Механизмы низкочастотной лазерной терапии и светотерапии
Введение
Возможность использования низкоинтенсивного света видимого или ближнего инфракрасного диапазона в целях уменьшения боли, воспалительных процессов и отека, заживления ран и предотвращения повреждения тканей известно уже почти сорок лет с момента изобретения лазеров. К первоначальным свойствам лазерного излучения (холодный лазер) на сегодняшний день добавились и новые, включая фотобиомодуляцию и фотобиостимуляцию с использованием некогерентного света. Несмотря на многочисленные сообщения о положительных результатах экспериментов, проведенных in vitro, в моделях на животных и в рандомизированных контролируемых клинических испытаниях, вопрос о НИЛТ остается нерешенным, что, вероятно, связано с двумя основными причинами. Во-первых, не полностью понятны биохимические механизмы, лежащие в основе положительных эффектов от лазерной терапии. Во-вторых, сложность рационального выбора среди большого количества параметров излучения, таких как длина волны, плотность, интенсивность, структура импульса и продолжительность терапии, привела к публикации ряда как негативных, так и положительных отзывов. В частности, наблюдалась реакция применения двухфазной дозы облучения, когда низкоинтенсивный свет имел гораздо лучший эффект относительно высокоинтенсивного излучения. Настоящий вводный обзор будет посвящен некоторым из предложенных клеточных хромофоров, ответственных за влияние видимого света на клетки млекопитающих, включая цитохром с-оксидазу (с пиками поглощения в ближней инфракрасной спектральной области) и фотоактивные порфирины. Предполагается, что митохондрии являются вероятным сайтом начальной реакции организма на свет, приводя к увеличению синтеза АТФ, модуляции активных форм кислорода и индукции транскрипционных факторов. Эти эффекты, в свою очередь, приводят к увеличению пролиферации и миграции клеток (в частности, фибробластов), модуляции цитокинов, факторов роста и медиаторов воспаления и повышенной оксигенации тканей. Результаты этих биохимических и клеточных изменений у животных и пациентов включают такие преимущества, как ускорение заживления ран, улучшение прогнозов при спортивных травмах, уменьшение боли при артрите и невропатии, а также быструю реабилитацию после сердечных приступов, инсульта, повреждения нервной ткани.
ИСТОРИЯ
В 1967 году, спустя несколько лет после того, как был изобретен первый рабочий лазер, Эндре Местер из Университета Семмельвейса в Будапеште, Венгрия, захотел проверить, может ли лазерное излучение провоцировать рост раковых клеток у мышей [1]. Сбрив волосы на спине, Местер разделил мышей на две группы и подверг низкоинтенсивным излучением рубиновым лазером (694 нм) одну группу. К его удивлению волосы на обработанной лазерной терапией группе выросли быстрее. Это была первая демонстрация «лазерной биостимуляции». С тех пор медицинское лечение источниками когерентного света (лазерами) или некогерентным светом (светоизлучающие диоды, светодиоды) начало интенсивно развиваться в медицине. В настоящее время в области физической терапии во многих частях мира практикуется низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ), также известная как «холодный лазер», «мягкий лазер», «биостимуляция» или «фотобиомодуляция». Фактически, светотерапия является одним из самых старых терапевтических методов, используемых людьми (исторически как светотерапия у египтян, а позже как УФ-терапия, благодаря которой Нильс Финсен стал обладателем Нобелевской премии в 1904 году [2]). Использование лазеров и светодиодов в качестве источников света стало следующим шагом в технологическом развитии светотерапии. В НИЛТ вопрос уже не в том, имеет ли свет биологические эффекты, а в том, как энергия от терапевтических лазеров и светодиодов работает на клеточном и органном уровнях и каковы оптимальные параметры света для различных источников света.
Одним из важных моментов, которые были продемонстрированы в многочисленных исследованиях в клеточных культурах [3], моделях животных [4] и в клинических исследованиях, является концепция двухфазного дозозависимого эффекта, когда результат сравнивается с общей суммарной плотностью энергии света (флюенсом). Причина, по которой метод называется низкоинтенсивным, заключается в том, что существует оптимальная доза света для любого конкретного применения, а дозы ниже этого оптимального значения или, что более важно, больше оптимального значения, будут иметь уменьшенный терапевтический результат, а зачастую высокие дозы света могут привести к отрицательному результату. Возможно, существуют три основные области медицины и ветеринарной практики, в которых НИЛТ играет важную роль (рисунок 1). Это: (i) заживление ран, восстановление тканей и предотвращение клеточной смерти; (ii) облегчение воспаления при хронических заболеваниях и травмах с его ассоциированной болью и отеком; (iii) облегчение нейрогенной боли. Предлагаемые пути объяснения механизмов НИЛТ должны в идеале быть применимы ко всем этим условиям.
БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
Фотобиология тканей
В первом законе фотобиологии говорится, что для видимого света малой мощности, имеющего какое-либо влияние на живую биологическую систему, фотоны должны поглощаться электронными полосами поглощения, принадлежащими некоторому молекулярному хромофору или фотоацептору [5]. Один из подходов к нахождению идентичности этого хромофора – осуществление спектрального воздействия. Графическое изображение, представляющее биологический ответ в зависимости от длины волны, частоты или энергии фотонов должно совпадать со спектром поглощения молекулы фотоацептора. Тот факт, что структурированный спектр действия может быть построен графически поддерживает гипотезу о существовании клеточных фотоацепторов и сигнальных путей, стимулируемых светом.
Второе важное соображение касается оптических свойств ткани. Как поглощение, так и рассеяние света в ткани зависят от длины волны выше в синей области спектра, чем в красной, так и основной хромофор ткани (гемоглобин) имеет высокую поглощающую способность волн короче 600 нм. По этим причинам существует так называемое «оптическое окно». Вода начинает значительно поглощать свет при длинах волн больше 1150 нм. По этим причинам в тканях, подвергнутых воздействием красного и инфракрасного спектров, имеется так называемое «оптическое окно», где максимальное проникновение света в ткань максимизируется (рис. 2). Поэтому, хотя синий, зеленый и желтый свет может оказывать значительное влияние на клетки, растущие в оптически прозрачной культуральной среде, использование НИЛТ у животных и пациентов почти исключительно связано с красным и ближним инфракрасным светом (600-950 нм).
Рисунок 2. Оптическое окно ткани вследствие уменьшения поглощения красной и ближней инфракрасной длин волн (600-1200 нм) тканевыми хромофорами.
Спектры действия
В 1989 году было высказано предположение о том, что механизм действия НИЛТ на клеточном уровне основан на поглощении монохроматического видимого и NIR-излучения компонентами цепи переноса электронов клеток [6]. Внутренняя митохондриальная мембрана содержит 5 комплексов интегральных мембранных белков: NADH-дегидрогеназу (комплекс I), сукцинатдегидрогеназу (комплекс II), цитохром-редуктазу (комплекс III), цитохромоксидазу (комплекс IV), АТФ-синтазу (комплекс V) и двух свободно диффундирующих молекул убихинона и цитохрома с, которые перемещают электроны от одного комплекса к другому (рис. 3). Дыхательная цепь совершает ступенчатый перенос электронов от NADH и FADH2 (образующихся в цикле лимонной кислоты) к молекулам кислорода с образованием (с помощью протонов) молекул воды, используя энергию, выделяемую этим протонным переносом, на перекачку протонов (H+) от матрицы к межмембранному пространству. Протонный градиент, образованный мембранным процессом активного транспорта, образует миниатюрный аккумулятор. Протон может проходить обратно вниз по этому градиенту, возвращаясь к матрице, только через другой комплекс интегральных белков во внутренней мембране, комплекс АТФ-синтазы.
Рис 1. Структура и принцип работы цитохром с-оксидазы.
Рисунок 5. Спектр действия НИЛТ в культуральных клетках, у животных и пациентов. Представленные данные являются объединением многих отчетов из нескольких лабораторий.
В исследовании, проведенном Pastore et al [11], изучалось влияние излучения He-Ne лазера на цитохром c-оксидазу. Было обнаружено повышенное окисление цитохрома c и увеличение скорости переноса электронов. Артюхов и его коллеги обнаружили [12] повышенную ферментативную активность каталазы после воздействия He-Ne.
Поглощение фотонов молекулами приводит к электронно-возбужденным состояниям последних и, следовательно, может привести к ускорению реакций в дыхательной цепи [13]. Ускорение электронного транспорта обязательно приводит к увеличению производства АТФ [14]. Увеличение синтеза АТФ и увеличение градиента протонов приводит к увеличению активности антипортеров Na+/H+ и Ca2+/Na+ и всех АТФ-зависимых ионных транспортеров, таких как Na+/K+ АТФаза и Са2+. АТФ является субстратом для аденилатциклазы, поэтому уровень АТФ контролирует уровень цАМФ. Оба Ca2+ и cAMP очень важны для вторичных мессенджеров. Особенно это касается ионов кальция, которые регулируют почти каждый процесс в организме человека.
В дополнение к опосредованному цитохром с-оксидазой увеличению производства АТФ НИЛТ может ускорять и другие механизмы. Первым из них мы рассмотрим «гипотезу синглетного кислорода». Некоторые молекулы, поглощающие видимый спектр, такие как порфирины, и не имеющие в активных центрах металлов с переходной валентностью [15], а также некоторые флавопротеины [16], после поглощения фотона могут на продолжительное время переходить возбужденное состояние, впоследствии имея возможность взаимодействовать с кислородом, что будет приводить к образованию реакционноспособного синглетного кислорода. Это та самая молекула, которая используется в фотодинамической терапии (PDT) для уничтожения раковых клеток, разрушения кровеносных сосудов и уничтожения микробов. Исследователи PDT давно знают, что очень низкие дозы PDT могут вызвать пролиферацию клеток и стимуляцию тканей вместо убийства, наблюдаемого при высоких дозах [17].
Следующим предложенным механизмом была «гипотеза изменения редокс-свойств» [18]. Изменение метаболизма митохондрий и активация дыхательной цепи путем светового воздействия также увеличило бы производство супероксидных анионов O2•-. Было показано, что клеточное образование O2- зависит в основном от метаболического состояния митохондрий. Другие окислительно-восстановительные цепи в клетках также могут быть активированы НИЛТ. NADPH-оксидаза представляет собой фермент, обнаруженный на активированных нейтрофилах и способный к немитохондриальной окислительной вспышке, индуцируя образование больших количеств ROS [19]. Эти эффекты зависят от физиологических параметров организма, а также от параметров излучения.
Активность цитохром c-оксидазы подавляется оксидом азота (NO). Это ингибирование митохондриального дыхания NO, являясь обратимым процессом, может быть объяснено прямой конкуренцией между NO и O2 на восстановленном двухъядерном центре CuB/a3 цитохром c-оксидазы [20]. Было предложено, что лазерное излучение способно нивелировать подобный процесс и, таким образом, повышая скорость дыхания (NO гипотеза) [21]. Недавно опубликованные данные Karu et al. [21], косвенно подтверждают эту гипотезу. Другим доказательством участия NO в ответах на НИЛТ является увеличение продукции NO-синтазы при воздействии светом (635 нм) [22]. Хотя оба наблюдения подтверждают гипотезу зависимости уровня NO в ответ на НИЛТ, отклик на разные длины волн в различных исследовательских моделях могут регулироваться различными механизмами.
Клеточный сигналинг
Предполагается, что НИЛТ производит сдвиг общего окислительно-восстановительного потенциала клетки в сторону большего окисления [28]. Различные клетки в диапазоне условий роста имеют отчетливые редокс-состояния. Поэтому эффекты НИЛТ могут значительно различаться. Клетки, первоначально имеющие более низкий редокс-статус (низкий уровень внутриклеточного рН), обладают высоким потенциалом биологического ответа при воздействии НИЛТ, тогда как клетки в оптимальном редокс-состоянии реагируют слабо или не реагируют на лечение светом вообще.
Рисунок 6. Клеточный сигналинг, индуцированный НИЛТ.
РЕЗУЛЬТАТЫ IN VITRO
Типы клеток
Существуют данные о том, что несколько типов млекопитающих и микробных клеток могут реагировать на НИЛТ. Большую часть работы Karu использовала Escherichia coli [29] и клетки HeLa [30], клеточную линию карциномы шейки матки человека. Однако для клинических применений НИЛТ, подлежащих валидации, гораздо важнее изучить влияние НИЛТ на не-злокачественные типы клеток, которые могут быть эффективно стимулированы в целях устранения некоторых заболеваний или травм. Для исследований заживления ран вариация клеток, вероятно, ограничивается эндотелиальными клетками [31], фибробластами [32], кератиноцитами [33] и, возможно, некоторыми классами лейкоцитов, например, макрофаги [34] и нейтрофилы [35]. Для исследований по облегчению боли и восстановлению нервной ткани изучать следует нейроны 37 и глиальные клетки [39]. Для противовоспалительных и противоотечных эффектов лазерного излучения – макрофаги [34], тучные клетки [40], нейтрофилы [41], лимфоциты [42] и т.д. Существует литературные данные об эффектах НИЛТ in vitro для большинства из этих типов клеток.
Изолированные митохондрии
Поскольку дыхательная цепь и цитохромоксидазы расположены в митохондриях, несколько групп ученых испытали влияние НИЛТ на изолированных митохондриях. Наиболее популярной системой для изучения является влияние He-Ne лазерного облучения митохондрий, выделенных из печени крыс, в которых наблюдался повышенный электрохимический протонный потенциал и ускоренный синтез АТФ [43]. Индуцированный синтез РНК и белка был продемонстрирован при 5 Дж/см2 [44]. Pastore et al. [45] обнаружили повышенную активность цитохром с-оксидазы и полярографически измеренного увеличения утилизации кислорода при 2 Дж/см2 при применении He-Ne лазера. В облучаемых светом митохондриях обнаружена значительное повышение активности протонного насоса, около 55%-ное увеличение отношения
Лазеротерапия
Лазеротерапия в последнее время получило широкое распространение в виду того, что может успешно применяться в качестве монотерапии и одновременно низкоинтенсивное лазерное излучение позволяет существенно уменьшить дозы принимаемых медикаментов и продолжительность лечения. Лазеротерапия почти не имеет противопоказаний и может применяться в комплексном лечении с другими средствами физиотерапии при всех неврологических и других заболеваниях.
Лазеротерапия : Механизм действия
Механизм действия лазерного излучение очень многогранен.
На тканевом уровне:
— изменяет рН межклеточной жидкости;
— увеличивает микроциркуляцию.
На клеточном уровне:
— изменяет мембранный потенциал, повышает пролиферативную активность.
На молекулярном уровне:
— стимулирование окислительно-восстановительных процессов;
— улучшает синтез белка, ферментов.
На органном уровне:
— нормализует функцию органа (результат рефлекторных реакций).
Воздействие низкоинтенсивным лазерным излучением вызывает изменения активности основных ферментов обменных процессов в организме, оказывает положительное влияние на проницаемость клеточных мембран, а также на скорость синтеза белков, ДНК и РНК,. Что в свою очередь приводит к ускорению деления клеток, регенерации тканей и активизации иммунной системы человека.
Терапевтический эффект лазерного воздействия на ткани живого организма значительно усиливается в магнитном поле за счет усиления процесса метаболизма.
Поэтому наложение магнитного поля дополнительно к лазерному излучению приводит к существенному повышению чувствительности клеток к световому воздействию лазерного излучения.Подробнее о магнитотерапии
Результат воздействия лазерного излучения в сочетании с магнитным полем на биологические объекты является не обычной суммой двух этих факторов, а носит характер синергическо-резонансного действия.
В нашей клинике лазеротерапия проводятся на низкоинтенсивным лазере «Мустанг 2000+». К преимуществам этого оборудования можно отнести следующее:
— встроенный фотометр для измерения параметров излучения всех типов головок в диапазоне от ультрафиолетового с длиной волны 0,365 мкм до инфракрасного с длиной волны 1,3 мкм;
— автоматическое определение длины волны и мощности лазерного излучения;
— автоматический подсчет суммарной дозы воздействия;
— большой набор насадок для подведения энергии лазерного излучения непосредственно к месту воздействия.
Аппарат «Мустанг 2000+» по своим возможностям не имеют аналогов и его уникальные возможности позволяют реализовать все современные методики лазерной терапии.
Лазеротерапия : Основные медицинские эффекты
Лазеротерапия и иммунитет
Многочисленными клиническими испытаниями была доказана безопасность лазерной терапии и положительное влияние лазерной терапии на кроветворение и иммунитет.
Анализ показателей иммунитета до и после лечения показывает достоверное улучшение их у больных, прошедших курс лечения инфракрасными лазерами:
Хотите узнать больше по теме лазеротерапия? Для поиска материалов в модуле поиска или на карте сайта используйте термины: лазеротерапия, лечение лазеротерапия, лазеротерапия показания, лазеротерапия противопоказания,лазеротерапия низкоинтенсивная, артрит и лазеротерапия, лазеротерапия отеки, бибирево, алтуфьево, отрадное, тимирязевская, медведково, бабушкинская, москва, химки, долгопрудный, мытищи.
В следующих разделах сайта Вы можете ознакомиться с другими современными методами физиотерапии. :
Лазеротерапия Показания и совместимость
ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ЛАЗЕРОТЕРАПИИ
— послеоперационные осложнения;
— трофические язвы,длительно незаживающие раны;
— рожистое воспаление;
— заболевания вен и артерий конечностей,тромбофлебит);
— болезни ЖКТ;
— болезни бронхов и легких;
— урологические заболевания;
— болезни половой сферы;
— заболевария и травмы пермферической нервной системы.
ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ ЛАЗЕРОТЕРАПИИ
— доброкачественные образования в зоне облучения;
— сердечно-сосудистая или легочная недостаточность 3-й стадии,
— активная форма туберкулеза;
— системные заболевания крови,
— сахарный диабет в стадии декомпенсации, тиреотоксикоз;
— стенокардия напряжения 3-4 ФК.
— нельзя воздействовать лазерным лучом на пигментные пятна, невусы, ангиомы и другие новообразования.
ЛАЗЕРОТЕРАПИЯ : СОВМЕСТИМОСТЬ С ДРУГИМИ ФИЗИОПРОЦЕДУРАМИ
Лазеротерапия в основном хорошо совмещается с другими физиопроцедурами, однако лазерное воздействие на организм может нивелироваться при неправильном их сочетании. Это чаще всего бывает при назначении больному тепловых процедур. Другие же сочетания наоборот усиливают действие лазерного излучения.
Несовместимо применение в один день лазера и других физических факторов на одну и ту же рефлекторную зону или применения физиотерапевтических процедур местного действия при невозможности соблюдения 2-х часового временного интервала между ними.
Время проведения процедур лазеротерапии
Лечение рекомендуется проводить в утренние часы (до 12 часов) когда преобладает тонус симпатической нервной системы. Массаж целесообразно проводить через 10-20 мин. после процедуры лазерной терапии.
Лазеротерапия в лечении артритов
Учитывая возможность поражения звеньев иммунной системы у больных артритом (ревматоидным артритом) проводится комплексное лечение низкойнтенсивными лазерными аппаратами, работающих в инфракрасном диапазоне (0,89 мкм) с магнитные насадки (МН-1-2), обеспечивающие постоянное магнитное поле, с индукцией по оси, не менее 20 мТл. При сочетанном воздействии низкоинтененвного лазерного излучения и постоянного магнитного поля на одну и ту же область биологического объекта происходит не простое суммирование однонаправленного действия, а развиваются качественно новые процессы.
Эффект от лечения заметен уже после 3-5-й процедуры, на курс лечения назначается до 15 процедур, в зависимости от стадии заболевания. После проведенного лечения у больных исчезают боли в суставах, увеличивается объем движений в них, возрастает мышечная сила, исчезает или уменьшается утренняя скованность. Выявлено выраженное противовоспалительное, обезболивающее, противоотечное, противоаллергическое действие низкоинтенсивной лазерной терапии, преимущественно в стадии обострения артрита, при воздействии на область лучезапястных, пястно-фаланговых, межфаланговых и коленных суставов.
Результаты комплексной низкоинтенсивной лазерной терапии при заболеваниях суставов показали стойкий, выраженный эффект и отсутствие рецидивов до 2 лет. Метод хорошо переносится больными и имеет мало противопоказаний.
Лазерная терапия в косметологии
Низкоинтенсивная лазерная терапия при лечении кожных заболеваний: стимуляция, заживление, восстановление
Авторы: Pinar Avci, Asheesh Gupta, Magesh Sadasivam, Daniela Vecchio, Zeev Pam, Nadav Pam and Michael R Hamblin.
Низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ) – быстроразвивающееся технологическое направление, позволяющее воздействовать на широкий спектр состояний, при которых требуется стимуляция регенерации, снижение болевого синдрома и воспалительной активности, а также восстановление утерянных функций. Несмотря на то, что кожа, естественно, контактирует со светом больше, чем какой-либо другой орган, она положительно отвечает на излучение красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн.
Фотоны поглощаются митохондриальными хромофорами в клетках кожи. В результате ускорения переноса электронов происходит увеличение АТФ и оксида азота, усиление кровотока и высвобождение активных форм кислорода, а также активация различных сигнальных путей. Возможна активация стволовых клеток, что позволяет улучшить заживление и восстановление тканей. В дерматологии применение НИЛТ эффективно при коррекции морщин, лечении рубцов после акне и гипертрофических шрамов, заживлении ожогов. НИЛТ может снижать повреждение кожи ультрафиолетовым излучением, как в качестве лечения, так и профилактики. При нарушениях пигментации, таких как витилиго, НИЛТ может усиливать пигментообразование в результате стимуляции пролиферации меланоцитов и снижать депигментацию, подавляя активность аутоиммунного процесса. Также НИЛТ применяется при лечении заболеваний, сопровождающихся наличием активного воспалительного процесса, в частности псориаз и акне. Неинвазивный характер данного вида терапии и практически полное отсутствие побочных эффектов способствуют дальнейшему изучению его применения в дерматологии.
Ключевые слова: Акне, Дерматология; Герпес; Лазер; НИЛТ; Низкоинтенсивная лазерная терапия; Фототерапия; Заболевания кожи; Омоложение кожи; Пигментация; Витилиго.
Неинвазивные методы лечения и омоложения кожи применяются во все большем объеме, особенно в западных странах, где относительно высокий уровень дохода сочетается со стремлением к идеальной внешности, вызванным социальным давлением. Несмотря на то, что кожа, естественно, контактирует со светом больше, чем какой-либо другой орган, она положительно отвечает на излучение красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн, заданное с правильными параметрами с терапевтическими целями. Низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ) разработана в конце 1960-х годов, но только в последнее время ее стали активно применять в дерматологии. Внедрение в медицинскую практику светоизлучающих диодных (СИД) устройств, позволило минимизировать количество ранее существовавших проблем, связанных с применением лазеров, в частности: высокая себестоимость, обеспечение безопасности и необходимость обучения персонала работе с лазером. Фактически, многие СИД-устройства были созданы для домашнего применения и продаются через интернет-магазины. В данном обзоре охвачен спектр применения НИЛТ в качестве неинвазивного метода лечения кожи.
Механизм действия НИЛТ.
НИЛТ, фототерапия или фотобиомодуляция предполагает использование фотонов при нетепловом излучении для изменения биологической активности различных процессов в организме. Для НИЛТ применяют либо когерентные источники света (лазеры), либо некогерентные, состоящие из отфильтрованных ламп или светоизлучающих диодов (СИД), или, иногда, их комбинацию. Основными эффектами НИЛТ являются уменьшение боли и воспаления, усиление восстановления тканей и содействие регенерации различных тканей и нервов, а также предотвращение повреждения тканей в ситуациях, когда это может произойти. [1, 2]. Считается, что основным биологическим механизмом, лежащим в основе НИЛТ, является поглощение красного и NIR-света (near infrared – близкий инфракрасный) митохондриальными хромофорами, в частности цитохром с оксидазой (ЦСО) дыхательной цепи митохондрий 7. Предполагается, что это поглощение световой энергии может вызвать фотодиссоциацию ингибирующего оксида азота от ЦСО [9], что приводит к усилению активности фермента [10], переноса электронов, митохондриального дыхания и продукции АТФ 14. В свою очередь, НИЛТ, воздействуя на окислительно-восстановительные реакции, может вызывать активацию многочисленных внутриклеточных сигнальных путей; изменить аффинность транскрипционных факторов, связанных с пролиферацией клеток, восстановлением и регенерацией тканей (рис. 1, 2) 12.
Рисунок 1. Механизм действия НИЛТ.
Рисунок 2. Глубина проникновения в ткани в зависимости от длины волны
НИЛТ для омоложения кожи.
Светоизлучающий диод (СИД), представляющий собой новый источник излучения для нетеплового, неаблятивного омоложения кожи продемонстрировал эффективность при борьбе с морщинами и снижением эластичности кожи (рис. 3) 39. Данный факт далеко не феномен, поскольку первые сообщения об активации синтеза коллагена под воздействием НИЛN датируются 1987 годом. В исследованиях Abergel и соавт. и Yu и соавт. сообщается об увеличении синтеза проколлагена, коллагена, основных факторов роста фибробластов (bFGF) и пролиферации фибробластов после воздействия низкоэнергетического лазерного облучения in vitro и in vivo у животных (рис. 4) [41, 42]. Кроме того, известно, что НИЛТ улучшает микроциркуляцию, сосудистую перфузию кожи, оказывает влияние на тромбоцитарный фактор роста (PDGF), трансформирующий фактор роста (TGF-β1) и ингибирует апоптоз (рис. 4) [1, 43, 44]. Lee и соавт. исследовали гистологические и ультраструктурные изменения после комбинации светодиодной фототерапии с длиной волны 830 нм и мощностями 55 мВт/см2, 66 Дж/см2 и 633 нм, 105 мВт/см2, 126 Дж/см2 и выявили изменение экспрессии ММП и их тканевых ингибиторов (ТИМП) [33]. Кроме того, уровни мРНК интерлейкина-1β, ФНО-α, ICAM-1 и коннексина 43 (Cx43) были увеличены после СИД фототерапии, тогда как уровни интерлейкина-6 уменьшались (рис. 4) [33]. И наконец, в образцах после проведенного лечения было выявлено увеличение количество коллагена [33]. По-видимому, провоспалительные цитокины интерлейкин-1β и ФНО-α образуются с целью заживления преднамеренно сформированных фототермических ран в результате лазерного лечения, и этот каскад заживления ран, следовательно, способствует новому синтезу коллагена [33].
Светодиодная терапия может стимулировать этот процесс заживления ран посредством нетепловой и атравматической индукции субклинической «квази-раны», даже без какого-либо фактического теплового повреждения, которое может вызвать осложнения, как в случае применения некоторых других лазерных методах лечения [33].
ТИМП снижают активность ММП, таким образом, другим возможным механизмом увеличения коллагена могла бы стать индукция ТИМП (рис 4). Когда данные наблюдения складываются вместе, оказывается возможным, что усиление продукции интерлйкина-1β and ФНО-α могли бы повышать индукцию ММП в раннем ответе на СИД терапию. Это, в свою очередь, позволит очистить фотоповрежденные коллагеновые фрагменты, чтобы произошла активация биосинтеза новых коллагеновых волокон. В дальнейшем, увеличение количества ТИМП могло бы защитить вновь синтезированный коллаген от
протеолитического разрушения посредством ММП [33]. Более того, повышенная экспрессия Cx43 может, вероятно, улучшить связь между клетками дермы, в частности фибробластами, и усилить клеточный ответ на фотобиостимуляцию от воздействия СИД лечения с целью продукции нового коллагена в области, который включает не только область облучения, но и прилежащую к ней [33]. В клиническом исследовании, проведенном Weiss и соавт., 300 пациентов получали только светодиодную терапию (590 нм, 0,10 Дж/см2), а 600 пациентов получали светодиодную терапию в сочетании с процедурой фотоомоложения на основе тепловой энергии. Среди пациентов, получавших только светодиодное фотоомоложение, 90% сообщили, что они наблюдали улучшение текстуры кожи и уменьшение шероховатости и тонких линий в пределах от значительного сокращения до иногда незначительных изменений (рис. 5) [36]. Кроме того, пациенты, у которых применялся термический фотоомолаживающий лазер с или без дополнительной светодиодной фотомодуляции (n = 152), сообщили о заметном сокращении эритемы после лечения и общем впечатлении о повышении эффективности с дополнением терапии СИД [36,45]. Уменьшение эритемы после воздействия лазера может быть связано с противовоспалительной эффективность НИЛТ [40]. Используя различные параметры последовательности импульсов, проводилось многоцентровое клиническое исследование, при этом 90 пациентов получали курс из 8 процедур с применением СИД в течение 4 недель [37, 46-48]. Результаты этого исследования оказались впечатляющими: более чем у 90% пациентов отмечалось улучшение, по крайней мере, на одну категорию фотостарения по шкале Фицпатрика, а у 65% пациентов выявлены значительные улучшения текстуры лица, тонких линий, фоновой эритемы и пигментации. Максимальный результат от лечения наблюдался через 4-6 месяцев после завершения 8 процедур. Значительное увеличение коллагена в сосочковом слое дермы и снижение ММП-1 – наиболее часто выявляемые эффекты. Исследование Barolet и соавт. также не противоречит ранее упомянутым исследованиям. Они использовали трехмерную модель искусственной кожи, созданной посредством тканевой инженерии, для исследования потенциала влияния СИД с длиной волны 660 нм и мощностью 50 мВт/см, 4 Дж/см2 на коллаген и MMП-1; результаты показали увеличение коллагена и снижение ММП-1 in vitro [40]. Далее проводилось слепое, split-face исследование (тип исследований, когда воздействие оказывается только на одну часть лица), чтобы оценить эффект этого светового лечения у людей с возрастной кожей или с кожей, подвергшейся фотостарению [40]. После 12 светодиодных обработок количественное определение профилометрии показало, что, более чем у 90% людей имели место уменьшение глубины морщин и разглаживание поверхности кожи, а у 87% пациентов отмечалось снижение показателя шкалы выраженности морщин Фицпатрика [40].
Рисунок 3. Примеры устройств для проведения НИЛТ.
Рисунок 4. Механизм действия НИЛТ при омоложении кожи.
Рисунок 5. Фотоомоложение.
Клинические фотографии, демонстрирующие уменьшения периорбитальных морщин через 3 месяца после светодиодной фототерапии (справа) по сравнению с исходным состоянием кожи (слева) [33].
НИЛТ для лечения Акне.
Патогенез юношеских угрей (акне) до сих пор остается не изученным до конца, однако современное научное сообщество сошлось во мнении, что он включает четыре основных звена: фолликулярный гиперкератоз, повышение выделения кожного сала (себума), что вызвано секрецией мужских половых гормонов, колонизацию бактерией Propionibacterium acnes и воспаление [49]. P. acnes играет ключевую роль, так как бактерии живут на богатой липидами питательной среде (триглицериды), и вызывают высвобождение цитокинов, что в свою очередь провоцирует воспалительную реакцию и кератинизацию выводных протоков сальных желез [49]. Современные методы лечения угревой болезни включают местное и пероральное применение лекарственных средств, таких как антибиотики для местного применения, топические ретиноиды, бензоил пероксид, альфа-гидроксикислоты, салициловая или азелаиновая кислота.
В некоторых случаях применяется системная антибиотикотерапия тетрациклином или доксициклином, пероральные ретиноиды и гормонотерапия [50]. Действие лекарственных средств основано на предотвращении формирования микрокомедонов, нормализации выделения себума и снижении воспалительной активности [50]. Несмотря на то, что существует ряд доступных вариантов лечения угревой болезни, у многих пациентов до сих пор в результате терапии возникают побочные действия и эффект от лечения не всегда предсказуем.
Фототерапия (свет, лазер и фотодинамическая терапия) была предложена в качестве альтернативного способа лечения угревой болезни, и предполагалось, что она будет иметь меньше побочных эффектов по сравнению с другими методами лечения [51]. Сообщалось, что эффективность воздействия солнечного света при лечении акне с достигает 70% [52]. Солнечный свет уменьшает воздействие мужских половых гормонов на сальные железы, но побочные эффекты от ультрафиолетовых лучей спектров А и В (УФА и УФВ) ограничивают применение солнечный света для лечения угрей. В последнее время при лечении акне начали использовать фототерапию видимым светом (главным образом синим светом, красным светом или их сочетанием) (рис. 3) [52]. Одним из механизмов фототерапии акне является поглощение света (особенно синего света) порфиринами, которые продуцируются P.acnes в ходе нормального метаболизма бактерии и действуют как эндогенные фотосенсибилизаторы [49, 53]. Этот процесс вызывает фотохимическую реакцию, в результате которой образуются активные свободные радикалы и синглетный кислород, которые, в свою очередь, приводят к разрушению бактерий (рис. 6) [49, 53]. Известно, что красный свет проникает глубже в ткани по сравнению с синим светом [50]. Было продемонстрировано, что красный свет может влиять на активность сальных желез и корректировать пролиферацию кератиноцитов behavior [54]. Кроме того, красный свет может также оказывать свое действие, подавляя высвобождение цитокинов из макрофагов и других клеток, что, в свою очередь, может уменьшить воспаление [51, 54].
В нескольких исследованиях сообщалось, что НИЛТ в диапазоне от красного до ближнего инфракрасного спектра (630-1000 нм) и нетепловой энергии (менее 200 мВт) отдельно или в сочетании с другими методами лечения (главным образом синим светом) эффективна для лечения угревой болезни (рис. 7) [17, 49, 52, 54, 55]. В одном из таких исследований было продемонстрировало значительное снижение активных очагов акне после 12 сеансов лечения с использованием НИЛТ красного спектра с длиной волны 630 нм с интенсивностью 12 Дж/см2 два раза в неделю в течение 12 сеансов в сочетании с 2% местным клиндамицином; однако в том же исследовании не было выявлено значимых результатов при использовании лазера с диной волны 890 нм [50]. В некоторые исследованиях также сообщается о возрастании эффективности терапии в результате применения сочетания синего и красного света при лечении акне [49, 54-56]. Предполагается, что синергические эффекты смешанного света обусловлены синергией между антибактериальным и противовоспалительным эффектом синего и красного света соответственно (рис. 6) [49, 56]. Следует также отметить, что в большинстве исследований чаще уменьшалось количество воспалительных элементов, нежели комедонов [49, 56].
Рисунок 6. Лечение акне с помощью красного и синего света.
Рисунок 7. Угревая болезнь (акне).
До и после комбинированного СИД-лечения акне синим и красным светом [55].
НИЛТ для Фотозащиты.
Принято считать, что воздействие ультрафиолетового диапазона ( 50%). Как NGF, так и bFGF стимулируют миграцию меланоцитов, и дефицит этих медиаторов может участвовать в развитии витилиго [86, 97, 98]. В том же исследовании, при облучении кератиноцитов и фибробластов HeNe-лазером мощностью 0,5-1,5 Дж на см2, сообщалось о значительном увеличении высвобождения bFGF как из кератиноцитов, так и из фибробластов, а также о значительном увеличении высвобождения NGF из кератиноцитов (рис. 9) [66]. Другое исследование, проведенное Lan и соавт. продемонстрировало, что HeNe-лазер (632,8 нм, 1 Дж/см2 и 10 мВт) стимулирует пролиферацию меланоцитов за счет усиления экспрессии интегрина α2β1 и индуцирует рост меланоцитов за счет усиления экспрессии белка CREB (белок, связывающий элемент, реагирующий на циклический АМФ), который является важным регулятором роста меланоцитов [88]. Молекулы ECM также являются важными элементами процесса пигментации, так как они регулируют морфологию, миграцию, активность тирозиназы и пролиферацию пигментных клеток [99–101]. Коллаген типа IV присутствует в базальной мембране и, как известно, воздействует непосредственно на меланоциты, в частности усиливая их мобильность [89]. После облучения HeNe-лазером было обнаружено, что сродство меланоцитов и коллагена типа IV значительно усилилось, что также указывало на изменение физиологической функции меланоцитов под воздействием HeNe-лазера [88]. Кроме того, было выявлено, что среди различных белков ЕСМ, обнаруженных в дерме, фибронектин оказывает существенное влияние как на дифференцировку, так и на миграцию культивируемых меланобластов и меланоцитов [102, 103]. В 1983 году Gibson и соавт. продемонстрировали, что физическое распределение фибронектина in vivo тесно связано с путем миграции, осуществляемым меланобластами во время процесса репигментации витилиго [104].
Рисунок 9. Витилиго.
He-Ne лазерное лечение, вызывающее репигментацию у трех типичных пациентов с сегментарным типом витилиго.
1.А. 39-летний мужчина, страдающий витилиго в течение 1,5 лет, с поражениями на правой половине лба и околоносовой области.
1.В. После 142 сеансов He-Ne лазерного лечения наблюдается 90% репигментации.
2.А. 13-летний мальчик, страдающий витилиго в течение 5 лет с поражениями в области левой брови и щеки. Лейкотрихия (поседение) левой брови выявлено 4 года назад.
2.В. После 132 сеансов наблюдается 78% репигментации.
3.А. 12-летний мальчик с депигментированными пораженными участками на правой щеке и шее в течение 2 лет.
3.B. После 139 сеансов НИЛТ наблюдается 65% репигментации [66].
НИЛТ для осветления кожи.
В большинстве работ по витилиго демонстрируется стимулирующий эффект НИЛТ на пигментацию; однако в ранее упомянутом исследовании, во время тестирования действия синего и красного лазера для лечения акне, впервые был обнаружен интересный и неожиданный результат [49]. Сочетание синего (длина волны 415 +/−5 нм, мощность 40 мВт/см2, 48 Дж/см2) и красного (длина волны 633 +/- 6 нм, мощность 80 мВт/см2, 96 Дж/см2) света привело к общему снижению уровня меланина (рис. 10). Результаты инструментальных методов исследования показали, что уровень меланина увеличился на 6,7 (медиана различий между уровнем меланина до и после одного сеанса лечения) после облучения синим светом без статистической значимости (P> 0,1), тогда как после облучения красным светом он снизился на 15,5 со статистической значимостью (Р
