激光在美容医学中的应用

激光(light amplification by stimulated emission of radiation,LASER)学是20世纪60年代发展起来的一门新兴学科,是继原子能、计算机和半导体技术之后的重大科技成果之一。自诞生第一台激光器以后近40年里,激光技术已经渗透到生物、化学、物理、医学领域,形成激光物理学、激光化学、激光生物学和激光医学等许多新的边缘学科。近年来,激光在美容整形及烧伤外科、美容皮肤科中的应用日趋广泛,现将其有关内容综述如下。

1　激光器的产生和发展1916年爱因斯坦提出的"自发和受激辐射"理论是现代激光系统的物理学基础。但是,在此之后的40多年里,一直没有人在实验室证实受激辐射的存在。20世纪50年代,由于无线电技术的迅速发展,Schawlow和Townes依据爱因斯坦的理论,将电磁波的研究范围从短波扩大到微波波段,研究成功了当时被称为MASER的一种仪器,即微波激射器,又称微波量子放大器,这种设备可使微波束更趋于集中。1958年,他们又将微波激射器原理从微波扩大到了光谱波段,提出了激光器理论。此时,Theodore Maiman也正在进行这方面的研究。1960年,他成功地应用人工合成的淡红色宝石晶体制造出世界上第一台激光器,为输出波长694.3nm,脉能400mJ的相干光,被称做激光。为了表明其威力,Maiman用毫米波的脉冲激光在一打剃须刀片上成功地进行了一次钻孔实验。之后的4年里,激光器家族又相继出现了许多种类型:1961年,Java等研制成功了波长1150nm、近红外线的氦氖(He-Ne)激光器;同年,Johnson发明了掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器;1962年,Bennett研制成功了波长为488nm的氩(Argon)激光器;1964年,Pate等又发明了二氧化碳(CO2)激光器。随后,多种固体、气体和半导体激光器相继问世,标志着一门新兴学科--激光技术的形成。

2　激光器的工作原理激光器一般由三个主要部分组成:①激励能源;②工作介质(为气体、液体、固体或半导体材料);③激光共振控。在一个激光系统中,激光的工作介质在没有受到激励以前,绝大多数粒子处于稳态,粒子的原子核带正电,核外电子带负电,电子处在核外的一些特定的轨道上围绕原子核不停地旋转着。当激光的工作介质受到激励(如强光照射)从外界获得适当能量时,电子就会从能量较小的轨道跃迁到能量较大的轨道上去,呈亚稳态级状态,实现粒子的反转,亚稳态能级上的部分原子自发跃迁到低能级而返回稳态,同时放出能量,即光子,此类光子称为自发辐射光子。自发辐射光子在共振控内呈布朗运动,随着运动,可能会碰撞到其它电子,使其跃迁到稳定的状态,从而放出更多的光子,产生受激辐射。自发辐射光子的传播方向不一,凡不沿工作介质轴线方向传播的以及由它诱发产生的受激辐射光子,都很快地从工作介质的侧面逸出,而沿轴线方向传播的自发辐射光子以及由它诱发产生的受激辐射光子传播至共振腔内的部分反射镜时,少量光子透射出去,大部分被反射回工作介质。被部分反射镜反射重新回到工作介质的光子,继续诱发新的受激辐射,光同时被放大,继续传播遇到全反射镜时,光子全部被反射。被反射镜反射出来的光子,再次进入工作介质,诱发新的受激辐射,光进一步被放大,光子在共振腔中来回振荡,受激辐射不断增强,光不断被放大,当光子增加到一定数量时,便能从部分反射镜一端连续地、稳定地输出激光。激光同样是一种光,也同时具有波动性和粒子性,但不象太阳光那样是天然存在,而是人工激活的特定活性物质,在特定的条件下产生的受激发光。激光器是强相干光源,它所发出的激光是一种受激辐射相干光,是在一定条件下电场和激光工作物质相互作用的结果。激光具有高度的定向性、单色性、亮度和相干性。激光的波长或频率决定了它的特性。当激光接触到作用物时,作用强度依赖于波长和作用物的组成成分。激光可以发生反射、折射和散射、或被作用物质吸收。机体的血红蛋白、黑色素以及外源性的文身色素等是机体吸收激光光能的主要物质。在临床应用中,当激光作用于组织时,激光光能只有被组织有选择的吸收,临床效果才能达到最佳。

3　激光的临床应用

3.1　血管病变皮肤血管病变是目前应用激光治疗的最普遍的疾患,选择性的光热分解原理⁽¹⁾使激光治疗不再仅仅局限于成人的皮肤血管病变,而且逐渐开始应用于婴儿及幼儿患者,并且治疗后的疤痕不明显。在20世纪80年代末,成人的葡萄酒色斑的治疗效果已经很好,现在已有许多学者报导应用激光治疗儿童葡萄酒色斑达到很好的疗效。治疗效果的差异主要在于治疗部位的不同。Tan等⁽²⁾应用闪光灯泵浦脉冲染料激光(the flashlamppumped pulseddye laser)对35例14岁以下患者进行治疗,效果良好,完全去除了病变组织。Reyes和Geronemus.⁽³⁾报导73例6个月～14岁患者,其中,经过一次治疗53%的患者病情有很大程度改善,33例患者经过平均2.5次的治疗75%色斑褪色。Morelli和Weston.⁽⁴⁾建议在出生后7天～14天进行早期处理,6个月时进行全面的治疗,在报导的132例患者中,25%的患者在18个月前获得了全面的治疗,如在出生18个月后进行治疗,在使用相同的治疗次数则仅有约7%～10%的患者获得了满意的疗效。对激光治疗草莓状血管瘤的疗效有着很大的争论,有报导.[5,6]应用氩激光和掺钕钇铝石榴石激光可以减缓瘤体的增长,同时诱导其退化。但这一结论并未引起共识。近来有报导称应用闪光灯泵浦脉冲染料激光治疗血管瘤达到了一定的效果.[7],然而,其应用价值是有限的。先天性动脉畸形的处理通常选择高度选择性的畸形血管栓塞与外科手术相结合,如术前应用激光治疗则会收到较好的效果,在外科切除过程中,可以明显减少出血。动脉畸形的体表外露部分可以应用闪光灯泵浦脉冲染料激光进行治疗,临床可能将会有较大的应用前景。激光治疗皮肤的血管病变后常可见到治疗区域皮肤有色素改变,但一般在术后3月～6个月时逐渐减退。应用闪光灯泵浦脉冲染料激光可能会引起患者疼痛感,多数成年患者对疼痛的程度可以忍受,部分人在术前可以静脉内或肌肉内注射镇静剂,而婴儿或儿童则需给与全麻。应用氩激光治疗可能会引起瘢痕形成,一般认为照射剂量过大是引起瘢痕的主要原因,上唇、下颌等处最易发生。可能这些部位对激光照射最为敏感。而应用闪光灯泵浦脉冲染料激光治疗则很少形成瘢痕。一般,面、颈部的血管病变的治疗效果优于躯干及肢体。

3.2　激光治疗瘢痕1982年Bailin.⁽⁸⁾首次报导应用连续波二氧化碳激光切除瘢痕疙瘩获得成功,并论述了激光在无创伤性和抗炎症性方面的优势。1983年,选择性光热分解理论的建立,使激光技术获得了飞跃性进展,出现了高能量、目标特异性的脉冲扫描激光。在这之前,激光治疗的目标选择性差,经常造成治疗区域周围的正常组织或细胞损伤。而这种高能量脉冲扫描激光器具有高度的目标特异性,可最大程度地减少瘢痕形成。氩激光是最早应用于增生性瘢痕和瘢痕疙瘩治疗的激光类型之一。它被认为.⁽⁹⁾激光照射可使毛细血管凝固,导致局部组织缺氧,并伴随糖酵解,产生乳酸,降低局部组织的pH值,导致酶(包括胶原酶)的释放,粒细胞溶解。胶原酶的释放,致使胶原溶解,使增生的瘢痕组织变软、平坦。这表明激光治疗的疗效是组织中的胶原酶释放的直接结果,同时可能也与d2-巨球蛋白(胶原酶抑制剂)的减少有关。但也有学者对氩激光的治疗效果提出疑义.⁽¹⁰⁾,他们认为,氩激光的作用机制是激光的热传导引起真皮组织皱缩,但治疗常限于机体的体表,所以仅能达到短期的治疗效果。掺钕钇铝石榴石激光对胶原的代谢也可产生影响,初步研究显示应用此激光处理过的猪皮肤中胶原的含量减少.⁽⁹⁾。胶原的产生在掺钕钇铝石榴石激光直接的光生物学效应作用下被选择性地抑制,而成纤维细胞中的DNA复制和细胞活力并未受影响.⁽¹¹⁾。在常规切除或二氧化碳激光汽化作用的配合下,掺钕钇铝石榴石激光减少胶原合成以及治疗增生的瘢痕组织的效果将更好。瘢痕外观持久发红是血管过度增生的表现,血管增生可引起成纤维细胞增生和 胶原过量沉积。自有血管特异性、波长585nm的闪光灯泵浦脉冲染料激光在增生性瘢痕及瘢痕疙瘩中的应用后,治疗效果有了明显改善。1995年,Alster和Williams.⁽¹²⁾将胸骨切开术后形成的胸骨瘢痕组织分为左右各半,即治疗组和对照组。通过分析瘢痕皮肤的表面结构、红斑、组织学特性、瘢痕高度、中心部的柔软度以及症状学,证实激光治疗组瘢痕组织在治疗后6个月,上述各方面较对照组均有改善。对闪光灯泵浦脉冲染料激光治疗能使瘢痕组织变平、软化的机制目前并不清楚。可能是激光治疗后真皮微血管灌注减少,组织缺氧,致使组织胶原代谢的改变;同时在激光的热效应的作用下,胶原纤维间的二硫键断裂,胶原纤维发生重排.⁽¹³⁾。

3.3　激光用于面容老化近几年,激光大量应用于颜面部过早衰老及皮肤皱纹过多的整形外科重塑,其中二氧化碳激光是应用最广、最多的类型之一,新一代的二氧化碳激光是依据光热分解原理制成的.⁽¹⁾。与老一代连续波二氧化碳激光的区别是具有快速的脉冲。这类激光对颜面部皱纹过多及易衰老的皮肤有效,治疗的方法因人而异。主要作用于皮肤表皮及真皮浅层,气化去除颜面部原有的皱褶皮肤,使真皮浅层菲薄的胶原纤维带发生变性,新生出相对平坦的表皮,由新生的胶原纤维代替变性的胶原纤维,从而使皮肤绷紧,去除细小皱纹,增加皮肤的弹性和光泽,同时可以防止其它与治疗无关的细胞受到损伤。浅色皮肤的治疗效果较好,深色皮肤应同时配合使用漂白治疗,以防止术后过度的色素沉着。在治疗之前应先进行大约3周的皮肤护理,并且做好充分的术前准备工作,愈合过程通常需要2周的时间,术后治疗区域皮肤发红可能会持续6周～8周时间。术后应防止阳光曝晒,皮肤护理需继续维持至完全愈合。如发现有早期瘢痕形成或相应表现,应立即局部行类固醇类药物的治疗。色素过多可以同时应用氢醌(脱色剂)或其他漂白类药物。激光治疗除能产生新生的胶原纤维外,也起到一定的胶原收缩作用。这一现象在许多年前曾被描述于角膜组织.^(14，15)。关于皮肤的胶原收缩作用Ross等.⁽¹⁶⁾报导应用二氧化碳激光行面部年轻化手术可引起胶原纤维收缩。治疗面积在治疗后立即收缩了10%～30%。Gardner等.⁽¹⁷⁾进行组织学研究表明,激光导致了真皮胶原束的排列及其特性的明显改变。在激光皮肤年轻化手术与皮肤磨擦术、化学剥脱术的对比研究中,经过激光面部皮肤重塑后,位于面颊和鼻唇沟部位的松弛皮肤以及多余的眼睑部分皮肤都可得到一定程度的改善,而在化学剥脱术或皮肤摩擦术后却很难达到这一效果。许多学者建议进行全面部的激光治疗,以便引起整个面部皮肤的紧缩。但这方面的临床及组织学研究有限。激光面部年轻化手术的并发症包括:色素改变,疥癣,粟粒疹,增生性瘢痕,以及器官的外翻畸形。在进行局部治疗时,也可能引起皮肤或眼球角膜的损伤。

3.4　色素改变及其它色素改变的治疗由于激光选择性光热分解理论的应用而发生了重大突破。在这之前,激光治疗大多会遗留有让人难以接受的瘢痕组织。美容性文身在过去的二十年里非常流行,但当某种原因需要去除时,则困难重重。在应用Q-开关掺钕钇铝石榴石激光、Q-开关红宝石及Q-开关翠绿宝石激光后,美容性文身,尤其是多色彩美容性文身的治疗获得了相当程度的成功.^(18-20),在Q-开关激光的高能激光作用下,光能可被皮肤中的色素颗粒-文身墨吸收,使色素颗粒气化并碎裂,而细胞框架可完整的保留下来,在其后的炎症反应过程中,颗粒碎屑被吞噬细胞吞噬,并被排出体外,而被消化了色素颗粒的细胞,可在较完整的细胞框架基础上,很快得到修复,从而最大程度的去除了文身。Q-开关激光只破坏色素颗粒或色素细胞,而邻近的正常细胞不被破坏,而使其损伤降至最低。当然,此方法也存在一些局限性,如白色文身对激光治疗反应较差就是其中之一。应用超速脉冲二氧化碳激光行显微毛发移植术也有报导,可减少水肿、出血和植皮时间.⁽²¹⁾,但激光是否影响移植皮片存活目前仍不清楚.⁽²²⁾。疣可用闪光灯泵浦脉冲染料激光或二氧化碳激光治疗。Kauvar等.⁽²³⁾报导在术后3月～9个月,有83%～99%的疣消退。激光被用作美容外科手术器械是个有争议的问题。Mittelman等.⁽²⁴⁾在评价激光的作用时,与传统的电烙器和电刀进行对比。在组织学方面激光(CO2、ND:YAG等)会造成更大的组织损伤,但用激光止血优于电烙器。这些研究只是局限于手术中,而并未考虑到术后的伤口愈合以及长期效果。已有报导应用激光行睑成形术获得了较好的效果。Glassberg等.⁽²⁵⁾在调查了4000多例患者后表明,激光睑成形术可减轻水肿、皮下血肿以及术后疼痛,而未发现其它严重的并发症。

4　激光安全性问题激光的危害包括光辐射、化学物化、高压电、噪音、低温制冷剂以及电源的X射线等因素造成的各种危害。对于有经验和仔细的操作者来说,激光是非常安全的。但仍应对其安全性问题引起注意。对超过安全阈值的激光,要穿上白色工作服,戴手套,不让激光直射皮肤并防止反射、散射光照射皮肤。遮光镜是用于任何治疗中波长激光的防护用具。当患者需要行面部治疗时,眼睛应以角膜罩进行保护。激光气化形成的含碳及组织分解产物的烟雾,可以吸入而沉积于工作人员的肺泡中,故术野需有吸尘装置,手术室应有良好的抽气设备。激光可引起麻醉剂的起火和爆炸,也可引起物品着火,室内禁止有易燃易爆的物品,并应备有紧急起火时的报警设备。激光治疗室应限制出入量,并由专人负责。综上所述,激光在美容医学中的应用为以往治疗效果不理想的方法提供了一定程度的弥补作用,并为美容治疗提供了一种新的尝试,它将逐渐成为美容医学的一种重要的工具和治疗方法。

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收稿日期　1994-04-21

编辑/姜如蓉

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