1 引言

发光二极管(LED)是一种具有一定带宽的非相干光源,由美国通用电气于1962年首次发明。早期LED发射波长范围很广,变化幅度高达100 nm,在生物医学的作用和应用范围有限。20世纪90年代初,美国国家航空航天局(NASA)不断地改进LED光谱,并将LED应用于临床研究。此后,LED技术迅速发展,发光效率不断提升,更多的生物学意义不断被发现,这使得原本应用于照明领域的LED逐步在医疗领域崭露头角,其临床应用范围也迅速拓展^[1]。近些年来,LED光源因具有发光效率高、生物学效应明确、使用寿命长、安全性强等优势,临床价值被不断发掘,临床优势也相继得到更广泛的证实,因此逐渐成为光医学领域的新型治疗手段。本文对近年来LED光源的生物学效应及临床研究进展进行总结。

2 不同波长LED光源的生物学效应及临床应用

目前市面上存在5种LED光源,按照波长由短到长以及照射组织深度由浅到深依次为蓝色、绿色、黄色、红色以及近红外LED光源(以下分别简称为BLED、GLED、YLED、RLED以及IRLED)。BLED、GLED和YLED穿透组织深度在2 mm以内,主要作用在表皮至真皮乳头层;RLED穿透深度为2~4 mm,可作用于附件;IRLED穿透深度最大,可至组织深部5~10 mm的附件及网状真皮层。不同波长LED光源的组织穿透深度如图1所示。

图 1. 不同波长LED光源的组织穿透深度

Fig. 1. Tissue penetration depths of LED light sources with different wavelengths

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不同波长的LED光源由于照射组织深度以及光生物学机制不同而具有各自独特的生物学效应,因而被应用在不同的临床疾病中,不同波长的LED光源特性如表1所示。LED的临床疗效则取决于其强度和剂量、注量率、波长、脉冲或连续模式和治疗持续时间等光学剂量参数。LED治疗的强度或辐照度是指LED系统照射处理每平方厘米组织表面积所传递的能量剂量,单位为W·cm^-2。找到剂量、辐照度和治疗强度之间的适当组合是对目标组织实现最佳效果的关键问题。针对不同深度和结构的组织都需要对这些参数进行特定和可重复性的评估,目前认为最佳临床强度或辐照度范围为50~100 mW·cm^-2,但是实际临床应用中差异很大,还需进一步探索及制定标准。目前尽管有一些研究也提出光传输模式的差异性,显示脉冲模式对成纤维细胞产生胶原蛋白具有更有利的影响,并且对细胞增殖和氧化具有更大的刺激作用,但最佳光波传播模式仍不确定,存在相互矛盾的结果^[2-3]。

5种光源对于浅表性皮肤疾病及美容均有很好的疗效,如BLED临床可用于痤疮类皮肤病、银屑病、新生儿黄疸的治疗,其他4种LED光源则对于皮肤美容、抗老化、消炎止痛以及促进伤口愈合均有一定作用。除此之外,BLED常被用来调节生物节律和情感障碍,GLED有镇静促眠的作用,RLED用于光动力疗法治疗癌症,IRLED则对心血管疾病有很好疗效;其中RLED在临床中的应用最为广泛,效果最为显著。近年来,LED光的生物学效应及机制研究取得了积极进展,研究表明:暴露在单个或者多个不同波长的光照下细胞的新陈代谢和基因表达会发生改变。LED光的共性机制主要通过细胞内的光化学反应影响细胞代谢途径和基因表达模式等,这些影响包括增加三磷酸腺苷(ATP)和活性氧、调节转录因子、改变胶原等蛋白合成、刺激血管生成、增加血流量等方面^[4]。

2.1 RLED的生物学效应及临床应用

分子生物学机制研究证明629~632.5 nm RLED可显著促进细胞增殖、一氧化氮(NO)分泌、诱导内皮细胞迁移,从而减少缺血性组织坏死,增加表皮层和皮下脂膜肌内的新血管生成,减轻炎症及促进伤口愈合^[5]。其作用机制首先为光化学作用,此波段的光能穿透至皮肤真皮层深层并被细胞线粒体吸收,增加线粒体过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性、蛋白合成、三磷酸腺苷分解及糖原含量,继而刺激生长因子的产生,通过磷脂酰肌3激酶/一氧化氮合酶(PI3K/eNOS)信号通路促进细胞增生和合成代谢,促进伤口愈合,并通过影响细胞膜对钙离子的通透性和诱导巨噬细胞释放细胞因子发挥抗炎作用^[6-7]。另外,在口腔牙周病领域,625 nm的RLED光照射可减少炎症反应并诱导牙周组织中的细胞增殖机制中还涉及细菌和口腔细胞的相互作用,该机制还需进一步探索^[8]。RLED是目前临床上应用最为广泛的单色光源之一,是皮肤美容、抗衰老、抗炎以及辅助伤口愈合的重要手段。

2.1.1 嫩肤抗衰老

一项前瞻性随机实验证明,RLED联合甲基氨基乙酰丙酸的光动力疗法(RLED+MAL-PDT)可以明显增加光损伤患者胶原纤维并减少弹性纤维,原因可能是通过激活成纤维细胞生长因子而增加Ⅰ型前胶原、基质金属蛋白酶9(MMP-9)表达,减少基质金属蛋白酶1(MMP-1)表达,促进纤维母细胞增殖而发挥抗衰老嫩肤效应^[9-11]。Brolet等^[12]证明RLED(660 nm)可以预防紫外线(UV)诱导的红斑,但是目前不确定RLED照射的作用是减少紫外线伤害还是减少红斑产生。

2.1.2 表皮浅表性疾病及炎症

Sacono等^[13-14]报道RLED(670 nm)对接受骨髓疗法的小儿患者口腔粘膜炎(OM)发生率和严重程度有积极的改善,同时也可以降低成人化疗引起的OM期限。RLED以及RLED结合光动力疗法(PDT)治疗光化性角化病(AKs)的效果显著,优于连续超低强度人工日光,亦有研究证明RLED+甲基氨基乙酰丙酸(MAL)-PDT治疗组响应率分别为59.2%和68.4%,优于安慰剂组的14.9%和6.9%^[15]。RLED+PDT+MAL对肉芽肿性皮肤疾病和滤泡性炎性疾病也有一定的治疗作用,如痤疮、环状肉芽肿和脂性渐进性坏死^[16]。酒糟鼻是一种炎症性皮肤疾病,特征为面部潮红有红斑及炎性丘疹、毛细血管扩张、血管炎症等,RLED-MAL-PDT对酒糟鼻有一定的疗效^[17]。

2.1.3 促伤口愈合

Sakamoto等^[18]和Sanclemente等^[19]使用RLED结合氨基乙酰丙酸(ALA)或MAL(RLED+ALA/MAL)照射,可明显改善疤痕外观及面部损伤。RLED(633 nm)照射可以显著改善眼睑整容与眼周重塑手术后患者面部水肿、红斑、青紫以及疼痛,也可以促进掺铒钇铝石榴石(Er∶YAG)固体激光消融掌跖疣后的损伤恢复^[20-21]。基于RLED(620~720 nm)的PDT由于其灭活微生物的作用而被广泛用于组织修复以及感染或未感染皮肤伤口,除此之外,在糖尿病和感染导致的难愈合伤口,以及预防抗生素导致的细菌等微生物耐药性增加方面也表现出较好的疗效,可用的光源功率密度范围为1.3~500 mW·cm^-2,能量密度范围为3.5~200 J·cm^{-2 [22-24]}。

2.1.4 表皮浅表性肿瘤

Calzavara-Pinton等^[25] 成功地将RLED用于皮肤肿瘤(NMSC)治疗,治疗方式为RLED+MAL-PDT,112例原位鳞状细胞癌(BD)病变3个月和24个月后完全缓解率分别为73.2%和53.6%。Wong等^[26]用定制的功率设置为240 J·cm^-2的RLED(630 nm)阵列结合ALA治疗Bowen病,结果表明3/4的患者痊愈,在MAL乳膏之前使用RLED光动力疗法可以提高其疗效。另一研究显示与RLED+ALA-PDT相比,RLED+MAL PDT对Bowen病有更高的响应率(响应率分别为82%与95%)^[27]。Baas等^[28]的研究表明,注射第二代静脉注射光敏剂tetrahydroxyphenylchlorin(mTHPC)联合RLED(652 nm)照射治疗对基底细胞癌(BCC)有显著疗效。

2.2 YLED的生物学效应及临床应用

光对细胞的影响能力是依赖于光子数量和传递模式,似乎只有光调制YLED具有一定的组织反应性^[29]。光调制YLED黄光可以通过介导线粒体原卟啉IX(Mitochondrial protoporphyrin IX)吸收的光子增加三磷酸腺苷(ATP)的产生,调节基因表达以及细胞活性,如减少MMP-1表达、促进胶原合成等。590 nm光调制 YLED 照射可以下调神经细胞黏附分子1(NCAM1)、胶原蛋白α-1(XI)链(COL11A1)、Ⅵ型胶原Α1(COL6A1)、CD44、基质金属蛋白酶-11(MMP-11)、结缔组织生长因子(CTGF)等基因表达,从而调节炎症,促进伤口愈合等^[30]。

2.2.1 嫩肤抗衰老

Weiss等^[29]报道了一项皮肤光老化患者多达900例的大型临床实验,用于研究光调制YLED(590 nm)的作用,患者接受单独LED治疗或IPL、脉冲染料激光(PDL)或红外激光器干预后,自述初次治疗后红斑减少,单纯LED组皮肤柔软细纹减少。93例轻度和90例中度光老化研究显示,YLED(590 nm)干预后,90%的受试者日光反应性皮肤分型(Fitzpatrick)皱纹类光老化降低。另一项研究通过光学轮廓测量显示,表面地形测量结果提高了10%,治疗后所有患者面部胶原蛋白增加。每周用YLED(588±10 nm波长)光照40 s,持续8周后,通过照片对比、临床评估和主观问卷调查,结果显示患者面部嫩肤效果明显^[31]。

2.2.2 促伤口愈合

Khoury等的研究表明,光调制YLED(590 nm)阵列可降低点阵激光或IPL治疗后红斑的强度、持续时间及疼痛,加速损伤恢复。Opel等^[32]报道YLED照射治疗能通过影响血管系统减少酒糟鼻患者红斑,但是不能改善丘疹,因此,YLED作用于血管减少红斑作用明显而抗炎症作用有限,但YLED治疗能明显减少30%乙醇酸去角质换肤后产生的术后红斑。

2.2.3 表皮浅表性疾病及炎症

DeLand等^[34]研究了光调制YLED(590 nm)在防止或改善皮肤的耐辐射性皮炎的价值,患者在一系列强度的放射照射后接受光调制YLED的照射治疗,大多数患者只发生轻度皮肤辐射反应(0级或1级放射性皮炎),只有5.3%的病人由于皮肤反应不得不中断,表明YLED照射减少了辐射引起的皮肤反应的发生率和程度,以及由于皮肤反应而导致的治疗中断的发生率。另一项实验评估了光调制YLED在预防乳腺癌放射辐射引起的皮炎的作用,调强放疗(IMRT)后立即进行光调制YLED处理,能减少乳腺切除的乳腺癌患者中1、2、3级肿瘤的发病率(基于美国国家癌症研究院肿瘤分级)。但是,在一项同样规模的研究中对辐射性皮炎患者的YLED光疗效进行了评估,研究人员发现,治疗组和对照组的分级反应在治疗后的差异不显著^[33-34]。

2.2.4 提高肌肉性能

RLED也有被用于提高肌肉性能和降低肌肉疲劳的案例,但是光照射最佳剂量参数有待继续研究和制定^[35]。其机制可能是光生物刺激增加了线粒体水平上细胞色素c氧化酶的表达,使得ATP产量的增加,从而在应用时结合体育锻炼能增强肌肉反应^[36]。

2.3 GLED的生物学效应及临床应用

GLED光具有镇静舒缓、促进睡眠、缓解疼痛、杀菌消炎以及促进伤口愈合的作用。525 nm GLED照射Sprague Dawley(SD)大鼠皮肤伤口,能明显降低炎症发生率,促进伤口恢复^[37-38]。除此之外,GLED(525 nm)对大鼠幼鼠神经性疼痛模型的抗伤害感受和抗痛觉过敏有一定作用,能逆转其感觉阈值降低的状况,有望作为一种新型非药物学方法治疗慢性疼痛;其作用机制涉及脑啡肽的脊髓表达增加,脊髓和伤害感受器蛋白质组的改变,以及视觉系统、来自延髓头端腹内侧区(RVM)的μ-阿片受体途径和下行疼痛抑制途径^[39]。有研究对比了RLED(625 nm)、GLED(525 nm)和BLED(425 nm)照射对厌氧菌的杀菌作用,发现BLED(425 nm)和GLED(525 nm)照射的杀菌效果根据细菌而变化,BLED(425 nm)对牙龈卟啉单胞菌和大肠杆菌(DH5α)有杀伤作用,GLED(525 nm)对金黄色葡萄球菌有抑制作用,然而RLED(625 nm)对牙龈卟啉单胞菌、大肠杆菌或金黄色葡萄球菌均没有杀伤作用,且LED光的杀菌效果取决于波长、功率密度、细菌存活数和细菌种类^[40]。就杀菌效果而言,低水平光照刺激细胞生长,但高功率密度(6 mW·cm^-2)比低功率(3 mW·cm^-2)更有效,原因可能是高浓度的光能诱导更多氧自由基(ROS)从而导致细菌死亡^[41]。

2.3.1 镇静促眠

GLED对大脑功能状态影响明显,能促进神经放松和睡眠。用波长为525 nm,总功率为40 mW,照射面积为12 cm²的GLED照射颞叶、乳突下椎动脉、脊骨、颅骨顶、眉毛中线以及鼻窦的皮肤每个区域1 min,总共7 min后,70%的人产生睡意,20%的人表示头部轻松,只有10%的人没有明显的变化;40%的人辐照10次每次都产生睡意;证明GLED照射能促进睡眠,且这种影响还取决于神经系统的状况,对于情绪越不稳定的病人镇静作用越强^[42-43]。

2.3.2 缓解疼痛

GLED照射具有缓解偏头痛的效果,且较低强度的GLED更具抗痛觉作用,与其他颜色和更高强度的光相比,低强度绿光将偏头痛的强度降低了约15%,为绿光的舒缓效果的研究提供了基础。通过分析视网膜电图(ERG),由丘脑和视觉诱发电位记录的结果可知,偏头痛中常见的畏光症状,其光调节过程可能起源于视网膜,视网膜神经节细胞的轴突投射汇聚至丘脑后核区域的硬脑膜敏感神经元而非在皮质,进而影响光调节过程^[44]。在机制上,GLED的舒缓效果可能涉及复杂的心理生物学、心理物理学,研究发现该过程可以通过锥形驱动的视网膜通路、主要视觉通路外的两个感觉核中的光敏丘脑神经元和不同颜色的皮层的差异反应来解释,其通过光敏三叉神经血管丘脑神经元传递到皮层,患者的感知与视觉诱发电位的第2个正波(P2)波形高度相关^[45-46]。

2.4 BLED的生物学效应及临床应用

BLED目前主要应用在治疗皮肤炎症性疾病以及调节生物节律等方面。BLED通过影响痤疮丙酸杆菌发挥其灭菌抗炎特性,痤疮丙酸杆菌含有天然卟啉,主要是粪卟啉和原卟啉Ⅸ,吸收BLED光分子后诱发类似PDT的效应,通过产生氧自由基(ROS)导致细菌死亡。除此之外,由于原卟啉9(PpIX)在银屑病条件下内源性存在,因此也成为了光动力学治疗的潜在目标^[47]。Lipovsky等的报道提出,高强度可见光(400~800 nm)可杀死感染伤口的细菌,而低功率白光能促进细菌增殖,BLED(400~500 nm)照射后产生的ROS高于RLED(500~800 nm)^[48]。Feuerstein等证明BLED(400~500 nm)不仅对多种细菌具有光毒性,而且产生的细胞因子具有消炎作用^[49]。

2.4.1 抗炎杀菌

Morton利用BLED(415 nm)治疗了30例轻中度痤疮,每次8,10,20 min,为期4周,平均炎症损伤数在第5周,第8周和第12周分别减少了25%,53%和60%。同样,Tremblay等给轻中度炎性痤疮患者进行每周两次的BLED(415 nm)治疗,每次20 min,维持4~8周,满意度也达到了90%。其他临床研究也得到了相似的结果,BLED照射后,病灶数量和大小,以及红斑均有所改善。也有将BLED结合ALA治疗痤疮的研究,但是患者出现了较大的副作用,且与单纯BLED治疗相比没有显著差别。由于BLED的杀菌效果,其也会被用于牙科,以促进伤口愈合,治疗牙周炎^[50]。BLED照射对牙龈卟啉单胞菌、大肠杆菌(DH5α)和金黄色葡萄球菌具有杀菌作用。BLED杀菌机制是通过产生活性氧(ROS)而杀死细菌。

2.4.2 调节生物节律

生理系统对短波长光(蓝色)最为敏感,峰值接近460 nm,相比于含短波长光比较少的光源(黄白色光),在白天暴露于合式剂量的强短波长光下(青白色光)能更积极地、客观或主观地影响阿尔茨海默病痴呆(ADRD)患者的睡眠和行为^[51]。BLED通过抑制人体褪黑素分泌刺激肾上腺分泌皮质醇,进而改变生理节律,调节人体警觉度和生物钟,即节律效应^[52]。晚上暴露在470 nm短波长BLED 2 h,可以提高ADRD患者的睡眠效率。刘娜等^[53]使用波长为470 nm,强度为65 μW·cm^-2的蓝光LED,于清晨6:00至8:00对健康受试者进行照射,持续2 d,结果表明受试者褪黑素分泌曲线较基线有明显的前移。

2.4.3 新生儿黄疸

新生儿黄疸是早产儿的临床常见症状,胆红素过高会干扰细胞的代谢功能,引起胆红素脑病,有较高的死亡率。临床治疗主要以蓝光照射为主,光源包括冷光源和热光源。作用机制基于光的异构化,胆红素的异构体4Z、15Z在光和氧的作用下变成水溶性4Z、15Z胆红素异构体,两者均不需要与葡萄糖醛酸结合即可从胆汁、尿液中排出。对于新生儿黄疸,LED光疗可能比传统光疗更有效,同时,LED装置需要的光疗时间较短,可以缩短住院疗程^[54]。

2.4.4 银屑病

银屑病是一种免疫介导的炎症性皮肤病,两项随机双盲对照实验分别证实420 nm(100 mW·cm^-2)和453 nm(200 mW·cm^-2) BLED照射4周后均可有效改善局部银屑病。但是,最有效的光照剂量还未确定,需要进一步研究和探索^[55-56]。银屑病治疗也可通过BLED(420 nm)与RLED(630 nm)联合照射(60 J·cm^-2,50 mW·cm^-2,20 min),照射4周后斑块和红斑分别减少26.7%和33.9%,效果优于水杨酸治疗,但由于PpIX在408 nm处具有最大吸收峰,因此BLED比RLED更能激活PpIX而产生作用^[57]。

2.4.5 肿瘤早期诊断

正常口腔组织的特征荧光光谱中心波长约在480 nm,且黏膜不会被孟加拉红(RB)染色,如果被RB染色则意味着被染部位可能产生了癌前病变或者肿瘤,此部位特征荧光光谱波长范围变为570~600 nm。选用405 nm BLED作为激发光源,RB作为光敏剂,可对早期口腔肿瘤进行诊断。当癌前病变发展成恶性肿瘤后,其特征荧光光谱发生改变,在630 nm和690 nm处各有一个典型的卟啉峰。以此为依据并结合光致荧光技术,采用荧光比例法,对口腔癌前病变进行诊断,灵敏度和特异性分别可达到95%和92.5%。这种无创、快速、早期的诊断方法,可以显著提高口腔癌患者的存活率^[58]。

2.5 IRLED的生物学效应及临床应用

近红外光线,也被称为单色红外能量,被认为具有提高静脉NO水平,舒张血管以及促进伤口愈合的生物学功能,常被用于治疗需要增加外周血流量的疾病。其机制主要是通过诱导释放的鸟苷酸环化酶和氧化亚氮刺激循环,促进血管舒张和生长因子的产生以及血管生成,并可帮助伤口愈合^[59]。目前单一近红外光的临床应用不是很多,多联合其他波长发挥光疗作用,除此之外,多用于设计、合成基于新型近红外的检测NO的荧光探针^[60]。

2.5.1 促进伤口愈合

低能量的IRLED可以诱导成纤维细胞增殖,对治疗疤痕和伤口愈合有一定作用。Hunter等综述了IRLED应用在糖尿病伤口不愈合并发疖肿及耐甲氧西林的患者上,经过每周2~5次,每次30 min的IRLED治疗,伤口开始收缩,疼痛、水肿、感染等明显减少。

2.5.2 消炎镇痛

IRLED目前也被作为治疗毒蛇咬伤引起的局部反应的一种辅助治疗工具。矛头种蛇毒蜇入体内的特点是全身及局部病理生理改变,系统地影响包括改变凝血功能、肌红蛋白血症,血钙过多,急性肾功能衰竭和心血管休克;咬伤部位,病变发展迅速,特点是剧烈的疼痛,水肿形成水泡,出血和坏死,更严重的会发生肌肉和神经病变最终导致截肢^[61-62]。光生物调节疗法(PBMT)主要利用无创的形式,使用低强度激光(LLL)和LED,利用RLED或者IRLED (波长为600~1000 nm)提供低辐照度和剂量光照靶组织,能量密度为2.2~4.2 J·cm^-2时均表现出积极的作用,可以减少被蛇咬伤引起的局部水肿、痛觉过敏、白细胞涌入和心肌坏死的肌肉毒性以及加速组织再生^[63]。然而,机制还不是很清楚,可能与其抗炎等作用有关,还需要进一步研究^[64]。

3 不同波长的联合应用研究

不同的细胞和组织吸收不同波长的光,5种LED光源波长范围为400~1200 nm,越长的波长越能够穿透组织深部,多波长联合不仅能够覆盖更广范围的组织,还能发挥光效的协同作用。许多研究表明,组合LED光波治疗比单一光疗更有效,因此在临床研究和应用中更为常见。

3.1 RLED与BLED联合

RLED与BLED联合已在光老化、痤疮、银屑病等多种皮肤疾病以及伤口愈合、提高肌肉性能的研究中表现出独特的优势。前瞻性、双盲、劈面随机对照实验结果表明,面部接受BLED(464 nm)加红外(830 nm)照射的患者皱纹显著减少,皮肤的弹性也有所提高。组织分析结果显示,联合光照能显著增加胶原蛋白和弹性纤维,激活周围形成纤维细胞。除此之外,还可以促炎性细胞因子白细胞介素1(IL-1β)和肿瘤坏死因子(TNF-α)分泌,降低白细胞介素6(IL-6)水平。RLED与BLED联合用于治疗痤疮的疗效温和且显著,BLED(415 nm)和RLED(464 nm)治疗中度痤疮患者,粉刺数改进率可达到34%,炎性病灶数改善率可达到78% ^[65]。Goldberg等^[66]用RLED(633 nm)和BLED(415 nm)治疗皮肤磨削术后的重度痤疮,4周和12周后,病灶数分别下降了46%、81%。最近,Kwon等^[67]利用家用组合BLED和RLED可以减少77%炎症和54%非炎症性痤疮病变。RLED与BLED联合照射对创伤后引起的慢性伤口愈合的临床效果研究表明,与对照组相比,连续10 d RLED与BLED联合照射可显著提高创面面积缩小率、创面相对愈合速率及创面愈合的疗效,且能更有效地减轻创面疼痛,RLED与BLED联合使用比单纯RLED更能有效促进伤口愈合、减轻伤口疼痛^[68]。基于红光(600~700 nm)和蓝光(405~470 nm)的光物理疗法逐渐得到医护人员的关注与重视。

3.2 RLED与IRLED联合

文献[ 69-71]中采用RLED(633 nm)和IRLED(830 nm)光组合治疗光损伤皮肤,80%的受试者眶周皱纹在柔软、光滑、硬度等方面均有改善,皱纹减少,其他研究也得到了类似的结果,其机制是增加了胶原纤维厚度、增加I型胶原的表达和成纤维细胞数量和活性。光生物调节疗法(LEDT)至少对与运动性能或疲劳有关的一个变量是有效的,因此LED治疗也被用于提高肌肉性能和降低肌肉疲劳的相关因子^[35]。无论是LLLT、LEDT,还是两者的联合,都使用了从655~950 nm波长范围的红光和近红外光。在运动之前采用LED照射肌肉,针对小肌肉群,能量剂量范围为20~60 J(代表剂量与85%的积极结果),针对大肌肉群,能量剂量范围为60~300 J(代表剂量与75%的积极结果),最大输出功率为200 mW·cm^-2时,能够产生最好的效果,可以明显改善运动人员的个人表现。其机制可能是增加线粒体活性能产生更多的ATP,调节与肌肉损伤的有关炎症标记物的释放,并提供更多的能量^[72-73]。采用633 nm红光与830 nm IRLED光组合对顽固性银屑病的治疗也有较好的疗效,年底随访清除率达到了60%~100%的高满意度^[74]。接受消融Er∶YAG/二氧化碳(CO₂)激光焕肤(4个全脸,8个眼周,16个口周)后立即暴露于830 nm IRLED(55 J·cm^-2)和633 nm RLED(98 J·cm^-2)20 min,3 d一次,持续3周,评估结果表明,3个月和6个月后,改善率为85%~100%,对渗出、结痂、疼痛和水肿的症状及红斑改善更快,皮肤状态更好^[75]。

3.3 BLED与IRLED联合

Sadick等^[76]使用交替的BLED(415 nm)和IRLED(830 nm)组合治疗中度痤疮,每周20 min,持续治疗4周,患者改善程度从0~83.3%不等,表明其对痤疮的联合治疗所产生的效果比先前报告的蓝/红组合效果差,而且需要进一步进行大样本量的重复实验。

4 结论

LED因其结构简单、功耗低、寿命长等特点,不管在临床应用还是在未来康复养生方面均具有广阔的前景,与其他功能类似的产品相比也有诸多优越性。光照射刺激效应主要取决于波长、照射剂量以及照射方式,近年来,随着LED生产水平的提升,其发光效率大为提高,完全可以满足临床低水平光疗的需要。目前临床和市场上应用的LED波长可选择性非常广泛,RLED波长在600~680 nm之间,YLED应用波长为590 nm,GLED常用波长为525 nm和530 nm,BLED波长为415~470 nm之间,IRLED波长为820~890 nm之间;在波长、成本以及便捷方面远远优于激光器。

LED光的生物学刺激作用及其机制已经有了一定的研究基础,在多种临床疾病尤其是皮肤医学中得到了广泛的应用,显示出良好的疗效和性价比。RLED具有可见光波长中最深的组织穿透能力,临床应用疾病最为广泛,包括伤口愈合、皮肤损伤与炎症、治疗癌前病变以及对非黑色素瘤、疣,以及癌症患者口腔黏膜炎的预防,缓解神经痛等。YLED可以穿透0.5~2 mm深度的皮肤和组织,主要应用在抗光老化和辅助激光治疗,降低激光焕肤后红斑的强度和持续性。GLED光具有镇静舒缓、促进睡眠、减轻疼痛、杀菌消炎以及促进伤口愈合的作用,最适合开发养生保健用表面照射光疗产品。BLED最大的穿透深度为1 mm,最适合用于表面应用和治疗,在临床上普遍用于皮肤疾病、新生儿高胆红素血症(INH)、生物节律的调节等。IRLED治疗可以穿透皮肤5~10 mm,但用单色光治疗的数据比较少,通常与其他光源组合使用以治疗伤口、溃疡、顽固性病变,皮肤硬皮病以及橘皮组织等。从文献报道可知,与单一LED照射相比,在一定情况下,多种LED联合应用疗效会大大增强,LED与其他药物如ALA/MAL以及其他光敏剂联合应用的PDT疗法不仅能增强杀菌效果,同时也更适用于癌症的治疗。在皮肤治疗方面,RLED-BLED-PDT以及RLED-IR、BLED-IR组合是治疗皮肤痤疮、光损伤、皱纹、疤痕等最好的方案。因此,LED作为一种辅助治疗手段或者联合其他药物或技术的治疗方案是一个尚未充分发挥潜力的令人激动的领域。

尽管众多的研究已经证明了LED疗法对多种疾病的疗效,但也有其他随机对照实验报道了LED疗法的无效性,表明目前研究还存在一些不足。目前,LED表面照射光疗的很多疾病疗效评价体系不完善,缺少规范化的客观评价指标,主观评价或心理作用会影响其研究结果,比如皮肤美容效果评价中的照片对比以及患者主诉,实验设计要在严格随机、双盲的基础上探索更多的客观评价指标。另外,虽然LED光疗在某些疾病上得到的数据是有效的,但是较低的反应率阻碍了其临床应用和发展,比如 MAL/ALA-PDT治疗脂质渐进性坏死的低反应率使其不适合用于一线治疗,因此系统探索不同波长LED光疗参数,得到精确的量效关系有望提高疗效并促进其发展,并且是最终形成LED光临床使用指南的基础。

作为一种新型的光源,LED在临床,尤其是在皮肤医学的应用已经较为成熟,与此同时,因其较高的安全性,基于LED的光疗设备在医疗保健市场正变得越来越受欢迎并且走向家用,比如对于痤疮、抗老化等皮肤病患者的光疗设备,以及针对失眠、抑郁等的光疗床垫、光疗眼镜等。家用光疗产品以较低的能量密度工作,专为个人和家庭使用,没有医疗监督,被认为是“美容养生”性质。以美国为例,美国食品和药品管理局(FDA)不需要双盲随机对照实验确认其安全和有效性,由FDA监管定性为“II类设备”,上市前只需根据510(k)原则提交申请并且符合FAD规定的产品安全性能标准即可。家庭光疗设备为大众提供了一个低成本、方便的选择,是光疗市场发展的趋势。随着对LED灯具的不断创新和医学上对于不同波长LED生物效应的机理研究,LED的医学应用将具有不可限量的前景。