光子技術在疼痛臨床治療方面的應用進展

邱學軍，何樂瑤，韓 亮，李衛東，顏 雯*

（1. 廣東藥科大學健康學院，廣州 510310；2. 廣東省光與健康工程技術研究中心，廣州 510310）

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，大家越來越重視自身的健康。然而，現代生活節奏快，人們長期保持伏案工作、學習、低頭玩手機等不良姿勢，催生了許多頸、肩、腰的疾病。其中腰痛是最常見的肌肉骨骼疾病之一，也是導致殘疾的主要原因之一，部分患者（非特異性慢性腰痛）甚至出現持續6周以上的慢性癥狀［1-2］。非特異性慢性腰痛等慢性疾病的治療很難根除，而且潛在病因尚不清楚，每年都有大量醫療資源投入其中［3］。一種高安全性、高有效性、高性價比的治療方法的出現顯得尤為迫切。基于光子技術的無創溫熱理療法正引起越來越多科研工作者的關注。

目前常見的基于光子技術的無創溫熱理療法包括低強度激光療法、高能量激光療法、半導體激光療法、激光針灸法等，其中以Ga-AI-As半導體激光和He-Ne激光較為常見［4］。目前已有的無創溫熱理療法主要集中在研究治療肌肉骨骼疾病上，其中低強度激光療法已廣泛用于緩解不同肌肉骨骼疾病引起的疼痛上［5］。高能量激光療法是用可控的激光能量達到增強療效的目的，主要通過脈沖系統得以實現，對深部肌腱和肌病的治療以及減輕炎癥、水腫和疼痛都特別有效。半導體激光通過弱光照射人體局部來改善血液循環，產生生物刺激效應與熱效應，調節機體免疫功能，加快致痛物質代謝，干擾痛覺神經，在術后消炎、止疼方面具有良好的療效。激光針灸的有效刺激主要來源于激光對穴位的熱效應，通過激光照射的穴位吸收了一定的光子，將光能轉化為熱能，改善了血液循環，有利于炎性細胞和致痛物質的吸收。激光和傳統針灸結合衍生的激光針灸技術也已經成為低強度激光療法的有效補充和替代療法。

1 低強度激光療法

1.1 低強度激光療法的機制研究

低功率密度或低能量輻射的激光通常稱為低強度激光。低強度激光療法也稱為光生物調節（photobiomodulation，PBM），是一種光源治療，它不產生熱量、振動和聲音。現階段低強度激光療法的作用機制仍在探索完善，但其顯著的抗炎、緩解疼痛的作用已得到廣泛驗證。有研究表明，低強度激光療法的原理是利用紅光和近紅外光來刺激傷口愈合，以緩解疼痛，減少炎癥。負責光調節的發色團已被確定為線粒體中的細胞色素c氧化酶［6］和鈣離子通道。據推測，光子吸收的影響包括三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的增加、活性氧的短暫爆發、一氧化氮的增加、鈣水平的調節等。

低強度激光療法有助于新的蛋白質合成，可激活多種轉錄因子，改變細胞增殖、存活、組織修復和再生有關的轉錄因子的親和力，從而提高細胞的存活率，促進增殖和遷移［7］。其細胞機制如圖1所示。

光生物調節存在明顯的雙相劑量效應，可增加正常細胞中活性氧的濃度，但是在疾病動物模型中可降低活性氧水平；其也可激活正常靜止細胞中的核轉錄因子（nuclear transcription factor-κB，NF-κB），但在激活的炎癥細胞中炎癥標記物減少［7］。低強度激光療法通過阻滯外周神經，抑制中樞突觸活動，調節神經遞質，減少肌肉痙攣和間質水腫，以達到抗炎的作用［9］。激光照射可直接或間接改善局部血流，緩解交感神經緊張，改變血管張力［10］，從而減輕疼痛感。

1.2 低強度激光療法的臨床應用

因其顯著的抗炎作用，低強度激光療法多應用于各種炎癥的治療，如跟腱炎、甲狀腺炎、關節炎、牛皮蘚，甚至斑禿，其中關節炎是低強度激光療法最重要的臨床適應癥之一［11］。此外，低強度激光療法對纖維肌痛、關節肌腱疼痛等也有顯著的改善效果，且其是緩解非小細胞肺癌患者腰痛的有效方法之一［12］。

世界激光治療協會（World Association for Laser Therapy，WALT）公布了關節炎和肌腱病的低強度激光療法劑量指南，單位為點每焦耳（J）［13］。然而具體的治療劑量仍在探索中，相信不久的將來，低強度激光療法將廣泛應用于臨床疼痛治療。

目前研究已確定產生光生物調節的有效波長范圍為600～1 070 nm。水分子顯著吸收波長大于970 nm的光能，而主要組織色素團（黃素、血紅蛋白和黑色素） 吸收小于600 nm波長的光能，因此，小于600 nm波長的光能對組織有更大的有效穿透力。 600～700 nm范圍內的波長用于治療淺表組織（皮膚、皮下組織、淺筋膜和肌肉），較長的780～950 nm范圍內的波長用于治療深層組織（深筋膜、肌肉、骨和大腦）［14-15］。

1.2.1 低強度激光療法在纖維肌痛方面的應用研究

低強度激光療法對纖維肌痛具有高效、安全和耐受性較高的特點。各項研究結果表明，低強度激光治療纖維肌痛在緩解疼痛方面獲得了更明顯的改善，并且具有減少患者疲勞、壓痛點、睡眠障礙、肌肉痙攣、晨僵和晨昏等的優勢［16-19］。Souza 等［20］通過分組試驗，把患者分為A、B組兩組，A組利用二極管激光（Ga-Al-As 780 nm，50 J/cm2，50 mW）照射，每周2次，為期6周。B組通過不含血管收縮劑的2%利多卡因麻醉滲透進行治療，每周1次，共治療4周。每組的疼痛水平均顯著降低（P=0.000 1，β=1.00），如表1所示。其中低強度激光療法因其無創、無痛的治療體驗更能被患者接受，且達到了97%的健康改善率和82%的麻醉滲透率。

表1 二極管激光照射與利多卡因試驗數據Tab. 1 Diode laser irradiation and lidocaine experimental data

1.2.2 低強度激光療法在關節肌腱病方面的應用研究

適當調節低強度激光療法的參數可緩解關節肌腱病。Haslerud 等［21］用20.41 mm的單一低強度激光治療和16.00 mm低強度激光與物理治療干預相結合治療肩關節肌腱炎，發現都具有顯著的疼痛緩解作用，而且改善速度大大提高。Bjordal 等［22］分別單獨采用波長為904 nm和632 nm的低強度激光，或與物理治療干預相結合，直接施用于外側肘肌腱止點，都能短期緩解疼痛并減少殘疾。低強度激光療法對膠原纖維產生的刺激性可能有益于肌腱修復，但過高的劑量或功率密度（高于100 mW/cm2）可能會抑制成纖維細胞的活性和膠原纖維的生產，這符合光生物調節雙相劑量反應的特點。常用的非甾體抗炎藥治療方法對胃腸道和腎臟有較大的副作用，長期皮質類固醇注射易引起骨質疏松、發生感染等，所以，904 nm或632 nm 低強度激光療法可以成為皮質類固醇注射和非甾體抗炎藥療法安全有效的替代方法。

低強度激光療法在臨床上使用的是紅外到近紅外，即 630～1 000 nm 波長范圍的激光，產生的熱效應較小。研究人員在全身上使用低強度激光療法來研究療后疼痛強度、功能性、軟組織質量、中樞敏感癥狀和心理方面的變化情況，并取得了一定的積極效果，接下來需要更多的試驗樣本來證實其療效［23］。

2 高能量激光療法

2.1 高能量激光療法的機制研究

高能量激光療法是在低強度激光療法的基礎上發展起來的一門技術，其臨床應用功率超過500 mW，并能高達12 W，屬于IV類激光。該技術采用脈沖治療，以較高的峰值功率和較長的波長工作，提供了更強的能量，使得高能量激光療法比低強度激光療法具有更高的穿透力，通過調節光熱效應的電流密度和頻率提高了治療的安全性。 高能量激光療法不僅利用了激光的光化學效應，還利用了光機械效應和對淋巴系統引流的刺激，通過光力學、熱、電和生物刺激作用于深層組織，從而達到消炎、鎮痛、抗水腫的作用。

2.2 高能量激光療法的臨床應用

高能量激光療法除了和低強度激光療法一樣可用于治療肌肉骨骼疼痛外，還可用于面癱、慢性糖尿病及足潰瘍的治療。對比低強度激光和高能量激光的療法和療效發現，高能量激光對膝骨關節炎［24］、足底筋膜炎［25］、外上髁炎［26］的短期療效更好，在原發性痛經［27］、慢性非特異性腰痛［28］的治療上兩者沒有顯著差異。因高能量激光療法的穿透力高，其在肩關節疾病疼痛的視覺模擬評分（visual analogue scale，VAS）、肩關節活動范圍（range of motion，ROM）、功能獨立性測量（functional independence measure，FIM）和肌力的有效性方面有著顯著的效果。肩關節疾痛的高能量激光特點如表2所示。

表2 肩關節疾痛的高能量激光特點Tab. 2 Features of high-intensity laser for shoulder diseases

對于不同或相同病因導致的疼痛，各個醫療機構可能會使用不同的高能量激光治療儀，并且照射部位、周期、頻次、發射模式、劑量（波長、功率輸出、能量/點、總能量、能量密度）和療程都有差異，通常與超聲波、熱敷和鍛煉等組合治療更能達到顯著的療效。

高能量激光療法在治療過程中可分為不同的階段，每個階段的劑量、照射區域和時間也各不相同。Atan等［29］對粘連性囊炎治療分為3個階段：快速手動掃描階段（8 W，100 J/cm2）、固定掃描階段（連續波，12 W，100 J/cm2）、緩慢手動掃描階段（8 W，100 J/cm2）。最后階段與初始階段是相同的照射區域。Yilmaz等［30］對肩峰撞擊綜合征也進行了類似的研究。Kim等［31］對凍結肩治療也分為3個階段，第3和第8周的觀察發現，VAS有著顯著的差異（P= 0.033），可是在第12周時，各組之間的疼痛VAS沒有統計學上的顯著差異。Korkmaz等［32］對偏癱肩痛伴有肩袖撕裂治療分為2個階段，并進行了相關研究。以上研究顯示，高能量激光療法在分階段治療方面取得了不錯的效果，還需要更多的試驗進行驗證。近年來，中科院蘇州醫工所徐建根等［33］在深層光譜治療方面取得了很大的進展。他們采用大功率高效鹵素燈為光源，通過光束整形、密閉液體過濾器以及電子學控制等系統設計了大功率光譜治療儀，應用于慢性軟組織損傷炎癥、疼痛的臨床治療中，取得了和高能量激光療法類似的功效。臨床試驗結果顯示，71 例患者在經過（6±1）d治療后的總有效率達 100%，顯效率達 80.28%，未發生不良反應。

近年來，國內外對高能量激光進行了多項臨床研究，取得了一定的進展，為其進一步的推廣應用奠定了良好的基礎。但是現有的研究也存在隨訪時間短、樣本量不夠等現實情況，未來應進一步弄清高能量激光療法的作用機制，制定國際通用的標準。

3 半導體激光療法

3.1 半導體激光療法的作用機制研究

半導體激光器是利用弱激光的刺激效應使細胞和組織活化、功能正常化，調節人體的血液循環系統及內分泌系統，提高人體的免疫能力，從而通過人體的自我恢復技能達到治愈疾病的目的。半導體激光引起的溫升很小，不會損傷組織細胞，具有無創的特點。利用半導體激光器照射疼痛部位可以緩解局部的肌肉緊張，改善局部的血液循環供氧和組織代謝，降低致痛物質含量，從而緩解疼痛，減輕或消除疼痛性疾病的惡性循環。

3.2 半導體激光療法的臨床應用

近年來，半導體激光多應用于口腔的鎮痛消炎、面部痤瘡、帶狀皰疹、毛囊膿腫。有研究報道，半導體激光療法結合A型肉毒毒素注射治療顳下頜關節紊亂病的療效顯著［34］。半導體激光常與針刺、藥物、手法治療結合。對于關節與椎間盤突出等疾病，半導體激光治療可提高關節的康復效果，降低疼痛程度，利于關節功能恢復。張競爭等［35］用半導體激光（型號為SUNDON-300IB，輸出功率約為1 000 mW，距離為23 cm）結合中頻脈沖電照射腰臀部痛點，每個部位照射10 min，每天1次，14 d為1個療程。結果顯示，40例干預組的VAS低于對照組（P＜0.05）。趙永欣等［36］將半導體激光治療儀應用于老年全膝關節置換術后患者的康復護理中，也取得了積極的療效。觀察組在術后第2天加用半導體激光治療儀（JLTMD500B型）治療。上午1次，波長為808 nm，直接或間接照射15 min，功率為500 mW ；下午1次，波長為650 nm，直接或間接照射15 min，功率為500 mW，均連續干預7 d。試驗結果發現，觀察組康復優良率高于對照組（P＜0.05），這說明中頻脈沖電療法能改善局部血液循環，促進淋巴液回流。

半導體激光具有加快炎癥吸收、刺激類啡肽物質分泌的作用，二者結合對腰椎間盤突出癥坐骨神經痛患者起到了快速鎮痛的作用。后期還需進一步補充樣本數量以獲得更多的試驗數據，為接下來的臨床應用奠定基礎。

4 激光針灸療法

4.1 激光針灸療法的機制研究

根據傳統中醫理論，“氣滯血瘀，不通則痛”，傳統針灸可讓人感受到“得氣感”，并使氣通血通。現代研究認為，針灸具有調節與內源性神經遞質相關的某些疼痛信號的能力。非侵入性激光針灸（laser acupuncture，LA）具有和低強度激光療法同樣的緩解交感緊張、改善血流的能力。通過使用激光發射裝置作為針頭的替代物，激光束可以通過能量沉積來刺激穴位，從而激活經絡、氣血來調節內臟功能，促進新陳代謝。電針通過穴位傳遞能量，起到傳統針灸的作用［37］。侵入性激光針灸（invasive laser acupuncture，ILA）包括在穴位處同時應用侵入性針灸治療和聚焦激光照射，使用的針灸針具連接到由光纖耦合激光二極管組成的激光機上［13］。

4.2 激光針灸療法的臨床應用

現階段研究大多集中在針對肌肉骨骼疼痛的治療上，包括肌筋膜疼痛、外側上髁炎和顳下頜關節疼痛等。作為低強度激光療法的一個亞組，和低強度激光療法一樣，非侵入性激光針灸需要正確的治療參數頻率、能量對正確的穴位進行刺激。骨骼疾病的激光針灸特點如表3所示。

Hung等［38］的研究表明，經過為期1個月左右的治療，非侵入性激光針灸對緩解疼痛的積極作用最為顯著，在減少功能障礙方面治療效果不受平均年齡、性別分布的影響。根據組織的厚薄應靈活采取適當的劑量對不同部位進行治療。由表3可以看出，4項研究為陰性，其中Shin等［39］沒有指出明確的能量劑量，Lin等［40］使用了高于普遍研究劑量很多倍的能量（160～180 mW，61.2～68.8 J/cm2）。Baxter等［41］經研究得出，激光針灸在輻射功率不低于10 mW、劑量不少于0.5 J/點的條件下可有效減少肌筋膜疼痛。Hinman等［42］的使用劑量低于Baxter等［41］的參數印證了其有效性。為進一步驗證這一參數的可靠性，Glazov等［43］使用Ga-Al-As紅外激光二極管（20 mW，840 nm，功率密度為0.1 W/cm2）針對3個治療組分別作用于刺激點［假手術（0 J/點）、低劑量（0.2 J/點）、高劑量（0.8 J/點）］，對非特異性腰痛參與者進行了8周1次的治療，針灸穴位沿著主脈經、膀胱經、膽經和觸痛區，激光探針垂直放置并與皮膚輕微接觸。試驗發現，所有治療對象在1年之后癥狀都得到了改善，組間并沒有差異。之后，Glazov等［44］提出運用劑量為3 J/點的低強度激光療法治療非特異性腰疼痛，結果顯示，疼痛顯著減輕，且基線疼痛小于3 個月，這與Bjordal［45］提到的4 J/點的治療腰椎關節炎劑量接近。可是在與Glazov等［44］研究中相似的低劑量下，Yurtkuran等［46］治療膝關節炎與Lam等［47］治療上髁炎中卻都得到了顯著的差異，可能是因為下背部組織更厚，需要更高的劑量來穿透。

表3 骨骼疾病的激光針灸特點Tab. 3 Features of laser acupuncture for skeletal diseases

侵入性激光針灸現階段的臨床試驗證據較少。有研究表明，其聯合其他治療對大鼠的神經病理性疼痛和風濕性關節炎有顯著的效果［48-49］。也有研究直接表明，侵入性激光針灸在波長分別為650 nm和830 nm時對大多數神經性病理性疼痛［50］與骨關節炎［51］的治療具有顯著的作用。目前針對非侵入性激光針灸療法的研究較多，但針對侵入性激光針灸的臨床研究還鮮有報道，未來科研人員應加大對侵入性激光針灸的研究，以獲得更多的臨床數據，為激光針灸療法的臨床應用提供參考與指導。

5 總結與展望

光子理療技術（除侵入性激光針灸外）能成為傳統針刺的替代品，很重要一點是它沒有傳統針刺的一些潛在危險性，沒有“針刺感”，能減少患者的恐懼，但也由于治療過程中缺少實感，容易引起患者的質疑。傳統針灸會導致留針、血瘀、暈厥，甚至造成損傷延髓等嚴重后果，而光子理療技術的臨床應用可避免許多潛在的醫療糾紛。現有的研究表明，光子理療的傷害性較少，并且有安慰劑的作用，還可引導患者自身的系統調節，緩解疼痛。低強度激光療法在疼痛強度、功能性、軟組織質量、中樞敏感癥狀和心理方面取得了一定的積極效果，接下來需要更多的試驗樣本來證實其療效。高能量激光療法具有功率大、穿透力強、發熱的特點，更易作用于深層組織，其能量可調節性更高，但長期療效還需進一步研究。半導體激光與針刺、藥物、手法治療結合能達到更好的療效。激光針灸療法對治療參數頻率、能量以及穴位精確度要求較高，對緩解疼痛能起到一定的療效，但是還需要更多的試驗來證明其有效性。

光子理療技術受波長、劑量、治療時長和應用部位四個重要因素影響。由于光生物調節具有雙相劑量效應，為提高治療有效性， 該技術對波長、能量、穴位的準確性要求較高，患者需堅持治療，以保證治療的時長，同時要求治療師操作熟練。與光子理療技術相關的更多具體的工作仍在探索之中，但是光子理療對于疼痛的緩解作用是有效的，未來需要對各種治療參數進行研究探索，提出規范的治療指南。