光在医学领域的应用

       物理学告诉我们，光是在真空中以3×1010cm/s直线传播的辐射能。根据光量子学说理论，不同光线由于光量子能量不同，可引起光化学效应、光电效应、荧光效应和热效应等，这些效应成为光生物学作用的基础  利用光线的辐射能治疗疾病的方法称为光疗法（light  therapy）。

       光疗的光源有日光和人造光源之分，光线有可见光线和不可见光线之分。日光疗法早在公元2世纪就有记载，人工光源始于18世界末，可见光、红外线、紫外线等则于19世纪中相继形成，而激光疗法至今不过近50年的历史。

1.可见光

       可见光就是能引起视网膜光感的辐射线，波长一般在400~760nm 之间，由赤橙黄绿青蓝紫组成。不同波段产生不同颜色，具备不等的光子能量。可见光的光源主要是白炽灯，光疗主要包括红光、蓝光、蓝紫光及多光谱疗法。治疗作用主要是热效应——使受照射物质的分子或原子核运动速度加快的现象；短波可见光还可以产生光化学效应——即物质的分子吸收了外来光子的能量后激发的化学反应，包括光合作用、光分解作用、同质异构化作用、光聚合作及光敏反应。

       红光具有兴奋作用，黄光、绿光则相反；蓝紫光对核黄疸有治疗作用。

2.红外线

       相对于可见光而言，红外线是不可见光线，波长为760 nm~50 000 nm,其中760 nm~1 500 nm是短波红外线，又称近波红外线；

       1 500 nm ~15 000 nm是长波红外线，又称远红外线。红外线的辐射器主要为红外线灯、石英红外线(钨丝伸入充气的石英管中构成)、光浴箱。红外线的光量子能量小，没有光化学效应，只能产生热效应。红外线的热效应促进局部血液循环，从而消除组织水肿、镇痛、干燥渗出性病变，降低肌张力、缓解肌痉挛。红外线的深达性差，长波红外线达皮下0.05~1mm，短波红外线达皮下 1～10mm，只能被人体皮肤和皮下组织吸收。

3.紫外线

       医用紫外线是波长为180~400nm的不可见光线，光量子能量高，有明显的光化学效应。中、长波段的紫外线大量存在于太阳光中，短波段紫外线可以由人工光源获得。310-313nm窄谱中波紫外线(NBUVB) 集中了紫外线中生物活性最强的部分，可直接作用于皮肤角质层，最具有医疗效应且最少不良反应，临床上广泛用于银屑病、白癜风、慢性湿疹、神经性皮炎等多种皮肤病的治疗，有消炎、止痛、防治佝偻病和骨软骨病的作用。　有别于可见光线和红外线的是紫外线达到一定强度可以破坏组氨酸、蛋氨酸、酪氨酸等，既有杀菌作用，又有致癌和光过敏作用。

4.激光

       1917年爱因斯坦提出“受激发射”理论。1957年 Gordon Gould推导出“用光激发原子，可以产生一束相干光束”的理论，并创造了“laser”这个单词。因此激光定义为物质由受激而辐射出放大的光波，具有发散角小、方向性好、光谱纯、单色性好,能量密度高、亮度大,相干性好等特点。1960年美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光,同时代美国首次在外科手术中用激光切除视网膜肿瘤，而前苏联则于宇航员身上发现激光有治疗心脑血管疾病的作用。从20世纪80年代起欧美国家对激光的医疗作用展开了较多的研究，目前激光已经广泛应用于眼科、心血管内科、消化内科、泌尿内科、外科手术、口腔科、耳鼻咽喉科、皮肤科。

       激光在医学上的应用包括（1）生命科学研究；（2）诊断；（3）治疗：a激光手术治疗;b弱激光生物刺激作用的非手术治疗;c激光的光动力治疗。

       不同的激光系统区别在于（1）波长：不同波长的激光对组织的作用不同；（2）强度（功率）：低强度(数毫瓦),中等强度(数瓦),高强度(上千瓦);(3)脉冲方式：连续脉冲，短脉冲。

       激光治疗需要注意强度的选择，高强度激光广泛应用于外科手术，其高能量密度产生高压力的机械效应可用于泌尿系统碎石和去除纹身之类的激光美容。低强度激光，能够调节机体免疫功能、加速溃疡和伤口愈合、加速骨折愈合、有明显的消炎止痛作用，且能促进胆汁的分泌、脾的造血功能以及调节内分泌系统，临床上有广泛的适应证。

       激光频率范围3.846×1014到7.895×1014Hz，与光子一样，激光频率越高，能量越高。临床上常会把激光“功率”或者“强度”与“能量”混为一谈。

       可见光区和红外线光区的激光受激发产生热效应，产生类似红外线的治疗效应。

       激光是电磁波，所产生的电磁效应可以用于治疗肿瘤。

       激光的光化学效应可以影响机体免疫功能，起双向调节作用。

5.光疗法

       医学上的光疗法的定义是以人工光线，即可见光、红外线、紫外线、激光防治疾病促进康复的方法。

       光敏剂，是一些能够吸收光子而被激发，又将吸收的光能迅速传递给另一组分的分子之后光敏剂本身回到基态的化学物质。第一个光敏剂porfimer Sodium于上世纪90年代被美国等国家批准上市，开启了以光、光敏剂和氧的相互作用为基础的治疗疾病手段的光动力疗法（photodynamictherapy,PDT)。光敏剂又被称为光动力治疗药物，是PDT发展的关键，目前已经研发了十余种。

       PDT可用于食管癌、肺癌、脑瘤等数十种癌肿的治疗，特点在于治疗安全度高；光敏剂对骨髓细胞和免疫系统没有抑制作用，也无其他毒性；杀伤癌细胞的同时不损伤正常细胞；与传统的手术、放疗、化疗可以联合应用；治疗后48～72h即可见效，多疗程治疗不会产生耐药性。

       PDT除了治疗肿瘤外，也可治疗尖锐湿疣、类风湿性关节炎、血管成形术后再狭窄等多种疾病。

6.光疗法在疼痛领域的应用

       国际疼痛研究学会（ international association for the study of pain,IASP）定义，疼痛：是一种与组织损伤或潜在损伤相关的不愉快的主观感觉和情感体验。

       随着社会文明程度的提高和现代医学的发展，人均期望寿命延长了，但是衰老还是必然地发生着。所谓衰老是指生物发育成熟后，在正常情况下随着年龄的增加，机能减退，内环境稳定性下降，结构中心组分退行性变化，趋向死亡的不可逆现象[1]。2008年4月，中国保监会发布“中国老龄化社会医疗健康风险管理报告”中提到老年群体慢性病患病率60%～70&[2]。老年人慢性疼痛发生率在25%～50%，比其他年龄组高[3]。2001年WHO定义慢性疼痛为一种疾病。

       疼痛医学兴起于20世纪，由内科医师、麻醉科医师、康复科医师、精神科医师、肿瘤科医师、风湿科医师、骨科医师和中医伤外科医师、推拿医师、针灸科医师组成，因着医师资质背景的不同而呈现治疗思维的多样性，有药物治疗、物理治疗、微创手术、介入治疗、手术治疗、中医推拿针灸熏蒸治疗、心理治疗和光疗等。

       当今社会，医学模式已从单纯生物医学模式转向生物-心理-社会模式，失眠、抑郁、焦虑、紧张等心理因素会促发内分泌、心血管等疾病。

       多系统病症，也会以慢性疼痛的形式表现出来；而慢性疼痛患者也常伴有失眠、抑郁、自卑、焦虑等情绪，因此心理疏导通过缓解患者心理压力而减轻慢性疼痛。而市场上销售的LED情境灯、LED情调灯之类都是基于可见光疗法的原理，有减轻抑郁，改善失眠的功效。

       老年患者的疼痛常与各种结构老化、功能减退有关[4]。疼痛门诊中常见的是因脊柱生物力学改变所导致的间隙性、迁延性颈肩背痛、腰臀腿足痛；骨关节退变造成的髋关节、膝关节、踝关节痛；肩周炎所致的肩关节痛患者[5]。

       人体结构老化引起的慢性疼痛常由局部炎症和神经受压水肿所致。可见光线和红外线的热效应能通过促进局部血液循环消除组织水肿，从而减轻因为组织水肿所引起的局部胀痛和神经受压水肿所致的疼痛症状，也可因其温热效应，降低肌张力，解肌痉挛。相关的红外线治疗仪已经广为人知。

       复旦大学附属华东医院麻醉科于20世纪90年代购置的“点式直线偏振光疼痛治疗仪”就是一台光学治疗仪器：输出功率2.2w，是中强度的激光；波长600～1600nm，其中600～1300是人体的透射窗口，对人体有较大的透射能力,1300～1600 nm可以产生较好的热效应。通过偏振片的光称为偏振光，光的振动方向只限于某一固定方向的为“直线偏振光”。红外线偏振光增强了各细胞线粒体、能量部分所产生的能量，减少了红外线的散射、吸收，具有方向性好、深达性好、照射范围广的优点，可以对人体神经节、神经干、神经根和痛患局部进行有效的无创治疗，适应证多、不良反应少、治疗时间短，非常适合疼痛门诊和各级养老机构。老年人慢性疼痛的治疗需要遵循个体化的原则，光疗法是一个改善相当一部分疼痛患者生活质量的有效的治疗方法。

       21世纪预防--医疗---保健的模式下，光在医学领域或有更广泛的拓展和应用的空间 [6] 。

参考文献：

[1] 沈自尹，黄建华.衰老机制及干预研究[J]. 老年医学与保健，2011,17(6) ︰321-323.

[2] 俞卓伟，保志军，马永兴.衰老及长寿机制中促炎、抗炎细胞因子与ApoE基因相关性的研究进展[J].老年医学与保健，2010，16(6):341.

[3] 俞永林.疼痛医学的历史、现状和展望［J］.老年医学与保健，2012，18(5) ︰257-259.

[4] 杜冬萍.老年患者神经病理性疼痛的临床特点［J］.老年医学与保健，2012，18(5) ︰267.

[5] 叶刚.关注老年人肌筋膜综合征［J］.老年医学与保健，2012，18(5) ︰262.

[6]陈培莲，黄冬辉，李蠡，等.点式直线偏振光疼痛治疗仪在中老年疼痛疾病中的应用[J].老年医学与保健，2015，21（4）︰249