Laserforschung - Lasertherapie, Photobiomodulation

Informationen zur Laserforschung, Studien zur Lasertherapie

Da die Lasertherapie (LLLT, Biostimulation, Photobiomodulation) in Deutschland schulmedizinisch nicht anerkannt ist, stellen wir Ihnen unten eine Sammlung aus der internationalen Laserforschung (Abstracts, Studien) zur Verfügung. Die Zusammenstellung ist nicht komplett, nur ein kleiner Teil der weltweiten Forschungen und wir ergänzen sie von Zeit zu Zeit. Gern senden wir Ihnen weitere Informationen.

→ FAQ (Frequently asked questions)

Bezüglich des Wirkungsmechanismus der Lasertherapie empfehlen wir u.a. die Forschungen/Artikel von

  • Tina Karu "Cellular Mechanism of Low Power Laser Therapy" (Abstrakt unter Lasertherapie)
  • K. Walter "Photobiologische Grundlagen" (Abstrakt unter Lasertherapie)
  • Herbert Klima "Biophysikalische Aspekte der Low Power Lasertherapie"
  • M. Schaffer, H. Bonel, R. Sroka, M. Reiser "Untersuchung zum Nachweis der laserinduzierten Biomodulation mittels NMR", Klinikum Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität München
  • Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Dr.scient.med. Gerhard Litscher, Universitätsklinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Researcher ID: A-5527-2012
 
 
Forschungsinformation zur Lasertherapie, Auszüge

"Photobiologische Grundlagen", H. Walter

Es war in den 80-er Jahren als T. Karu begann, nach dem photobiologischen „Empfänger" auf Zellebene zu suchen. In einer Reihe von hervorragenden Publikationen (die größtenteils zu einem Buch zusammengefaßt wurden) konnte sie beweisen, daß die Hauptphotoakzeptoren die Enzyme der Atmungskette in den Mitochondrien sind.

Die Stimulation der Atmungskette

Um exakt verstehen zu können, wo die Laserstrahlung dort eingreift, werden kurz die Vorgänge in der Atmungskette erklärt:
Die Atmungskette, auch Elektronentransportkette und oxidative Phosphorylierung genannt, stellt den letzten Schritt im menschlichen Stoffwechsel dar: Die komplexen Metaboliten unserer täglichen Nahrung, wie Kohlenhydrate, Lipide und Proteine werden zunächst zu ihren monomeren Einheiten, vor allem Glukose, Fettsäuren, Glycerin und Aminosäuren und anschließend zu ihrem gemeinsamen Zwischenprodukt, Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA), abgebaut. Im Citronensäure-Cyclus wird Acetyl-CoA durch O2 zu CO2 oxidiert, wobei gleichzeitig die Coenzyme NAD+ and FAD zu deren energiereichen Zwischenprodukten NADH and FADH2 reduziert werden. Im letzten Teil dieses Stoffwechsels, genannt Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung, werden diese energiereichen Zwischenprodukte durch O2 reoxidiert, d.h. Elektronen werden von NADH oder FADH2 auf den Sauerstoff O2 übertragen, der dadurch und durch die Aufnahme von 2 Protonen H+zu H2O reduziert wird. Die dabei frei werdende Energie treibt die Synthese der energiereichen ATP aus ADP durch Phosphorylierung mit Pi an.

Alle diese Vorgänge laufen normal auch im Dunkeln und in jeder gesunden Zelle ab. Wird nun so eine Zelle zusätzlich mit Licht bestrahlt, werden die Enzymkomplexe durch die so genannte Photooxidation in ihrem Redox-Vorgang unterstützt. Photooxidation ist ein Prozeß, bei dem ein vom Licht angeregtes Donatormolekül ein Elektron an einen Akzeptor abgibt und dadurch oxidiert wird, während das dabei beteiligte Akzeptormolekül reduziert wird. Dieser Vorgang funktioniert, weil Elektronen im Anregungszustand weniger stark an das Molekül gebunden sind als im Grundzustand. Die Energie absorbierter Photonen wird also chemisch auf die Redoxzentren der Enzymkomplexe der Atmungskette übertragen, wodurch letztere leichter oxidiert bzw. ionisiert werden, und die ATP-Synthese gesteigert wird. An dieser Stelle soll nochmals deutlich auf diese Schlüsselstelle der Licht-Stoffwechsel-Wechselwirkung hingewiesen werden. Der Begriff Oxidation in der Chemie, nämlich die Abgabe von Elektronen ist dasselbe wie die Ionisation in der Physik, wo einem Atom oder Molekül ebenfalls ein Elektron weggenommen wird. Daß eine Ionisation von einem (durch Licht) angeregten Energieniveau aus leichter bzw. wahrscheinlicher ist, ist allgemein bekannt.

Die Abhängigkeit der lichtstimulierten ATP-Synthese von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts wird durch die Absorptionseigenschaften (die sich im oxidierten oder reduzierten Zustand geringfügig ändern) der Einzelkomponenten, der Enzymkomplexe, hauptsächlich der Cytochrome, bestimmt.

Diese Daten zeigen, daß es zwei Gruppen von spektral empfindlichen Bereichen gibt. Einer deckt den nahen ultravioletten und sichtbaren blauen Wellenlängenbereich von ungefähr 350 - 450 nm ab, und der zweite umspannt den sichtbaren roten und nahen Infrarotbereich von etwa 600 - 830 nm. Mit vielen solchen Experimenten mit prokaryontischen und eukaryontischen Zellen konnte T. Karu zeigen, daß im blauen Wellenlängenbereich die Flavoproteine (Abb. 5) der Reduktasen (Dehydrogenasen) und im roten Wellenlängenbereich die Semichinon-Form der Flavoproteine der Reduktasen (Dehydrogenasen) und das Cytochrom a/a3 (Abb.6) der Cytochrom-c-Oxidase die Lichtrezeptoren sind. Solche Untersuchungen werden dadurch erleichtert, daß es ein Prinzip der Photochemie ist, daß ein Aktionsspektrum immer dem Verlauf des Absorptionsspektrums des lichtabsorbierenden Moleküles widerspiegelt.

Mit solchen Untersuchungen konnte in Übereinstimmung mit den klinischen Erfahrungen gezeigt werden, daß für eine maximale Stimulation nicht nur die Energiedichte in einem bestimmten Bereich liegen muß, sondern auch die Leistungsdichte und damit die Bestrahlungszeit. Besonders interessant ist dabei, daß die in angegebenen optimalen Bestrahlungsparameter mit den klinischen Erfahrungen gut übereinstimmen.


 

"ZELLULÄRE MECHANISMEN DER LOW-POWER-LASER-THERAPIE (PHOTOBIOMODULATION)", Tina.I. KARU

Was ist Photobiomodulation (Lasertherapie mit niedriger Leistung?)

Vor mehr als 30 Jahren erschienen die ersten Publikationen über die Low-Power-Lasertherapie oder Photobiomodulation (damals noch Laser-Biostimulation genannt). Seither sind ca. 2000 Studien zu diesem Thema veröffentlicht worden (eine Analyse dieser Publikationen ist in [1] zu finden). Die medizinische Behandlung mit kohärenten Lichtquellen (Laser) oder nicht-kohärentem Licht (Light Emitting Diodes, LED's) hat ihre Kindheit und frühe Reife durchlaufen. Photobiomodulation wird von Physiotherapeuten (zur Behandlung einer Vielzahl von akuten und chronischen Muskelschmerzen), Zahnärzten (zur Behandlung von entzündeten Mundgeweben und zur Heilung verschiedener Ulzerationen), Dermatologen (zur Behandlung von Ödemen, indolenten Geschwüren, Verbrennungen, Dermatitis), Rheumatologen (zur Schmerzlinderung, Behandlung von chronischen Entzündungen und Autoimmunerkrankungen) und von anderen Spezialisten (z.B. zur Behandlung von Mittel- und Innenohrerkrankungen, Nervenregeneration) eingesetzt. Die Photobiomodulation wird auch in der Veterinärmedizin (vor allem in Trainingszentren für Rennpferde) und in der Sportmedizin und in Rehabilitationskliniken (zur Reduktion von Schwellungen und Hämatomen, Schmerzlinderung und Verbesserung der Beweglichkeit sowie zur Behandlung von akuten Weichteilverletzungen) eingesetzt. Laser und LED's werden direkt an den entsprechenden Stellen (z.B. Wunden, Verletzungsstellen) oder an verschiedenen Punkten des Körpers (Akupunkturpunkte, Muskel-Triggerpunkte) eingesetzt. Für Einzelheiten über klinische Anwendungen und verwendete Techniken werden die Bücher [ 1-3] empfohlen.

    Welche Lichtquellen (Laser, LED's) können verwendet werden?

Das Gebiet der Photobiomodulation ist durch eine Vielzahl von Methoden und den Einsatz verschiedener Lichtquellen (Laser, LED's) mit unterschiedlichen Parametern (Wellenlänge, Ausgangsleistung, kontinuierliche oder gepulste Betriebsarten, Pulsparameter) gekennzeichnet. Diese Parameter sind in der Regel in den Handbüchern der Hersteller angegeben.

Die GaAlAs-Dioden werden sowohl in Diodenlasern als auch in LED's verwendet, der Unterschied besteht darin, ob das Gerät den Resonator enthält (wie der Laser) oder nicht (LED). In den letzten Jahren werden in therapeutischen Geräten längere Wellenlängen (-800-900 nm) und höhere Ausgangsleistungen (bis 100 mW) bevorzugt.

Sollte ein Arzt einen Laser oder eine Diode verwenden? Die Antwort ist - es kommt darauf an, was man bestrahlt, also wie tiefe Gewebeschichten bestrahlt werden müssen. Durch die Lichtwechselwirkung mit einem Biotissue werden kohärente Eigenschaften des Laserlichts auf molekularer Ebene nicht manifestiert. Die Absorption von Laserlicht niedriger Intensität durch biologische Systeme ist rein nicht-kohärenter (d.h. photobiologischer) Natur. Auf zellulärer Ebene werden die biologischen Reaktionen durch Absorption von Licht mit Photoakzeptormolekülen bestimmt (siehe Abschnitt 3 unten). Die kohärenten Eigenschaften des Laserlichts sind nicht wichtig, wenn zelluläre Monolagen, dünne Schichten von Zellsuspensionen sowie dünne Schichten der Gewebeoberfläche bestrahlt werden (Abb. 1). In diesen Fällen liefert das kohärente und nicht-kohärente Licht (d.h. sowohl Laser als auch LED's) mit derselben Wellenlänge, Intensität und Dosis dieselbe biologische Reaktion. Einige zusätzliche (therapeutische) Effekte der kohärenten und polarisierten Strahlung (Laser) können nur in tieferen Schichten von Bulk-Gewebe auftreten und sind mit einer zufälligen Interferenz von Lichtwellen verbunden. Ein interessierter Leser wird zum Ref. [4] für weitere Einzelheiten. Hier illustrieren wir diese Situation durch Abb. 1. Grosse Gewebevolumina können mit Laserquellen nur deshalb bestrahlt werden, weil die Länge der longitudinalen Kohärenz Lcoh für nicht kohärente Strahlungsquellen zu klein ist [4].

    Steigerung des Zellstoffwechsels durch Aktivierung der Atmungskette: ein universeller photobiologischer Wirkmechanismus

Eine photobiologische Reaktion beinhaltet die Absorption einer bestimmten Wellenlänge von Licht durch das funktionierende Photoakzeptormolekül. Die photobiologische Natur der Photobiomodulation bedeutet, dass ein bestimmtes Molekül (Photoakzeptor) zunächst das für die Bestrahlung verwendete Licht absorbieren muss. Nach der Förderung von elektronisch angeregten Zuständen können primäre molekulare Prozesse aus diesen Zuständen zu einem messbaren biologischen Effekt (über eine sekundäre biochemische Reaktion oder Photosignaltransduktionskaskade oder zelluläre Signalübertragung) auf zellulärer Ebene führen. Die Frage ist, welches Molekül der Photoakzeptor ist.



Nützliche Links:

Photobiology on-line, American Society for Photobiology
Photomedicine, scientific overview
Tiina Karu, Action Spectra and their importance for LLLT