γ射线低剂量照射兔眼晶体损伤的实验观察
作者：汤喜成 胡椿枝 王慧君 曾爱萍
单位：汤喜成 胡椿枝 曾爱萍(430022 武汉，同济医科大学)；王慧君(实验医学中心)
关键词：γ射线；低剂量；晶体；TEM；SLM
中华放射医学与防护杂志000209 【摘要】 目的 探讨低剂量电离辐射对晶体的影响。方法 用25和50 cGy 60Co γ射线一次照射兔眼后，定期用透射电镜(TEM)和裂隙灯显微镜(SLM)观察晶体组织及形态学变化。结果 TEM观察到25和50 cGy照射后早期均有明显晶体上皮细胞损伤，表现为胞浆内粗面内质网、线粒体和高尔基氏器等膜性结构水肿及空泡变，细胞间和胞浆内明显水肿，大量空泡形成及层状小体增多。50 cGy组更明显。SLM观察发现两剂量组照射后5个月，其晶体后囊下均出现空泡状混浊，50 cGy组照射后11个月，其晶体后囊下及深层皮质出现烟雾状混浊。结论 本研究结果表明，25及50 cGy两低剂量照射后均有明显的晶体损伤。
, http://www.100md.com
Experimental observation of lens damage after low doses of γ-ray irradiation
to rabbit eyes
TANG Xicheng,HU Chunzhi,WANG Huijun,et al.
(Department of Ophthalmology,Union Hospital,Tongji Medical University,Wuhan 430022,China)
【Abstract】 Objective To investigate and evaluate low dose γ-ray radiation induced lens damage. Methods Both eyes of each rabbit were exposed to a single dose of 25 or 50 cGy γ-rays in two groups,respectively. Samples were examined by transmission electron microscopy (TEM) and slit lamp microscopy (SLM)after irradiation. Results Three days after 25 and 50 cGy irradiation,the epithelial cells of lens equatoral region showed marked swelling and many vacuoles formed in intercellular space and cytoplasm,and accompanied by increased multilamellar bodies. Five months after irradiation,SLM of both groups showed that the posterior subcapsule cortex exhibited clusters of vaculoes; 11 months after 50 cGy irradiation,the posterior subcapsule and deep cortex manifested marked cloudy opacities. Conclusion Low doses of γ-ray (25 and 50 cGy) irradiation can markedly damage lens of rabbits.
, 百拇医药
【Key words】 γ-rays; Low doses; Lens; Transmission electron microscope; Slit lamp microscope
在一个多世纪的电离辐射性晶体损伤的研究中，证实了晶体赤道部生发区上皮细胞损伤是放射性白内障的主要发病原因，其损伤程度因照射剂量而不同，即照射剂量越大越严重。目前认为200 cGy是致晶体损伤的最低辐射剂量，但看法不一[1-4]。为进一步了解作用机理，我们用25和50 cGy 60Co γ射线照射兔眼晶体后，进行了定期晶体超微结构和长期晶体形态变化的实验观察。现将初步观察到的情况报道如下。
材料和方法
1.实验动物：健康白色家兔15只，体重1～1.5 kg，随机分为25和50 cGy照射组，每组6只，正常对照组3只。照射前托品卡胺扩瞳查晶体及眼底正常。
, 百拇医药
2.照射条件：60Co γ射线，吸收剂量率31.08 cGy/min，双眼同时照射，照射野7 cm×5 cm，放射源距眼部75 cm，自制兔架固定制动，闭路电视监视。
3.透射电镜取材：局麻下玻璃体腔内注入2.5%戊二醛0.3 ml，摘出眼球后沿睫状体平部环形剪开巩膜分成前、后两半眼球放入2.5%戊二醛中固定24～48 h，分别作晶体赤道区、后囊及视网膜取材，组织块大小约2 mm×1 mm×1 mm各1～2块，2%蔗糖磷酸缓冲液冲洗，1%锇酸后固定2 h，逐级酒精脱水，Epon 812定位包埋超薄切片，醋酸铀及柠檬酸铅双重着色，OPON EM10c透射电镜(TEM)观察。取材时间分别在照射后3 d、1和11个月。
4.眼部活体观察，照射后每月托品卡胺扩瞳，苏州产裂隙灯显微镜观察晶体。
结 果
, 百拇医药 1.透射电镜观察
(1)正常晶体：晶体赤道部上皮细胞形态不规则，细胞之间连接紧密，胞浆丰富，其中含有丰富的线粒体和散在的粗面内质网及高尔基氏器，这些细胞器结构正常，细胞核形态不一，其边缘可有凸凹不平的切迹，核仁清晰可见(见图1)。
(2) 25 cGy组：照射后3 d，晶体赤道生发区上皮细胞之间连接松散，细胞间和细胞浆内明显水肿，并有大量细小空泡形成，胞浆内线粒体及内质网亦有轻度水肿及空泡变(见图2)。照射后1个月，其上述变化加重。
(3) 50 cGy组：照射后3 d，晶体赤道部生发区上皮细胞之间及胞浆内明显水肿，细胞间隙增宽，连接松散，有大量中等大小的空泡形成，胞浆内次级溶酶体形成的层状体增多，线粒体及内质网明显减少，细胞的游离缘微绒毛增多，呈绒毛化现象(见图3)。照射后11个月，晶体后极部囊下部分皮质纤维细胞可见明显水肿，细胞边缘的指状突消失，胞浆内线粒体变性，层状体形成及空泡变，部分纤维细胞间出现融合及纤维细胞萎缩(见图4)。照射后11个月的视网膜未见超微结构异常。
, 百拇医药
图1 对照组，正常兔眼晶体赤道生发区上皮细胞 ×5300 图2 25 cGy照射后3 d，上皮细胞间及胞浆内细小空泡形成，线粒体轻度水肿(箭头示)， ×4000 图3 50 cGy照射后3 d，晶体生发区上皮大量中等大小空泡形成(下箭头示)，线粒体减少，层状体增多(上箭头示)， ×4000 图4 50 cGy照射后11个月，后囊下纤维部分纤维水肿，纤维细胞指状突消失(下箭头示)，胞浆中线粒体水肿及空泡变(上箭头示)， ×1000
2.裂隙灯显微镜观察
(1) 25 cGy组：照射后5个月，晶体后囊下出现数个细小空泡(10个左右)，散在分布于后极区。此后，空泡稍有增多(15至20个)，继续观察2个月未见明显变化。
(2) 50 cGy组：照射后5个月，在晶体后囊下可见细小空泡形成(约15个左右)，分布在后极部1/2晶体半径范围以内。此后，空泡缓慢增多，并逐渐向后缝线周围集中形成点片状混浊。观察至照射后11个月，在后缝线边缘出现烟雾状混浊，但前囊下皮质未见异常，检查眼底无障碍及异常。
, 百拇医药
(3)对照组：在与照射组的同期检查中，未见到晶体及其他的组织学及形态异常。
讨 论
关于电离辐射性白内障的发病机理，Cogan[5]曾作了精辟论述，认为晶体赤道生发区上皮细胞在正常情况下不断地进行分裂增殖，用2 000 cGy的γ射线照射后，细胞核受损伤，引起变性，染色体畸形，核碎裂，细胞的有丝分裂抑制，这些受损伤而发生变性的上皮细胞移行并堆积在晶体后囊下，这时借助裂隙灯显微镜检查可见不透明的混浊斑点，如进一步发展，则形成晶体混浊。有关产生白内障的最低辐射剂量，Merriam[1]根据临床资料研究认为单次照射剂量为200 cGy，后又根据动物实验研究表明200 cGy以上可引起晶体上皮细胞核损伤[2]。吴彬等[6]通过动物实验研究认为γ射线致晶体上皮细胞性结构的广泛损伤，其损伤的阈剂量值可能在100 cGy以下。Worgul[3]研究认为γ射线照射兔眼晶体引起白内障的剂量为50 cGy以上，而Geereats[4]研究发现1 MeV X射线照射剂量25 cGy足以引起美国荷兰兔产生白内障，其潜伏期在4个月以上。本实验研究显示25和50 cGy两个实验照射组照射后早期，其晶体赤道生发区上皮细胞均有明显损伤，表现为细胞间和胞浆内出现水肿及空泡形成，胞浆内线粒体及内质网等膜性结构明显水肿，变性而形成较多层状小体，这些变化的两照射剂量组比较，则50 cGy组更为明显。有研究认为[6]这种以细胞膜性结构损伤为主要表现的晶体损伤，可能为小剂量照射后早期所特有的病理变化。结合我们的长期裂隙灯显微镜观察资料，在照射后5个月观察到的晶体后极部囊下空泡样混浊，50 cGy照射组较25 cGy的后囊下空泡数量稍多，并随诊观察至照射后11个月，发现在晶体后缝线周围观察到不妨碍眼底窥见的烟雾状混浊，这表明γ射线50 cGy照射后可以引起明显的放射性晶体混浊。本实验两个照射组均在照射后5个月出现晶体后囊下皮质空泡形成，这与过去报道的照射后出现晶体混浊变化的时间接近[4]。而在正常对照眼晶体则未发现类似变化。由于长期观察的标本少，观察的时间短，本研究的结果初步提示，γ射线一次照射致晶体损伤的最低剂量可能在25 cGy以下，而这些低剂量引起的晶体病变是否导致白内障，亦尚待进一步研究。
, 百拇医药
参考文献
1，Merriam GR,Focht EF. A clinical study of radiation cataract and relationships to dose. Am J Roentgenol,1957,77:759-785.
2，Worgul BV,Merriam GR. The lens epithelium and radiation cataract. Radiat Res,1980,84:115-121.
3，Worgul BV,Medvedovsky R,Merriam GR. Cataractogenesis in the X-irradiated rabbit eye. Curr Eye Res,1981,1:275-280.
4，Geereats MS,Harrel W,Guerry D,et al. Aging anomalies and radiation effect of the rabbit lens. Acta Ophthalmol,1965,43:3-21.
5，Cogan DG. Ocular effects of radiation. N Engl J Med,1958,259:517-521.
6，吴彬，胡椿枝. 60Co γ射线照射兔眼晶体后早期电镜改变.中华放射医学与防护杂志，1990，10：324-326.
(收稿日期：1999-05-11), 百拇医药
单位：汤喜成 胡椿枝 曾爱萍(430022 武汉，同济医科大学)；王慧君(实验医学中心)
关键词：γ射线；低剂量；晶体；TEM；SLM
中华放射医学与防护杂志000209 【摘要】 目的 探讨低剂量电离辐射对晶体的影响。方法 用25和50 cGy 60Co γ射线一次照射兔眼后，定期用透射电镜(TEM)和裂隙灯显微镜(SLM)观察晶体组织及形态学变化。结果 TEM观察到25和50 cGy照射后早期均有明显晶体上皮细胞损伤，表现为胞浆内粗面内质网、线粒体和高尔基氏器等膜性结构水肿及空泡变，细胞间和胞浆内明显水肿，大量空泡形成及层状小体增多。50 cGy组更明显。SLM观察发现两剂量组照射后5个月，其晶体后囊下均出现空泡状混浊，50 cGy组照射后11个月，其晶体后囊下及深层皮质出现烟雾状混浊。结论 本研究结果表明，25及50 cGy两低剂量照射后均有明显的晶体损伤。
, http://www.100md.com
Experimental observation of lens damage after low doses of γ-ray irradiation
to rabbit eyes
TANG Xicheng,HU Chunzhi,WANG Huijun,et al.
(Department of Ophthalmology,Union Hospital,Tongji Medical University,Wuhan 430022,China)
【Abstract】 Objective To investigate and evaluate low dose γ-ray radiation induced lens damage. Methods Both eyes of each rabbit were exposed to a single dose of 25 or 50 cGy γ-rays in two groups,respectively. Samples were examined by transmission electron microscopy (TEM) and slit lamp microscopy (SLM)after irradiation. Results Three days after 25 and 50 cGy irradiation,the epithelial cells of lens equatoral region showed marked swelling and many vacuoles formed in intercellular space and cytoplasm,and accompanied by increased multilamellar bodies. Five months after irradiation,SLM of both groups showed that the posterior subcapsule cortex exhibited clusters of vaculoes; 11 months after 50 cGy irradiation,the posterior subcapsule and deep cortex manifested marked cloudy opacities. Conclusion Low doses of γ-ray (25 and 50 cGy) irradiation can markedly damage lens of rabbits.
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【Key words】 γ-rays; Low doses; Lens; Transmission electron microscope; Slit lamp microscope
在一个多世纪的电离辐射性晶体损伤的研究中，证实了晶体赤道部生发区上皮细胞损伤是放射性白内障的主要发病原因，其损伤程度因照射剂量而不同，即照射剂量越大越严重。目前认为200 cGy是致晶体损伤的最低辐射剂量，但看法不一[1-4]。为进一步了解作用机理，我们用25和50 cGy 60Co γ射线照射兔眼晶体后，进行了定期晶体超微结构和长期晶体形态变化的实验观察。现将初步观察到的情况报道如下。
材料和方法
1.实验动物：健康白色家兔15只，体重1～1.5 kg，随机分为25和50 cGy照射组，每组6只，正常对照组3只。照射前托品卡胺扩瞳查晶体及眼底正常。
, 百拇医药
2.照射条件：60Co γ射线，吸收剂量率31.08 cGy/min，双眼同时照射，照射野7 cm×5 cm，放射源距眼部75 cm，自制兔架固定制动，闭路电视监视。
3.透射电镜取材：局麻下玻璃体腔内注入2.5%戊二醛0.3 ml，摘出眼球后沿睫状体平部环形剪开巩膜分成前、后两半眼球放入2.5%戊二醛中固定24～48 h，分别作晶体赤道区、后囊及视网膜取材，组织块大小约2 mm×1 mm×1 mm各1～2块，2%蔗糖磷酸缓冲液冲洗，1%锇酸后固定2 h，逐级酒精脱水，Epon 812定位包埋超薄切片，醋酸铀及柠檬酸铅双重着色，OPON EM10c透射电镜(TEM)观察。取材时间分别在照射后3 d、1和11个月。
4.眼部活体观察，照射后每月托品卡胺扩瞳，苏州产裂隙灯显微镜观察晶体。
结 果
, 百拇医药 1.透射电镜观察
(1)正常晶体：晶体赤道部上皮细胞形态不规则，细胞之间连接紧密，胞浆丰富，其中含有丰富的线粒体和散在的粗面内质网及高尔基氏器，这些细胞器结构正常，细胞核形态不一，其边缘可有凸凹不平的切迹，核仁清晰可见(见图1)。
(2) 25 cGy组：照射后3 d，晶体赤道生发区上皮细胞之间连接松散，细胞间和细胞浆内明显水肿，并有大量细小空泡形成，胞浆内线粒体及内质网亦有轻度水肿及空泡变(见图2)。照射后1个月，其上述变化加重。
(3) 50 cGy组：照射后3 d，晶体赤道部生发区上皮细胞之间及胞浆内明显水肿，细胞间隙增宽，连接松散，有大量中等大小的空泡形成，胞浆内次级溶酶体形成的层状体增多，线粒体及内质网明显减少，细胞的游离缘微绒毛增多，呈绒毛化现象(见图3)。照射后11个月，晶体后极部囊下部分皮质纤维细胞可见明显水肿，细胞边缘的指状突消失，胞浆内线粒体变性，层状体形成及空泡变，部分纤维细胞间出现融合及纤维细胞萎缩(见图4)。照射后11个月的视网膜未见超微结构异常。
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图1 对照组，正常兔眼晶体赤道生发区上皮细胞 ×5300 图2 25 cGy照射后3 d，上皮细胞间及胞浆内细小空泡形成，线粒体轻度水肿(箭头示)， ×4000 图3 50 cGy照射后3 d，晶体生发区上皮大量中等大小空泡形成(下箭头示)，线粒体减少，层状体增多(上箭头示)， ×4000 图4 50 cGy照射后11个月，后囊下纤维部分纤维水肿，纤维细胞指状突消失(下箭头示)，胞浆中线粒体水肿及空泡变(上箭头示)， ×1000
2.裂隙灯显微镜观察
(1) 25 cGy组：照射后5个月，晶体后囊下出现数个细小空泡(10个左右)，散在分布于后极区。此后，空泡稍有增多(15至20个)，继续观察2个月未见明显变化。
(2) 50 cGy组：照射后5个月，在晶体后囊下可见细小空泡形成(约15个左右)，分布在后极部1/2晶体半径范围以内。此后，空泡缓慢增多，并逐渐向后缝线周围集中形成点片状混浊。观察至照射后11个月，在后缝线边缘出现烟雾状混浊，但前囊下皮质未见异常，检查眼底无障碍及异常。
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(3)对照组：在与照射组的同期检查中，未见到晶体及其他的组织学及形态异常。
讨 论
关于电离辐射性白内障的发病机理，Cogan[5]曾作了精辟论述，认为晶体赤道生发区上皮细胞在正常情况下不断地进行分裂增殖，用2 000 cGy的γ射线照射后，细胞核受损伤，引起变性，染色体畸形，核碎裂，细胞的有丝分裂抑制，这些受损伤而发生变性的上皮细胞移行并堆积在晶体后囊下，这时借助裂隙灯显微镜检查可见不透明的混浊斑点，如进一步发展，则形成晶体混浊。有关产生白内障的最低辐射剂量，Merriam[1]根据临床资料研究认为单次照射剂量为200 cGy，后又根据动物实验研究表明200 cGy以上可引起晶体上皮细胞核损伤[2]。吴彬等[6]通过动物实验研究认为γ射线致晶体上皮细胞性结构的广泛损伤，其损伤的阈剂量值可能在100 cGy以下。Worgul[3]研究认为γ射线照射兔眼晶体引起白内障的剂量为50 cGy以上，而Geereats[4]研究发现1 MeV X射线照射剂量25 cGy足以引起美国荷兰兔产生白内障，其潜伏期在4个月以上。本实验研究显示25和50 cGy两个实验照射组照射后早期，其晶体赤道生发区上皮细胞均有明显损伤，表现为细胞间和胞浆内出现水肿及空泡形成，胞浆内线粒体及内质网等膜性结构明显水肿，变性而形成较多层状小体，这些变化的两照射剂量组比较，则50 cGy组更为明显。有研究认为[6]这种以细胞膜性结构损伤为主要表现的晶体损伤，可能为小剂量照射后早期所特有的病理变化。结合我们的长期裂隙灯显微镜观察资料，在照射后5个月观察到的晶体后极部囊下空泡样混浊，50 cGy照射组较25 cGy的后囊下空泡数量稍多，并随诊观察至照射后11个月，发现在晶体后缝线周围观察到不妨碍眼底窥见的烟雾状混浊，这表明γ射线50 cGy照射后可以引起明显的放射性晶体混浊。本实验两个照射组均在照射后5个月出现晶体后囊下皮质空泡形成，这与过去报道的照射后出现晶体混浊变化的时间接近[4]。而在正常对照眼晶体则未发现类似变化。由于长期观察的标本少，观察的时间短，本研究的结果初步提示，γ射线一次照射致晶体损伤的最低剂量可能在25 cGy以下，而这些低剂量引起的晶体病变是否导致白内障，亦尚待进一步研究。
, 百拇医药
参考文献
1，Merriam GR,Focht EF. A clinical study of radiation cataract and relationships to dose. Am J Roentgenol,1957,77:759-785.
2，Worgul BV,Merriam GR. The lens epithelium and radiation cataract. Radiat Res,1980,84:115-121.
3，Worgul BV,Medvedovsky R,Merriam GR. Cataractogenesis in the X-irradiated rabbit eye. Curr Eye Res,1981,1:275-280.
4，Geereats MS,Harrel W,Guerry D,et al. Aging anomalies and radiation effect of the rabbit lens. Acta Ophthalmol,1965,43:3-21.
5，Cogan DG. Ocular effects of radiation. N Engl J Med,1958,259:517-521.
6，吴彬，胡椿枝. 60Co γ射线照射兔眼晶体后早期电镜改变.中华放射医学与防护杂志，1990，10：324-326.
(收稿日期：1999-05-11), 百拇医药