林飞燕医生：激光对活体组织的生物学效应

      根据物理、化学、生物学观点来看，一般认为激光对活体组织的基本效应主要表现在以下四个方面：

01

光热效应：

      可见光和红外区的激光对组织以热效应为主，这种热使蛋白质变性、凝固，甚至炭化、气化。

      当激光照射活组织时，以微观观点来分析，即激光的光子作用于生物分子，后者吸收光子并被激活，被激活的生物分子在和其他分子多次撞击过程中，逐渐失去它所获得的能量，从而转化为热能，使受照射体温度升高。

      当温度上升到一定高度，或持续时间稍长，能使细胞组织受伤甚至死亡。在激光照射下，可在几毫秒的短促时间里，使局部组织温度升高达到200～1000℃，周围温度为45～50℃的状态持续约1分钟。后一种情况会使蛋白变性，前一种情况则使组织表面发生收缩、脱水，组织内部则因水分发生爆炸性蒸发而受到破坏和切断，而使组织凝固、坏死、炭化或汽化。

光热作用：激光脱毛和光子脱毛的示意图

      除了皮肤专科我们所熟知的治疗激光，光热作用同样被使用于其他医疗领域。例如：2100nm钬激光，属于近红外光谱，其碎石的主要作用原理为光热效应，可在结石表面形成小孔，结石表面热能积聚可使液体汽化，气泡瞬间破裂产生的冲击波可使结石粉碎。此种气化效应与等离子体介导的空穴效应不同，其产生的冲击波振幅较小，因此造成结石移位的推动力也较小，碎石过程中结石不易从光纤顶端弹开。

光热作用：激光碎石

02

光压效应：

      光本身具有光压，当一束光辐射到某一物体时，光子在物体表面碰撞，可在物体上产生辐射压力。激光的能量密度极高，由激光产生的压力的影响不可忽视。

       激光照射时可产生两次压力：

      由激光直接在照射面产生的压力，即自身压力，可达40g/cm²，是相当客观的。

       另一种是由热效应引起，称为二次压力，这是激光发散角很小，光束截面能用透镜会聚到细小一点，当照射该点，光能瞬间转化为热能，它可使组织表面蒸发、膨胀，甚至汽化，从而使细胞内和组织内的压强急剧升高，引起微型爆炸。爆炸物质以超升速度迸发，产生极大的反冲力，其破坏力非常严重。

例如：色素激光的爆破和飞溅

03

光化学效应：

      组织吸收了激光的光子以后可产生光化学反应、光电效应、电子跃迁、热能、自由基和组织分解等。皮肤通过光化学效应而不是光热吸收这些光子；因此，它不会对组织造成热损伤。一旦光子到达身体的细胞，它们就会促进一连串的细胞活动。光可以诱导酶的产生，刺激线粒体，增加血管舒张，淋巴引流，ATP合成（ATP合成是通过ATP合成酶与细胞物质的相互作用形成ATP)。

低能冷激光刺激线粒体

      光对生物分子产生的作用主要取决于分子的能级和激光的波长。

      例如：波长为632.8nm的氦氖激光是一种红色可见光，运用激光热效应、光化效应、电磁场效应及生物刺激效应使机体发生生理变化，引起人体各种反应以调节、促进、维持、恢复或代谢各种生理功能，影响病理过程，从而达到防治疾病与康复的目的。激光照射穴位可调节体内各种代谢功能。

氦氖激光预防化疗后口腔黏膜炎

      蓝光后紫外线波长范围内的激光有肯定的光化学效应，可导致酶、氨基酸、蛋白质、核酸等活性降低或失活，引起机体内一系列的化学改变，从而产生相应的生物学效应，如杀菌、红斑效应、色素沉着、维生素的合成等。

痤疮治疗常用的LED蓝光照射

与使用热量并破坏组织的高功率激光器不同，低能激光器会影响下层组织的细胞能量。热激光器具有热效应，输出功率为1MW（兆瓦）或更高。冷（或）低电平激光器对组织没有热效应：刺激生物功能的激光器的输出低于10mW（毫瓦）（万至一千瓦）。      

光化反应除上述以外，荧光反应是其另外一种形式，与染色体密切相关，染色体是待处理细胞的标记。如果知道染色体发出的荧光，该固定的染色体可用作局部诊断。如利用其激发水平，即可起到治疗作用。

04

电磁效应：

     激光是波长较短的强电磁波。如将激光聚焦，当焦点处的功率密度达到5×1014W/cm²时，其电场强度可达4×108V/cm。

      其作用为：

①使生物偶极子发生二次或三次谐波（即波长更短的波），可使蛋白、核酸变性；

偶极振荡以特定频率与入射光共振

②产生自由基，自由基的剧烈反应将损伤细胞；

808nm激光的光动力疗法 (PDT)产生氧自由基

③通过电致伸缩产生超声波，而超声波的空化作用可使细胞破裂；

皮秒激光的LIOB/光声作用/空泡效应

④直接使生物分子受激、振动、产热，使光点处的组织分离，细胞结合受破坏，造成一系列损害。

上述四种效应中：

      压力效应和电磁效应，主要为大、中功率激光所具有；

      而光化学效应，多是小功率激光所引起；

      至于热效应，则所有功率激光均具有。

参考文献：

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