激光对生物体的作用及这方面的应用

激光也是一种光，从本质上讲它和普通光源如太阳、白炽灯、火焰等所发出的光没有什么区别，因此它具有普通光所具有的性质。由于它是一种电磁波，所以又具有波粒二象性。它遵守反射、折射的定律，在传播中会出现干涉、衍射、偏振等现象。但是，激光又有着和普通光显著不同的特点，如它的单色性、相干性、方向性极好，亮度极高等。因此，它与生物体作用时会产生许多特殊的效应，这也是激光可以用来诊治疾病的原因之一。

激光美容的原理是通过组织吸收高能量的激光后所产生的光热反应，使局部温度在数秒内骤然升高到数百度或更高，组织发生凝固性坏死，甚至碳化或汽化，与此同时，由于急剧发热，组织的水分突然剧烈丧失，聚焦后，可用以切割或烧灼病变组织。常用于皮肤的激光有二氧化碳激光、红宝石激光、染料激光等。激光美容的优势是显而易见的：操作简便、省时、可同时止血，对于有些大面积斑、痣无须手术切除，自体植皮，可以起到美容和保留原有皮肤功能的双重效果。但是它同其他治疗方法一样，也会有一些副作用，在清除病变组织的同时，对正常组织也有不同程度伤害，最常见的是遗留表浅疤痕、色素减退或沉着斑。

激光的生物作用机理及生物效应

激光对生物体的作用有五种：热作用、光化作用、机械作用、电磁场作用和生物刺激作用。激光和生物体相互作用以后所引起生物组织方面的任何改变都称为“激光的生物效应”。激光与生物体作用后，不仅会引起生物效应，而且激光本身的参数（波长、功率、能量等）也可能会改变。由于激光的生物效应是“五作用”所致，故这“五作用”即为激光生物效应的机理。

一、医用强激光与弱激光

在医学上，由于强、弱激光的生物作用机理不同，所以临床应用时其目的和方法也不同。在医学领域里，不以激光本身的物理参量（如功率和能量）来衡量激光的强弱，而是以它对生物组织作用后产生生物效应的强弱来区分的。它的定义是：激光照射生物组织后，若直接造成了该生物组织的不可逆损伤，则此受照表面处的激光称为强激光；若不会直接造成不可逆损伤者，称为弱激光。

二、激光的作用及其生物效应

（一）热作用

低能光量子可致生物组织直接生热，高能光量子则需经过一些中间过程后才生热。例如红外激光光子能量小，被生物组织吸收后增加了生物组织的热运动，宏观表现为被照处组织温度升高，称为直接生热。可见光和紫外光其光量子能量大，被生物组织吸收后引起生物分子的电子跃迁。当电子由激发态回到基态释放能量时，才引起热效应。

热作用的生物效应有以下几种：

1、热作用对生物组织的影响。有如下几点：

（1）对血液循环的影响：由于温热作用可致使毛细血管扩张，使血流量增加，可改善加热区供血和营养。

（2）对代谢率的影响：由于人体生化过程对温度有很大的依赖关系，尤其是酶的催化作用受温度影响很大，所以激光的热作用可以促进代谢。

（3）热损伤：组织热损伤主要是蛋白质变性。蛋白质变性和温度及辐射时间的关系见（图6）。一般认为，蛋白质受到短时间辐照而温度为60摄氏度时，就会产生永久性的变性。60摄氏度热波进入组织的深度，被定义为热组织损伤深度。

2、热作用对皮肤的效应：在临床上，由于激光对皮肤的辐照时间和功率密度不同，会产生各种效应。

（二）光化作用

习惯上把光辐照化学系统所引起的化学反应叫光化反应。生命物质的活动、生长、繁殖等是靠生化作用将营养物质在酶的帮助下，经过化学反应使之合成、分解成生

命活动所需要的物质和能量的结果。激光可以直接引起这种化学反应，激光的这种作用称为光化作用。激光引起的光化反应主要有以下几种类型。

（三）压强作用

生物组织接受激光照射后，由于光具有波粒二象性，所以当光子和物体碰撞时会产生光压。又因激光热效应的继发作用而引起汽流的反冲压、内部的蒸汽压、热膨胀超声压，以及因强电场的继发作用而引起的电致伸缩压等。

（四）强电磁场作用

激光和普通光一样，也是电磁波，所以它对生物组织的作用也就是电磁场对生物组织的作用。对于中、小功率激光的电磁场来说，对生物组织的作用是无关紧要的，但对很高功率密度的调Q激光或锁模激光，其功率密度可达，其电场强度高达，它能在生物组织中产生高温、高压和高强度，导致生物组织电系统发生急剧变化，这是一般光源无法引起的。

研究证明，光与生物组织作用时，起作用的仅仅是电场强度。激光的电场强度与其功率密度直接有关。前面举例的调Q激光和锁模激光，其电场强度极高，当这种激光与生物组织作用时，就可能在生物体内产生光学谐振波，发生电致伸缩，使生物分子电离、极化，导致喇曼散射和布里渊散射等。

（五）生物刺激作用

这里主要指弱激光的生物刺激作用。当用弱激光照射生物体时，将产生一系列生物效应，如产生兴奋或抑制，机体免疫功能改变等。这些效应的产生，是弱激光刺激作用所致。