陳景濤 王新濤

低能量激光治療(LLLT)又稱光生物調(diào)節(jié)治療(PBMT)，是指使用紅色或近紅外區(qū)域(波長(zhǎng)通常為600～1 100 nm)的單波長(zhǎng)相干性激光作用于細(xì)胞和組織，以產(chǎn)生各種有益的生理效應(yīng)及臨床療效。其所使用的能量密度通常為1～20 J/cm2，輸出功率為10～500 mW，功率密度(功率/面積，單位W/cm2)可根據(jù)實(shí)際光源和光斑尺寸而變化[1]。LLLT不產(chǎn)生熱量，不會(huì)造成不可逆性損傷，故也稱“冷激光”。1960年，Maiman[2]最早發(fā)明了可產(chǎn)生低能量激光的紅寶石激光器，但其生物安全性受到質(zhì)疑。Mester等[3]為探索低能量激光是否具有潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)為694 nm的低功率紅寶石激光照射未導(dǎo)致癌癥，且改善了實(shí)驗(yàn)小鼠毛發(fā)的生長(zhǎng)，并將該作用稱為“光生物刺激”。后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅寶石激光(波長(zhǎng)694 nm，0.5～10 J/cm2，傷口每周接受2次激光照射，共6次)可加速動(dòng)物傷口的愈合[4]。

1 LLLT在骨科基礎(chǔ)研究中的進(jìn)展

研究發(fā)現(xiàn)，LLLT可促進(jìn)多種細(xì)胞如成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(ADSC)、口腔間充質(zhì)干細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞等的增殖和分化，但產(chǎn)生該效應(yīng)的具體機(jī)制一直存在許多爭(zhēng)議[5]。目前較為公認(rèn)的機(jī)制是：當(dāng)光量子被細(xì)胞吸收后，通過(guò)電信號(hào)作用于細(xì)胞線粒體的呼吸鏈，增強(qiáng)細(xì)胞色素c氧化酶(CCO)的活性，從而將光量子轉(zhuǎn)變?yōu)榇x能量，提高細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷(ATP)水平[6]。

1.1 LLLT對(duì)BMSC的影響

BMSC是一種具有多向分化潛能的細(xì)胞，在骨科臨床中應(yīng)用較廣。Fallahnezhad等[7]研究LLLT對(duì)骨質(zhì)疏松大鼠BMSC的影響，發(fā)現(xiàn)LLLT[氦(He)氖(Ne)激光, 632.8 nm, 3 mW，1.2 J/cm2]可明顯改善其細(xì)胞活力和成骨潛能，并增加轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)-1和堿性磷酸酶(ALP)的活性。Soleimani等[8]研究發(fā)現(xiàn)，LLLT對(duì)BMSC增殖和分化為成骨細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞的影響具有劑量依賴性，能量密度為3 J/cm2的LLLT可促進(jìn)BMSC增殖和向神經(jīng)元細(xì)胞分化，能量密度為6 J/cm2的LLLT可促進(jìn)BMSC向神經(jīng)元細(xì)胞分化，能量密度為2 J/cm2和4 J/cm2的LLLT可促進(jìn)BMSC增殖及向成骨細(xì)胞分化。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，LLLT能通過(guò)脂聯(lián)素(APN)途徑和Wnt途徑促進(jìn)β-連環(huán)蛋白(catenin)進(jìn)入細(xì)胞核，從而促進(jìn)BMSC向成骨細(xì)胞分化，抑制其向脂肪細(xì)胞分化,促進(jìn)骨形成。

1.2 LLLT對(duì)ADSC的影響

ADSC具有較高的分化潛能，可分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等。Liao等[10]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5 d使用GaAlAs激光器(650 nm，523 mW,4 J/cm2,單次照射時(shí)間600 s)照射可促進(jìn)ADSC增殖和分化，且促進(jìn)生長(zhǎng)因子分泌。de Oliveira等[11]應(yīng)用鎵(Ga)銦(In)鋁(Al)砷 (As)激光 (660 nm,30 mW)分別照射人和大鼠ADSC，照射時(shí)間分別為25 s、50 s、100 s、300 s，對(duì)應(yīng)能量密度分別為0.75 J/cm2、1.5 J/cm2、3 J/cm2、9 J/cm2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)人、大鼠ADSC的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和VEGF 2型受體的基因表達(dá)均升高，認(rèn)為L(zhǎng)LLT可能是通過(guò)上調(diào)VEGF的mRNA表達(dá)，促進(jìn)人、大鼠ADSC的增殖和分化。

1.3 LLLT對(duì)成骨細(xì)胞的影響

Stein等[12]使用HeNe激光(632 nm，10 mW, 0.43 J/cm2,單次照射3 s)照射人成骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)經(jīng)LLLT照射后，其ALP、骨橋蛋白(OP)及骨唾液蛋白(BSP)的表達(dá)比未經(jīng)LLLT照射的同種細(xì)胞高出2倍，同時(shí)促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖和分化。Pires等[13]應(yīng)用GaAlAs激光器(830 nm，50 mW，3 J/cm2)研究LLLT對(duì)小鼠成骨細(xì)胞OFCOL Ⅱ的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)LLLT照射后，OFCOL Ⅱ細(xì)胞在增殖過(guò)程中線粒體形態(tài)發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)過(guò)照射的成骨細(xì)胞相比，短期應(yīng)用LLLT能促進(jìn)體外培養(yǎng)的人成骨細(xì)胞增殖和分化。Oliveira等[14]分別使用半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管發(fā)出能量密度為10 J/cm2和50 J/cm2的紅外光，并研究對(duì)比這兩種紅外光對(duì)人成骨細(xì)胞增殖和分化的影響，結(jié)果顯示兩種能量密度的紅外光均能誘導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2的激活，應(yīng)用ERK抑制劑后，半導(dǎo)體激光誘導(dǎo)的增殖明顯被抑制，表明不同類別的激光可能通過(guò)不同機(jī)制產(chǎn)生效應(yīng)。Bolukbasi等[15]應(yīng)用波長(zhǎng)分別為635 nm和809 nm、輸出功率50 mW的LLLT對(duì)成骨細(xì)胞進(jìn)行照射，結(jié)果顯示激光照射后48 h內(nèi)，能量密度為0.5 J/cm2、1 J/cm2和2 J/cm2的LLLT對(duì)成骨細(xì)胞存活和增殖有短暫影響，但LLLT卻對(duì)ALP活性無(wú)任何影響。而近期有研究發(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)為635 nm的LLLT可促進(jìn)成骨細(xì)胞及人BMSC的增殖、黏附和成骨分化，證明其對(duì)成骨細(xì)胞的作用是通過(guò)分泌蛋白激酶B(Akt)途徑介導(dǎo)[16]。

1.4 LLLT對(duì)成纖維細(xì)胞的影響

Szezerbaty等[17]使用波長(zhǎng)660 nm、能量密度為5 J/cm2的GaInAlAs激光照射成纖維細(xì)胞，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)72 h照射的成纖維細(xì)胞蛋白質(zhì)合成有所增加，VEGF基因表達(dá)量顯著增加，白細(xì)胞介素(IL)-6基因轉(zhuǎn)錄顯著減少。Coskun等[18]使用LLLT(能量密度分別為4 J/cm2、8 J/cm2、16 J/cm2，功率分別為50 mW、100 mW、200 mW、300 mW、400 mW和500 mW)照射成纖維細(xì)胞及成骨細(xì)胞，結(jié)果顯示能量密度為4 J、8 J和16 J的激光可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞增殖，50～500 mW功率范圍內(nèi)的LLLT均可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，但200～400 mW范圍內(nèi)的LLLT細(xì)胞增殖效果最好。

2 LLLT在骨科中的臨床應(yīng)用價(jià)值

2.1 促進(jìn)骨愈合及骨修復(fù)

多研究證明，LLLT能刺激骨組織代謝，加速骨折愈合及修復(fù)[19-21]。Medalha等[22]研究發(fā)現(xiàn)，LLLT可通過(guò)加速新生骨沉積及激活成骨因子(如RUNX 2)改善大鼠脛骨缺損的骨愈合過(guò)程。Tim等[23]使用GaAlAs激光器(830 nm,30 mW)對(duì)脛骨缺損大鼠進(jìn)行5次激光照射(光斑面積0.028 cm2，每次照射94 s，能量密度100 J/cm2)，結(jié)果表明LLLT能吸引骨原細(xì)胞并誘導(dǎo)其分化為成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞，且通過(guò)上調(diào)COL-Ⅰ基因的表達(dá)，在骨修復(fù)早期促進(jìn)膠原沉積，從而改善骨修復(fù)過(guò)程。

2.2 改善骨質(zhì)疏松

Sohn等[24]研究表明，LLLT可通過(guò)降低活性氧(ROS)的產(chǎn)生抑制破骨，認(rèn)為L(zhǎng)LLT可能是治療骨質(zhì)疏松癥的新型保守方法。Scalize等[25]使用波長(zhǎng)為780 nm的GaAlAs激光器 (輸出功率40 mW, 光斑面積0.04 cm2, 能量密度分別為20 J/cm2和30 J/cm2)對(duì)骨質(zhì)疏松顱骨缺損大鼠進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)治療后7 d、13 d、25 d新骨形成明顯增多。Zhu等[26]研究發(fā)現(xiàn)，LLLT能有效改善老年大鼠骨質(zhì)疏松癥，增加骨密度，改善骨結(jié)構(gòu)和骨生物力學(xué)性能，同時(shí)能提高血清中的ALP和骨鈣素(OCN)水平以及骨髓中成骨細(xì)胞數(shù)量。綜上，LLLT 不僅可以有效促進(jìn)骨質(zhì)疏松情況下的骨愈合，甚至還可以替代藥物治療骨質(zhì)疏松癥。

2.3 抑制炎癥及緩解疼痛

LLLT被廣泛應(yīng)用于各種肌肉骨骼疾病及術(shù)后疼痛。Tomazoni等[27]研究發(fā)現(xiàn)，LLLT(830 nm，100 mW)對(duì)肌肉挫傷后炎癥反應(yīng)有抑制作用，與局部應(yīng)用非甾體類抗炎藥相比具有更好的療效，可有效降低腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-1β和IL-6的水平。Langella等[28]對(duì)18例髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)LLLT照射后患者疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分(VAS)、血清TNF-α和IL-8水平均下降。

2.4 促進(jìn)創(chuàng)面愈合

Braverman等[29]在新西蘭大白兔背部的對(duì)稱位置作2條長(zhǎng)1.5 cm的傷口，不進(jìn)行縫合，單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用HeNe激光 (632.8 nm)與脈沖紅外激光 (904 nm)照射其中一側(cè)傷口，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙側(cè)傷口在愈合過(guò)程中的抗張強(qiáng)度均增加，認(rèn)為可能由于組織因子釋放到體循環(huán)中，從而增加了非激光照射側(cè)傷口的抗張強(qiáng)度。有學(xué)者[30]指出，Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在慢性創(chuàng)面愈合中起重要作用，是生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一。LLLT可能通過(guò)激活包括JAK/STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來(lái)影響衰老細(xì)胞的增殖和遷移。Ahmed等[31]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素聯(lián)合LLLT對(duì)糖尿病大鼠和非糖尿病大鼠的創(chuàng)面愈合均有較好的改善，且LLLT是達(dá)成療效的關(guān)鍵。Ruh等[32]對(duì)9例伴有壓力性潰瘍的糖尿病患者進(jìn)行LLLT(InGaAlP激光器，100 mW，660 nm，2 J/cm2，單次照射12 s)，治療12次后創(chuàng)口外觀明顯改善，實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)分析顯示治療前后IL-6含量無(wú)明顯差異，治療后TNF基因表達(dá)降低，VEGF和TGF-β基因表達(dá)增加。這與Helrigle等[33]、Szezerbaty等[17]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。綜上，LLLT可抑制炎癥，刺激新生血管形成，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。

2.5 治療腕管綜合征

Naeser等[34]研究發(fā)現(xiàn)，與神經(jīng)電刺激治療相比，LLLT治療腕管綜合征后疼痛明顯減輕，Phalen試驗(yàn)結(jié)果及Tinel’s征改善，感覺(jué)潛伏期明顯較短。然而，也有研究[35-36]表明，應(yīng)用LLLT對(duì)腕管綜合征的治療效果與安慰劑無(wú)明顯差異，可能與選用激光照射參數(shù)的差異有關(guān)。Fusakul等[37]對(duì)66例輕、中度腕管綜合征患者進(jìn)行LLLT照射(GaAlAs激光器，波長(zhǎng)810 nm，功率50 mW，每周3次，共15次)，發(fā)現(xiàn)治療5周及12周后，患者手部握力及神經(jīng)電生理參數(shù)較治療前均提高，VAS評(píng)分改善，認(rèn)為L(zhǎng)LLT是輕、中度腕管綜合征的新型保守治療方法。

2.6 修復(fù)脊髓損傷及周圍神經(jīng)損傷

多研究表明，LLLT對(duì)改善脊髓損傷[38-39]、周圍神經(jīng)再生有明顯的促進(jìn)作用。Song等[40]將LLLT作用于脊髓損傷大鼠模型,發(fā)現(xiàn)LLLT (810 nm，150 mW，光斑面積0.3 cm2,每次照射50 min,每日1次，連續(xù)治療14 d)具有減輕炎癥，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞極化，促進(jìn)神經(jīng)元存活的作用，并可促進(jìn)大鼠軸突再生及其運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，認(rèn)為L(zhǎng)LLT是治療脊髓損傷的有效方法。有學(xué)者[41]研究LLLT對(duì)損傷坐骨神經(jīng)再生和重建的影響，認(rèn)為早期應(yīng)用LLLT(780 nm)可促進(jìn)周圍神經(jīng)再生。有學(xué)者[42]使用拉曼光譜研究對(duì)比波長(zhǎng)660 nm與808 nm的LLLT(100 mW, 每次30 s, 133 J/cm2)對(duì)受損大鼠坐骨神經(jīng)的療效，發(fā)現(xiàn)660 nm波長(zhǎng)的LLLT在神經(jīng)細(xì)胞增殖和修復(fù)方面比808 nm波長(zhǎng)的LLLT更加有效。

3 結(jié)語(yǔ)

盡管LLLT具有促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化、加速組織修復(fù)與重建、改善骨質(zhì)疏松、抗炎和緩解疼痛、促進(jìn)慢性創(chuàng)面愈合等作用，且具有便捷、有效、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前LLLT的應(yīng)用尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，激光器種類及照射參數(shù)(波長(zhǎng)、功率、能量密度、功率密度、光束類型、照射面積和照射時(shí)間等)的差異導(dǎo)致不同的光生物刺激效應(yīng)。同時(shí)，LLLT的作用機(jī)制也存在爭(zhēng)議。未來(lái)需針對(duì)不同用途，制定統(tǒng)一化、規(guī)范化的LLLT類別及照射參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣LLLT在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用范圍及前景將會(huì)更加廣闊。