Vad är PBM

Vad är Photobiomodulation therapy?

Photobiomodulation therapy (PBM) definieras som en form av ljusbehandling som använder icke-joniserande ljuskällor, inklusive lasrar, lysdioder (LED) och/eller bredbandigt ljus inom det synliga (400–700 nm) och nära-infraröda (700–1100 nm) elektromagnetiska spektrumet.

Det är en icke-termisk process som involverar endogena kromoforer och utlöser fotofysiska (linjära och icke-linjära) samt fotokemiska reaktioner på olika biologiska nivåer. Denna process leder till flera terapeutiska fördelar, såsom:

Minskad smärta och inflammation
Immunmodulering
Främjande av sårläkning och vävnadsregeneration

Begreppet Photobiomodulation therapy (PBM) används av forskare och kliniker istället för äldre termer som low-level laser therapy (LLLT), kall laser eller laserterapi.

Att nå målvävnaden

För att Photobiomodulation therapy (PBM) ska ske, behöver ljuset nå mitokondrierna i den skadade målvävnaden. Laserterapi appliceras på hudens yta, och de bästa kliniska resultaten uppnås när tillräcklig mängd ljus (antal fotoner) når målvävnaden. Det finns ett antal faktorer som kan hjälpa till att maximera mängden ljus som når målvävnaden. Dessa inkluderar:

Korrekt våglängdsval
Tillräcklig laserstyrka
Minska reflexer
Minimera absorption av molekyler som inte är involverade i fotobiomodulering

Genom att optimera dessa faktorer kan effektiviteten av fotobiomoduleringsterapi förbättras, vilket säkerställer att mer ljus når de specifika vävnader som behöver behandlas.

Vilka ljusvåglängder är bäst för Photobiomodulation therapy (PBM)?

Laserljus har en specifik våglängd, till skillnad från vitt ljus som innehåller ett brett spektrum av våglängder. Enheten som används för att mäta våglängd är nanometer (nm). Mycket forskning har genomförts för att undersöka hur melanin, blod, fett och vatten absorberar ljus. Detta har lett till att forskare har definierat ett fönster eller ett intervall av våglängder genom vilket ljus kan tränga in i biologisk vävnad. Detta fönster kallas för det optiska eller terapeutiska fönstret.

Forskning har visat att ljus inom det terapeutiska fönstret, som vanligtvis ligger mellan 600–1100 nm, är mest effektivt för att penetrera vävnad och ge de terapeutiska fördelarna vid fotobiomoduleringsterapi. Ljus inom detta intervall absorberas optimalt av kroppens kromoforer, såsom cytochrome c, vilket gör att den terapeutiska effekten kan uppnås.

Genom att använda dessa specifika våglängder kan man effektivt stimulera cellernas mitokondrier och uppnå önskade effekter som smärtlindring, ökad cellreparation och vävnadsregeneration.

Figur 1

Vanligtvis visas grafer över det optiska fönstret på en logaritmisk skala, vilket på ett vilseledande sätt maximerar topparna under 1 och minimerar topparna över 1, som visas i Figur 1. Att plotta på en logaritmisk skala möjliggör att ett brett spektrum av intensiteter kan visas. Emellertid kan den logaritmiska representationen av data misstolkas. Till exempel, om man tittar på absorptionsvärdena från grafen, kan man se att under 1000 nm är vattnets absorbans mindre än 0,5.

Den logaritmiska skalan hjälper till att visualisera ljusets absorption över ett brett spektrum, men det är viktigt att förstå att det kan ge en förvrängd bild av hur absorptionen ser ut vid olika våglängder, särskilt när man arbetar med biologisk vävnad och fotobiomoduleringsterapi.

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

Figur 2

Skillnaderna i vattnets absorption syns tydligare i en linjär graf. Figur 2 visar en plott av vattnets absorption på en linjär skala. Den nedre grafen är en förstorad sektion av området mellan 450 nm och 1400 nm. Här syns en liten topp vid 980 nm, men den når endast upp till ett maximalt värde på 0,4. I detta våglängdsområde domineras absorptionen av melanin i huden.

Både 810 nm och 980 nm ligger inom det optiska fönstret, där absorptionen av andra kromoforer är minimal. Dessa våglängder befinner sig inom det terapeutiska eller optiska fönstret och är effektiva för laserterapi. Eftersom melanin absorberar mer ljus vid lägre våglängder, är 980 nm bättre för maximal penetration genom melaninrik hud.

Companions CTO, Luis DeTaboada, har också genomfört modellering för att jämföra penetrationens djup vid olika laser-våglängder.

Ljussabsorberande komponenter i vävnad

De huvudsakliga komponenterna i vävnaden som absorberar ljus är:

Melanin
Oxyhemoglobin
Deoxyhemoglobin
Fett
Vatten

Melanin absorberar ljus särskilt starkt vid lägre våglängder, vilket innebär att mörk hud absorberar mer ljus, särskilt i intervallet 500 nm till 800 nm. Våglängder längre än 1200 nm absorberas snabbt av vatten.

Lasrar med dessa längre våglängder används vanligtvis i ablativa ingrepp, såsom kirurgi eller hudföryngring. Den nuvarande förståelsen av Photobiomodulation therapy (PBM) är att ljus inom 800 nm till 1000 nm effektivt kan tränga genom huden och ytliga vävnader för att nå musklerna under.

Companion-lasrar avger vanligtvis en kombination av 810 nm och 980 nm ljus. Vid behandling av mörk hud eller mörk päls skiftar lasern automatiskt till enbart 980 nm ljus, vilket minimerar absorptionen av melanin och säkerställer maximal penetrering av ljuset till de djupare vävnaderna.

Figur 3

Figur 3 visar en graf över olika absorptionskoefficienter som en funktion av våglängd på en linjär skala. Denna graf illustrerar hur melanin absorberar ljus betydligt starkare jämfört med hemoglobin, oxyhemoglobin, vatten och fett.

Rött ljus (600 nm – 700 nm) används generellt för att behandla tillstånd nära hudens yta.
Ljus i intervallet 800 nm – 1000 nm krävs för att nå djupare vävnadsstrukturer.

Denna information är avgörande för att välja rätt våglängd vid Photobiomodulation therapy (PBM) för att säkerställa effektiv behandling beroende på målvävnadens djup och sammansättning.

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

Vad är laserstyrka och hur påverkar den Photobiomodulation therapy (PBM)?

Laserljusets energi mäts genom dess effektstyrka.

Effekt kan verka enkelt, men enbart att ange en lasers uteffekt ger inte hela bilden när det gäller laserterapi. Förutom effektstyrkan är även storleken på behandlingsområdet avgörande.

Effekt mäts i watt (W) och är ett mått på antalet fotoner som lasern avger per sekund.
Tidiga terapeutiska lasrar hade mycket låg effekt (< 0,5 W) och små strålområden, vilket ofta resulterade i otillräcklig penetration till djupare vävnader och därmed mindre effektiva behandlingar.

Laserklassificering och Companion-lasrar

Den amerikanska Food and Drug Administration (FDA) klassificerar lasrar i fyra huvudklasser (I – IV) baserat på uteffekt, med ytterligare tre underklasser (IIa, IIIa och IIIb).

December 2003: FDA godkände den första klass IV-lasern för lindring av muskel- och ledsmärta.
Februari 2007: Companion Lasers moderbolag LiteCure fick FDA-godkännande för LCT-1000, en klass IV medicinsk terapilaser.
Companion-lasrar är klass IV-lasrar, vilket innebär att de har en uteffekt på mer än 0,5 W.

Säkerhetsaspekter vid klass IV-lasrar

På grund av den högre uteffekten hos klass IV-lasrar måste vissa säkerhetsåtgärder följas:

Ögonskydd är avgörande – laserljus får inte riktas mot ögonen.
Både behandlare och patient bör bära godkända skyddsglasögon för att förhindra oavsiktlig exponering.

En stor fördel med Companion-lasrar är att de inte bara har högre effekt, utan även ett större strålområde, vilket gör dem mer effektiva för att leverera en terapeutisk dos över större behandlingsområden.

Varför behövs högre laserstyrkor?

Kort sagt: ju fler fotoner som levereras till ytan, desto fler fotoner når djupare vävnadslager.

Det finns en tröskel – en minsta mängd fotoner som krävs för att "aktivera" de terapeutiska effekterna av laserljus.
Hundratals vetenskapliga studier har fastställt de doser som krävs för att framkalla en cellulär respons vid ljusbehandling.
Eftersom PBM-terapi är icke-invasiv, måste en tillräcklig dos appliceras på huden för att säkerställa att tillräckligt mycket ljus når målvävnaden, trots förluster genom reflektion och absorption av andra kromoforer.

Fördelar med högre laserstyrkor

Ökad penetration i djupare vävnad på kortare tid.
Behandling av fler tillstånd, inklusive de som påverkar djupare liggande celler och vävnader.
Möjlighet att ge både ytlig och djupgående PBM-behandling beroende på behov.

Högre effekt innebär alltså att en kliniskt effektiv mängd fotoner kan levereras till skadad vävnad, vilket gör att behandlingen blir snabbare och mer effektiv.

Figuren visar, med hjälp av infraröda bilder, mängden ljus som tränger igenom handryggen när laserljus appliceras på handflatan med en effekt på 1 watt, 5 watt och 10 watt.

Förståelse av Dosering

Companion-lasrar är inte utformade för punktbehandling. Istället täcker behandlingsområdet en större yta än själva laserstrålen, och PBM-behandlingen appliceras genom att kontinuerligt föra behandlingshuvudet över behandlingsområdet. Behandling med Companion-lasrar är icke-invasiv, vilket innebär att det inte är möjligt att direkt mäta den exakta dosen som når målvävnaden; endast dosen som appliceras på behandlingsområdet kan mätas.

Dock vet vi från studier på kadaver och levande djur samt genom modellering att absorptionen av laserljuset i hud- och fettlagren på vägen till målvävnaden kan minska den faktiska dosen avsevärt. Den vanligaste metoden för att ange dosering vid laserterapi är att mäta energitätheten som appliceras på vävnadsytan. Detta uttrycks vanligen i J/cm².

Det kan förekomma variationer i de kliniska effekterna, särskilt vid mycket höga (>50 W) eller mycket låga (<1 W) effektnivåer, även om samma J/cm²-dos används. Även om denna mätmetod fungerar bra för typiska behandlingsprotokoll, är den inte helt optimal. Companion Animal Health tillhandahåller en behandlingsguide med varje enhet som innehåller rekommenderade doseringsnivåer för olika kliniska tillstånd.

Pulsering och Frekvenser

Terapeutiska lasrar kan pulsera på olika sätt. Generellt sett fungerar dessa lasrar antingen i ett superpulserat läge eller ett gaterat läge.

Superpulserade lasrar ackumulerar en stor mängd energi över en viss tid och frigör den sedan snabbt i en enda, kraftig energipuls. Dessa pulser är mycket korta (cirka 200 nanosekunder) och har höga toppeffekter (1–50 W) men en mycket lägre genomsnittlig effekt (t.ex. 60 mW).
Gaterade lasrar fungerar genom att slå på och av sin kontinuerliga våg (CW) för att leverera en lägre genomsnittlig uteffekt.

PBM-terapi kan utföras i antingen kontinuerligt vågläge (CW) eller pulsat läge. Vissa tillverkare gör påståenden om specifika pulsningsprotokoll och specialanpassade våglängder, men många av dessa påståenden är mer marknadsföring än vetenskap. En översikt av Hashmi et al. jämförde kontinuerligt ljus och pulserat ljus och fann att mer forskning behövs för att fastställa faktiska skillnader.

Companion-lasrar har möjlighet att användas i ett pulsat läge, där lasern växlar sin CW-effekt av och på för att minska den genomsnittliga uteffekten. Om du behandlar ett litet område och vill applicera behandlingen under längre tid med en lägre effekt, kan du använda det pulserade läget, vilket minskar den effektiva effekten och dosen med 50%.