CN113440733A - 利用蓝光调节人体血压的装置及使用该装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及血压调节领域，特别是利用蓝光调节人体血压的装置及使用该装置的方法。该装置包括：蓝光发光装置，控制装置和人体适配装置；其中，人体适配装置用于支撑蓝光发光装置；蓝光发光装置安装在人体适配装置内，位于人体适配装置与人体之间；控制装置用于控制蓝光发光装置；工作时，控制装置将蓝光发光装置发出光的波长设定在450nm至480nm之间，辐照度功率控制在22mW/cm2至62mW/cm2之间，对人体进行持续或间断照射。还提供了一种使用上述利用蓝光调节血压装置的使用方法，能有效降低血压。本发明的有益的效果是，该装置能改善血管内皮功能，提高心功能，有效预防高血压的形成。
Description
技术领域
本发明涉及血压调节领域，特别是利用蓝光调节人体血压的装置及使用该装置的方法。
背景技术
越来越多的研究表明，阳光照射与人类健康密切相关，阳光照射与人的全因死亡率成反比。心血管疾病领域众多研究表明，人体血压在夏季持续低于冬季，心血管死亡率及发病率于冬季时最高，同时与阳光照射时间呈负相关；
既往研究表明(
C,Deck A,Volkmar CM,et al.Mechanism andbiological relevance of blue-light(420-453nm)-induced nonenzymatic nitricoxide generation from photolabile nitric oxide derivates in human skin invitro and in vivo[J].)，蓝光照射能够增加人体皮肤中游离NO的水平，并能够使增加的NO从皮肤表面转移到皮肤下面的组织中，从而增加健康受试者局部皮肤的血流量；ManuelStern等(Manuel S, Melanie B,Roberto S,et al.Blue light exposure decreasessystolic blood pressure,arterial stiffness,and improves endothelial functionin humans[J].Eur J Prev Cardiol.,2018，25(17): 1875-1883..DOI:10.1177/2047487318800072.)发现，全身蓝光照射可以分解皮肤中对光不稳定的氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)，释放NO进入循环血液，从而降低大动脉僵硬度，并且能够通过使阻力动脉扩张来降低收缩压。
近期，William D.S.Killgore(Ortiz SF,Hori D,Nomura Y,et al.Opsin 3and 4mediate light-induced pulmonary vasorelaxation that is potentiated by Gprotein-coupled receptor kinase 2inhibition[J].Am J Physiol Lung Cell MolPhysiol.,2018,314(1):L93-L106.DOI: 10.1152/ajplung.00091.2017.)等研究表明，蓝光通过调节人体昼夜节律改善轻度颅脑外伤患者预后；Bartman等(Bartman CM,Oyama Y,Brodsky KS,et al.Intense light-elicited upregulation of miR-21facilitatesglycolysis and cardioprotection through Per2-dependent mechanisms[J].PLoSOne.,2017,12(4)：e0176243. DOI:10.1371/journal.pone.0176243.)阐明了在缺血及再灌注损伤中，蓝光能够通过增强糖酵解减轻心肌梗死面积，提高心功能。
因此，我们推测：利用蓝光可以实现对人体血压的调节，并据此提供利用蓝光调节血压的装置以及使用该装置的方法。
发明内容
本发明目的在于：提供使用蓝光调节人体血压的装置，并提供使用该装置来调节血压的方法。
利用蓝光调节人体血压的装置，包括：蓝光发光装置，控制装置和人体适配装置；其中，人体适配装置用于支撑蓝光发光装置；蓝光发光装置安装在人体适配装置内，位于人体适配装置与人体之间；控制装置用于控制蓝光发光装置；工作时，控制装置将蓝光发光装置发出光的波长设定在450nm至480nm之间，辐照度功率控制在22mW/cm2至62mW/cm2之间，对人体进行持续照射。
作为本发明的优选方案，蓝光发光装置发出光的波长为469nm。蓝光发光装置距离人体皮肤40至60cm之间，辐照度功率为42mW/cm2。
作为本发明的优选方案，人体适配装置为筒状结构，并与人手臂相适配。蓝光发光装置安装在人体适配装置筒状结构的内侧。
作为本发明的优选方案，所述人体适配装置为浴缸。蓝光发光装置安装在所述浴缸的内侧。
为了验证本发明提供的利用的蓝光调节人体血压的装置，我们进行了动物实验，如下：
实验动物:8周龄SPF级雄性C57BL6/J野生型(WT)小鼠100只，体重(25.44 ±3.22)g，健康状况良好，由成都达硕实验动物有限公司提供。于西部战区总医院实验动物中心SPF级动物房饲养2周，饲料为SPF级小鼠饲料，饮用灭菌水，恒温23℃～25℃，恒湿(55±5)％，日夜规律光照各12h。主要仪器及试剂：蓝光光源、对照光光源[型号：HL-A-5730D34W-S1-08-HR3(LY)，广州鸿利光电股份有限公司]；小鼠智能无创血压计(型号Softron BP-2010A,北京软隆生物技术有限公司)；微型渗透泵(美国Alzet公司)；小鼠NO、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)及内皮素-1(ET-1)检测试剂盒[(武汉)默沙克公司]；-80℃超低温冰箱、-20℃低温冰柜、4℃冷藏冰箱(中国海尔公司)；超净工作台(中国富康净化仪器设备)；离心机(德国Eppendorf公司)。
动物实验分组：20只WT小鼠随机均分为对照光组(CL组)及蓝光组(BL 组)，每组各10只，观察各组小鼠血压变化；另取WT小鼠40只，随机分为4 组：对照光+假手术组(CLS组)、对照光+手术组(CLO组)、蓝光+假手术组(BLS 组)及蓝光+手术组(BLO组)，每组各10只，手术组利用AngII微型渗透泵干预建立高血压小鼠，假手术组利用生理盐水干预，在手术后即刻开始使用对照光或蓝光照射，观察各种小鼠血压变化；为进一步研究蓝光对小鼠血压影响的内在机制，另取40只WT小鼠，随机分为对照光+正常血压组(CLN组)、蓝光+ 正常血压组(BLN组)、对照光+高血压组(CLH组)及蓝光+高血压组(BLH组)，利用AngII/生理盐水微型渗透泵建立各组模型小鼠，在高血压小鼠模型成功后开始使用对照光或蓝光照射，并观察各种小鼠血压变化。
高血压动物模型建立：小鼠称重后用异氟烷麻醉小鼠，固定于手术台上，将两肩胛骨间背部毛发剔除，并进行皮肤消毒，做0.5cm左右小切口，钝性分离皮下，埋入预制Ang II或0.9％生理盐水的微型渗透泵，缝合皮下及皮肤，Ang II以400ng/(kg.min)的速度连续灌注27d。
尾夹法测定小鼠血压：采用Softron BP-2010A小鼠无创血压测定仪测定CL 组及BL组在相应干预前、干预期间及干预后100min血压值，在干预60min 内及干预停止后100min内分别间隔10min及20min多次重复测量小鼠血压；CLS组、CLO组、BLS组及BLO组小鼠于每日上午8时进行30min蓝光及对照光照射，并于手术当天及术后前10d每天测量血压，此后间隔4d测量血压，直至术后27d；CLN组、BLN组、CLH组及BLH组前10d每天检测小鼠血压，此后间隔2d测量血压，测定前在小鼠安静、清醒状态下将传感器套在小鼠尾部，通过充气、放气对尾动脉加压和释压的同时监测血流信号，得出尾动脉血压值，收缩压、舒张压，连续测量3次，取其平均值。
光房：对照光房与蓝光房长宽高均为3m×4m×3m，房间内安装空调恒温 23℃～25℃，小鼠置于鼠笼内，对照光房内置于对照光源，波长为592nm，蓝光房内放置蓝光光源，蓝光波长为469nm，两组灯光放置在离皮肤40～60cm之间的距离处，辐照度水平约为42mW/cm2，6h以上强度变化＜10％，6h以上温度变化＜10℃。
酶联免疫吸附测定(ELISA)检测NO及eNOS生成：收集各组血液标本，予以EDTA抗凝静置15min，1 000g离心15min，收集上清，将样品与标准品加入96孔板中，37℃温育30min，洗板5次，加入酶标试剂50ul，37℃温育30 min，洗板5次，加入显色液，37℃避光显色15min，加入终止液50ul，15min 内450nm波长依序测量各孔吸光度(OD值)并处理数据[9]。
酶联免疫吸附测定(ELISA)检测ET-1生成：收集各组血液标本，予以EDTA 抗凝静置15min，1 000g离心15min，收集上清，标本用标本稀释液1：1稀释后将样品与标准品加入96孔板中，加入50ul的生物素标记的抗体，37℃温育1h，洗板5次，每孔加入50ul的亲和链酶素-辣根过氧化物酶(SA-HRP)， 37℃温育30min，洗板5次，每孔加入底物A、B各50ul，37℃避光显色15min，加入终止液50ul，15min内450nm波长依序测量各孔吸光度(OD值)并处理数据[10]。
统计学方法
采用SPSS 16.0及GraphPad Prism 6软件进行统计分析；小鼠血压指标以均数±标准误
表示；ET-1、eNOS、NO指标使用均数±标准差
表示，两组间比较采用独立样本t检验，多组间比较采用重复测量方差分析，方差齐进一步两两比较采用SNK-q检验，方差不齐采用非参数检验，每组各时间点减去本身基线所得差值表示血压变化(Δ)，用均数±标准误
表示。 P<0.05为差异有统计学意义。
蓝光对正常小鼠血压的影响
CL组与BL组小鼠来自同一批次，体重、血压基线一致，差异均无统计学意义(P均＞0.05)(表1)。BL组小鼠收缩压在蓝光开始照射时即有下降趋势，并在照射30分钟时下降最显著，与蓝光开始照射前比较，收缩压：-5.90 mmHg(95％CI：-9.75mmHg,-2.05mmHg)(P＜0.05)，与CL组相比，BL组收缩压降低(6.90±3.13)mmHg，差异有统计学意义(P＜0.05)(图7)。此后小鼠收缩压随着蓝光继续照射呈上升趋势，并在蓝光停止照射20分钟后回到基线值附近；BL组小鼠的舒张压在蓝光照射前、照射60分钟内以及停止照射100分钟无明显变化(P＞0.05)，与CL组相比，各个时间点均无统计学差异(P＞0.05) (表1，图8)，CL组小鼠在进入前、暗室内40分钟以及此后2h的收缩压、舒张压均无明显变化，各时间点无统计学差异(P＞0.05)(表1，图7，图8)。
表1蓝光对正常小鼠血压的影响(mmHg，
)
注：CL组：对照光组；BL组：蓝光组。1mmHg＝0.133kPa。与CL组比较*P ＜0.05
蓝光对Ang II诱导过程中小鼠血压的影响
CLS组、CLO组、BLS组与BLO组小鼠来自同一批次，体重、血压基线一致，差异均无统计学(P均＞0.05)；CLS组小鼠在27d内血压在基线值附近波动； BLS组小鼠于蓝光照射后第1天至第7天血压在基线值附近波动，第7天至第 27天血压始终处于基线值之下，但差异无统计学意义(P＞0.05)；CLO组小鼠在Ang II 400ng/(kg.min)泵入第2天可见血压有升高趋势，随后血压逐渐升高，并在第7天血压达到最高点，与CLS组比较，收缩压升高(45.10±4.51) mmHg，舒张压升高(53.60±3.10)mmHg，随后进入平台期，到第27天血压仍维持较高水平且血压波动不明显(表2，图9、图10)。
BLO组小鼠在Ang II 400ng/(kg.min)泵入后第2天可见血压升高趋势，随后血压持续升高，并于第10天到达平台期，与CLS组比较，收缩压升高(37.70 ±4.14)mmHg，舒张压升高(48.20±4.41)mmHg，与CLO组相比，收缩压相差(-9.10±4.31)mmHg，舒张压相差(-7.20±3.30)mmHg；此后进入平台期，直到第27天血压维持在较高水平且波动不明显(表2，图9、图10)。
表2.蓝光对AngII诱导过程中小鼠血压的影响
注：AngII：血管紧张素II；*:P＜0.05,与CLS组比较.Δ:P＜0.05,与 CLO组比较.
蓝光对高血压小鼠血压的影响
予以AngII诱导形成高血压小鼠模型，CLH组小鼠血压始终维持在高水平， BLH组在蓝光干预的第5天可见血压下降趋势，随后继续缓慢下降，并于第14 天血压降至最低，与CLH组比较，收缩压相差(-7.50±5.41)mmHg，舒张压相差(-7.10±4.06)mmHg，随后进入平台期，直到第24天两组小鼠血压无明显波动(表3，图11，图12)。
表3.蓝光对高血压小鼠血压的影响
注：A:Control light+HBP(CLH,n＝10):B:Blue light+HBP组(BLH, n＝10)；*:P＜0.05,与CLH比较
蓝光对高血压小鼠eNOS、ET-1及NO的影响
高血压小鼠模型建立成功后按计划随机分组并干预，于第14天分别测量各组小鼠血浆中eNOS、ET-1及NO的含量，与CLN组相比，CLH组小鼠血清中eNOS及NO含量减少，ET-1含量增加，与CLH组相比，BLH组血清中eNOS及 NO含量明显升高，而ET-1含量明显降低，差异有统计学意义(P＜0.05)(表 4，表5，表6)。
表4各组小鼠血清中eNOS的含量(ng/mL)
注：eNOS:内皮型一氧化氮合酶,HBP:高血压,Control light+Normal(CLN, n＝10),Blue light+Normal(BLN,n＝10),Control light+HBP(CLH,n＝10),Blue light+HBP(BLH,n＝10)；*:P＜0.05,与CLN组比较,Δ:P＜0.05,与CLH组比较
表5各组小鼠血清中ET-1的含量(ng/L)
注：ET-1:内皮素-1,HBP:高血压；Control light+Normal(CLN,n＝10),Bluelight+Normal(BLN,n＝10),Control light+HBP(CLH,n＝10),Blue light+ HBP(BLH,n＝10)；*:P＜0.05,与CLN组比较,Δ:P＜0.05,与CLH组比较
表6各组小鼠血清中NO的含量(umol/L)
注：NO:一氧化氮,HBP:高血压；Control light+Normal(CLN,n＝10),Blue light+Normal(BLN,n＝10),Control light+HBP(CLH,n＝10),Blue light+ HBP(BLH,n＝10)；*:P＜0.05,与CLN组比较,Δ:P＜0.05,与CLH组比较
为了进一步探究蓝光是否可以预防小鼠高血压的形成，我们使用Ang II诱导小鼠血压升高，对小鼠进行Ang II干预的同时，给予每日固定时间(8：00) 30min蓝光照射，结果发现，与CLO组小鼠比较，BLO组小鼠血压升高的速率减慢，到达平台期的时间延长，且血压升高的程度较低，说明蓝光能够延缓并减轻Ang II诱导过程中导致的小鼠血压升高。接着，我们研究了蓝光对高血压小鼠血压的影响，用Ang II诱导形成高血压(HBP)小鼠模型，并给予每日固定时间(8：00)30min蓝光照射，结果显示，HBP小鼠于蓝光照射后第5天血压呈现下降趋势，并于第14天血压下降最显著，说明蓝光能够降低HBP小鼠的血压。
为了进一步明确蓝光对小鼠血压影响的内在机制，我们检测了HBP小鼠开始照射蓝光前及照射蓝光后第14天时血浆中eNOS和NO的含量，结果发现高血压小鼠经每日固定时间(8：00)蓝光照射30min，干预14d后，血液中eNOS 及NO的含量显著增加；同时我们还检测了小鼠体内缩血管物质ET-1的含量，我们发现HBP小鼠经每日固定时间(8：00)蓝光照射30min，14d后，血液中ET-1的含量显著降低。
血管内皮功能障碍是高血压形成的主要原因，内皮依赖性收缩功能增强与内皮依赖性舒张功能减弱是其主要表现。在病理条件下，内皮合成缩血管物质 ET-1产生增多，舒血管物质NO产生减少，从而引起血管剧烈收缩，导致高血压的形成，故NO与ET-1是衡量血管内皮功能的重要指标。我们发现，蓝光有助于维持HBP小鼠体内NO/ET-1的平衡，说明蓝光可以改善HBP小鼠的血管内皮功能。
总之，我们发现，正常小鼠接受30min蓝光照射能够使其收缩压下降；长期每日蓝光照射能够延缓Ang II诱导小鼠形成高血压、降低血压升高的程度；高血压小鼠接受每日蓝光照射后血压显著下降，同时改善高血压小鼠血管内皮功能，这为蓝光在高血压防控方面提供了一定的研究基础和理论依据。
本申请还提供一种使用上述的利用蓝光调节人体血压的装置的方法，包括： S1调整步骤：使用控制装置将蓝光发光装置的波长设定为469nm，人体辐照功率设定为42mW/cm2；S2照射步骤：使用蓝光发光装置对人体进行持续或者间断照射。
上述方法，我们研究了蓝光对高血压小鼠血压的影响，用Ang II诱导形成高血压(HBP)小鼠模型，并给予每日固定时间(8：00)30min蓝光照射，结果显示，HBP小鼠于蓝光照射后第5天血压呈现下降趋势，并于第14天血压下降最显著，说明蓝光能够降低HBP小鼠的血压。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：
1.提供了通过蓝光照射调节血压的装置，该装置能改善血管内皮功能，有效预防高血压的形成及降低高血压患者血压；
2.提供了一种使用上述利用蓝光调节血压装置的使用方法，能有效降低血压。
附图说明
图1是实施例1的立体示意图；
图2是实施例1的工作时的示意图；
图3是实施例1的分解示意图；
图4是实施例2的立体图；
图5是实施例2的分解示意图；
图6是根据实施例3使用本发明装置方法的示意性流程框图；
图7是蓝光对正常小鼠收缩压影响的变化趋势示意图；
图8是蓝光对正常小鼠舒张压影响的变化趋势示意图；
图9是蓝光影响AngII诱导过程中小鼠收缩压的变化趋势示意图；
图10是蓝光影响AngII诱导过程中小鼠舒张压的变化趋势示意图；
图11是蓝光影响高血压小鼠收缩压的变化趋势示意图；
图12是蓝光影响高血压小鼠舒张压的变化趋势示意图；
图中标示：10-蓝光发光装置,11-臂筒,21-显示屏,22-按钮，23-底座，24- 底板，30-控制装置，100-缸用蓝光发光装置，110-缸体，210-右盖板，220- 左盖板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本申请可适用于一种生物血压调节系统，包括但不限于血压调节系统。该生物调节系统可以应用于各种类型的电子设备，该电子设备可以为智能可穿戴设备、手机，平板电脑、移动医疗设备等等，其中，智能可穿戴设备可以包括以下设备中的至少一项：手表、手镯、脚链、项链或者头戴式设备；移动医疗设备可以包括以下设备中的至少一项：血压测量设备、体温测量设备等等，本申请实施例对此不做限定。
实施例1，如图1-3所示：
利用蓝光调节人体血压的装置，包括：蓝光发光装置10，控制装置30和人体适配装置；其中，人体适配装置用于支撑蓝光发光装置10；蓝光发光装置10 安装在人体适配装置内，位于人体适配装置与人体之间；控制装置30用于控制蓝光发光装置10；工作时，控制装置30将蓝光发光装置10发出光的波长设定在450nm至480nm之间，辐照度功率控制在22mW/cm2至62mW/cm2之间，对人体进行持续照射。
人体适配装置，包括底座23，安装在所述底座23上的臂筒11、显示屏21 和按钮22，其中，所述臂筒11可转动以适配人手臂位置，所述显示屏21用于显示信息和/或操作所述控制装置30，所述按钮22用于操作所述控制装置30。该实施例的突出优点在于，空间占用少便于携带。
实施例2，如图4-5所示：
本实施例与实施例1的区别在于，将人体适配装置替换成了缸体110、左盖板220和右盖板210，同时将蓝光发光装置10的尺寸放大为与缸体110相适配的缸用蓝光发光装置100。该实施例装置的突出优点在于，可以覆盖更大面积的人体皮肤。
实施例3，如图6所示：
本发明装置的使用方法，包括：S1调整步骤：使用控制装置将蓝光发光装置的波长设定为469nm，人体辐照功率设定为42mW/cm2；S2照射步骤：使用蓝光发光装置10对人体进行持续或者间断照射。成对放置蓝光发光装置10，蓝光波长为469nm，两组灯光放置在离皮肤40～60cm之间的距离处，辐照度水平约为42mW/cm2，6h以上强度变化＜10％。并给予每日固定时间30min蓝光照射，结果证明蓝光能够有效降低血压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，
包括：蓝光发光装置，控制装置和人体适配装置；
其中，所述人体适配装置用于支撑蓝光发光装置；所述蓝光发光装置安装在人体适配装置内，位于所述人体适配装置与人体之间；
所述控制装置用于控制蓝光发光装置；
工作时，所述控制装置将蓝光发光装置发出光的波长设定在450nm至480nm之间，辐照度功率控制在22mW/cm2至62mW/cm2之间，对人体进行持续或间断照射。
2.根据权利要求1所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述蓝光发光装置发出的光的波长为469nm。
3.根据权利要求2所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述蓝光发光装置距离人体皮肤40cm至60cm之间，辐照度功率为42mW/cm2。
4.根据权利要求1-3中任意项中所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述人体适配装置为筒状结构，并与人手臂相适配。
5.根据权利要求4所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述人体适配装置，包括底座，安装在所述底座上的臂筒、显示屏和按钮；其中，所述臂筒可转动以适配人手臂位置，所述显示屏用于显示信息和/或操作所述控制装置，所述按钮用于操作所述控制装置。
6.根据权利要求1-3中任意项中所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述人体适配装置，包括缸体和盖板，所述蓝光发光装置安装在所述缸体内侧；所述盖板可拆卸地安装在所述缸体上方；其中，所述盖板可以分成左、右两块盖板。
7.根据权利要求6所述的利用蓝光调节人体血压的装置，其特征在于，所述蓝光发光装置安装在所述浴缸的内侧。
8.一种使用如权利要求1～7中任一项所述的利用蓝光调节人体血压的装置的方法，其特征在于，包括：
S1调整步骤：使用控制装置设定蓝光发光装置的波长和功率；
S2照射步骤：使用经过所述S1步骤调整过的蓝光发光装置，在固定时间对人体进行持续或者间断照射。
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