蓝光LED照射剂量依赖性地瞬时降低慢性伤口细菌负荷

《Wound Repair and Regeneration》：Blue LED Light Attenuates the Bacterial Bioburden in Chronic Wounds Transiently but Dose-Dependently

　　

摘要：
光疗可能通过不同机制改善慢性伤口愈合。研究人员探讨了递增剂量的蓝光LED照射（λ=405 nm）是否会影响慢性伤口微生物群。22名慢性伤口患者被依次分配到低剂量（20 J/cm²，n=7）、中剂量（60 J/cm²，n=8）或高剂量（100 J/cm²，n=7）蓝光LED照射组。在基线时，通过表面拭子获取伤口液体，测定细菌计数、细胞因子水平和伤口大小。基线访视4天后，在2周内以2-3天的间隔对伤口进行六次蓝光LED照射。每次照射前后立即对细菌进行半定量分析。蓝光LED照射剂量依赖性地降低了细菌计数（p<0.0001），与20 J/cm²的能量密度（0.65±0.095）相比，60 J/cm²（1.55±0.33）和100 J/cm²（1.82±0.22）的六次治疗平均±标准差菌落形成单位（CFU）/拭子对数值减少显著更大。60 J/cm²和100 J/cm²能量密度的减少量没有差异（p=0.180）。随访时（末次照射后4天）的细菌计数（p=0.668）以及所选细胞因子（白细胞介素-1α（IL-1α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和血管内皮生长因子（VEGF））水平与基线相比没有显著变化。从基线到随访的线性愈合率在三组之间没有差异（p=0.815）。总之，蓝光LED治疗导致慢性伤口细菌数量立即但短暂地减少，将剂量从60 J/cm²增加到100 J/cm²没有明显优势。蓝光治疗对伤口愈合没有显著影响。

论文解读文章：

**研究背景与问题**
慢性伤口是公共卫生领域的一大挑战，在丹麦的患病率约为1%，其治疗费用却占医疗保健总预算的2%–3%。慢性伤口为细菌生长创造了理想环境，因此迫切需要有效的抗菌治疗方法。光疗在伤口管理中正逐渐获得认可，因为它可能促进伤口愈合。其生物反应是双相的，遵循阿恩特-舒尔茨定律，即小剂量可能刺激，中剂量可能抑制，大剂量可能致命。蓝光（波长400–500 nm）作为一种针对慢性伤口的抗菌疗法，是当前科学讨论的主题。尽管蓝光的抗菌和抗生物膜活性在体外研究中已得到充分证实，但对于治疗慢性伤口的最佳剂量尚未达成共识。此外，宿主细胞在蓝光治疗下能否在灭活细菌的同时耐受其影响，以及蓝光对伤口愈合相关细胞因子表达的影响，也存在不确定性。因此，研究人员旨在探究不同剂量蓝光LED照射对慢性伤口微生物群、细胞因子水平和伤口愈合的影响，以确定安全有效的治疗参数。

**研究方法概述**
本研究是一项在丹麦哥本哈根伤口愈合中心进行的剂量递增、非随机临床研究。共纳入22名患有慢性伤口（定义为病程≥6周，面积≥1 cm²且≤25 cm²）的成年患者，并依次分配到低（20 J/cm²）、中（60 J/cm²）或高（100 J/cm²）剂量蓝光LED（峰值波长405 nm）照射组。核心干预是在2周内进行六次照射，每次持续15分钟。主要评估指标包括：通过表面拭子（采用Essen旋转技术）采集样本，进行细菌的半定量培养和鉴定；测量伤口液中六种细胞因子（IL-1α、IL-1β、IL-6、GM-CSF、TNF-α、VEGF）的浓度（通过多重检测法测定并标准化为总蛋白含量）；通过标准化数码照片测量伤口面积，计算线性愈合率和连续愈合率以评估伤口愈合；并使用非接触式红外测温仪监测照射期间伤口床温度以确保安全（阈值42°C）。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）、克鲁斯卡尔-沃利斯检验等。

**研究结果**
**3.1 患者与治疗时间线**
研究共纳入22名患者（白人21名，非洲人1名），最常见伤口类型为静脉性腿部溃疡（n=10）。各组间年龄和体重指数（BMI）相似。低剂量组伤口平均病程最长（174周）。所有患者均完成了六次治疗和随访。

**3.2.1 伤口温度**
在15分钟照射期间，除高剂量组有一次测量达到42.8°C（导致治疗暂时中断）外，伤口床温度均保持在预设安全限值42.0°C以下。高剂量组的平均峰值温度（37.3°C）显著高于低（35.9°C）和中剂量组（36.0°C）。

**3.2.2 细菌计数**
蓝光LED照射剂量依赖性地降低了细菌计数（p<0.0001）。六次治疗期间，低、中、高剂量组菌落形成单位（CFU）/拭子对数值的平均减少量分别为0.65±0.095、1.55±0.33和1.82±0.22。中剂量组与高剂量组之间的减少量无显著差异（p=0.180）。然而，在末次照射后4天的随访时，各组的细菌计数与基线相比均无显著差异（p=0.668），表明抗菌效果是瞬时的。

**3.2.3 细菌组成**
基线时从伤口中培养出24种不同的细菌菌株（20种需氧菌，4种厌氧菌），其中金黄色葡萄球菌（S. aureus）最为常见（占伤口的28.6%）。蓝光治疗结束后随访时，培养出20种菌株，金黄色葡萄球菌的流行率增加至57.1%，但这一变化无统计学意义（p=0.106）。

**3.2.4 细胞因子**
对于所检测的六种细胞因子，从基线到随访，三个剂量组均未观察到浓度有统计学意义的显著变化。

**3.2.5 伤口愈合率**
从基线到随访，低、中、高剂量组的线性愈合率分别为0.0053±0.13 mm/天、0.033±0.095 mm/天和0.00093±0.074 mm/天。连续愈合率在三组间也无显著差异（p=0.415）。中剂量组的愈合率处于其他研究者报告的预期范围内。

**讨论与结论**
本研究首次在慢性伤口中考察了蓝光的剂量-反应关系。最显著的发现是，在降低不同病因慢性伤口的细菌计数方面，将能量密度从60 J/cm²增加到100 J/cm²没有带来明显的额外益处。抗菌效应是光化学性的，而非光热性的。细菌计数的短暂减少可能反映了蓝光对生物膜基质渗透不足或对生物膜内细菌根除不彻底。尽管金黄色葡萄球菌的流行率在治疗后有所增加，但变化不显著。蓝光治疗未对所选伤口愈合相关细胞因子的浓度产生显著影响。此外，蓝光治疗也未显著促进伤口愈合。

研究人员总结道，使用405 nm波长的蓝光LED治疗可剂量依赖性地瞬时降低慢性伤口的细菌负荷，60 J/cm²的能量密度即已足够。将剂量从60 J/cm²增至100 J/cm²并无明显优势。蓝光LED光疗在降低细菌负荷和促进伤口愈合方面的潜力值得在更大规模的随机对照试验中进行探索，建议采用更频繁的60 J/cm²剂量照射并延长随访期。本研究可为未来的样本量计算提供基础。