Laser in Chirurgie und Medizin
Low-Level-Lasertherapie für traumatische Hirnverletzungen im geschlossenen Kopfbereich bei Mäusen: Wirkung verschiedener Wellenlängen
Qiuhe Wu, MD, PhD,1,2,3 Weijun Xuan, MD, PhD,1,2,4 Takahiro Ando, MS,1,5 Tao Xu, MD, PhD,1,2,6 Liyi Huang, MD, PhD,1,2,7 Ying-Ying Huang, MD,1,2,8 Tianghong Dai, PhD,1,2 Saphala Dhital, PhD,1,9 Sulbha K. Sharma, PhD,1 Michael J. Whalen, MD,10 und Michael R. Hamblin, PhD1,2,11,*
Kurzfassung
Hintergrund und Zielsetzungen: Von traumatischen Hirnverletzungen (TBI) sind weltweit Millionen Menschen betroffen, und es gibt keine wirksame Behandlung. Ein Bereich, der auf wachsendes Interesse stößt, ist der Einsatz der transkraniellen Low-Level-Lasertherapie (LLLT) zur Behandlung von TBI. Die Tatsache, dass Nah-Infrarot-Licht in das Gehirn eindringen kann, würde eine nicht-invasive Behandlung mit einer geringen Wahrscheinlichkeit behandlungsbedingter unerwünschter Ereignisse ermöglichen. Die LLLT kann TBI behandeln, indem sie die Atmung in den Mitochondrien erhöht, die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren bewirkt, Entzündungsmediatoren und oxidativen Stress reduziert und die Apoptose hemmt.
Studiendesign/Materialien und Methoden: Wir testeten LLLT an einem Mausmodell von TBI mit geschlossenem Kopf, die durch einen kontrollierten Gewichtsabfall auf den Schädel erzeugt wird. Die Mäuse erhielten eine einzige Behandlung mit Dauerstrich-Lasern mit 665, 730, 810 oder 980 nm (36 J/cm2 bei 150 mW/cm2) 4 Stunden nach der TBI und wurden 4 Wochen lang neurologischen Leistungstests unterzogen.
Ergebnisse: Bei Mäusen mit mittelschwerer bis schwerer TBI, die mit 665- und 810-nm-Lasern (jedoch nicht mit 730 oder 980 nm) behandelt wurden, zeigte sich eine signifikante Verbesserung des Neurologischen Schweregrads, der im Verlauf der Nachbeobachtung im Vergleich zu den scheinbehandelten Kontrollen zunahm. Die Morphometrie der Hirnschnitte zeigte nach 28 Tagen eine Reduktion der kleinen Defizite in 665- und 810-nm-Laser-behandelten Mäusehirnen.
Schlussfolgerungen: Die Wirksamkeit von 810 nm stimmt mit früheren Publikationen überein und kann zusammen mit der Wirksamkeit von 660 nm und der Nicht-Effektivität von 730 und 980 nm durch das Absorptionsspektrum der Cytochromoxidase, dem Kandidaten des mitochondrialen Chromophors in der transkraniellen LLLT, erklärt werden.
Schlüsselwörter: Photobiomodulation, Low-Level-Lasertherapie, Schädel-Hirn-Trauma, Mausmodell, Neurologischer Schweregrad-Score
Photomedizin und Laserchirurgie Band 30, Nummer 4, 2012
Fokale Erhöhung des zerebralen Blutflusses nach Behandlung mit Nah-Infrarot-Licht zur Stirn bei einem Patienten in einem persistierenden vegetativen Zustand
Hiroshi Nawashiro, M.D., D.M.Sc.,1 Kojiro Wada, M.D., Ph.D.,1 Kanji Nakai, M.D., Ph.D.,2 und Shunichi Sato, Ph.D.3
Kurzfassung
Zielsetzung: Diese Studie zielte auf die Quantifizierung des zerebralen Blutflusses (CBF) nach bilateraler, transkranialer Bestrahlung der Stirn mit Nah-Infrarot-Leuchtdioden (LED) bei einem Patienten in einem persistierenden vegetativen Zustand nach schwerer Kopfverletzung ab. Hintergrunddaten: Eine positive Verhaltensverbesserung nach transkranialer Nah-Infrarot-Lichttherapie wurde bei Menschen mit chronischem Schädel-Hirn-Trauma und akutem Schlaganfall beobachtet.
Die Methoden: Nach einer Reihe von LED-Behandlungen wurde eine Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie mit N-Isopropyl-[123I]p-Iodoamphetamin (IMP-SPECT) durchgeführt.
Ergebnisse: IMP-SPECT zeigte nach 146 LED-Behandlungen über 73 Tage aus einem Array von 23 Ã�Â- 850nm LEDs mit je 13mW, die 5mm von der Haut entfernt gehalten wurden, 30 min pro Sitzung, eine unilaterale, linksvordere Frontallappenfokuserhöhung von 20%, verglichen mit dem Vorbehandlungswert für die regionale CBF (rCBF) für diesen Bereich, nach 146 LED-Behandlungen über 73 Tage, die Leistungsdichte 11,4mW/cm2; die Energiedichte 20,5 J/cm2 an der Haut. Der Patient zeigte eine gewisse Besserung seines neurologischen Zustands, indem er seinen linken Arm/Hand bewegte, um die Tracheostomiekanüle zu erreichen, nach der LED-Therapie.
Schlussfolgerungen: Transkranielle LED könnte den rCBF mit einer gewissen Verbesserung des neurologischen Zustandes bei schwer kopfgeschädigten Patienten erhöhen. Weitere Studien sind gerechtfertigt.
Photomedizin und Laserchirurgie Band 29, Nummer 7, 2011
Potenzial für die transkranielle Laser- oder LED-Therapie zur Behandlung von Schlaganfall, traumatischen Hirnverletzungen und neurodegenerativen Erkrankungen
Margaret A. Naeser, Ph.D., L.Ac.,1,2 und Michael R. Hamblin, Ph.D.3,4,5
Nahinfrarot (NIR)-Licht durchdringt die Kopfhaut und den Schädel leicht, und ein kleiner Prozentsatz der einfallenden Leistungsdichte kann beim Menschen an der kortikalen Oberfläche ankommen.1 Die primären Photorezeptoren für rotes und NIR-Licht sind Mitochondrien, und kortikale Neuronen sind außergewöhnlich reich an Mitochondrien.
Es ist wahrscheinlich, dass die Gehirnzellen ideal für die Reaktion auf Lichttherapie eingerichtet sind. Die grundlegenden biochemischen Bahnen, die durch NIR-Licht aktiviert werden, z.B. die erhöhte Adenosin-5ââ�¬â�¢-triphosphat (ATP)-Produktion, und die Signalwege, die durch reaktive Sauerstoffspezies, Stickoxidfreisetzung und erhöhtes zyklisches Adenosinmonophosphat (AMP) aktiviert werden, arbeiten alle zusammen, um positive Effekte in Gehirnen zu erzeugen, deren Funktion durch IschÃ?mie, traumatische Verletzungen oder Neurodegeneration beeintrÃ?chtigt wurde. Einer der Hauptwirkungsmechanismen der transkraniellen Lichttherapie (TLT) besteht darin, das Absterben von Neuronen zu verhindern, wenn sie einer Art hypoxischem, traumatischem oder toxischem Insult ausgesetzt waren. Dies liegt wahrscheinlich an der lichtvermittelten Hochregulation zytoprotektiver Genprodukte wie antioxidative Enzyme, Hitzeschockproteine und antiapoptotische Proteine. Es hat sich gezeigt, dass die in vitro-Lichttherapie Neuronen vor dem Tod durch Methanol,2 Zyanid oder Tetrodotoxin, 3 und Amyloid-beta-Peptid schützt.
Lapchak P A, Wei J, Zivin J A.
Die transkranielle Infrarot-Lasertherapie verbessert die klinischen Bewertungsergebnisse nach embolischen Schlaganfällen bei Kaninchen.
Schlaganfall. 2004; 35 (8):1985-1988.
In dieser Studie wurde das Modell des embolischen Schlaganfalls bei Kaninchen mit kleinem Blutgerinnsel (RSCEM) verwendet, um zu beurteilen, ob die Laserbehandlung (7,5 oder 25 mW/cmÃ�²) die klinischen Rating-Scores (Verhalten) verändert, wenn sie Kaninchen 1 bis 24 Stunden nach der Embolisation verabreicht wird. Die Verhaltensanalyse wurde 24 Stunden bis 21 Tage nach der Embolisation durchgeführt und ermöglichte die Bestimmung der effektiven Schlaganfalldosis (P50) oder der Gerinnselmenge (mg), die bei 50% der Kaninchen neurologische Defizite verursacht.
Unter Verwendung der RSCEM wird eine Behandlung als vorteilhaft erachtet, wenn sie die P50 im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant erhöht. In der vorliegenden Studie betrug der P50-Wert bei den Kontrollen 0,97Ã�±0,19 mg bis 1,10Ã�±0,17 mg; dieser wurde um 100% bis 195% erhöht (P50=2,02Ã�±0,46 bis 2,98Ã�±0,65 mg), wenn die Laserbehandlung bis zu 6 Stunden, aber nicht 24 Stunden nach der Embolisation eingeleitet wurde (P50=1,23Ã�±0,15 mg). Die Laserbehandlung zeigte auch einen dauerhaften Effekt, der 21 Tage nach der Embolisation messbar war. Die Laserbehandlung (25 mW/cmÃ�²) hatte keinen Einfluss auf die gemessenen physiologischen Variablen. Diese Studie zeigt, dass die Laserbehandlung die Verhaltensleistung verbessert, wenn sie innerhalb von 6 Stunden nach einem embolischen Schlaganfall eingeleitet wird, und dass der Effekt der Laserbehandlung dauerhaft ist.
Zhong Xi Yi Jie He Xue Bao. 2005 Mär;3(2):128-31.
Protektive Wirkung von Low-Level-Laserbestrahlung auf Akupunkturpunkte in Kombination mit Iontophorese gegen fokale zerebrale Ischämie-Reperfusionsverletzungen bei Ratten
Dai JY, Ge LB, Zhou YL, Wang L.
Akupunktur-Klinik, Institut für Qigong, Universität für Traditionelle Chinesische Medizin Shanghai, Shanghai 200030, China.
Zielsetzung: Es sollten die Auswirkungen einer schwachen Laserbestrahlung auf Akupunkturpunkte in Kombination mit Iontophorese gegen Hirnschäden nach einem Verschluss der mittleren Hirnarterie (MCAO) bei Ratten untersucht werden.
Die Methoden: Neunundsechzig SD-Ratten wurden nach dem Zufallsprinzip in fünf Gruppen aufgeteilt, darunter die Normalgruppe, die Scheinoperationsgruppe, die Modellgruppe, die Elektroakupunktur-Gruppe und die Niedrigniveau-Laserbestrahlung auf Akupunkturpunkte kombiniert mit Iontophorese-Gruppe (LLLI-Gruppe). Das Modell der zerebralen Ischämie-Reperfusion (I/R) wurde durch eine Fadenembolie der mittleren Hirnarterie etabliert. Die Ratten in der LLLI-Gruppe sowie in der Elektroakupunktur-Gruppe wurden behandelt, sobald der Verschluss beendet war (0 Stunde) und 12, 24 Stunden nach dem Verschluss. Wir beobachteten die Veränderungen der neurologischen Defizit-Scores und des Körpergewichts der Ratten zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Aktivität der Superoxiddismutase (SOD) und der Gehalt an Malondialdehyd (MDA) im Hirngewebe der Ratten wurden getestet.
Die Ergebnisse: Der neurologische Defizit-Score der LLLI-Gruppe war signifikant niedriger als der der Modellgruppe. Das Körpergewicht und die Aktivität der SOD der Ratten nahmen leicht ab, und der Gehalt an MDA nahm nach der Behandlung signifikant ab.
Schlussfolgerung: Die Low-Level-Laserbestrahlung von Akupunkturpunkten in Kombination mit Iontophorese kann fokale zerebrale Ischämie-Reperfusionsschäden verhindern. Einer ihrer Mechanismen könnte darin bestehen, die Aktivität der SOD zu erhöhen und die Schädigung des Körpers durch die Oxidationsprodukte zu vermindern.
Vaskuläre Low-Level-Laserbestrahlungstherapie bei der Behandlung von Hirnverletzungen
WANG Yu ZHU Jing, et al (Abteilung für Neurochirurgie, Renji-Krankenhaus, angegliedert an die Zweite Medizinische Universität Shanghai, Medizinisches Zentrum für Laserforschung Shanghai, 200001)
ACTA LASERBIOLOGIE SINICA Band 8, Nr.2, 1999
Zusammenfassung: Bewertung der Wirkung und des Mechanismus der vaskulären Niedrigniveau-Laserbestrahlungstherapie bei Hirnverletzungen. In dieser Studie wurden achtunddreißig SpragueDawley-Ratten durch eine linksseitige Kraniektomie unter Narkose mit Feeneys Hirnschlag behandelt. Es wird eine Kontroll- und Behandlungsgruppe gebildet. Entsprechend der Dauer der Laserexposition und der Bestrahlungsdauer nach der Verletzung wird die Behandlungsgruppe absichtlich in vier Untergruppen unterteilt. Es wurde ein Halbleiterlaser mit einer Leistung von 5mW verwendet, um den Oberschenkelknochen der Ratte gerade zu bestrahlen. Das Y-Water-Labyrinth wurde zur Beurteilung der kognitiven Leistung verwendet. Die Superoxiddismutase(SOD)-Aktivität und das Niveau der metabolischen Produktion von MDA für freie Radikale im Gehirn und in den Erythrozyten wurden gemessen, um das Niveau der freien Radikale zu bestimmen.
Wir finden, dass die vaskuläre Low-Level-Laserbestrahlungstherapie posttraumatische Gedächtnisdefizite verbessern kann. Die SOD-Aktivität ist in den Behandlungsgruppen höher als in der Kontrollgruppe, während das Niveau der MDA niedriger ist. Diese Befunde deuten darauf hin, dass die vaskuläre Niedrigniveau-Laserbestrahlung eine signifikante Reduktion der Schädigung des Gehirns durch freie Radikale nach einer Schädigung bewirkt.
Infrarot-Laserstrahlung bei der Behandlung von Hirnverletzungsfolgen
E.L. Macheret, A.O. Korkuschko, T.N. Kalischtschuk, M.N. Matjasch, Medizinische Akademie für Post-Diplom-Ausbildung, Kiew, Ukraine
Die Untersuchung von 198 Patienten im Alter von 16-47 Jahren hat eine hohe Häufigkeit progressiver pathologischer Zustände in einer Form von Asthenie, vegeto-vaskulärer Dystonie, hypertensiven, somatovegetativen, vestibulären Syndromen ergeben. Unter Berücksichtigung der Veränderungen der kortiko-underkortikalen Wechselbeziehungen und der Erweiterung des pathologischen Prozesses im Hypothalamusbereich während des Kopftraumas haben wir wirksame Behandlungsmethoden mittels Laserpunktur entwickelt. Der Einfluss der Laserstrahlen auf die Akupunkturpunkte (AP) führt zu einer Konvergenz der afferenten Botschaften auf die Neuronen des Rückenmarks, der Netzbildung, des Thalamus, des Hypothalamus und der Hirnrinde.
Infolge dieses adynamischen Gleichgewichts zwischen den Hemmungs- und Erregungsprozessen in den Strukturen des Zentralnervensystems, die die vegetative Funktion und die endokrine Sekretion leiten, erholt sich das Gleichgewicht. Die Verwendung von Infrarot-Laserstrahlung ist die perspektivischste. Sie verursacht keine direkten photochemischen Reaktionen in biologischen Geweben, sondern beeinflusst die physikalisch-chemische Struktur von AP-Biomolekülen. Für die Laserpunktur verwendeten wir ein Gerät mit einer Wellenlänge von 0,89 nm. Das Arbeitsregime ist impulsiv-kontinuierlich mit einer Modulation der Frequenz - von 0,1 bis 1000 Hz. Die mittlere Leistung beträgt bis zu 20 mW. Die Gesamtzeit der Aktion für eine Sitzung beträgt bis zu 20 Minuten. Die Auswahl der Punkte wurde aufgrund der Methoden der Akupunkturdiagnostik durchgeführt, wobei die dominanten klinischen Syndrome bildlich dargestellt wurden und die Punkte der vaskulären, vegetotrope und sedativen Orientierung einbezogen wurden. Unsere klinischen Ergebnisse, die durch paraklinische Methoden (EEG, Dopplerographie) und Methoden der Akupunkturdiagnose bestätigt wurden, haben eine hohe Wirksamkeit dieser Therapie gezeigt, die die Medikamentenbelastung verringert und keine Widersprüche aufweist.