低强度激光照射对神经系统的作用及临床应用

低强度激光照射对神经系统的作用及临床应用 低强度激光照射对神经系统的作用及临床 应用 医学杂志2010年l0月第19卷第5期ChinJLaserMedsu职.October2010.Vo119.N0.5 低强度激光照射对神经系统的作用及临床应用 胡翠卷罗振坤h孙嵘王秋华 ? 综述? 摘要 低强度激光具有独特的生物刺激效应,利用这一效应,低强度激光在临床上应用十 分广泛,特别是在中枢神经系统疾病 中的应用,为中枢神经系统疾病的治疗和康复保健展示了广阔的前景.笔者概述了 低强度激光的生物学效应,作用机制,作 用特点,作用影响及对神经系统疾病上的治疗作用. 关键词激光;生物刺激;神经系统 中图分类号:R312;R74文献标识码:A文章编号:1003—9430(2010)05—0318—05 Low-levelLaserIrradiationonNervousSystemandItsClinicalApplication HUCui?juan,LUOZhen—kun,SUNRong,WANGQiu-hua 1.InstituteofRadiationMedicine,AcademyofMilitaryMedicalSciences,Beijing100850,China2.Departmentof RehabilitationMedicineofNanlou.GeneralHospitalofP ABSTRACT Low-levellaserhasaspecialbio— stimulationeffectsandhasbeenwidelyusedinclinic,especiallyfortheeen~alnervoussystem diseases.Itshowsbroadprospectsforthetreatmentofcentralnervoussystemdiseasesandreh abilitationforthehealthcare.Thisarticle summarizesthebiologicaleffectsoflow— levellaser,mechanism,characteristics,influenceandtheclinicalapplicationtothenervous systemdiseases. KeywordsLaser;Bio-stimulation;Nervoussystem 自1960年,Maiman成功制造出世界上第一台红宝石激 光器以来,激光以其高单色性,高方向性,高相干性,高能量 性以及和生物组织相互作用的独特性能,在临床医学各个领 域得到广泛应用.低强度激光是一种低功率,低能量密度的 激光,其热作用,压强作用甚微,主要以光敏,电磁作用为主. 目前医学上将输出功率小于500mW的医用激光器都包括在 低强度激光器的范畴内,He—Ne激光,半导体激光,CO激光 等都是常用的低强度激光.低强度激光对生物组织的潜 在作用被匈牙利外科医师Mester在上世纪60年代末提出以 来,成为一个有争论,很活跃的研究课题.多年来,低强度激 光疗法在临床上得到广泛应用,在调节机体的免疫,血液循 环,组织代谢及神经等功能方面均取得了较好的疗效,特别 是在中枢神经系统疾病中的应用,为中枢神经系统疾病的治 疗开创了新的领域,已成为临床治疗的有效手段,国内外已 有很多成功的报道.笔者仅就低强度激光对机体神经系 统作用的的研究进展进行综述. 作者单位:1.军事医学科学院放射与辐射医学研究所(北京市,100850)2.解放军总医院南楼康复医学科 作者简介:胡翠卷(1984,),女,河北唐山人,大学本科,目前主要从事激光生物医学和神经认知方面的研究工作. 通讯作者 ? 318? 中国激光医学杂志2010年1O月第19卷第5期ChinJLaserMedSurg,October2010,Vol19,No.5 低强度激光的生物学刺激效应 激光的生物效应总体上可分为热效应,压强效应,光化 效应,电磁场效应及生物刺激作用,而生物刺激作用是低强 度激光所独有的作用.激光生物刺激作用对生物体不会产 生不可逆损伤,而是产生各种与超声波,针灸,艾灸等机械的 和热的物理因子所获得的生物刺激相类似的效应j,这种 特殊作用可产生多种良性生物学效应. 一 ,低强度激光生物刺激作用机制 生物刺激效应是低强度激光作用的结果,为了解释低强 度激光的生物效应,人们提出了种种假设,但到目前为止还 没有形成学术界普遍接受的理论.综合人们以往的实验结 果,推测低强度激光的作用机制可能是:(1)通过激光照射促 进脑源性神经营养因子的表达,并以此促进神经元的生长与 发育;(2)增加神经元的超氧化物歧化酶(SOD)合成,以此调 节自由基代谢,加快氧自由基清除及降低氧自由基浓度,维 持细胞膜和DNA结构的完整性,从而延缓神经元衰老,维持 其存活;(3)促进病灶区脑组织的循环改善,血管扩张和解除 痉挛,进而促进了受损神经元的能量代谢和钙通道蛋白的活 性,使胞内钙离子浓度下降;(4)通过超离子辐射提高受体蛋 白质活性,控制着整个细胞的新陈代谢及其相应的细胞间的 活动;(5)在低强度激光作用下,通过受体的参与,发生光致 敏化,产生了光照活化效应,刺激了细胞内外生理过程和修 复再生过程;(6)高等动物中存在着和植物,微生物类似的光 色素系统,吸收低强度激光后能对多种生物变化起触发作 用,能调节和控制RNA和蛋白质的合成;(7)当用线偏振光 照射细胞时,线偏振光的电场方向重新排列,结果改变了细 胞膜上类脂双分子层的构象. 二,低强度激光生物学刺激作用的特点 1.刺激或抑制研究表明,激光的神经调节效应是受多 种因素制约的.激光照射究竟是起兴奋作用还是起抑制作 用取决于激光的波长,剂量,机体的功能状态及刺激的部位 等. 2.累积作用小剂量有累积作用,因此,一次大剂量照 射或将该剂量分成小剂量多次照射,所起的生物效应相同, 其最终作用依赖于激光的总能量. 3.抛物线效应进行激光照射时,效应不随照射次数增 加丽无限增大,有一极大值,达极大值后,再增加照射的次 数,刺激作用反而减弱,甚至变成抑制作用. 激光照射对神经系统作用的影响 一 ,对体外培养神经元存活率的影响 细胞是生命活动的基本单位,脑的生长发育,衰老,死 亡,以神经元的生长发育,衰老,死亡为基础.神经元的生长 发育与衰老对内外环境因素变化均较敏感.采用波长为 632.8nln,输出功率为3mW的He.Ne激光对体外神经元进 低强 行照射,每次照射3min,光斑直径3mm,实验结果显示,度激光照射后,可以明显提高神经元的存活率,并且与世界 上公认的能促进神经元生长发育的脑活素药物对照组比较, 无显着性差异,而这两组与空白对照组比较有显着差异. 而脑活素是从动物脑组织中提取的一种游离氨基酸和蛋白 质的小分子多肽水溶液,且有类似神经营养因子的作用,可 以促进神经元的生长发育,提高神经元存活率,诱导神经元 分化,并对神经元有保护等作用?.杨明珠等采用输出 波长632.8nIn,功率密度63.7mW/cm,光斑直径2.0mln,照 射时间为3,6和10min的He—Ne激光照射体外神经元发现, 激光照射对神经元的增生有双重效应,前两组可促进神经元 的增生,而最后一组则起抑制作用.推测可能是激光的累积 效应,使照射累积总能量过大,对神经元造成了损伤. 二,对神经系统修复能力的影响 哺乳动物发育及成熟的脑,在不同时期和不同区域均有 神经干细胞的存在,神经干细胞可以分化为神经元和神 经胶质细胞,具有参与修复损伤的神经网络的功能,因此神 经干细胞在损伤脑组织的自身修复中发挥着重要作用.尽 管神经元的数量有限,且其自我修复能力也是不完善的,但 研究证实,通过干预措施增强颅内神经细胞的自我修复将成 为治愈缺血性脑损伤的最有价值的方法之一【17].Rochkind 等研究提示,He-Ne激光照射大鼠脊髓可促进相应受损的 周围神经修复.临床实验发现,对于脑梗死的患者,早期应 用He—Ne激光器,输出波长632.8ntn,输出功率2.5mW,光 斑直径1cm,照射部位为肘正中静脉,每次照射60min,每日 1次,10d为一疗程,能增强神经组织抗损失能力,促进组织 修复,改善神经功能缺损程度". 三,对神经元培养液中SOD和MAD浓度的影响 生物氧化副产品的MAD自由基是造成衰老的直接和重 从而使膜蛋白变 要因素,它能使脂膜中不饱和脂肪酸氧化, 性,膜脂流动性降低,膜脆性增加及膜的运输功能紊乱及 丧失;同时还将蛋白质中的巯基氧化而使蛋白发生交联,变 形,导致酶失活.细胞清除氧自由基的机制之一是通过具有 抗氧化作用的SOD而实现的.吴爱群等采用波长632.8 nlTl,输出功率3mW,照射时间3rain的He.Ne激光对体外神 经元进行照射,实验证实,激光照射可使培养液中MAD的含 量降低,SOD的含量升高.杨明珠等研究也发现激光照射对 神经元培养液中SOD和MAD浓度有双重的影响,照射时间 适当可提高两者的浓度,照射时间过长则可降低两者的浓 度. 四,对神经元相关蛋白的影响 巢蛋白属于中间丝蛋白的一种,是目前识别神经干细胞 的特异标志蛋白,已被广泛用于标记神经干细胞.实验证 实,激光治疗组齿状回内巢蛋白免疫阳性细胞数目较对照组 明显增多拉.微管关联蛋白2与微管蛋白结合,参与微管 的构成,它是神经元结构蛋白,为神经元所特有,其正常表达 于成熟神经元的核周胞质和树突,具有组装微管,构成并稳 定细胞骨架结构的作用j.如果微管关联蛋白2的活性下 降,就会影响细胞骨架的完整性,且使线粒体的轴突转运发 生障碍,最终导致神经元死亡.缺血性脑损伤的大鼠其海马 ? 319? 中国激光医学杂志2010年l0月第l9卷第5期 ChinJLaserMedSurg,October2010,Vol19,No.5 和齿状回微管关联蛋白2免疫阳性细胞数目较少,染色较 浅.李海涛等采用He—Ne激光照射"百会"穴和"大椎" 穴,输出波长632.8nm,功率4mW,光斑直径3nlln,照射时 间10min,每Et1次,10d为一个疗程,共2个疗程,两疗程间 隔2d.实验结果显示,缺血性脑损伤大鼠的海马和齿状回 微管关联蛋白2免疫阳性细胞大量表达.上述实验结果为 激光穴位疗法治疗缺血缺氧性脑损伤导致的记忆障碍,脑发 育不良提供实验依据. 五,对神经元形态结构的影响 神经系统功能的发挥靠的是神经元之间的相互连接和 协作,一定剂量的低强度激光照射可使神经元的突起变得长 而粗,神经元之间的网络形成密度增大,从而使大脑的传输 指令在神经元之间可以得到较快较准确地传输.实验证实, 低强度激光照射组,神经元的结构清晰完整;而空白对照组, 神经元有变性坏死现象,结构模糊,组织病理学检查可见点 状或片状嗜伊红染色增强或减弱,从而推测出低强度激光照 射可维持神经元结构的完整,延缓其衰老. 六,对神经元胞浆中尼氏体含量的影响 尼氏体是分布于神经元胞质内平行排列的粗面内质网 和其间大量的多聚核糖体,是合成蛋白质的主要部位.尼氏 体的形态,大小在不同的神经元中有所不同,但当任何神经 元受到损害性刺激,如缺血,损伤等,尼氏体就会因为核糖核 蛋白的脱颗粒或内质网的损伤而溶解,减少或消失,若神经 元损伤不严重和消除有害因素,尼氏体还可以重新恢复.因 此尼氏体可以作为神经元功能状态的标志【2.研究发现低 强度He—Ne激光照射体外神经元,其胞浆中布满深蓝色颗粒 状尼氏体,并且颗粒密度较大;而空白对照组神经元内尼氏 体比较稀疏,尼氏体染色比较浅淡,两组问比较有显着性差 异J.由此表明低强度He-Ne激光照射具有改善和增强神 经元功能的直接作用. 低强度激光照射在神经系统疾病上的临床应用 神经系统方面的疾病长期以药物疗法为主,但药物疗法 的副作用大,并且长期服用易产生较强的耐药性.在人们对 药物疗法缺陷认识不断深入的同时,寻找安全有效,副作用 小的疗法就成为临床医疗工作中的重要课题.经过人们长 期的探索,利用激光治疗面神经麻痹,糖尿病性神经末梢病 变,带状疱疹性神经痛等,均取得较好的疗效. 一 ,低强度激光照射治疗面神经麻痹 面瘫俗称"口眼歪斜",即现代医学所说的特发性神经麻 痹,一般认为是因面神经管内特异性炎症所致的周围性面 瘫.由于该病病因,病理尚未完全明确,西医尚无特异性有 效疗法.传统中医认为面瘫多由脉络空虚,风寒或风热之邪 乘虚侵袭阴阳,少阳两经所致.长期的临床实践认为针灸治 疗面瘫有一定疗效,古今中外已有大量的医学文献报道.研 究发现,低强度激光照射穴位可通过脉络的影响调节阴阳平 衡和气血的运行;同时低强度激光照射可穿透皮肤直接对神 经末梢起作用].侯艳丽等应用He—Ne激光治疗面神 ? 320? 经麻痹,照射风池,下关,四百等三个穴位,每个穴位照射l5 rain,每日1次,7d为一疗程,有效率高达100%,痊愈率高达 81.8%;而常规药物组,有效率为83.3%,痊愈率为45.2%. 激光针灸疗法效果显着,而且在治疗过程中几乎没有毒副作 用,与常规药物疗法相比,优势显而易见. 二,低强度激光照射治疗糖尿病性神经病变 糖尿病性多神经病(diabeticpolyneuropathy,DPN)是糖 尿病最常见的慢性并发症,主要表现为罹患肢体疼痛,感觉 障碍,肌肉萎缩及功能障碍.DPN的发生主要与生长因子, 胰岛素样生长因子,神经营养因子-3等神经营养因子,代谢 因素,血管因素,基因及自身免疫因素等有关.激光电脉 冲穴位疗法是一项新兴而有效的疗法,与改善循环营养神经 的西药相比,它能达到相似的效果,而且无毒副作用,与传统 的针灸治疗相比,它可以克服手工刺激强度不一,疼痛及糖 尿病患者皮肤破损后易感染的缺点.最近人们又采用加 味血府逐瘀汤联合功率为30mw的He-Ne激光穴位照射治 疗糖尿病周围神经病变,主穴每日左右交替照射,每穴照射5 min,配穴每日左右均照照射,每穴照射3min;连续照射2 周,停照1周,共治疗8周.该疗法取得了较好的疗效,患者 的神经传导速度加快,疼痛减轻,腹胀感减弱.用传统的 活血化瘀药物加激光照射进行治疗,既治标又治本,使得这 种方法在临床上有广阔的应用前景.糖尿病神经末梢病变 是糖尿病主要而严重的并发症,近年研究表明,血清一氧化 氮生成减少和抗氧化能力降低是其重要发病环节.研究者 采用功率为420—480mw的低强度激光对病变部位进行照 射治疗,照射时间为45min/次,结果显示,激光疗法可增加 糖尿病患者血清一氧化氮浓度,提高糖尿病患者抗氧化能 力,从而改善末梢血液循环和糖尿病末梢神经病变.美 国内分泌医疗中心2004年发表的关于890nm红外激光临床 治疗效果的研究证实,27例患者治疗后显着改善了神经病变 临床症状. 三,低强度激光照射治疗带状疱疹性神经痛 疱疹是由水痘一带状疱疹病毒引起的病毒感染性疾 带状 病.水痘.带状疱疹病毒能持久地潜伏于脊髓后根神经节的 神经元中,在各种诱发刺激的作用下,可使之再活动,生长繁 殖,使受侵犯的神经节发炎及坏死,产生神经痛.带状疱疹 性神经痛(herpeszosterneuralgia,PHN)是带状疱疹最严重的 并发症.目前对PHN尚无有效的治疗手段,仅仅依靠对带 状疱疹的早期有效的积极治疗来预防神经痛的发生,所以研 究者不断地探索各种治疗方法,如采取乙醇注射法,神经束 切断术,交感神经切开术,星状神经节阻滞术,放射治疗等方 法,它们虽然有一定的疗效,但损伤大,副作用多,不易被患 者接受.应用低强度激光的生物刺激作用进行照射治疗成 了人们不断探索的新领域.采用波长为632.8nln,功率为8O mW,照射距离为1.0—1.5cm的低强度He-Ne激光对疼痛 部位进行照射治疗PHN,每天1次,每个部位照射10min,7d 为1疗程,可使患者的疼痛减轻,甚至完全消失,总有效率 95.6%,并且使病程缩短.翟丽萍等用波长为632.8 中国激光医学杂志2010年1O月第19卷第5期 ChinJLaserMedSurg,October2010,Vol19,No.5 nm,输出功率为2.5mw的低强度He-?激光照射脊髓神经 根和皮疹区治疗PHN,得到类似的结果. 小结 低强度激光具有独特的生物刺激作用,人们结合多年的 实验结果对其作用机制提出了种种假设,但到目前为止还没 有形成学术界普遍接受的理论,对其作用机制的探讨仍是今 后研究的热点.低强度激光照射后,神经元的存活率明显提 高,突起变得长而粗,神经元之间的联络增强;胞浆中SOD 浓度增加,MAD浓度减少,尼氏体的含量升高.鉴于激光照 射对神经系统的积极影响,人们开始采用激光照射的方法对 神经系统疾病进行治疗,这是一种新的治疗和保健方法.大 量的临床实验,该方法安全,副作用小,不产生耐受性. 但低强度激光的生物刺激作用具有非特异性,如何根据病情 确定最佳的照射时间,输出波长,输出功率,仍是研究的重 点. 参考文献 1]陈维波.[浅谈激光技术在临床上的应用和展望[J].北京 医药工程,2007,26:559-561. 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