光子技术在疼痛临床治疗方面的应用进展

邱学军，何乐瑶，韩 亮，李卫东，颜 雯*

（1. 广东药科大学健康学院，广州 510310；2. 广东省光与健康工程技术研究中心，广州 510310）

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，大家越来越重视自身的健康。然而，现代生活节奏快，人们长期保持伏案工作、学习、低头玩手机等不良姿势，催生了许多颈、肩、腰的疾病。其中腰痛是最常见的肌肉骨骼疾病之一，也是导致残疾的主要原因之一，部分患者（非特异性慢性腰痛）甚至出现持续6周以上的慢性症状［1-2］。非特异性慢性腰痛等慢性疾病的治疗很难根除，而且潜在病因尚不清楚，每年都有大量医疗资源投入其中［3］。一种高安全性、高有效性、高性价比的治疗方法的出现显得尤为迫切。基于光子技术的无创温热理疗法正引起越来越多科研工作者的关注。

目前常见的基于光子技术的无创温热理疗法包括低强度激光疗法、高能量激光疗法、半导体激光疗法、激光针灸法等，其中以Ga-AI-As半导体激光和He-Ne激光较为常见［4］。目前已有的无创温热理疗法主要集中在研究治疗肌肉骨骼疾病上，其中低强度激光疗法已广泛用于缓解不同肌肉骨骼疾病引起的疼痛上［5］。高能量激光疗法是用可控的激光能量达到增强疗效的目的，主要通过脉冲系统得以实现，对深部肌腱和肌病的治疗以及减轻炎症、水肿和疼痛都特别有效。半导体激光通过弱光照射人体局部来改善血液循环，产生生物刺激效应与热效应，调节机体免疫功能，加快致痛物质代谢，干扰痛觉神经，在术后消炎、止疼方面具有良好的疗效。激光针灸的有效刺激主要来源于激光对穴位的热效应，通过激光照射的穴位吸收了一定的光子，将光能转化为热能，改善了血液循环，有利于炎性细胞和致痛物质的吸收。激光和传统针灸结合衍生的激光针灸技术也已经成为低强度激光疗法的有效补充和替代疗法。

1 低强度激光疗法

1.1 低强度激光疗法的机制研究

低功率密度或低能量辐射的激光通常称为低强度激光。低强度激光疗法也称为光生物调节（photobiomodulation，PBM），是一种光源治疗，它不产生热量、振动和声音。现阶段低强度激光疗法的作用机制仍在探索完善，但其显著的抗炎、缓解疼痛的作用已得到广泛验证。有研究表明，低强度激光疗法的原理是利用红光和近红外光来刺激伤口愈合，以缓解疼痛，减少炎症。负责光调节的发色团已被确定为线粒体中的细胞色素c氧化酶［6］和钙离子通道。据推测，光子吸收的影响包括三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的增加、活性氧的短暂爆发、一氧化氮的增加、钙水平的调节等。

低强度激光疗法有助于新的蛋白质合成，可激活多种转录因子，改变细胞增殖、存活、组织修复和再生有关的转录因子的亲和力，从而提高细胞的存活率，促进增殖和迁移［7］。其细胞机制如图1所示。

光生物调节存在明显的双相剂量效应，可增加正常细胞中活性氧的浓度，但是在疾病动物模型中可降低活性氧水平；其也可激活正常静止细胞中的核转录因子（nuclear transcription factor-κB，NF-κB），但在激活的炎症细胞中炎症标记物减少［7］。低强度激光疗法通过阻滞外周神经，抑制中枢突触活动，调节神经递质，减少肌肉痉挛和间质水肿，以达到抗炎的作用［9］。激光照射可直接或间接改善局部血流，缓解交感神经紧张，改变血管张力［10］，从而减轻疼痛感。

1.2 低强度激光疗法的临床应用

因其显著的抗炎作用，低强度激光疗法多应用于各种炎症的治疗，如跟腱炎、甲状腺炎、关节炎、牛皮藓，甚至斑秃，其中关节炎是低强度激光疗法最重要的临床适应症之一［11］。此外，低强度激光疗法对纤维肌痛、关节肌腱疼痛等也有显著的改善效果，且其是缓解非小细胞肺癌患者腰痛的有效方法之一［12］。

世界激光治疗协会（World Association for Laser Therapy，WALT）公布了关节炎和肌腱病的低强度激光疗法剂量指南，单位为点每焦耳（J）［13］。然而具体的治疗剂量仍在探索中，相信不久的将来，低强度激光疗法将广泛应用于临床疼痛治疗。

目前研究已确定产生光生物调节的有效波长范围为600～1 070 nm。水分子显著吸收波长大于970 nm的光能，而主要组织色素团（黄素、血红蛋白和黑色素） 吸收小于600 nm波长的光能，因此，小于600 nm波长的光能对组织有更大的有效穿透力。 600～700 nm范围内的波长用于治疗浅表组织（皮肤、皮下组织、浅筋膜和肌肉），较长的780～950 nm范围内的波长用于治疗深层组织（深筋膜、肌肉、骨和大脑）［14-15］。

1.2.1 低强度激光疗法在纤维肌痛方面的应用研究

低强度激光疗法对纤维肌痛具有高效、安全和耐受性较高的特点。各项研究结果表明，低强度激光治疗纤维肌痛在缓解疼痛方面获得了更明显的改善，并且具有减少患者疲劳、压痛点、睡眠障碍、肌肉痉挛、晨僵和晨昏等的优势［16-19］。Souza 等［20］通过分组试验，把患者分为A、B组两组，A组利用二极管激光（Ga-Al-As 780 nm，50 J/cm2，50 mW）照射，每周2次，为期6周。B组通过不含血管收缩剂的2%利多卡因麻醉渗透进行治疗，每周1次，共治疗4周。每组的疼痛水平均显著降低（P=0.000 1，β=1.00），如表1所示。其中低强度激光疗法因其无创、无痛的治疗体验更能被患者接受，且达到了97%的健康改善率和82%的麻醉渗透率。

表1 二极管激光照射与利多卡因试验数据Tab. 1 Diode laser irradiation and lidocaine experimental data

1.2.2 低强度激光疗法在关节肌腱病方面的应用研究

适当调节低强度激光疗法的参数可缓解关节肌腱病。Haslerud 等［21］用20.41 mm的单一低强度激光治疗和16.00 mm低强度激光与物理治疗干预相结合治疗肩关节肌腱炎，发现都具有显著的疼痛缓解作用，而且改善速度大大提高。Bjordal 等［22］分别单独采用波长为904 nm和632 nm的低强度激光，或与物理治疗干预相结合，直接施用于外侧肘肌腱止点，都能短期缓解疼痛并减少残疾。低强度激光疗法对胶原纤维产生的刺激性可能有益于肌腱修复，但过高的剂量或功率密度（高于100 mW/cm2）可能会抑制成纤维细胞的活性和胶原纤维的生产，这符合光生物调节双相剂量反应的特点。常用的非甾体抗炎药治疗方法对胃肠道和肾脏有较大的副作用，长期皮质类固醇注射易引起骨质疏松、发生感染等，所以，904 nm或632 nm 低强度激光疗法可以成为皮质类固醇注射和非甾体抗炎药疗法安全有效的替代方法。

低强度激光疗法在临床上使用的是红外到近红外，即 630～1 000 nm 波长范围的激光，产生的热效应较小。研究人员在全身上使用低强度激光疗法来研究疗后疼痛强度、功能性、软组织质量、中枢敏感症状和心理方面的变化情况，并取得了一定的积极效果，接下来需要更多的试验样本来证实其疗效［23］。

2 高能量激光疗法

2.1 高能量激光疗法的机制研究

高能量激光疗法是在低强度激光疗法的基础上发展起来的一门技术，其临床应用功率超过500 mW，并能高达12 W，属于IV类激光。该技术采用脉冲治疗，以较高的峰值功率和较长的波长工作，提供了更强的能量，使得高能量激光疗法比低强度激光疗法具有更高的穿透力，通过调节光热效应的电流密度和频率提高了治疗的安全性。 高能量激光疗法不仅利用了激光的光化学效应，还利用了光机械效应和对淋巴系统引流的刺激，通过光力学、热、电和生物刺激作用于深层组织，从而达到消炎、镇痛、抗水肿的作用。

2.2 高能量激光疗法的临床应用

高能量激光疗法除了和低强度激光疗法一样可用于治疗肌肉骨骼疼痛外，还可用于面瘫、慢性糖尿病及足溃疡的治疗。对比低强度激光和高能量激光的疗法和疗效发现，高能量激光对膝骨关节炎［24］、足底筋膜炎［25］、外上髁炎［26］的短期疗效更好，在原发性痛经［27］、慢性非特异性腰痛［28］的治疗上两者没有显著差异。因高能量激光疗法的穿透力高，其在肩关节疾病疼痛的视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）、肩关节活动范围（range of motion，ROM）、功能独立性测量（functional independence measure，FIM）和肌力的有效性方面有着显著的效果。肩关节疾痛的高能量激光特点如表2所示。

表2 肩关节疾痛的高能量激光特点Tab. 2 Features of high-intensity laser for shoulder diseases

对于不同或相同病因导致的疼痛，各个医疗机构可能会使用不同的高能量激光治疗仪，并且照射部位、周期、频次、发射模式、剂量（波长、功率输出、能量/点、总能量、能量密度）和疗程都有差异，通常与超声波、热敷和锻炼等组合治疗更能达到显著的疗效。

高能量激光疗法在治疗过程中可分为不同的阶段，每个阶段的剂量、照射区域和时间也各不相同。Atan等［29］对粘连性囊炎治疗分为3个阶段：快速手动扫描阶段（8 W，100 J/cm2）、固定扫描阶段（连续波，12 W，100 J/cm2）、缓慢手动扫描阶段（8 W，100 J/cm2）。最后阶段与初始阶段是相同的照射区域。Yilmaz等［30］对肩峰撞击综合征也进行了类似的研究。Kim等［31］对冻结肩治疗也分为3个阶段，第3和第8周的观察发现，VAS有着显著的差异（P= 0.033），可是在第12周时，各组之间的疼痛VAS没有统计学上的显著差异。Korkmaz等［32］对偏瘫肩痛伴有肩袖撕裂治疗分为2个阶段，并进行了相关研究。以上研究显示，高能量激光疗法在分阶段治疗方面取得了不错的效果，还需要更多的试验进行验证。近年来，中科院苏州医工所徐建根等［33］在深层光谱治疗方面取得了很大的进展。他们采用大功率高效卤素灯为光源，通过光束整形、密闭液体过滤器以及电子学控制等系统设计了大功率光谱治疗仪，应用于慢性软组织损伤炎症、疼痛的临床治疗中，取得了和高能量激光疗法类似的功效。临床试验结果显示，71 例患者在经过（6±1）d治疗后的总有效率达 100%，显效率达 80.28%，未发生不良反应。

近年来，国内外对高能量激光进行了多项临床研究，取得了一定的进展，为其进一步的推广应用奠定了良好的基础。但是现有的研究也存在随访时间短、样本量不够等现实情况，未来应进一步弄清高能量激光疗法的作用机制，制定国际通用的标准。

3 半导体激光疗法

3.1 半导体激光疗法的作用机制研究

半导体激光器是利用弱激光的刺激效应使细胞和组织活化、功能正常化，调节人体的血液循环系统及内分泌系统，提高人体的免疫能力，从而通过人体的自我恢复技能达到治愈疾病的目的。半导体激光引起的温升很小，不会损伤组织细胞，具有无创的特点。利用半导体激光器照射疼痛部位可以缓解局部的肌肉紧张，改善局部的血液循环供氧和组织代谢，降低致痛物质含量，从而缓解疼痛，减轻或消除疼痛性疾病的恶性循环。

3.2 半导体激光疗法的临床应用

近年来，半导体激光多应用于口腔的镇痛消炎、面部痤疮、带状疱疹、毛囊脓肿。有研究报道，半导体激光疗法结合A型肉毒毒素注射治疗颞下颌关节紊乱病的疗效显著［34］。半导体激光常与针刺、药物、手法治疗结合。对于关节与椎间盘突出等疾病，半导体激光治疗可提高关节的康复效果，降低疼痛程度，利于关节功能恢复。张竞争等［35］用半导体激光（型号为SUNDON-300IB，输出功率约为1 000 mW，距离为23 cm）结合中频脉冲电照射腰臀部痛点，每个部位照射10 min，每天1次，14 d为1个疗程。结果显示，40例干预组的VAS低于对照组（P＜0.05）。赵永欣等［36］将半导体激光治疗仪应用于老年全膝关节置换术后患者的康复护理中，也取得了积极的疗效。观察组在术后第2天加用半导体激光治疗仪（JLTMD500B型）治疗。上午1次，波长为808 nm，直接或间接照射15 min，功率为500 mW ；下午1次，波长为650 nm，直接或间接照射15 min，功率为500 mW，均连续干预7 d。试验结果发现，观察组康复优良率高于对照组（P＜0.05），这说明中频脉冲电疗法能改善局部血液循环，促进淋巴液回流。

半导体激光具有加快炎症吸收、刺激类啡肽物质分泌的作用，二者结合对腰椎间盘突出症坐骨神经痛患者起到了快速镇痛的作用。后期还需进一步补充样本数量以获得更多的试验数据，为接下来的临床应用奠定基础。

4 激光针灸疗法

4.1 激光针灸疗法的机制研究

根据传统中医理论，“气滞血瘀，不通则痛”，传统针灸可让人感受到“得气感”，并使气通血通。现代研究认为，针灸具有调节与内源性神经递质相关的某些疼痛信号的能力。非侵入性激光针灸（laser acupuncture，LA）具有和低强度激光疗法同样的缓解交感紧张、改善血流的能力。通过使用激光发射装置作为针头的替代物，激光束可以通过能量沉积来刺激穴位，从而激活经络、气血来调节内脏功能，促进新陈代谢。电针通过穴位传递能量，起到传统针灸的作用［37］。侵入性激光针灸（invasive laser acupuncture，ILA）包括在穴位处同时应用侵入性针灸治疗和聚焦激光照射，使用的针灸针具连接到由光纤耦合激光二极管组成的激光机上［13］。

4.2 激光针灸疗法的临床应用

现阶段研究大多集中在针对肌肉骨骼疼痛的治疗上，包括肌筋膜疼痛、外侧上髁炎和颞下颌关节疼痛等。作为低强度激光疗法的一个亚组，和低强度激光疗法一样，非侵入性激光针灸需要正确的治疗参数频率、能量对正确的穴位进行刺激。骨骼疾病的激光针灸特点如表3所示。

Hung等［38］的研究表明，经过为期1个月左右的治疗，非侵入性激光针灸对缓解疼痛的积极作用最为显著，在减少功能障碍方面治疗效果不受平均年龄、性别分布的影响。根据组织的厚薄应灵活采取适当的剂量对不同部位进行治疗。由表3可以看出，4项研究为阴性，其中Shin等［39］没有指出明确的能量剂量，Lin等［40］使用了高于普遍研究剂量很多倍的能量（160～180 mW，61.2～68.8 J/cm2）。Baxter等［41］经研究得出，激光针灸在辐射功率不低于10 mW、剂量不少于0.5 J/点的条件下可有效减少肌筋膜疼痛。Hinman等［42］的使用剂量低于Baxter等［41］的参数印证了其有效性。为进一步验证这一参数的可靠性，Glazov等［43］使用Ga-Al-As红外激光二极管（20 mW，840 nm，功率密度为0.1 W/cm2）针对3个治疗组分别作用于刺激点［假手术（0 J/点）、低剂量（0.2 J/点）、高剂量（0.8 J/点）］，对非特异性腰痛参与者进行了8周1次的治疗，针灸穴位沿着主脉经、膀胱经、胆经和触痛区，激光探针垂直放置并与皮肤轻微接触。试验发现，所有治疗对象在1年之后症状都得到了改善，组间并没有差异。之后，Glazov等［44］提出运用剂量为3 J/点的低强度激光疗法治疗非特异性腰疼痛，结果显示，疼痛显著减轻，且基线疼痛小于3 个月，这与Bjordal［45］提到的4 J/点的治疗腰椎关节炎剂量接近。可是在与Glazov等［44］研究中相似的低剂量下，Yurtkuran等［46］治疗膝关节炎与Lam等［47］治疗上髁炎中却都得到了显著的差异，可能是因为下背部组织更厚，需要更高的剂量来穿透。

表3 骨骼疾病的激光针灸特点Tab. 3 Features of laser acupuncture for skeletal diseases

侵入性激光针灸现阶段的临床试验证据较少。有研究表明，其联合其他治疗对大鼠的神经病理性疼痛和风湿性关节炎有显著的效果［48-49］。也有研究直接表明，侵入性激光针灸在波长分别为650 nm和830 nm时对大多数神经性病理性疼痛［50］与骨关节炎［51］的治疗具有显著的作用。目前针对非侵入性激光针灸疗法的研究较多，但针对侵入性激光针灸的临床研究还鲜有报道，未来科研人员应加大对侵入性激光针灸的研究，以获得更多的临床数据，为激光针灸疗法的临床应用提供参考与指导。

5 总结与展望

光子理疗技术（除侵入性激光针灸外）能成为传统针刺的替代品，很重要一点是它没有传统针刺的一些潜在危险性，没有“针刺感”，能减少患者的恐惧，但也由于治疗过程中缺少实感，容易引起患者的质疑。传统针灸会导致留针、血瘀、晕厥，甚至造成损伤延髓等严重后果，而光子理疗技术的临床应用可避免许多潜在的医疗纠纷。现有的研究表明，光子理疗的伤害性较少，并且有安慰剂的作用，还可引导患者自身的系统调节，缓解疼痛。低强度激光疗法在疼痛强度、功能性、软组织质量、中枢敏感症状和心理方面取得了一定的积极效果，接下来需要更多的试验样本来证实其疗效。高能量激光疗法具有功率大、穿透力强、发热的特点，更易作用于深层组织，其能量可调节性更高，但长期疗效还需进一步研究。半导体激光与针刺、药物、手法治疗结合能达到更好的疗效。激光针灸疗法对治疗参数频率、能量以及穴位精确度要求较高，对缓解疼痛能起到一定的疗效，但是还需要更多的试验来证明其有效性。

光子理疗技术受波长、剂量、治疗时长和应用部位四个重要因素影响。由于光生物调节具有双相剂量效应，为提高治疗有效性， 该技术对波长、能量、穴位的准确性要求较高，患者需坚持治疗，以保证治疗的时长，同时要求治疗师操作熟练。与光子理疗技术相关的更多具体的工作仍在探索之中，但是光子理疗对于疼痛的缓解作用是有效的，未来需要对各种治疗参数进行研究探索，提出规范的治疗指南。