激光在皮肤病治疗及美容方面的应用

率短脉冲激光器，如调Q红宝石激光、调Q Nd:YAG激光、脉冲染料激光等在靶上功率可达 10^9~10^12W，产生的热可达10^7℃。可见该类 激光对靶的破坏是充分的，是以往使用的连续激 光器件所不可比拟的。 短脉宽 以照射时间（治疗时间）短于靶的热弛 豫时间（TRT），使热损失局限在治疗靶上，不 会因热传导造成邻近周围组织的损伤。TRT与生 物组织性质、个体大小相关，如黑素小体的TRT 为1微秒，皮肤组织TRT为1毫秒，管径不同的血 管TRT也不相同，直径为50um，TRT为1~2毫秒
b.压强作用：当光照在皮肤上，光子与皮肤碰撞形成辐 射压力，一般称光压。产生光压很微小，一般可以忽略 不计。但激光的能量密度极高，如将1瓦的氩激光光斑 聚集于半径为0.5nm的微粒时（质量约10^12g），其辐 射压力为10^15N，微粒将获得10^5克的加速度，为地 面重力加速度的10万倍。这种激光辐射压在皮肤上将是 不可忽视的能量，同时会聚在很小一点上的光能瞬时转 化为热能，使组织由液体到气体，甚至由固体的生物组 织直接气化，在细胞组织内产生微型爆炸，压强急剧增 高，以超音速迸发出来
激光的生物学作用形式
热效应 压强作用 电磁场效应 光化学反应 选择性光热作用 a.热效应 其产生方式主要是碰撞生热和吸收生热 （a）碰撞生热：当可见光、紫外线与生物分子相 互作用时，光子被吸收，生物分子被激活，被激 活
的生物分子可通过与周围分子的多次碰撞逐渐 失去它所获得的光能，周围分子则获得平移能 （振动能和移动能），生物组织温度上升变热。 (b)吸收生热：当红外光光子被偶极分子（如水 分子）吸收时，光能转变为该分子的振动能和 转动能，使温度升高。皮肤组织含有75%-95% 水分，因而皮肤对红外光的吸收升温与水分子 有关。 （c）皮肤组织热作用：皮肤吸收光能后温度上 升，导致皮肤组织损伤，其破坏作用与温度高 低有关
吸收作用，但它有三个吸收峰值，即418nm、 577nm、542nm，临床上除418nm波长因其在组 织上作用甚为表浅，故很少应用之外，577nm、 542nm这两个波长使用较多，因577nm波长含氧 血红蛋白的吸收率高于542nm波长外，其波长作 用深度也较之更深些，所以临床上常选用 578.2nm（铜蒸汽激光），585nm（染料激光） 波长的光治疗位于真皮中的鲜红斑痣；542nm或 532nm波长的光治疗浅表的毛细血管扩张。 治疗的激光剂量能够在靶上有足够的能量。简而 言之，即对治疗靶造成坏死。临床上选择的高功
（d）皮肤组织的热化作用 当皮肤组织吸收光 能后会发生某些吸热的化学反应，即热化作用。 热化作用和光化作用有两点区别：1.热化作用 其反应与温度成正比，因为温度增加分子间碰 撞频率和使分子所获得的能量有所增加，而光 化作用几乎与温度变化没关系；2.光化作用产 生受激分子、原子和自由基，而这些在热化作 用时是不会产生的。因此低功率激光照射时， 它们往往不直接造成组织的坏死，而是通过皮 肤组织内的核酸、蛋白质、类固醇、黑素、尿 素等，吸收不同的光谱进行热传导，导致组织 的损伤。
的冲击波，对黑色细胞的破坏，也是光机械作用 的结果。 （c）选择性光热作用（selective photothermalysis effets）：选择性光热作用是激 光被组织吸收后的相互作用的过程，也是指作用 对特定靶的产生预期希望达到的目的。因为选择 性光热作用最终是将激光能量直接作用在皮肤治 疗靶上，如黑色素小体、血红蛋白、水分子，造 成靶的坏死，而对邻近正常组织不引起损伤。
激光在皮肤病治疗及美容方面的应用
激光的概念
激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱 塞”，是它的英文名称LASER的音译，是 取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单 词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过 受激发射光扩大"。激光的英文全名已经完 全表达了制造激光的主要过程。1964年按 照我国著名科学家钱学森建议将“光受激 发射”改称“激光”。。
皮肤 厚度 A/ T 层次 （mm） % A T A T
480 550 20 80 23 57 13 87 10 77
750
1000 29 71 6 65
1400
角层 0.3
22 78 13 65
56 44 16 28
棘细 0.5 胞层
18 16
真皮 2.0 层
A T A T
1Байду номын сангаас 0
9 0
16 0
56 1
（d）选择性光热作用包括三个方面内容：根据不 同靶基对作用波长有选择性吸收的。 靶基对波长的选择有两个因素：首先，该波长 对靶基有较高的吸收率（此相对于邻近组织而 言），以避免对周围组织因吸收而导致热损伤。 其次，不同波长的光对皮肤组织吸收与透射是各 不相同的。在可见光范围内，随着波长的增加， 其在皮肤组织内透射作用也加深，为了对不同深 度的靶基治疗，选择相应透射深度的波长也是重 要的，如含氧血红蛋白在可见光光谱中虽然都有
如当温度为37-39℃时，皮肤有温热感；4344℃时，皮肤出现潮红；45℃为皮肤的痛阈； 47-48℃时，4-9秒皮肤在表皮和真皮之间有炎 性渗出物，形成水泡；45-60℃时，皮肤内蛋白 质凝固；50℃时，传导热的神经纤维被破坏； 55-60℃时，受照射部位皮肤出现凝固性坏死； 100℃时，细胞内外的水沸腾，水蒸气将细胞膜 和皮肤组织破坏；300-400℃时，皮肤组织碳化 （血液和血浆蛋白发生干性坏死），皮肤呈现 棕黑色；530℃以上，皮肤组织燃烧；当温度继 续升高，照射处皮肤组织气化。
（b）机械作用：激光在组织上的生物学效应主要可分 为热作用和非热作用两种。非热作用可由激光直接或热 作用继发而形成。非热作用主要包括机械作用 （photomechanical effects）、电磁场作用和光化学作 用。光机械作用在高功率短脉宽治疗中尤为突出。它在 皮肤组织中产生的热膨胀热动力学作用，光声学作用都 将对治疗靶造成毁灭性损伤。如作用在红细胞上的脉冲 染料激光，可产生100万℃的高温，爆炸形成的冲击波 将毛细血管击破；在色素增生类皮肤病的治疗中，调Q 开关的一些激光器，如调Q红宝石激光、调QNd:YAD激 光、调Q蓝宝石激光，在黑色素小体上产生的等离子体 温爆炸式所产生的
72 0 5 0
44 21 21 0
48 17 17 0
20 8 8 0
皮下 25 组织
3）光吸收与皮肤组织的关系 人的皮肤颜 色是由表皮下包括细胞和其他一些因素决 定的。在近紫外线、可见光、近红外线中， 黑色皮肤的吸收比白色皮肤大，至于有多 少，即取决于黑素的多少，又与激光波长 有关，但对于波长小于300nm和大于 2000nm的激光，肤色的影响便不起作用 了，吸收率都一样，大约为95%。
期的生物学效应，因此不同波长的光在皮 肤各层的吸收和透射是很重要的。1931年 A.Bachem对皮肤各层次的吸收与透射的研 究至今仍被大家所引用，见表
皮肤各层次的吸收度（A）和透射度（T）
波 200 250 10 0 81 19 8 11 280 85 15 6 9 长（nm） 300
66 34
产生极大的反冲力，可高达几百千克，压强可达几十至 几百个大气压。这种压强叫做激光二次压强，它比光压 大得多，对皮肤组织的破坏力也是很严重的。 c、电磁场效应：激光比太阳光亮100万倍，因此，激光 是非常强的电磁波。如果将激光光束聚集为几个微米时， 功率密度可达10^13W/cm^2，此时可产生高压、高温、 高电磁场强度（可达10^8V/cm^2），在生物体内引起 一系列的创伤。在组织内产生谐波，组织内正负电荷在 电场作用下振动而产生谐波，导致生物细胞的损伤；产 生自由基，在组织内可导致细胞水肿、损伤；产生双光 子、多光子吸收致使组织内发生化学效应和自由基的形 成，造成生物细胞损伤；产生布里渊散射，激光的强电 场在皮肤组织
时间(thermal relaxation time，TRT）。一般说体积小 的组织TRT小于体积大的。如黑素小体0.12~1.0um， TRT=1微秒，而直径为10~50um的毛细血管其TRT=1 毫秒；而血管直径为400um，TRT=100毫秒。 组织热效应由最初作用在色基（色基靶基）上的激光 能量，和来自继发的邻近组织的热传导所引起的。影响 热损伤的程度和范围，主要是靶上获得的温度高低决定 了它受损伤的程度，其次是由热传导影响了在靶上驻留 的时间。总之，组织损伤程度由能量密度（治疗剂量）、 脉宽（脉冲持续时间，即治疗照射时间）和热传导所决 定的。
b.散射：由于分子、粒子、细胞器和细胞而引起 的方向性改变。 C.吸收：是指光能在组织内转化成热能、化学能， 变成荧光、磷光等能量方式。透射通过皮肤层而 光能未被衰减。 2）不同波长激光在皮肤组织上的吸收与透射 不 同波长激光在皮肤组织上的吸收与透射是不同的。 为了达到预期的目的，可选择相应的激光波长， 达到一定的组织深度，被生物组织吸收而产生预
时吗，在皮肤内由于胶原而散射，结果反射大大 地减少。在紫外线波长小于320nm，在角质层或 表皮的吸收量大。从紫外线280nm至红外线 1000nm，波长越长，进入皮肤组织（贯穿）也越 深。 a.反射：是由于一种介质进入另一种介质在界面 上折射系数的改变而引起的。因为空气和皮肤的 折射系数不同，垂直的入射光5%-7%在角质层被 反射了。在可见光中这个表面反射系数相对不变。
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人 类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、 “最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮 度为太阳光的100亿倍。 激光的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱 因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激 光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生 的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发 展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导 致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前 所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从 而促进了生产力的发展。
1）激光对皮肤组织的作用 皮肤的毛发、 汗腺及皮脂腺等具有不同的光学性质，当 辐射进入皮肤组织各层中，部分被传送， 部分被吸收，部分在细胞层内继续透射， 直至入射光能量被吸收，较长的波长吸收 后有非常少地折射，被重新发射出来（即 荧光）。一般地说，以皮肤颜色的影响最 大，如浅色的高加索皮肤在照射可见光和 近红外光
水分中产生布里渊散射，其脉冲频率可达兆赫， 这种脉冲将造成细胞损伤乃至细胞破裂。 d.光化学反应：是指光生物学改变所产生的反 应。它有两种基本的类型：直接的和间接的 （敏化的）。直接的光化学反应是生物分子吸 收光发生了化学改变，或与不同的分子产生反 应，如光合作用、光异构作用、光分解作用、 光聚合作用等；间接的光化学反应是指某种能 吸收光的物质进入生物系统后，在光的照射下 引起后者对光的敏感性，从而导致生物体的一 系列反应，该反应有称光动力学作用，如血卟 啉光敏治疗皮肤恶性
肿瘤。 e.选择性光热作用 （a）热效应：激光光能被生物组织吸收主要被转换为 热能，其生物学作用与组织上产生温度直接相关。当温 度高于60℃，大多数蛋白质发生变性；温度高于 70℃DNA变性；温度在100℃以下大分子发生变性，如 Van der Waals键断裂；温度超过100℃细胞内水分超过 沸点发生气化。水蒸发体积发生急速增大产生的压力作 用导致细胞、血管损伤，当温度进一步升高导致组织凝 固坏死、炭化。组织吸收热的同时热向邻近组织传导而 使组织温度下降，热向四周传导叫作热弛豫，不同组织 的热弛豫速度不相同。当组织因热传导温度下降二分之 一所需的时间叫作热弛豫
激光除具有与一般光相同的性质外，还具有高亮 度（高功率）、单色性、方向性、相干性好等特 点。利用激光在皮肤组织上所产生的特殊生物效 应，可以治疗多种皮肤病。 （1）激光的皮肤生物学效应 激光与皮肤组织 的生物学效应取决于激光与皮肤组织两方面：一 方面与激光的波长、输出功率（能量）、输出方 法、作用的剂量等因素有关；另一方面与皮肤组 织的色泽、含水量、导热系数、厚度、致密性有 关。