LED 黄光在皮肤领域中的作用机制及临床应用研究进展

梁晓洁 ,段 渠

（1.厦门大学附属成功医院 麻醉科，福建 厦门，361000；2.厦门大学附属成功医院 烧伤科，福建 厦门，361000）

1 LED 光与光疗

1.1 光疗

光疗是利用光线的辐射治疗疾病的物理疗法，根据利用光线的不同，分为紫外光、可见光、红外光以及激光。光疗的作用机制是生物组织吸收光能并将光能转变成热能和化学能，引起局部或全身发生一系列的化学反应从而达到治疗的目的。光的波长不同、能量不同、辐照密度不同，产生的生物效应也不同，例如，紫外光（400nm-10nm）应用于皮肤光疗是利用其低频长波紫外线（400nm-320nm）能够使皮肤黑色素沉着，常用于治疗白癜风等皮肤色素异常减退或脱失性疾病；红外光（1nm-780nm）主要能起到抗炎和镇痛作用，皮肤吸收红外光后温度升高、局部或全身毛细血管扩张、血流加速促进了皮肤的新陈代谢和细胞的增殖，可用于治疗炎症、疼痛性皮肤病[1]。

1.2 LED 光

LED 光全称为发光二极管光源（light emitting diode），是现代半导体工艺的产物。新型的 LED 发光强度更大,单个 LED 的光效果已经超过100lm W;并且峰值波长更加稳定,单色性能、方向性更好，发热量低，又无辐射性。LED 光属于可见光范畴，波长在400nm-600nm 之间，一般的划分是七色,即赤橙黄绿青蓝紫，不同颜色的 LED 光波长不同，组织的穿透力也不同，因二也具有不同的光生物调节作用[2]。现临床上用于光疗的主要是 LED 红光、蓝光、绿光与黄光，现也有研究复色光用于临床，比如红蓝光、红黄光、蓝紫光等。其中 LED 红光（760nm-650nm）主要能达到抗炎、镇痛、增强肌肉强度、促进伤口愈合、促进受损神经、毛发再生的作用，临床应用范围非常广泛；LED蓝光（530nm-490nm）最典型的作用的改变胆红素在体内的代谢途径从而促进胆红素的排泄，故临床用于其治疗新新生儿疸。LED 黄光，主波长最小值为 587.8nm,典型值 590.6 nm，最大值595.4nm。基于临床对于 LED 黄光的研究，其作用机制归纳为以下几个方面。

2.LED 黄光的作用机制

2.1 抗炎

炎症反应是屁肤对各种损伤因子的刺激所发生的以防御为主的病理过程，主要包括学流动力学改变、血管通透性增高以及炎症因子的释放，表现为炎症局部的充血、红肿、红斑等。赵小小等人通过使用 LED黄光与 mCXCL12 递送菌株联合作用于小鼠的烫伤伤口，发现二者联合使用使得小鼠伤口中央和周围的过度炎症得到了抑制，并且改善了烫伤肉芽组织中羟脯氨酸、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，减少了炎症因子白细胞介素 1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）[3]。Khoury 和 Goldman 对 20 名接受了 1550nm 的全脸点阵激光换肤治疗后，立即随机对半边脸以 590nm 的 LED 黄光治疗，结果发现接受了 LED 治疗的半边脸红斑明显较少[4]。DeLand 等人研究了黄色 LED 光调制疗法在预防或提高屁肤对辐射性皮炎耐受性方面的价值。经过一系列强度调节的辐射治疗，患者接受了黄色ED 治疗。大多数患者对辐射的皮肤炎症反应很小（0 级或 1级辐射性皮炎），只有5.3%的患者因皮肤反应而不得不中断放射治疗。这表明 LED 治疗降低了辐射诱发皮肤炎症反应的发生率和程度，以及皮肤炎症反应导致的治疗中断发生率[5]。这表明 LED 黄光单用或者联合使用光动力药物能够起到促进屁肤炎症消退、减少炎症的发生的作用。

2.2 促进组织修复

组织的修复过程分为“炎症期”、“增生期”与“重塑期”，炎症期为组织再生与修复奠定基础，增生期与重塑期主要是成纤维细胞的、表皮细胞、血管内皮细胞的迁移与增殖和胶原的沉积[6]。赵小小等人通过使用 LED 黄光与 mCXCL12 递送菌株联合作用于小鼠的烫伤伤口，

加速了伤口的闭合、组织重塑、再上皮化和毛囊再生，此外，联合治疗增加了表皮生长因子，还促进了胶原蛋白的纤维化和沉积[3]。另外，皮肤中真皮构成约有 70%是胶原蛋白，胶原蛋白构成胶原纤维，胶原纤维维持皮肤的张里。胶原蛋白包I 型、Ⅲ型和V 型胶原，当皮肤中Ⅲ型胶原基因表达下降，Ⅲ型胶原的含量减少时，I 型胶原基因表达增加，皮肤会出现松弛、皱纹等衰老表现，并同时伴随有基质金属蛋白酶 (MMP) 表达升高[6]。JiYeonHong 等使用的590nm 的 LED 黄光对 UVB 诱导的光老化的人类真皮成纤维细胞（HDF）进行照射（38mW/cm2，900s，34.2J/cm2）。发现 LED 照射显著减弱了 UVB（波长320-400nm 的长波黑斑效应紫外线）诱导的活性氧物种生成。此外，前胶原蛋白（在酶的作用下形成胶原纤维）水平显著恢复，MMP-9（金属基质蛋白酶，其水平降低可促进胶原蛋白的沉积）水平显著降低。UVB 诱导的NF-κB（控制着许多与炎症相关的基因）和促炎酶COX-2（诱导炎症反应和组织损伤的诱生型同工酶）的磷酸化水平也显著下降[7]。KimSK 等人通过在体外培养正常人类皮肤成纤维细胞（HDFs），用不同波长（410-850 纳米）和剂量（0-10J/cm2）的 LED 进行照射，观察到595±2nm 和630±8nm 的 LED光，能够调节皮肤中的胶原蛋白和基质金属蛋白酶，并且其效果在辐照后至少持续 21天，表明黄色和红色的 LED 光可应用与光疗嫩肤[8]。Weiss Robert A 等人使用 590nm 的非热全脸 LED 阵列光谱仪(0.1J/cm2) 对 90 和 93 例轻度至中度的光老化患者进行了为期 4 周、8 次的照射治疗，结果显示 90%的受试者的光老化迹象减少，纹理更平滑，眶周皱纹减少，红斑和色素沉着减少。光学轮廓测量显示受试者皮肤光滑度得到 10%的改善。组织学数据显示，100 %的治疗后标本（10例受试者标本）的乳头状真皮中的胶原蛋白显著增加[9]。

2.3 减轻瘢痕

瘢痕是各种创伤之后正常的皮肤组织中的成纤维细胞过度增生、胶原的过度沉积等机制引起的皮肤外观形态和组织病理性的改变。浅表性的瘢痕一般不会有功能的障碍，但若出现萎缩性瘢痕或瘢痕疙瘩，不利于皮肤的美观，更甚者产生功能的障碍，故瘢痕的治疗具有重要的临床意义。而抑制成纤维细胞增生、减少胶原的过度沉积是治疗瘢痕的重要途径。McDaniel DH 等通过使用培养的人类屁肤成纤维细胞暴露在 590/870nm 的 LED 光（4.0mW/cm2）下,观察到纤维细胞基因表达轮廓发生变化，I 型胶原（主要存在于瘢痕组织中）最大水平增加，基质金属胶原蛋白酶 1（MMP-1）减少，这表明，在可见光的治疗中，改变特定波长的比例，可以强烈影响所产生的成纤维细胞的基因表达模式[10]。胡永庆等人通过使用从一名女性患者的瘢痕疙瘩组织中分离出的原发性人类瘢痕疙瘩成纤维细胞使用 LED 黄光联合低氯林 B（HB）进行了一项体外光动力疗法（PDT）实验，实验结果证明HB-LED PDT可以通过促使线粒体凋亡途径有效诱导人类瘢痕疙瘩成纤维细胞凋亡[11]。

2.4 抑制黑色素产生

位于表皮层的“黑素细胞”起源于神经棘，其迁移分化到机体的各个部位这个过程需要微量神经节相关转录因子(MITF)的参与。黑素细胞在其细胞的胞质内的“黑素小体”中合成“黑素”，黑素小体的数量、大小、种类、分布决定皮肤颜色。黑素主要由络氨酸或络氨酸结合半胱氨酸合成，络氨酸酶（TYR）和络氨酸相关蛋白酶（TRP-1）是黑素合成化学反应过程的所涉及的关键酶，黑素合成的速率直接与络氨酸酶的含量与活性相关[6]。陈力等人研究发现，585nm 的LED 光5J/cm2到 20J/cm2照射可以抑制人类黑色素体的成熟，降低黑色素含量和酪氨酸酶活性。抑制的同时，酪氨酸酶（TYR）、酪氨酸酶相关蛋白-1（TRP-1）和微眼相关转录因子（MITF）在 mRNA 和蛋白质水平上的表达减少[12]。

3 LED 黄光的临床应用

3.1 LED 黄光治疗面部过敏性皮炎

面部过敏性皮炎是指过敏原通过皮肤或黏膜接触、吸入、注射或者是食用等途径进入机体后，引起机体发生变态反应，出现一系列皮肤炎症表现的皮肤病,临床主要表现为皮肤红肿、发痒、风团、脱屑等。常用的主要有两类:接触性屁炎和化妆品屁炎[13]。基于 LED 黄光的抗炎作用，LED 黄光结合内服药物及其他外治手段治疗面部过敏性疾病常取得较好的疗效。

庄春秀等使用黄光（590nm、30mW/cm2）连续照射 15min 后再予以 0.9 氯化钠溶液湿敷冷喷 15min,再予以外敷防敏补水面膜一周一次,对照组再予以湿敷冷喷加外敷防敏补水面膜一周一次，治疗 2周后观察组总有效率为 62.50%,对照组总有效率为 37.50%，结果表明 LED 黄光联合冷敷及外敷防敏面膜对于缓解面部过敏性皮炎的炎性症状效果明显，并且回访2月发现联合使用 LED 黄光治疗的观察组复发率更低[15]。武海恩等使用 LED 黄光（30 m W/cm2、15 min,1 次/d、连续治疗治疗 7 d）联合口服烟酰胺片、骨胶原面膜贴敷冷喷治疗面部皮炎 48 例对照单用口服及冷敷治疗 44 例，治疗 1 周后治疗组总有效率达到 77.83%，复发率为 13.64%；对照组有效率为47.73%，复发率为 45.45%。两组均未发生不良反应[16]。以上临床应用研究表明 LED 黄光联合口服药物或外敷、冷喷等治疗能够迅速缓解面部皮肤的炎症反应，除此之外，临床也有研究LED 黄光与 650nm 的LED 红光联合应用治疗面部皮肤炎症性疾病，也取得较好的疗效。章海涛等使用黄连膏联合 LED 红、黄光治疗面部过敏性皮炎，患者清洁面部后采用 LED红光、黄光照射面部皮肤，两种光分别照射 5 min 后再行冷喷 20 min，1 次/天，治疗2 周。观察组在对照组基础上加用黄连膏治疗。治疗结束后发现观察组的治疗总有效率 92.11%高于对照组 75.61%，并且观察组患者的皮脂含量、水合度较高，酸碱度较低，表明黄连膏联合 LED红、黄光治疗改善了患者的角质层屏障功能[17]。李琳捷应用 LED红、黄光联合口服荆防汤治疗面部皮炎 52 例，对照组予以红黄光照射治疗，均治疗 1 周，治疗结束后观察患者角质屏障功能、皮症状评分以及血清学指标(ESO、IgE)，结果发现观察组的上述指标均优于对照组，并且观察组的血清 T 淋巴细胞亚群水平明显低于对照组，表明荆防汤与联合 LED 红、黄光照射联合治疗面部过敏性皮炎,能明显改善患者免疫功能,促进患者病情恢复[18]。笪苏蓉等使用红黄光联合重组人表皮生长因子(rhEGF)凝胶对照单用红黄光治疗面部激素依赖性皮炎 48 例。使用 LED 黄光（30mw/cm2）先行照射，再使用波长 633 nm，能量密度 40 mw/cm 2的 LED 红光照射，均照射 5 min，光斑距面部距离 20 cm 。治疗每 2 周对患者的皮损面积、红斑、瘙痒、干燥、脱屑进行评分，发现随着治疗周期，患者的不适症状均得到改善，最终联合治疗有效率达到 91.7%，而单用红黄光治疗的有效率为 79.1%[19].文燕等应用 LED 黄光联合枇杷清肺饮治疗玫瑰痤疮，治疗 6周，每 2 周均记录患者的皮损评分，观察患者的主要症状表现包括持续性红斑、阵发性潮红、丘疹与脓包、毛细血管扩张，发现联合使用 LED 黄光治疗的观察组患者临床症状较单独口服中药治疗的对照组患者缓解得更快，并且观察组得总有效率为 95.24%高于对照组得总有效率 61.9%[20]。

3.3 LED 黄光治疗黄褐斑

黄褐斑是由多种因素导致的色素性皮肤病，其中紫外线照射后导致表皮屏障受损，Toll 样受体2(o-likereplor2,TLR2)、Toll 样受体-4(Tol1-like receptor 4,TLR-4)等表达上调，炎症细胞因子释放增多，使酪氨酸酶活性增加，促进色素合成及转运是本病发病的重要机制。基于 LED 黄光抑制络氨酸酶活性、减少色素的生成及抑制炎症因子的释放的作用，临床可应用 LED 黄光治疗黄褐斑。徐丽华等使用 LED黄光联合谷胱甘肽治疗黄褐斑患者 42例，均以使 LED黄光源距患者面部垂直距离 20cm 进行照射，照射强度:25mw/cm2，每次黄光照射 20min。每周治疗 1次，10 次为一个疗程。治疗结束后进行疗效评价，治疗总有效率达到 90.5%[22]。刘娟等应用 LED 黄光联合中药面膜治疗黄褐斑 82 例，分为 A、B、C 三组，A 组以 LED 黄光联合中药面膜治疗，B 组单用中药面膜，C 组单用 LED 黄光，治疗每周 1 次，治疗10次后 A、B、C 三组有效率分别为 71.1%、45.8%、50.0%，证明 LED黄光联合中药面膜治疗黄褐斑疗效显著[23]。

4 讨论与展望

综上所述，LED 黄光的作用机制比较广，包括抗炎、促进组织修复、减轻瘢痕、抑制黑色素产生功能，可应用于治疗多种皮肤疾病，但不同的能量、照射时间、辐照密度、光源距离都可能会产生不同的光化学效应，当下临床对于 LED 光应用于皮肤光疗的相关参数的设置研究仍相对较较少。有学者通过分析LED 黄疸光疗仪工作原理,激光器的输出光电率P与注入电流I的关系曲线,计算出黄疸光疗仪和发光二极管各自的振动频率。然后以发光二极管的中心位置作为起始点,完成黄疸光疗仪最优光源距离的测量[24]。这为LED 黄疸光疗仪应用于临床的治疗的光源距离提供了科学的数据支持。从理论上思考，其他的 LED 光疗仪如红光、黄光等也可遵上述方法研究最佳光源距离，从而使 LED 光疗仪更有效的应用于临床治疗。另外，对于新型的 LED光疗仪器的设计与研究也非常必要，单色的 LED 光疗仪更新到可发出复色 LED 光的光疗仪，拓展光照覆盖面积、提高发光功率、光的能量，都促进了 LED 光疗发展。俄罗斯常规人类病生态科学研究所研制的新型 LED 光疗仪(LENA)。可以用于人体或者动物身上。该仪器采用高能 LED,几厘米的发光管，其发光强度却达到 4000mcd,超过了二者的 2倍,输出功率可达到 2者的3-4倍 100mW;并且具有 20000H的超长寿命。因其高辐照亮度，确保了对个体的大动态范围的照射剂量达到治疗需要能量,能够对大面积的皮肤和其他组织进行照射而不损失有效的照射能量。高输出功率,就能达到更好的透射深度，就可以穿过皮肤作用于皮下组织和血液[25]。

综上，对于 LED 黄光光学机制研究为其应用于临床的提供了理论支持，而对于光学仪器的研究为其应用开辟更加广阔的道路，而将 LED 黄光应用于治疗不同的疾病或是皮肤美容时如何确定最佳的能量、照射时间、辐照密度以及光源距离，仍需要进行大量的细胞学及临床对照研究。