更新时间：2021-12-04 10:05
光是一种辐射能，在真空中约以3×108 m/s 速度直线传播。现认为光既是一种电磁波又是一种粒子流，对光的波动和粒子的双重性质称为波一粒二重性。光量子学说认为光量子学说具有一定能量，不同的光线由于光量子能量不同，可引起光化学效应，光电效应，荧光效应和热效应等，这些效应则成为光生物学作用的基础。
原子和分子都具有一定的内能，这种内能的数值是不连续的，只能有某些特定的值，即原子或分子只能处于某些不连续的能量状态。一般情况下，大多数分子或原子处在能量最低的运动状态，称为基态。能量较高的状态称为激发态。如果物质受到外界作用之后，从外界吸收大量能量，许多原子和分子则由基态过渡到激发态。尚处在激发态的原子或分子极不稳定，会自发地从激发态过渡到下能级或跳回基态，多余的能以电磁波的光子形式向四周发散出，此种发射为光的自发辐射，即普通光的产生。如红外线，可见光及紫外线。有些物质由于其内部结构的关系，其中原子或分子被激发到激发态后，不能立刻回到基态，而是很快地过渡到某个或几个寿命较长的中间状态。原子或分子在这些状态停留的时间较长，对于其它激发态来说比较稳定，这种相对稳定的状态称为亚稳态。由于亚稳态的寿命较长，物质受到强烈作用后，可使亚稳态的粒子数比基态或下能级的多，致使粒子数反分布。处在反分布的原子或分子，如果受到入射光子的作用，而此光子的能量恰等于原子（或分子）亚稳态与基态或下能级能量之差，则这些受激原子或分子就从亚稳态跳到基态或某个下能级，同时发射一个与入射光频相同的光子，这种发射称为光的受激辐射。它是激发原子（或分子）受到光子激发以且的发光现象，由于产生这些光子在物质中继续前进时会激发更多的光子，所以光与激活物质作用时，不是减弱了光束，而是使光束加强，因此利用受激辐射有可能使光放大产生激光。
光动力作用是指在光敏剂参与下，在光的作用下，使有机体细胞或生物分子发生机能或形态变化，严重时导致细胞损伤和坏死作用，而这种作用必须有氧的参与，所以又称光敏化-氧化作用，在化学上称这种作用为光敏化作用，在生物学及医学上称之为光动力作用，用光动力作用治病的方法，称为光动力疗法（photodynamictherapy,PDT）。光动力疗法是以光、光敏剂和氧的相互作用为基础的一种新的疾病治疗手段，光敏剂（光动力治疗药物）的研究是影响光动力治疗前景的关键所在。光敏剂是一些特殊的化学物质，其基本作用是传递能量，它能够吸收光子而被激发，又将吸收的光能迅速传递给另一组分的分子，使其被激发而光敏剂本身回到基态。随着第一个光敏剂PorfimerSodium于1993--1997年在美国、加拿大、欧盟、日本及韩国陆续被批准上市，PDT领域的研究、开发和应用迅速活跃起来。近年来，随着新的光动力治疗药物的研发成功及激光设备技术的提高，PDT又迎来了前所未有的发展高峰。国际上，已批准上市或正在临床研究的新的光敏剂近十种。国内光动力治疗开展已经非常广泛，已经和即将上市的光动力药物有“艾拉”（5-ALA，外用盐酸氨酮戊酸），海姆泊芬（HMME,血卟啉单甲醚），同时，PDT也被用于各种非肿瘤型疾病和损容性疾病，如尖锐湿疣、牛皮癣、鲜红斑痣、类风湿关节炎、眼底黄斑病变、中重度痤疮、血管成型术后再狭窄等疾病的治疗。
治疗尖锐湿疣
采用艾拉光动力治疗尖锐湿疣，艾拉（5-ALA，外用盐酸氨酮戊酸）是一种简单的5碳化合物，是内源性化学物质，参与体内血红素的生物合成。作为血红素的前体物，ALA在ALA脱水酶等一系列酶的作用下，生成具有强光敏作用的原卟啉IX（Proto-porphyrinIX，缩写为PpIX），它是血红素生物合成的最后一步中间体。正常情况下，血红素生物合成途径受到机体负反馈调节，即ALA的合成受细胞内血红素含量调控，所以体内不会有过多的ALA蓄积。当给予过量的外源性ALA时，上述调节机制被打乱，机体某些增殖较快的组织如尖锐湿疣疣体细胞即产生过量的PpIX。此时经特定波长的光辐照，即发生光动力学反应，生成具有杀伤细胞作用的单线态氧（O2）或其他自由基等细胞毒性物质，杀伤增殖活跃的细胞和组织，达到治疗的目的，使用艾拉光动力疗法治疗尖锐湿疣能够彻底清除亚临床病灶和潜伏感染病灶，降低尖锐湿疣的复发率，一般在临床上采用三阶段疗法治疗尖锐湿疣。
治疗中重度痤疮
采用艾拉光动力治疗中重度痤疮，艾拉光动力可以直接有效地杀灭痤疮丙酸杆菌，同时，艾拉（5-ALA，外用盐酸氨酮戊酸）外敷后还能向皮脂腺聚集并转化为原卟啉IX（Proto-porphyrinIX，缩写为PpIX），采用特定波长的光照射后，可以导致皮脂腺可逆性损伤，有效治疗中重度痤疮，具有疗效显著，无全身毒副作用，复发率低等多种优势。
治疗鲜红斑痣
治疗原理：是将第二代的新型光敏剂（海姆泊芬）通过静脉途径注入体内，海姆泊芬经静脉注射后立即在血液中形成浓度高峰，并被血管内皮细胞迅速吸收，而表皮层细胞吸收尚很少，因此光敏剂的分布在血管内皮细胞与表皮层细胞间形成明显的浓度差。此时给予穿透表浅、可被血管内皮细胞选择性吸收的特定波长的光照射，使海姆泊芬产生单态氧等光毒物质，使富含海姆泊芬的患部扩张畸形的毛细血管网被选择性破坏，而覆盖于扩张畸形毛细血管网上的正常表皮层因不含海姆泊芬不受损伤，位于扩张畸形毛细血管网下的正常真皮深层组织则因激光穿透浅、难以达到有效激发量而得到保护。
光动力学疗法的优点不同于传统的手术、放疗和化疗三大治疗肿瘤手段，它对靶组织及损伤程度都具有可选择性，可减少对正常组织的损伤。与手术、化疗、放疗等常规治疗手段相比，光动力学疗法有如下重要优点：
（1）创伤很小：借助光纤、内窥镜和其他介入技术，可将激光引导到体内深部进行治疗，避免了开胸、开腹等手术造成的创伤和痛苦。
（2）毒性低微：进入组织的光敏药物，只有达到一定浓度并受到足量光照射，才会引发光动力学反应而杀伤靶向细胞，是一种局部治疗的方法。人体未受到光照射的部分，并不产生这种反应，人体其他部位的器官和组织都不受损伤，也不影响造血功能，因此光动力疗法的毒副作用是很低微的。
（3）选择性好：光动力疗法的主要攻击目标是光照区的病变组织，对病灶周边的正常组织损伤轻微，这种选择性的杀伤作用是许多其他治疗手段难以实现的。
（4）适用性好：光动力疗法对不同细胞类型的病灶组织都有效，适用范围广;而不同细胞类型的病灶组织对放疗、化疗的敏感性可有较大的差异，应用受到限制。
（5）可重复治疗：靶向细胞对光敏药物无耐药性，病人也不会因多次光动力治疗而增加毒性反应，所以可以重复治疗。
（7）可协同手术提高疗效：对于尖锐湿疣患者，疣体过大时，需要使用激光、冷冻等方法去除大疣体之后，在进行光动力治疗。由此临床医生总结出三阶段疗法。
（8）可消灭隐性病灶：临床上有些疾病如尖锐湿疣，在主病灶外可能有散在的肉眼看不见的微小亚临床和潜伏感染，常规治疗手段只能去除显性病灶，对隐性病灶无能为力，但用光动力疗法后表面照射的方法，消灭可能存在的所有微小病变，从而大大减少复发的机会。
（9）可保护容貌及重要器官功能：对于颜面部的皮肤癌、口腔癌、阴茎癌、宫颈癌、视网膜母细胞瘤等，应用光动力疗法有可能在有效杀伤癌组织的情况下，尽可能减少对发病器官上皮结构和胶原支架的损伤，使创面愈合后容貌少受影响、保持器官外形完整和正常的生理功能。
应用紫外线防治疾病的方法称为紫外线疗法。紫外线系不可见光，因位于可见光谱紫色光线的外侧而得名。
紫外线光谱生物学作用特点
紫外线的波长400～180nm。其光谱分三个波段。（1）长波紫外线（UVA），波长范围400～320nm；（2）中波紫外线（UVB）波长范围320～280nm；（3）短波紫外线（UVC），波长范围280～180nm。
紫外线的各种生物学作用都有有一定的光谱特点，从而可描绘出一定曲线，即紫外线生物学作用的光谱曲线。
Ⅰ－杀菌作用曲线
Ⅱ－维生素D形成作用曲线
Ⅲ－皮肤红斑形成作用曲线……色素形成 作用曲线
Ⅰ紫外线杀菌作用线：在短波部分，杀菌作用最强的部分为250～260nm。
Ⅱ紫外线在维生素D作用曲线：也有最高峰值，波长位于280nm。
Ⅲ紫外线的红斑形成曲线；有两个高峰，第一个高峰位于波长297nm。第二个高峰位于波长250～260nm。虚线为色素形成作用曲线表明其作用最强部分在长波紫外线的范围内。
生物学效应
紫外线透入人体皮肤的深度不超过0.01～1mm,大部分在皮肤角质层中吸收,使细胞分子受激呈激发态,形成化学性质极活泼的自由基,因而产生光化学反应如光分解效应、光化合效应,光聚合作用和光敏作用.当达到一定照射剂量时,可引起蛋白质发生光解或核酸变性，细胞损伤后影响溶酶体，产生组织胺、血管活性肽、前列腺素等体液因子、通过神经反射与神经一体液机制。经过一定时间，照射区皮肤出现红斑。它有严格的界限，是一种非特异性炎症反应。根据照射剂量大小，机体对紫外线的敏感性和季节、体持和和肠道对钙磷的吸收，促进钙在骨基质中沉积，并与体内调节钙代谢的其他因子协同作用，使钙磷在体内保持正常水平。
治疗作用
1．抗炎作用紫外线红斑量照射是强有力的抗炎因子，尤其对皮肤浅层组织的急性感染性炎症效果显著。紫外线抗炎作用机理：（1）杀菌；（2）改善病灶的血循环；（3）刺激并增强机体防御免疫功能。
2．加速组织再生小剂量紫外线照射可促进组织再生，于骨折、周围神经损伤等均可应用小剂量紫外线以促其再生。作用机理：（1）加强血液供给有利于营养物质进入；（2）小剂量紫外线加速核酸合成和细胞分裂。
3．镇痛紫外线红斑量照射具有显著的镇痛作用，无论对感染性炎症、非感染性炎症痛，风湿性疼痛及神经痛均有郎的镇痛效果，其镇痛机理有（1）对表皮深层的感觉神经末梢的直接作用，使其进入间生态或使其发生可逆的变化。（2）对于较深层组织止痛，可用优势兴奋波士顿，掩盖效应即来解释紫外线红斑所产生的冲动与痛觉冲动在传入经路上的互相竞争与互相干扰。
4．脱敏紫外线照射后在体内产生与蛋白质相结合的组织胺，具有一定的抗原性能，剂量逐渐增加的重复的紫外线照射所产生的组织胺，可促进机体分泌组织胺酶以破坏体内过量的组织胺，从而起到非特异性的脱敏作用。此外紫外线照射后维生素D增多，致使机体对钙吸收增多，钙离子可降低神经系统兴奋性和血管通透性，迹有利于减轻过敏反应。
5．预防和治疗佝偻病和骨软骨病机体组织缺钙，在小儿患佝偻病，在成人，尤其是孕妇，则患骨软骨病，还易患骨折，骨髓炎及龋齿等，采用全身无红斑量紫外线照射，可促进维生素D的生成，调节钙磷代谢，预防和治疗由紫外线缺乏带来的疾病。
6．加强免疫功能机体长期缺乏紫外线照射，可致免疫功能低下，对各种病原微生物的抵抗力减弱，故易患各种传染病，如皮肤化脓性炎症，感冒、流感、肺结核、气管炎及肺炎等，紫外线无红斑照射通过使皮肤的杀菌力增强；加强巨噬细胞系统的功能，提高巨噬细胞活性及使体液免疫成分含量增多，活性增强来提高机体的特异和非特异性免疫功能。
适应证及禁忌证
1．适应证红斑量紫外线常于治疗急性化脓性炎症（疖、痈、急性蜂窝织炎、急性乳腺炎、丹毒、急性淋巴（腺）管炎、急性静脉炎）以及某些非化脓性急性炎症（肌炎、腱鞘炎）；伤口及慢性溃疡；急性风湿性关节炎、肌炎；神经（根）炎及一些皮肤病，如玫瑰糠疹、带状疱疹，脓胞状皮炎等。
全身无红斑量紫外线常用于预防和治疗佝偻病，骨罗软骨病，长期卧床骨质疏松、流感、伤风感冒等。
2．禁忌证
大面积红斑量紫外线照射对于活动性肺结核，血小板减少性紫癜、血友病、恶性肿瘤、急性肾炎或其它肾病伴有重度肾功能全，重度肚功障碍、急性心肌炎、对紫外线过敏的一些皮肤病（急性泛性湿疹、光过敏症、红斑性狼疮的活动期等）是禁忌。
全身无红斑量照射对于小儿严重渗出性素质是禁忌。
激光即由受激辐射光放大而产生的光，又称Laser，激光疗法是利用激光器发出的光进行治疗疾病的一种方法。要产生激光，激光器必须有三个组成部分，（1）激光工作物质，包括固体、液体、气体、半导体，如氦－氖、红宝石、二氧化碳、染料、砷化镓，被激励后能发生子数反转；（2）激光能源，使工作物质发生粒子数反转的能源；（3）光学谐振腔，能使光线在其中反复振荡和多次被放大，激光是处于光学谐和振腔中的激光工作物质，在外界能源的激励作用下发生了粒子数反转，粒子从高能级受激跃迁到低能级时，在光学谐振腔中被放大，转出一种方向性强，高亮度，单色性好，相干性好的光。
1．光效应组织吸收激光能量之后，可产生光化学反应、光学效应、电子跃进迁、继发辐射、自由基等，可造成组织分解和电离，最终影响受照时组织的结构和功能，甚至导致损伤。
2．热效应激光照射生物组织后，光能转化为热能而使组织温度升高。产生热效应的波段主要在红外线波段。当功率足够大时，数毫秒内即可使组织温度升高到200～1，000°C，使蛋白变性、凝固，甚而碳化、气化，这是激光刀和切割的基础。
3．压力效应激光的能量密度极高，可产生很强的辐射压力，加之由热效应引起组织急剧地热膨胀产生“次生冲击波”的压力效应共同合成总压力可以使生物组织破坏，蛋白质分解和组织分离。
4．电磁效应激光是一种电磁波，因此必然产生磁场，一般强度的激光其电磁场效应不明显，只有当激光强度极强时，电磁场效应才较明显。电磁场效应可引起或改变生物组织分子及原子的量子化运动，产生高温、高压，使组织产生电离，细胞核分解和产生自由基等变化。
1．生物刺激和调节作用小功率的氦氖激光照射具有消炎、镇痛、脱敏，止痒、收敛、消肿，促进肉芽生长、加速伤口、溃疡、烧伤的愈合作用。小功率氦氖激光局部照射可改善全身状况，调节一些系统和器官的功能。用小功率氦氖激光照射咽峡粘膜和皮肤溃疡面、神经节段部位、交感神经节、穴位等不同部位，在局部症状改善的同时可出现全身症状的改善，如精神好转，全身乏力减轻，血沉恢复正常等。
2．激光手术激光手术是用一束细而准直的大能量激光束，经聚焦后，利用焦点的高能、高温、高压的电磁场作用和烧灼作用，对病谱组织进行切割、粘合、气化。常用的是二氧化碳激光器，掺钕钇铝石榴石激光器和氩激光器，激光手术特点：出血少、感染轻、伤口愈合慢。
3．激光治疗肿瘤激光主要基于其生物物理学方面的特殊作用，即激光的高热作用，使肿瘤组织破坏；激光的强光作用，可使肿瘤表面组织挥发，使肿瘤组织肿胀、撕裂、萎缩，亦可产生二次压力作用。激光治癌可能与其对免疫功能的影响有关。激光与光敏药物综合诊治肿瘤是光敏剂（如HpD）在肿瘤组织有较高浓度及光敏作用达到破坏肿瘤。
1．小功率或中功率氦氖激光照射常用于治疗肿瘤患者放疗或化疗反应，白细胞减少症；面神经炎，三叉神经痛、遗尿症；慢性伤口、慢性溃疡、烧伤创面、过敏性鼻炎；带状疱疹、单纯疱疹、湿疹、口腔溃疡；臀位转胎等。
2．二氧化碳激光适应证（1）散焦照射（输出功率10～30W），常用于肌纤维织炎、肩周炎、慢性腹泻、慢性风湿性关节炎、神经性皮炎、附件炎等。（2）烧灼（输出功率30～80W）常用于治疗皮肤粘膜的肿痛、痣、疣、鸡眼、子宫糜烂等。（3）切割（输出功率100～300W）聚集后做为光刀“施行手术”。
1．红外线疗法
用于医疗的红外线光谱分为长波红外线和短波红外线二部分，其波长分别为15～1.5微米和1.5微米～760纳米。红外线透入机体的深度是0.05～l0毫米，其中长波部分只能达到皮肤的表层，短波部分可达皮下组织。红外线的主要生物学效应是热作用。
红外线的热作用使被照射局部的血管扩张，血流加快。局部热可被血流带至全身，使全身的血管扩张。热还能促使细胞的吞噬作用加强、局部代谢旺盛、细胞的氧化过程加快和肌张力降低。
红外线照射有明显的改善局部血液循环的作用，促进局部渗出物的吸收和肿胀的消退。可降低肌张力，缓解肌肉痉挛。止痛、消炎，可消除浅表组织的慢性炎症。
2．紫外线疗法
紫外线主要靠人工方法获得，紫外线透入人体皮肤的深度不超过0.01～1毫米。大部分在皮肤角质层和棘细胞层中吸收，使细胞分子受激呈激发状态，形成化学性极活泼的自由基，因而产生光化学反应如光分解反应、光化合反应、光聚合作用和光敏作用，故有化学射线之称。
紫外线的治疗作用有：①杀菌作用，②消炎作用，③止痛作用，④促进伤口愈合，⑤脱敏作用，⑥抗佝偻病，骨软化症。⑦长波紫外线与光敏剂合用治疗牛皮癣与白癜风。
3．激光疗法
受激辐射光称为激光，以各种形式的激光治疗某些疾病的方法，称为激光疗法。
激光的主要特征有高度定向性、亮度高、单色性好、相干性好等。
激光的生物学效应有热效应、压力效应、光化学效应、电磁效应等。
激光的治疗作用依其能量的大小而不同，低能量的激光主要有抗炎和促进上皮生长的作用，高能量激光由其对组织的破坏作用，可用于切割、烧灼或焊接组织。