LED技術(shù)在皮膚疾病方面的應(yīng)用進(jìn)展

陳彬 羅穎祺

【摘 要】發(fā)光二極管（LED）光生物調(diào)節(jié)是皮膚病治療領(lǐng)域較新的一類非熱光療法，可用于治療各種皮膚疾病，例如治療炎癥性痤瘡、銀屑病、黃褐斑等。隨著LED光在皮膚治療領(lǐng)域的研究逐漸增多，基于LED技術(shù)的設(shè)備因其安全性及有效性而受到廣大消費(fèi)者及皮膚科醫(yī)生的關(guān)注。本文簡要概述了光對(duì)身心健康和皮膚健康的影響，并回顧了LED技術(shù)的發(fā)展及其在皮膚疾病中的應(yīng)用進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】可見光；LED 技術(shù)；光生物調(diào)節(jié)；皮膚疾病

中圖分類號(hào)：R75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-4949（2023）13-0183-05

Application Progress of LED Technology in Skin Diseases

CHEN Bin1， LUO Ying-qi2

（1.Shanghai General Hospital， Shanghai 201600， China； 2.Department of Medical， Particle Upward Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】Light-emitting diode （LED） photobiomodulation is a new non-thermal light therapy in the field of skin disease treatment， which can be used to treat various skin diseases， such as inflammatory acne， psoriasis， chloasma and so on. With the increasing research of LED light in the field of skin treatment， the equipment based on LED technology has attracted the attention of consumers and dermatologists because of its safety and effectiveness. This article briefly summarizes the effects of light on physical and mental health and skin health， and reviews the development of LED technology and its application in skin diseases.

【Key words】Visible light； LED technology； photobiomodulation； Skin disease

發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）是一種半導(dǎo)體器件，在施加正向電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生非相干、非準(zhǔn)直和窄光譜光（大約255～1300 nm），包括藍(lán)色（400～470 nm）、紅色（630～700 nm）、黃色（570～590 nm）LED 光以及近紅外光（800～1200 nm）。近年來，LED光的生物效應(yīng)逐步引起研究者的關(guān)注，由于其安全性高、無創(chuàng)無痛、操作簡單等特性，在皮膚光療方面的市場(chǎng)也越來越大。事實(shí)上，大量研究已經(jīng)證明[1-4]，LED在皮膚疾病中的功效，例如促進(jìn)創(chuàng)面愈合、治療炎癥性痤瘡、皮膚癌、黃褐斑等皮膚病。本文回顧了當(dāng)前LED技術(shù)治療不同皮膚疾病的相關(guān)文獻(xiàn)，并基于此簡要概述了光對(duì)身心和皮膚健康的影響、LED光的功效應(yīng)用和作用機(jī)制，以及LED技術(shù)在皮膚疾病方面的應(yīng)用進(jìn)展，以期探索LED光進(jìn)行獨(dú)立應(yīng)用和/或治療各種皮膚病問題的可行性。

1 光對(duì)身心健康和皮膚健康的影響

太陽光依照波長由短到長分為紫外線（波長200～400 nm）、可見光（波長400～760 nm）和紅外線（波長760～1800 nm）。其作用于人的眼睛和皮膚，經(jīng)過視覺與非視覺神經(jīng)通路，對(duì)人體發(fā)育、視力健康、生物節(jié)律、情緒認(rèn)知、新陳代謝、體溫調(diào)節(jié)與免疫應(yīng)答等產(chǎn)生廣泛的影響，為人類健康提供了巨大的福祉。

1.1 光對(duì)身心健康的影響 光能夠從“視覺-生理-心理”3個(gè)方面給人類的身心健康帶來至關(guān)重要的影響。在視覺上，人眼是視覺系統(tǒng)的外周感覺器官，接收千變?nèi)f化的光刺激，并將其轉(zhuǎn)換為視覺信息。在生理上，光可通過神經(jīng)系統(tǒng)影響人的機(jī)體，神經(jīng)纖維將光信號(hào)傳遞到視覺皮層和腦部等其他部位，控制身體的生物鐘和荷爾蒙，調(diào)節(jié)人體的生理和行為節(jié)律。在心理上，亮度、色溫以及光的閃爍等均會(huì)影響人的心理，從而影響健康。研究指出[5]，白天缺乏光照是抑郁癥狀、情緒不佳和失眠的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，而每天獲得足夠的自然光可以幫助改善人的情緒和睡眠質(zhì)量。

1.2 光對(duì)皮膚健康的影響 人體的皮膚是抵御外界侵害的第一道防線，也是人體接觸外界和光最為直接的器官。太陽光作為人類最普遍接觸的光，對(duì)皮膚的利害作用，取決于對(duì)其的應(yīng)用，而不同波段的光對(duì)皮膚也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

1.2.1紫外線對(duì)皮膚的影響 太陽光中的紫外線（Ultraviolet，UV）是影響人類健康的一個(gè)重要因素。根據(jù)波長可分為UVC（180～280 nm）、UVB（280～315 nm）及UVA（315～400 nm）。紫外線在正常生理代謝、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化、促進(jìn)黑色素生成和維生素D的產(chǎn)生等方面都起到重要的作用[6，7]。但是，如果過度暴露在紫外線下可能會(huì)引起皮膚紅斑、色素沉著及光老化等皮膚損傷[8，9]。

1.2.2 可見光對(duì)皮膚的影響 近年來，可見光已被廣泛用于治療光老化、痤瘡、炎癥及傷口愈合等多種皮膚問題。①藍(lán)光（400～470 nm）：藍(lán)光與痤瘡丙酸桿菌代謝物卟啉的光吸收峰值匹配，能夠被卟啉吸收，內(nèi)源性卟啉受到激發(fā)后產(chǎn)生自由基及活性氧，可對(duì)痤瘡丙酸桿菌產(chǎn)生一種高氧化環(huán)境，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，起到殺滅痤瘡致病細(xì)菌的作用[10]；②紅光（630～700 nm）：紅光在可見光波長下具有最深的組織穿透力，因此可用于靶向真皮結(jié)構(gòu)[11]，可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子，改善微循環(huán)，刺激成纖維細(xì)胞的增殖和活性，從而促進(jìn)受損皮膚修復(fù)和傷口愈合，減少炎癥反應(yīng)[12，13]；③黃光（570～590 nm）：黃光的大部分應(yīng)用都集中在光老化以及作為激光治療的輔助療法，還被證明可以減少點(diǎn)陣激光換膚后紅斑的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間[14]；黃光在抗炎、減少瘢痕、促進(jìn)組織修復(fù)、抑制黑色素生成、改善黃褐斑、改善皮膚敏感泛紅方面也展示出較好的效果[15-17]。另外，醫(yī)美領(lǐng)域常用的強(qiáng)脈沖光（500～1200 nm）也是通過選擇特定波長的光譜作用皮膚，來實(shí)現(xiàn)嫩膚、美白、脫毛等多種功效[18，19]。1.2.3紅外線對(duì)皮膚的影響 近紅外光（800～1200 nm）對(duì)皮膚、皮下組織具有強(qiáng)烈的穿透能力，能產(chǎn)生溫?zé)嵝?yīng)，使皮膚和皮下組織溫度升高[20]，促進(jìn)血液循環(huán)和新陳代謝，具有熱療、消炎、陣痛、促進(jìn)再生、加快傷口愈合的作用[21]。需要注意的是，盡管紅外線對(duì)皮膚有諸多好處，但不正確的應(yīng)用和過量暴露容易加速皮膚光老化的過程，甚至引起皮膚癌[22]。對(duì)于人類而言，無論是紫外線還是可見光，不同的光線對(duì)皮膚和身心健康有著不同的影響，隨著可見光、紅外線、紫外線的生物效能被發(fā)現(xiàn)，利用光療治療皮膚問題也成為一種較常見的治療方式。

2 LED技術(shù)的概述

2.1 LED技術(shù)的發(fā)展 光療法較為古老，1000年以前，我國和埃及、印度就已經(jīng)學(xué)會(huì)利用陽光治療各種皮膚病。1888年，Niels Ryberg Finse發(fā)現(xiàn)曬太陽能夠改善自己的某些疾病癥狀，開始研究光對(duì)疾病的治療效果；1893年，他將紅光應(yīng)用在天花治療上；1895年，又將紅光應(yīng)用在尋常狼瘡治療上，人造光療法由此誕生[23]；1903年，因Niels Ryberg Finse在光療法上的突出貢獻(xiàn)獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎(jiǎng)[24]。LED是在施加正向電壓時(shí)產(chǎn)生非相干、非準(zhǔn)直和窄光譜光（大約255～1300 nm）的半導(dǎo)體器件[25]。最早發(fā)明的LED只能發(fā)出紅光，隨后有了綠光LED，1989年，日本科學(xué)家又研發(fā)出了藍(lán)光LED[26]。早期的LED光并不適合臨床應(yīng)用，因其輸出功率低且不穩(wěn)定，波段寬且發(fā)散角極高。直到90年代后期，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）開發(fā)了具有更高輸出功率、更窄發(fā)散和準(zhǔn)單色輸出的“NASA LED”，開啟了LED的臨床治療時(shí)代[27]。

2.2 LED光的功效應(yīng)用及作用機(jī)制 不同于傳統(tǒng)激光通過選擇性光熱作用發(fā)揮效應(yīng)[28]，LED光的光調(diào)作用是通過激活細(xì)胞中的光感受器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯镄盘?hào)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生物學(xué)功能。光在組織中的穿透深度取決于波長和組織對(duì)光能的吸收能力，一般來說，波長越長，光在組織中的穿透能力越強(qiáng)，組織吸收的光能越多。臨床中通常根據(jù)光的波長和顏色不同分為藍(lán)光（400～470 nm）、黃光（570～590 nm）、紅光（630～760 nm）、近紅外光（760～1200 nm）。不同的細(xì)胞、組織對(duì)不同的光波吸收不同，臨床上為達(dá)最佳治療效果，一般根據(jù)病灶的部位、深度選擇合適波長的LED光。LED光的療效與光照強(qiáng)度、劑量、流通量率、波長、脈沖或連續(xù)模式、治療時(shí)間等參數(shù)密切相關(guān)[29]。

3 LED技術(shù)在皮膚科的應(yīng)用

目前，LED作為光源應(yīng)用于皮膚疾病的治療已經(jīng)非常廣泛，研究也證明了其在加速傷口愈合、抑制感染、治療痤瘡、特應(yīng)性皮炎等方面的有效作用[30，31]，具體概述如下。

3.1 促進(jìn)創(chuàng)面的愈合 Zhao H等[32]證明630 nm和810 nm LED 通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖、遷移，并且上調(diào)受傷皮膚中的生長因子，能夠促進(jìn)糖尿病小鼠的傷口愈合。Lee SY等[33]研究結(jié)果也顯示，830 nm LED 能夠通過增強(qiáng)成纖維細(xì)胞活性，促進(jìn)膠原蛋白、彈性蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)成分的合成，來加速傷口愈合。此外，LED光療還能也能夠加速急性帶狀皰疹傷口愈合并降低疼痛，對(duì)帶狀皰疹患者來說是一種有效的治療方法[4]。

3.2 治療炎癥性痤瘡 尋常痤瘡是一種慢性炎癥性疾病，與皮脂分泌增加、毛囊角化異常（角化過度）、痤瘡丙酸桿菌（痤瘡丙酸桿菌）過度繁殖、炎癥介質(zhì)釋放增加有關(guān)。LED應(yīng)用于痤瘡治療已經(jīng)非常普遍，藍(lán)光或藍(lán)紅光治療對(duì)輕度至中度炎癥性痤瘡治療效果好且副作用較少，能夠顯著提高患者滿意度[34，35]。高劑量（大于10 J/cm2）的藍(lán)光和紅光對(duì)炎癥性痤瘡改善效果顯著，這是因?yàn)轲畀彵釛U菌代謝產(chǎn)生的卟啉吸收藍(lán)光后，會(huì)增加自由基和單線態(tài)氧水平，導(dǎo)致痤瘡丙酸桿菌死亡，而紅光可以靶向作用皮脂腺降低脂質(zhì)的合成[36]。此外，低水平的紅光LED也被證實(shí)具有抗炎、改善毛囊皮脂腺過度角化和促進(jìn)屏障損傷修復(fù)的作用[37]。

3.3 治療皮膚癌 光動(dòng)力療法結(jié)合LED光療和光敏藥物，通過光毒性效應(yīng)靶向誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡，具有可長期治療的特點(diǎn)[38]，是惡性腫瘤（包括皮膚癌）治療的一種新型替代方法[39]。1996年開始，我國將5-氨基酮戊酸光動(dòng)力療法（5-Aminolevulinic acid-photody-namic therapy，ALA-PDT）用于鮑溫病、基底細(xì)胞癌和原位鱗癌的治療[40]，隨后該方法被證明在治療光線性角化病、增殖性紅斑、乳腺派杰氏病等方面也具有良好的安全性和有效性[41，42]。

3.4 治療黃褐斑 黃褐斑是一種常見的色素沉著皮膚病，臨床表現(xiàn)為面部對(duì)稱的、不規(guī)則的褐色色素斑。黃褐斑的發(fā)病機(jī)制至今仍不清楚，但有研究認(rèn)為[43]，血管形成可能與黃褐斑的發(fā)展有關(guān)。一項(xiàng)細(xì)胞研究結(jié)果顯示[17]，波長590 nm、劑量20 J/cm2的LED通過下調(diào)mTOR/AKT/PI3K通路活性來抑制人微血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移。研究結(jié)果顯示[44]，經(jīng)（585±10）nm黃光LED照射，黃褐斑患者面部色素沉著及紅斑得到顯著改善。

3.5 治療銀屑病 尋常型銀屑病是一種慢性、復(fù)發(fā)性皮膚病，其特征是免疫介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)以及隨后的表皮過度增生。有研究證明[45]，藍(lán)光基于其抑制角質(zhì)形成細(xì)胞增殖、促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞分化和免疫細(xì)胞凋亡的能力，在控制銀屑病癥方面起著關(guān)鍵作用。臨床研究結(jié)果顯示[46]，LED藍(lán)光照射銀屑病患者病灶，有效改善了皮膚紅斑、脫屑、硬結(jié)的臨床癥狀。

3.6 治療特應(yīng)性皮炎 藍(lán)色LED用于特應(yīng)性皮炎治療，在減少皮損方面安全有效，且無不良事件。此外，藍(lán)光在治療特應(yīng)性皮炎的過程中，能夠抑制炎癥相關(guān)因子TNF-α、IL-1β、IL-6等的表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用，促進(jìn)皮膚病灶的恢復(fù)[47]。

3.7 治療皮膚感染 LED可以用于治療皮膚感染，如寬帶近紅外光用于治療面部皰疹，能夠縮短唇皰疹感染患者病灶的再上皮化時(shí)間[48]。此外，與單獨(dú)口服抗病毒藥物泛昔洛韋相比，近紅外光治療帶狀皰疹引起的皮膚損傷時(shí)，愈合時(shí)間更短、炎癥后色素沉著和萎縮性瘢痕更少[4]。

3.8 治療增生性瘢痕 瘢痕疙瘩是皮膚損傷后結(jié)締組織過度增生的結(jié)果，通常開始為小而堅(jiān)硬的紅色丘疹，隨后緩慢增大，產(chǎn)生圓形、橢圓形或不規(guī)則性瘢痕。患者病灶通常表現(xiàn)出高出正常皮面，呈蟹足狀向外伸展，皮膚光滑、發(fā)亮，同時(shí)伴有疼痛、瘙癢等不適感。由于產(chǎn)生瘢痕疙瘩的患者通常為瘢痕性皮膚，傳統(tǒng)激光或手術(shù)等方式可能加重病癥，因此治療困難。LED具有無創(chuàng)、無侵入的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于瘢痕治療。有研究發(fā)現(xiàn)[49]，LED照射能有效改善瘢痕疙瘩患者皮膚疼痛、瘙癢等不適感，并且能夠修復(fù)凹陷性瘢痕，使其變得平滑。

4 總結(jié)

LED技術(shù)在促進(jìn)創(chuàng)面愈合、治療炎癥性痤瘡、皮膚癌、黃褐斑、銀屑病、特應(yīng)性皮炎等皮膚病的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入臨床領(lǐng)域，基礎(chǔ)科學(xué)正在闡明組織、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平的原理機(jī)制。LED療法可用作獨(dú)立的光療法，但以輔助方式使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常有趣的效果，以改善和加速使用其他光源或傳統(tǒng)手術(shù)取得的已經(jīng)很好的效果。此外，一種LED波長與另一種LED波長的組合使用，已被視為有效的治療方法，還可以結(jié)合護(hù)膚品或其他治療手段聯(lián)合使用。在合理的光生物學(xué)原理的基礎(chǔ)上，迄今為止進(jìn)行的科學(xué)和臨床研究已經(jīng)顯示出LED技術(shù)治療皮膚病的良好效果。盡管面臨著許多挑戰(zhàn)，但采用創(chuàng)新治療方法的LED技術(shù)處于快速發(fā)展階段，未來的研究應(yīng)側(cè)重于調(diào)查所涉及的特定細(xì)胞路徑，以更好地了解發(fā)揮作用的機(jī)制，以及研究其作為獨(dú)立應(yīng)用和/或治療各種皮膚病問題的有效性。

致謝：本文在復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院皮膚性病科色素病課題組張成鋒教授、金尚霖博士、陳力博士的指導(dǎo)和幫助下完成，感謝他們提出的寶貴意見和建議。在此，謹(jǐn)向張成鋒教授、金尚霖博士、陳力博士致以最誠摯的謝意！

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編輯 扶田