125I 放射性粒子气管支架对犬气管及周围组织放射性损伤的实验研究

张梦琦，魏 宁，祖茂衡，徐 浩，巢惠民

气管支架置入术作为一种急救措施，能够迅速缓解患者呼吸困难的症状［1］，但单纯的气管支架只能姑息性解除或改善患者的呼吸障碍，并没有对原发疾病治疗，125I 放射性粒子组织间植入对肿瘤的治疗作用已被临床证实。 本研究将成熟的气管支架置入技术和125I 放射性粒子组织间植入技术进行整合，旨在通过动物实验评估125I 放射性粒子气管支架的可行性、安全性，为其临床应用提供动物实验基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物 由徐州医科大学动物实验中心提供的健康成年杂种犬24 只，雌雄不限，犬龄18～24个月，平均体重（12.98±1.53） kg。 实验犬随机分为两组，即实验组（12 只）和对照组（12 只），每组再随机分为 3 个亚组（2 个月组、3 个月组、4 个月组），每亚组 4 只。

1.1.2 仪器和设备 ①125I 放射性粒子密封籽源由宁波君安药业科技有限公司提供，半衰期为59.6 d，放射源表观活度为 0.7 mCi±5%（25.9 MBq±5%）。 对照组空粒子，其大小、形状与0.7mCi 粒子一致，无放射性。 ②南京微创医学科技有限公司提供的镍钛记忆合金气管支架。 ③美国GE 公司生产的INNOVA 4100 型 DSA 机。

1.2 方法

1.2.1 植入方法 均匀缝制2 排4 列共8 个粒子鞘于气管支架上，将125I 放射性粒子（对照组为空粒子）装入粒子鞘中并置入75%乙醇溶液浸泡30 min，随后将支架装载入支架置入器中备用。 给予实验犬腹腔注射 3% 戊巴比妥钠（1 mL/kg）进行全麻。 在DSA 透视下将超滑导丝和单弯导管配合经犬口送入气管、主支气管，交换加强导丝，在导丝引导下插入支架置入器，在X 线的监视下将支架中段定位于实验犬气管中段，左旋安全锁螺栓，固定后手柄并缓慢后撤前手柄释放支架。

1.2.2 观察指标 ①一般清况及影像学检查：观察实验犬能否存活、有无呼吸困难、咳嗽程度及持续时间、 有无发声异常、 进食异常等一般清况。 行DSA-CT 并进行气管三维重建明确支架位置和扩张清况，SPECT/CT 观察粒子有无脱落及放射性活度是否均匀。 术后观察期满 2、3 和 4 个月时，复查DSA-CT 和SPECT/CT 了解气管及粒子位置变化。②组织病理学检查：观察期满2、3 和4 个月时处死实验犬，肉眼观察气管、食管、主动脉弓的变化。 行石蜡包块和HE 染色，用光镜观察。对损伤严重程度根据改进后 Schmidt 评分标准［2］进行评分。 炎症：以高倍视野计，每5 个炎症细胞计1 分，＞35 个计4 分。细胞坏死：以高倍视野计，每5 个坏死细胞计1 分，同时存在局灶融合坏死计3 分，同时见广泛融合坏死计4 分。 水肿：胞质内含粉红色颗粒为轻度计1分，胞质内粉红色颗粒少、甚至消失为中度计2 分，胞质内无粉红色颗粒为重度计3 分。 出血：无出血计0 分，有出血计1 分。 气管、食管分为黏膜层、黏膜下层、肌层和外膜，血管分为内膜层、中膜层和外膜，各组织各层评分累加。 ③电镜下观察：在活体取粒子中央部位大小约1 mm3实验犬气管标本送电镜室，观察气管壁超微结构的病理变化。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 实验犬一般清况

所有实验犬均成功置入气管支架，支架置入成功率100%，围手术期及随访观察期间无动物死亡。所有实验犬均正常饮食、活动，发声无改变，活动或休息时无喘鸣，体重无减轻。

2.2 DSA-CT 检查结果

气管中段金属支架影，支架 0、3、6、9 点可见点状金属更高密度影，周围见伪影。 随观察期延长，管腔内软组织密度影逐渐增厚（见图1）。

2.3 SPECT/CT 检查结果

图1 支架置入后DSA-CT 及局部放大图

实验组可示粒子周围放射性浓聚影，对照组则无（见图2）。SPECT/CT 随防观察到实验组有1 例发生粒子脱落，粒子位于胃前壁内，复查时发现粒子已排出，其他实验犬均未发现粒子掉落。

图2 SPECT/CT 检查结果图

2.4 组织肉眼观察

2.4.1 气管组织 两组实验犬气管损伤程度随观察时间延长发生变化，两组间无明显差异。 2 个月时气管支架剥离顺利，管腔无明显增厚，气管黏膜上皮连续，无穿孔及坏死，气管软骨环完整，未见破坏，气管内壁可见少许充血；3 个月时支架剥离稍困难，气管腔内见少量增生组织，与支架连为一体，气管软骨环完整，未见破坏，气管壁可见充血；4 个月时支架剥离困难，气管内明显增生组织，可见少许淡黄色脓液，气管壁明显充血水肿，气管软骨环完整，未见破坏。

2.4.2 周围组织 食管外膜光整，内部黏膜连续，未见出血、水肿、分泌物或溃疡形成；主动脉弓血管内膜、外膜均完整，无增厚、出血、坏死；肺组织无肿大，形态规则，呈浅红色，质柔软呈海绵状，富有弹性。

2.5 光镜下组织观察

实验组与对照组病理改变相似。 2 个月时气管黏膜层、黏膜下层可见少量炎性细胞浸润，高倍视野下大部分10 个炎性细胞部分坏死细胞，无显著水肿，胞质内含粉红色颗粒，可见少许红细胞浸润。气管肌层和外膜结构完整，无炎症、出血、细胞坏死及水肿。3 个月时气管黏膜可见少许肉芽组织增生。黏膜层、黏膜下层可见部分炎性细胞浸润，高倍视野下大部分＞10 个炎性细胞，可见局灶性融合坏死及出血。胞质内粉红色颗粒少。4 个月时气管黏膜见肉芽组织增生。 气管黏膜、黏膜下层大量炎性细胞浸润，高位视野下＞35 个炎性细胞，可见广泛融合坏死，见红细胞浸润，胞质内粉红色颗粒更少，甚至消失。 支架置入后各观察期食管、主动脉弓、肺组织均无明显异常（见图3）。

2.6 损伤评分及对比

两组实验犬气管组织的损伤程度随观察时间延长损伤加重，4 个月组损伤严重程度高于3 个月组，3 个月组损伤严重程度高于2 个月组，差异有统计学意义（P＜0.05）。但实验组和对照组各亚组间对比，损伤程度相似，差异无统计学意义（P＞0.05）。结果见附表1。

表1 24 只实验犬气管损伤评分

表1 24 只实验犬气管损伤评分

组别 2 个月组 3 个月组 4 个月组实验组 8.50±1.29 16.75±1.71 28.25±1.71对照组 7.25±1.89 16.50±2.65 32.50±5.45 P 值 0.317 0.879 0.187

2.7 电镜下组织观察

随观察期延长，实验犬气管标本细胞变形加重。 细胞内有异物进入，细胞行使吞噬功能，细胞核不圆润、不饱满，严重变形，细胞内有大量空泡结构，未见有大量高尔基体和内质网（见图4）。

3 讨论

图 3 气管、周围组织病理（×100，HE）

图4 实验犬气管电镜检查结果（×10000）

近年来，125I 放射性粒子组织间植入在各种恶性肿瘤的治疗中应用广泛［3］，郭金和等［4］将食管内照射支架置入晚期食管癌病变狭窄部位，取得了较好的临床效果。苏鲁等［5］对比了附有125I 放射性粒子的食管支架和普通食管支架，其生存期为10.5 个月，明显高于普通支架的4.4 个月，充分证明了其扩张食管改善吞咽困难和对肿瘤进行组织间放疗的双重作用。 大量的临床资料研究证实了125I 粒子在临床应用的安全性和有效性，为本实验研究提供了可靠的理论依据。 但气管支架和125I 放射性粒子的有机融合是否安全、可行，以及能否取得比普通气管支架更高的临床疗效，尚需临床和基础实验验证。

临床常用的125I 放射性粒子活度约在0.4～1.1 mCi，粒子的剂量可能影响其放射性损伤的大小。 有报道称胆管壁的放射性损伤随着放射活度的增加也从黏膜表面到肌层到外膜逐渐加重，放射性活度达到10 mCi 时胆管出现全层坏死穿孔［6］。而朱世宏［7］研究表明支架放射活度高达 13.1 mCi（4.85×108 Bq）时放射损伤可达平滑肌层和气管软骨膜，而外膜不受损伤。 李义生等［8］研究表明粒子活度是影响粒子植入治疗食管鳞癌的预后因素之一，而0.5～0.7 mCi 最为安全可靠，可明显改善患者预后，所以本实验选用的125I 放射性粒子活度为0.7 mCi是符合实验要求的。而且125I 放射性粒子植入恶性肿瘤的疗效不仅取决于粒子的放射性活度，还与粒子的种类、 周边匹配剂量（matched peripheral dose，MPD）和 肿 瘤 病 理 类 型 有 关［9］，本 实 验 的 MPD 在40Gy 左右，在临床应用过程中，可根据肿瘤的分布采用计算机三维治疗计划系统（TPS） 制定治疗计划，依据TPS 所制定的剂量计算出所需粒子数量及总活度［10］。125I 放射性粒子的放射性呈距离衰减，有效范围为17 mm，所以本实验选择在18 mm×50 mm支架排放上两排粒子，每排4 个均匀排列，尽量使放射性活度分布均匀。 装载支架过程中发现原来装普通支架的鞘内放入带有粒子的支架会比较困难，但考虑到大部分肿瘤患者置入支架时气管狭窄程度较高，且肿瘤组织脆弱易出血，固认为支架鞘直径可以根据患者气管狭窄程度在适当的范围内增宽。考虑到安全和配合问题，在临床实践时可考虑使用魏宁等［11］报道的局麻下“双管法”支架释放技术，先放置“通气导管”于一侧支气管内以保障患者被动供氧通气，缓解呼吸困难［12］。在结合术前CT、气管三维等影像学检查的基础上，于DSA透视下精准定位，释放自膨式支架。如有支气管镜配合置入将缩短患者透视时间，且更加安全，但操作复杂，对操作者操作技能要求很高。

本实验较长的观察期为120 d，为125I 放射性粒子2 个半衰期，在整个实验期间可发现，随着时间的延长，气管壁损伤的程度逐渐加重，层次逐渐加深，但在最长的观察期时都没有发生气管壁全层坏死或穿孔。另外，实验组较对照组气管的损伤程度并无明显区别，考虑气管壁的损伤可能主要由金属支架置入后对气管壁的持续外力作用和慢性刺激作用致气管壁黏膜受损和肉芽组织过度增生，而125I 放射性粒子的放射性损伤较小。 诸多文献报道，125I 放射性粒子植入肿瘤病灶周围或中心时，通过微型放射源持续释放低能量的χ 射线和γ 射线，抑制和杀灭进入活跃期的肿瘤细胞，从而有效控制局部肿瘤的发展［13-17］。 由于单个粒子放射量小、放射距离短，在对肿瘤组织进行持续性、小剂量、长时间照射的同时，对周围正常组织不造成损伤或仅有微小损伤，临床应用较为安全、可靠。本实验也进一步证明了此观点，但是考虑到组间差异和个体差异，此结论仍需进一步动物实验进行探讨。

本实验在术后及观察期满时均行SPECT/CT检查，SPECT 的γ 相机探头可以探测从患者体内发射的141 keV γ 射线，而125I 放射性粒子发出的γ 射线能量为27～35 keV，在全身骨显像时粒子发出的γ 射线可被探测。 本实验中所有粒子均有显像，并且探测到1 例粒子掉落，其定位清楚。 国内外鲜有相关文献报导，张宏涛等［18］在病例报告中用SPECT/CT 检测了浅表组织植入粒子，并质疑粒子植入相对较深的位置成像效果是否会受到影响，本研究证明并无影响。 对于恶性气管狭窄粒子支架置入术后患者来说，SPECT/CT 不仅能起到评估粒子植入的剂量分布和检测粒子是否掉落的作用，还能早期发现恶性肿瘤转移灶，应该获得更多临床医生的关注。希望相关临床研究能继续探索，充分利用SPECT/CT 的影像诊断功能和临床指导效用。

本实验中1 只实验犬粒子掉落于胃中，有CT证明粒子附于胃壁内，并且在第2 次复查时消失，可能的原因是随消化道排出体外。 考虑可能是粒子掉落于气管中，实验犬咳嗽并吞咽入消化道。 粒子装载和释放过程，粒子鞘本两端均有开口，且粒子鞘内径大于粒子直径，粒子在外力作用下确实容易脱落，可以考虑使用生物胶在其放入粒子鞘后固定于鞘内，使其与粒子鞘和支架粘为一体。 使用涂层式放射性物质作为放射源或使用具有放射性的材料编织支架，这些只是笔者的设想，有待临床和基础进一步实验。

目前关于125I 放射性粒子气管支架的临床和基础实验研究均较少，考虑到其极高的临床应用价值，应该受到临床和材料研究者的广泛关注，将125I放射性粒子气管支架与可回收支架、 药物洗脱支架、生物降解材料支架等新型支架进行多方面的整合，可能会制造出更具有临床价值的新产品，有待进一步大量实验研究。

综上所述，在常用临床剂量下，125I 放射性粒子气管支架对实验犬气管及粒子辐射范围内的周围组织所产生的放射性损伤较轻，125I 放射性粒子气管支架在实验犬气管中置入是安全的、 可行的，SPECT/CT 可以评估粒子植入的剂量分布和检测粒子是否掉落。