 黨永明;嚴(yán)重?zé)齻腿毖鹾笮募IF-1α的變化及其作用研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2004年

4 張黎;甲醛對小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性的研究[D];吉林大學(xué);2005年

5 隋紹娟;應(yīng)激與日糧能量類型對肉雞肉品質(zhì)的影響[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

6 李望;骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對心肌梗死大鼠能量代謝關(guān)鍵酶的影響及其意義探討[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2009年

7 郝岱峰;燒傷后能量代謝改變和病理過程及早期切痂調(diào)控的實(shí)驗研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院;2002年

8 馬媚;不同能量蛋白水平日糧對奶牛能量代謝及生產(chǎn)性能的影響[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

9 曾芳;電針對老年性癡呆模型大鼠海馬線粒體酶活性的影響研究[D];成都中醫(yī)藥大學(xué);2005年

10 高英麗;早期腸內(nèi)營養(yǎng)預(yù)防大鼠重型顱腦損傷后急性胃黏膜損傷的實(shí)驗研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2005年

本文編號：2151901