光生物调节

光生物调节(PBM)是利用红外光和近红外光,被内源性发色团吸收,通过光化学或光物理作用触发生物反应,导致生理变化。光生物调节疗法(PBMT)是PBM的治疗应用,它能在受损组织细胞之外的深层启动复合有益的代谢反应,帮助患者从各种条件下快速愈合。

光生物调节的作用

组织愈合

  • ● 白细胞活性增加。白血球是人体免疫系统的一部分,这会加速组织修复并缓解疼痛。
  • ● 巨噬细胞活性增强。这是一种白细胞,最早出现在感染区域的细胞。巨噬细胞是免疫系用于清除病原体的主要机制。
  • ● 新生血管增多。这会导致新血管的生长。
  • ● 增加成纤维细胞活性。这些是最常见的结缔组织生成细胞,这加快了组织修复。
  • ● 角质形成细胞增殖。 这些是表皮细胞,使得皮肤愈合时间减少和早期上皮形成,覆盖伤口。
  • ● 增加拉伸力量。这有助于防止再次受伤。

减轻疼痛和伤害:

  • ● 离子通道恢复。 离子通道是完整的膜蛋白,允许离子进出细胞,它们对正常细胞功能至关重要。
  • ● β-内啡肽增加。这些是内源性疼痛缓解激素,这会导致疼痛水平降低。
  • ● 增加一氧化氮的产生。这是血管健康最重要的分子之一,是血管扩张剂。它还在细胞内和细胞之间的许多生物过程中起作用,并有助于减轻疼痛。
  • ● 降低缓激肽水平。较低水平的组织刺激物导致较少的疼痛。
  • ● C纤维传入神经去极化受阻,这可以帮助缓解由于神经纤维受损导致的神经性疼痛。
  • ● 静息动作电位恢复。这对减轻疼痛很重要。
  • ● 增加乙酰胆碱(一种神经递质)的释放。
  • ● 轴突萌芽和神经细胞再生。这有助于恢复生物体组织功能。

细胞反应

作用机制

位于电磁波谱近红外(NIR)范围的镭射激光的主要吸收物质是水、血细胞核心的血红蛋白和线粒体中的细胞色素C氧化酶。因此,在对其功能进行任何研究之前,这些色基因子的吸收特性是最重要的,也是许多研究的主题。已在体外试验中为这些(和其他)色基因子生成了吸收光谱(即波长与吸收效率的相关性),分离出吸收峰并与这些色基因子的生物状态相关。

新陈代谢反应

吸收光谱显示了光谱中的位置以及激光辐射被这些色基因子吸收的速率。首先,我们必须了解细胞生物学知识,才能明白随后引起一连串反应的益处。光生物调节的核心目标是刺激细胞有效地发挥其自然的功能属性。这些自然的功能属性不仅非常丰富(从蛋白质合成到酶的分泌,从细胞信号传递到肢体的运动),而且高度依赖于细胞的类型。任何直接针对一种特定酶的治疗方法尝试都是困难的,从根本上来说也是不必要的。如果能刺激细胞的呼吸链和新陈代谢,细胞其所有自然愈合功能将得增强。

幸运的是,血红蛋白和细胞色素C氧化酶都参与细胞的新陈代谢,它们的作用是相互联系的。在红细胞的核心,血红蛋白是一种分子,它将氧气从肺部输送到细胞。当它到达细胞时,必须去氧化或“还原”反应。然后氧气通过细胞膜进入线粒体,在那里由一系列酶进行处理,最后一种酶是细胞色素C氧化酶。在这里,当氧气转化为水时,它又发生了化学反应;这种反应是ATP酶合酶产生ATP的刺激因素,ATP是细胞中能量的来源。血红蛋白是控制氧气流入细胞的速率的“进水口”,细胞色素c氧化酶是决定氧气以ATP(能量)的形式流出细胞速率的“排水口”。为了优化氧气流动的效率,最合适的做法是尽可能地打开“进水口”和“排水口”。也就是说,增加到达细胞的血红蛋白数量,增加它释放氧的速率,然后细胞吸收氧并输出能量的速率。因此,治疗的目标是增加局部血液循环,刺激血红蛋白的氧释放,然后刺激细胞色素C氧化酶的氧化和还原反应的活性,使这个过程能够重新开始。

血红蛋白脱氧

一旦血液循环增加,血液进入细胞,携带氧气的血红蛋白就需要的释放氧气。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在近红外光谱中具有非常明显的特征。我们不关心血红蛋白的再氧化过程,因为这发生在肺部。相反,我们对氧合血红蛋白(HbO2)的吸收光谱感兴趣,它的脱氧过程可以被特定的激光光子的能量吸收所刺激。

细胞色素c氧化酶氧化还原

细胞色素c氧化酶是细胞呼吸链中的末端酶,是整个细胞中激光辐射能量的主要吸收剂。它控制氧转换成ATP的速率。与血红蛋白的单向脱氧不同,细胞色素在细胞内循环不断接收和释放氧元素,因此我们需要刺激两个过程以获得效率最高。幸运的是,激光照射可以同时刺激两个过程,具体取决于酶的氧化态。当脱氧时,激光照射会刺激氧合作用,反之亦然。这种效应具有重要的临床意义,被认为是光生物调节的基本原理。该酶的不同氧合状态在整个可见光到近红外光谱范围内具有多个峰值,这就是为什么几乎所有使用的波长都显示出有用的原因。

在进行理疗激光对比或预测治疗结果时,还需要考虑更多的因素,而不是简单的激光输出功率或者组织表面的能量值,因为很多因素都会导致激光能量的严重衰减。对于任何皮下组织,尤其是深部肌肉或关节疾病,为了达到镇痛或生物刺激作用,高功率激光在合理的治疗时间内为身体深处需提供足够的剂量。

Summus Medical Laser理疗激光的波长980nm与吸水峰值一致。细胞中80%的质量是水,这将产生最有效的温度梯度,从而增加局部血液流量,从而增加氧气流量。该波长以及810nm和915nm处的其他波长位于氧合血红蛋白吸收的宽峰内。 915 nm直接处于氧合血红蛋白的宽吸收曲线峰值,并将最有效地刺激氧从红细胞中释放。

一旦血液进入细胞,理疗镭射激光照射将最有效地刺激氧从血红蛋白进入细胞,用于新陈代谢。最后,810nm激光位于细胞色素c氧化酶氧化还原循环的峰值,一旦氧气进入细胞,激光理疗将最有效地刺激利用和补充氧气的循环过程,从而最大限度地提高细胞的ATP(能量)生产量。请记住,整个过程的主角是氧:氧进入细胞,让细胞更快地利用它来产生更多的能量,然后让细胞的自然生理机制增强生物体的免疫系统。这将影响每一次治疗和镇痛效果,并在治疗结束后继续达到缓解病情的作用。

没有哪种“有魔力”的波长或参数设置可以治愈所有疾病,这种说法显然是不负责任的。然而,确实有些临床方案比其他临床方案效果更好,对特定症状更有效。为区别和利用一种基础的治疗机制而专门设计的几种模式在临床上不断证明是成功的。由于主要的作用机制是刺激细胞的自然抗病理免疫系统,因此这种治疗方式有用的症状范围是趋于无限的。

科学特性

波长测量

决定激光理疗产品最重要的两个特征是其波长和功率。红色和近红外范围内的激光具有生物刺激特性。 简单地说,这对应于600nm到1100nm之间的波长。 较短的波长可以被浅表组织更好地吸收,因此不具有像较长波长那样更好的穿透能力。

红色可见光范围(650nm)的波长被黑色素和其他表皮受体高度吸收,这些可以增强伤口愈合。它们也可能刺激触发点、穴位和/或引起二级反应,从而缓解其他深层次的症状。从吸收光谱的数据我们知道,在980nm范围附近的波长水吸收有增加的趋势。使用高功率激光器,这可以产生一些热梯度,并增加这些区域的血液循环。它也接近血红蛋白离解曲线的峰值。

915nm波长更接近血红蛋白离解曲线的峰值。最近的研究表明,在970-980nm的波长范围内,这种波长的氧气释放增加了30-50%。最重要的发现与810nm范围(750-830)附近的波长有关。这些波长处于细胞色素C氧化酶的吸收峰。这些都会影响电子传输循环中将氧气转换为ATP限制速率。这些波长将加速线粒体内ATP的产生。人们对1064nm波长有了新的兴趣,特别是它的光化学效应。该波长距离黑色素吸收峰值最远,在水吸收光谱中有一个相对的波谷,仍处于细胞色素c氧化酶吸收带的上限。因此,它具有很好的穿透深度和有效的生物刺激能力。所有4(或5)个波长都能在更广泛的临床条件和患者范围内为您提供协同效应或更广泛的治疗选择,从而获得更好的临床结果。

测量剂量

我们强调了波长对于临床应用的重要性。决定激光治疗效果的第二个最重要参数是剂量。功率是激光能量传递的速率,单位为瓦特(W)。当激光照射到组织时,有四种情况发生在激光能量上。一些能量会被反射回来,有些能量会穿透整个细胞而不与细胞相互作用,有些会散开。最后,只有大约20%-40%的能量在细胞水平上被组织吸收,从而产生生理效应。功率(瓦特W)乘以时间(秒S)将决定传递给组织的总能量。这就是总剂量,单位为焦耳(J)。

只要一定的能量或剂量才能引起临床反应,该剂量必须能够到达目标组织。渗透和剂量是二个重要的概念,许多人在讨论适当的激光治疗参数时未能解决这个问题。目标组织的散射和吸收系数以及光学特性将决定入射激光光束的衰减速率。任何治疗激光的成功都取决于光的波长和它可以提供的功率。唯一可以确定的是:“如果你没有提供足够的剂量,激光治疗将几乎没有效果。”

治疗患者时还需要记住另外两个参数。第一个是我们所说的激光的时间域。这不仅与激光理疗过程中的手移动的速度有关,还与激光发射方式的脉冲频率或“频闪”效应有关。更重要的是激光的脉冲传输模式。激光输出的脉冲频率对组织有不同的生理效应。例如,较低的脉冲频率和连续波对疼痛的调节更好,而较高的频率则更具有抗炎作用。不同的组织类型似乎对不同的脉冲频率也有更有效的反应。它不可能和速率一样简单,而且甚至激光发射和停止的时间也可能以更积极的方式影响组织反应。这些仍在研究中,但目前的文献一致表明,在治疗方案中加入一些特定的脉冲频率,总的来说比单一连续波(CW)治疗效果更好。请记住,在Platinum铂金理疗激光中已经建立了治疗方案从而简化了所有这些参数的设置过程,使之成为一种易于使用的“扫描”技术。具有可调节的波长、功率和脉冲频率,使您能治疗更广泛的适应症范围 。从浅表(皮肤病)到深层(肌肉骨骼/神经系统);急性到慢性;轻度到重度。超脉冲(ISP)是另一种激光传输模式,有助于穿透和减轻表皮色素组织的热吸收效应。

最后一个因素是目标组织。头发和皮肤颜色以及毛发厚度会影响激光穿透。近红外波段中较短的波长对黑色素仍有一定的吸收作用。深色皮肤会吸收更多的激光能量。只要使用适当的扫描技术,就可以避免表面刺激的可能性。更重要的一点是要记住,皮肤的吸收减少了输送到深层组织的剂量。具有耐用、可调节且易于清洁(消毒)的可接触式治疗头再次增加了激光理疗的多功能性、易用性和安全性。

治疗技术

直接接触治疗

这是治疗大多数患者时使用的技术。当治疗动物时,它也可以用来帮助分离长毛动物的毛发。所有的激光器都有一个接触头,没有证据表明任何一个特定的治疗头比任何其他的治疗头都能更好地将能量传递给组织,他们只是针对不同的病症和组织。用你的另一只手来监测表面的温度,稍微给点压力就可以让它更深入地渗透。在大多数情况下,尤其是在使用高功率和连续波(CW)时,以扫描模式进行治疗,以大约3厘米/秒的速度缓慢、有序地移动扫描。另一种治疗手法是使用网格模式或点对点,这只能在低功率和/或脉冲时进行,以网格模式治疗每个点1-3秒。始终治疗相关联的区域,包括周围健康组织的边界以及与受伤身体部位有关、或受其影响的任何其他运动链部分。你可以结合(同时)伸展或运动范围进行激光治疗,以改善结果。

非接触式治疗

非接触式治疗几乎总是以扫描模式进行。 扫描距离表面1-2厘米,在受影响区域缓慢移动(约3厘米/秒)和2-5厘米周围健康组织。 用于开放性伤口或任何有分泌物或渗出物的区域,也用于疼痛/敏感的区域。用另一只手拨开毛发以帮助激光到达皮肤表面。 同样,你可以结合(同时)伸展或运动范围进行激光治疗,以改善结果。