Fotobiomodulacja, określana skrótem PBM od angielskiego photobiomodulation, wykorzystuje niejonizujące światło o odpowiednio dobranej długości fali, natężeniu i dawce w celu wywołania określonej odpowiedzi biologicznej komórek i tkanek.
W badaniach nad fotobiomodulacją najczęściej wykorzystuje się:
- światło czerwone, zwykle w zakresie około 600–700 nm,
- bliską podczerwień, zwykle w zakresie około 780–1100 nm.
PBM może wykorzystywać zarówno lasery, jak i diody LED. Nie jest tym samym co opalanie promieniowaniem UV ani klasyczne ogrzewanie promiennikiem podczerwieni.
Fotobiomodulacja jest zasadniczo opisywana jako proces fotochemiczny i fotofizyczny, a nie jako metoda polegająca wyłącznie na podnoszeniu temperatury tkanek.
Badania prowadzone są na poziomie:
- komórkowym,
- laboratoryjnym,
- zwierzęcym,
- klinicznym,
- przeglądów systematycznych,
- metaanaliz.
Jak światło RED i NIR może oddziaływać na komórki?
Jednym z najczęściej analizowanych mechanizmów jest pochłanianie światła przez wewnętrzne chromofory komórkowe.
Za potencjalnie ważny fotoakceptor uznaje się oksydazę cytochromu c, czyli kompleks IV mitochondrialnego łańcucha oddechowego.
Według jednej z głównych hipotez fotony mogą wpływać na związanie tlenku azotu z oksydazą cytochromu c. Może to modulować:
- transport elektronów,
- potencjał błony mitochondrialnej,
- zużycie tlenu,
- produkcję ATP,
- wtórne szlaki sygnałowe.
Analizowany jest również udział:
- kanałów jonowych wrażliwych na światło lub temperaturę,
- jonów wapnia,
- reaktywnych form tlenu,
- tlenku azotu,
- cyklicznego AMP,
- czynników transkrypcyjnych,
- ekspresji określonych genów.
Należy podkreślić, że nie istnieje jeden całkowicie zamknięty i bezdyskusyjny model działania PBM. Oksydaza cytochromu c jest jednym z najlepiej opisanych proponowanych fotoakceptorów, ale literatura analizuje również inne mechanizmy.
Mitochondria i ATP
Mitochondria uczestniczą w wytwarzaniu ATP, czyli adenozynotrifosforanu – podstawowego nośnika energii wykorzystywanej przez komórki.
PBM nie dostarcza organizmowi energii w taki sposób jak pożywienie. Energia fotonów może natomiast wpływać na określone reakcje zachodzące w komórkach.
W badaniach analizuje się, czy odpowiednio dobrane światło może modulować:
- aktywność mitochondrialnego łańcucha oddechowego,
- potencjał błony mitochondrialnej,
- produkcję ATP,
- odpowiedź komórki na stres,
- komunikację mitochondriów z jądrem komórkowym.
Efekt nie musi być jednak jednakowy w komórkach zdrowych, przeciążonych i uszkodzonych.
Tlenek azotu
Tlenek azotu jest cząsteczką sygnałową uczestniczącą między innymi w regulacji napięcia naczyń krwionośnych.
Jedna z hipotez zakłada, że światło czerwone lub NIR może wpływać na uwalnianie tlenku azotu z miejsc jego związania w komórce.
Potencjalnie może to modulować:
- lokalny przepływ krwi,
- dostępność tlenu,
- funkcjonowanie mitochondriów,
- sygnalizację komórkową.
Nie oznacza to jednak, że każda sesja PBM automatycznie wywołuje klinicznie istotną poprawę krążenia.
Reaktywne formy tlenu i hormeza
Reaktywne formy tlenu są często kojarzone wyłącznie z uszkodzeniami komórek. W niewielkich, kontrolowanych ilościach pełnią jednak również funkcje sygnałowe.
PBM może powodować przejściowe zmiany poziomu reaktywnych form tlenu. Taka odpowiedź może aktywować czynniki transkrypcyjne oraz mechanizmy adaptacyjne.
W literaturze opisuje się także dwufazową odpowiedź na dawkę:
- zbyt mała dawka może nie powodować mierzalnej reakcji,
- właściwa dawka może inicjować pożądaną odpowiedź,
- zbyt duża dawka może osłabiać efekt lub wywoływać inną odpowiedź.
Dlatego w PBM nie obowiązuje zasada „im więcej, tym lepiej”.
Co decyduje o dawce?
Na odpowiedź organizmu wpływają między innymi:
- długość fali,
- natężenie napromienienia w mW/cm²,
- dawka energii w J/cm²,
- czas ekspozycji,
- odległość od urządzenia,
- powierzchnia ciała,
- tryb ciągły lub pulsacyjny,
- częstotliwość impulsów,
- pigmentacja skóry,
- rodzaj i głębokość tkanki,
- regularność stosowania,
- indywidualna reakcja użytkownika.
W uproszczeniu:
dawka energii = natężenie × czas
Natężenie 100 mW/cm² odpowiada 0,1 W/cm².
Przy ekspozycji trwającej 60 sekund:
0,1 W/cm² × 60 s = 6 J/cm²
W praktyce natężenie nie jest identyczne na całej powierzchni ciała i zmniejsza się wraz z odległością od panelu.
Światło RED i NIR – najważniejsze różnice
Światło czerwone RED
Światło czerwone jest widzialne dla ludzkiego oka.
W urządzeniach PBM często stosuje się między innymi:
- 630 nm,
- 633 nm,
- 660 nm,
- 670 nm.
Jest analizowane przede wszystkim w odniesieniu do:
- skóry,
- fibroblastów,
- kolagenu,
- tkanek powierzchownych,
- wyglądu i kondycji skóry.
Bliska podczerwień NIR
Bliska podczerwień jest niewidzialna.
W panelach PBM często stosuje się między innymi:
- 810 nm,
- 830 nm,
- 850 nm,
- 940 nm,
- 1060 nm.
Światło NIR może docierać głębiej niż część światła widzialnego, jednak ulega w tkankach absorpcji, rozproszeniu i odbiciu.
Jest analizowane w badaniach dotyczących:
- mięśni,
- tkanek miękkich,
- stawów,
- układu nerwowego,
- regeneracji powysiłkowej,
- procesów mitochondrialnych.
Co analizują naukowcy?
Badania nad PBM dotyczą między innymi potencjalnego wpływu na:
- funkcjonowanie mitochondriów,
- metabolizm energetyczny komórek,
- fizjologiczną odpowiedź na stres oksydacyjny,
- naturalne procesy naprawcze,
- kondycję skóry,
- fibroblasty,
- syntezę kolagenu,
- sprawność mięśniową,
- zmęczenie mięśni,
- regenerację powysiłkową,
- mikrokrążenie,
- układ nerwowy.
Dla części zastosowań istnieją badania kliniczne oraz metaanalizy. Dla innych większość danych pochodzi nadal z badań laboratoryjnych lub modeli zwierzęcych.
Wybrane publikacje naukowe
1. Proposed Mechanisms of Photobiomodulation or Low-Level Light Therapy
Jedna z najważniejszych publikacji dotyczących proponowanych mechanizmów PBM.
Autorzy omawiają między innymi:
- oksydazę cytochromu c,
- mitochondria,
- ATP,
- tlenek azotu,
- reaktywne formy tlenu,
- kanały jonowe,
- wtórną sygnalizację komórkową.
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2016
DOI:
https://doi.org/10.1109/JSTQE.2016.2561201
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28070154/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5215870/
2. Mechanisms and Mitochondrial Redox Signaling in Photobiomodulation
Przegląd poświęcony roli mitochondriów i sygnalizacji oksydacyjno-redukcyjnej.
Autor analizuje między innymi różnice pomiędzy odpowiedzią zdrowych i obciążonych komórek oraz możliwą rolę PBM jako łagodnego bodźca adaptacyjnego.
Photochemistry and Photobiology, 2018
DOI:
https://doi.org/10.1111/php.12864
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29164625/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5844808/
3. Photobiomodulation – Underlying Mechanism and Clinical Applications
Szeroki przegląd mechanizmów i kierunków zastosowań PBM.
Publikacja omawia znaczenie parametrów takich jak:
- długość fali,
- moc,
- gęstość energii,
- czas ekspozycji,
- rodzaj źródła światła.
Journal of Clinical Medicine, 2020
DOI:
https://doi.org/10.3390/jcm9061724
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32503238/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7356229/
4. Mechanisms and Applications of the Anti-inflammatory Effects of Photobiomodulation
Przegląd poświęcony mechanizmom, przez które PBM może modulować szlaki związane z fizjologiczną odpowiedzią zapalną.
Publikacja nie oznacza, że każdy panel RED/NIR jest urządzeniem przeznaczonym do leczenia stanów zapalnych.
AIMS Biophysics, 2017
DOI:
https://doi.org/10.3934/biophy.2017.3.337
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28748217/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5523874/
5. Photobiomodulation in Human Muscle Tissue: An Advantage in Sports Performance?
Przegląd badań dotyczących wpływu PBM na ludzką tkankę mięśniową, sprawność fizyczną i regenerację.
Autorzy omawiają zastosowanie światła zarówno przed, jak i po wysiłku.
Journal of Biophotonics, 2016
DOI:
https://doi.org/10.1002/jbio.201600176
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27874264/
6. Photobiomodulation Therapy for the Improvement of Muscular Performance and Reduction of Muscular Fatigue Associated with Exercise
Przegląd systematyczny i metaanaliza randomizowanych badań klinicznych.
Autorzy analizowali wpływ PBM na:
- sprawność mięśniową,
- liczbę powtórzeń,
- siłę,
- markery zmęczenia,
- moment zastosowania światła.
Wyniki wskazywały na możliwe korzyści w części analizowanych parametrów, jednak skuteczność zależała od protokołu.
Lasers in Medical Science, 2018
DOI:
https://doi.org/10.1007/s10103-017-2368-6
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29090398/
7. Comparison Between Cryotherapy and Photobiomodulation in Muscle Recovery
Przegląd systematyczny i metaanaliza porównująca PBM z krioterapią po wysiłku.
Analizowano między innymi:
- bolesność mięśniową,
- siłę,
- markery obciążenia mięśni,
- stres oksydacyjny.
Pewność dowodów była zróżnicowana, co wskazuje na potrzebę dalszych badań.
Lasers in Medical Science, 2022
DOI:
https://doi.org/10.1007/s10103-021-03442-7
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34669081/
8. Can Pre-Exercise Photobiomodulation Improve Muscle Endurance and Promote Recovery from Muscle Strength and Damage?
Przegląd systematyczny i metaanaliza dotycząca stosowania PBM przed wysiłkiem.
Autorzy oceniali między innymi:
- wytrzymałość mięśniową,
- regenerację siły,
- markery obciążenia mięśni,
- różnice pomiędzy osobami wytrenowanymi i niewytrenowanymi.
Wyniki nie były jednakowe we wszystkich analizowanych grupach.
BMC Sports Science, Medicine and Rehabilitation, 2024
DOI:
https://doi.org/10.1186/s13102-024-00884-y
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38758297/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11098154/
9. Low-Level Laser (Light) Therapy in Skin: Stimulating, Healing, Restoring
Jeden z najczęściej cytowanych przeglądów dotyczących wpływu PBM na skórę.
Autorzy omawiają między innymi:
- fibroblasty,
- kolagen,
- mitochondria komórek skóry,
- reakcje naprawcze,
- fotostarzenie.
Seminars in Cutaneous Medicine and Surgery, 2013
DOI:
https://doi.org/10.12788/j.sder.0012
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24049929/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4126803/
10. A Controlled Trial to Determine the Efficacy of Red and Near-Infrared Light Treatment
Kontrolowane badanie kliniczne dotyczące zastosowania czerwonego i bliskiego podczerwieni światła na większej powierzchni ciała.
Oceniano między innymi:
- wygląd skóry,
- drobne linie,
- szorstkość,
- subiektywne odczucia użytkowników,
- gęstość kolagenu.
Wyniki dotyczyły konkretnych źródeł światła i protokołu zastosowanego w badaniu.
Photomedicine and Laser Surgery, 2014
DOI:
https://doi.org/10.1089/pho.2013.3616
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24286286/
Pełny tekst:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3926176/
11. The Clinical Applications of Low-Level Light Therapy
Przegląd klinicznych zastosowań czerwonego światła i NIR.
Autor zwraca uwagę zarówno na obiecujące wyniki, jak i na ograniczenia części badań:
- niewielkie grupy uczestników,
- różne parametry urządzeń,
- brak jednolitych protokołów,
- finansowanie branżowe,
- ryzyko błędu metodologicznego.
Aesthetic Surgery Journal, 2021
DOI:
https://doi.org/10.1093/asj/sjaa359
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33471046/
12. Tumor Safety and Side Effects of Photobiomodulation Therapy Used for Prevention and Management of Cancer Treatment Toxicities
Przegląd systematyczny dotyczący bezpieczeństwa PBM stosowanej w określonych protokołach klinicznych u pacjentów onkologicznych.
Autorzy nie stwierdzili jednoznacznego sygnału wskazującego na pogorszenie wyników onkologicznych w analizowanych zastosowaniach.
Nie oznacza to jednak, że dowolne stosowanie PBM przy aktywnej chorobie nowotworowej jest automatycznie bezpieczne. Ekspozycja powinna być konsultowana z lekarzem prowadzącym.
Oral Oncology, 2019
DOI:
https://doi.org/10.1016/j.oraloncology.2019.04.004
PubMed:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31109692/
Najczęściej zadawane pytania
Czy więcej mocy oznacza lepszy efekt?
Nie.
Wyższa moc może umożliwiać dostarczenie odpowiedniej dawki w krótszym czasie, ale zbyt duża dawka może być mniej korzystna niż dawka właściwie dobrana.
Znaczenie mają jednocześnie:
- natężenie,
- czas,
- odległość,
- długość fali,
- częstotliwość stosowania.
Czy światło przechodzi przez ubranie?
Część światła może przenikać przez cienkie materiały, ale odzież ogranicza i rozprasza ekspozycję.
W przypadku paneli PBM zalecana jest bezpośrednia ekspozycja odsłoniętej skóry.
Czy NIR powinno być widoczne?
Nie.
Bliska podczerwień 810, 830 i 850 nm jest niewidzialna dla ludzkiego oka. Diody mogą wyglądać na wyłączone, mimo że emitują światło.
Czy panel nagrzewa ciało?
PBM nie jest klasyczną terapią cieplną, ale panel o wysokim natężeniu może ogrzewać powierzchnię skóry.
Odczuwanie ciepła zależy od:
- odległości,
- czasu ekspozycji,
- natężenia,
- temperatury otoczenia,
- wentylacji urządzenia.
Czy można korzystać codziennie?
Częstotliwość powinna być dostosowana do dawki, czasu, odległości i obszaru ciała.
Codzienne stosowanie nie zawsze jest konieczne. W wielu rutynach wellness wykorzystuje się 3–5 sesji tygodniowo.
Czy trzeba używać okularów?
Nie należy patrzeć bezpośrednio w intensywnie świecące diody.
Przy ekspozycji twarzy i górnej części ciała należy używać ochrony oczu zgodnie z instrukcją konkretnego urządzenia.
Czy PBM jest tym samym co sauna na podczerwień?
Nie.
Sauna wykorzystuje przede wszystkim działanie cieplne.
Fotobiomodulacja opiera się na oddziaływaniu określonych długości fal i reakcji fotochemicznej komórek. Panel może emitować ciepło, ale ogrzewanie nie jest jego podstawowym mechanizmem użytkowym.
Czy wszystkie panele działają tak samo?
Nie.
Urządzenia różnią się:
- długościami fal,
- natężeniem,
- równomiernością emisji,
- powierzchnią,
- rzeczywistym poborem mocy,
- optyką diod,
- trybami pracy,
- zalecaną odległością.
Sama obecność fali 660 lub 850 nm nie oznacza identycznego działania wszystkich paneli.
Dlaczego MitoHACKER® śledzi badania nad PBM?
W MitoHACKER® uważamy, że technologie wellness powinny być przedstawiane w sposób odpowiedzialny i oparty na aktualnym stanie wiedzy.
Dlatego monitorujemy literaturę dotyczącą:
- fotobiomodulacji,
- światła czerwonego RED,
- bliskiej podczerwieni NIR,
- mitochondriów,
- regeneracji powysiłkowej,
- kondycji skóry,
- technologii wspierających świadomy styl życia.
Urządzenia MitoHACKER® wykorzystują długości fal opisywane w literaturze naukowej dotyczącej PBM.
Nie oznacza to jednak, że wynik dowolnego badania może być bezpośrednio przypisany konkretnemu produktowi. Efekt zależy od parametrów urządzenia, dawki, czasu, odległości, protokołu i indywidualnej reakcji użytkownika.
Informacja naukowa i prawna
Powyższy materiał ma charakter edukacyjny i przedstawia wybrane kierunki badań nad fotobiomodulacją.
Nie stanowi:
- porady medycznej,
- diagnozy,
- zalecenia terapeutycznego,
- gwarancji uzyskania określonych rezultatów,
- dowodu skuteczności konkretnego produktu,
- deklaracji leczenia lub zapobiegania chorobom.
Produkty MitoHACKER® w kategorii Terapia światłem nie są wyrobami medycznymi, o ile przy konkretnym produkcie wyraźnie nie wskazano inaczej.
Badania nad PBM wykorzystują różne urządzenia, długości fal, dawki, czasy i protokoły. Ich wyników nie można automatycznie odnosić do każdego dostępnego na rynku panelu.
Jakość danych naukowych jest zróżnicowana. Dla części zastosowań istnieją badania kliniczne i metaanalizy, natomiast inne obszary wymagają dalszych, większych i niezależnych badań.