Laserforschung - Grundlagen der Lasertherapie, LLLT, HLLT

Nachfolgende Grundlagen und Parameter sollten beachtet werden, da sie für die Lasertherapie von großer Bedeutung sind. Die RJ Lasergeräte erfüllen die umfangreichen Anforderungen an eine erfolgreiche Lasertherapie.

Jedes Gewebe hat ein spezielles optisches Verhalten. Der Laserstrahl hat eine Eindringtiefe und wird je nach Wellenlänge und Gewebe reflektiert, gestreut, absorbiert und weitergeleitet. Mit zunehmender Tiefe verringert sich die Laserenergie/Leistung und kann durch höhere Leistung oder Therapiedauer kompensiert werden. Für den Anwender heißt das, dass er auf ausreichende Leistung und die geeignete Wellenlänge achten muß, sofern er tiefer Gewebeschichten behandeln will. RJ Lasergeräte sind auf die therapeutischen Anforderungen optimiert.

Starke Absorption und Reflektion findet unter 600 nm und über 950 nm statt, das Gewebe wird je nach Leistung erhitzt.

Die therapeutisch bewährten Wellenlängen, dokumentiert mit den meisten Studien, liegen in einem “optischen Fenster” für optimale Eindringtiefe mit der geringsten Absorption durch Wasser, Hämoglobin, Melanin. Diese Wellenlängen sind für die erfolgreiche Lasertherapie, sei es flächig oder punktuell, am besten geeignet.
Für die Lasertherapie in der Veterinärmedizin gelten noch strengere Maßstäbe als in der Humanmedizin, da die Behaarung und Farbe des Fells einen extremen Einfluß auf die Laserwirkung hat.

Chukuka S. Enwemeka, Ph.D., FACSM
Department of Physical Therapy & Rehabilitation Sciences, University of Kansas Medical Center, Kansas City, KS, and Department of Veterans Affairs Medical Center, Kansas City, MO, U.S.A.

Abstrakt
Wir untersuchten die Eindringtiefe und die Stärke der Abschwächung von 632,8 nm und 904 nm Licht in Haut-, Muskel-, Sehnen- und Knorpelgewebe von lebenden betäubten Kaninchen. Die Gewebeproben wurden seziert, präpariert und ihre Dicke gemessen. Dann wurde jede Wellenlänge des Lichts angewendet. Gleichzeitig wurde ein Leistungsmesser verwendet, um die durch jedes Gewebe durchgelassene Lichtmenge zu erfassen und zu messen. Alle Messungen wurden im Dunkeln durchgeführt, um Störungen durch Fremdlichtquellen zu minimieren. Um den Einfluss der Pulsfrequenz auf die Strahlschwächung zu bestimmen, wurde das 632,8-nm-Licht bei zwei vorgegebenen Einstellungen der Maschine verwendet; kontinuierlicher Modus und 100 Pulse pro Sekunde (pps), bei einem An:Aus-Verhältnis von 1:1. In ähnlicher Weise wurde das 904-nm-Infrarotlicht bei zwei vorbestimmten Maschineneinstellungen verwendet: 292 pps und 2.336 pps. Die multiple Regressionsanalyse der erhaltenen Daten zeigte signifikante positive Korrelationen zwischen Gewebedicke und Lichtdämpfung (p < 0,001). Die t-Tests der Studenten zeigten, dass die Strahlschwächung durch die Wellenlänge signifikant beeinflusst wurde. Insgesamt rechtfertigen unsere Ergebnisse die Schlussfolgerungen, dass (1) die Wadenmuskeln des neuseeländischen weissen Kaninchens Licht in direkter Proportion zu seiner Dicke abschwächen. In diesem Gewebe wird die Lichtschwächung durch die darüber liegende Haut nicht signifikant beeinflusst, ein Befund, der auch auf andere Muskeln zutreffen könnte. (2) Die Eindringtiefe eines 632,8-nm- und 904-nm-Lichts steht in keinem Zusammenhang mit der durchschnittlichen Leistung der Lichtquelle. Die Eindringtiefe ist ungeachtet der durchschnittlichen Leistung der Lichtquelle gleich. (3) Verglichen mit der Wellenlänge von 904 nm wird Licht bei 632,8 nm vom Muskelgewebe stärker abgeschwächt, was darauf hindeutet, dass es leichter absorbiert wird als die Wellenlänge von 904 nm oder umgekehrt, dass die Wellenlänge von 904 nm stärker eindringt. Daher spielt die Wellenlänge eine entscheidende Rolle bei der Eindringtiefe des Lichts.

Schlüsselwörter: Lasertherapie, Lichtabschwächung, Lichtabsorption.

Die Auswahl und Kombination der oben genannten Wellenlängen sind das Fundament für den Therapieerfolg. Durch die Lasertherapie werden biochemische Reaktionen wie z.B. die ATP-Synthese (ein Hauptfaktor der Zellanregung) über Absorptionsbanden der Cytochrom-c-oxidase getriggert.
Auch biophysikalische Reaktionen finden statt, z.B. kann je nach Leistung / Leistungsdichte und Dauer der Laserbestrahlung eine sanfte Erwärmung stattfinden.

Die richtige Auswahl der Wellenlänge ermöglicht u.a. kürzere Therapiezeiten, da mehr Energie in gleicher Zeit zur Verfügung gestellt wird. Die Tabelle links verdeutlicht die bessere Eindringtiefe (Muskulatur) von 808 nm versus 980 nm.

---

"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.

---

 Weitere Informationen im Bereich Forschung:

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

Nützliche Links:

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