光生物调节作用(PBM)基本原理
组织吸收光的分子称作光受体,位于真核线粒体内膜,包含NADH脱氢酶和细胞色素c氧化酶(CCO)两种,NADH吸收紫色到蓝色光谱区域的光子,CCO氧化和还原反应吸收红色和近红外光谱区域光子。光受体吸收光子后,发生电子激发态改变初始分子过程,从而通过次级生化反应和细胞信号传导刺激细胞的生物效应。
CCO的激发导致线粒体内的电子激发态和电子转移反应的加速,最终通过细胞信号反应改变分子和细胞,激发细胞信号级联反应PBM。三种信号分子为三磷酸腺苷(ATP),活性氧(ROS)和一氧化氮(NO)。
ATP是在细胞中起许多重要作用的核苷酸。它为大多数能源消耗活动提供能量,并调节许多生化途径。ATP刺激细胞内途径,如促分裂原激活的蛋白激酶(MAPK),并可以与生长因子(如成纤维细胞生长因子2(FGF2),表皮生长因子(EGF)和神经生长因子(NGF))一起发挥作用回应。ATP水平几乎可以对每个重要的生化过程产生深远的影响,增加细胞的ATP和细胞代谢可以对受损和患病的细胞以及组织中的细胞代谢受到抑制的组织产生有益的影响。
氧代谢产生具有化学活性的含氧分子,称为ROS。慢性炎症过程,有毒化学物质暴露和环境压力产生的高浓度ROS可能会导致氧化性细胞损伤。但在较低浓度下,这些分子(包括过氧化物,超氧化物,羟基自由基和单线态氧)会产生有益的作用。
ROS具有促进细胞增殖的作用,诱导神经元分化,保护心脏细胞,并作为基因表达,细胞生长和转录因子激活的重要信号分子。各种实验报道了可见光和近红外光在体外产生的ROS。细胞以多种方式对ROS作出反应,从而在中等氧化应激和高浓度细胞毒性ROS之间保持紧密的平衡。具有ROS检测系统的各种分子可以通过转录因子启动信号转导途径,从而产生清除剂抗氧化剂,蛋白质修饰和基因表达。这些受线粒体呼吸变化影响的转录因子的激活导致蛋白质的合成,这些蛋白质在细胞增殖,组织氧合,细胞因子调节,生长因子和其他炎症介质中起作用。
NO是一种有效的血管扩张剂,在CCO活动中起着重要的作用。 NO是一种自由基气体,可调节循环并充当必要的神经递质。NO的有益作用包括缓解疼痛,减轻水肿,改善淋巴引流以及通过血管生成改善伤口愈合。