《光生物调节作用在生物医学领域中的应用》
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[摘 要]当单色光照射向某些生物体,生物发生的生物效应不是热效应（即温度升高）而是直接产生于辐射.我们将这种单色光照射向生物产生的生物效应称之为光生物调节作用.根据当前研究表明光生物调节作用的作用机理主要有三种,分别文线粒体通路、膜通路以及活性氧通路.本文将着重介绍由刘承宜等人提出的膜通路这一作用机理,通过对光生物调节作用的膜通路机理进行研究,简要阐述光生物调节作用对于生物医学光子学以及生物医学中的应用进行简要阐述,以期利用膜通路这一作用机理对生物医学领域做出一定贡献.
[关键词]光生物调节作用；生物医学应用
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0205-01
引言：我们将激光和单色光对于生物体刺激产生的生物效应统称为光生物的调节作用.根据今年来的临床医学表明,生物体的这种光生物调节作用可以在生物医学领域做出巨大贡献,这充分表现出了光生物调节作用的重要作用.
一、光生物调节作用机理
通过一些科学家的研究表明,光生物的调节作用的机理大致可以分为三种情况.第一是由Karu在1998年发现的线粒体通路,这种光生物调节机理的通路目前在国际上已经得到了承认.第二是由刘承宜等人利用几年的时间提出的膜通路,以及在2003年时发现的活性氧通路.下文将简要阐述膜通路的作用机理.
在物理中我们学到过,光是一种具有波粒二象性的电磁波,其含有的能量为E等于hv（h为普朗克常量；v为单色光频率）.在单色光所蕴含的能量和生物体内色素分子之间的能级间隔相平衡的时候,所照射出的单色光,就能够和生物体内的色素分子产生一定的共振现象.在这种情况下,我们的视觉细胞膜上的色素分子,就能够通过单色光产生共振作用,以此来吸收单色光的能量.但是,除了视觉细胞的费视觉细胞膜上并不包含视觉分子.在1998年Karu经研究发现,平常的单色光对于非视觉细胞膜并没有信号作用,但是通过低强度的激光来刺激我们的非视觉细胞之后,就能够产生相应的信号.据相关专家学者研究表明,单色光和视觉细胞膜上的色素的共振作用,主要就是通过单色光和细胞膜表面的受体的非共振作用作为介导的.站在量子力学的角度上来说,非共振作用是非常微弱的,因此我们可以将其忽略不计.在这里需要我们指出的是,一旦细胞膜上的受体和单色光两者处于相干的状态的时候,受体数目就会逐渐增多,这也就会在很大程度上提高非共振作用的强度.但是这一状态,只有在病理状态下的细胞才会产生.
二、光生物调节作用在生物医学光子学中的应用
当单色光（P）在细胞膜表面的受体（P）传输两者处于彼此作用的时候,即P1+M1等于P2+M2.如果单色光发生了变化,必然导致物质也发生变化,在我们进行研究的过程中,这其中最关键之处就在于：如果物质出现一定的变化的话,那么会不会影响到我们研究物质的理化性质,是否可以将其忽略掉呢?而由于活性氧通路的存在,在生物医学光子学中,我们使用的单色光,需要尽量避免波长为634nm的红色光.对于光生物调节作用来说,不管过程如何,光生物调节作用所产生的最后过程,都必须要镜柜细胞内部的受体,进而产生一定的化学物质之后,最终来传递信号.在信号不断传递的整个过程当中,我们可以充分的借助时间特征,来有效降低光生物调节给生物医学光子研究所带来的一系列影响.接下来,我通过深入的研究分析线性体通路以及膜通路介导的光生物调节作用,希望能够在一定程度上提高光学技术的诊断能力.
上文曾提到,单色光的能力和色素分子能量间隔存在均衡现象的时候,两者就会出现一定的共振作用,并且还会出现跃迁作用.出现共振作用,和低强度激光的计量存在着极为密切的关联,但是和光的强度,并不产生任何的联系.Schindl及其团队发现,同一计量的激光,会在一定程度上导致细胞增殖,在这一过程当中,往往存在着一个最佳响应强度.当激光的强度处于最佳响应强度时,细胞增殖速度是最快的.大量的实验研究表明,在大多数情况下,光生物调节作用是不会产生效应的.这个关于光生物调节作用的阴性结论恰巧可以应用于排除生物医学光子学研究中设计到的光生物调节作用的干扰.
在生物临床医学上,我们将处在病理状态下的细胞上的介导光生物调节作用的受体成为集合受体.在相干状态下的时候,集合受体能够通过放大集合受体数目的非线性的方式,进而导致单色光对集合受体出现非共振激.在这一过程当中,如果结合受体存在着一定的化学配体的话,集合受体和化学受体两者之间就会出现相互作用的现象,进而破坏掉结合受体的相干状态,最终导致生物体在受到单色光的刺激的时候,无法产生光生物调节作用.在生物医学光子学研究领域,我们可以利用光生物调节作用的这一性质来避免光生物调节作用对生物医学光子学的干扰.
无论是通过对实验的经验总结,还是由线粒体模型和膜模型得出的结论,单色光都置于病理细胞表面的受体相互作用.因此,在生物光子学中研究中,对健康生理的研究不受光生物调节作用影响.
三、光生物调节作用在生物医学中的应用
研究有研究发现,光生物调节作用对于细胞凋亡调节功能,并且很有可能光生物调节作用对于干细胞的功能也有非常重要的影响.下文将针对于光生物调节作用在生物医学中应用以及潜在的应用进行讨论.
首先,利用激光光针代替传统针灸的针.中医传统的针灸利用金属制成的针作用于人体穴位,利用光生物调节作用我们可以尝试利用激光光针作用于人体.按照激光光针的强度,我们可以将其分为两种,一种是低强度激光光针,另一种是高强度激光光针.并且激光光针是携带有一定的能量的,高强度的激光光针可以模拟中医中的火针,这样的应用已经在临床实验中产生了一定的疗效.
其次,利用光生物调节作用调节细菌,并且可能在促进伤口愈合中有一定贡献.世界上发现的已知最小的细菌交做纳米细菌,具有细胞膜,并且可以在细胞膜表面长生碳酸磷灰石,这种细菌普遍存在于人血当中,可能是导致人体结石形成的直接原因.最近发现,光生物调节作用可以调节纳米细菌的功能,能够已知其在心血管系统中的作用,有效控制纳米细菌沉淀的形成.
最后,根据相关的研究表明：通过改变莫守提构型的方式,能够在很大程度上改变光生物调节作用的初始过程.在这种情况下,单色光也就能够在一定程度上改变病毒包膜的吸附蛋白构型,进而使得病毒丧失细胞感染的能力.此外光生物调节作用对于乙型肝炎等病毒性疾病均有一定的疗效,但其机理还有待研究.
结语：光生物调节作用目前在生物医学领域的应用已经有了初步的发展,但一些生化反应的作用机理还有待进一步的研究.因此,光生物调节作用在生物医学领域中的应用还有很大的發展空间以及良好的发展前景.我们应该充分利用这种对我们人类健康有利的生物作用,造福人类.
参考文献
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