LED技术在皮肤疾病方面的应用进展

陈彬 罗颖祺

【摘 要】发光二极管（LED）光生物调节是皮肤病治疗领域较新的一類非热光疗法，可用于治疗各种皮肤疾病，例如治疗炎症性痤疮、银屑病、黄褐斑等。随着LED光在皮肤治疗领域的研究逐渐增多，基于LED技术的设备因其安全性及有效性而受到广大消费者及皮肤科医生的关注。本文简要概述了光对身心健康和皮肤健康的影响，并回顾了LED技术的发展及其在皮肤疾病中的应用进展。

【关键词】可见光；LED 技术；光生物调节；皮肤疾病

中图分类号：R75 文献标识码：A 文章编号：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

发光二极管（light emitting diode，LED）是一种半导体器件，在施加正向电压时会产生非相干、非准直和窄光谱光（大约255～1300 nm），包括蓝色（400～470 nm）、红色（630～700 nm）、黄色（570～590 nm）LED 光以及近红外光（800～1200 nm）。近年来，LED光的生物效应逐步引起研究者的关注，由于其安全性高、无创无痛、操作简单等特性，在皮肤光疗方面的市场也越来越大。事实上，大量研究已经证明[1-4]，LED在皮肤疾病中的功效，例如促进创面愈合、治疗炎症性痤疮、皮肤癌、黄褐斑等皮肤病。本文回顾了当前LED技术治疗不同皮肤疾病的相关文献，并基于此简要概述了光对身心和皮肤健康的影响、LED光的功效应用和作用机制，以及LED技术在皮肤疾病方面的应用进展，以期探索LED光进行独立应用和/或治疗各种皮肤病问题的可行性。

1 光对身心健康和皮肤健康的影响

太阳光依照波长由短到长分为紫外线（波长200～400 nm）、可见光（波长400～760 nm）和红外线（波长760～1800 nm）。其作用于人的眼睛和皮肤，经过视觉与非视觉神经通路，对人体发育、视力健康、生物节律、情绪认知、新陈代谢、体温调节与免疫应答等产生广泛的影响，为人类健康提供了巨大的福祉。

1.1 光对身心健康的影响 光能够从“视觉-生理-心理”3个方面给人类的身心健康带来至关重要的影响。在视觉上，人眼是视觉系统的外周感觉器官，接收千变万化的光刺激，并将其转换为视觉信息。在生理上，光可通过神经系统影响人的机体，神经纤维将光信号传递到视觉皮层和脑部等其他部位，控制身体的生物钟和荷尔蒙，调节人体的生理和行为节律。在心理上，亮度、色温以及光的闪烁等均会影响人的心理，从而影响健康。研究指出[5]，白天缺乏光照是抑郁症状、情绪不佳和失眠的一个风险因素，而每天获得足够的自然光可以帮助改善人的情绪和睡眠质量。

1.2 光对皮肤健康的影响 人体的皮肤是抵御外界侵害的第一道防线，也是人体接触外界和光最为直接的器官。太阳光作为人类最普遍接触的光，对皮肤的利害作用，取决于对其的应用，而不同波段的光对皮肤也会产生不同的影响。

1.2.1紫外线对皮肤的影响 太阳光中的紫外线（Ultraviolet，UV）是影响人类健康的一个重要因素。根据波长可分为UVC（180～280 nm）、UVB（280～315 nm）及UVA（315～400 nm）。紫外线在正常生理代谢、调节细胞生长和分化、促进黑色素生成和维生素D的产生等方面都起到重要的作用[6，7]。但是，如果过度暴露在紫外线下可能会引起皮肤红斑、色素沉着及光老化等皮肤损伤[8，9]。

1.2.2 可见光对皮肤的影响 近年来，可见光已被广泛用于治疗光老化、痤疮、炎症及伤口愈合等多种皮肤问题。①蓝光（400～470 nm）：蓝光与痤疮丙酸杆菌代谢物卟啉的光吸收峰值匹配，能够被卟啉吸收，内源性卟啉受到激发后产生自由基及活性氧，可对痤疮丙酸杆菌产生一种高氧化环境，从而导致细菌死亡，起到杀灭痤疮致病细菌的作用[10]；②红光（630～700 nm）：红光在可见光波长下具有最深的组织穿透力，因此可用于靶向真皮结构[11]，可通过调节细胞因子，改善微循环，刺激成纤维细胞的增殖和活性，从而促进受损皮肤修复和伤口愈合，减少炎症反应[12，13]；③黄光（570～590 nm）：黄光的大部分应用都集中在光老化以及作为激光治疗的辅助疗法，还被证明可以减少点阵激光换肤后红斑的强度和持续时间[14]；黄光在抗炎、减少瘢痕、促进组织修复、抑制黑色素生成、改善黄褐斑、改善皮肤敏感泛红方面也展示出较好的效果[15-17]。另外，医美领域常用的强脉冲光（500～1200 nm）也是通过选择特定波长的光谱作用皮肤，来实现嫩肤、美白、脱毛等多种功效[18，19]。1.2.3红外线对皮肤的影响 近红外光（800～1200 nm）对皮肤、皮下组织具有强烈的穿透能力，能产生温热效应，使皮肤和皮下组织温度升高[20]，促进血液循环和新陈代谢，具有热疗、消炎、阵痛、促进再生、加快伤口愈合的作用[21]。需要注意的是，尽管红外线对皮肤有诸多好处，但不正确的应用和过量暴露容易加速皮肤光老化的过程，甚至引起皮肤癌[22]。对于人类而言，无论是紫外线还是可见光，不同的光线对皮肤和身心健康有着不同的影响，随着可见光、红外线、紫外线的生物效能被发现，利用光疗治疗皮肤问题也成为一种较常见的治疗方式。

2 LED技术的概述

2.1 LED技术的发展 光疗法较为古老，1000年以前，我国和埃及、印度就已经学会利用阳光治疗各种皮肤病。1888年，Niels Ryberg Finse发现晒太阳能够改善自己的某些疾病症状，开始研究光对疾病的治疗效果；1893年，他将红光应用在天花治疗上；1895年，又将红光应用在寻常狼疮治疗上，人造光疗法由此诞生[23]；1903年，因Niels Ryberg Finse在光疗法上的突出贡献获得了诺贝尔医学及生理学奖[24]。LED是在施加正向电压时产生非相干、非准直和窄光谱光（大约255～1300 nm）的半导体器件[25]。最早发明的LED只能发出红光，随后有了绿光LED，1989年，日本科学家又研发出了蓝光LED[26]。早期的LED光并不适合临床应用，因其输出功率低且不稳定，波段宽且发散角极高。直到90年代后期，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）开发了具有更高输出功率、更窄发散和准单色输出的“NASA LED”，开启了LED的临床治疗时代[27]。

2.2 LED光的功效应用及作用机制 不同于传统激光通过选择性光热作用发挥效应[28]，LED光的光调作用是通过激活细胞中的光感受器，将光信号转变为生物信号，从而调节细胞的生物学功能。光在组织中的穿透深度取决于波长和组织对光能的吸收能力，一般来说，波长越长，光在组织中的穿透能力越强，组织吸收的光能越多。临床中通常根据光的波长和颜色不同分为蓝光（400～470 nm）、黄光（570～590 nm）、红光（630～760 nm）、近红外光（760～1200 nm）。不同的细胞、组织对不同的光波吸收不同，临床上为达最佳治疗效果，一般根据病灶的部位、深度选择合适波长的LED光。LED光的疗效与光照强度、剂量、流通量率、波长、脉冲或连续模式、治疗时间等参数密切相关[29]。

3 LED技术在皮肤科的应用

目前，LED作为光源应用于皮肤疾病的治疗已经非常广泛，研究也证明了其在加速伤口愈合、抑制感染、治疗痤疮、特应性皮炎等方面的有效作用[30，31]，具体概述如下。

3.1 促进创面的愈合 Zhao H等[32]證明630 nm和810 nm LED 通过促进成纤维细胞增殖、迁移，并且上调受伤皮肤中的生长因子，能够促进糖尿病小鼠的伤口愈合。Lee SY等[33]研究结果也显示，830 nm LED 能够通过增强成纤维细胞活性，促进胶原蛋白、弹性蛋白等细胞外基质成分的合成，来加速伤口愈合。此外，LED光疗还能也能够加速急性带状疱疹伤口愈合并降低疼痛，对带状疱疹患者来说是一种有效的治疗方法[4]。

3.2 治疗炎症性痤疮 寻常痤疮是一种慢性炎症性疾病，与皮脂分泌增加、毛囊角化异常（角化过度）、痤疮丙酸杆菌（痤疮丙酸杆菌）过度繁殖、炎症介质释放增加有关。LED应用于痤疮治疗已经非常普遍，蓝光或蓝红光治疗对轻度至中度炎症性痤疮治疗效果好且副作用较少，能够显著提高患者满意度[34，35]。高剂量（大于10 J/cm2）的蓝光和红光对炎症性痤疮改善效果显著，这是因为痤疮丙酸杆菌代谢产生的卟啉吸收蓝光后，会增加自由基和单线态氧水平，导致痤疮丙酸杆菌死亡，而红光可以靶向作用皮脂腺降低脂质的合成[36]。此外，低水平的红光LED也被证实具有抗炎、改善毛囊皮脂腺过度角化和促进屏障损伤修复的作用[37]。

3.3 治疗皮肤癌 光动力疗法结合LED光疗和光敏药物，通过光毒性效应靶向诱导癌细胞死亡，具有可长期治疗的特点[38]，是恶性肿瘤（包括皮肤癌）治疗的一种新型替代方法[39]。1996年开始，我国将5-氨基酮戊酸光动力疗法（5-Aminolevulinic acid-photody-namic therapy，ALA-PDT）用于鲍温病、基底细胞癌和原位鳞癌的治疗[40]，随后该方法被证明在治疗光线性角化病、增殖性红斑、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 治疗黄褐斑 黄褐斑是一种常见的色素沉着皮肤病，临床表现为面部对称的、不规则的褐色色素斑。黄褐斑的发病机制至今仍不清楚，但有研究认为[43]，血管形成可能与黄褐斑的发展有关。一项细胞研究结果显示[17]，波长590 nm、剂量20 J/cm2的LED通过下调mTOR/AKT/PI3K通路活性来抑制人微血管内皮细胞的迁移。研究结果显示[44]，经（585±10）nm黄光LED照射，黄褐斑患者面部色素沉着及红斑得到显著改善。

3.5 治疗银屑病 寻常型银屑病是一种慢性、复发性皮肤病，其特征是免疫介导的炎症反应以及随后的表皮过度增生。有研究证明[45]，蓝光基于其抑制角质形成细胞增殖、促进角质形成细胞分化和免疫细胞凋亡的能力，在控制银屑病症方面起着关键作用。临床研究结果显示[46]，LED蓝光照射银屑病患者病灶，有效改善了皮肤红斑、脱屑、硬结的临床症状。

3.6 治疗特应性皮炎 蓝色LED用于特应性皮炎治疗，在减少皮损方面安全有效，且无不良事件。此外，蓝光在治疗特应性皮炎的过程中，能够抑制炎症相关因子TNF-α、IL-1β、IL-6等的表达，发挥抗炎作用，促进皮肤病灶的恢复[47]。

3.7 治疗皮肤感染 LED可以用于治疗皮肤感染，如宽带近红外光用于治疗面部疱疹，能够缩短唇疱疹感染患者病灶的再上皮化时间[48]。此外，与单独口服抗病毒药物泛昔洛韦相比，近红外光治疗带状疱疹引起的皮肤损伤时，愈合时间更短、炎症后色素沉着和萎缩性瘢痕更少[4]。

3.8 治疗增生性瘢痕 瘢痕疙瘩是皮肤损伤后结缔组织过度增生的结果，通常开始为小而坚硬的红色丘疹，随后缓慢增大，产生圆形、椭圆形或不规则性瘢痕。患者病灶通常表现出高出正常皮面，呈蟹足状向外伸展，皮肤光滑、发亮，同时伴有疼痛、瘙痒等不适感。由于产生瘢痕疙瘩的患者通常为瘢痕性皮肤，传统激光或手术等方式可能加重病症，因此治疗困难。LED具有无创、无侵入的优点，非常适合应用于瘢痕治疗。有研究发现[49]，LED照射能有效改善瘢痕疙瘩患者皮肤疼痛、瘙痒等不适感，并且能够修复凹陷性瘢痕，使其变得平滑。

4 总结

LED技术在促进创面愈合、治疗炎症性痤疮、皮肤癌、黄褐斑、银屑病、特应性皮炎等皮肤病的应用已经进入临床领域，基础科学正在阐明组织、细胞和亚细胞水平的原理机制。LED疗法可用作独立的光疗法，但以辅助方式使用时会产生非常有趣的效果，以改善和加速使用其他光源或传统手术取得的已经很好的效果。此外，一种LED波长与另一种LED波长的组合使用，已被视为有效的治疗方法，还可以结合护肤品或其他治疗手段联合使用。在合理的光生物学原理的基础上，迄今为止进行的科学和临床研究已经显示出LED技术治疗皮肤病的良好效果。尽管面临着许多挑战，但采用创新治疗方法的LED技术处于快速发展阶段，未来的研究应侧重于调查所涉及的特定细胞路径，以更好地了解发挥作用的机制，以及研究其作为独立应用和/或治疗各种皮肤病问题的有效性。

致谢：本文在复旦大学华山医院皮肤性病科色素病课题组张成锋教授、金尚霖博士、陈力博士的指导和帮助下完成，感谢他们提出的宝贵意见和建议。在此，谨向张成锋教授、金尚霖博士、陈力博士致以最诚挚的谢意！

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编辑 扶田