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近年來激光醫學發展迅速,稱為新興熱門學科。概述了目前激光醫學的主要應用,分別詳細的介紹了低強度激光和高強度激光的生物學效應和主要應用方面,同時還對於激光應用於醫學的機理進行了分類的分析。結果表明,激光醫學有見效快、副作用小等優點,但仍存在很多不完善的地方等待探索。
1、前言
激光在醫療過程中所起的作用是一個復雜的物理、化學和生物過程,激光醫學作為目前較為活躍的一門綜合學科,在很多醫學領域有著極為廣泛的應用。臨床上使用的激光醫療設備不下百種,涵括了自紫外到紅外的各種波長,包含了連續、脈沖、、短脈沖、巨脈沖、超脈沖等多種輸出方式,根據作用激光強度的不同可以分為強激光和弱激光。其中強激光在臨床醫學中主要利用其熱效應和高能量性進行清除病變組織,而弱激光則用於生物刺激作用來調節機體免疫系統、神經系統、血液循環系統和新陳代謝系統等。
1.1激光的熱效應和非熱致汽化效應
不同波長、強度、作用時間的激光產生的熱效應不同,可瞬間產生幾十乃至幾百攝氏度,改變病變組織狀態,使之產生汽化、炭化、凝固等效果。另外利用高強度光子,如紫外波段,可以打破生物分子化學鍵導致組織的汽化,或者使用Q調制的短脈沖激光瞬間產生高強度沖擊波,這些作用不需要熱效應的積累,對周圍組織基本無所損傷,目前被用於一些較為精細的手術,諸如:近視矯正手術。
1.2激光的光化學效應
細胞或組織內所包含的內源性或外源性光敏物質,經適當波長的激光照射後,會產生特定波長的熒光或細胞毒素,它們可以分別用於惡性腫瘤的定位分析和治療,這種方法稱為光動力學療法。可以單獨使用或者和其他的治療方法結合起來使用。
1.3激光的生物刺激效應
這裡主要是指低強度激光的生物刺激效應,自從20世界60年代末匈牙利Mester醫生提出了極低激光功率(1-5mW)典型能量密度(1-10J/cm)對生物組織的潛在作用這一研究命題後,就成為一個備受爭議和很是活躍的研究課題。由於其作用機理仍不是特別清晰,因而有很多假說被提出來,例如:光色素系統吸收,調節生命過程假說;改變細胞膜類脂雙分子層構象的假說;生物電磁場共振吸收,調節生物等離子體假說。
同時,隨著激光技術的革新,醫用激光器也產生了很大的變化,正逐漸向小型化、便攜化、方便操作化等方面發展,並呈現出多元化的趨向。
2、激光在醫學領域的主要應用
2.1激光美容
激光美容作為目前新興的寵兒迅速的席卷我們的生活,主要有:脈沖激光脫毛技術、脈沖激光除斑除皺技術。這主要是利用強激光束的熱效應和非熱致汽化效應,瞬間破壞生物分子,而對周圍組織的損傷極小。這也稱為激光美容區別於傳統美容療法的最明顯的優點之一,基本無副作用,而且術後相對不易復發。而且目前激光技術已相當成熟,一般只要選取合適的波長的激光束就能可以在不影響正常組織結構的情況下有目的地摧毀病變組織。
2.2抗衰老作用
黃保續等發現,生物組織吸收該波長的紅光後產生光化效應及熱效應,可以通過下丘腦分泌多肽(HRP),多肽與膜上手體結合,激活腺苷酸環化酶,導致免疫細胞分泌功能增強,同時,白細胞和巨噬細胞的活性的增強,從而可以達到增強免疫力的效果。
臨床實踐[表明,高劑量的紅色激光可以起到活血化瘀和清熱解毒的作用,這兩種功能既可以用於治病,也可以用於保健,起到抗衰老的作用,其主要的抗衰效應有:
<1>抗氧化系統。LLLI可促進ATP(三磷酸腺苷)的合成,加速DNA、RNA和蛋白質的合成,通過升高細胞內cAMP激活機體的抗氧化系統。
<2>某些重要代謝酶。LLLI對代謝紊亂的糾正是其抗衰老效應的物質基礎之一。
<3>免疫系統。
<4>循環系統。LLLI最顯著的效應便是對血液的作用,使血液處於低凝態:活化纖維蛋白溶解系統,改善血液流變學、血流動力學和組織器官微循環。
<5>內分泌系統。LLLI可以顯著改善部分激素分泌,使神經細胞代謝、傳導功能正常化。
3、具有代表性的實驗
表1[3]在不同典型研究中觀察到的生物刺激效應
4、存在的問題及小結
<1>照射光源是否必須具有很好的相干性,如果換成非相干光束是否可行?
<2>對於低強度激光內照射技術的機理研究還不夠深入;
<3>對於激光治療,怎樣將副作用降至最小,怎樣使術後不易復發?
目前,很多學者和科研人員已經能夠很好的從最開始的感性認識轉移到量的機理研究上,能夠根據不同組織建立相應的數學模型,對一些參數進行了計算。
隨著人類基因組繪制的完成,激光醫療設備在DNA自動分析儀中的應用也逐漸浮現水面,采用了488nm和514.5nm波長的激光光源。醫用激光也逐漸替代傳統光源成為顯微鏡的光源,同時飛秒激光器的產生使得激光束的性能得到很大提高,在不久的將來,激光醫學必將稱為一門更為龐大的跨學科綜合學目。