皮膚組織對紅外激光輻照熱響應(yīng)的細(xì)胞機(jī)理研究.pdf

1、光熱響應(yīng)是紅外激光與生物組織相互作用的主要形式之一，但其產(chǎn)生、傳輸和作用機(jī)理尚不十分清晰，這導(dǎo)致在臨床應(yīng)用中還主要以經(jīng)驗(yàn)為主，不能更為有效地控制激光治療的過程和效果。為了明確激光輻照過程中的作用機(jī)理，以期達(dá)到優(yōu)化治療效果，研究者開始從細(xì)胞層面著手，來認(rèn)識這一作用。本文主要采用膜片鉗技術(shù)與激光輻照相同步技術(shù)，對激光輻照生物組織過程中細(xì)胞外液在光吸收誘導(dǎo)的熱響應(yīng)中所起的媒介作用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的探究。
　　皮膚疾病是目前應(yīng)用激光

2、治療最有效的一個(gè)領(lǐng)域，紅外激光又大多以熱作用的形式和標(biāo)準(zhǔn)來確定其相關(guān)參數(shù)?；谶@樣一個(gè)前提，在組織層面上，本文從理論上研究了激光輻照皮膚的光熱響應(yīng)情況。研究中采用目前研究光皮膚組織熱響應(yīng)過程時(shí)常用的兩層模型，理論計(jì)算了激光輻照過程中不同部位皮膚組織熱響應(yīng)的溫度分布，對比了不同部位皮膚表皮層開始汽化的時(shí)間和探討了能量累積問題，結(jié)果表明不同部位的皮膚層厚度、皮膚組織各層中水、脂肪、血紅蛋白等色團(tuán)的光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)、以及所選取激光的參數(shù)包括

3、波長、能量密度、脈沖寬度等在作用過程中都起到了至關(guān)重要的作用，但要具體辨識色團(tuán)的作用就需要進(jìn)行細(xì)胞方面的實(shí)驗(yàn)。
　　為了明確水在紅外光熱響應(yīng)過程中介導(dǎo)方面的作用，本文選取980nm和845nm兩個(gè)波長的近紅外激光進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的研究，選擇兩個(gè)波長的依據(jù)是:由于水是生物組織中含量最高的色團(tuán)（按重量），在生物組織的生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，另外，兩個(gè)波長的激光在臨床上較為常用，且在水中的光吸收系數(shù)分別為0.502cm-1(

4、980nm)和0.0378cm-1(845nm)，其比值大約10倍。
　　在研究過程中把激光輻照的作用過程分為溫升建立和耗散兩個(gè)階段，在溫升建立階段，理論方面充分考慮激光輻照的脈沖時(shí)程(500ms)長于水介質(zhì)的熱弛豫時(shí)間(17.6ms)，且空間作用長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于兩個(gè)波長的光在水中的穿透深度等因素。主要考慮軸向吸收和徑向熱擴(kuò)散兩方面的作用。實(shí)驗(yàn)上是基于膜片鉗系統(tǒng)來測量細(xì)胞外溶液中，已進(jìn)行溫度標(biāo)定的、充灌溶液的玻璃微電極(Open-pi

5、pette method)電導(dǎo)變化，根據(jù)這個(gè)電導(dǎo)變化來定量研究溶液的光熱響應(yīng)與其吸收特性的關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示溫度場建立過程中雙波長輻照產(chǎn)生的溫升比大約為10倍。在耗散階段（關(guān)閉激光后），理論方面主要是運(yùn)用熱擴(kuò)散理論來分析溫度場的衰逝進(jìn)程，實(shí)驗(yàn)方面使用膜片鉗監(jiān)測神經(jīng)細(xì)胞電生理功能在溫度場衰逝過程中的變化，這樣可以最大限度的排除其它光學(xué)效應(yīng)（比如光化學(xué)、光力學(xué)等）的影響。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了Na通道的電流強(qiáng)度在雙波長激光輻照后都得到了較明

6、顯的增強(qiáng)，且980nm激光輻照后的電流強(qiáng)度增加值明顯高于845nm激光輻照后的電流強(qiáng)度的增加值。又由于在實(shí)驗(yàn)過程中只改變激光波長，其它實(shí)驗(yàn)條件保持一致，因此這兩個(gè)結(jié)果具有波長依賴的可比性。理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的結(jié)果都表明，溶液在低強(qiáng)度近紅外激光的吸收特性決定了光熱響應(yīng)，從而對細(xì)胞的電生理功能進(jìn)行調(diào)制。這一結(jié)果，可以直接用于生物組織光熱響應(yīng)特性相關(guān)的機(jī)理研究。
　　由于第四章中理論分析電流峰值的變化時(shí)所采用的近似方法使得實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算有

7、一定的差異，在接下來的工作中對其理論進(jìn)行了修正。文中采用離子熱遷移理論分析了激光輻照溶液中的細(xì)胞Na離子通道電流的峰值變化。通過理論分析發(fā)現(xiàn):由于局部溫升造成的離子遷移，致使細(xì)胞周圍的離子濃度減小，而Na離子濃度的減小減弱了電壓依賴的Na離子通道的電流強(qiáng)度的增強(qiáng)程度。
　　最后，由于血液中的主要吸收色團(tuán)為水（約90％）和血紅蛋白，那么對于近紅外光，血液吸收的能量明顯強(qiáng)于周圍的組織?；谠撌聦?shí)本文進(jìn)行了近紅外激光的靜脈觀測實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)