實驗犬放射性心臟損傷模型建立與評價1）

宋建波，閆 蕊，侯彥杰，張國良，鄢 敏，李思進

放射性心臟損傷（Radiation induced heart disease，RIHD）是由胸部腫瘤放療引起的遲發性不良反應之一。20世紀90年代臨床回顧研究發現乳腺癌和霍奇金淋巴瘤等惡性腫瘤患者放療后心臟病病死率明顯高于正常人，這一問題逐漸引起放療專家廣泛關注［1，2］。以往文獻報道的動物模型大多采用小鼠、大鼠或兔子等，本研究選用實驗犬作為研究對象，由于其心臟解剖結構與人相似，不容易死亡，并可以行影像學檢查等特點，可為后續研究提供穩定可靠的實驗動物模型。

1 材料與方法

1.1 動物處理 取健康成年雄性1歲齡比格犬8只，體重（12.00±0.67）kg，安徽省阜陽市維光實驗動物中心提供，中國輻射防護院動物中心對實驗犬標準化飼養，試驗中所有麻醉劑均使用戊巴比妥鈉。

1.2 PET／CT代謝顯像方法 顯像劑18F-FDG由住友加速器（HM-10）全自動化合成，產物經過 HPLC分析，放化純＞95%可以使用。實驗犬禁食12 h后經靜脈推注50%葡萄糖（1 g／kg），半小時后麻醉并靜脈注射222 MBq 18F-FDG，靜息45 min后行PET-CT顯像（GE Discovery VCT）。首先以CT Scout像定位心臟，并以心臟為中心掃描，先行CT掃描，然后使用3D心電門控模式數據采集，矩陣128×128，采集時間約為10 min。之后1周行心肌照射，照射后3個月以上述相同方法行18FFDG顯像。

1.3 照射方法 實驗犬麻醉后取仰臥位真空墊體位固定，增強CT模擬定位掃描（GE Discovery VCT），照射結束后將圖像傳至Varian eclipse TPS系統，勾畫左室前壁作為照射靶區，靶區約占左室室壁體積的1／4～1／3，制定調強放療計劃，照射劑量為單次20Gy。計劃設計完成后，實驗犬以模擬掃描相同體位在直線加速器（Varian Clinac IX）上進行擺位固定，錐形束CT（CBCT）掃描進行位置驗證，位置驗證合格后執行照射，射線能量為6MV-X線。

1.4 圖像處理和分析 使用同機CT數據對PET圖像進行衰減校正、圖像重建和融合后將數據傳至Xeleris 4.3工作站進行圖像分析，結果判斷由兩位有經驗的核醫學醫師雙盲法閱片，比較照射前后心肌代謝變化情況。分別在前壁照射區和側壁、間壁非照射區勾畫感興趣區（ROI）并測定標準化攝取值（SUV），做放療前后照射區／非照射區（SUVig／SUVnig）定量分析。

1.5 病理學檢查 常規麻醉后用10%KCl 5 m L心腔直接注射處死動物，肉眼觀察心肌變化情況，取照射區與非照射區心肌浸于3.7%福爾馬林液中，擇期石蠟包埋切片病理觀察心肌血管損傷情況，行HE染色，用光學顯微鏡以不同倍數觀察。

2 結 果

2.1 一般情況 8只比格犬均完成整個實驗過程，放療前后飲食、體重、毛發色澤及精神狀態無明顯變化。放射治療過程順利，在線CBCT分析誤差均未超過5 mm。

2.2 心肌18F-FDG代謝情況

2.2.1 圖像分析 放療前8只比格犬心肌攝取18F-FDG均勻清晰，未觀察到明顯放射性攝取增高減低區。放療后3個月心臟攝取18F-FDG不均勻，左心室前壁及心尖部放射性節段性攝取增高，水平軸重建并與CT融合后可觀察到與放射靶區一致的攝取增高區。

2.2.2 SUVig／SUVnig定量分析 照射后實驗犬左心室前壁和心尖照射區標準化攝取比值均大于照射前，照射前后SUV比值差異有統計學意義（P＜0.001）。詳見表1。

表1 實驗犬照射前后SUVig／SUVnig比值

2.3 病理學結果 處死實驗犬暴露心臟后肉眼觀察，8只實驗犬均可見照射區外表蒼白，一只出現心包積液，一只照射區局部心包粘連，橫斷切開心肌，可見照射野處質硬，呈灰白瘢痕狀，病理觀察照射區心肌可見退變及局灶性壞死，血管腫脹，周圍向外滲透，與未照射區有明顯差異。病理HE染色與未照射區相比，照射區心肌可見退變及局灶性壞死，血管腫脹，內壁不規整，周圍向外滲透，有纖維形成。

3 討 論

放射治療是腫瘤治療的主要手段，食管下端、縱隔、左側乳腺等胸部腫瘤放療過程中即使采用調強放射治療、圖像引導放療等先進技術也不可避免會使心臟受一定程度照射。RIHD是一種遠期副反應，癥狀主要表現在心包及心肌纖維化、加速冠狀動脈粥樣硬化形成、心臟傳導阻滯及心瓣膜損傷［3］。已往多為放療后患者隨訪研究，受個體差異、治療方式、隨訪時間等多因素影響，而在實際臨床工作中，很難將RIHD表現出來的臨床癥狀與其他心臟疾病鑒別，目前尚沒有對RIHD無創性早期檢測的報告，有文獻報道胸部放療數月后照射野內心臟FDG攝取率增高，提示可能與心肌損傷相關［4］。但這些研究中患者腫瘤位置各異，心臟受照部位及劑量／體積不同，且部分患者接受了化療以及伴有高血壓、高血脂、吸煙等常規心臟疾病高風險因素影響，增加了分析研究難度。筆者在臨床工作中也發現部分胸部腫瘤放療后患者18F-FDG復查時心臟FDG分布不均，本實驗便是嘗試分析單因素心臟局部照射后病理改變與18F-FDG糖代謝變化情況，構建RIHD模型及無創評估方法，可為進一步研究RIHD提供良好的研究平臺。

一直以來，用來研究RIHD的主要實驗動物為嚙齒類動物［5，6］，雖然易于獲得，生命力頑強，費用少，但心臟體積太小，照射時很難將其分為照射區和非照射區，這樣不利于對照研究；也有報道使用兔子作為研究對象［7］，由于兔子對實驗條件要求較苛刻，死亡率高，易造成實驗數據缺失；本研究以實驗比格犬作為研究對象，由于其心臟與人解剖結構相似，不容易死亡，可以應用臨床大型的醫學儀器直接檢測，更好地模擬人類的RIHD。RIHD動物模型制備放射劑量應大于20Gy，實驗鼠研究表明，劑量取10Gy照射心臟損傷進展緩慢，雖有病理心肌損傷改變，但生存期內不出現心力衰竭癥狀；心臟受照劑量＞15Gy會引起有癥狀的心臟損傷，生存期內會出現充血性心衰；單次劑量20Gy照射可引起不可逆的心臟損傷，減少動物生存期。常用照射劑量為單次5 Gy～25 Gy照射或分次照射如9Gy／次×5次等，以單次照射常見，因為單次照射可以在較短時間內誘發與分次累積劑量照射等效的放射性損傷，有利于實驗操作減少多次擺位誤差并縮短實驗前期的等待時間等優勢。本實驗照射采用CT模擬定位，圖像引導放療進一步保證了照射靶區的精確性，構建心臟局部放射損傷模型。

Lauk等［8］研究表明，放射導致微血管損傷主要源于放射線直接照射心肌內直徑小于0.2 mm微血管的內皮細胞，引起毛細血管損傷，最終導致心臟和心肌纖維化。Fajardo等［9］研究表明輻射加速了粥樣硬化斑塊的形成，且隨著照射劑量的增加，斑塊內出血和炎性細胞浸潤的幾率增加，因此，更容易引起斑塊破裂，血栓形成。本實驗雖無動態觀測病理，但3個月HE染色結果顯示照射野小血管腫脹，內壁不規整有斑塊形成，血管周圍外滲有纖維形成，基本與同類報道類似。18F-FDG是一種葡萄糖的類似物，為目前應用最廣泛的正電子顯像劑，具有靈敏度、特異性好，臨床檢出率高以及可單次全身顯像等優點，多用于腫瘤患者早期檢出、規范分期、放化療預后評價等，同時也被廣泛應用存活心肌顯像［10］。糖負荷下行照射后心肌18F-FDG顯像，由于心肌照射區局部毛細血管損傷，影響心肌血供，限制脂肪酸代謝，無氧糖酵解增加，放射區域心肌攝取18F-FDG增加。所以對18F-FDG的攝取程度一定程度上可反映了該處心肌的損傷水平，可能作為RIHD無創性早期檢測的手段。本研究便是基于該理論假設設計，實驗結果顯示照射后3個月實驗犬前壁照射區心肌代謝增高，可發現與照射野一致的代謝增高區，驗證了心肌18F-FDG顯像可早期檢測心肌輻射損傷。

綜上所述，采用20Gy對實驗犬心臟前壁照射可以成功構建局部RIHD模型，18F-FDG心肌代謝顯像可作為無創性評價RIHD模型是否構建成功的檢測手段，這將為進一步深入研究RIHD提供良好的研究平臺。

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［10］ 張曉麗，劉秀杰，吳清玉，等.18F-FDG心肌PET顯像檢測存活心肌的臨床評價［J］.中華核醫學雜志，1998（4）：196.