作者：山东第一医科大学第二附属医院关节与运动医学科     李冠群

毫米波（MMW）作为电磁频谱中的特殊波段，其物理特性兼具微波与远红外波的独特优势。现代科技发展中，MMW技术已突破传统通信与雷达领域，逐步在生物医学领域展现出革命性应用潜力。MMW波长1~10mm、频率30~300GHz的特性，使其在穿透深度（0.3~3mm）与能量吸收间形成独特的平衡关系，这一特性为其医学应用奠定了物理基础。目前，研究认为，MMW具有细胞膜共振效应、蛋白质构象改变及线粒体功能调节等多重作用，其作为一种无创性物理治疗手段，已应用于炎症、疼痛等疾病的治疗。然而其深层作用机制仍存在争议，这使得其临床应用比较局限。因此，为提高对MMW治疗的认识，拓宽MMW的临床应用范围，深入探讨其作用机制，本文系统梳理该领域研究进展，从生物学效应及作用机制、作用方式、临床应用等方面进行系统阐述，以期为MMW的临床应用提供理论基础。

MMW的生物学效应及可能的作用机制

热效应与非热效应      MMW的生物效应可分为热效应和非热效应。热效应是由组织吸收能量而引起的，吸收后导致温度升高，从而引起组织热损伤和疼痛。MMW刺激通过基本的热力学机制可激发兴奋细胞的热介导效应。而MMW的非热效应通常在低功率密度下进行研究，功率密度10mW/cm2是微波照射持续非热的最大水平。现在普遍认为，MMW在医学上的应用主要依赖于非热效应，因为非热效应可产生更深部的连锁效应。

频率窗效应（谐振效应）      MMW的效应与其频率有关，反映在其作用深度与不同组织的效应上。MMW的作用深度与其频率有关，频率越高，作用越浅。不同组织的结构成分不同，不同成分的粒子振荡频率不同。如神经膜的分子较大，振荡频率较低。组织处于病理状态时结构发生改变，其振荡频率也发生改变，不同性质、不同程度病理状态组织的振荡频率也不同，因此有作者提出，MMW治疗不同组织、不同病理状态的疾病时，应选择不同的频率，或交替使用两种不同频率，甚至在某种频率疗效不佳时改用另一种频率。

远位效应与时间积累效应      MMW在皮肤表层穿透深度<1mm，并被皮肤的表皮层和真皮层完全吸收，直接作用极为表浅。但人体是极为复杂的个体，通过人体自身内部的调节转化，MMW照射仍可影响到除照射部位外的器官。MMW对细胞的修复和调理需要一定的时间，随着治疗时间的增加，MMW作用于人体的生物学效应越来越强烈。A375细胞经过35.2GHzMMW分别辐照不同时间后，细胞活性随时间延长而降低，呈时间依赖性。

MMW的安全性及作用方式

MMW的安全性      目前研究证明，MMW可以对健康的组织和细胞产生可逆或不可逆的影响，但MMW照射对细胞的影响存在个体差异，不同的细胞可能会产生不同的生物学效应。但值得注意的是，MMW属于非电离辐射，其光子能量远低于破坏化学键所需的能量，因此，MMW尚未显示出诱发染色体异常或致癌迹象。在国际安全标准限值内，MMW暴露引起的升温通常<1℃，远低于可能造成组织损伤的阈值。2020年的一项研究结果表明，低功率101GHzMMW照射不会伤害健康小鼠，并且受照射小鼠的身体、生理和病理参数都在正常范围内。基于当前科学共识，在符合国际安全标准的前提下，MMW被评估为具有较高的安全性。尽管现有证据支持MMW的安全性，但科学界仍在持续研究，部分实验研究表明，在特定条件下（如超出安全限值的长时间暴露，辐射面积过大），MMW可能因热效应累积对眼角膜或眼睑组织造成潜在的热损伤风险。另外，MMW的生物效应机制通常以皮肤为介导，但MMW对于特定人群（如皮肤屏障功能受损患者等）的潜在生物效应研究数据仍有限，因此需更多针对性研究以明确其影响。

MMW的作用方式及作用剂量      目前，关于MMW的治疗，尚无权威性指南发布，本文基于前期研究，并结合目前常用剂量进行了梳理。MMW在医疗应用中通常为贴近皮肤或距离皮肤不超1cm，常用频率为30~70GHz，功率密度通常为1~10mW/cm2。单次照射时间一般为10~60min，具体时间根据治疗目标和患者情况调整。

MMW的临床应用

MMW对皮肤及感官系统的作用     MMW通过不同的介质传播可造成不同类型和程度的热损伤。暴露于60GHz、200~300mW/cm2持续6min是眼睛受损的阈值，闭上眼睑后暴露于60GHz、400mW/cm2的MMW环境下6min，不仅会对眼睑（包括睑结膜）造成伤害，球结膜及角膜也会受到影响。暴露于35GHz和94GHz的MMW时，对于正常受试者而言，低于20mW/cm2的功率密度不会对眼睛造成伤害，但长时间暴露可能会对眼睑造成灼伤。关于MMW对皮肤的影响，Alekseev等使用均匀单层模型和两种多层皮肤模型计算了MMW皮肤剂量学，实验结果证明，薄角质层对MMW影响较小，而厚角质层、含有大量的游离水分的皮肤会极大地衰减MMW能量。因此，较深部脂肪层对MMW的功率密度和比吸收率谱影响微弱。MMW能深入人体皮肤（42GHz频率下，穿透深度0.65mm），影响位于表皮和真皮层的大多数皮肤结构。值得注意的是，皮肤血管对MMW能量具有较强的吸收能力，相较于周围的真皮，吸收量多出40%，穿过脂肪层的血管同样可以对MMW进行显著吸收。MMW近年来在皮肤病变的评估和皮肤肿瘤的检测方面也引起了人们的关注，这很大程度上依赖于正常皮肤组织和恶性皮肤组织在MMW频率之间存在的介电对比。Mir⁃beik-Sabzevari等的研究证实了这一观点。Sum⁃mers等进行了MMW的介电特性研究，结果证明，MMW介电特性与组织学诊断和脂肪含量显著相关。

MMW对免疫系统的作用      Barbora等研究发现，杂交瘤细胞经过功率低于ICNIRP规定的安全标准辐射功率剂量的MMW照射后，IgA和IgG抗体生成明显增加，且经此功率MMW处理后，细胞活力不会受到影响。Logani等发现，MMW照射不能逆转CPA对免疫系统的抑制作用，但会增强T细胞的增殖活性，所以他们认为，MMW是通过T细胞介导的免疫反应选择性地加速免疫恢复过程。此外，42.2GHz的MMW照射可以上调NK细胞功能。

MMW对神经系统的作用      Song等使用60GHz的MMW选择性刺激耳迷走神经，发现MMW作为一种区域特异性的taVNS源，可以避免类似于使用电脉冲而引起的扩散刺激，从而以毫米级空间分辨率激发人类外耳中的迷走神经耳支且诱导不同反应，为临床上开发新型区域特异性无创迷走神经刺激技术提供了基础。Sivachen⁃ko等使用MMW（40GHz，0.01mW）照射脊髓三叉神经核皮肤感受区域，发现MMW可逆地抑制硬脑膜电刺激诱导的自发放电和活动，这些结果表明，MMW可通过抑制脊髓三叉神经节中神经元兴奋性，以抑制偏头痛的加重。但使用不同阿片受体阻断剂对MMW的疼痛抑制效果会有不同影响，并且研究发现，MMW以频率依赖的方式达到缓解疼痛的效果，61.22GHz是最优频率。

MMW对运动系统的作用       Shui等通过MMW照射固定膝关节的大鼠，发现MMW可以减轻关节囊中TGF-β1和胶原蛋白I蛋白的表达，降低股四头肌中MuRF1的表达，改善关节活动度和股四头肌直径，并抑制关节僵硬的发展。对于膝关节置换术后疼痛，MMW（50~75GHz，功率密度4.2mW/cm2）作为一种缓解疼痛的补充方法，无法替代阿片类药物。接受MMW治疗后，与对照组相比，患者对阿片类药物及非甾体类止痛药物的需求量等指标均无明显差异。软骨细胞衰老在膝关节骨性关节炎发生和进展中起着关键作用，细胞衰老的特征为永久性的细胞周期停滞和促炎因子分泌增加。Xia等研究发现，MMW可使软骨细胞凋亡率及caspase3和MMP-13表达降低，以治疗膝关节骨性关节炎。Li等通过研究发现，MMW刺激可显著增强软骨细胞活力，并且可通过调整细胞周期进程，促进软骨细胞增殖。软骨细胞及其合成的细胞外基质是关节软骨主要的构成成分，细胞外基质生成减少或软骨细胞凋亡会进一步导致软骨破坏，进而引起膝关节骨性关节炎的加重。研究发现，MMW可通过调节电压门控K+通道，促进细胞外基质合成和软骨细胞增殖。并且MMW治疗可通过p38MAPK通路，抑制SNP诱导的软骨细胞凋亡，但NF-κB通路的激活也会导致细胞外基质降解，并通过软骨细胞中线粒体依赖、内质网应激及受体介导途径诱导细胞凋亡。但研究发现，MMW可通过下调软骨细胞中RIP、TAK1、IKK-ß和NF-κB以及上调IkB-α来抑制TNF-α介导的NF-κB信号转导通路的激活。

MMW用于远程医疗及智能监测       Alhazmi等提出一种基于MMW雷达的HAR系统，此系统通过MMW这一非侵入性方法，对人体站立、行走、坐、卧、跌倒5种不同的活动进行分类和监测，其识别个体准确率高达99.5%。此系统不仅可准确识别和分类上述5种活动，而且可生成显示活动时间段和空间跟踪地图报告，在人体发生跌倒后可发送跌倒警报并且致电医疗体系以便尽快进行救治。Zeng等使用MMWFMCW雷达测量步态参数，结果表明，这种类型的雷达具有可以及时检测早期出现的离散和细微的步态变化的良好潜力，从而能够预测和预防老年人的认知疾病和跌倒事故。此外，有研究发现，MMW可在影像学检测期间成功监测呼吸运动和屏气。

MMW在细胞及微生物学的研究

Lawler等研究发现，MMW照射（60GHz）人原代皮肤成纤维细胞后可诱导特征性转录组和基因组修饰，此改变可能与DNA结构动力学的改变有关。Yaekashiwa等使用70~300GHz（增量1GHz）的MMW照射皮肤成纤维细胞及胶质母细胞瘤细胞，未引起细胞活性降低及产生细胞毒性。MMW辐射A375细胞，与非辐照组相比，辐照组细胞caspase-3表达水平明显增加，凋亡率显著升高。Li等研究发现，MMW辐射可通过影响SW1353细胞中Bax/Bcl-2的比率来诱导细胞凋亡。Hovnanyan等发现，MMW可抑制肠球菌生长速率。Marutyan等得到类似结果，他们发现51.8GHz频率的MMW可抑制酵母菌生长及菌落形成。Soghomonyan等发现51.8和53GHz的低强度电磁辐射不仅可抑制乳酸杆菌的生长及存活，且可增强头孢他啶对乳酸杆菌存活的抑制作用。在分子生物学方面，有研究发现，经MMW（50.3GHz）照射后，牛血清白蛋白与吖啶橙的相互作用发生改变，并且认为这是MMW引起水共振后的结果。

MMW在医学应用的不足与展望

MMW疗法作为一种新兴的物理治疗方式，其生物效应主要取决于频率、功率和剂量等参数。因其无创、无痛和低副作用的特点，使其在抗炎、癌症治疗、疼痛管理、组织修复和免疫系统调节等方面具有显著潜力。但目前仍面临疗效差异大、研究有限和设备昂贵等挑战，尚缺乏大规模严谨的临床研究，其作用机制和理论基础尚待深入探索，这也导致缺乏标准化治疗方案。随着技术进步，使MMW在非接触式生命体征监测等领域展现出广阔前景，未来，通过加强基础研究和技术创新，MMW疗法有望在临床医学中发挥更重要的作用。

来源：中国矫形外科杂志2026年6月第34卷第11期