陳彬 羅穎祺
【摘 要】發(fā)光二極管(LED)光生物調節(jié)是皮膚病治療領域較新的一類非熱光療法,可用于治療各種皮膚疾病,例如治療炎癥性痤瘡、銀屑病、黃褐斑等。隨著LED光在皮膚治療領域的研究逐漸增多,基于LED技術的設備因其安全性及有效性而受到廣大消費者及皮膚科醫(yī)生的關注。本文簡要概述了光對身心健康和皮膚健康的影響,并回顧了LED技術的發(fā)展及其在皮膚疾病中的應用進展。
【關鍵詞】可見光;LED 技術;光生物調節(jié);皮膚疾病
中圖分類號:R75 文獻標識碼:A 文章編號:1004-4949(2023)13-0183-05
Application Progress of LED Technology in Skin Diseases
CHEN Bin1, LUO Ying-qi2
(1.Shanghai General Hospital, Shanghai 201600, China; 2.Department of Medical, Particle Upward Technology Co., Ltd., Shanghai 200000, China)
【Abstract】Light-emitting diode (LED) photobiomodulation is a new non-thermal light therapy in the field of skin disease treatment, which can be used to treat various skin diseases, such as inflammatory acne, psoriasis, chloasma and so on. With the increasing research of LED light in the field of skin treatment, the equipment based on LED technology has attracted the attention of consumers and dermatologists because of its safety and effectiveness. This article briefly summarizes the effects of light on physical and mental health and skin health, and reviews the development of LED technology and its application in skin diseases.
【Key words】Visible light; LED technology; photobiomodulation; Skin disease
發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)是一種半導體器件,在施加正向電壓時會產生非相干、非準直和窄光譜光(大約255~1300 nm),包括藍色(400~470 nm)、紅色(630~700 nm)、黃色(570~590 nm)LED 光以及近紅外光(800~1200 nm)。近年來,LED光的生物效應逐步引起研究者的關注,由于其安全性高、無創(chuàng)無痛、操作簡單等特性,在皮膚光療方面的市場也越來越大。事實上,大量研究已經(jīng)證明[1-4],LED在皮膚疾病中的功效,例如促進創(chuàng)面愈合、治療炎癥性痤瘡、皮膚癌、黃褐斑等皮膚病。本文回顧了當前LED技術治療不同皮膚疾病的相關文獻,并基于此簡要概述了光對身心和皮膚健康的影響、LED光的功效應用和作用機制,以及LED技術在皮膚疾病方面的應用進展,以期探索LED光進行獨立應用和/或治療各種皮膚病問題的可行性。
太陽光依照波長由短到長分為紫外線(波長200~400 nm)、可見光(波長400~760 nm)和紅外線(波長760~1800 nm)。其作用于人的眼睛和皮膚,經(jīng)過視覺與非視覺神經(jīng)通路,對人體發(fā)育、視力健康、生物節(jié)律、情緒認知、新陳代謝、體溫調節(jié)與免疫應答等產生廣泛的影響,為人類健康提供了巨大的福祉。
1.1 光對身心健康的影響 光能夠從“視覺-生理-心理”3個方面給人類的身心健康帶來至關重要的影響。在視覺上,人眼是視覺系統(tǒng)的外周感覺器官,接收千變萬化的光刺激,并將其轉換為視覺信息。在生理上,光可通過神經(jīng)系統(tǒng)影響人的機體,神經(jīng)纖維將光信號傳遞到視覺皮層和腦部等其他部位,控制身體的生物鐘和荷爾蒙,調節(jié)人體的生理和行為節(jié)律。在心理上,亮度、色溫以及光的閃爍等均會影響人的心理,從而影響健康。研究指出[5],白天缺乏光照是抑郁癥狀、情緒不佳和失眠的一個風險因素,而每天獲得足夠的自然光可以幫助改善人的情緒和睡眠質量。
1.2 光對皮膚健康的影響 人體的皮膚是抵御外界侵害的第一道防線,也是人體接觸外界和光最為直接的器官。太陽光作為人類最普遍接觸的光,對皮膚的利害作用,取決于對其的應用,而不同波段的光對皮膚也會產生不同的影響。
1.2.1紫外線對皮膚的影響 太陽光中的紫外線(Ultraviolet,UV)是影響人類健康的一個重要因素。根據(jù)波長可分為UVC(180~280 nm)、UVB(280~315 nm)及UVA(315~400 nm)。紫外線在正常生理代謝、調節(jié)細胞生長和分化、促進黑色素生成和維生素D的產生等方面都起到重要的作用[6,7]。但是,如果過度暴露在紫外線下可能會引起皮膚紅斑、色素沉著及光老化等皮膚損傷[8,9]。
1.2.2 可見光對皮膚的影響 近年來,可見光已被廣泛用于治療光老化、痤瘡、炎癥及傷口愈合等多種皮膚問題。①藍光(400~470 nm):藍光與痤瘡丙酸桿菌代謝物卟啉的光吸收峰值匹配,能夠被卟啉吸收,內源性卟啉受到激發(fā)后產生自由基及活性氧,可對痤瘡丙酸桿菌產生一種高氧化環(huán)境,從而導致細菌死亡,起到殺滅痤瘡致病細菌的作用[10];②紅光(630~700 nm):紅光在可見光波長下具有最深的組織穿透力,因此可用于靶向真皮結構[11],可通過調節(jié)細胞因子,改善微循環(huán),刺激成纖維細胞的增殖和活性,從而促進受損皮膚修復和傷口愈合,減少炎癥反應[12,13];③黃光(570~590 nm):黃光的大部分應用都集中在光老化以及作為激光治療的輔助療法,還被證明可以減少點陣激光換膚后紅斑的強度和持續(xù)時間[14];黃光在抗炎、減少瘢痕、促進組織修復、抑制黑色素生成、改善黃褐斑、改善皮膚敏感泛紅方面也展示出較好的效果[15-17]。另外,醫(yī)美領域常用的強脈沖光(500~1200 nm)也是通過選擇特定波長的光譜作用皮膚,來實現(xiàn)嫩膚、美白、脫毛等多種功效[18,19]。1.2.3紅外線對皮膚的影響 近紅外光(800~1200 nm)對皮膚、皮下組織具有強烈的穿透能力,能產生溫熱效應,使皮膚和皮下組織溫度升高[20],促進血液循環(huán)和新陳代謝,具有熱療、消炎、陣痛、促進再生、加快傷口愈合的作用[21]。需要注意的是,盡管紅外線對皮膚有諸多好處,但不正確的應用和過量暴露容易加速皮膚光老化的過程,甚至引起皮膚癌[22]。對于人類而言,無論是紫外線還是可見光,不同的光線對皮膚和身心健康有著不同的影響,隨著可見光、紅外線、紫外線的生物效能被發(fā)現(xiàn),利用光療治療皮膚問題也成為一種較常見的治療方式。
2.1 LED技術的發(fā)展 光療法較為古老,1000年以前,我國和埃及、印度就已經(jīng)學會利用陽光治療各種皮膚病。1888年,Niels Ryberg Finse發(fā)現(xiàn)曬太陽能夠改善自己的某些疾病癥狀,開始研究光對疾病的治療效果;1893年,他將紅光應用在天花治療上;1895年,又將紅光應用在尋常狼瘡治療上,人造光療法由此誕生[23];1903年,因Niels Ryberg Finse在光療法上的突出貢獻獲得了諾貝爾醫(yī)學及生理學獎[24]。LED是在施加正向電壓時產生非相干、非準直和窄光譜光(大約255~1300 nm)的半導體器件[25]。最早發(fā)明的LED只能發(fā)出紅光,隨后有了綠光LED,1989年,日本科學家又研發(fā)出了藍光LED[26]。早期的LED光并不適合臨床應用,因其輸出功率低且不穩(wěn)定,波段寬且發(fā)散角極高。直到90年代后期,美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)開發(fā)了具有更高輸出功率、更窄發(fā)散和準單色輸出的“NASA LED”,開啟了LED的臨床治療時代[27]。
2.2 LED光的功效應用及作用機制 不同于傳統(tǒng)激光通過選擇性光熱作用發(fā)揮效應[28],LED光的光調作用是通過激活細胞中的光感受器,將光信號轉變?yōu)樯镄盘?,從而調節(jié)細胞的生物學功能。光在組織中的穿透深度取決于波長和組織對光能的吸收能力,一般來說,波長越長,光在組織中的穿透能力越強,組織吸收的光能越多。臨床中通常根據(jù)光的波長和顏色不同分為藍光(400~470 nm)、黃光(570~590 nm)、紅光(630~760 nm)、近紅外光(760~1200 nm)。不同的細胞、組織對不同的光波吸收不同,臨床上為達最佳治療效果,一般根據(jù)病灶的部位、深度選擇合適波長的LED光。LED光的療效與光照強度、劑量、流通量率、波長、脈沖或連續(xù)模式、治療時間等參數(shù)密切相關[29]。
目前,LED作為光源應用于皮膚疾病的治療已經(jīng)非常廣泛,研究也證明了其在加速傷口愈合、抑制感染、治療痤瘡、特應性皮炎等方面的有效作用[30,31],具體概述如下。
3.1 促進創(chuàng)面的愈合 Zhao H等[32]證明630 nm和810 nm LED 通過促進成纖維細胞增殖、遷移,并且上調受傷皮膚中的生長因子,能夠促進糖尿病小鼠的傷口愈合。Lee SY等[33]研究結果也顯示,830 nm LED 能夠通過增強成纖維細胞活性,促進膠原蛋白、彈性蛋白等細胞外基質成分的合成,來加速傷口愈合。此外,LED光療還能也能夠加速急性帶狀皰疹傷口愈合并降低疼痛,對帶狀皰疹患者來說是一種有效的治療方法[4]。
3.2 治療炎癥性痤瘡 尋常痤瘡是一種慢性炎癥性疾病,與皮脂分泌增加、毛囊角化異常(角化過度)、痤瘡丙酸桿菌(痤瘡丙酸桿菌)過度繁殖、炎癥介質釋放增加有關。LED應用于痤瘡治療已經(jīng)非常普遍,藍光或藍紅光治療對輕度至中度炎癥性痤瘡治療效果好且副作用較少,能夠顯著提高患者滿意度[34,35]。高劑量(大于10 J/cm2)的藍光和紅光對炎癥性痤瘡改善效果顯著,這是因為痤瘡丙酸桿菌代謝產生的卟啉吸收藍光后,會增加自由基和單線態(tài)氧水平,導致痤瘡丙酸桿菌死亡,而紅光可以靶向作用皮脂腺降低脂質的合成[36]。此外,低水平的紅光LED也被證實具有抗炎、改善毛囊皮脂腺過度角化和促進屏障損傷修復的作用[37]。
3.3 治療皮膚癌 光動力療法結合LED光療和光敏藥物,通過光毒性效應靶向誘導癌細胞死亡,具有可長期治療的特點[38],是惡性腫瘤(包括皮膚癌)治療的一種新型替代方法[39]。1996年開始,我國將5-氨基酮戊酸光動力療法(5-Aminolevulinic acid-photody-namic therapy,ALA-PDT)用于鮑溫病、基底細胞癌和原位鱗癌的治療[40],隨后該方法被證明在治療光線性角化病、增殖性紅斑、乳腺派杰氏病等方面也具有良好的安全性和有效性[41,42]。
3.4 治療黃褐斑 黃褐斑是一種常見的色素沉著皮膚病,臨床表現(xiàn)為面部對稱的、不規(guī)則的褐色色素斑。黃褐斑的發(fā)病機制至今仍不清楚,但有研究認為[43],血管形成可能與黃褐斑的發(fā)展有關。一項細胞研究結果顯示[17],波長590 nm、劑量20 J/cm2的LED通過下調mTOR/AKT/PI3K通路活性來抑制人微血管內皮細胞的遷移。研究結果顯示[44],經(jīng)(585±10)nm黃光LED照射,黃褐斑患者面部色素沉著及紅斑得到顯著改善。
3.5 治療銀屑病 尋常型銀屑病是一種慢性、復發(fā)性皮膚病,其特征是免疫介導的炎癥反應以及隨后的表皮過度增生。有研究證明[45],藍光基于其抑制角質形成細胞增殖、促進角質形成細胞分化和免疫細胞凋亡的能力,在控制銀屑病癥方面起著關鍵作用。臨床研究結果顯示[46],LED藍光照射銀屑病患者病灶,有效改善了皮膚紅斑、脫屑、硬結的臨床癥狀。
3.6 治療特應性皮炎 藍色LED用于特應性皮炎治療,在減少皮損方面安全有效,且無不良事件。此外,藍光在治療特應性皮炎的過程中,能夠抑制炎癥相關因子TNF-α、IL-1β、IL-6等的表達,發(fā)揮抗炎作用,促進皮膚病灶的恢復[47]。
3.7 治療皮膚感染 LED可以用于治療皮膚感染,如寬帶近紅外光用于治療面部皰疹,能夠縮短唇皰疹感染患者病灶的再上皮化時間[48]。此外,與單獨口服抗病毒藥物泛昔洛韋相比,近紅外光治療帶狀皰疹引起的皮膚損傷時,愈合時間更短、炎癥后色素沉著和萎縮性瘢痕更少[4]。
3.8 治療增生性瘢痕 瘢痕疙瘩是皮膚損傷后結締組織過度增生的結果,通常開始為小而堅硬的紅色丘疹,隨后緩慢增大,產生圓形、橢圓形或不規(guī)則性瘢痕?;颊卟≡钔ǔ1憩F(xiàn)出高出正常皮面,呈蟹足狀向外伸展,皮膚光滑、發(fā)亮,同時伴有疼痛、瘙癢等不適感。由于產生瘢痕疙瘩的患者通常為瘢痕性皮膚,傳統(tǒng)激光或手術等方式可能加重病癥,因此治療困難。LED具有無創(chuàng)、無侵入的優(yōu)點,非常適合應用于瘢痕治療。有研究發(fā)現(xiàn)[49],LED照射能有效改善瘢痕疙瘩患者皮膚疼痛、瘙癢等不適感,并且能夠修復凹陷性瘢痕,使其變得平滑。
LED技術在促進創(chuàng)面愈合、治療炎癥性痤瘡、皮膚癌、黃褐斑、銀屑病、特應性皮炎等皮膚病的應用已經(jīng)進入臨床領域,基礎科學正在闡明組織、細胞和亞細胞水平的原理機制。LED療法可用作獨立的光療法,但以輔助方式使用時會產生非常有趣的效果,以改善和加速使用其他光源或傳統(tǒng)手術取得的已經(jīng)很好的效果。此外,一種LED波長與另一種LED波長的組合使用,已被視為有效的治療方法,還可以結合護膚品或其他治療手段聯(lián)合使用。在合理的光生物學原理的基礎上,迄今為止進行的科學和臨床研究已經(jīng)顯示出LED技術治療皮膚病的良好效果。盡管面臨著許多挑戰(zhàn),但采用創(chuàng)新治療方法的LED技術處于快速發(fā)展階段,未來的研究應側重于調查所涉及的特定細胞路徑,以更好地了解發(fā)揮作用的機制,以及研究其作為獨立應用和/或治療各種皮膚病問題的有效性。
致謝:本文在復旦大學華山醫(yī)院皮膚性病科色素病課題組張成鋒教授、金尚霖博士、陳力博士的指導和幫助下完成,感謝他們提出的寶貴意見和建議。在此,謹向張成鋒教授、金尚霖博士、陳力博士致以最誠摯的謝意!
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