较大剂量He-Ne激光血管内照射对实验性糖尿病兔血液流变学性质的影响
作者：王怡振 王之光 王江成 刘希凡 林南妮 史宏敏
单位：中山医科大学物理教研室暨激光医学研究室 (广州510089)
关键词：激光；功率；照射剂量；血液流变学；糖尿病
中国血液流变学杂志990403 摘要 本研究首次采用了较大功率和剂量(5mW和25mW×60mins)的He-Ne激光对实验性糖尿病兔进行了血管内照射，检测了照射前后血液流变学性质的变化。结果发现两种剂量的照射均能改善血液流变学性质，而大剂量组并未表现出优越性，同时本次实验过程中未发现受照射兔有任何不适或溶血现象。
中图分类号 R454.2
THE EFFECTS OF GREATER DOSAGE OF HE-NE INTRAVASCULAR
, 百拇医药
LASER IRRADIATION ON HEMORHEOLOGY
PROPERTIES OF RABBITS WITH DIABETES
Wang Yizhen Wang Zhiguang Wang Jiangcheng Liu Xifan Lin Nanni Shi Hongmin
(Department of Physics and Research Department of Medical Laser,Sun Yat-Sen university of Medical Sciences,Guangzhou,510089)
Abstract Greater power and dosage(5mW and 25mW-60min) He-Ne laser was used for the first time to provide intravascular irradiation to New Zealand rabbits with Alloxan-diabetes.The variations of their hemorheology properties were observed before and after radiation.As aresult we found that both two dosages of laser irradiation could improve hemorheology properties and the greater dosage of irradiation couldn′t perform better.In addition,no hemolysis and healthy abnormity were found in irradiated rabbits in this research.
, 百拇医药
Keywords Laser Power Irradiation dosage hemorheology Diabetes mellitus
前 言
近年来低强度激光血管内照射(Intravascular Low Level Laser Irradiation,ILLLI)在国内发展得很快，已被用来治疗多种疾病。从激光生物刺激作用原理来说，在ILLLI中，激光的功率和剂量小到一定程度会不起作用，而大到一定程度则可能会有抑制作用甚至副作用，在两者之间应存在一个最佳的功率和剂量范围[1]。至今为止，国内外尚未进行过关于ILLLI照射功率和剂量等方面的有说服力的研究，很多ILLLI的研究和临床应用都是按照一些小型He-Ne激光器的说明书来确定功率和剂量的，这反映出目前ILLLI研究和应用上的一些盲目性。例如，目前的ILLLI中所使用的功率一般在5mW以下，5mW也是现有的ILLLI治疗仪的最大输出功率，还有一些人认为血管内激光照射的功率不应超过2mW甚至1.5mW，否则可能产生损伤[2]，本次实验进行了较大功率ILLLI的尝试，如果较大功率激光照射效果良好，则可用提高功率的方法来缩短照射时间，这对于临床应用具有重要价值；如果在我们所用的功率上表现出了抑制甚至损伤作用，则可给我们寻找ILLLI的最佳功率和剂量范围提供参照。本次研究用的功率一个为5mW，这是目前ILLLI临床应用时功率的上限，另一个为25mW，这是单支He-Ne激光管所发出的激光经光纤及光针耦合后所能达到的较大功率。
, http://www.100md.com
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 实验装置及仪器 选择波长为632.8nm的He-Ne激光器(广州激光技术应用研究所)，型号为MODEL HN-1000，输出功率>40mW，经稳压后功率输出偏移<5%，用数目不同的衰减片可调节至所需功率，光针头为插入式，可随时更换。用瑞士Contrales公司Low shear30型血液专用流变仪检测血液流变学指标，美国Nova公司Nuclear型核心生化自动分析仪检测血糖。
1.1.2 试剂 四氧嘧啶(Alloxan)、EDTA，美国Sigma公司产品。
1.1.3 实验动物模型 选纯种新西兰大白兔(雄性，2Kg左右)，以6%的四氧嘧啶(Alloxan)溶液按120mg/Kg从兔耳缘静脉缓慢注入，3～5天后即形成Alloxan-糖尿病模型。于注药前采血测定血糖及血液流变学指标，注药后第六天测同样指标，取血糖高于9mmol/L者为实验动物。
, 百拇医药
1.2 方法
1.2.1 测血糖 采用氧电极法。
测血液流变学指标：将至少2ml全血用EDTA抗凝，加入血液专用流变仪进行测定，检测须在取血后两小时内完成。
1.2.2 激光照射 实验兔按30mg/Kg剂量静脉注射戊巴比妥纳作麻醉，固定后备皮，常规消毒局部皮肤，以20G血管留置针穿刺兔耳缘静脉，拔出针芯后插入经消毒的与光纤连接的光针头，开启激光，按设定的剂量进行照射。照射时在局部皮肤表面涂抹二甲苯以扩张血管。对照组的处理方法与实验组一致，只是在插入光针头后不开启激光。
1.2.3 实验分组 共三组，每组八只兔子，一个对照组，两个实验组。两个实验组的照射剂量分别为5mW和25mW×60mins。
时间安排 第一天，抽血，检测指标，注射四氧嘧啶溶液；第七天，即注药后第六天，抽血，检测指标；第八天，照射激光；第十三天，即照射激光后第五天，检测指标。
, 百拇医药
2 结 果
本实验检测的指标有低切变率全血粘度(LBV,单位mPa.s，切变率1.2435s-1)、中切变率全血粘度(MBV，单位mPa.s，切变率23s-1)、高切变率全血粘度(HBV，单位mPa.s，切变率125s-1)、血浆粘度(PV，单位mPa.s)、红细胞聚集性(AI=L/H,A2=L/P)、红细胞压积(HCT)和红细胞刚度(Tk)。实验中所得数据经统计处理后见附表。
附表 (
±s) 指标
时 间
对照组
, http://www.100md.com
5mW组
25mW组
LBV
第一天(注药前)
6.95±0.84
6.95±0.84
6.95±0.84
第七关(照射前)
10.19±1.51#
10.9±1.51#
10.19±1.51#
, http://www.100md.com
第十三天(照后五天)
10.86±0.33
7.78±0.56*
8.36±1.50*
MBV
第一天(注药前)
4.51±0.71
4.51±0.71
4.51±0.71
第七关(照射前)
5.60±1.02#
, http://www.100md.com
5.60±1.02#
5.60±1.02#
第十三天(照后五天)
5.40±0.47
4.84±0.85
4.82±0.19*
HBV
第一天(注药前)
3.20±0.31
3.20±0.31
, 百拇医药 3.20±0.31
第七关(照射前)
3.78±0.43#
3.78±0.43#
3.78±0.43#
第十三天(照后五天)
3.87±0.36
3.34±0.14*
3.55±0.47
PV
, 百拇医药
第一天(注药前)
1.22±0.14
1.22±0.14
1.22±0.14
第七关(照射前)
1.51±0.24#
1.51±0.24#
1.51±0.24#
第十三天(照后五天)
1.45±0.04
, 百拇医药
1.28±0.03*
1.35±0.05*
A1
第一天(注药前)
2.18±0.24
2.18±0.24
2.18±0.24
第七关(照射前)
2.74±0.42#
2.74±0.42#
, 百拇医药
2.74±0.42#
第十三天(照后五天)
2.83±0.32
2.32±0.16*
2.36±0.40*
A2
第一天(注药前)
5.80±1.16
5.80±1.16
5.80±1.16
, 百拇医药
第七关(照射前)
6.91±1.44#
6.91±1.44#
6.91±1.44#
第十三天(照后五天)
7.48±0.23
6.07±0.47*
6.19±1.02*
HCT
, http://www.100md.com 第一天(注药前)
0.41±0.02
0.41±0.02
0.41±0.02
第七关(照射前)
0.33±0.04#
0.33±0.04#
0.33±0.04#
第十三天(照后五天)
0.35±0.03
0.34±0.02
, 百拇医药
0.34±0.02
Tk
第一天(注药前)
0.89±0.10
0.89±0.10
0.89±0.10
第七关(照射前
0.92±0.09
0.92±0.09
0.92±0.09)第十三天(照后五天)
0.88±0.09
, 百拇医药
0.90±0.02
0.92±0.04
注：#号表示注药后与注药前相比指标有显著性差异(P<0.05),*号表示该处理组与对照组相比有显著性差异(P<0.05)。
由上表可见，注药后，各组在各种切变率下的全血粘度、血浆粘度、红细胞聚集性和红细胞压积与注药前相比有显著变化；照射激光五天后，全血粘度、血浆粘度和红细胞聚集性与对照组相比有显著改善。
3 讨 论
许多疾病如红细胞增多症、癌症、糖尿病及一些遗传和免疫异常都会使血液流变学性质发生变化。在本实验中糖尿病模型使全血粘度、血浆粘度和红细胞聚集性显著升高，而激光照射则使上述指标明显下降。在低切变率下，血液粘度主要取决于红细胞聚集性和血浆粘度，在高切变率下血液粘度则主要取决于血浆粘度和红细胞变形性[3]。显然在本实验中，ILLLI降低了红细胞聚集性和血浆粘度，从而降低了低切变率全血粘度；同样，由于ILLLI降低了血浆粘度，改善了红细胞变形能力[4]，从而导致了高切变率全血粘度的下降。血浆是一种弱碱性溶液，内有7%的蛋白质，其中58%为白蛋白，37%为球蛋白，5%为纤维蛋白原。纤维蛋白原是血浆蛋白分子中分子量较大、三维空间结构最不对称的成分。由于其具有极强的形成网络的能力，故虽然其数量最少，却极大地影响了血浆和血液的粘度。ILLLI可使α1-抗胰蛋白酶和α2-球蛋白水平下降，从而激活纤溶过程[5]、[6]，使血浆纤维蛋白原水平下降，最终导致血浆粘度和血液粘度的下降。由于血浆纤维蛋白原和球蛋白在相邻红细胞之间发生的桥联作用是影响红细胞聚集和解聚的重要因素，ILLLI降低了血浆纤维蛋白原和α2-球蛋白的水平，减弱了红细胞间的相互粘附和桥联，从而使红细胞聚集性降低。
, 百拇医药
注药后，各组的红细胞压积(HCT)均明显下降；而照射激光后，两照射组与对照组的HCT并无显著性差异，表明糖尿病模型会影响HCT，而ILLLI则对HCT没有明显影响。对于糖尿病患者的红细胞压积是否异常，目前尚有不同的报导[7][8]。红细胞刚度反映了红细胞的内粘度，在本实验中，糖尿病模型和ILLLI都未对红细胞刚度产生明显影响。
本实验的大小两个照射剂量组在除血浆粘度外的其他各指标上都未表现出显著性差异，而在全血粘度和红细胞聚集性等主要指标上大剂量组的均数都略大于小剂量组，这提示我们在25mV×60min或更大的剂量水平上ILLLI有可能开始出现抑制作用。有报导用8mW的绿色激光进行ILLLI，对血液中个别成分产生了可逆性损伤[9]。值得指出的是，本研究中经较大功率和剂量的激光照射后未发现溶血现象，而直到照射后三十天被处死前，受照射兔均保持正常，未发现健康异常或死亡，至少表明未产生重大或急性损伤。考虑到兔与人在体重和全身血量上的巨大差异，我们认为把ILLLI的末端输出功率限制在5mW甚至1.5mW以下缺乏足够的实验依据，应重新考虑和研究。
, 百拇医药
参考文献
1 史宏敏.激光医学基础.华南理工大学出版社.1990.P125
2 韦兴昌，等.低能量氦氖激光血管内照射疗法.中华理疗杂志.1995，18(1)：45
3 王天佑.血液流变学.新疆科技卫生出版社，第二版，1992.55
4 王怡振，等.不同剂量低强度激光血管内照射对实验性糖尿病兔红细胞变形能力的影响及其时间效应.中国医学物理学杂志，1996，13(4)：217-219
5 Kopoyknh NM: CM.1989;(7):226.刘筑闻，等.He-Ne激光血管内照射对家兔纤维蛋白溶解功能影响的实验研究.中国激光医学杂志.1997,6(4):213-216
6 李融，等.糖尿病患者的血液流变性观察.中国血液流变学杂志.1995，(3)：43-45
7 郝树锋，等.Ⅱ型糖尿病患者血液流变性改变.中国血液流变学杂志.1995，(4)：40-41
8 韩崇旭，等.半导体绿色激光血管内照射对健康犬血小板GMP-140的影响.激光杂志1998，19(1)：61-63
(1999年8月12日收稿), 百拇医药
单位：中山医科大学物理教研室暨激光医学研究室 (广州510089)
关键词：激光；功率；照射剂量；血液流变学；糖尿病
中国血液流变学杂志990403 摘要 本研究首次采用了较大功率和剂量(5mW和25mW×60mins)的He-Ne激光对实验性糖尿病兔进行了血管内照射，检测了照射前后血液流变学性质的变化。结果发现两种剂量的照射均能改善血液流变学性质，而大剂量组并未表现出优越性，同时本次实验过程中未发现受照射兔有任何不适或溶血现象。
中图分类号 R454.2
THE EFFECTS OF GREATER DOSAGE OF HE-NE INTRAVASCULAR
, 百拇医药
LASER IRRADIATION ON HEMORHEOLOGY
PROPERTIES OF RABBITS WITH DIABETES
Wang Yizhen Wang Zhiguang Wang Jiangcheng Liu Xifan Lin Nanni Shi Hongmin
(Department of Physics and Research Department of Medical Laser,Sun Yat-Sen university of Medical Sciences,Guangzhou,510089)
Abstract Greater power and dosage(5mW and 25mW-60min) He-Ne laser was used for the first time to provide intravascular irradiation to New Zealand rabbits with Alloxan-diabetes.The variations of their hemorheology properties were observed before and after radiation.As aresult we found that both two dosages of laser irradiation could improve hemorheology properties and the greater dosage of irradiation couldn′t perform better.In addition,no hemolysis and healthy abnormity were found in irradiated rabbits in this research.
, 百拇医药
Keywords Laser Power Irradiation dosage hemorheology Diabetes mellitus
前 言
近年来低强度激光血管内照射(Intravascular Low Level Laser Irradiation,ILLLI)在国内发展得很快，已被用来治疗多种疾病。从激光生物刺激作用原理来说，在ILLLI中，激光的功率和剂量小到一定程度会不起作用，而大到一定程度则可能会有抑制作用甚至副作用，在两者之间应存在一个最佳的功率和剂量范围[1]。至今为止，国内外尚未进行过关于ILLLI照射功率和剂量等方面的有说服力的研究，很多ILLLI的研究和临床应用都是按照一些小型He-Ne激光器的说明书来确定功率和剂量的，这反映出目前ILLLI研究和应用上的一些盲目性。例如，目前的ILLLI中所使用的功率一般在5mW以下，5mW也是现有的ILLLI治疗仪的最大输出功率，还有一些人认为血管内激光照射的功率不应超过2mW甚至1.5mW，否则可能产生损伤[2]，本次实验进行了较大功率ILLLI的尝试，如果较大功率激光照射效果良好，则可用提高功率的方法来缩短照射时间，这对于临床应用具有重要价值；如果在我们所用的功率上表现出了抑制甚至损伤作用，则可给我们寻找ILLLI的最佳功率和剂量范围提供参照。本次研究用的功率一个为5mW，这是目前ILLLI临床应用时功率的上限，另一个为25mW，这是单支He-Ne激光管所发出的激光经光纤及光针耦合后所能达到的较大功率。
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1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 实验装置及仪器 选择波长为632.8nm的He-Ne激光器(广州激光技术应用研究所)，型号为MODEL HN-1000，输出功率>40mW，经稳压后功率输出偏移<5%，用数目不同的衰减片可调节至所需功率，光针头为插入式，可随时更换。用瑞士Contrales公司Low shear30型血液专用流变仪检测血液流变学指标，美国Nova公司Nuclear型核心生化自动分析仪检测血糖。
1.1.2 试剂 四氧嘧啶(Alloxan)、EDTA，美国Sigma公司产品。
1.1.3 实验动物模型 选纯种新西兰大白兔(雄性，2Kg左右)，以6%的四氧嘧啶(Alloxan)溶液按120mg/Kg从兔耳缘静脉缓慢注入，3～5天后即形成Alloxan-糖尿病模型。于注药前采血测定血糖及血液流变学指标，注药后第六天测同样指标，取血糖高于9mmol/L者为实验动物。
, 百拇医药
1.2 方法
1.2.1 测血糖 采用氧电极法。
测血液流变学指标：将至少2ml全血用EDTA抗凝，加入血液专用流变仪进行测定，检测须在取血后两小时内完成。
1.2.2 激光照射 实验兔按30mg/Kg剂量静脉注射戊巴比妥纳作麻醉，固定后备皮，常规消毒局部皮肤，以20G血管留置针穿刺兔耳缘静脉，拔出针芯后插入经消毒的与光纤连接的光针头，开启激光，按设定的剂量进行照射。照射时在局部皮肤表面涂抹二甲苯以扩张血管。对照组的处理方法与实验组一致，只是在插入光针头后不开启激光。
1.2.3 实验分组 共三组，每组八只兔子，一个对照组，两个实验组。两个实验组的照射剂量分别为5mW和25mW×60mins。
时间安排 第一天，抽血，检测指标，注射四氧嘧啶溶液；第七天，即注药后第六天，抽血，检测指标；第八天，照射激光；第十三天，即照射激光后第五天，检测指标。
, 百拇医药
2 结 果
本实验检测的指标有低切变率全血粘度(LBV,单位mPa.s，切变率1.2435s-1)、中切变率全血粘度(MBV，单位mPa.s，切变率23s-1)、高切变率全血粘度(HBV，单位mPa.s，切变率125s-1)、血浆粘度(PV，单位mPa.s)、红细胞聚集性(AI=L/H,A2=L/P)、红细胞压积(HCT)和红细胞刚度(Tk)。实验中所得数据经统计处理后见附表。
附表 (
±s) 指标时 间
对照组
, http://www.100md.com
5mW组
25mW组
LBV
第一天(注药前)
6.95±0.84
6.95±0.84
6.95±0.84
第七关(照射前)
10.19±1.51#
10.9±1.51#
10.19±1.51#
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第十三天(照后五天)
10.86±0.33
7.78±0.56*
8.36±1.50*
MBV
第一天(注药前)
4.51±0.71
4.51±0.71
4.51±0.71
第七关(照射前)
5.60±1.02#
, http://www.100md.com
5.60±1.02#
5.60±1.02#
第十三天(照后五天)
5.40±0.47
4.84±0.85
4.82±0.19*
HBV
第一天(注药前)
3.20±0.31
3.20±0.31
, 百拇医药 3.20±0.31
第七关(照射前)
3.78±0.43#
3.78±0.43#
3.78±0.43#
第十三天(照后五天)
3.87±0.36
3.34±0.14*
3.55±0.47
PV
, 百拇医药
第一天(注药前)
1.22±0.14
1.22±0.14
1.22±0.14
第七关(照射前)
1.51±0.24#
1.51±0.24#
1.51±0.24#
第十三天(照后五天)
1.45±0.04
, 百拇医药
1.28±0.03*
1.35±0.05*
A1
第一天(注药前)
2.18±0.24
2.18±0.24
2.18±0.24
第七关(照射前)
2.74±0.42#
2.74±0.42#
, 百拇医药
2.74±0.42#
第十三天(照后五天)
2.83±0.32
2.32±0.16*
2.36±0.40*
A2
第一天(注药前)
5.80±1.16
5.80±1.16
5.80±1.16
, 百拇医药
第七关(照射前)
6.91±1.44#
6.91±1.44#
6.91±1.44#
第十三天(照后五天)
7.48±0.23
6.07±0.47*
6.19±1.02*
HCT
, http://www.100md.com 第一天(注药前)
0.41±0.02
0.41±0.02
0.41±0.02
第七关(照射前)
0.33±0.04#
0.33±0.04#
0.33±0.04#
第十三天(照后五天)
0.35±0.03
0.34±0.02
, 百拇医药
0.34±0.02
Tk
第一天(注药前)
0.89±0.10
0.89±0.10
0.89±0.10
第七关(照射前
0.92±0.09
0.92±0.09
0.92±0.09)第十三天(照后五天)
0.88±0.09
, 百拇医药
0.90±0.02
0.92±0.04
注：#号表示注药后与注药前相比指标有显著性差异(P<0.05),*号表示该处理组与对照组相比有显著性差异(P<0.05)。
由上表可见，注药后，各组在各种切变率下的全血粘度、血浆粘度、红细胞聚集性和红细胞压积与注药前相比有显著变化；照射激光五天后，全血粘度、血浆粘度和红细胞聚集性与对照组相比有显著改善。
3 讨 论
许多疾病如红细胞增多症、癌症、糖尿病及一些遗传和免疫异常都会使血液流变学性质发生变化。在本实验中糖尿病模型使全血粘度、血浆粘度和红细胞聚集性显著升高，而激光照射则使上述指标明显下降。在低切变率下，血液粘度主要取决于红细胞聚集性和血浆粘度，在高切变率下血液粘度则主要取决于血浆粘度和红细胞变形性[3]。显然在本实验中，ILLLI降低了红细胞聚集性和血浆粘度，从而降低了低切变率全血粘度；同样，由于ILLLI降低了血浆粘度，改善了红细胞变形能力[4]，从而导致了高切变率全血粘度的下降。血浆是一种弱碱性溶液，内有7%的蛋白质，其中58%为白蛋白，37%为球蛋白，5%为纤维蛋白原。纤维蛋白原是血浆蛋白分子中分子量较大、三维空间结构最不对称的成分。由于其具有极强的形成网络的能力，故虽然其数量最少，却极大地影响了血浆和血液的粘度。ILLLI可使α1-抗胰蛋白酶和α2-球蛋白水平下降，从而激活纤溶过程[5]、[6]，使血浆纤维蛋白原水平下降，最终导致血浆粘度和血液粘度的下降。由于血浆纤维蛋白原和球蛋白在相邻红细胞之间发生的桥联作用是影响红细胞聚集和解聚的重要因素，ILLLI降低了血浆纤维蛋白原和α2-球蛋白的水平，减弱了红细胞间的相互粘附和桥联，从而使红细胞聚集性降低。
, 百拇医药
注药后，各组的红细胞压积(HCT)均明显下降；而照射激光后，两照射组与对照组的HCT并无显著性差异，表明糖尿病模型会影响HCT，而ILLLI则对HCT没有明显影响。对于糖尿病患者的红细胞压积是否异常，目前尚有不同的报导[7][8]。红细胞刚度反映了红细胞的内粘度，在本实验中，糖尿病模型和ILLLI都未对红细胞刚度产生明显影响。
本实验的大小两个照射剂量组在除血浆粘度外的其他各指标上都未表现出显著性差异，而在全血粘度和红细胞聚集性等主要指标上大剂量组的均数都略大于小剂量组，这提示我们在25mV×60min或更大的剂量水平上ILLLI有可能开始出现抑制作用。有报导用8mW的绿色激光进行ILLLI，对血液中个别成分产生了可逆性损伤[9]。值得指出的是，本研究中经较大功率和剂量的激光照射后未发现溶血现象，而直到照射后三十天被处死前，受照射兔均保持正常，未发现健康异常或死亡，至少表明未产生重大或急性损伤。考虑到兔与人在体重和全身血量上的巨大差异，我们认为把ILLLI的末端输出功率限制在5mW甚至1.5mW以下缺乏足够的实验依据，应重新考虑和研究。
, 百拇医药
参考文献
1 史宏敏.激光医学基础.华南理工大学出版社.1990.P125
2 韦兴昌，等.低能量氦氖激光血管内照射疗法.中华理疗杂志.1995，18(1)：45
3 王天佑.血液流变学.新疆科技卫生出版社，第二版，1992.55
4 王怡振，等.不同剂量低强度激光血管内照射对实验性糖尿病兔红细胞变形能力的影响及其时间效应.中国医学物理学杂志，1996，13(4)：217-219
5 Kopoyknh NM: CM.1989;(7):226.刘筑闻，等.He-Ne激光血管内照射对家兔纤维蛋白溶解功能影响的实验研究.中国激光医学杂志.1997,6(4):213-216
6 李融，等.糖尿病患者的血液流变性观察.中国血液流变学杂志.1995，(3)：43-45
7 郝树锋，等.Ⅱ型糖尿病患者血液流变性改变.中国血液流变学杂志.1995，(4)：40-41
8 韩崇旭，等.半导体绿色激光血管内照射对健康犬血小板GMP-140的影响.激光杂志1998，19(1)：61-63
(1999年8月12日收稿), 百拇医药