laseroterapia.doc

4.Laseroterapia

4.1. Pojęcie laseroterapii

Laseroterapia jest metodą terapeutyczną, która do celów leczniczych wykorzystuje promieniowanie laserowe. W języku angielskim terapia światłem laserowym małej i średniej mocy nazywa się Low Level Laser Therapy (LLLT), w Polsce natomiast  używamy określeń : terapia laserowa, laseroterapia, biostymulacja laserowa.

Słowo laser to akronim pochodzący od angielskiej nazwy light amplification by stimulated emission of radiation – wzmocnienie światła przez stymulowaną, wymuszoną emisję promieniowania. Laser jest generatorem światła wykorzystującym zjawisko emisji wymuszonej. W medycynie stosowanie światła ma długą historię, natomiast użycie do terapii promieniowania laserowego jest stosunkowo młodą, ale intensywnie rozwijającą się metodą. Prekursorem w tej dziedzinie jest dr Andre Mester z Węgier, który w 1969 roku zajmował się biostymulacją przemian biologicznych oraz leczeniem ran i owrzodzeń.

4.2. Budowa i klasyfikacja laserów

4.2.1. Budowa i zasada działania lasera.

Każdy laser zbudowany jest z trzech zasadniczych elementów:

1. ośrodka czynnego- materiału laserującego, który znajduje się w komorze rezonatora optycznego,
2. rezonatora optycznego -   dwa równoległe zwierciadła ukierunkowują emisję promieniowania,
3. układu pompującego – źródła wzbudzenia, które może być termiczne, elektryczne, radioaktywne lub chemiczne.

Zasada działania tego układu jest prosta. Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego; w ośrodku czynnym zachodzi kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.

4.2.2. Klasyfikacja laserów.

Podział według rodzaju ośrodka czynnego:

·         gazowe – ośrodkiem czynnym są atomy gazu (helu He, kryptonu Kr, ksenonu Xe) oraz pary metali w gazie szlachetnym(np. kadm w helu He:Cd); pompowanie zachodzi przez energię wyładowań elektrycznych,

·         cieczowe – lasery chylatowe i barwnikowe; pompowanie odbywa się na drodze reakcji chemicznej lub optycznie,

·         na ciałach stałych – kryształy i szkła o dobrych właściwościach optycznych,

·         półprzewodnikowe – diodowe – najczęściej arsenek galu (Ga:As)

Podział ze względu na długość emitowanej fali:

·         UV – ultrafioletowe, niewidzialne promieniowanie o długości  fali λ < 400nm,

·         VIS – promieniowanie widzialne  λ  między 400 -700nm,

·         IR – promieniowanie podczerwone λ > 700nm.

Podział laserów ze względu na moc promieniowania:

·         Małej mocy  - poniżej 5 mW,

·         Średniej mocy  6 -500 mW,

·         Dużej mocy – powyżej – 500 mW.

4.2.3. HILT  - laser impulsowy dużej mocy

HILT jest neodymowo- yagowym (Ne: Yag) laserem impulsowym dużej mocy  o szczytowj mocy impulsu 3 00W. Parametry lasera: ti : 120-150 μs, duża wartość energii w impulsie Ei= 150-350 mJ, częstotliwość impulsu fi= 10-30Hz, długa przerwa między impulsami, współczynnik wypełnienia  0,1% . HILT charakteryzuje wysoka transmisja światła (moc) przy krótkim okresie trwania impulsu. Długa przerwa między impulsami pozwala penetrację pochłoniętej dawki a niska częstotliwość ogranicza wzrost temperatury. Zalety: redukcja bólu podczas pierwszego zabiegu, szybki powrót funkcji, w pełni bezpieczny przekaz energii, bezbolesny, bezinwazyjny, bez skutków ubocznych. Łatwy w użyciu, wymaga małej liczby zabiegów.

4.3. Charakterystyka promieniowania laserowego.

Do charakterystycznych cech promieniowania laserowego zaliczamy:

·         Monochromatyczność – jednobarwność;  ma jednakową długość fali, częstotliwość i wielkość energii fotonów dla całej wiązki. Promieniowanie laserowe  z danego aparatu ma tylko jedną barwę, nie rozszczepia się w pryzmacie i wykazuje jednobarwne widmo liniowe.

·         Koherentność – spójność; wszystkie kwanty w wiązce są takie same, fale drgają  w tej samej fazie czasowej i płaszczyźnie. Absorbcja, przenikanie i odbicie są takie same dla każdej równoległej wiązki w jednakowych warunkach.

·         Kolimacja – równoległość wiązki – wszystkie fotony poruszają się w tym samym kierunku. Laser emituje wiązkę równoległą (oznacza to małą rozbieżność kątową), czyli wiązka nie jest rozproszona nawet w dużej odległości od źródła światła.

·         Duża intensywność – cała moc promieniowania zawarta jest  w wąskiej wiązce i umożliwia uzyskanie znacznych gęstości mocy. Dawkę promieniowania laserowego można dokładnie odmierzyć i ukierunkować – pozwala to uzyskać dowolnie wielkie i dowolnie dobrane gęstości mocy.[kuj,sier, pok]

4.4. Oddziaływanie promieniowania laserowego z tkanką

Przechodzenie światła laserowego przez tkankę biologiczną i oddziaływanie na nią uzależnione jest od: rodzaju tkanki – jej struktury, zawartości wody, ilości hemoglobiny i melaniny oraz od parametrów wiązki – długości fali, mocy promieniowania, dawki energii i czasu naświetlania. Po zetknięciu z tkanką promieniowanie laserowe ulega: odbiciu, rozproszeniu, załamaniu, absorpcji (pochłonięciu) i transmisji (przenikaniu, penetracji).

Odbicie promieniowania laserowego zależy od barwy i struktury powierzchni skóry, odległości aplikatura i kąta padania oraz od geometrii wiązki -  odbiciu może ulec 20-80% promieni. Przy użyciu techniki kontaktowej z uciskiem, gdy kąt padania na skórę wynosi 90o odbiciu ulega najmniejszy odsetek promieniowania.

Do rozproszenia i załamania dochodzi w naskórku i skórze, powoduje to zwiększenie powierzchni działania promieniowania laserowego na tkanki.

Zjawiska absorbcji i transmisji   są ściśle ze sobą związane – im większa absorbcja, tym mniejsza penetracja. Przy 100% absorpcji transmisja jest zerowa, gdyż całe promieniowanie zostało bardzo płytko pochłonięte.

Przenikanie promieniowania laserowego zależy od:

- długości fali (prawo Lamberta- Beera),

- mocy i energii promieniowania,

- wartości absorpcji, składu chemicznego i budowy tkanek,

- techniki zabiegowej (technika punktowa z uciskiem zwiększa głębokość penetracji).

Głębokość penetracji nie zależy od czasu naświetlania.

Absorpcja światła monochromatycznego jest wprost proporcjonalna do grubości warstwy i stężenia roztworu. Prawo to jest spełnione dla wiązki światła: monochromatycznej, skolimowanej i nosi nazwę prawa Lamberta- Beera.

Przykłady głębokości przenikania w zależności od długości fali i mocy promieniowania laserowego:

·         λ= 632,8 nm  (laser He: Ne)             moc:   20 mW; głębokość penetracji: 2 cm

·         λ= 660 nm                                         moc:   50 mW; głębokość penetracji: 3 cm

·         λ= 670 nm                                         moc: 100 mW; głębokość penetracji: 4-5 cm

·         λ= 780 nm                                         moc: 500 mW; głębokość penetracji: 10 cm

·         λ= 820 -830 nm (IR)                         moc: 500mW;  głębokość penetracji: 15 cm

·         λ= 904 -905 nm (IR)                         moc:   50mW;  głębokość penetracji: 4 cm

Najbardziej korzystne dla biostymulacji laserowej jest promieniowanie z zakresu tzw. ,,okienka optycznego’’ – obejmuje ono promieniowanie o długości fali od 550nm do 950 nm – jest to promieniowanie o największej penetracji. Związane to jest z małymi współczynnikami rozpraszania i pochłaniania dla tych długości fal.  Światło o długości fali spoza tego przedziału jest absorbowane powierzchownie i nie działa stymulująco na głębiej położone tkanki. Promieniowanie długości fali poniżej 400nm i powyżej 1200nm jest silnie pochłaniane przez struktury biologiczne zawierające wodę, stąd działanie terapeutyczne  będzie znikome. Wyjątkowo silnie absorbowane jest promieniowanie o długości fali 2940nm (laser YAG:Er). Z powyższych danych wynika, że promieniowanie widzialne w zakresie fali 600 – 700nm cechuje najmniejsza penetracja, dlatego mają zastosowanie w leczeniu zmian płytko zlokalizowanych. Promieniowanie laserowe z zakresu światła widzialnego (680nm) i podczerwieni (830nm)  stymuluje w znacznym stopniu komórki i cały organizm, natomiast stany chorobowe głębiej położone należy leczyć laserami o długości fali w zakresie 830nm lub 904nm. [pokora,sieron]

4.5. Mechanizm działania i efekty biologiczne zachodzące pod wpływem promieniowania laserowego w organizmie człowieka.

Mechanizmy oddziaływania promieniowania laserowego na tkanki zależą od fizycznych właściwości promieniowania, ale i też do rodzaju tkanki, stopnia zróżnicowania budujących ją komórek i od stanu fizjologicznego organelli w poszczególnych komórkach. Efekt oddziaływania światła laserowego na organizm jest więc wypadkową właściwości fizycznych promieniowania laserowego i właściwości fizyko-chemicznych struktury biologicznej (komórki), do której dociera. Daje to w sumie olbrzymią różnorodność efektów laseroterapii. Ingerencja promieniowania laserowego w organizmie rozpoczyna się od poziomu molekularnego.[pesz-drews]

Schemat mechanizmu oddziaływania promieniowania laserowego:

Promieniowanie laserowe c absorbcja (kwant promieniowania zostaje absorbowany przez składniki łańcucha oddechowego c pochłonięty kwant energii zostaje użyty do produkcji ATP c następnie ten sam kwant jako sygnał fotobiologiczny stymuluje metabolizm) c efekty pierwotne: biochemiczne, bioelektryczne, bioenergetyczne c efekty wtórne: biostymulacja, działanie przeciwbólowe, działanie przeciwzapalne.

Poprzez efekty biostymulacyjne rozumiemy takie, którym wskutek naświetlania promieniowaniem laserowym nie towarzyszy wzrost temperatury miejscowej tkanek o więcej niż 1o C.

4.5.1. Oddziaływanie promieniowania laserowego na struktury komórkowe

Kwanty promieniowania laserowego są absorbowane przez cytochromy w mitochondriach oraz przez enzymy. Istotnym mechanizmem działania biostymulacji jest uaktywnienie fotoakceptorów łańcucha oddechowego (FAD, FMN, NADP i cytochromy), w wyniku czego wzrasta liczba cząsteczek ATP w komórce.[Kujawa] Zaobserwowano też  wzrost syntezy RNA, DNA oraz zwiększenie liczby mitochondriów, co warunkuje wiele dalszych zmian w szlakach metabolicznych komórki [karu].Wzrasta synteza kolagenu i białek, aktywność enzymów – zwiększa się szybkość reakcji enzymatycznych. Zmiany w potencjale błony komórkowej (zmiany funkcjonalne i strukturalne oraz wzrost aktywności energetycznej) powodują wzrost potencjału z 90 do 120mV w  komórce nerwowej. Rośnie poziom dysmutazy nadtlenkowej, redukcja wolnych rodników - powodują one nasilenie działania antymutagennego. Poprawa zaopatrywania tkanek w tlen następuje w wyniku usprawnienia dysocjacji hemoglobiny – cząsteczka tlenu zostaje przeniesiona na wyższy poziom energetyczny. Wzbudzona w warunkach promieniowania laserowego cząsteczka hematoporfiryny może przekazać energię cząsteczkom tlenu, w wyniku czego powstaje bardzo aktywny biologicznie tlen singletowy, który to może wybiórczo niszczyć komórki nowotworowe i powodować nasilenie procesu apoptozy.[mać]Niezwykle istotnym efektem w procesie biostymulacji jest wzrost aktywności i liczebności limfocytów T (pod wpływem wiązki małej mocy). Organizują one reakcję układu immunologicznego, mają znaczący udział w procesach regeneracji przez miejscowe uwalnianie czynników wzrostu śródbłonków, nabłonków, komórek nerwowych, krwiotwórczych oraz interleukin. Zaobserwowano wzrost aktywności i liczby fibroblastów oraz przyśpieszenie syntezy kolagenu. Nowo powstała tkanka jest bardziej odporna mechanicznie na ściskanie i zerwanie. Udowodniono też stymulujący wpływ na osteoblasty, których aktywność warunkuje regenerację tkanki kostnej.

Promieniowanie widzialne działa kolejno na: mitochondrium, błonę komórkową i jądro komórkowe. Promieniowanie podczerwone (IR) działa kolejno na: błonę komórkową,  mitochondrium i jądro komórkowe. 

4.6.Działanie przeciwbólowe promieniowania laserowego.

Przeciwbólowe działanie światła laserowego jest związane z pobudzeniem procesów metabolicznych w mitochondriach komórkowych. Zgodnie z aktualnym stanem wiedzy możliwe są następujące mechanizmy analgetyczne:

1. Obniżenie przewodnictwa we włóknach  czuciowych poprzez ich polaryzację. Wzrasta hiperpolaryzacja błon i zwiększa się amplituda potencjałów czynnościowych – od 90 do 120mV. Następuje szybsza regeneracja komórek nerwowych i komórek osłonki Schwanna.
2. Zmiany w zakresie przewodnictwa w synapsach serotoninoergicznych i cholinergicznych. Miejscowy wzrost poziomu serotoniny uwalnianej z płytek krwi powoduje obkurczenie naczyń krwionośnych, a zmiana stężenia histaminy i heparyny umożliwia poprawę mikrokrążenia – zmniejsza to obrzęki. Wraz ze zwiększonym poziomem prostaglandyn i kinin tkankowych czynniki te wywierają wyraźny efekt przeciwzapalny.
3. Pobudzenie wydzielania β-endorfin we włóknach nerwowych i ośrodkowym układzie nerwowym. Endogenne opioidy są 18-30 razy silniejsze od morfiny (w stosunku molowym) i są mniej toksyczne niż leki przeciwbólowe.

Obniżenie aktywności nerwów obwodowych, a także wzmożenie mechanizmów homeostazy powoduje podwyższenie progu odczuwania bólu.[stryła, Grzesiak, sieron]

4.7. Wpływ promieniowania laserowego na tkanki

  Opisywane wzmożone zdolności regeneracyjne odnoszą się głównie do tkanki łącznej i nabłonkowej. Głównym mechanizmem regeneracji jest przyśpieszona proliferacja komórek – możliwe jest to dzięki zwiększeniu ich metabolizmu.

Na poziomie tkanki pod wpływem promieniowania laserowego dochodzi do:

- wzrostu stężenia hormonów (adrenaliny, noradrenaliny, histaminy, serotoniny),

- przyśpieszenia wzrostu włókien nerwowych i ich mielinizacji (w miejscu uszkodzenia),

- poprawy mikrokrążenia, zwiększenia przepływu krwi (zwiększenie waskularyzacji,    

  rozszerzenie naczyń),

- poprawy mikrokrążenia chłonki, zwiększenia średnicy naczyń limfatycznych,

- zwiększenia liczby erytrocytów z podwyższeniem ich oporności osmotycznej

  oraz poprawa przenoszenia tlenu przez erytrocyty,

- uaktywnienie działania szpiku kostnego,

- zmniejszenie skłonności trombocytów do agresji.

  Ważnym efektem biostymulacji laserowej jest wpływ na osteoblasty, których aktywność warunkuje regenerację tkanki kostnej, niezależnie od etiologii jej uszkodzenia. Rośnie poziom wapnia, fosforu i gęstość beleczek kostnych oraz macierz komórkowa chondrocytów. W tkance mięśniowej poprzecznie prążkowanej zaobserwowano przyrost liczby i objętości miocytów oraz ich szybsze dojrzewanie. Naświetlanie odnerwionych włókien mięśniowych wydłuża czas ich przeżycia o 15%.  Działanie immunopresyjne  (w leczeniu chorób reumatycznych) powoduje spadek aktywności limfocytów T, hamowanie namnażania limfocytów, zmniejszenie poziomu kompleksów immunologicznych i produkcji przeciwciał. Reakcją tkanek na niskoenergetyczną terapię laserową  jest miejscowe podniesienie bariery immunologicznej. Prowadzi to do większej aktywności fagocytarnej makrofagów i neutrofilów. Przyśpieszenie regeneracji tkanek związane jest z aktywacją neoangiogenezy, która warunkuje prawidłowe gojenie się ran oraz ze wzrostem ciśnienia parcjalnego tlenu w tkankach. Podwyższenie poziomu serotoniny w podwzgórzu przyśpiesza gojenie się ran i owrzodzeń. Następuje stymulacja fibroblastów i zwiększa się produkcja kolagenu -  wzrosta ziarninowanie i obkurczają się blizny. Nie zabserwowano wzrostu komórek nowotworowych pod wpływem promieniowania laserowego. Podejrzenie choroby nowotworowej jest jednak przeciwwskazaniem do laseroterapii.

4.8. Parametry stosowane w laseroterapii

4.8.1. Parametry fizyczne  wiązki laserowej. Określają je wielkości fizyczne, do których zaliczamy:

·         Długość fali λ – konkretna dla danego lasera, określana w [nm],

·         Moc promieniowania  określana w [W] lub[mW]; opisuje szybkość przepływu energii

E = P / t       lub      P = E x t

              gdzie  E – energia promieniowania, P – moc,  t – czas

·         energia promieniowania E, wyrażana w [J]...