LED 黃光在皮膚領域中的作用機制及臨床應用研究進展

梁曉潔 ,段 渠

（1.廈門大學附屬成功醫院 麻醉科，福建 廈門，361000；2.廈門大學附屬成功醫院 燒傷科，福建 廈門，361000）

1 LED 光與光療

1.1 光療

光療是利用光線的輻射治療疾病的物理療法，根據利用光線的不同，分為紫外光、可見光、紅外光以及激光。光療的作用機制是生物組織吸收光能并將光能轉變成熱能和化學能，引起局部或全身發生一系列的化學反應從而達到治療的目的。光的波長不同、能量不同、輻照密度不同，產生的生物效應也不同，例如，紫外光（400nm-10nm）應用于皮膚光療是利用其低頻長波紫外線（400nm-320nm）能夠使皮膚黑色素沉著，常用于治療白癜風等皮膚色素異常減退或脫失性疾??；紅外光（1nm-780nm）主要能起到抗炎和鎮痛作用，皮膚吸收紅外光后溫度升高、局部或全身毛細血管擴張、血流加速促進了皮膚的新陳代謝和細胞的增殖，可用于治療炎癥、疼痛性皮膚病[1]。

1.2 LED 光

LED 光全稱為發光二極管光源（light emitting diode），是現代半導體工藝的產物。新型的 LED 發光強度更大,單個 LED 的光效果已經超過100lm W;并且峰值波長更加穩定,單色性能、方向性更好，發熱量低，又無輻射性。LED 光屬于可見光范疇，波長在400nm-600nm 之間，一般的劃分是七色,即赤橙黃綠青藍紫，不同顏色的 LED 光波長不同，組織的穿透力也不同，因二也具有不同的光生物調節作用[2]?，F臨床上用于光療的主要是 LED 紅光、藍光、綠光與黃光，現也有研究復色光用于臨床，比如紅藍光、紅黃光、藍紫光等。其中 LED 紅光（760nm-650nm）主要能達到抗炎、鎮痛、增強肌肉強度、促進傷口愈合、促進受損神經、毛發再生的作用，臨床應用范圍非常廣泛；LED藍光（530nm-490nm）最典型的作用的改變膽紅素在體內的代謝途徑從而促進膽紅素的排泄，故臨床用于其治療新新生兒疸。LED 黃光，主波長最小值為 587.8nm,典型值 590.6 nm，最大值595.4nm?；谂R床對于 LED 黃光的研究，其作用機制歸納為以下幾個方面。

2.LED 黃光的作用機制

2.1 抗炎

炎癥反應是屁膚對各種損傷因子的刺激所發生的以防御為主的病理過程，主要包括學流動力學改變、血管通透性增高以及炎癥因子的釋放，表現為炎癥局部的充血、紅腫、紅斑等。趙小小等人通過使用 LED黃光與 mCXCL12 遞送菌株聯合作用于小鼠的燙傷傷口，發現二者聯合使用使得小鼠傷口中央和周圍的過度炎癥得到了抑制，并且改善了燙傷肉芽組織中羥脯氨酸、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，減少了炎癥因子白細胞介素 1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）[3]。Khoury 和 Goldman 對 20 名接受了 1550nm 的全臉點陣激光換膚治療后，立即隨機對半邊臉以 590nm 的 LED 黃光治療，結果發現接受了 LED 治療的半邊臉紅斑明顯較少[4]。DeLand 等人研究了黃色 LED 光調制療法在預防或提高屁膚對輻射性皮炎耐受性方面的價值。經過一系列強度調節的輻射治療，患者接受了黃色ED 治療。大多數患者對輻射的皮膚炎癥反應很?。? 級或 1級輻射性皮炎），只有5.3%的患者因皮膚反應而不得不中斷放射治療。這表明 LED 治療降低了輻射誘發皮膚炎癥反應的發生率和程度，以及皮膚炎癥反應導致的治療中斷發生率[5]。這表明 LED 黃光單用或者聯合使用光動力藥物能夠起到促進屁膚炎癥消退、減少炎癥的發生的作用。

2.2 促進組織修復

組織的修復過程分為“炎癥期”、“增生期”與“重塑期”，炎癥期為組織再生與修復奠定基礎，增生期與重塑期主要是成纖維細胞的、表皮細胞、血管內皮細胞的遷移與增殖和膠原的沉積[6]。趙小小等人通過使用 LED 黃光與 mCXCL12 遞送菌株聯合作用于小鼠的燙傷傷口，

加速了傷口的閉合、組織重塑、再上皮化和毛囊再生，此外，聯合治療增加了表皮生長因子，還促進了膠原蛋白的纖維化和沉積[3]。另外，皮膚中真皮構成約有 70%是膠原蛋白，膠原蛋白構成膠原纖維，膠原纖維維持皮膚的張里。膠原蛋白包I 型、Ⅲ型和V 型膠原，當皮膚中Ⅲ型膠原基因表達下降，Ⅲ型膠原的含量減少時，I 型膠原基因表達增加，皮膚會出現松弛、皺紋等衰老表現，并同時伴隨有基質金屬蛋白酶 (MMP) 表達升高[6]。JiYeonHong 等使用的590nm 的 LED 黃光對 UVB 誘導的光老化的人類真皮成纖維細胞（HDF）進行照射（38mW/cm2，900s，34.2J/cm2）。發現 LED 照射顯著減弱了 UVB（波長320-400nm 的長波黑斑效應紫外線）誘導的活性氧物種生成。此外，前膠原蛋白（在酶的作用下形成膠原纖維）水平顯著恢復，MMP-9（金屬基質蛋白酶，其水平降低可促進膠原蛋白的沉積）水平顯著降低。UVB 誘導的NF-κB（控制著許多與炎癥相關的基因）和促炎酶COX-2（誘導炎癥反應和組織損傷的誘生型同工酶）的磷酸化水平也顯著下降[7]。KimSK 等人通過在體外培養正常人類皮膚成纖維細胞（HDFs），用不同波長（410-850 納米）和劑量（0-10J/cm2）的 LED 進行照射，觀察到595±2nm 和630±8nm 的 LED光，能夠調節皮膚中的膠原蛋白和基質金屬蛋白酶，并且其效果在輻照后至少持續 21天，表明黃色和紅色的 LED 光可應用與光療嫩膚[8]。Weiss Robert A 等人使用 590nm 的非熱全臉 LED 陣列光譜儀(0.1J/cm2) 對 90 和 93 例輕度至中度的光老化患者進行了為期 4 周、8 次的照射治療，結果顯示 90%的受試者的光老化跡象減少，紋理更平滑，眶周皺紋減少，紅斑和色素沉著減少。光學輪廓測量顯示受試者皮膚光滑度得到 10%的改善。組織學數據顯示，100 %的治療后標本（10例受試者標本）的乳頭狀真皮中的膠原蛋白顯著增加[9]。

2.3 減輕瘢痕

瘢痕是各種創傷之后正常的皮膚組織中的成纖維細胞過度增生、膠原的過度沉積等機制引起的皮膚外觀形態和組織病理性的改變。淺表性的瘢痕一般不會有功能的障礙，但若出現萎縮性瘢痕或瘢痕疙瘩，不利于皮膚的美觀，更甚者產生功能的障礙，故瘢痕的治療具有重要的臨床意義。而抑制成纖維細胞增生、減少膠原的過度沉積是治療瘢痕的重要途徑。McDaniel DH 等通過使用培養的人類屁膚成纖維細胞暴露在 590/870nm 的 LED 光（4.0mW/cm2）下,觀察到纖維細胞基因表達輪廓發生變化，I 型膠原（主要存在于瘢痕組織中）最大水平增加，基質金屬膠原蛋白酶 1（MMP-1）減少，這表明，在可見光的治療中，改變特定波長的比例，可以強烈影響所產生的成纖維細胞的基因表達模式[10]。胡永慶等人通過使用從一名女性患者的瘢痕疙瘩組織中分離出的原發性人類瘢痕疙瘩成纖維細胞使用 LED 黃光聯合低氯林 B（HB）進行了一項體外光動力療法（PDT）實驗，實驗結果證明HB-LED PDT可以通過促使線粒體凋亡途徑有效誘導人類瘢痕疙瘩成纖維細胞凋亡[11]。

2.4 抑制黑色素產生

位于表皮層的“黑素細胞”起源于神經棘，其遷移分化到機體的各個部位這個過程需要微量神經節相關轉錄因子(MITF)的參與。黑素細胞在其細胞的胞質內的“黑素小體”中合成“黑素”，黑素小體的數量、大小、種類、分布決定皮膚顏色。黑素主要由絡氨酸或絡氨酸結合半胱氨酸合成，絡氨酸酶（TYR）和絡氨酸相關蛋白酶（TRP-1）是黑素合成化學反應過程的所涉及的關鍵酶，黑素合成的速率直接與絡氨酸酶的含量與活性相關[6]。陳力等人研究發現，585nm 的LED 光5J/cm2到 20J/cm2照射可以抑制人類黑色素體的成熟，降低黑色素含量和酪氨酸酶活性。抑制的同時，酪氨酸酶（TYR）、酪氨酸酶相關蛋白-1（TRP-1）和微眼相關轉錄因子（MITF）在 mRNA 和蛋白質水平上的表達減少[12]。

3 LED 黃光的臨床應用

3.1 LED 黃光治療面部過敏性皮炎

面部過敏性皮炎是指過敏原通過皮膚或黏膜接觸、吸入、注射或者是食用等途徑進入機體后，引起機體發生變態反應，出現一系列皮膚炎癥表現的皮膚病,臨床主要表現為皮膚紅腫、發癢、風團、脫屑等。常用的主要有兩類:接觸性屁炎和化妝品屁炎[13]?；?LED 黃光的抗炎作用，LED 黃光結合內服藥物及其他外治手段治療面部過敏性疾病常取得較好的療效。

莊春秀等使用黃光（590nm、30mW/cm2）連續照射 15min 后再予以 0.9 氯化鈉溶液濕敷冷噴 15min,再予以外敷防敏補水面膜一周一次,對照組再予以濕敷冷噴加外敷防敏補水面膜一周一次，治療 2周后觀察組總有效率為 62.50%,對照組總有效率為 37.50%，結果表明 LED 黃光聯合冷敷及外敷防敏面膜對于緩解面部過敏性皮炎的炎性癥狀效果明顯，并且回訪2月發現聯合使用 LED 黃光治療的觀察組復發率更低[15]。武海恩等使用 LED 黃光（30 m W/cm2、15 min,1 次/d、連續治療治療 7 d）聯合口服煙酰胺片、骨膠原面膜貼敷冷噴治療面部皮炎 48 例對照單用口服及冷敷治療 44 例，治療 1 周后治療組總有效率達到 77.83%，復發率為 13.64%；對照組有效率為47.73%，復發率為 45.45%。兩組均未發生不良反應[16]。以上臨床應用研究表明 LED 黃光聯合口服藥物或外敷、冷噴等治療能夠迅速緩解面部皮膚的炎癥反應，除此之外，臨床也有研究LED 黃光與 650nm 的LED 紅光聯合應用治療面部皮膚炎癥性疾病，也取得較好的療效。章海濤等使用黃連膏聯合 LED 紅、黃光治療面部過敏性皮炎，患者清潔面部后采用 LED紅光、黃光照射面部皮膚，兩種光分別照射 5 min 后再行冷噴 20 min，1 次/天，治療2 周。觀察組在對照組基礎上加用黃連膏治療。治療結束后發現觀察組的治療總有效率 92.11%高于對照組 75.61%，并且觀察組患者的皮脂含量、水合度較高，酸堿度較低，表明黃連膏聯合 LED紅、黃光治療改善了患者的角質層屏障功能[17]。李琳捷應用 LED紅、黃光聯合口服荊防湯治療面部皮炎 52 例，對照組予以紅黃光照射治療，均治療 1 周，治療結束后觀察患者角質屏障功能、皮癥狀評分以及血清學指標(ESO、IgE)，結果發現觀察組的上述指標均優于對照組，并且觀察組的血清 T 淋巴細胞亞群水平明顯低于對照組，表明荊防湯與聯合 LED 紅、黃光照射聯合治療面部過敏性皮炎,能明顯改善患者免疫功能,促進患者病情恢復[18]。笪蘇蓉等使用紅黃光聯合重組人表皮生長因子(rhEGF)凝膠對照單用紅黃光治療面部激素依賴性皮炎 48 例。使用 LED 黃光（30mw/cm2）先行照射，再使用波長 633 nm，能量密度 40 mw/cm 2的 LED 紅光照射，均照射 5 min，光斑距面部距離 20 cm 。治療每 2 周對患者的皮損面積、紅斑、瘙癢、干燥、脫屑進行評分，發現隨著治療周期，患者的不適癥狀均得到改善，最終聯合治療有效率達到 91.7%，而單用紅黃光治療的有效率為 79.1%[19].文燕等應用 LED 黃光聯合枇杷清肺飲治療玫瑰痤瘡，治療 6周，每 2 周均記錄患者的皮損評分，觀察患者的主要癥狀表現包括持續性紅斑、陣發性潮紅、丘疹與膿包、毛細血管擴張，發現聯合使用 LED 黃光治療的觀察組患者臨床癥狀較單獨口服中藥治療的對照組患者緩解得更快，并且觀察組得總有效率為 95.24%高于對照組得總有效率 61.9%[20]。

3.3 LED 黃光治療黃褐斑

黃褐斑是由多種因素導致的色素性皮膚病，其中紫外線照射后導致表皮屏障受損，Toll 樣受體2(o-likereplor2,TLR2)、Toll 樣受體-4(Tol1-like receptor 4,TLR-4)等表達上調，炎癥細胞因子釋放增多，使酪氨酸酶活性增加，促進色素合成及轉運是本病發病的重要機制?；?LED 黃光抑制絡氨酸酶活性、減少色素的生成及抑制炎癥因子的釋放的作用，臨床可應用 LED 黃光治療黃褐斑。徐麗華等使用 LED黃光聯合谷胱甘肽治療黃褐斑患者 42例，均以使 LED黃光源距患者面部垂直距離 20cm 進行照射，照射強度:25mw/cm2，每次黃光照射 20min。每周治療 1次，10 次為一個療程。治療結束后進行療效評價，治療總有效率達到 90.5%[22]。劉娟等應用 LED 黃光聯合中藥面膜治療黃褐斑 82 例，分為 A、B、C 三組，A 組以 LED 黃光聯合中藥面膜治療，B 組單用中藥面膜，C 組單用 LED 黃光，治療每周 1 次，治療10次后 A、B、C 三組有效率分別為 71.1%、45.8%、50.0%，證明 LED黃光聯合中藥面膜治療黃褐斑療效顯著[23]。

4 討論與展望

綜上所述，LED 黃光的作用機制比較廣，包括抗炎、促進組織修復、減輕瘢痕、抑制黑色素產生功能，可應用于治療多種皮膚疾病，但不同的能量、照射時間、輻照密度、光源距離都可能會產生不同的光化學效應，當下臨床對于 LED 光應用于皮膚光療的相關參數的設置研究仍相對較較少。有學者通過分析LED 黃疸光療儀工作原理,激光器的輸出光電率P與注入電流I的關系曲線,計算出黃疸光療儀和發光二極管各自的振動頻率。然后以發光二極管的中心位置作為起始點,完成黃疸光療儀最優光源距離的測量[24]。這為LED 黃疸光療儀應用于臨床的治療的光源距離提供了科學的數據支持。從理論上思考，其他的 LED 光療儀如紅光、黃光等也可遵上述方法研究最佳光源距離，從而使 LED 光療儀更有效的應用于臨床治療。另外，對于新型的 LED光療儀器的設計與研究也非常必要，單色的 LED 光療儀更新到可發出復色 LED 光的光療儀，拓展光照覆蓋面積、提高發光功率、光的能量，都促進了 LED 光療發展。俄羅斯常規人類病生態科學研究所研制的新型 LED 光療儀(LENA)?？梢杂糜谌梭w或者動物身上。該儀器采用高能 LED,幾厘米的發光管，其發光強度卻達到 4000mcd,超過了二者的 2倍,輸出功率可達到 2者的3-4倍 100mW;并且具有 20000H的超長壽命。因其高輻照亮度，確保了對個體的大動態范圍的照射劑量達到治療需要能量,能夠對大面積的皮膚和其他組織進行照射而不損失有效的照射能量。高輸出功率,就能達到更好的透射深度，就可以穿過皮膚作用于皮下組織和血液[25]。

綜上，對于 LED 黃光光學機制研究為其應用于臨床的提供了理論支持，而對于光學儀器的研究為其應用開辟更加廣闊的道路，而將 LED 黃光應用于治療不同的疾病或是皮膚美容時如何確定最佳的能量、照射時間、輻照密度以及光源距離，仍需要進行大量的細胞學及臨床對照研究。