发光二极管光源疗法在生物医学中的应用.docx
《发光二极管光源疗法在生物医学中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发光二极管光源疗法在生物医学中的应用.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
发光二极管光源疗法在生物医学中的应用
发光二极管光源疗法在生物医学中的应用
第30卷第6期
2006年12月
激光技术
ISERTECHNOLOGY
Vo1.30,No.6
December,2006
文章编号:
1001-3806（2006）06.0638.05
发光二极管光源疗法在生物医学中的应用
崔鸿忠,李正佳,范晓红
（华中科技大学激光技术与工程研究院激光医疗实验室,武汉430074）
摘要:
综述了国内外以发光二极管为光源的光疗法在生物医学中的应用研究,主要从动物体试验,动物细胞实验和
医学临床进行了分析,对医学临床进行了重点的分析研究.并从安全性,经济性,使用性等多方面比较分析了发光二极
管光源疗法与其它光源疗法的优缺点.发光二极管光源疗法将在生物医学领域有广阔的应用,在产品商业化上也会有
较大的发展.
关键词:
医用光学与生物技术;发光二极管光源疗法;发光二极管;临床;光动力治疗;生物刺激效应;动物
中圈分类号:
11318.51空献标识码:
A
Thedevelopmentoffightemittingdiodetherapyinbiologyandme~cine
CU/Hong-zhong,Zk,FANXiao一|Il0
（MedicalLaboratory,InstituteofLaserTechnologyandEngineering,Huaz~ongUniversityofScienceandTechnology,
Wuhan430074,China）
Abstract.Theapplicationoffightemittingdiode（LED）therapyinbiologyandmedicineissummarized,whichfocuseson
theexperimentsinanimalmadd.animalce1]sandclinicalresearch.TheadvantagesanddisadvantagesofLEDtherapya
comparedwiththoseoftheotherlight8ouree8intheviewofsafety.reliabilityandlowcast.ItCanbes哪thatLEDtherapymust
haveawideforegroundinbiology,medicineandcommercialproducts.
Keywords:
medicalopticsandbiotechnology;lightemittingdiodetherapy;lightemittingdiode;clinical;photodynamie
therapy,bimtimnlation;animal
引言
从1903年FINSEN医生因光疗法的研究而获得
诺贝尔奖后,直到上个世纪3O年代抗生素的发现,各
种光疗法一度在西方国家备受欢迎.近年来,由于抗
生紊的滥用,不少医务工作者正寻找另一种治疗方法,
光治疗因而再次成为热门的研究课题,尤其是低能量
激光治疗的研究.KARU为了揭开低强度激光和可见
光的生物刺激之迷,在6年时间里,从动物细胞分子水
平上,系统地研究了细菌,酵母菌和哺乳动物细胞在低
强度激光与可见光作用下的行为,发现光刺激效应主
要与波长,照射剂量和照射方式有关,而相干光的条件
不是必须的….RUBINOV通过理论分析和细胞水平
的试验研究得出,在光生物刺激效应中,相干光和偏振
光都不是必须的;YOUNG,DYSON等在对巨噬细胞对
光疗法的反应程度研究中得出在光疗中相干光不是必
须的J…….这些学者的研究给发光二极管（1ight
emittingdiode,LED）光源应用于生物医学奠定了实验
作者简介:
崔鸿忠（1981-）,男,硕士研究生,现从事激光
医学,光机电一体化方面的研究工作.
?
通讯联系人.E-mail:
~hjli@
收稿日期:
2005?
11-01;收到修改稿日期:
2006.01.26
基础和理论基础,美国国家航天航空总局首创将LED
应用于太空农业上,其后亦将LED应用于治疗恶性肿
瘤的光动力疗法上取代传统使用的激光J.这给
LED应用于生物医疗上一个很好的刺激作用,同时随
着LED芯片的进一步开发,LED的光强度不断变强,
LED的波长范围从紫外到红外,不同波长的LED越来
越多地被开发出来,这些都为LED光疗法在生物医学
中应用得到推动,加上国内外的商家出于商业的目的
进行的炒作,近些年,LED光疗法在生物医学上的研
究和应用越来越广.
1LED光疗法在动物体上的试验研究
WHELAN等在SpragueDawley正常鼠上进行动物
实验,鼠皮上创造1lmm直径的创伤,用小硅片植入皮
肤肌肉下面来阻碍血管生长以形成慢性创伤,在14d
时间里,分为4组,每组l5只鼠,分别进行对照（无
LED和HBO）,高压氧疗（hyperbaricoxygentherapy,
HBO）,LED（880nm）,LED和HBO结合,来进行创伤
愈合实验,创伤的大小由计算机扫描测量,实验的同时
对动物体进行解剖取样,用酶联免疫吸附（enzyme—
linkedimmunosorbentassay,ELtSA）测定其成纤维生长
因子（fribmblastgrowthfactor口,FGF-~）和血管内皮生
第3O卷第6期崔鸿忠发光二极管光源疗法在生物医学中的应用
长因子（vascularendothdialgrowthfactor,VEGF）的质
量分数.其实验数据表明,只有用LED和HBO结合,
小鼠皮肤创伤才可以在规定时间内愈合得最快,其
VEGF和FGF.p质量分数与其它组比较也是最高的.
这几组实验中的VEGF和FGF—p都是在创伤中期,约
第7天左右浓度达到最高,以后随创伤的进一步愈合
而浓度逐渐降低J.
在光动力治疗（photodynamictherapy,PDT）肿瘤
方面,体外细胞实验已经证明photofrin,BPD和lutex
这几种光敏剂有杀灭肿瘤细胞的功能.在进一步的动
物模型实验中,用犬类动物对这几种光敏剂的毒性进
行了研究,得出了在一定LED照射剂量下正常蒙古犬
（约20kg）所能忍受的最大药物剂量（maximumtolera.
teddose,MTD）.用photofrin,当照射LED剂量为
363J/cm时,MTD为1.6mg/kg.用BPD,当照射LED
剂量为100J/cm时,MTD为0.75mg/kg.当LED保
持100J/cm剂量,BPD剂量增加到1.0mg/kg时,会
在动物上观察到皮肤损伤和神经中毒现象.当BPD
剂量保持0.75mg/kg,而LED增加到125J/cm~,
150J/cm和175J/cm时,也会在动物身上观察到皮肤
损伤,严重神经中毒和死亡结果.6J.
2LED光疗法在动物细胞上的试验研究
WHELAN等用不同波长和照射剂量的LED对体
外培养的细胞进行照射,如对人的正常上皮细胞用
688nm的LED,以4J/cm剂量进行照射后,测其细胞
繁殖比对照组增长55%～71%¨.从SpragueDawley
小鼠皮中提取的成纤维细胞,用670nm的LED以
4J/cm的剂量进行照射,在照射后第2天开始测定其
DNA合成比对照组增加的百分率,第2天为43%,第
3天为28%,第4天为10%.从小鼠骨中提取成骨细
胞（MC3T3一E1）,分别用670nm,728nm和88Onto的
LED以4J/cm的剂量进行照射,同样在照射后第2天
开始测定其DNA合成比对照组增加的百分率,第2天
为119%,第3天为33%,第4天为17%（以880nm组
为例）.
u等利用细胞计数的手段研究LED对人皮肤成
纤维细胞的作用,采用650nm4-17nm波长的LED,分
为实验组（LED照射）和对照组（不照射）,照射48h之
后进行细胞计数,进行统计分析.照射组分为3组,第
1组:
89J/cm照射时问150s;第2组:
213.9J/cm照射
时间300s;第3组:
427.8J/era照射时问600s.前两
组与对照组相比细胞总数没有明显差异,第3组
427.8J/em照射时间600s细胞总数与对照组相比有
明显差异,细胞总数比对照组多很多J.
DUAN等研究了LED光源在抑止A13（B一淀粉样
蛋白肽）引起的Pel2细胞（大鼠嗜铬细胞瘤细胞）凋
亡的作用,使用630nm波长的LED,没有给出明显的
剂量段.经过实验对比分析:
用LED光照射24h和没
有使用LED光照射.得出LED光照射能够降低A13
引起的Pel2细胞核的分裂和浓缩,LED照射还降低了
由Ap引起的内核间DNA的分裂,LED照射之后会增
加Afftm.得出某种剂量的630nmLED光照射可以抑
止A13引起的Pel2细胞凋亡J.
YOUNG等在进行巨噬细胞对光疗法的反应程度
试验中,使用波长:
66onm,870nm,880nm,平均能量输
出为15mW,能量密度为120mW/em的LED,直接照
射培养基中的巨噬菌状细胞（U-937）照射12h后,移
除巨噬细胞上层液并置于3"I3纤维组织母细胞培养菌
上,经过5d照射,对纤维组织母细胞的增殖加以评估.
结果显示经过66Ohm和870rim波长LED光照射后会
促进巨噬细胞释放出因子刺激纤维组织母细胞增殖高
于控制水准,而880rim波长会抑止这些因子的释放和
促进某些纤维组织母细胞增殖的抑止因子L2J.
3LED光疗法的临床研究与相关应用
3.1生物钟的调节治疗
光线进入眼睛提供了视觉与非视觉功能,前者到
视网膜,后者到脑中的下视丘,脑下垂体与松果腺,其
中松果腺与生物钟直接相关.松果腺针对眼睛进入的
光信息,协调整个人体运作以及和外界的一致变化.
它藉由运用来自下视丘的生物钟相关信息,决定何时
释放功能强大的退黑色素.退黑色素是重要的神经内
分泌调节器,可调节身体的分泌节律,并对大部分人体
器官的自律,荷尔蒙及行为功能等有着深远的影响.
由于退黑激素可穿透任何体内血管壁的特性,使得它
在生理功能中扮演中枢的角色.
视网膜接受光源的刺激可以经由神经传至松果
腺,进而改变血清素转变为退黑激素的数量.澳洲已
有治疗时差的接近商品化的眼镜问世,其为在眼镜内
侧安装LED,建议使用者在上飞机之前数天,每天佩
戴数小时,即可免除下飞机后的时差问题.目前,已有
应用LED治疗生物钟失调光照疗法的专利被申
请….
3.2季节忧郁症的治疗
根据美国国家心智健康研究院（nationalinstitute
formentalhealth,NIMH）的统计,目前约有10%的美国
人患有季节性忧郁症（8ealalaffeetivedisorder,SAD）
及相关衍生的健康问题.SAD发生在秋天,冬天,而
春天,夏天就会消失,罹患者是受到阳光不足的影响,
心情通常都会随着季节而改变.这表示日照长短在这
段季节里作为生物时钟的时间暗示或是赋予者.因其
激光技术2006年12月
长度或强度不足所造成的结果,是重要的致病原
因-l¨.现代精神医学也已相信,使用人工照光方式是
改善病情的有效生理疗法.有季节性忧郁症的患者,
其褪黑激素的分泌量会升高.由于完整光谱光线可以
减少褪黑激素分泌,因此以光线治疗sAD病患非常有
效.绿色光（540nm）是抑制褪黑激素分泌最明显的光
谱,这与人类视紫质的吸收光谱相同.1991年,
LIBERMAN提到LEWY认为每13起床后以强度10hx
的白光照射30min可抑制褪黑激素的分泌,可抒解季
节性忧郁.这项观察结果不
升级会员 