科学网—红光疗法的科学原理《自然》
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2026-4-6 06:27
| 系统分类: 海外观察
红光疗法的科学原理
人们争相购买能发射长波光线的头盔、面罩、背心与理疗床。在铺天盖地的营销炒作之下，藏着一些有趣的生物学原理。
（一张特写照片：一只手拿着亮白色的发光面罩，红光正照射在前方的面部上。）
研究人员表示，并非所有家用红光设备都经过了彻底、独立的检测。
2021年，皮肤科医生戴维·奥佐格与家人在巴哈马度假时，他18岁的儿子突发严重中风。这名少年被空运至佛罗里达，随后又转往芝加哥接受手术。当儿子半身不遂地躺在医院病床上时，奥佐格接到了一位同事的电话，对方提出了一个非常规的建议。
这位同事是马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的皮肤科医生，他向奥佐格介绍了自己与美国国防部合作开展的研究。早期结果显示，对头部照射红光与近红外光，或许能在脑损伤后保护神经组织。他力劝奥佐格考虑为儿子尝试这种疗法。
那天晚上，奥佐格一直读到凌晨 4点的科学论文，最终订购了数台红光与近红外发光二极管（LED）面板。“我开始偷偷把它们带进医院，”任职于密歇根州大急流城亨利福特医疗集团的奥佐格说。
如今，他的儿子已经能够行走，重返大学校园。奥佐格无法证明光疗起到了决定性作用，但他认为它有所帮助。从那以后，他彻底接受了这个在当时被视为边缘的理念。 “我当初也这么想，”他说，“照这么一束光，怎么可能产生生物学效应？”
但几年前还处于医学边缘的疗法，如今正逐渐走向主流。 红光设备越来越多地出现在皮肤科诊所、健康中心、更衣室和家庭中。据部分预测，到 2030年，全球红光疗法市场规模将突破10亿美元 ——推动这一增长的是大量企业，它们宣称红光能改善从皮肤衰老到注意力缺陷多动障碍（ADHD）的各种问题，这类说法在社交媒体上广为流传。
专家警告称，红光疗法存在大量过度炒作。但越来越多严谨的科学研究正在探索它对多种病症的益处。临床研究表明，它能改善周围神经病变、视网膜变性及某些神经系统疾病。针对部分适应症，专家团队现已推荐采用红光疗法方案。
研究人员也在逐步揭示红光与近红外光产生这些效果的机制。细胞的 “能量工厂”——线粒体，正成为解开这一谜题的核心关键。
人类如今接触到的红光比以往任何时候都少，而相关科学研究却在蓬勃发展。人们更多时间待在室内远离阳光，节能举措又缩小了室内照明的光谱范围，剔除了大量红光与近红外波长（见 “不同光源的光谱”）。一些科学家不禁发问，这些因素是否会产生生物学后果。“我们正实实在在地缺乏一种在生物进化中本应获取的物质，”奥佐格说。
不同光源的光谱
一张图表展示了六种光源的光谱范围，包括正午日光、白炽灯与发光二极管（ LED）。各光源的可见光谱显示，LED与荧光灯所含的红光和近红外波长少于太阳光。
从边缘疗法走向临床应用
光线对人类健康的作用并非新观点。一个多世纪以来，科学家已知紫外线能促进维生素 D合成。1903年诺贝尔生理学或医学奖便认可了集中光线治疗皮肤结核的疗效。强光疗法是季节性情感障碍的标准治疗手段，窄谱紫外线仍是治疗银屑病的主流方案。
“整个光谱都在为我们提供各类益处，”伦敦大学学院神经科学家格伦·杰弗里说。现代光生物调节疗法——利用波长约600至1100纳米的红光与近红外光影响细胞过程——诞生于20世纪60年代，当时匈牙利科学家意外发现低强度红光能刺激啮齿动物毛发生长。20世纪90年代，美国国家航空航天局（NASA）科学家在实验用红光LED在太空种植植物时，注意到手上的小伤口在光照下愈合得异常迅速，相关研究兴趣随之激增。
过去十年，多项临床细分领域的证据已愈发确凿。 2025年，奥佐格与20多位专家共同完成了一项重要共识综述，结论认为该疗法对多种溃疡、周围神经病变、急性放射性皮炎与雄激素性脱发（一种模式性脱发）安全有效。去年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了一款红光设备用于治疗干性年龄相关性黄斑变性。自2020年起，口腔红光疗法已被纳入临床指南，用于预防和治疗癌症治疗相关的口腔黏膜炎——这种疼痛性口腔溃疡会限制治疗并影响营养摄入。
奥佐格惋惜该疗法在癌症护理中应用不够广泛： “这是一种简单、安全、廉价的治疗手段，却仅在约10%的治疗中心使用。”
在这些已确立的应用之外，研究人员还在探索该疗法更广泛的效果。临床试验显示，它能促进运动员肌肉恢复，减轻抑郁症症状，缓解骨关节炎与纤维肌痛患者的疼痛。小型人体试验与动物研究还表明，其对代谢疾病与心血管疾病具有潜在益处。 2022年巴西一项小型随机研究发现，接受每日光疗的重症新冠患者，平均出院时间比对照组早近四天。
照片：一个人躺在红光理疗床中，整个人被长长的红色灯管环绕。
红光疗法曾仅用于临床，如今已成为蓬勃发展的健康潮流 。
尽管如此，对部分科学家而言，最惊人的早期结果与大脑相关。在帕金森病小鼠模型中，头部光生物调节疗法能保护大脑深处产生多巴胺的神经元 ——这类细胞的丧失是疾病进展的核心原因。
研究人员观察到，帕金森病动物模型在治疗后数周仍能获益，早期人体试验正在开展，采用光纤将光线直接送达病变细胞附近。 “神经科学研究的终极目标，是找到能保护细胞免于死亡的有效神经保护疗法，”法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学神经科学家约翰·米特罗法尼斯说。
多款经颅光疗设备正在研发中，有望更实用地传递光子，治疗多种精神与神经系统疾病。米特罗法尼斯团队未发表的结果暗示，经颅光照 “能让衰老的大脑看起来更年轻”，他表示。但让足够多的光子穿透人类颅骨以产生显著效果，仍是一大挑战。特拉华州纽瓦克市医疗设备公司BWtek Medical首席执行官布莱恩·普赖尔称，其团队发现更高剂量的光子对大脑影响更大。这类高输出设备“可能因功率过强而无法作为非处方药销售”，他说。更多临床试验正在规划或进行中。
仍有诸多问题悬而未决：针对不同适应症的最佳波长、强度、时长、递送方式乃至脉冲频率。此外，年龄或肤色是否应决定照射剂量也尚不明确。而这一切背后，还有一个更深层的问题：光线为何能产生如此广泛的生物学效应？
将光线转化为细胞能量
生物物理与生物化学的多线证据共同指向了线粒体 ——人体大多数细胞中负责产生能量的细胞器。
红光至近红外光的散射远少于短波蓝光与紫外线。因此，部分光子（主要是近红外波段）可穿透衣物，少量能深入组织数厘米，这意味着它们能影响皮肤深处的细胞。约 600–700纳米与760–940纳米的波长常被证实能引发生物学反应，这些范围与细胞色素c氧化酶最易吸收的波长高度吻合。细胞色素c氧化酶是线粒体电子传递链中的关键酶，参与合成细胞能量物质三磷酸腺苷（ATP）。
证据表明，细胞能吸收这些波长，光线会推动电子传递链进入更活跃的状态，提升 ATP生成。后续效应包括改善血流、调节炎症与氧化应激。部分研究人员提出了另一种机制：红光与近红外光能降低水的黏度，让能量生成系统更顺畅地运作。“线粒体引擎要正常工作，需要润滑剂，”伦敦大学学院从天文学家转型的光生物调节研究者罗伯特·福斯伯里说。
许多研究聚焦于线粒体密集的细胞，包括人类胚胎与眼部细胞。纽约哥伦比亚大学资助的一项新临床试验，将测试短暂红光照射能否改善体外受精胚胎的质量。杰弗里的实验室研究衰老视网膜，其功能衰退与线粒体损伤相关。他与其他团队的研究表明，光生物调节有助于保护视网膜健康。杰弗里团队的研究甚至发现，光线未必需要直接照射眼睛就能起效。
在早期研究中，其团队发现背部照射 15分钟红光，能抑制餐后血糖飙升。杰弗里推测，线粒体可能相互通信，“像一个遍布全身的社群一样运作”。
这些发现既引发了兴奋，也带来了争议。马里兰州贝塞斯达市统一服务大学的光生物调节研究者胡安妮塔 ·安德斯（独立于其政府职务发言）对这一前提提出质疑，认为需要更大规模、更严格对照的研究来确定潜在的远端或全身效应。一种假设的通路涉及生物光子——细胞自身产生的微弱光线。米特罗法尼斯称，线粒体是这类粒子的主要来源，可能通过它们传递细胞健康信号。他2025年参与合著的一项研究发现，光生物调节会改变生物光子输出，尤其在应激细胞中更为明显。
一种规律或许正在显现：当细胞健康时，外部光线通常效果甚微；但在疾病或代谢应激状态下（线粒体功能障碍普遍存在），光线的作用似乎更强。这一区别或许能解释为何不同研究结果存在差异。
不过，线粒体很可能并非全部答案。 “即便使用线粒体抑制剂，我们仍能观察到治疗反应，”纽约布法罗大学研究红光效应的牙医、口腔生物学家普拉文·阿拉尼说。
剂量似乎至关重要。许多研究者指出，光线剂量存在一个不多不少的生物学 “最佳点”。另一些人则认为不应孤立看待波长，强调广谱光线（如同自然光照）的重要性。“我更倾向于关注光线的比例，”俄亥俄州辛辛那提大学生物进化学家埃尔克·布施贝克说。
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