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激光的生物作用机理及生物效应
材料来源:互联网           录入时间:2010-8-27 11:13:10

也是一种光,从本质上讲它和普通光源如 太阳、白炽灯、火焰等所发出的光没有什么区别,因此它具有普通光所具有的性质。由于它是一种电磁波,所以又具有波粒二象性。它遵守反射、折射的定律,在传 播中会出现干涉、衍射、偏振等现象。但是,激光又有着和普通光显著不同的特点,如它的单色性、相干性、方向性极好,亮度极高等。因此,它与生物体作用时会 产生许多特殊的效应,这也是激光可以用来诊治疾病的原因之一。 
        
  激光美容的原理是通过组织吸收高能量的激光后所产生的光热反应,使局部温度在数秒内骤然升高到数百度或更高,组织发生凝固性坏死,甚至碳 化或汽化,与此同时,由于急剧发热,组织的水分突然剧烈丧失,聚焦后,可用以切割或烧灼病变组织。常用于皮肤的激光有二氧化碳激光、红宝石激光、染料激光 等。激光美容的优势是显而易见的:操作简便、省时、可同时止血,对于有些大面积斑、痣无须手术切除,自体植皮,可以起到美容和保留原有皮肤功能的双重效 果。但是它同其他治疗方法一样,也会有一些副作用,在清除病变组织的同时,对正常组织也有不同程度伤害,最常见的是遗留表浅疤痕、色素减退或沉着斑。 
        
  激光的生物作用机理及生物效应  
        
  激光对生物体的作用有五种:热作用、光化作用、机械作用、电磁场作用和生物刺激作用。激光和生物体相互作用以后所引起生物组织方面的任何 改变都称为“激光的生物效应”。激光与生物体作用后,不仅会引起生物效应,而且激光本身的参数(波长、功率、能量等)也可能会改变。由于激光的生物效应是 “五作用”所致,故这“五作用”即为激光生物效应的机理。 
        
  一、医用强激光与弱激光 
        
  在医学上,由于强、弱激光的生物作用机理不同,所以临床应用时其目的和方法也不同。在医学领域里,不以激光本身的物理参量(如功率和能 量)来衡量激光的强弱,而是以它对生物组织作用后产生生物效应的强弱来区分的。它的定义是:激光照射生物组织后,若直接造成了该生物组织的不可逆损伤,则 此受照表面处的激光称为强激光;若不会直接造成不可逆损伤者,称为弱激光。 
        
  二、激光的作用及其生物效应 
        
  (一)热作用

低能光量子可致生物组织直接生热,高能光量 子则需经过一些中间过程后才生热。例如红外激光光子能量小,被生物组织吸收后增加了生物组织的热运动,宏观表现为被照处组织温度升高,称为直接生热。可见 光和紫外光其光量子能量大,被生物组织吸收后引起生物分子的电子跃迁。当电子由激发态回到基态释放能量时,才引起热效应。 
        
  热作用的生物效应有以下几种:  
        
  1、热作用对生物组织的影响。有如下几点: 
        
  (1)对血液循环的影响:由于温热作用可致使毛细血管扩张,使血流量增加,可改善加热区供血和营养。  
        
  (2)对代谢率的影响:由于人体生化过程对温度有很大的依赖关系,尤其是酶的催化作用受温度影响很大,所以激光的热作用可以促进代谢。 
        
  (3)热损伤:组织热损伤主要是蛋白质变性。蛋白质变性和温度及辐射时间的关系见(图6)。一般认为,蛋白质受到短时间辐照而温度为60摄氏度时,就会产生永久性的变性。60摄氏度热波进入组织的深度,被定义为热组织损伤深度。 
        
  2、热作用对皮肤的效应:在临床上,由于激光对皮肤的辐照时间和功率密度不同,会产生各种效应。 
        
  (二)光化作用 
        
  习惯上把光辐照化学系统所引起的化学反应叫光化反应。生命物质的活动、生长、繁殖等是靠生化作用将营养物质在酶的帮助下,经过化学反应使 之合成、分解成生命活动所需要的物质和能量的结果。激光可以直接引起这种化学反应,激光的这种作用称为光化作用。激光引起的光化反应主要有以下几种类型。  
        
  (三)压强作用 
        
  生物组织接受激光照射后,由于光具有波粒二象性,所以当光子和物体碰撞时会产生光压。又因激光热效应的继发作用而引起汽流的反冲压、内部的蒸汽压、热膨胀超声压,以及因强电场的继发作用而引起的电致伸缩压等。

(四)强电磁场作用 
        
  激光和普通光一样,也是电磁波,所以它对生物组织的作用也就是电磁场对生物组织的作用。对于中、小功率激光的电磁场来说,对生物组织的作 用是无关紧要的,但对很高功率密度的调Q激光或锁模激光,其功率密度可达,其电场强度高达,它能在生物组织中产生高温、高压和高强度,导致生物组织电系统 发生急剧变化,这是一般光源无法引起的。 
        
  研究证明,光与生物组织作用时,起作用的仅仅是电场强度。激光的电场强度与其功率密度直接有关。前面举例的调Q激光和锁模激光,其电场强 度极高,当这种激光与生物组织作用时,就可能在生物体内产生光学谐振波,发生电致伸缩,使生物分子电离、极化,导致喇曼散射和布里渊散射等。 
        
  (五)生物刺激作用 
        
  这里主要指弱激光的生物刺激作用。当用弱激光照射生物体时,将产生一系列生物效应,如产生兴奋或抑制,机体免疫功能改变等。这些效应的产生,是弱激光刺激作用所致。


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