简析“激光”的生物效应机制及其医美应用领域

皮肤专家 2018-12-05 15:51:01

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01
这激光的发展历程

激光与半导体、原子能、计算机一样,是20世纪人类科学进步的典范,激光医学从孕育至今虽仅30多年,但已成为一门新兴的边缘学科。激光生物学作用机制的研究与激光医疗设备的开发突飞猛进,带动了激光在临床治疗中的创造性应用,并逐渐深入到医学的各领域。


激光的观念最早可诉溯及本世纪初,1905年爱因斯坦依据一般相对性理论首次提出光量子假说,开启激光的观念探讨,紧接在1917年爱因斯坦又提出受激辐射理论,加速了激光理论的成熟。1960年美国休斯公司实验室,梅曼Maiman工程师制造出全世界第一具红宝石激光,其后数十年激光的各项运用发展得极为快速,尤其是医疗用途最为成功。


激光是一种聚高能量的光束,能在短极的时间内放出能量,对组织产生热作用,造成选择性的破坏;激光并非辐射或放射线,不会有使细胞产生突变或致癌的疑虑。激光能切割、封合和蒸发皮肤组织和血管。激光能产生单一波长的强烈光束,其强度和脉冲时间可随意调整。特定激光的波长和功率输出决定了其在医学上的用途。


不同波长的激光,可以选择性地吸收皮内的黑色、蓝色、绿色、褐色、红色、棕色、黄色等等的色素。好比是晚上用电筒隔着玻璃窗照射屋内的东西,玻璃并没有任何的损伤,也就是说用激光在皮肤内部做手术。再加上激光的光斑面积小,激光束以毫秒、微秒的极短时间通过皮肤,激光对表皮的热损极小,也是表皮不留疤痕的原因。用术语来说,这叫做激光的“光爆破效应”。现在,这种激光除了用于去除先天性色素性皮肤病的斑块,也可以用于后天性人为的皮肤病,如纹眉、 纹身、外伤后的色素沉着症等。


在皮肤科的领域内,临床使用的激光种类有:红宝石激光、铒激光、二氧化碳激光、染料激光、Nd:YAG激光及紫翠玉激光。激光的名称是依其激发介质来命名,自然界中有数千种物质可用来激发激光。一般可分类固体激光、液体激光、气体激光及半导体激光。


早在1917年爱因斯坦就预言受激辐射的存在和光放大的可能,继而建立了激光的基本理论。1954年GordonJP和TownesCH根据爱因斯坦的理论制成了受激辐射光放大器,1960年梅曼(MaimanTH)制成了世界上第一台激光器——红宝石激光,从此,一种完全新颖的光源诞生了。激光第一个被应用的领域是医学。那么激光是怎样起作用的呢?

02
激光的生物效应机制

激光生物效应的机制一般认为有6种,即热效应、压强效应、光化效应、电磁效应、弱激光刺激效应和光热分解效应等。



(1).热效应


激光的热效应是指激光被生物组织吸收后转化为热能,使组织温度升高,性质发生变化,即产生热效应。即直接热能作用。生物组织的激光热效应机制为生物组织吸收激光后加温,当温度高达50℃-60℃时,生物组织产生蛋白质永久变形的凝固现象,如温度继续上升达到100℃时,生物组织中水分子将沸腾而完全汽化,此时生物组织结构会有萎缩情形产生,如生物组织继续吸收激光而加温,会产生组织细胞汽化现象,组织表面炭化生成、凹洞及冒烟情形。通常连续性激光如二氧化碳激光即利用激光的热效应产生组织气化与切割功能。


(2).压强效应


激光对生物组织的压强作用,可使悬浮于溶液的微小粒子以很大的方向向四面八方运动,使组织产生机械损伤和破坏。




(3).光化效应


激光的光化效应可引起酶、氨基酸、蛋白质、核酸等活性物质发生变化,产生如杀菌作用、红斑效应、色素沉着、维生素D合成等生物效应。


例如,308nm准分子光照射局部皮损,可使皮损处T细胞凋亡,抑制非正常角化细胞DNA的合成,降低自然杀伤细胞的活性,减少表皮中朗格罕氏细胞的数量,抑制抗原提呈,对白癜风、银屑病、特应性皮炎等疾病均有效。



(4).电磁效应


激光是一种电磁波,以电磁场的形式与生物组织作用。


(5).弱激光刺激效应


强激光治病的直接目的是使生物组织损伤,破坏生物组织。弱激光通过加强血液循环、调整功能、促进细胞生长、组织修复等作用达到治疗疾病的目的。氦氖激光、激光、二氧化碳激光等都能产生弱激光的组织刺激效应。例如:650nm激光即为弱激光刺激,对雄激素性脱发有效。




(6).光热分解效应


一种生物组织对激光选择性吸收的特殊效应。当特定波长激光照射且穿透到生物组织深层机构时,存在其间的靶细胞如黑色素细胞、血红蛋白或选定对象的组织如外来染料等将强烈吸收特定波长激光能量,使靶组织升温,使靶组织结构被崩解成许多微小分子,被组织间存在的吞噬细胞吞噬,随新陈代谢排出。在未造成生物组织表皮层破坏的情况下,利用激光穿透深入生物组织内层破坏靶组织结构,周围组织无损伤,即激光选择治疗效应。例如,Q开关脉冲式激光即利用此种基本理论来治疗色素性病变及去除纹身等。810nm、1064nm激光也是基于这个理论,加热破坏毛囊中的黑素细胞,继而破坏整个毛囊组织达到脱毛。


90年代起,随着科学的进步和激光技术的发展,医用激光器与电子计算机、纤维内镜、图像分析、摄像录像、荧光光谱、X线和超声等新技术不断结合,使医用激光器朝着高性能、智能化、微型化及专科化方向发展,并取得了非常显著的成就:90年代初期应用Q开关激光治疗色素性疾病如太田痣、文身等已取得了近乎完美的治疗效果;90年代中、后期可变脉宽倍频激光治疗血管性疾病也取得了较好的疗效;与此同时长脉冲红宝石激光、翠绿宝石激光、Nd:YAG激光以及半导体激光的相继出现也使激光脱毛技术日益发展成熟;此外,高能超脉冲CO2激光和铒激光的问世使激光磨削除皱风靡西方世界,应用这些仪器术后反应轻微,临床上也可取得了一定的疗效。


20世纪90年代初期,激光美容术在我国一些大城市逐步开展起来,至90年代中、后期美国、以色列、英国、德国及日本等国先进成套的激光美容仪迅速涌进国内,并趋向普及,一些国产的激光美容仪在国内也得到了越来越多的应用。激光美容在整个激光治疗中独占鳌头,且其前景不断看好。现代激光美容已成为当代医学美容中最具有魅力和远大前途的部分。

03
激光的特性


激光同样是一种光,也同样具有波动性和粒子性,但不象太阳光那样是天然存在,而是人工激活的特定活性物质,在特定的条件下产生的受激发光。激光器是强相干光源,它所发出的激光是一种受激辐射相干光,是在一定条件下电场和激光工作物质相互作用的结果。激光具有高度的定向性、单色性、亮度和相干性。激光的波长或频率决定了它的特性。当激光接触到作用物时,作用强度依赖于波长和作用物的组成成分。激光可以发生反射、折射和散射、或被作用物质吸收。机体的血红蛋白、黑色素以及外源性的文身色素等是机体吸收激光光能的主要物质。在临床应用中,当激光作用于组织时,激光光能只有被组织有选择的吸收,临床效果才能达到最佳。


从激光器中发出的光具有高度单色、高亮度、单向性、相干性的特征。激光独特的性质决定了它在临床中的多种应用。激光器中的介质决定了发射的激光的波长。激光的波长范围窄,决定了其在组织中精确地到达目标,而对邻近组织的影响甚小。这种容易控制的光线即使经过长距离后,还不会出现光的强度的损失。这些特性便于使高强度的激光通过光导纤维,聚焦在特定的小区域。

04
激光的运用


(1)、激光美容

联合国在一份关于“理想的未来医学模式”的声明中强调,提高“肉体及精神”两方面的生活质量是21世纪人类努力的方向。激光自60年代起即用于皮肤病的治疗,而近年来随着不同波长激光、高能超脉冲CO2激光、可变脉冲激光和铒激光等的出现,高科技激光美容正在越来越多地走进我们的生活,激光美容——没有伤口的美容术在医学美容界掀起了一个又一个高潮。激光能产生高能量、聚焦精确的单色光,具有一定的穿透力,作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光美容就是利用激光的这一特点,去除或破坏目标组织,达到美容治疗的目的。主要包括激光切割和激光换肤。


(2)、激光切割

激光切割的最大优点是切口出血少,手术视野清晰。目前使用的超脉冲激光,将激光器发出的能量聚集,并通过特殊开关使能量在瞬间释放,强大的能量将组织迅速气化,不仅切割快捷,同时也使切口周围的热传导减少到最小,对切口周围组织的损伤程度极小。用于重睑术、眼袋整形、面部除皱等方面,取得了良好的效果。


(3)、激光换肤

激光换肤利用了激光磨削技术,其原理是通过改变激光器的聚焦特性,使激光点变成一个光斑,再利用图形发生器,将光斑按照一定的图形进行扫描,使激光斑在瞬间产生的高热将扫描范围内的目标组织去除。每个光斑的强度、密度、扫描图的形状及大小均由计算机进行控制,从而精确地控制去除目标组织的深度,达到治疗的目的。


激光换肤不仅克服了传统方法易出血、深度不易控制等缺点,还有刺激皮肤弹力纤维,使其收缩的作用。弹力纤维的收缩可使皮肤收紧,进一步促进表浅皱纹消失,除皱效果更加明显。在进行激光换肤术前后应避光,适当服用维生素类药物,术后面部用药或换药防止感染等。换肤术偶尔会出现的皮肤色素沉着,在黄种人比较常见。术后三个月内色素沉着发生率较高,这种色素沉着多在半年内消失,不再复发。出现这种情况,不必进行特殊处理,应避光,并在医生的指导下使用一些防晒护肤品。为了避免发生永久性色素沉着,在选择手术适应症时应注意,尽量选择肤色浅或肤色深的患者,对于肤色介于两者之间者慎用换肤术。


(4)、激光治疗

利用激光治疗面部毛细血管瘤、色素痣等。其原理是不同颜色的组织对不同波长的激光吸收率不同,当用这些特定波长的激光对病变部位进行照射时,这些色素或血红蛋白受激光破坏最重,而周围的正常组织受损伤轻微,当遭受破坏的病变组织逐渐被身体吸收,疾病或皮肤内的色素便得到治愈。


激光在皮肤美容科的应用,尤其是近年来出现的治疗项目,多数是属于后者,比如,葡萄酒色斑、毛细血管扩张、酒糟鼻等浅表血管性疾病的治疗,太田痣、咖啡牛奶斑、雀斑、浅表的先天性色素痣等先天性色素疾病,以及老年斑、部分后天性色素沉着的治疗,以及体毛过多、人工纹身或浅表的外伤性纹身的消除,激光在上述领域都已经成为当之无愧的首选方法,这是一场造福患者与医生双方的革命,数千年来,人类从来没有这么自由、快捷、有效、安全地去除过那些梦中都想去除的有碍观瞻的疾患。此外,针对浅表皱纹、浅表瘢痕等许多新方向,人们即将开发出更合理的治疗。


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