等离子体作为医疗技术，目前认为本质是安全氧化应激的效应，氧化应激过度会带来细胞组织损伤，但适当氧化应激是激活组织细胞活性的重要信号。等离子体本身就存在大量活性氧，能直接产生氧化应激，选择合适剂量的等离子体确实是利用氧化应激治疗疾病的理想策略。

博主观点

低温等离子体技术的出现开辟了一个全新的医疗领域：等离子体疗法。等离子体可以迅速为伤口消毒并促进愈合，甚至还有可能用于治疗癌症。

撰文 | 托马斯 · 冯沃德特克 （Thomas von Woedtke）

汉斯－罗伯特 · 梅特曼 （Hans-Robert Metelmann）

翻译 | 朱成

作为一门新兴学科，等离子体医学的概念大约是在15年前才初步形成。仅从等离子体医学的字面（Plasmamedicine）上来看，可能很多人会认为它会和血浆有一定的关系，但实际上，它们之间完全没有关联。等离子体医学和物理学中的等离子体联系更为紧密。所谓等离子体，一般是指由电离的原子或分子与电子组成的混合体，它们从形态上来看更像是某种气体。物理学家常常将这种等离子形态描述成“第四种物质状态”。对气体施加强电场，就可以产生这种等离子体。在这个过程中，气体粒子失去了最外层的电子，被部分或完全电离。由此形成的物质就是所谓的等离子体，它们一般都具有导电性。

由于等离子体处于能量激发状态，含有大量易于参加反应的粒子，这其中不仅有被电离的粒子，也有很多保持中性的粒子。等离子体还会以紫外线或可见光的形式释放电磁辐射。等离子体可以用作光源，也可用于物体表面加工；在实验性核聚变反应装置中，进行反应的核燃料也是等离子体状态。多数情况下，等离子体都具有较高的温度。

在20世纪90年代中期，科学家制造出了所谓的大气压冷等离子体（CAP）。这种等离子体是一种压强相当于地球表面大气压的粒子混合物，温度则是一般生物体都可以接受的40℃以下。这种特殊等离子体的出现，开启了等离子体医学应用的全新篇章。

目前，等离子体在临床中最为成熟也最为重要的应用，就是通过杀死病原体来治疗皮肤炎症或表层皮肤溃疡。2013年，德国第一台用作医疗设备的等离子体发生器获得了上市批准。这把“等离子刀”是一种外科手术设备，可供外科医生手持使用。该设备可以从喷口发出蓝色的低温等离子体“火焰”，“火舌”长度大约为14毫米。医生可以直接用等离子体处理感染的创口表面，将细菌、真菌、病毒和寄生虫迅速消灭。等离子体的抗菌作用是基于物理化学机制的（包括自由基的作用），即便是对抗生素具有多重耐药性的病原体也难逃一死。

如果发炎的皮肤没有被血迹、皮肤分泌物或者污物覆盖，等离子刀只需要三秒钟时间就可以为其彻底消毒。不过，在有些患者的伤口表面会形成一层生物膜，在这种凝胶状的薄层中，微生物相互联系在一起，具有非常强大的抵抗能力。对于这样的伤口，等离子刀目前的临床效果还不够让人满意。但无论如何，使用等离子体对伤口进行物理消毒，不会使伤口处的病原体对抗生素、抗病毒药物、抗真菌药物或类似的其他药物产生耐药性。至今也没有任何迹象表明，病原体会对等离子体成分本身产生任何的“耐药性”。等离子刀的杀菌能力，使它在口腔医学领域得到了广泛应用，例如对牙齿整形器材、假牙和植入式假牙进行彻底的消毒。

这一方法对于深受皮肤溃疡之苦的癌症患者来说具有十分重要的意义。对于这些癌症患者来说，新疗法不仅可减轻微生物感染，缓解疼痛，还可以减少镇痛药物剂量，此外还可以减少伤口散发出的异味，从而改善他们在社交中的孤立状态。对于那些晚期癌症或某些无法医治的癌症，这一方法也同样适用。

尽管临床研究还比较匮乏，但在日常临床实践中，等离子刀神奇的功效已经一再得以证实。等离子体不仅可以消灭侵入伤口表层的病原体，还具有刺激并加速伤口愈合的功效。对某些难以愈合的深层伤口也同样有效。等离子体的这一功能有希望用来治疗糖尿病患者的足部溃烂以及一些难以自我愈合的伤口，如小腿溃疡。此外，等离子刀还可以有效预防溃烂皮肤区域的感染，这一点有点似激光治疗术。其他的应用领域还包括心脏外科手术，或者为患者皮肤上要插入其他医疗设备的区域消毒。

近期的很多研究表明，等离子体能以多种方式影响哺乳动物细胞。等离子体不仅可以影响这些细胞的活动，也可以刺激它们的分裂和生长。除此之外，等离子体还可以促进蛋白质的合成，并促进细胞之间以及细胞和细胞外基质（位于细胞之间的纤维状物质）之间的相互作用。因此等离子体可以促进组织再生，例如促使更多的新血管形成。

这些生物效应利用不同的大气压冷等离子体（CAP）都可以获得，这和等离子体的气体组成成分几乎没有什么关系。这样就产生了一个重要的问题：等离子体在临床中展现出的多种生物效用背后，是否存在一个统一的机制呢？到目前为止，我们知道CAP的两个主要作用原理。一方面，等离子体可以通过改变细胞的微环境发挥间接生物效用，另一方面可以直接对细胞发挥这种效用。这两个作用主要是通过细胞中的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）来完成的。

这里说的活性氧是过氧化氢（H2O2）、超氧化物（O2•–）、氢氧自由基（•OH）以及单态氧分子（1O2），活性氮则是一氧化氮（•NO），二氧化氮（•NO2）以及过氧亚硝基阴离子（ONOO –）等。大气中的氧分子和氮分子被激发后，就会产生这类物质。例如，当用空气产生等离子体，或者用某些惰性气体（如氩气和氦气）制造等离子体时，还有所产生的等离子体和空气或者某些液体接触以后就会很容易产生这些活性物质。人为将这种活性物质的密度升高后，大气压冷等离子体就可以影响细胞的氧化还原状态。

在此，需要说明一个重要的事实，同样的活性物质也会在普通的细胞新陈代谢过程中出现，对控制和调节细胞的生理过程和病理过程发挥着重要的作用。在氧化还原生物学领域，研究人员已经对这其中的关联进行了非常深入的研究。

伤口愈合

这类发现吸引了研究等离子体生物效应的科学家的注意。上文提到的那些活性物质其实是大气压冷等离子体中真正起作用的成分，它们在伤口康复的生理过程中起着十分重要的作用。较早期的研究发现，受伤组织的细胞会受到一种特殊机制的协调，这种机制通过影响细胞的氧化还原状态发挥作用。而等离子刀可以把活性氧类物质和活性氮类物质带到伤口，从而直接促成了伤口的愈合。

德国莱布尼茨学院等离子技术研究中心（INP）的安可·施密特（Anke Schmidt）领导的团队在2015年发现，等离子体会对人工培养产生的细胞产生一定的影响，使这些细胞产生更多有助于恢复的酶和蛋白质 ——其中包括氧化还原酶、基质金属蛋白酶、多种细胞因子和生长因子。在实验中，经过等离子体干预的细胞会明显加快自身增殖速度，部分原因是受到活性氧（ROS）的影响，这些细胞产生了更多的成纤维细胞生长因子（FGF2）。在伤口康复过程中，细胞间通过彼此接触进行的通信也起着十分重要的作用，细胞间通信不仅会影响细胞的迁移和繁殖，还会影响受伤区域的炎症反应。等离子体可以通过促进或抑制相关分子的产生来影响这些过程。

体细胞可以通过多种不同的控制机制维持自身的氧化还原状态。因此，我们就可以做出大胆的推测，只要在数量、位置和时间上对由等离子刀带入人体组织的活性氧和活性氮进行一定程度的控制，就可以最大程度地减轻副作用。等离子体疗法会导致多种不同的细胞反应，其中与细胞自我保护和修复相关的主要是促使抗氧化酶的生成。在此过程中，转录因子Nrf2起到了核心的作用，这种转录因子可以在抗氧化反应元件（ARE）的帮助下，促进相关基因的表达。INP的克里斯蒂安·万德（Kristian Wende）、施密特和同事在2014年和2015年的实验中就已经证实，角化细胞（在皮肤表层可以形成角质层的细胞）接受等离子体治疗时，转录因子Nrf2的通道被激活了。结果，细胞获得了更强的抵抗氧化逆境及其后果的能力。这一点在后续的诸多研究中都得到了证实。

结合活组织检查以及长期临床研究的结果，目前我们基本可以认定大气压冷等离子体疗法是安全的。科研人员正在致力于研究等离子体是否可用于治疗癌症。一些患有口腔或下颌恶性肿瘤的患者接受了CAP治疗，结果不仅抑制了溃疡区域的细菌感染，还改善了血液循环，病变的组织也在某种程度上恢复了正常。在一些研究中，经过等离子体治疗的肿瘤表面变得较之前更加平坦光滑，获得了新鲜血液供应；而在没有经过治疗的区域，皮肤不仅显得苍白，看上去还很不平整。那么，这种等离子体疗法能否抑制癌细胞的生长呢？这个问题需要通过临床实验进行系统性的研究，正如格赖夫斯瓦尔德大学的克里斯蒂安·塞保尔（Christian Seebauer）和他的团队在2015年所描述的那样。也许，可以借助等离子刀将活性氧或活性氮送入细胞的液体环境中，破坏癌细胞自身的氧化还原平衡。这样的结果可能会令细胞损伤不断积累，最终诱发细胞凋亡。

等离子体并不会直接摧毁肿瘤组织，那样做反而可能导致更加危险的结果，特别是当肿瘤恰好位于一条大血管附近时。取而代之的是，等离子体会激活肿瘤组织周围的健康细胞，健康细胞在被肿瘤破坏的区域边缘逐渐生成疤痕组织，进而使被肿瘤破坏的皮肤逐渐恢复健康。这个过程虽然看上去非常让人神往，但还没得到临床研究的支持。

2012年，格赖夫斯瓦尔德大学的拉尔斯· 伊夫· 帕尔特克（Lars Ivo Partecke）和他所带领的团队通过体内实体肿瘤模型，对等离子体疗法的疗效进行了验证。他们发现，大气压冷等离子体可以诱使肿瘤上层细胞逐渐凋亡，使肿瘤组织逐渐趋于不活跃的状态。2011年和2012年，他们在小鼠身上进行的实验表明，等离子体疗法可以明显减缓皮下实体肿瘤组织的生长速度；与未接受治疗的小鼠相比，接受了等离子治疗的小鼠生存时间也延长了。这些发现表明，等离子体疗法有潜力用来辅助癌症的手术治疗，特别是针对那些无法被彻底切除的肿瘤。等离子体疗法是否可以缩小甚至彻底清除肿瘤，还需要更加深入的基础研究。目前还不清楚，如何让等离子体作用于人体更深的区域。

美容效果

等离子体的另一个重要应用领域是美容医学，利用等离子体处理松弛或出现皱纹的皮肤，改善外观。在本文中，你可以看到一幅对比图，图中是两块彼此相邻的皮肤区域。左边的皮肤是长期接受等离子体治疗后的状况，右边的皮肤完全没有经过治疗。很明显，左图的皮肤显得更加光滑，在上皮层仅有很少量的增生，而右图中的皮肤则出现了很多的褶皱。与活检结果相对应，经过等离子体修复后的皮肤，看起来也显得更加紧致和光鲜。但这方面的临床研究同样很匮乏。

另外一个正在研究等离子体疗法但尚未开始临床应用的领域是牙科。龋齿同样是由病菌引起的，因此可以利用等离子体的杀菌效果进行治疗。关于这类应用还有几个问题需要得到进一步的研究证实，例如，对于富含矿物质的牙齿珐琅质层，等离子体疗法的疗效是否和处理表层皮肤的效果一样好；它是否能防止龋齿的发生，甚至修复牙齿的龋洞等。除此之外，等离子体疗法还可以在眼科和耳鼻喉科得到应用，同样是用来治疗感染。

等离子体另一个完全不同的应用领域是对液体进行处理。处理的结果可能会让液体临时获得某种生物学特性。例如，用等离子体处理过的食盐溶液会获得一定的杀菌能力。日本名古屋大学的田中宏昌（Hirosama Tanaka）带领的一个团队证明，用这种方法处理过的细胞培养基液体会使癌细胞发生凋亡。这个实验结果对于治疗已经发生转移的肿瘤具有重大意义，例如可以在临床上用等离子体对腹腔中的体液进行处理，从而消灭癌细胞。一个名为等离子体制药学的新兴学科专门研究利用大气压冷等离子体来制造、优化和稳定富含活性物质的液体，但到目前为止，这些都还处于基础研究阶段。

总而言之，等离子体医学正走在一条临床应用前景极佳的道路上。但是，由于不同成分的等离子体与不同的细胞、组织和液体间有着极其复杂的相互作用，因此在等离子体疗法中，像光疗和放射疗法那样定量地控制剂量是极为困难的。到目前为止，等离子体疗法还只能根据接触时间来控制剂量。由于不同类型的等离子体源的治疗效果相差很大，在比较不同研究的结果时，仅考虑等离子体接触时间实际上是没有说服力的。到目前为止，还没办法脱离具体仪器来计算等离子体疗法的剂量。

随着等离子体医学的不断发展，它在媒体上出现得也越来越多，病人和医生都对其产生了兴趣，希望能利用等离子体疗法治疗一些用传统医疗方法无法根治或疗效甚微的疾病。我们已经可以预见，这一领域将会具有巨大的经济价值。因此，科研人员和医疗仪器开发人员都肩负着重大的责任：一方面，他们必须要为这一新兴疗法建立牢固的科学基础，尽可能快地推动等离子体的临床应用；但另一方面，又不可以过于急功近利，去鼓吹一些等离子体疗法无法达到的成效，这样反而会使人们失去对等离子体疗法的信任。