【摘要】从物理学的观点探讨了激光对生物体的作用机制，为激光治疗的临床应用提供了一定的依据。
【关键词】激光；热作用；光化作用
激光是由人造激光器产生的一种受激辐射放大而产生的光。自1961年激光产生后就被用于治疗疾病。激光治疗使机体产生临床变化的物理学机制通常分为热作用、压强作用、光化作用、强电磁场作用及刺激作用。
1热作用
生物组织受激光照射后，吸收的光能转化为热能，温度升高的现象称为激光的热作用。可见激光和紫外激光等强激光光子能量大，照射生物组织时，生物分子吸收光子能量，电子向高能态跃迁。跃迁至激发态的电子重新向基态跃迁时将释放能量，释放的能量转化为热能使其周围分子热运动加剧、温度升高，这一过程称为间接生热。临床上利用强激光热效应来清除疣、痣等各种皮肤赘生物，或用于凝固出血点、封闭破孔等。
红外激光等弱激光光子能量小，照射生物组织时，光子被生物组织吸收而使内部分子热运动加剧，温度升高，这一过程称为直接生热。弱激光的热效应可以促使血管扩张，血液流动加强，从而改善生物组织局部营养状态，促进伤口和溃疡愈合，或起到镇痛和缓解肌肉痉挛等作用。
激光热效应具体表现为哪种形式，一方面取决于激光的输出参数、作用时间，另一方面取决于生物组织的光学、热学特性等诸多因素。经大量实践证明生物组织受照部位的温升与激光的能量密度呈正相关比例关系，与辐射时间呈指数关系。对于生物组织来说短时、高温和长时、低温都可造成组织破坏。
如果曝光持续时间短于1秒，温度即使升高到70℃，组织依然可以耐受。若曝光持续时间超过10秒，温升至58℃，组织就会破坏，持续时间超过1分钟时，组织温度即使只有45℃，也会引起细胞蛋白质变性，造成细胞损伤。当皮肤吸收超过安全阈值的激光能量后，受照部位的皮肤将随剂量的增大而依次出现热致红斑、水泡、凝固及热致炭化、沸腾，燃烧及热致汽化。激光的热效应以及生物组织的热特性是实用激光治疗的重要条件之一。[1]
2压强作用
激光的压强作用是指激光照射生物组织后，直接或间接产生的对组织的压强作用。激光光子与生物组织作用，产生直接压强或一次压强较，小在激光治疗的应用不大。生物组织吸收强激光造成的热膨胀和相变以及冲击波、超声波、电致伸缩等引起的压强，叫二次压强。激光的二次压强较大，一般比一次压强大6-7个数量级。据戈尔德曼研究脉冲时程50毫微秒的Q开关激光产生的冲击波压力，可大于10个大气压。由激光导致的生物细胞的压强的变化可以改变生物细胞、组织的形状，使得生物细胞、组织内部或之间产生机械力，从而对生物细胞、组织产生巨大的影响。激光的压强作用已被用于在眼睛上房角处打孔，以沟通房水，降低眼压，治疗青光眼，治疗后发性白内障和玻璃体出血后形成的机化索条等，其次还应用于激光手术刀、激光近视手术等。
3强电磁场作用
激光是电磁波，而生物体作为介质具有电导和电容，在激光强电场作用下会发生一些变化，如电致伸缩效应，这种效应可使生物组织产生点致伸缩压和超声波，从而引起细胞破裂或发生水肿。另外，激光的强电场会使生物组织产生极化形成等效偶极子，而偶极子的振动会产生对生物体作用的高次谐波，如调Q激光和锁模激光与生物体作用时，会在组织内产生106-109V/cm的高强电场，使组织中产生光学谢振波、等离子体、受激布里渊散射、受激拉曼散射等，导致生物组织电系统的重新分布，使无序的生物分子发生电离、极化等，最后趋于有序。有资料表明，电磁场使细胞膜表面蛋白质分子产生电泳作用，改变膜表面的电荷分布，调节受、配体结合，激活信号传导系统最终导致细胞生命活动的改变[2]。
4光化作用
生物光化学作用就是当激光照射生物组织时，生物大分子吸收了激光光子的能量，受激跃迁到激发态。在它从激发态跃迁到基态而又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多余的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应。在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程，这一过程大致可分为光致分解、光致异构、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型。[3]光致异构化作用将使核酸和蛋白质变性，使酶失去活性；光解作用的结果产生自由基等活性物质；光致敏化是指生物系统中所特有的由光引起的，在敏化剂参与下发生的化学反应，包括光动力作用和一般光敏化作用。其中敏化剂能有选择地长时间集中于体内肿瘤病变组织，并在适当波长的激光照射下发生光致敏化反应。因此，光致敏化对肿瘤癌症的治疗具有重要的意义，激光-血卟啉光动力学治疗就是最典型的应用。
5刺激作用
生物刺激作用主要指弱激光的作用。在医学上，弱激光是指功率较小，照射生物组织后不会直接造成不可逆性损伤的激光。它和很多生物刺激作用相类似，如超声波、针刺、针灸和热的物理因子，这种生物效应是低功率激光作用的结果，无法用热作用、机械作用、光化学作用和电磁场作用解释。
目前研究发现它对生物分子、细胞、细菌和微生物都有作用。一般能量密度小时起兴奋作用，能量密度大时起抑制作用。同时刺激作用有累积效果，最总效果决定于总剂量，刺激作用强弱与刺激次数（等间隔、等剂量）的关系呈抛物线特征。
激光是一种刺激源，生物体对这种刺激的应答反应可能是兴奋，也可能是抑制。目前已知弱激光照射可以影响机体的免疫功能，其刺激作用可以促进受伤神经组织再生，引起神经功能变化；弱激光还对白细胞的噬菌作用、氨基酸、蛋白质、核酸、血红蛋白的合成、糜蛋白酶的活性、细菌生长、创伤愈合、毛发生长等等，都具有一定的促进或抑制作用。
6结束语
激光的各项作用是相互联系、不完全分割的，激光治疗经常是多项作用综合的结果。激光治疗的物理学原理还有待进一步研究，从而为开发更多、更好的激光医学治疗方法提供理论及实践的依据。
参考文献
[1]刘普和.激光生物学作用机制.北京：科学出版社，1989.
[2]李刚，贾方荣，林凌，万里.不同物理因子对红细胞作用的研究现状与展望，中国医学物理学杂志，2007，24（3）：205-209.
[3]徐国祥.激光医学.广州：广东教育出版社，1987.
