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【摘 要】本文综述了近年来发光二极管（Light Emitting Diode， LED）在医学及体育学中的研究和应用，包括以下内容：LED与生物组织作用机理的研究;LED作用于细胞的研究;LED作用于动物的研究;LED在临床上的研究;LED在医疗及相关领域及在体育科学中的应用展望。
【关键词】发光二极管（LED）;医学;体育;细胞;动物;临床
1 前言
近年随着激光在基础医学研究和临床上治疗上取得广泛的应用，人们对激光提出了更高的要求，比如照射面积、波长、价格等。半导体技术的飞速发展对这一问题的解决有重大的意义。各种波长的LED被开发出来应用于各行各业，现今，LED在医学领域也广泛大量应用且呈现出良好的发展趋势。本文简要从以下几个方面对LED在医学和体育科学中所做的研究做一个总结，并对它在其他领域的应用和发展做一展望。
2 发光二极管（LED）作用于细胞的研究
2.1 对细胞生长繁殖的影响
华中科技大学博士彭飞[1]用620nmLED非相干光分别以0，0.5，1和2J/c㎡的剂量照射间充质干细胞，而后检测细胞增殖情况，总mTOR和磷酸化mTOR蛋白含量;还分別用0，1，2和4 J/c㎡的剂量照射成骨诱导培养基中间充质干细胞，然后染色观察细胞成骨分化情况。观察发现普通培养基中的间充质干细胞增值明显加快，总mTOR变化不明显，但磷酸化水平有所提高;成骨诱导培养基中的间充质干细胞增值速度不明显，但成骨诱导基中的间充质细胞成熟速度加快。认为低能量非相干光可促进间充质细胞的增值和成骨分化并激活mTOR信号通路。成纤维细胞在伤口的愈合中发挥积极重要的作用，李燕以不同剂量强度的LED照射培养的人皮肤成纤维细胞，48小时候细胞计数发现培养人皮肤成纤维细胞的增殖在89mJ/cm、213.9 mJ/cm照射后无变化，427.8mJ/cm照射后，和对照组相比有很显著的变化。
2.2 杀灭肿瘤细胞
对在体外培养的犬神经瘤细胞和人体胶质瘤细胞，用相关光敏剂在光动力疗法进行干预下进行杀死肿瘤细胞的实验，在波长为728nm和680nm的LED做光源的照射下，在两种细胞系中50%-86%的肿瘤细胞被杀死。
3 发光二极管（LED）作用于动物的研究
3.1 消炎促进组织的修复
软组织损伤在日常生活中和体育运动中都是极为常见的，其中大部分是骨骼肌的损伤，沈阳军区软伤治疗与康复中心的王建国等[2]用66只健康雄性Wistar大鼠进行实验，将大鼠随机分成正常对照组、自然愈合组合红光照射组，采用自制打击装置建立大鼠急性腓肠肌损伤模型。结果显示与自然愈合组相比，红光照射组大鼠腓肠肌在在损伤后第3天炎细胞就开始减少，在第5天炎细胞明显减少，在第7天炎症反应基本消失，而自然愈合组直到损伤第14天仍有炎症反应;IGF-1的表达与自然愈合组相比，损伤后第1天，红光照射组的表达量是自然愈合组的两倍有余，而且升高幅度也较自然愈合组明显。得出结论认为红光照射可以显著缩短急性软组织损伤的炎症持续时间，增强损伤部位IGF-1的表达，加速受损肌肉的再生和修复。杨雅丽[3]等也进行了这方面的动物研究，将66只大鼠分为正常对照组、自然愈合组和红光照射组3组。然后造大鼠急性腓肠肌损伤模型，在造模前和造模后第1，2，3，5，7天测量大鼠机械缩足反射阈值（MWT），同时在造模后的同样时间测定受损组织中细胞因子IL-1β和PGE2的的含量，研究发现红光照射组大鼠MWT明显低于自然愈合组大鼠，损伤后的第1，2，3，5，7天，红光照射组大鼠损伤组织中细胞因子IL-1β和PGE2的表达量均显著低于自然愈合组。红光照射能明显降低损伤组织中促炎和致痛因子的表达，具有抗炎和止痛的作用。
3.2 抗氧化促进疲劳的恢复
贾丹兵[4]等用大耳白兔进行实验，将42只大白兔随机分成3组对照组，照射1周组合照射2周组，照射组每天红光照射全身3h，强度为30J/c㎡，照射1周或2周后取心肌、肝脏或骨骼肌组织分别测定NAD、AMP、ADP、ATP含量，发现照射组各脏器中的能量物质的含量比对照组高，并且照射2周的骨骼肌中的NAD、AMP、ADP、ATP含量显著性升高。因此得出红光照射可以提高机体的抗疲劳能力。华南师范大学的曾常春[5]等用LED直肠内照射大鼠实验性溃疡性结肠炎组织，发现LED肠内照射可以促进溃疡性组织的修复，显著降低血清MDA水平，升高SOD活性，有抗过氧化损伤和促进组织修复的作用。
4 发光二极管（LED）在临床上的研究
4.1 新生儿黄疸的治疗
新生儿黄疸是新生儿期间的常见多发病，是由胆红素的大量聚集所致，表现为皮肤、粘膜和巩膜等的黄染症状，严重时甚至会危及生命。体内的胆红素吸收光线后可使其构型发生改变，由脂溶性转变为水溶性衍生物，经胆汁和尿液排出体外，从而改变胆红素在体内的代谢途径减轻新生儿的黄疸症状[6]。张玉梅[7]通过收集某医院近两年106例新生儿黄疸患者的的临床资料，发现对新生儿进行蓝光照射治疗，可以明显缓解和改善其临床症状。高琦等为了比较LED蓝光、LED白光和普通蓝光对治疗新生儿黄疸的疗效进行了研究，将90例极低体重儿随机分为三组，发现LED蓝光治疗新生儿黄疸的疗效比其他两组显著，并且副作用也比其他两个组要小。
4.2 创伤愈合的治疗
我国医务工作者刘剑梅等[8]用红光治疗软组织感染在临床上进行实验，发现参与实验的112例患者，治愈103例，显效5例，好转4例，治愈显效率为96.4%，表明红光照射可以加快组织细胞的新陈代谢和肉芽组织的形成，有明显的消炎止痛促进痂皮形成的作用。国外学者Schmidt[9]对LED促进创面愈合的疗效进行了随机双盲的临床实验，用波长为660nm，强度15mw/c㎡的LED治疗仪对432名手术伤口愈合迟缓和有皮肤溃疡的患者进行相应部位的照射，得出660nmLED对皮肤溃疡和伤口愈合有显著疗效。临床研究报道LED光照对各种外伤和疾病所导致的愈合缓慢或无法愈合的伤口，治疗效果显著，值得大面积推广。 4.3 皮肤病的治疗
付敏等[10]对LED红光治疗带状疱疹后遗神经痛的疗效进行了临床实验研究，将82例PHN患者随机分为对照组和治疗组，两组同时服用消炎止痛中药，治疗组用波長630-635nm的LED红光照射病灶部位，15min/次，1次/天，7天一个疗程，两个疗程判断疗效，对照组不接受照射。结果治疗组的治愈率和总有效率和对照组相比有显著性差异，表明红光LED治疗PHN有显著的疗效。王黎[11]在红光对带状疱疹的治疗效果上研究得出，早期红光照射可以促进炎症的吸收和溃疡的愈合，起到消炎止痛的作用，减轻患者的痛苦，并可以防止继发感染，缩短病程。程飚等报道红-蓝光联合治疗痤疮取得显著的效果，用红光蓝光混合使用照射患部，可在很大程度上提高治愈率，使患部的皮肤最大限度的复原。魏勋斌等医务工作者报道便携式发光二级管（LED）蓝光治疗仪对中、轻度痤疮有明显疗效，可大幅降低痤疮引起的炎性皮损数目，且基本上没有任何毒副作用。
4.4 其他方面的研究
LED光疗对生物钟的调节、睡眠障碍、情感障碍等方面都有显著地疗效。有研究报道波长470nm的蓝色LED光源对健康受试者的生物节律能产生影响，并证实这种影响是有效和高度安全的[12]。研究表明蓝绿光谱范围的光线对生物钟的调节作用最强。临床研究发现460-480nm的蓝光对季节性情感障碍的疗效显著。此外LED在口腔溃疡、肿瘤、癌症疾病、美容和医用照明等方面也都有广泛的应用。有报道在接受波长688nm的LED光照治疗后，大部分患者的口腔疼痛得到显著改善，对口腔溃疡的治疗取得较好效果。将LED与光动力疗法结合已成为目前治疗脑肿瘤、肺癌、食道癌、皮肤癌的普遍方法，并且与传统外科治疗相比副作用更少。LED光疗除了对一些皮肤病有很好的治疗效果外，还可以改善皮肤血管扩张，减少色素沉积改善黑眼圈，缩小毛孔，促进胶原蛋白的合成。LED在手术灯、牙科灯、检查灯等医用照明方面比传统灯有更多优势，且使用越来越普遍。
5 发光二极管（LED）在体育科学上的应用
LED在体育科学领域的研究主要集中在用红光LED研究延迟性肌肉酸痛和运动性疲劳这两方面。红光是指波长在600—700nm范围内的可见光线，因其能引起视网膜感光为红色，所以其被称为红光。红光对人体组织的穿透力特别强，穿透深度可达30mm以上。大量研究证实：红光和低强度或低能量激光（LILT or LLLT）在产生细胞效应上基本上没有差别;和相同剂量的低强度激光可以达到相同的刺激效果，也可以达到激光的生物刺激效果。低强度激光有消炎镇痛、促进组织的修复，加速伤口创面愈合的作用;降低氧化还原反应和活性氧的生成;改善线粒体的功能;改善微循环等作用。以上这些低强度激光的作用对广大科研工作者研究LED红光应用于体育科学领域提供了有力的理论支持。
Douris[13]等用660nm的发光二极管照射人体延迟性肌肉酸痛，结果显示疼痛显著减轻，取得了一定的治疗效果。Leal[14]等用波长660nm和850nm的发光二极管，在运动前照射人体肱二头肌，研究表明运动前照射在很大程度上延缓了骨骼肌疲劳的发生，运动后血乳酸和血液肌酸激酶的水平显著性降低。贾丹兵[15]等对20名战士进行2周的红光照射后，发现战士运动前经照射后的各项肺通气指标与照射前相比均显著升高，运动后的各项生理指标较照射前也都显著增加，得出结论认为红光照射可以显著提高人体耐力和抗疲劳的能力。Leal Junior EC比较冷水浸疗法（CWIT）和红光LED疗法（LEDT）在运动后消除骨骼肌疲劳方面的疗效，实验研究发现只有有效的LEDT照射可以显著地降低运动后血乳酸和CK的水平，LEDT能够更好的促进运动后骨骼肌疲劳的恢复。
6 展望
目前发光二极管（LED）所能覆盖的波长从紫外到红外，几乎能满足所有光疗所需要的波长。与传统的激光相比，在波长、发光强度和价格上毫不逊色甚至更有优势，且绿色环保对人体无创、所需电压低等优势。大量研究证实：单色光和低强度或低能量激光（LILT or LLLT）在产生细胞效应上基本上没有差别;单色光和相同剂量的低强度激光可以达到相同的刺激效果。在以后的医学领域中取代激光是完全有可能的。除了生物医学领域在体育科学中，发光二级管可用于运动训练的监控及运动性疲劳和延迟性肌肉酸痛消除等。
参考文献;
[1] 彭飞. 620nm非相干红光对大鼠骨髓间充质干细胞的光生物调节作用[D].武汉：华中科技大学，2011：1-92.
[2] 王建国，杨雅丽，郑宝森，等. 红光照射对大鼠急性软组织损伤IGF-1表达的影响[J].现代中西医结合杂志，2011，20（7）：795-798.
[3] 杨雅丽，郑宝森，李清敏，等. 红光治疗对大鼠局部损伤组织中细胞因子IL-1β和PGE2的影响[J].中国疼痛医学杂志，2012，18（2）：108-112.
[4] 贾丹兵，刘珊，唐立明，等.红光照射对兔组织中能量物质变化的研究[J].中国激光医学杂志，2009，18（2）：78-81.
[5] 曾常春，王先菊，郭周义，等. LED照射对溃疡性结肠炎大鼠结肠粘膜组织的修复作用[J].激光生物学报，2005.14（4）：269-273.
【关键词】发光二极管（LED）;医学;体育;细胞;动物;临床
1 前言
近年随着激光在基础医学研究和临床上治疗上取得广泛的应用，人们对激光提出了更高的要求，比如照射面积、波长、价格等。半导体技术的飞速发展对这一问题的解决有重大的意义。各种波长的LED被开发出来应用于各行各业，现今，LED在医学领域也广泛大量应用且呈现出良好的发展趋势。本文简要从以下几个方面对LED在医学和体育科学中所做的研究做一个总结，并对它在其他领域的应用和发展做一展望。
2 发光二极管（LED）作用于细胞的研究
2.1 对细胞生长繁殖的影响
华中科技大学博士彭飞[1]用620nmLED非相干光分别以0，0.5，1和2J/c㎡的剂量照射间充质干细胞，而后检测细胞增殖情况，总mTOR和磷酸化mTOR蛋白含量;还分別用0，1，2和4 J/c㎡的剂量照射成骨诱导培养基中间充质干细胞，然后染色观察细胞成骨分化情况。观察发现普通培养基中的间充质干细胞增值明显加快，总mTOR变化不明显，但磷酸化水平有所提高;成骨诱导培养基中的间充质干细胞增值速度不明显，但成骨诱导基中的间充质细胞成熟速度加快。认为低能量非相干光可促进间充质细胞的增值和成骨分化并激活mTOR信号通路。成纤维细胞在伤口的愈合中发挥积极重要的作用，李燕以不同剂量强度的LED照射培养的人皮肤成纤维细胞，48小时候细胞计数发现培养人皮肤成纤维细胞的增殖在89mJ/cm、213.9 mJ/cm照射后无变化，427.8mJ/cm照射后，和对照组相比有很显著的变化。
2.2 杀灭肿瘤细胞
对在体外培养的犬神经瘤细胞和人体胶质瘤细胞，用相关光敏剂在光动力疗法进行干预下进行杀死肿瘤细胞的实验，在波长为728nm和680nm的LED做光源的照射下，在两种细胞系中50%-86%的肿瘤细胞被杀死。
3 发光二极管（LED）作用于动物的研究
3.1 消炎促进组织的修复
软组织损伤在日常生活中和体育运动中都是极为常见的，其中大部分是骨骼肌的损伤，沈阳军区软伤治疗与康复中心的王建国等[2]用66只健康雄性Wistar大鼠进行实验，将大鼠随机分成正常对照组、自然愈合组合红光照射组，采用自制打击装置建立大鼠急性腓肠肌损伤模型。结果显示与自然愈合组相比，红光照射组大鼠腓肠肌在在损伤后第3天炎细胞就开始减少，在第5天炎细胞明显减少，在第7天炎症反应基本消失，而自然愈合组直到损伤第14天仍有炎症反应;IGF-1的表达与自然愈合组相比，损伤后第1天，红光照射组的表达量是自然愈合组的两倍有余，而且升高幅度也较自然愈合组明显。得出结论认为红光照射可以显著缩短急性软组织损伤的炎症持续时间，增强损伤部位IGF-1的表达，加速受损肌肉的再生和修复。杨雅丽[3]等也进行了这方面的动物研究，将66只大鼠分为正常对照组、自然愈合组和红光照射组3组。然后造大鼠急性腓肠肌损伤模型，在造模前和造模后第1，2，3，5，7天测量大鼠机械缩足反射阈值（MWT），同时在造模后的同样时间测定受损组织中细胞因子IL-1β和PGE2的的含量，研究发现红光照射组大鼠MWT明显低于自然愈合组大鼠，损伤后的第1，2，3，5，7天，红光照射组大鼠损伤组织中细胞因子IL-1β和PGE2的表达量均显著低于自然愈合组。红光照射能明显降低损伤组织中促炎和致痛因子的表达，具有抗炎和止痛的作用。
3.2 抗氧化促进疲劳的恢复
贾丹兵[4]等用大耳白兔进行实验，将42只大白兔随机分成3组对照组，照射1周组合照射2周组，照射组每天红光照射全身3h，强度为30J/c㎡，照射1周或2周后取心肌、肝脏或骨骼肌组织分别测定NAD、AMP、ADP、ATP含量，发现照射组各脏器中的能量物质的含量比对照组高，并且照射2周的骨骼肌中的NAD、AMP、ADP、ATP含量显著性升高。因此得出红光照射可以提高机体的抗疲劳能力。华南师范大学的曾常春[5]等用LED直肠内照射大鼠实验性溃疡性结肠炎组织，发现LED肠内照射可以促进溃疡性组织的修复，显著降低血清MDA水平，升高SOD活性，有抗过氧化损伤和促进组织修复的作用。
4 发光二极管（LED）在临床上的研究
4.1 新生儿黄疸的治疗
新生儿黄疸是新生儿期间的常见多发病，是由胆红素的大量聚集所致，表现为皮肤、粘膜和巩膜等的黄染症状，严重时甚至会危及生命。体内的胆红素吸收光线后可使其构型发生改变，由脂溶性转变为水溶性衍生物，经胆汁和尿液排出体外，从而改变胆红素在体内的代谢途径减轻新生儿的黄疸症状[6]。张玉梅[7]通过收集某医院近两年106例新生儿黄疸患者的的临床资料，发现对新生儿进行蓝光照射治疗，可以明显缓解和改善其临床症状。高琦等为了比较LED蓝光、LED白光和普通蓝光对治疗新生儿黄疸的疗效进行了研究，将90例极低体重儿随机分为三组，发现LED蓝光治疗新生儿黄疸的疗效比其他两组显著，并且副作用也比其他两个组要小。
4.2 创伤愈合的治疗
我国医务工作者刘剑梅等[8]用红光治疗软组织感染在临床上进行实验，发现参与实验的112例患者，治愈103例，显效5例，好转4例，治愈显效率为96.4%，表明红光照射可以加快组织细胞的新陈代谢和肉芽组织的形成，有明显的消炎止痛促进痂皮形成的作用。国外学者Schmidt[9]对LED促进创面愈合的疗效进行了随机双盲的临床实验，用波长为660nm，强度15mw/c㎡的LED治疗仪对432名手术伤口愈合迟缓和有皮肤溃疡的患者进行相应部位的照射，得出660nmLED对皮肤溃疡和伤口愈合有显著疗效。临床研究报道LED光照对各种外伤和疾病所导致的愈合缓慢或无法愈合的伤口，治疗效果显著，值得大面积推广。 4.3 皮肤病的治疗
付敏等[10]对LED红光治疗带状疱疹后遗神经痛的疗效进行了临床实验研究，将82例PHN患者随机分为对照组和治疗组，两组同时服用消炎止痛中药，治疗组用波長630-635nm的LED红光照射病灶部位，15min/次，1次/天，7天一个疗程，两个疗程判断疗效，对照组不接受照射。结果治疗组的治愈率和总有效率和对照组相比有显著性差异，表明红光LED治疗PHN有显著的疗效。王黎[11]在红光对带状疱疹的治疗效果上研究得出，早期红光照射可以促进炎症的吸收和溃疡的愈合，起到消炎止痛的作用，减轻患者的痛苦，并可以防止继发感染，缩短病程。程飚等报道红-蓝光联合治疗痤疮取得显著的效果，用红光蓝光混合使用照射患部，可在很大程度上提高治愈率，使患部的皮肤最大限度的复原。魏勋斌等医务工作者报道便携式发光二级管（LED）蓝光治疗仪对中、轻度痤疮有明显疗效，可大幅降低痤疮引起的炎性皮损数目，且基本上没有任何毒副作用。
4.4 其他方面的研究
LED光疗对生物钟的调节、睡眠障碍、情感障碍等方面都有显著地疗效。有研究报道波长470nm的蓝色LED光源对健康受试者的生物节律能产生影响，并证实这种影响是有效和高度安全的[12]。研究表明蓝绿光谱范围的光线对生物钟的调节作用最强。临床研究发现460-480nm的蓝光对季节性情感障碍的疗效显著。此外LED在口腔溃疡、肿瘤、癌症疾病、美容和医用照明等方面也都有广泛的应用。有报道在接受波长688nm的LED光照治疗后，大部分患者的口腔疼痛得到显著改善，对口腔溃疡的治疗取得较好效果。将LED与光动力疗法结合已成为目前治疗脑肿瘤、肺癌、食道癌、皮肤癌的普遍方法，并且与传统外科治疗相比副作用更少。LED光疗除了对一些皮肤病有很好的治疗效果外，还可以改善皮肤血管扩张，减少色素沉积改善黑眼圈，缩小毛孔，促进胶原蛋白的合成。LED在手术灯、牙科灯、检查灯等医用照明方面比传统灯有更多优势，且使用越来越普遍。
5 发光二极管（LED）在体育科学上的应用
LED在体育科学领域的研究主要集中在用红光LED研究延迟性肌肉酸痛和运动性疲劳这两方面。红光是指波长在600—700nm范围内的可见光线，因其能引起视网膜感光为红色，所以其被称为红光。红光对人体组织的穿透力特别强，穿透深度可达30mm以上。大量研究证实：红光和低强度或低能量激光（LILT or LLLT）在产生细胞效应上基本上没有差别;和相同剂量的低强度激光可以达到相同的刺激效果，也可以达到激光的生物刺激效果。低强度激光有消炎镇痛、促进组织的修复，加速伤口创面愈合的作用;降低氧化还原反应和活性氧的生成;改善线粒体的功能;改善微循环等作用。以上这些低强度激光的作用对广大科研工作者研究LED红光应用于体育科学领域提供了有力的理论支持。
Douris[13]等用660nm的发光二极管照射人体延迟性肌肉酸痛，结果显示疼痛显著减轻，取得了一定的治疗效果。Leal[14]等用波长660nm和850nm的发光二极管，在运动前照射人体肱二头肌，研究表明运动前照射在很大程度上延缓了骨骼肌疲劳的发生，运动后血乳酸和血液肌酸激酶的水平显著性降低。贾丹兵[15]等对20名战士进行2周的红光照射后，发现战士运动前经照射后的各项肺通气指标与照射前相比均显著升高，运动后的各项生理指标较照射前也都显著增加，得出结论认为红光照射可以显著提高人体耐力和抗疲劳的能力。Leal Junior EC比较冷水浸疗法（CWIT）和红光LED疗法（LEDT）在运动后消除骨骼肌疲劳方面的疗效，实验研究发现只有有效的LEDT照射可以显著地降低运动后血乳酸和CK的水平，LEDT能够更好的促进运动后骨骼肌疲劳的恢复。
6 展望
目前发光二极管（LED）所能覆盖的波长从紫外到红外，几乎能满足所有光疗所需要的波长。与传统的激光相比，在波长、发光强度和价格上毫不逊色甚至更有优势，且绿色环保对人体无创、所需电压低等优势。大量研究证实：单色光和低强度或低能量激光（LILT or LLLT）在产生细胞效应上基本上没有差别;单色光和相同剂量的低强度激光可以达到相同的刺激效果。在以后的医学领域中取代激光是完全有可能的。除了生物医学领域在体育科学中，发光二级管可用于运动训练的监控及运动性疲劳和延迟性肌肉酸痛消除等。
参考文献;
[1] 彭飞. 620nm非相干红光对大鼠骨髓间充质干细胞的光生物调节作用[D].武汉：华中科技大学，2011：1-92.
[2] 王建国，杨雅丽，郑宝森，等. 红光照射对大鼠急性软组织损伤IGF-1表达的影响[J].现代中西医结合杂志，2011，20（7）：795-798.
[3] 杨雅丽，郑宝森，李清敏，等. 红光治疗对大鼠局部损伤组织中细胞因子IL-1β和PGE2的影响[J].中国疼痛医学杂志，2012，18（2）：108-112.
[4] 贾丹兵，刘珊，唐立明，等.红光照射对兔组织中能量物质变化的研究[J].中国激光医学杂志，2009，18（2）：78-81.
[5] 曾常春，王先菊，郭周义，等. LED照射对溃疡性结肠炎大鼠结肠粘膜组织的修复作用[J].激光生物学报，2005.14（4）：269-273.