Hva er PBM

Hva er Photobiomodulation-terapi?

Photobiomodulation-terapi (PBM) defineres som en form for lysebehandling som bruker ikke-ioniserende lyskilder, inkludert lasere, lysdioder (LED) og/eller bredbåndslys innen det synlige (400–700 nm) og nær-infrarødt (700–1100 nm) elektromagnetiske spekteret.

Det er en ikke-termisk prosess som involverer endogene kromoforer og utløser fotofysiske (lineære og ikke-lineære) samt fotokjemiske reaksjoner på ulike biologiske nivåer. Denne prosessen fører til flere terapeutiske fordeler, som:

Redusert smerte og betennelse
Immunmodulering
Fremme av sårheling og vevsregenerering

Begrepet Photobiomodulation-terapi (PBM) brukes av forskere og klinikere i stedet for eldre termer som lavnivå laserterapi (LLLT), kald laser eller laserterapi.

Å nå målvevet

For at Photobiomodulation-terapi (PBM) skal finne sted, må lyset nå mitokondriene i den skadde målvevet. Laserterapi påføres hudens overflate, og de beste kliniske resultatene oppnås når tilstrekkelig mengde lys (antall fotoner) når målvevet. Det finnes flere faktorer som kan bidra til å maksimere mengden lys som når målvevet. Disse inkluderer:

Korrekt valg av bølgelengde
Tilstrekkelig laserstyrke
Redusere refleksjoner
Minimere absorpsjon av molekyler som ikke er involvert i fotobiomodulering

Ved å optimalisere disse faktorene kan effektiviteten av fotobiomodulasjonsterapi forbedres, noe som sikrer at mer lys når de spesifikke vevene som trenger behandling.

Hvilke lysbølgelengder er best for Photobiomodulation-terapi (PBM)?

Laserlys har en spesifikk bølgelengde, i motsetning til hvitt lys som inneholder et bredt spekter av bølgelengder. Enheten som brukes for å måle bølgelengde er nanometer (nm). Mye forskning har blitt utført for å undersøke hvordan melanin, blod, fett og vann absorberer lys. Dette har ført til at forskere har definert et vindu eller et intervall av bølgelengder som lys kan trenge inn i biologisk vev gjennom. Dette vinduet kalles det optiske eller terapeutiske vinduet.

Forskning har vist at lys innenfor det terapeutiske vinduet, som vanligvis ligger mellom 600–1100 nm, er mest effektivt for å trenge gjennom vev og gi de terapeutiske fordelene ved fotobiomodulasjonsterapi. Lys innenfor dette intervallet absorberes optimalt av kroppens kromoforer, som cytochrome c, noe som gjør at den terapeutiske effekten kan oppnås.

Ved å bruke disse spesifikke bølgelengdene kan man effektivt stimulere cellenes mitokondrier og oppnå ønskede effekter som smertelindring, økt celle-reparasjon og vevsregenerering.

Figur 1

Vanligvis vises grafer over det optiske vinduet på en logaritmisk skala, noe som på en misvisende måte maksimerer toppene under 1 og minimerer toppene over 1, som vist i Figur 1. Å plotte på en logaritmisk skala muliggjør at et bredt spektrum av intensiteter kan vises. Imidlertid kan den logaritmiske representasjonen av data misforstås. For eksempel, når man ser på absorpsjonsverdiene fra grafen, kan man se at under 1000 nm er vannets absorbans mindre enn 0,5.

Den logaritmiske skalaen hjelper med å visualisere lysets absorpsjon over et bredt spekter, men det er viktig å forstå at det kan gi et forvrengt bilde av hvordan absorpsjonen ser ut ved ulike bølgelengder, spesielt når man jobber med biologisk vev og fotobiomodulasjonsterapi.

Data hentet fra Hamblin MR, Demidova TN. Mechanisms of low level light therapy. extends Proc. of SPIE Photonics. 2006; 6140: 614001-01-12. doi: 10.1117/12.646294

Data hentet fra Hale och Querry: "Optical constants of water in the 200 nm to 200 μm wavelength region." Appl. Opt. 1973; 12: 555-563.

Figur 2

Forskjellene i vannets absorpsjon vises tydeligere i en lineær graf. Figur 2 viser en plot av vannets absorpsjon på en lineær skala. Den nederste grafen er en forstørret seksjon av området mellom 450 nm og 1400 nm. Her vises en liten topp ved 980 nm, men den når kun et maksimalt verdi på 0,4. I dette bølgelengdeområdet domineres absorpsjonen av melanin i huden.

Både 810 nm og 980 nm ligger innenfor det optiske vinduet, hvor absorpsjonen av andre kromoforer er minimal. Disse bølgelengdene befinner seg innenfor det terapeutiske eller optiske vinduet og er effektive for laserterapi. Siden melanin absorberer mer lys ved lavere bølgelengder, er 980 nm bedre for maksimal penetrasjon gjennom melaninrik hud.

Companions CTO, Luis DeTaboada, har også utført modellering for å sammenligne penetrasjonsdybden ved ulike laserbølgelengder.

Lysabsorberende komponenter i vev

De viktigste komponentene i vevet som absorberer lys er:

Melanin
Oksyhemoglobin
Deoksyhemoglobin
Fett
Vann

Melanin absorberer lys spesielt sterkt ved lavere bølgelengder, noe som betyr at mørk hud absorberer mer lys, spesielt i intervallet 500 nm til 800 nm. Bølgelengder lengre enn 1200 nm absorberes raskt av vann.

Lasere med disse lengre bølgelengdene brukes vanligvis i ablativer inngrep, som kirurgi eller hudforyngelse. Den nåværende forståelsen av Photobiomodulation-terapi (PBM) er at lys innenfor 800 nm til 1000 nm effektivt kan trenge gjennom huden og overfladiske vev for å nå musklene under.

Companion-lasere avgir vanligvis en kombinasjon av 810 nm og 980 nm lys. Ved behandling av mørk hud eller mørkt pels, skifter laseren automatisk til kun 980 nm lys, noe som minimerer absorpsjonen av melanin og sikrer maksimal penetrasjon av lys til de dypere vevene.

Figur 3

Figur 3 viser en graf over ulike absorpsjonskoeffisienter som en funksjon av bølgelengde på en lineær skala. Denne grafen illustrerer hvordan melanin absorberer lys betydelig sterkere sammenlignet med hemoglobin, oksyhemoglobin, vann og fett.

Rødt lys (600 nm – 700 nm) brukes generelt for å behandle tilstander nær hudens overflate.
Lys i intervallet 800 nm – 1000 nm er nødvendig for å nå dypere vevsstrukturer.

Denne informasjonen er avgjørende for å velge riktig bølgelengde ved Photobiomodulation-terapi (PBM) for å sikre effektiv behandling avhengig av målvevets dybde og sammensetning.

Linear plot of Absorption Coefficient vs. Wavelength. Data for the absorption coefficients were
obtained from Oregon Medical Laser Center, https://omlc.org.

Hva er laserstyrke og hvordan påvirker den Photobiomodulation-terapi (PBM)?

Laserlysets energi måles gjennom dens effektstyrke.

Effekt kan virke enkelt, men det å kun oppgi en lasers uteffekt gir ikke hele bildet når det gjelder laserterapi. I tillegg til effektstyrken er også størrelsen på behandlingsområdet avgjørende.

Effekt måles i watt (W) og er et mål på antallet fotoner som laseren sender ut per sekund.
Tidlige terapeutiske lasere hadde veldig lav effekt (< 0,5 W) og små stråleområder, noe som ofte resulterte i utilstrekkelig penetrasjon til dypere vev og dermed mindre effektive behandlinger.

Laserklassifisering og Companion-lasere

Den amerikanske Food and Drug Administration (FDA) klassifiserer lasere i fire hovedklasser (I – IV) basert på uteffekt, med tre underklasser (IIa, IIIa og IIIb).

Desember 2003: FDA godkjente den første klasse IV-laseren for lindring av muskel- og leddsmerter.
Februar 2007: Companion Lasers morselskap LiteCure fikk FDA-godkjenning for LCT-1000, en klasse IV medisinsk terapilaser.
Companion-lasere er klasse IV-lasere, noe som betyr at de har en uteffekt på mer enn 0,5 W.

Sikkerhetsaspekter ved klasse IV-lasere

På grunn av den høyere uteffekten hos klasse IV-lasere må visse sikkerhetstiltak følges:

Øyebeskyttelse er avgjørende – laserlys skal ikke rettes mot øynene.
Både behandler og pasient bør bruke godkjente beskyttelsesbriller for å hindre utilsiktet eksponering

En stor fordel med Companion-lasere er at de ikke bare har høyere effekt, men også et større stråleområde, noe som gjør dem mer effektive for å levere en terapeutisk dose over større behandlingsområde

Hvorfor trengs høyere laserstyrker?

Kort sagt: jo flere fotoner som leveres til overflaten, desto flere fotoner når dypere vevslag.

Det finnes en terskel – et minimum antall fotoner som kreves for å "aktivere" de terapeutiske effektene av laserlys.
Hundrevis av vitenskapelige studier har fastslått de dosene som kreves for å fremkalle en cellulær respons ved lysebehandling.
Siden PBM-terapi er ikke-invasiv, må en tilstrekkelig dose påføres huden for å sikre at nok lys når målvevet, til tross for tap gjennom refleksjon og absorpsjon av andre kromoforer.

Fordeler med høyere laserstyrker

Økt penetrasjon i dypere vev på kortere tid.
Behandling av flere tilstander, inkludert de som påvirker dypere celler og vev.
Mulighet for både overflatisk og dyptgående PBM-behandling avhengig av behov.

Høyere effekt betyr dermed at en klinisk effektiv mengde fotoner kan leveres til skadet vev, noe som gjør behandlingen raskere og mer effektiv.

Figuren viser, ved hjelp av infrarøde bilder, mengden lys som trenger gjennom håndryggen når laserlys påføres håndflaten med en effekt på 1 watt, 5 watt og 10 watt.

Forståelse av dosering

Companion-lasere er ikke utformet for punktbehandling. I stedet dekker behandlingsområdet et større område enn selve laserstrålen, og PBM-behandlingen påføres ved kontinuerlig å føre behandlingshodet over behandlingsområdet. Behandling med Companion-lasere er ikke-invasiv, noe som betyr at det ikke er mulig å direkte måle den nøyaktige dosen som når målvevet; bare dosen som påføres behandlingsområdet kan måles.

Vi vet imidlertid fra studier på kadavere og levende dyr samt gjennom modellering at absorpsjonen av laserlyset i hud- og fettlagene på vei til målvevet kan redusere den faktiske dosen betydelig. Den vanligste metoden for å angi dosering ved laserterapi er å måle energitettheten som påføres vevsflaten. Dette uttrykkes vanligvis i J/cm².

Det kan forekomme variasjoner i de kliniske effektene, spesielt ved svært høye (>50 W) eller svært lave (<1 W) effekt nivåer, selv om samme J/cm²-dosering brukes. Selv om denne målemetoden fungerer bra for typiske behandlingsprotokoller, er den ikke helt optimal. Companion Animal Health gir en behandlingsguide med hver enhet som inneholder anbefalte doseringsnivåer for ulike kliniske tilstander.

Pulsing og Frekvenser

Terapeutiske lasere kan pulseres på forskjellige måter. Generelt sett fungerer disse laserne enten i et superpulsert modus eller et gated modus.

Superpulserte lasere akkumulere en stor mengde energi over en viss tid og frigir deretter raskt i en enkelt, kraftig energipuls. Disse pulsene er svært korte (ca. 200 nanosekunder) og har høye topp-effekter (1–50 W), men en mye lavere gjennomsnittlig effekt (f.eks. 60 mW).
Gated lasere fungerer ved å slå på og av sin kontinuerlige bølge (CW) for å levere en lavere gjennomsnittlig uteffekt.

PBM-terapi kan utføres enten i kontinuerlig bølgelengdemodus (CW) eller pulsert modus. Noen produsenter gjør påstander om spesifikke pulseringsprotokoller og spesialtilpassede bølgelengder, men mange av disse påstandene er mer markedsføring enn vitenskap. En oversikt av Hashmi et al. sammenlignet kontinuerlig lys og pulsert lys og fant at mer forskning er nødvendig for å fastslå faktiske forskjeller.

Companion-lasere har muligheten til å brukes i et pulsert modus, hvor laseren veksler CW-effekten på og av for å redusere den gjennomsnittlige uteffekten. Hvis du behandler et lite område og ønsker å påføre behandlingen over lengre tid med en lavere effekt, kan du bruke den pulserte modusen, som reduserer den effektive effekten og dosen med 50%.