激光对生物组织的光刺激、光至化学作用

光刺激作用

光刺激作用(生物刺激biostimulation),一些低能量或低功率激光,可以不对生物体直接造成不可逆损伤,而产生各方面的生理作用,这种生物学剂量水平的激光直接照射生物组织,不会使靶组织直接发生不可逆性损害,将其称为激光的生物刺激作用。临床上常用波长为180~400nm的紫外光照射组织。

小剂量的紫外线可以增加细胞内RNA和DNA的活性,有利于伤口愈合;中剂量可抑制DNA和RNA的活性,较大剂量会出现DNA和RNA功能丧失导致细胞死亡,因此用来杀菌清创。此外,光刺激作用还具有调节机体免疫功能、调节神经系统及内分泌功能、促进维生素D形成和消炎、脱敏作用。

光致化学作用

激光与生物组织相互作用时,可能直接引起化学反应,这种作用称为光致化学作用,简称光化作用。它是利用光能作为激活能在组织和细胞引起的化学反应。光致化学作用是生命活动所必需的,如紫外线照射下皮肤合成维生素D及植物叶绿素的光合作用等。光化学作用相互作用一般发生于低能量密度和长曝光时间时。

激光的光化学作用机制涉及电子激发态,其始于反应物的某一电子激发态,终止于第一个基态产物的出现。光化作用的全过程分为原初光化学反应和继发光化学反应两个阶段。

原初光化学反应:一个处于基态的分子吸收足够大光子能量的光子后,受激跃迁到电子激发态,在它从此激发态返回基态的弛豫过程中,多出来的能量消耗在自身的化学键断裂或形成新键上,发生了一个化学反应。这个化学反应涉及光量子的吸收,与电子激发态分子直接联系在一起。

继发光化学反应:由于原初光化学反应过程中形成的产物大多数具有高度的化学活性,如自由基、离子或其他不稳定的产物。这些不稳定产物继续进行化学反应,直至形成稳定产物。这种继续进行的反应称为继发光化学反应。

光致化学作用具有波长选择性。这是因为要发生光化学反应,分子必须吸收适当能量的光子,使其发生电子激发态的跃迁。不同种类反应分子的电子激发态能量值不同。而只有与此激发能对应能量的光子,才最易被该反应分子吸收。依此推论,对于一个特定的光化反应而言,不同波长的光所产生的光化效应的效率是不同的。

光致化学作用包括:光致分解作用、光致氧化作用、光致敏化作用、光致聚合作用。在激光医学领域的光动力学疗法(PDT)中,光化学作用机制起着非常重要的作用。

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