摘要：Phototherapy for carbon monoxide poisoning: origins, innovations, and future directions

Phototherapy for carbon monoxide poisoning: origins, innovations, and future directions

一氧化碳中毒的光疗法：起源、创新和未来方向

一氧化碳中毒是全球范围内最常见的中毒原因之一。其致命性源于一氧化碳与血红蛋白的高亲和力，导致组织严重缺氧，并引发一系列炎症和线粒体功能障碍。尽管其病理机制早已明确，但一个多世纪以来的标准治疗手段依然局限于让患者脱离中毒环境并提供氧气支持——无论是常规吸氧还是高压氧治疗，其核心都是通过竞争性结合和压力效应来加速一氧化碳的排出。发表于学术期刊《Medical Gas Research》的一篇观点文章系统回顾了光疗法（Phototherapy）在治疗一氧化碳中毒领域从理论起源到技术创新的发展历程，并展望了其未来的临床转化方向。该文章由麻省总医院与哈佛医学院的Luca Zazzeron博士撰写，揭示了一种有望颠覆传统急救模式的创新治疗方法。

文章追溯了光疗法的科学起源。早在1896年，科学家约翰·霍尔丹（John Haldane）就首次发现可见光能够选择性地将一氧化碳从血红蛋白上解离下来，且不影响氧合。这一发现虽然在体外研究中被反复验证，但直到最近十年，研究人员才开始探索将其应用于活体治疗的可行性。研究的转折点源于一场跨学科合作。2014年，麻省总医院的Warren Zapol博士团队与Wellman光医学中心主任Rox Anderson博士联手，将气体生理学与先进光疗技术相结合，启动了长达十年的创新研究。他们最初在小鼠模型上证实，通过开胸手术直接用特定波长（532-628纳米）的激光照射肺部，可使一氧化碳的清除速率翻倍。然而，开胸照射显然不适用于临床。研究团队进而尝试了通过食管或胸膜置入光纤的微创方式递送光线。虽然有效，但由于可见光在组织中的穿透能力有限，效果大打折扣。为了解决这一根本性挑战，团队提出了一个更富创想的方案：将血液引出体外，在一个特制的人工肺（氧合器）中进行光照处理。这种称为“体外光疗法一氧化碳去除术（ECCOR-P）”的技术，在伴有肺损伤的大鼠模型中显示出巨大优势。相比单纯氧气治疗，体外光疗法一氧化碳去除术使一氧化碳的清除率提高了一倍，在肺损伤模型中甚至提升至三倍，并显著提高了动物的生存率。随后，团队成功将研究推进一步，在大型猪模型中使用了由六个“大型”光氧合器组成的系统，证实其也能有效提升36%的一氧化碳清除率。此外，文章还详细介绍了为推进临床转化所进行的工程优化。研究表明，红光（623纳米）比蓝绿光穿透性更好，一氧化碳解离效率更高。通过将氧合器设计为圆角、增加预充容积等方式，工程师们有效解决了早期设备中出现的血流淤滞、产热和血栓风险等问题，为设计安全、高效的人用设备铺平了道路。

文章指出了两大前沿方向。其一是在体内光递送系统上寻求突破，例如开发可由吸入或静脉注射的“发光纳米颗粒”。这些颗粒可被穿透性更好的近红外光激活，从而在肺循环内部释放出可解离一氧化碳的可见光。其二是探索光生物调节疗法，研究特定波长光照能否直接缓解一氧化碳中毒引发的神经炎症和氧化应激，从而改善长期神经功能后遗症。尽管前景广阔，作者也明确指出，将光疗法转化为临床可用技术仍面临诸多挑战。包括优化设备使其更紧凑、便携且能仅通过外周静脉穿刺即可运行，以及深入探究光疗对一氧化碳毒性多重机制的综合影响。

引用本文：Zazzeron L. Phototherapy for carbon monoxide poisoning: origins, innovations, and future directions. Med Gas Res. 2025 Jun 1;15(2):204-205. DOI: 10.4103/mgr.MEDGASRES-D-24-00103.

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DeepSeek文章分析（仅供参考）

这篇发表于《Medical Gas Research》 的观点文章《Phototherapy for carbon monoxide poisoning: origins, innovations, and future directions》由 Luca Zazzeron 撰写，系统回顾了光疗法治一氧化碳中毒的历史、最新研究进展及未来发展方向。以下是对该文章的简要评述、主要创新点及待解决的关键科学问题的分析：

一、文章快评

该文章不仅总结了光疗法在一氧化碳中毒治疗中的科学基础和历史背景，还重点介绍了近十年来该领域的突破性进展，尤其是体外光疗系统（ECCOR-P）的开发与优化。文章结构清晰，从基础机制到动物实验，再到大动物模型和体外设备优化，层层推进，具有很强的科学逻辑性和临床转化导向。作者所在团队（麻省总医院）在该领域的研究处于国际领先地位，文章内容具有很高的权威性和参考价值。

二、主要创新点

1. 光疗法的体内验证：

- 首次在活体动物（小鼠、大鼠）中验证了通过肺部直接光照或经食管/胸膜光照可显著加速一氧化碳的清除率。

- 证实了特定波长（532–628 nm）的可见光可选择性解离一氧化碳与血红蛋白的结合。

2. 体外光疗系统（ECCOR-P）的开发：

- 创新性地提出并实现了通过体外循环系统结合光疗设备（photo-ECMO）对血液进行光照处理，显著提高一氧化碳清除效率。

- 在伴有肺损伤的动物模型中，ECCOR-P不仅加速一氧化碳清除，还提高了生存率。

3. 设备优化与工程创新：

- 通过改进氧合器几何形状（如圆角设计）、使用红光（623 nm）以增强穿透性和减少热损伤，降低了血栓风险。

- 提出“单元细胞”（unit-cell）ECMO设备概念，结合气体交换与光导纤维，提升治疗效率。

4. 未来技术展望：

- 提出使用发光纳米颗粒（荧光或磷光材料）通过吸入或静脉注射实现体内光照，避免侵入性操作。

- 探讨了光生物调节疗法（photobiomodulation）对一氧化碳中毒后神经炎症和氧化应激的潜在治疗作用。

三、待解决的关键科学问题

1. 光递送效率与安全性：

- 如何在不引起组织过热或损伤的情况下，实现足够强度的光照深度？

- 发光纳米颗粒的生物安全性、毒性及实际疗效尚未明确。

2. 体外设备的临床转化：

- 当前ECCOR-P设备仍需大容量预充和高血流速率（3–5 L/min），依赖中心静脉通路，限制了现场应用。

- 是否需要/如何实现更低血流速率（如200–300 mL/min）下的有效治疗？

3. 机制研究的拓展：

- 光疗法是否影响一氧化碳中毒的其他毒性机制（如线粒体抑制、炎症反应、氧化应激）？

- 光生物调节是否能够缓解一氧化碳中毒后的神经功能损伤？

4. 临床应用场景与可行性：

- 如何设计轻便、便携、电池驱动的光疗设备，以便在救护车或现场急救中使用？

- 是否需要开展临床试验验证其对人体的安全性与有效性？

总结

该文章系统性地展示了光疗法在一氧化碳中毒治疗中的巨大潜力，尤其是在体外光疗系统方面的工程与临床前研究成果显著。然而，将其成功转化为临床应用仍面临多项科学与技术挑战，包括光递送方式、设备优化、机制深入探索及临床试验设计等。未来研究需跨学科合作，结合生物工程、材料科学与临床医学，推动这一创新疗法走向现实。

来源：辽宁省细胞生物学学会