本文選題：激光與生物組織相互作用 + 光熱效應(yīng)��； 參考：《大連理工大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：激光醫(yī)療技術(shù)在臨床上已有廣泛的應(yīng)用,但激光治療作用的生理學(xué)基礎(chǔ)尚不十分清楚。針對這一問題國內(nèi)外研究者借助電生理等手段探討了激光對可興奮細(xì)胞的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)激光不但可以調(diào)節(jié)可興奮細(xì)胞的電生理功能,甚至可以直接誘發(fā)動作電位。而動作電位的發(fā)生是以鈉離子從細(xì)胞外流向細(xì)胞內(nèi)為起始的,因此這一現(xiàn)象表明激光作用不但可以調(diào)節(jié)可興奮細(xì)胞膜上的鈉通道蛋白功能,還可以直接開啟電壓門控鈉離子通道,從而導(dǎo)致動作電位的發(fā)生。 本論文基于近紅外激光輻照對可興奮細(xì)胞膜上鈉離子通道功能的調(diào)節(jié)作用,來研究其作用機(jī)制。研究中選擇980nm的近紅外激光作用于細(xì)胞膜,用膜片鉗技術(shù)同步地記錄下全細(xì)胞鈉離子通道電流在激光輻照作用前、后的變化情況。再根據(jù)描述離子通道全細(xì)胞電流動力學(xué)特性的Hodgkin-Huxley模型,對實驗記錄到的全細(xì)胞鈉電流進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,從而獲得表征鈉離子通道電流激活與失活動力學(xué)特性的時間常數(shù)τm與τh,并對激光輻照前、后的這兩個時間常數(shù)進(jìn)行比值運(yùn)算,來定量表征激光對細(xì)胞活性的影響。為了測量實驗中涉及到的激光誘導(dǎo)的光熱效應(yīng),使用空電極測溫方法直接測量激光輻照所產(chǎn)生的溶液瞬時溫升。這一測溫方法將直徑為微米量級的玻璃微電極充灌導(dǎo)電溶液作為熱敏元件,細(xì)胞外溶液中的快速溫度變化可以瞬時改變該微電極的阻抗,再根據(jù)溫度標(biāo)定實驗即可獲得相應(yīng)的溶液溫度變化。這種方法可以測得空間中1微米左右區(qū)域內(nèi)0.1毫秒的溫度變化。 本論文中主要研究工作包括,一定功率激光輻照作用中的不同時程對鈉離子通道功能的調(diào)節(jié)作用,以及不同功率的980nm激光對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)兩大部分內(nèi)容。通過對實驗結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)： 1.一定功率的激光作用時程中,上升沿可以使鈉電流激活過程受到抑制,而使失活過程加快。激光的下降沿則使鈉電流激活和失活兩個過程都得到加速。通過對激光輻照上升沿對鈉電流激活抑制效應(yīng)的分析發(fā)現(xiàn),980nmm激光輻照所產(chǎn)生溫度場的建立時間將長于1毫秒左右的鈉通道激活時間。也就是說,在鈉通道的激活時間內(nèi)尚沒有明顯的光熱效應(yīng)產(chǎn)生,此時近紅外激光作為一種電磁波會降低鈉通道的活性。而激光作用的下降沿情況中,光熱效應(yīng)成為激光調(diào)節(jié)細(xì)胞電生理功能的主要機(jī)制,激光的調(diào)節(jié)作用可以很好的用鈉通道蛋白溫度特性以及激光作用引起的溶液平均溫升來定量解釋。 2.不同功率的980nm激光對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)效果研究,分為時間動力學(xué)研究和峰值鈉電流研究兩個方面。時間動力學(xué)研究中選取不同功率激光刺激細(xì)胞膜上鈉離子通道,在光熱效應(yīng)最顯著的激光輻照的下降沿同步地引出全細(xì)胞鈉電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈉電流的激活時間常數(shù)τm在激光作用前后的比值與輻照激光的功率呈線性關(guān)系,且與細(xì)胞膜電位的變化無關(guān)。這一結(jié)果表明不同功率980nm激光輻照對鈉電流的線性調(diào)制效果是通過光熱效應(yīng)實現(xiàn)的。激光輻照對峰值鈉電流調(diào)制的功率依賴性研究中,通過測量不同功率激光作用下峰值鈉電流的變化,并與相應(yīng)的細(xì)胞外環(huán)境溫度變化相互參考,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)近紅外激光作用可以使峰值鈉電流增加,增加量不但線性依賴于激光功率,而且也可以用細(xì)胞外溶液溫升和鈉通道蛋白的溫度特性來解釋。但在激光作用以后的鈉電流恢復(fù)程度則與溶液溫度耗散的時間變化率相關(guān),快速負(fù)的溫度變化率有利于鈉電流從激光作用中恢復(fù)。鈉電流的失活恢復(fù)實驗則表明在激光作用后鈉電流的失活恢復(fù)速度加快。綜合結(jié)果表明980nm紅外激光是通過改變細(xì)胞外溶液的溫度(絕對溫升),以及溫度改變的快慢(溫度變化率)一起影響細(xì)胞功能的,溫升本身會使峰值鈉電流增加,而溫度耗散過程中的溫度梯度會加快鈉電流的恢復(fù)。 本論文的研究針對近紅外980nm激光對細(xì)胞功能調(diào)節(jié)作用的離子通道機(jī)制,為理解激光直接誘發(fā)動作電位提供了直接的實驗支持。因為鈉離子通道是動作電位的產(chǎn)生基礎(chǔ),為神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞和腺體細(xì)胞等實現(xiàn)正常的電生理功能所必需,從另一方面來看,鈉離子通道的興奮性保證了生物體正常的新陳代謝,并且是70%藥物的作用靶點(diǎn),與眾多疾病的產(chǎn)生和治療息息相關(guān),因此這一研究對于激光醫(yī)學(xué)的臨床實踐又有一定的參考價值。
[Abstract]:Laser medical technology has been widely used in clinic , but the physiological basis of laser therapy is not very clear .

In this paper , the effect of laser irradiation on the function of Na ~ + channel on the membrane was studied . The effect of laser irradiation on cell membrane was studied by means of membrane patch clamp technique .

The main research work in this paper includes the regulation of the function of sodium ion channel and the regulation of the function of cell by 980nm laser of different power .

1 . During the laser action of a certain power , the rising edge can inhibit the activation of sodium current and accelerate the deactivation process . In the analysis of the effect of laser irradiation rising edge on the activation of sodium current , it is found that the temperature field generated by 980nmm laser irradiation will be longer than about 1 millisecond . In other words , the near - infrared laser is the main mechanism of laser regulating the electrophysiologic function of the cell . In the case of the decreasing of laser action , the laser modulation can be explained quantitatively by the temperature characteristic of sodium channel protein and the average temperature rise of the solution caused by laser action .

In this paper , the effect of laser irradiation on sodium current is studied . The results show that the effect of laser irradiation on sodium current is not only linearly dependent on laser power , but also with the change rate of extracellular temperature .

The research of this thesis is directed to the ion channel mechanism for the regulation of cellular function by the near infrared 980nm laser , which provides direct experimental support for understanding the action potential of laser direct induced action . Since the sodium ion channel is the basis of action potential , it is necessary to realize the normal electrophysiological function for nerve cells , muscle cells and gland cells . On the other hand , the excitation of sodium ion channel ensures the normal metabolism of the organism , and is a target of 70 % drug . Therefore , this research is of reference value to the clinical practice of laser medicine .
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R454.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2058668