В 2016 году исполняется 50 лет со дня открытия лазера. Создание лазеров для медицинского применения, которое известно как низкоуровневая лазерная терапия (LLLT) или фотобиомодуляция, началось в 1967 году. В последние годы LLLT стала все более распространенной формой лечения , особенно в области физической медицины и реабилитации. Вначале лазер применялся , в основном, для заживления ран и облегчения боли, однако, позже медицинские применения LLLT расширились, включив такие заболевания, как инсульт, инфаркт миокарда и дегенеративные или травматические нарушения головного мозга. Терапевтические механизмы LLLT работают как на клеточном, так и на тканевом уровне. Митохондрии считаются главными фоторецепторами, а первичными процессами здесь являются: повышенный аденозинтрифосфат, реакционно способные виды кислорода, внутриклеточный кальций и высвобождение оксида азота. Активация факторов транскрипции затем приводит к экспрессии многих защитных, антиапоптотических, антиоксидантных и пролегирующих генных продуктов.
Спустя некоторое время после открытия первых лазеров (рубиновый лазер в 1960 году и гелий-неоновый [HeNe] лазер в 1961 году) они стали использоваться в медицинских целях. В 1967 году Эндре Местер в Венгрии заметил способность лазера HeNe увеличивать рост волос и стимулировать заживление ран, а вскоре после этого он начал использовать лазеры для лечения пациентов с незаживающими кожными язвами. С тех дней использование маломощных лазеров (в отличие от мощных лазеров, способных разрушать ткань за счет фототермического эффекта) неуклонно возрастало и стало применяться в различных областях медицинской практики, особенно, там , где треблвалось быстрое заживлени, предотвращения омертвения тканей, облегчения боли, уменьшения воспаления ,особенно, в области , регенеративной медицины.
Эффективность метод, который известен, как НИЛИ или photobiomodulation, остается спорным. Причины этого - отсутствия общего признания как среди медицинского сообщества, так и среди широкой общественности. Во-первых, широко распространена неопределенность и путаница в отношении механизмов действия LLLT на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. Во-вторых, при проектировании протоколов LLLT можно выбрать большое количество параметров (например, длину волны, флюенс, облучение, время обработки и повторение, пульсирование и поляризацию). Кроме того, существует двухфазная реакция дозы в лазерной терапии , при которой описывается наблюдение, что увеличение общей «дозы» лазера либо за счет увеличения плотности мощности, либо за счет увеличения времени освещения может иметь контрпродуктивный эффект по сравнению с пользой, получаемой при применении более низких дозах. В совокупности эти соображения объясняют, почему опубликован ряд негативных исследований; однако не следует подразумевать, что LLLT вообще не работает, а скорее, справедливо предположение , что параметры лазера, используемые в этих конкретных исследованиях, неэффективны.
LLLT использует маломощный лазерный луч в диапазоне 1-1000 мВт на длинах волн 632-1064 нм с целью достижения биологического отклика. Эти лазеры не выделяют тепла, звука или вибрации. Вместо генерирования теплового эффекта LLLT действует таким образом, что вызывает фотохимическую реакцию в клетке, процесс, называемый биостимуляцией или фотобиомодуляцией.
Фотобиология работает по принципу: когда свет попадает на определенные молекулы, называемые хромофорами, энергия фотонов заставляет электроны возбуждаться и переходить с низкоэнергетических орбит на орбиты более высоких энергий. В природе эта накопленная энергия может использоваться системой для выполнения различных задач, таких как фотосинтез и фотоморфогенез. Существуют многочисленные примеры хромофоров, таких как хлорофилл в растениях, бактериохлорофилл в сине-зеленых водорослях, флавопротеины, и гемоглобин, обнаруженный в эритроцитах. Соответствующие цвета хромофоров определяются частью спектра света, который они поглощают: хлорофилл зеленый, флавопротеин желтый, а гемоглобин красный.
Митохондрии считаются энергетическими генераторами эукариотической клетки, превращая кислород и питательные вещества в процессе окислительного фосфорилирования и цепи переноса электронов в аденозинтрифосфат (АТФ) . Основой клеточного дыхания является то, что высокоэнергетические электроны передаются от электронных носителей, таких как восстановленный никотинамидадениндинуклеотид (НАДН) и восстановленная форма флавин-адениндинуклеотида (FADH 2 ), через ряд трансмембранных комплексов (включая цитохромоксидазы до конечного акцептора электронов, создавая градиент протонов. Градиент используется F O F 1АТФ-синтазой для получения АТФ. Различные эксперименты in vitro, такие которые используют изоляты печени крысы, обнаружили, что клеточное дыхание регулируется, когда митохондрии подвергаются воздействию лазера HeNe или других форм освещения. Лазерное облучение вызывало увеличение митохондриальных продуктов (таких как АТФ , NADH, белок, рибонуклеиновая кислота) и увеличивало потребления кислорода. Аналогичный эффект возникает, когда ткань, содержащая митохондрии, подвергается воздействию низкоуровневого излучения. Видимый и ближний инфракрасный (NIR) свет поглощается органеллами, и наблюдается повышенная регуляция клеточного дыхания
В последние годы развитие световых диодов (светодиодов) в качестве альтернативных источников света для LLLT привело к определенной путанице понятий. Эти устройства создают свет с длиной волны, подобной длине волн лазера, но у них более широкие выходные пики (т. е. они менее монохроматичны) и не имеют когерентности, которая является особенностью лазерного излучения. Преимущество светодиодов в том, что они значительно дешевле лазерных диодов (примерно в 100 раз на милливаттах), а сообщество LLLT активно обсуждает свои преимущества.
Многие из наиболее привлекательных приложений LLLT относятся к области неврологии (как центральной, так и периферической). Серьезные заболевания и травмы головного мозга могут успешно лечиться с помощью неинвазивной транскраниальной лазерной терапии. Кроме того, в области терапии периферической нервной системе LLLT может эффективно использоваться для регенерации нервов и обезболивания.
Как было замечено, механизм действия LLLT проявляется на уровне митохондрий, но остается определить, какая конкретная структура в митохондриях действует как хромофор. В митохондриях идентифицированы четыре мембранно-связанных комплекса, каждый из которых представляет собой чрезвычайно сложную трансмембранную структуру, встроенную во внутреннюю мембрану. Комплекс IV, также известный как CCO, представляет собой большой трансмембранный белковый комплекс, обнаруженный в митохондриях и является компонентом транспортной цепи дыхательных электронов. CCO, по-видимому, поглощает тот же спектр света, что и для спектров действия биологической реакции на свет в диапазоне NIR. Таким образом, разумно предположить, что CCO действует как важный хромофор в LLLT . CCO состоит из двух центров, содержащих медь и двух центров гема-железа, способных поглощать свет в широком диапазоне, включая NIR.
Следующий вопрос, который следует рассмотреть: Какое действие CCO модулируется после того, как он поглощает энергию из света? На клеточном уровне LLLT может вызывать фотодиссоциацию оксида азота (NO) из CCO. В стрессовой клетке NO, продуцируемый митохондриальной NO-синтазой, вытесняет кислород из CCO, что приводит к снижению регуляции клеточного дыхания и последующему уменьшению производства энергосберегающих соединений, таких как АТФ. При диссоциации NO от CCO LLLT предотвращает смещение кислорода из CCO и тем самым способствует беспрепятственному клеточному дыханию. Повышенная активность фермента CCO может быть измерена; увеличение производства АТФ и увеличение переноса электронов также сообщалось. Основная идея клеточного дыхания заключается в том, что высокоэнергетические электроны передаются от электронных носителей, таких как NADH и FADH 2 , через ряд трансмембранных комплексов (включая CCO) до конечного акцептора электронов. Увеличение клеточного АТФ, продуцируемого LLLT, может способствовать положительным эффектам, как путем повышения уровней клеточной энергии, так и путем регулирования циклической молекулы AMP (биохимически сформированной из АТФ), которая участвует во многих сигнальных путях.
Добавить комментарий