TWI758219B

TWI758219B - 遠紅外線的生物效應的評估方法

Info

Publication number: TWI758219B
Application number: TW110129527A
Authority: TW
Inventors: 李三良; 許永和; 陳正憲
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-03-11
Also published as: US20230046072A1; TW202306538A

Abstract

一種遠紅外線的生物效應的評估方法，包括以下步驟：提供遠紅外線射源，以用來發射出遠紅外線；以及測量遠紅外線的遠紅外線生物效應指數。其中，將照射遠紅外線的實驗組的血糖值變化與未照射遠紅外線的對照組的血糖值變化的比值定義為遠紅外線生物效應指數。當遠紅外線生物效應指數大於1時，表示遠紅外線對生物體造成生物效應。

Description

遠紅外線的生物效應的評估方法

本發明是有關於一種評估方法，且特別是有關於一種遠紅外線的生物效應的評估方法。

一般來說，遠紅外線(Far Infrared，FIR，波長3-1000微米)對健康和細胞生理學可產生許多有益的生物效應(biological effects)，且這些遠紅外線的生物效應與熱效應無關。雖然，市面上已有許多可發射出遠紅外線的醫療保健設備，但卻缺乏適當的方法來測量這些設備所發射出的遠紅外線的生物效應，因而導致這些設備的效果無法驗證，甚至造成遠紅外線在生物醫學方面的應用受到限制。

本發明提供一種遠紅外線的生物效應的評估方法，可作為標準化的方法，以用來測量遠紅外線射源的遠紅外線生物效應指數，並用來評估其遠紅外線所造成的生物效應的程度。

本發明的遠紅外線的生物效應的評估方法，包括以下步驟。提供遠紅外線射源，以用來發射出遠紅外線。測量遠紅外線的遠紅外線生物效應指數(FIR biological effect index，FBI)。當遠紅外線生物效應指數大於1時，表示遠紅外線對生物體造成生物效應。

在本發明的一實施例中，上述的遠紅外線生物效應指數的測量方法包括以下步驟。提供試驗小鼠，並將試驗小鼠隨機分配為實驗組與對照組。對實驗組與對照組餵食葡萄糖溶液。在餵食後的第一時間點，測量實驗組與對照組的血糖值。在第一時間點，對實驗組照射遠紅外線，且持續照射至第二時間點。在第二時間點，測量實驗組與對照組的血糖值。將實驗組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化當作第一差值。將對照組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化當作第二差值。計算第一差值與第二差值的比值，並定義比值為遠紅外線生物效應指數。

在本發明的一實施例中，上述的試驗小鼠的週齡為10至16週。

在本發明的一實施例中，上述的第一時間點為在餵食葡萄糖溶液之後的第15分鐘。

在本發明的一實施例中，上述的第一時間點與第二時間點的時間差為30分鐘。

在本發明的一些實施例中，上述的遠紅外線的生物效應為非熱生物效應。

在本發明的一些實施例中，上述的遠紅外線生物效應指數與生物效應為正相關。

在本發明的一實施例中，上述的生物效應包括降低血糖值、增加血流量以及降低心血管疾病風險因子。

在本發明的一實施例中，當上述的遠紅外線的波長為8微米至10微米之間且照射強度為0.087毫瓦/平方公分至0.13毫瓦/平方公分之間時，遠紅外線對生物體造成生物效應。

基於上述，在本發明實施例的遠紅外線的生物效應的評估方法中，由於實驗組的血糖值變化與對照組的血糖值變化的比值可定義為遠紅外線生物效應指數，因此，可利用測量並量化後的遠紅外線生物效應指數來評估遠紅外線所造成的生物效應的程度。其中，上述的評估方法可以作為一種標準化的方法，以用來測量市面上的遠紅外線射源的遠紅外線生物效應指數，並用來評估其遠紅外線所造成的生物效應的程度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

S100、S200、S210、S220、S230、S240、S250、S260:步驟

圖1是本發明一實施例的遠紅外線的生物效應的評估方法的流程示意圖。

圖2是本發明一實施例的遠紅外線生物效應指數的測量方法的流程示意圖。

圖3為測量遠紅外線對小鼠的血糖值的影響。

圖4為小鼠的週齡與遠紅外線生物效應指數的關係。

圖5為遠紅外線的強度與遠紅外線生物效應指數的關係。

圖6為測量遠紅外線對順鉑處理後的小鼠的腹部血流量的影響。

圖7為測量遠紅外線對順鉑處理後的小鼠的心血管疾病風險因子的影響。

圖1是本發明一實施例的遠紅外線的生物效應的評估方法的流程示意圖。圖2是本發明一實施例的遠紅外線生物效應指數的測量方法的流程示意圖。

一般來說，只有在特定波長範圍的遠紅外線才會與生物體的分子產生共振，並影響生物體的生理現象，進而對生物體造成生物效應。然而，由於遠紅外線射源會因其本身的發射體的成份不同而使得發射出的遠紅外線可具有不同的波長，因此，在不同的遠紅外線射源中，即使發射出相同強度的遠紅外線，但不同波長的遠紅外線所造成的生物效應的程度也不會相同。因此，本實施例提供了一種可用來標準化的遠紅外線的生物效應的評估方法。其中，遠紅外線的生物效應可例如是包括降低血糖值、增加血流量以及降低心血管疾病風險因子，但並不以此為限。

本實施例的遠紅外線的生物效應的評估方法可包括以下步驟：首先，請參照圖1，進行步驟S100，提供遠紅外線射源，以用來發射出遠紅外線。其中，遠紅外線射源可以是具有遠紅外線輻射性能的發射體，舉例來說，遠紅外線射源可例如是遠紅外線治療儀、遠紅外線護具或遠紅外線陶瓷材料等，但並不以此為限。

接著，進行步驟S200，測量遠紅外線的遠紅外線生物效應指數(FIR biological index，FBI)。具體來說，如圖2所示，在本實施例中，遠紅外線生物效應指數的測量方法可包括以下步驟：首先，進行步驟S210，提供試驗小鼠，並將試驗小鼠隨機分配為實驗組與對照組。在本實施例中，試驗小鼠可以為健康小鼠，且試驗小鼠的週齡可以為8週齡至16週齡，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，較佳地試驗小鼠的週齡可以為10週齡至16週齡。

接著，進行步驟S220，對實驗組與對照組餵食葡萄糖溶液。在本實施例中，在餵食葡萄糖溶液之前，會先對實驗組與對照組禁食約12小時，但並不以此為限。此處，葡萄糖溶液的餵食量為2公克/公斤，但並不以此為限。

接著，進行步驟S230，在餵食後的第一時間點，測量實驗組與對照組的血糖值。在本實施例中，第一時間點可例如是在餵食葡萄糖溶液之後的第15分鐘，但並不以此為限。此外，測量血糖值的方法可例如是：先從試驗小鼠的尾尖採集血液樣本，接著再利用血糖機來測量血液樣本中的血糖值，但並不以此為限。

接著，進行步驟S240，在第一時間點，對實驗組照射遠紅外線，且持續照射至第二時間點。在本實施例中，遠紅外線僅會照射實驗組，且不會照射對照組。此外，第二時間點可例如是在餵食葡萄糖溶液之後的第45分鐘，但並不以此為限。因此，在本實施例中，遠紅外線可持續對實驗組照射30分鐘，即第一時間點與第二時間點的時間差可大致上為30分鐘，但並不以此為限。

接著，進行步驟S250，在第二時間點，測量實驗組與對照組的血糖值。此處，以上述步驟S230的測量血糖值的方法來測量實驗組與對照組的血糖值。

接著，進行步驟S260，將實驗組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化當作第一差值，並將對照組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化當作第二差值，而後，計算第一差值與第二差值的比值，並將該比值定義為遠紅外線生物效應指數(FIR biological index，FBI)。因此，在本實施例中，遠紅外線生物效應指數的計算公式為：遠紅外線生物效應指數=實驗組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化(即，第一差值)/對照組於第一時間點至第二時間點的血糖值變化(即，第二差值)。至此，已可利用上述的步驟S210至步驟S260來測量並計算得到遠紅外線生物效應指數。

然後，請再參照圖1，依據測量得到的遠紅外線生物效應指數來評估遠紅外線的生物效應。在本實施例中，當遠紅外線生物效應指數大於1時，可表示遠紅外線射源所發射出的遠紅外線可對生物體造成生物效應。其中，遠紅外線生物效應指數與生物效應之間的關係可以為正相關，也就是說，當遠紅外線生物效應指數越大時，生物效應也會越大。此外，在本實施例中，遠紅外線的生物效應為非熱生物效應。

以下將配合圖式及實施例，說明本發明為達成目的所採取的技術手段。然而，下列的實施例及配合的圖式僅是輔助說明，而並非用以限定本發明。

[實施例]

實驗例1：評估遠紅外線的生物效應以及測量遠紅外線生物效應指數(FBI)

在本實驗例中，先將12週齡的雄性的129S1小鼠分為實驗組與對照組，且每組各5隻。接著，在禁食12小時後，從實驗組與對照組的小鼠的尾尖採集小量的血液樣本，並利用血糖機來測量小鼠於空腹時的血糖值(即第0分鐘時的血糖值)。接著，以2公克/公斤的葡萄糖溶液(D-(+)-葡萄糖溶於水)經口餵食(管餵)實驗組與對照組，並在餵食後的第15、30、45、75以及90分鐘測量實驗組與對照組的血糖值。此外，在餵食後的第15分鐘時，也同時使用遠紅外線射源(儀器：WS TY101 FIR emitter)所發射出的遠紅外線(波長8-10微米)來照射實驗組的小鼠。在照射距離為20公分(cm)的情況下，可使實驗組的小鼠暴露於輻射強度為0.13毫瓦/平方公分(mW/cm²)的遠紅外線。最後，將測量得到的血糖值與時間點的關係記錄於表1並繪製成圖3。

由表1及圖3的結果可知，相較於未照射遠紅外線的對照組，照射遠紅外線的實驗組在第30、45、75分鐘時都顯著地有較低的血糖值。其中，在第30分鐘時，對照組的血糖值與實驗組的血糖值的差異約為63毫克/公合(mg/dL)；在第45分鐘時，對照組的血糖值與實驗組的血糖值的差異約為93毫克/公合；在第75分鐘時，對照組的血糖值與實驗組的血糖值的差異約為56毫克/公合。據此可知，相較於對照組與實驗組在第30分鐘時(或第75分鐘時)的血糖值的差異，對照組與實驗組在第45分鐘時的血糖值的差異較為顯著。因此，在本實驗例中，以遠紅外線照射30分鐘(即第45分鐘-第15分鐘)來作為測量遠紅外線生物效應指數的標準測試時間。

接著，計算實驗組於第15分鐘至第45分鐘的血糖值變化約為132毫克/公合(即，第一差值)，並計算對照組的小鼠於第15分鐘至第45分鐘的血糖值變化約為60毫克/公合(即，第二差值)。接著，再將第一差值除以第二差值後，即可獲得遠紅外線生物效應指數為2.2(132/60=2.2)。

在本實驗例中，由於經測量及計算得到的遠紅外線生物效應指數(2.2)可大於1，因此，可表示遠紅外線對於實驗組有降低血糖值的生物效應，如圖3所示。也就是說，在本實驗例中，可利用測量並量化後的遠紅外線生物效應指數來評估遠紅外線所造成的生物效應的程度。

另外，在本實驗例中，由於實驗後的小鼠不需要犧牲且可多次使用，且在實驗過程中不需要使用昂貴的設備，因而可使本實驗例的評估方法以及遠紅外線生物效應指數的測量方法具有操作成本低的效果。在本實驗例中，由於實驗中的管餵技術與採血技術容易，且整個操作流程大致上只需要2小時(除了事先禁食的12小時)，因而可使本實驗例的評估方法以及遠紅外線生物效應指數的測量方法具有操作容易且時間成本低的效果。

另外，在本實驗例中，上述的評估方法以及遠紅外線生物效應指數的測量方法可以作為一種標準化的方法，以用來測量市面上的遠紅外線射源的遠紅外線生物效應指數，並用來評估其遠紅外線所造成的生物效應的程度。

實驗例2：測量小鼠的週齡對遠紅外線生物效應指數的影響

在本實驗例中，以類似實驗例1的方法，使8週齡、10週齡、12週齡、14週齡以及16週齡的雄性的129S1小鼠(每種週齡有5隻小鼠)暴露於輻射強度為0.13毫瓦/平方公分的遠紅外線30分鐘，以測量小鼠的週齡對遠紅外線生物效應指數的影響。最後，再將測量並計算出的遠紅外線生物效應指數與週齡的關係繪製成圖4。

請參照圖4，在本實驗例中，將10、12、14或16週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數與8週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數進行比較以及統計分析後，若統計分析的結果具有顯著性的差異且p值小於0.01時，就會在圖中以星號*表示。

由圖4的結果可知，8週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數為1.2±0.1，10週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數為1.8±0.2，12週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數為2.1±0.1，14週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數為1.9±0.1，16週齡的小鼠的遠紅外線生物效應指數為1.7±0.1。其中，相較於8週齡的小鼠，10、12、14以及16週齡的小鼠都顯著地有較高的遠紅外線生物效應指數。

實驗例3：測量遠紅外線的強度對遠紅外線生物效應指數的影響

在本實驗例中，以類似實驗例1的方法，將10週齡的雄性的129S1小鼠分為3個實驗組與1個對照組，且每組各5隻。接著，分別使3個實驗組在不同的照射距離(照射距離為20公分、30公分或40公分)下照射遠紅外線30分鐘，以測量遠紅外線的強度對遠紅外線生物效應指數的影響。其中，當照射距離為20公分時，可使小鼠暴露於輻射強度為0.13毫瓦/平方公分的遠紅外線；當照射距離為30公分時，可使小鼠暴露於輻射強度為0.087毫瓦/平方公分的遠紅外線；當照射距離為40公分時，可使小鼠暴露於輻射強度為0.033毫瓦/平方公分的遠紅外線。最後，再將測量並計算出的遠紅外線生物效應指數與照射距離的關係繪製成圖5。

由圖5的結果可知，對照組的遠紅外線生物效應指數應為1，照射距離為20公分時的遠紅外線生物效應指數為1.9±0.2，照射距離為30公分時的遠紅外線生物效應指數為1.5±0.1，照射距離為40公分時的小鼠的遠紅外線生物效應指數為1±0.05。也就是說，在本實驗例中，當使用可發射出波長8-10微米的遠紅外線的WS TY101 FIR emitter，且要達到遠紅外線生物效應指數為1.9(或1.5)時的條件為：以20公分(或30公分)的照射距離照射小鼠，以使小鼠暴露於輻射強度為0.13毫瓦/平方公分(或0.087毫瓦/平方公分)的遠紅外線。但要注意的是，由於其他的遠紅外線射源(或可發射出遠紅外線的設備)的發射體的材料不同和/或射源工作溫度的差異，都會造成射出的遠紅外線的波長分佈和/或強度不同於WS TY101 FIR emitter的波長分佈和/或強度。因此，上述達到遠紅外線生物效應指數為1.9(或1.5)時的條件並不一定適用於其他的遠紅外線射源(或可發射出遠紅外線的設備)。

在本實驗例中，將照射距離為20公分、30公分或40公分的遠紅外線生物效應指數與對照組的遠紅外線生物效應指數進行比較以及統計分析後，若統計分析的結果具有顯著性的差異且p值小於0.01時，就會在圖中以星號*表示。如圖5所示，相較於對照組，照射距離為20公分及30公分時都顯著地有較高的遠紅外線生物效應指數。

實驗例4：測量遠紅外線對順鉑處理後的小鼠的腹部血流量的影響

在本實驗例中，先將8週齡的C57BL/6J小鼠分為2個實驗組(實例1、實例2)與2個對照組(比較例1、比較例2)，且每組各5隻。接著，對實例1、實例2以及比較例2的小鼠的尾靜脈注射順鉑(Cisplatin，劑量為4mg/kg)，以使實例1、實例2以及比較例2的血流量下降。接著，使用遠紅外線射源(儀器：WS TY101 FIR emitter)所發射出的遠紅外線(含波長8-10微米)來照射實例1與實例2，每天照射30分鐘，且連續3天都照射；使用鎢絲燈所發射出的光(波長0.3-2.5微米)來照射比較例2，每天照射30分鐘，且連續3天都照射。其中，實例1是以遠紅外線生物效應指數為1.5時的條件(即，以波長8-10微米的遠紅外線及30公分的照射距離照射小鼠)進行照射；實例2是以遠紅外線生物效應指數為1.9時的條件(即，以波長8-10微米的遠紅外線及20公分的照射距離照射小鼠)進行照射；且比較例1未注射順鉑，也未使用遠紅外線射源或鎢絲燈照射。接著，在第3天照射完後，對實例1、實例2、比較例1以及比較例2進行麻醉(異氟醚，isoflurane)，並蓋上40℃的加熱毯後，再以雷射都普勒儀偵測小鼠的腹部在30分鐘期間的血流量。最後，將測量得到的血流量(以血液灌流單位(Blood Perfusion Unit，BPU)表示)與時間點的關係繪製成圖6。

由圖6的結果可知，在鎢絲燈照射的比較例2中，注射順鉑的小鼠由於血管受損，血流量下降，甚至有小血管阻塞的現象，因此在血流量分析時，加熱無法使血流量上升，甚至在10分鐘時有血流量下降的現象。相較於被鎢絲燈照射的比較例2，被遠紅外線射源照射的實例1與實例2的血流量都明顯地較高，因此，可表示：雖然遠紅外線射源的遠紅外線與鎢絲燈的光皆會放熱，但只有遠紅外線可使實例1與實例2有增加血流量的效果(生物效應)，因此，可知遠紅外線所造成的生物效應為非熱生物效應。在本實驗例中，由於實例2的血流量明顯地高於實例1的血流量，因此，可表示：當遠紅外線生物效應指數越高時，血流量也會越高，即遠紅外線生物效應指數與增加血流量的效果(生物效應)成正相關。在本實驗例中，實例2的血流量類似於比較例1的血流量，因此，可表示：以遠紅外線生物效應指數為1.8時的條件照射經順鉑注射後的小鼠，可使所述小鼠的血流量回復至正常值。

實驗例5：測量遠紅外線對順鉑處理後的小鼠的心血管疾病風險因子的影響

在本實驗例中，以類似實驗例4的方法進行實例1、實例2、比較例1以及比較例2，以使注射順鉑後的實例1、實例2以及比較例2的血漿中的溫韋伯氏因子(von willebrand factor，vWF)的含量增加。接著，在第3天照射完後，對實例1、實例2、比較例1以及比較例2進行麻醉(異氟醚)，並以心臟全採血的方式取得血液樣本。接著，再以酵素連結免疫吸附分析(Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)來測量血漿中的溫韋伯氏因子的含量。最後，將實例1、實例2、比較例1以及比較例2測量得到的溫韋伯氏因子的含量繪製成圖7。其中，已知溫韋伯氏因子的含量為心血管疾病風險因子之一。

請參照圖7，在本實驗例中，將實例1與實例2的溫韋伯氏因子的含量與比較例2的溫韋伯氏因子的含量進行比較以及統計分析後，若統計分析的結果具有顯著性的差異且p值小於0.01時，就會在圖中以星號*表示。

由圖7的結果可知，相較於比較例1(未注射順鉑，也未使用遠紅外線射源或鎢絲燈照射)，比較例2(注射順鉑且使用鎢絲燈照射)的溫韋伯氏因子的含量顯著地增加，因此，可表示：鎢絲燈照射並無法降低因注射順鉑而增加的溫韋伯氏因子的含量。在本實驗例中，相較於被鎢絲燈照射的比較例2，被遠紅外線射源照射的實例1與實例2的溫韋伯氏因子的含量都明顯地較低，因此，可表示：雖然遠紅外線射源的遠紅外線與鎢絲燈的光皆會放熱，但只有遠紅外線可使實例1與實例2有降低心血管疾病風險因子的效果(生物效應)，因此，可知遠紅外線的生物效應為非熱生物效應。在本實驗例中，由於實例2的溫韋伯氏因子的含量明顯地低於實例1的溫韋伯氏因子的含量，因此，可表示：當遠紅外線生物效應指數越高時，溫韋伯氏因子的含量也會越低，即遠紅外線生物效應指數可與降低心血管疾病風險因子的效果(生物效應)成正相關。在本實驗例中，實例2的溫韋伯氏因子的含量類似於比較例1的溫韋伯氏因子的含量，因此，可表示：以遠紅外線生物效應指數為1.8時的條件照射經順鉑注射後的小鼠，可使所述小鼠的溫韋伯氏因子的含量回復至正常值。

綜上所述，在本發明實施例的遠紅外線的生物效應的評估方法中，由於實驗組的血糖值變化與對照組的血糖值變化的比值可定義為遠紅外線生物效應指數，因此，可利用測量並量化後的遠紅外線生物效應指數來評估遠紅外線所造成的生物效應的程度。其中，當遠紅外線生物效應指數大於1時，可表示遠紅外線對生物體造成生物效應。在本實施例中，由於實驗後的小鼠不需要犧牲且可多次使用，且在實驗過程中不需要使用昂貴的設備，因而可使本實驗例的評估方法具有操作成本低的效果。在本實施例中，由於實驗中的管餵技術與採血技術容易，且整個操作流程大致上只需要2小時(除了事先禁食的12小時)，因而可使本實驗例的評估方法具有操作容易且時間成本低的效果。另外，在本實施例中，上述的評估方法可以作為一種標準化的方法，以用來測量市面上的遠紅外線射源的遠紅外線生物效應指數，並用來評估其遠紅外線所造成的生物效應的程度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S100、S200:步驟

Claims

一種遠紅外線的生物效應的評估方法，包括：提供遠紅外線射源，以用來發射出所述遠紅外線；以及測量所述遠紅外線的遠紅外線生物效應指數，其中測量所述遠紅外線生物效應指數的方法包括：提供試驗小鼠，並將所述試驗小鼠隨機分配為實驗組與對照組；對所述實驗組與所述對照組餵食葡萄糖溶液；在餵食後的第一時間點，測量所述實驗組與所述對照組的血糖值；在所述第一時間點，對所述實驗組照射所述遠紅外線，且持續照射至第二時間點；在所述第二時間點，測量所述實驗組與所述對照組的血糖值；將所述實驗組於所述第一時間點至所述第二時間點的血糖值變化當作第一差值；將所述對照組於所述第一時間點至所述第二時間點的血糖值變化當作第二差值；以及計算所述第一差值與所述第二差值的比值，並定義所述比值為所述遠紅外線生物效應指數，其中當所述遠紅外線生物效應指數大於1時，表示所述遠紅外線對生物體造成所述生物效應。
如請求項1所述的評估方法，其中所述試驗小鼠的週齡為10至16週。
如請求項1所述的評估方法，其中所述第一時間點為在餵食所述葡萄糖溶液之後的第15分鐘。
如請求項1所述的評估方法，其中所述第一時間點與所述第二時間點的時間差為30分鐘。
如請求項1所述的評估方法，其中所述遠紅外線的所述生物效應為非熱生物效應。
如請求項1所述的評估方法，其中所述遠紅外線生物效應指數與所述生物效應為正相關。
如請求項1所述的評估方法，其中所述生物效應包括降低血糖值、增加血流量以及降低心血管疾病風險因子。
如請求項1所述的評估方法，其中當所述遠紅外線的波長為8微米至10微米之間且照射強度為0.087毫瓦/平方公分至0.13毫瓦/平方公分之間時，所述遠紅外線對所述生物體造成所述生物效應。