红外线的生物学效应

红外线(Infrared rays)是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射(Infrared radiation).太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75～1000μm.红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.75～1.50μm之间；中红外线,波长为1.50～6.0μm之间；远红外线,波长为6.0～l000μm 之间.近年来,由于检测设备的完善及研究的深入,人们对红外线的物理性能及其生物学效应有了比较全面的认识,获得了许多进展.红外线特别是远红外线已被广泛运用在医疗保健产业中,与日常生活有关的各种红外线产品也大量出现.本文在此主要对红外线的生物学效应机理及其临床应用研究的现况进行介绍.

一、红外线生物学效应的机理

红外线是一种电磁波,当它通过放射方式辐射到物体时,被物体吸收的辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子,使这些粒子发生不规则运动,引起物体的升温作用,称为远红外线的一次效应,也称为增温效应.产生一次效应的同时,物体也随之发生其他的化学、物理等改变,这称之为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应,也称为继发效应.

红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力.外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高,促进血液的循环和新陈代谢,促进人的健康[1] .红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定,通常治疗均采用对病变部位直接照射.近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著,尤以微血流状态改善明显.表现为辐照后毛细血管血流速度加快,红细胞聚集现象减少,乳头下静脉丛淤血现象减轻或消失,从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用[2].

红外线对人体产生二次效应的机理目前尚未完全清楚.

有学者认为远红外线可对细胞产生共振作用,主要是引起细胞内外水分子的振动,使细胞活化,发生一系列有益于健康的细胞生物化学及细胞组织化学改变[1].也有人认为波长8～14微米的远红外线可称为“生命光线”,能够显著改善人体微循环.它作用于人体水分子时可对人体内老化了的大分子团产生共振使之裂化,重新组合成较小的水分子团,在这个过程中,吸附在老化的分子团表面的污染物质得以去除,水的比重上升,附着于细胞膜表面的水分子增加,增强了细胞的活性和表面张力.由于渗透细胞膜的水分子增加,细胞内钙离子活性加强,因此增强了人体细胞的正常机能,使杀菌能力、免疫能力等均有所提高.此外,生命光线还可以使血液中不饱和脂肪酸的二重键或三重键被切断,饱和脂肪酸不容易再被氧化成血脂[过氧化脂质],减少了血管内脂质的沉积,使血管壁光滑,从而减少动脉硬化、白内障等心血管疾病或眼科疾病的发生,对人体健康起着良好的促进功效[3].

庞小峰研究了由ATP 分子水解释放的生物能量传递的机制和特点,认为红外线对生物(包括人)所具有的生物效应和医学功能主要来自红外线的非热生物效应.1～7μm 的红外线波可以透射过皮肤到细胞上,被蛋白质分子吸收.蛋白质分子能够而且也只能吸收或发射出1～3.5μm 和5～7μm 波长的红外线,这一范围波长的红外线吸收后能导致蛋白质分子中的酰胺键的量子振动,从而可使生物能量顺利地从一处传递到另一处,使生命体处于正常状态,保持生命体的生长、发育及健康.维持生命系统正常运行的生物能量是由ATP 的水解提供的,但是,一旦ATP 分子或ATP 酶(ATP 的水解需要酶的参与) 或水不足,或者蛋白质的结构和构象改变或畸变等等原因,便可使提供的生物能量不足以引起酰胺键的正常振动或生物能量不能正常传递. 生物组织在得不到足够能量时,便不能正常生长,会诱发出各种疾病. 在这种情况下,若能用具有上述波长的红外线照射,并能被蛋白质吸收,就可以使蛋白质分子恢复正常和正常传递生物能量,从而可能使生物组织从病态恢复到正常状态,使疾病得到治疗. 在红外线医疗仪的临床试验中也证明,对生物体或人有一定医疗效果的红外线也正好是

在此波长范围内, 即0.8～1.6μm 和4.8～7μm[4].

红外线对机体免疫功能影响的研究还处于刚起步状态,在各波段的红外线中以中波红外线更易作用于免疫细胞,促进其生物学功能.红外线的作用除与其波长有关外, 还与其发射的光子数目有关, 即与辐射强度和辐射时间有关, 过量的红外线辐射还可能对机体造成不良的影响, 其详细机制有待进一步阐明.曹志然等认为红外线照射对机体免疫系统具有间接作用和直接作用.间接作用是指红外线辐射可调节机体其它系统如神经系统和内分泌系统的状态, 从而达到调节免疫系统的目的.直接作用是指红外线被机体吸收后能增强免疫细胞和免疫器官周围的生物场, 使其活性及相互调控作用增强,红外光子可直接作用于免疫细胞的受激点, 这些受激点包括免疫细胞表面的受体(如T 细胞表面的PHA-R, TCR, L-2R 等) 和一些酶类, 从而激活细胞, 使细胞增殖和分化[5].毛文等推测其作用机理在于红外线可能激活组织深部感受器,其生理生化效应一方面通过神经—体液反射途径,另一方面可能通过目前尚未十分了解的经络传导途径,对生物大分子、细胞及脏器的活动产生了积极的影响,从而有整体良性效应[2].

二、红外线对人体可能造成的不利影响

热辐射又称红外辐射,钢铁冶金企业高温作业环境的主要特点是强热辐射性高温.特别是在钢铁冶炼、红钢热轧和中型烧结机,是典型的红外热辐射接触作业.波长0.8～1.2μm的短波红外线可透过角膜进入眼球、房水、虹膜、晶状体和玻璃体液吸收一部分红外线而导致白内障,称之为“红外线白内障”,国内外均首先见于玻璃工、钢铁冶炼工人.曹多志等发现铁冶金各炉前作业热辐射危害仍十分严重,随作业工龄增加视力有明显下降趋势,晶体混浊检出率达9.46% ,并发现与热源距离及本岗位工龄有关[6].有研究也指出紫外线(UVR) 和红外线( IFR) 对眼及皮肤的损伤是电焊作业职业损害的一个重要方面,电焊作业时的紫外线和红外线可引起角膜和晶体损伤[7].

太阳光中的红外线对皮肤的损害作用不同于紫外线.紫外线主要引起光化学反应和光免疫学反应, 而红外线照射所产生的反应是由于分子振动和温度升高所引起的.红外线引起的热辐射对皮肤的穿透力超过紫外线.其辐射量的25%～65% 能到达表皮和真皮, 8%～17% 能到达皮下组织.红外线通过其热辐射效应使使皮肤温度升高, 毛细血管扩张, 充血, 增加表皮水分蒸发等直接对皮肤造成的不良影响.其主要表现为红色丘疹、皮肤过早衰老和色素紊乱.皮肤温度升高, 毛细血管扩张充血, 增加表皮水分蒸发等直接对皮肤造成不良影响. 红外线还能够增强紫外线对皮肤的损害作用, 加速皮肤衰老过程.使用同样的防晒产品和同样能量的紫外线强度下, 在户外自然阳光下所测到的SPF 值(防晒系数)明显低于在实验室人工光源下所测得的防晒效能,这是由于在自然阳光下, 皮肤受到紫外线和红外线的双重作用而引起的.红外线和紫外线在加速组织变性中的作用是一样的.红外线也能促进紫外线引起的皮肤癌的发展[8].

三、红外线生物学效应的临床应用研究

红外线可被体表浅表组织吸收, 有显著干燥脱水作用, 使局部组织血液循环加快, 起到消炎镇痛作用.临床上采用局部外用红花油加远红外线照射来治疗褥疮,发现疗效好且见效快[9].利用远红外线对带状疱疹进行治疗,结果止痛、止疱和结痴时间均短于对照组[10].有实验表明,生物陶瓷远红外线对烧伤治疗具有显著疗效.对损伤疼痛的治疗,以慢性软组织损伤疗效最好[11].临床护理观察发现,在传统的纺织品材料中加入超细陶瓷微粒制成的远红外线护具如护腰、护膝、护肘、护腕、颈围等,在消炎、消肿、活血、止痛、通经活络、改善微