红外线的生物学效应

红外线(Infraredrays)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(Infraredradiation).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].一、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].二、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、改善微循环方面有显著效果.比硫酸镁湿热敷、热水袋热敷及药物封闭等方法效果好,同时可以避免因封闭给病人带来的痛苦[12].新生儿红臀和溃疡以往多采用外用消毒药物洗涤及保持干燥等方法加以防治,疗效差且易复发.采用远红外线辐射加温床对红臀和臀部溃疡患儿进行治疗,治疗组和对照组相比,平均治愈时间缩短,有效率更高[13].新生儿硬肿症治疗中的复温问题是治疗能否成功的重要环节,过去采用普通暖箱逐渐复温效果较差,现在采用远红外线快速复温后患儿病死率明显下降,抢救成功率显著提高[14].皮瓣坏死是整形外科等临床上常见的术后并发症,主要是因为微循环障碍,目前尚无理想的防治办法.姜平等通过活体直接观察大鼠背部随意皮瓣的微循环变化,探讨了2.5～15μm波段的远红外线对皮瓣成活的影响.发现远红外线局部辐射具有类似于血管扩张剂的生物学作用,能改善微循环提高皮瓣成活率,且在治疗剂量范围内无明显副作用[15].日本有学者报道使用直线偏振光红外线治疗多种类型的斑秃有明显疗效[16].直线偏振光近红外线用于风湿性关节炎引起的颞下颌关节痛治疗疗程短、疗效好[17].变形性关节炎采用点式直线偏振光近红外线治疗仪照射治疗和传统的局部神经阻滞治疗相比较,虽然近红外线组治疗次数多于传统神经阻滞组,但治疗范围广,可避免局部神经阻滞治疗给病人带来的痛苦,显效率较高,作用持久不易复发.其机理可能为光照起到光电能的刺激作用,电磁波作用及光化学作用,因而能抑制神经的兴奋、松弛肌肉、舒张血管、增加血流,促进淋巴循环,促进活性因子的产生,从而起到治疗作用[18].有人对66例心脑血管病人经低温激发远红外线治疗前后的血液粘度进行观察,发现低温激发远红外线具有以低温热功率效应为主的广泛的生物学效应,能降低心脑血管疾病患者的血液粘度、防止血栓形成,改善微循环,减轻胸闷、心悸、头昏、麻木等症状[19].近红外线治疗对CAH患者免疫功能有一定调节作用,患者SG、IgG、γ-球蛋白下降,ANA、RF转阴,SA、CH50、C3上升,体液免疫有正常化趋向[20].红外线辐射还能促进Con-A诱生产生L-2的作用,显著提高大鼠脾细胞的ADCC效应,使小鼠对PHA刺激的T淋巴细胞转化率增高,脾指数增大,提高小鼠外周血中淋巴细胞的数目和脾内巨噬细胞的数目[5],对机体自由基代谢及NK细胞活性也有良好影响[2].应用红外线照射膀胱区治疗尿潴留和其它药物疗法相比,产妇无痛苦,不增加产后出血量,易被产妇接受.红外线作用于皮肤后,被吸收的能量转化为热能引起皮温升高,刺激皮肤内热感受器,通过丘脑反射使血管平滑肌松弛,血管扩张,血循环加强,促使渗出液吸收,利于炎肿消退,减轻肌肉的紧张和痉挛,因而对尿潴留治疗效果明显[21].盖启凤等用波长2～25μm的远红外线照射下腹部压痛区(包括气海、关元、带脉等穴位)来治疗盆腔炎性包块,患者62例,均经妇产科临床检查与B超确诊,均有下腹部疼痛及压痛,妇科检查均触到囊性包块,痊愈显效率88.6%,总有效率96.6%.采用远红外线照射治疗盆腔炎性包块可以增加局部的微循环功能,增强白细胞的游走和吞噬能力,促进炎症吸收[22].有人采用远红外线照射治疗小儿肠痉挛208例,发现其疗效明显优于药物治疗,且简便易行,无副作用,儿童乐于接受[23].红外辐射对糖尿病兔的高血糖症有明显的缓解作用,其代谢调节机制为对环核苷酸环化酶(AC)活性抑制的同时激活磷酸二酯酶(PDE)活性,使环磷酸腺苷(cAMP)合成受阻而水解加速,cAMP水平下降,血糖随之降低[24].有人通过体内实验探讨了远红外线对荷瘤鼠S180大脑内源性鸦片类物质的影响,发现应用中远红外线治疗各组大脑β—内啡肽、亮氨酸脑啡肽含量明显增加.脑啡肽能中间神经元被认为能与痛觉传入轴突形成轴—轴突触,能产生有力的抑痛作用.这为临床上应用中远红外线治疗和减轻肿瘤患者疼痛和缓解带状疱疹、肢体疼痛提供了理论依据[25]. 在许多疾病状态下,由于活性氧产生过度或抗氧化酶类活性降低,可引起脂质过氧化反应损伤细胞膜并进而导致了细胞死亡.有资料表明,肿瘤宿主清除自由基的能力降低,表明天然抗氧化剂的抗氧化酶不足.滕艳杰等通过体内实验,探讨了中远红外线治疗对荷瘤鼠肝脏自由基代谢的变化,发现应用中运红外线治疗,肝脏SOD、GSH-Px活性明显升高,MDA含量明显降低.MDA是双键脂肪酸过氧化产物,它的含量反应了脂质过氧化物的浓度.中远红外线由于活化细胞而使荷瘤鼠肝脏组织MDA含量明显减少,肝脏SOD和GSH—Px活力明显升高,从而使肿瘤宿主清除自由基的能力增强,抑制肿瘤细胞的生长、增殖[26].微量元素在体内生物化学过程中起着十分重要的作用.它们作为机体多种物质的重要组成部分、与机体生长发育、心脑血管疾病、免疫功能、机体衰老等有着十分密切的关系,然而对各种疾病引起的微量元素的过多或减少,目前尚无肯定的治疗方法.王建杰等研究了全科广谱治疗仪照射对小鼠肝脏微量元素的影响,发现峰值波长7～10μm的中远红外线照射对微量元素的失衡能够进行双向调节,对于正常含量也可促进其吸收,起到很好的防病、治病、保健作用[27].电光性眼炎是由于电焊工防护不当,眼部受紫外线过度照射所引起的角膜和结膜炎症反应.目前在治疗电光性眼炎上,还没有特效的疗法.有人根据红外线可抑制紫外线红斑反应的原理,用远红外线治疗电光性眼炎,收到了较好的疗效.推测其原理：红外线是长波光线,其量子能较少,但其光流较为强大,具有明显的热效应,它对紫外线造成眼部的光电性损害有缓解作用.红外线的热作用还能降低神经末梢的兴奋性,对肌肉组织有松弛作用.所以对眼部解痒止痛的效果很好[28].SchrammJM等报道联合应用红外线和微波治疗可以加速伤口的愈合[29].远红外按摩理疗床对急、慢性腰腿痛、颈椎病、落枕及肩周炎有较好的疗效[30].红外线治疗与磁疗适用于多种疾病所致的关节肌肉的损害与功能障碍,综合的应用红外线治疗与磁疗两种理疗方法,与单纯治疗比较,不仅起到相加和协同作用,同时又可以缩短病程,提高疗效,达到满意的效果[31].现在已有多款产品在临床上应用,如远红外线磁疗型腰椎牵引器在家庭中治疗腰椎间盘突出症,其疗效与在医院中牵引治疗的疗效相近[32].光磁按摩保健治疗器经多家医院试用验证,具有明显的镇痛、消肿、舒经通络、活血化窃及温中理气等功效,治疗痛经及慢性腹痛及增生等症取得了满意效果,特别对急性扭挫伤和肩周炎、腰肌劳损等病症有显著疗效[33].