低能量激光技術(shù)對周圍神經(jīng)再生的機制和特點*

李伯翰 郭偉偉 謝 瀟 王 霄

低能量激光技術(shù)對周圍神經(jīng)再生的機制和特點*

李伯翰 郭偉偉 謝 瀟 王 霄

周圍神經(jīng)損傷是一種臨床上預后較差的疾病，其癥狀為神經(jīng)支配區(qū)域的功能障礙及神經(jīng)病理性疼痛。治療神經(jīng)損傷的關(guān)鍵是恢復運動和感覺功能，而常用的縫線縫合法已經(jīng)無法滿足需要。激光治療作為一種潛在的修復神經(jīng)損傷的方法已被廣泛研究。利用激光的穿透性以及生物學熱效應可加速和改善受影響神經(jīng)組織的再生。本文綜述了低能量激光技術(shù)對周圍神經(jīng)再生的機制和特點。

周圍神經(jīng)損傷；低能量激光；周圍神經(jīng)再生

周圍神經(jīng)損傷是臨床診療中的常見疾病。近年來,周圍神經(jīng)損傷的修復治療方法成為目前的研究熱點。周圍神經(jīng)損傷，可因外傷、燒傷、感染、壓迫缺血、腫瘤和營養(yǎng)代謝障礙及醫(yī)源性損傷等多種原因引起，主要表現(xiàn)為該神經(jīng)支配區(qū)的運動，痛、溫、觸等感覺和營養(yǎng)發(fā)生障礙。臨床上表現(xiàn)為肌肉癱瘓，皮膚萎縮，感覺減退或消失，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。關(guān)于激光對外周神經(jīng)損傷的研究早期研究中，主要就局限在氦氖激光中的可見光等(波長632納米)[1]，近期學者的研究更多的將目光轉(zhuǎn)向能發(fā)出的近紅外光(波長780-830納米)的半導體激光儀[2]。低能量激光(low levellasertherapy，LLLT)技術(shù)作為新型技術(shù)具有促進干細胞增殖分化和組織修復再生的作用，目前，已經(jīng)廣泛應用于再生醫(yī)學領域，在周圍神經(jīng)損傷領域中，因為其安全性、有效性而被越來越多的學者研究。激光照射促進神經(jīng)再生的可能機制雖然近十幾年來分子生物學飛速發(fā)展，但是激光照射的生物學機制仍未完全闡述清楚。本文綜述了低能量激光(LLLT)技術(shù)對周圍神經(jīng)再生的機制和特點。

1.低能量激光照射方式

由于神經(jīng)組織位于皮膚、肌肉下方，所以照射方式多采用經(jīng)皮的方式給予激光干預或者直接照射神經(jīng)。經(jīng)皮照射和直接照射兩種的治療方式均起到了較好的治療效果。相比較經(jīng)皮照射的治療方式比較安全與便捷，而且可以在單位時間內(nèi)增加照射的頻率與周期，造成熱損傷概率較小。激光照射治療利用激光的穿透性以及生物學熱效應可以促進受損神經(jīng)軸突再生修復，促進受損神經(jīng)軸突由近中向遠中方向再生，進而修復受損神經(jīng)，此外，通過照射受損神經(jīng)相應的脊髓節(jié)段可以顯著減少神經(jīng)元的退行性變化并且誘導星型膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞的增殖[1]。由此可推斷：低能量半導體激光可以增加神經(jīng)元的代謝活動，并且促進髓鞘的生成。報道經(jīng)皮激光照射同時輔助激光照射受損神經(jīng)和他對應的脊髓節(jié)段，這種聯(lián)合治療方式作用會相助增加[2]。低能量激光照射在臨床中治療糖尿病性神經(jīng)病變，多采用的直接對病變部位進行照射治療。結(jié)果顯示,激光療法通過改善末梢血液循環(huán)從而顯著性改善糖尿病末梢神經(jīng)病變[3]。

2.低能量激光照射對周圍神經(jīng)組織學的改變

外周神經(jīng)損傷病理學會有神經(jīng)軸突水腫、裂崩解變性、脫髓鞘，在受損神經(jīng)遠端會出現(xiàn)瓦勒氏變性等一系列的病理性改變。Mohammad等[4]應用低能量鎵鋁砷901nm半導體激(功率10mW，光斑面積6cm2)對大鼠坐骨神經(jīng)鉗夾損傷照射治療，采用術(shù)后經(jīng)皮直接接觸，10m in/d，照射治療總療程共10d。發(fā)現(xiàn)術(shù)后2、4、6和8周經(jīng)激光照射后損傷外周神經(jīng)中神經(jīng)纖維直徑和郎飛節(jié)間神經(jīng)長度顯著高于未經(jīng)激光照射單純手術(shù)損傷組。Bagis等[5]早期通過臨床和實驗研究發(fā)現(xiàn)，砷化鎵紅外發(fā)光治療可提高神經(jīng)功能并增加軸突數(shù)量以及促進髓鞘產(chǎn)生。以上研究選擇的損傷模型多為鉗夾損傷(Sunderlander II)，離斷性損傷，單純利用激光是沒有完全修復的。為此，M iloro等[6]選取兔下牙槽神經(jīng)為研究對象，建立神經(jīng)離斷損傷模型，利用聚四氟乙烯導管橋接吻合受損神經(jīng)斷端的基礎上輔助低能量半導體激光照射治療，其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)半導體激光促進神經(jīng)纖維從斷端長入到導管，并穿過導管連接到損傷段。且有助于減少聚四氟乙烯導管吻合處的瘢痕形成。激光照射組的軸突的密度、軸突的直徑和總神經(jīng)束膜的面積也相應顯著性高于對照損傷組。也有學者利用低能量半導體激光同時輔助聯(lián)合照射周圍神經(jīng)所支配的脊髓階段的皮膚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低能量半導體激光照射經(jīng)皮膚直接照射受損外手神經(jīng)時，生物刺激效應改善神經(jīng)周圍組織的血液循環(huán)及新陳代謝，改善受損神經(jīng)微環(huán)境，進而能促進軸突再生[7]。通常情況下，神經(jīng)再生軸突再生時間為：20-40d才能穿越損傷部位的瘢痕到達遠端，但是在很多情況下，由于神經(jīng)斷端形成瘢痕而阻礙神經(jīng)軸突生長，無法穿越損傷部位的瘢痕到達遠端，造成畸形并損害正常的功能，從而導致肢體的功能障礙。針對離斷損傷后，神經(jīng)斷端處瘢痕問題，Buchaim等[8]利用纖維蛋白聯(lián)合低能量激光修復大鼠面神經(jīng)頰支，其實驗結(jié)果有效的減少神經(jīng)再生過程中瘢痕的形成。激光抑制瘢痕主要作用于血紅蛋白，同時激光的熱效應對膠原蛋白發(fā)揮一定作用；并通過抑制成纖維細胞的膠原合成與沉積是防治增生性瘢痕的重要途徑。目前，大量的動物實驗和臨床實踐表明，弱激光照射能夠減輕周圍神經(jīng)損傷后的病理改變，抑制增生性瘢痕成纖維細胞，從而減少瘢痕的形成[1,9]。Rochkind等[9]使用神經(jīng)導管連接被大鼠切斷的坐骨神經(jīng)，在之后的實驗中采用780nm激光照射神經(jīng)導管連接部位，以此來評估弱激光在周圍神經(jīng)損傷后吻合瘢痕修復生長和再生后的重建效率，實驗結(jié)果證明780nm激光照射能夠提高術(shù)后經(jīng)神經(jīng)導管連接處的神經(jīng)組織的再生速度，及降低周圍神經(jīng)損傷后吻合瘢痕的形成。

3.低能量激光照射改善周圍神經(jīng)的電生理

Bze等[10]研究低能量鎵化砷半導體激光(功率27mW、時間3m in)對大鼠坐骨神經(jīng)照射治療，發(fā)現(xiàn)低能量半導體激光照射治療可以明顯提高損傷后大鼠坐骨神經(jīng)動作電位(最大振幅與潛時期)。Rochkind[9]建立大鼠坐骨神經(jīng)理短損傷(剪斷并切斷5mm)，然后在離斷神經(jīng)斷端吻合移植生物可降解導管，利用功率200mW的低能量半導體激光，術(shù)后第二天，位于L3-6脊髓部位照射(經(jīng)皮照射方式)14d，每日照射 15m in，照射點距離皮膚2mm。結(jié)果顯示在軀體感覺誘發(fā)電位、坐骨神經(jīng)功能的恢復和再生軸突的數(shù)量方面激光治療組明顯優(yōu)于未治療組。進而證明780nm半導體激光照射對外周神經(jīng)損傷后的改善損傷神經(jīng)動作電位的作用。Takh tfooladi等[11]研究發(fā)現(xiàn)(685nm,3J/cm2)的低能量半導體激光可以顯著性提高損傷的坐骨神經(jīng)的動作電位的振幅與潛時。

4.低能量激光照射影響與神經(jīng)再生有關(guān)的細胞增殖

外周神經(jīng)受損時，雪旺細胞能為神經(jīng)生長提供必要的因子，故成為不可或缺的核心細胞。Camara等[12]利用波長904nm、功率26.3mW、光斑面積0.63cm2低能量半導體激光照射挫傷的坐骨神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)激光照射組中坐骨神經(jīng)的雪旺細胞及神經(jīng)元的數(shù)量明顯高于未經(jīng)激光照射的對照組。Zhang等[13]采用低滲脫細胞方法制備的脫細胞同種異體神經(jīng)移植物聯(lián)合660nm的鎵鋁砷激光照射修復大鼠坐骨神經(jīng)的缺損，發(fā)現(xiàn)激光組的有髓纖維數(shù)目增多，損傷坐骨神經(jīng)近端雪旺細胞數(shù)量增多，證明激光可以提高神經(jīng)元的增加和髓鞘再生的能力。弱激光刺激神經(jīng)細胞分泌神經(jīng)生長因子、神經(jīng)膠質(zhì)細胞以及基質(zhì)蛋白。Bagis也發(fā)現(xiàn)砷化鎵紅外發(fā)光治療可以促進損傷神經(jīng)神經(jīng)元數(shù)量增加[5]。

郭蜿華等[14]低能量氦氖激光照射交感神經(jīng)節(jié)細胞(體外培養(yǎng))，初步觀察到氦氖激光照射促進交感神經(jīng)節(jié)細胞突起的生長。該研究利用低能量(功率12mW)氦氖激光照射受損的神經(jīng)干部位,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)軸突軸漿的運輸速度及能力有效增加，進而促進受損神經(jīng)細胞的新陳代謝功能。史永明等[15]利用氦氖激光定時小劑量照射受損的神經(jīng)干近側(cè)部，發(fā)現(xiàn)低劑量氦氖激光有利于受損神經(jīng)干部位的炎癥消退,激光生物熱效應通過促進神經(jīng)軸漿運轉(zhuǎn),加速損傷神經(jīng)機能的恢復,進而促進切斷神經(jīng)纖維的再生。

5.低能量激光刺激神經(jīng)生長因子及基質(zhì)蛋白

周圍神經(jīng)損傷后起，其修復再生微環(huán)境中雪旺細胞、神經(jīng)營養(yǎng)因子和炎癥細胞在微環(huán)境中共同作用，因而損傷處的局部微環(huán)境對神經(jīng)再生尤為重要。Barbosa[16]研究發(fā)現(xiàn)，利用波長810nm低能量半導體激光連續(xù)(能量密度為68J/cm2；照射療程7-14天)照射體外培養(yǎng)的嗅鞘細胞，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過激光照射后嗅鞘細胞增殖顯著。在能量密度為0.2J/cm2時，嗅鞘細胞可以有效提高分泌各類生長因子的能力：分泌腦源性神經(jīng)生長因子、神經(jīng)生長因子及神經(jīng)膠質(zhì)源性生長因子能力顯著性高于68J/cm2組與未照射組。這表明合適參數(shù)的第能量半導體激光可促進體外培養(yǎng)的嗅鞘細胞增值和促進其分泌生長因子的作用。Shin等[17]通過利用低能量激光照射損傷后坐骨神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)中生長相關(guān)蛋白43(grow th associated protein-43，GAP-43)的表達顯著增加。損傷后3-4周，免疫熒光檢測治療組GAP-43陽性數(shù)量顯著高于未經(jīng)激光照射組，在損傷后3周達到高峰。

6.目前低能量半導體激光對損傷神經(jīng)損傷治療現(xiàn)存問題

低能量半導體激光照射治療具有操作便捷、安全有效等優(yōu)點。但是也有學者報道低能量半導體激光對外周神經(jīng)損傷無顯著性治療效果[9]?？傊挥刑囟úㄩL和能量密度的低能量激光才可促進周圍神經(jīng)再生。激光治療參數(shù)、照射方式及治療療程要求相對嚴格，治療效果還不夠穩(wěn)定。沒有一個標準治療指南。低能量半導體激光治療外周神經(jīng)再生修復機制仍有待進一步研究。

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨立．

7.發(fā)展方向

綜上所述，大量文獻報道低能量激光對損傷神經(jīng)的修復均有促進再生修復受損神經(jīng)作用，低能量激光照射受損外周神經(jīng)的方法安全、副作用小、不產(chǎn)生耐受性。但低能量激光的生物熱效應及生物刺激作用具有非特異性,但是，目前治療效果還不穩(wěn)定，治療的最終效果還受到激光參數(shù)等影響、因而激光治療功率、能量、偏振方式、照射時間、輸出波長、輸出功率,照射方式、療程時間安排仍有待于進一步研究。

[1]隋健夫，劉 冰，鄧天政，等.大鼠下頜骨牽張成骨的蛋白質(zhì)組學分析[J].口腔頜面修復學雜志,2013,14(2):1-5

[2]Buchaim R L，Andreo JC,Barraviera B,etal.Effectof lowlevel laser therapy(LLLT)on peripheral nerve regeneration using fibrin glue derived from snake venom[J].Injury,2015，46(4):655-660

[3]W ang C Z,Chen YJ,W ang YH,et al.Low-level laser irradiation im proves functional recovery and nerve regeneration in sciatic nerve crush rat injury model[J].PLoSOne,2014，9(8):e103348

[4]蔡 潔,董繼宏,汪 昕.糖尿病周圍神經(jīng)病變機制的研究進展[J].中國臨床醫(yī)學,2007,14:302-304

[5] Takh tfooladiM A,Jahanbakhsh F,Takh tfooladiHA,et al.Effect of low-level laser therapy(685 nm,3 J/cm2)on functional recovery of the sciatic nerve in rats follow ing crushing lesion[J].LasersMed Sci,2015,30(3):1047-1052

[6] Bagis S,Comelekog lu U,Sahin G,et al.Acuteelectrophysiologic effect of pu lsed gallium-arsenide low energy laser irradiation on configuration of compound nerveaction potential and nerve excitability[J].Lasers Surg Med,2002,30(5):376-380

[7] M iloroM,Halk ias LE,Mallery S,etal.Low-level laser effect on neural regeneration in Gore-Tex tubes[J].Oral Surg Oral Med OralPatholOralRadiolEndod,2002,93(1):27-34

[8]熊國欣,宋偉宏，李立本.不同激光照射方法對周圍神經(jīng)再生的影響[J].激光生物學報,2010，1:1-4

[9] Buchaim DV,Rod rigues Ade C,Buchaim RL,et al.The new heterologous fibrin sealant in combination w ith lowlevel laser therapy(LLLT)in the repair of the buccal branch of the facialnerve[J].LasersMed Sci,2016，31(5):965-972

[10]Rochk ind S,Leider-Trejo L,Nissan M,et al.Efficacy of 780-nm laser phototherapy on peripheral nerve regeneration after neurotube reconstruction procedure(double-b lind random ized study)[J].Photomed Laser Surg,2007，25(3):137-143

[11]BaeC.S,Lim SC,K im KY,etal,Effect of Ga-as laser on the regeneration of in jured sciatic nerves in the rat[J].In Vivo,2004，18(4):489-495

[12]Takh tfooladiMA,Jahanbakhsh F,Takh tfooladi HA,et al.Effect of low-level laser therapy(685 nm,3 J/cm2)on functional recovery of the sciatic nerve in rats follow ing crushing lesion[J].LasersMed Sci,2015,30(3):1047-1052

[13]Cam ara C N,Brito MV,Silveira EL,et al.H istological analysis of low-intensity laser therapy effects in peripheral nerve regeneration in W istar rats.Acta Cir Bras,2011,26(1):12-18

[14]郭蜿華,周漢城,陳其輝.交感神經(jīng)節(jié)的分離細胞培養(yǎng)及掃描電鏡觀察[J].解剖學報,1986，17(1):85-87

[15]史永明,侯建新,張春蓮.氦氖激光和脈沖電流治療神經(jīng)損傷的觀察[J].中華理療雜志,1990,2(2)：24-25

[16]Zhang L X,Tong XJ,Yuan XH,et al.Effects of 660-nm gallium-alum inum-arsenide low-energy laser on nerve regeneration after acellular nerve allograft in rats[J].Synapse，2010,64(2):152-160

[17]Barbosa R I,Marcolino AM,Guirro RR.et al.Comparative effects of w avelengths of low-pow er laser in regeneration of sciatic nerve in rats follow ing crushing lesion[J].Lasers Med Sci,2010,25(3):423-430

[18]Shin D H,Lee E,Hyun JK，et al.Grow th-associated p rotein-43 is elevated in the in jured rat sciatic nerve after low pow er laser irradiation[J].NeurosciLett,2003,344(2):71-74

Themechanism and characteristicsof low energy laser technology for peripheralnerve regeneration

LIBo-han,GUOWei-wei,XIEXiao,WANG Xiao
(Stomotology Departmentof Peking University Third Hospital,Beijing 100091,China)

Peripheralnerve injury wasa common clinic diseasew ith a poor prognosis.The clinicalsymptomsof peripheral nerve injury was the dysfunction of innervation area and the neuropathic pain.The key pointwas to recovery themotor function and sensory function,however,the end to end suture techniccan notsatisfy the treatmenteffect.wasnotavailable to meet the needs.Laser therapy had been w idely used for injured peripheral nerve repair.Laser therapy has effect on peripheralnerve regeneration.Our review described laser therapy technology on peripheralnerve regeneration.This paper reviews themechanism and characteristicsof low energy laser technology forperipheralnerve regeneration.

peripheralnerve injury;low level laser therapy;peripheralnerve regeneration

R782

A

1672-2973(2017)05-0310-04

國家自然科學基金(項目編號：81400528)中國博士后科學基金(項目編號：20130390827)

李伯翰 北京大學第三醫(yī)院 醫(yī)師 北京 100091

郭偉偉 北京大學第三醫(yī)院 護師 北京 100091

謝 瀟 空軍司令部門診部口腔科 主治醫(yī)師 北京100843

王 霄 通訊作者 北京大學第三醫(yī)院 主任醫(yī)師 北京100091

2017-04-23)