Die Photobiomodulation

Die bei der PBMT verwendete Lichtenergie wird von den Zellen absorbiert und löst eine Reihe biochemischer Reaktionen aus, die die Zellfunktion und die Gewebeheilung verbessern. Aus diesem Grund kann sie auf verschiedene Gewebe des Körpers angewendet werden, darunter Haut, Muskeln, Gelenke und Organe, um Entzündungen zu lindern, die Gewebereparatur zu fördern und Schmerzen zu reduzieren; daher wird sie in einer Vielzahl medizinischer Anwendungen eingesetzt. Die aktuelle Forschung konzentriert sich intensiv auf die PBMT, um ihr Potenzial bei der Behandlung verschiedener unheilbarer Krankheiten besser zu verstehen; Untersuchungen haben gezeigt, dass die PBMT vielversprechende therapeutische Wirkungen in der Kombinationstherapie aufweist.

Das Konzept der Pulsierbarkeit und Kontinuität von Lichtquellen:

Die meisten Lichtquellen (z. B. die Glühbirnen in Ihrem Zuhause und der Bildschirm, auf dem Sie diesen Beitrag lesen) strahlen Licht in Form einer kontinuierlichen Welle aus, d. h. mit konstanter Intensität, die für das bloße Auge unveränderlich erscheint.

Die gepulste Lichtemission hingegen beinhaltet das mehrmalige Ein- und Ausschalten der Lichtquelle pro Sekunde, was ihr das charakteristische „Flimmern“ verleiht.

Ein wesentlicher Vorteil des Pulsierens ist ein besseres Wärmemanagement. Im Wesentlichen ermöglicht die „Aus-Phase“ während des Pulsierens dem Laser, sich abzukühlen, und erzeugt im Vergleich zum Dauerstrichlaser bei einer bestimmten Intensität weniger Wärme.

Mit gepulstem Licht lassen sich unglaublich hohe Energiemengen sicher abgeben. In einer Studie beleuchteten Forscher beispielsweise die Köpfe von Ratten sowohl mit kontinuierlichem als auch mit gepulstem Licht bei einer Spitzenintensität von 750 mW/cm² – mehr als das 100-Fache der Intensität von handelsüblichen Geräten. Die Gehirne der Ratten, die dem kontinuierlichen Licht ausgesetzt waren, waren durch die Hitze „durchgebraten“ und wiesen schwere neurologische Defizite auf. Bei den Ratten, die dem gepulsten Licht ausgesetzt waren, wurden hingegen keinerlei neurologische oder andere Gewebeschäden festgestellt.

Natürlich handelt es sich hierbei um ein extremes Beispiel: Die LLLT, sowohl kontinuierlich als auch gepulst, hat sich wiederholt als 100 % sicher erwiesen, da sie nur einen minimalen Teil der in dieser Studie verwendeten Energie nutzt, was bedeutet, dass mögliche negative Auswirkungen durch die Wärme auf leichte Beschwerden beschränkt sind. Das Prinzip bleibt jedoch bestehen: Pulsierendes Licht kann genutzt werden, um größere Energiemengen tiefer in das Gewebe einzubringen, und das bei höherem Komfort für die Patienten.

Historischer Überblick über die PBM

Die Geschichte der Nutzung von Licht zur Behandlung von Krankheiten reicht über 100 Jahre zurück. Die elektrische Lichttherapie, die Heliotherapie und die Low-Level-Lasertherapie führten zu dem, was wir heute als Photobiomodulationstherapie (PBM) bezeichnen. Die PBM wurde traditionell zur

Wundheilung, bei Schmerzen und Entzündungen eingesetzt. In den letzten Jahren ist jedoch das Interesse an der Anwendung dieser Methode zur Behandlung von Hirnerkrankungen gewachsen. Die PBM nutzt rotes oder nahinfrarotes (NIR) Licht (600–1100 nm) von Lasern oder Leuchtdioden, um die Heilung anzuregen, Gewebe vor dem Absterben zu schützen, die Mitochondrienfunktion zu steigern, die Durchblutung und die Sauerstoffversorgung des Gewebes zu verbessern sowie Stammzellen zu stimulieren. Es wurden Fortschritte bei der Identifizierung von Chromophoren und zellulären Photorezeptoren erzielt, darunter Mitochondrien und insbesondere mitochondriale Atmungsproteine sowie TRP-Ionenkanäle. Die Ergebnisse von Studien an kleinen Tiermodellen, anderen Tieren und am Menschen zeigen, dass PBM auch dazu beitragen kann, Schwellungen, Rötungen und Erytheme zu reduzieren, die körpereigenen zellulären Antioxidantien zu erhöhen, Entzündungen zu verringern, Zellen vor Apoptose zu schützen und den Aktivierungsstatus der Mikroglia zu modulieren. Die Anwendung von PBM am Kopf ist bei akuten und chronischen traumatischen Hirnverletzungen von Vorteil. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass PBM

bei der ergänzenden Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen (Alzheimer und Parkinson) sowie bei psychiatrischen Störungen (Depression, Angstzustände und Opioidabhängigkeit) wirksam ist. Eine weitere Anwendung ist die kognitive Leistungssteigerung bei gesunden Personen.

Der Wirkmechanismus der Photobiomodulation (PBM) auf zellulärer Ebene wird auf die Aktivierung von Komponenten der mitochondrialen Atmungskette zurückgeführt, was zu einer Stabilisierung der Stoffwechselfunktion und der Auslösung einer Signalkaskade führt, die die Zellproliferation und die Zellschutzmechanismen fördert.

Die PBM wirkt durch die Absorption von Photonen durch Photoakzeptoren im Zielgewebe. Nach der Absorption umfassen die sekundären zellulären Effekte eine Steigerung der Energieproduktion sowie Veränderungen in den Signalwegen wie reaktiven Sauerstoffspezies, Stickstoffmonoxid und zellulärem Kalzium.  Die zellulären Veränderungen erfolgen durch die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, die zu einer Modulation der Proteinsynthese, zur Proliferation und letztlich zu einem verbesserten Zellüberleben führen.

Aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichungen haben die Vorteile der PBM auf die Genexpression von CCO (Cytochrom-C-Oxidase) in verletzten, diabetischen und ischämischen Zellen nachgewiesen und dabei eine signifikante Stimulierung der Transkription von Genen aufgezeigt, die an der Elektronentransportkette beteiligt sind – einem entscheidenden mitochondrialen Stoffwechselweg, der zur Umwandlung von Glukose und Sauerstoff (O₂) in Energie genutzt wird. Adenosintriphosphat (ATP) ist eine der wichtigsten Formen gespeicherter Energie, die in den Zellen produziert wird. Die PBM bewirkt eine Aktivierung verschiedener Gene, die am Energiestoffwechsel und an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind, und stimuliert so eine erhöhte ATP-Produktion, die andere zelluläre Prozesse reguliert und zur Normalisierung der Zellfunktionen führt.

Weitere wissenschaftliche Studien:

…haben gezeigt, dass in Studien mit metabolisch hochaktiven Zellen wie Nervengewebe ungünstige Ergebnisse häufiger auf eine zu hohe als auf eine zu niedrige Dosierung zurückgeführt wurden. In der aktuellen Forschung wurde die Nervenregeneration durch die Verwendung einer Energiedichte von 6 J/cm² deutlich beschleunigt. Diese Erkenntnis stützt die Vorstellung eines „biphasischen Dosis-Wirkungs-Effekts“ bei der PBMT, bei dem positive biostimulierende Reaktionen bei Dosen unter 10 J/cm² ausgelöst werden, während hemmende Reaktionen bei Dosen über 20 J/cm² vorherrschen. Das Konzept des „Fenster-Effekts“ wurde jedoch in der vorhandenen Literatur bereits ausführlich untersucht, und die Ergebnisse stimmen gut mit den etablierten Daten auf diesem Gebiet überein.

Die erzielten Ergebnisse zeigten erhöhte Konzentrationen des Nervenwachstumsfaktors (NGF) bei Ratten, die einer PBMT-Behandlung unterzogen wurden, im Vergleich zur Kontrollgruppe, die keine PBMT erhielt. Dieser Anstieg der NGF-Spiegel ging mit einer schnelleren Wiederherstellung der neurosensorischen Funktion einher. Ebenso haben eine Vielzahl weiterer Untersuchungen, darunter kontrollierte und unkontrollierte Studien, positive subjektive Verbesserungen aufgezeigt, die der PBMT in verschiedenen klinischen Kontexten zugeschrieben werden, wie z. B. bei perioralen Läsionen, der Genesung nach muskuloskelettalen Eingriffen und der Förderung der osteogenen Differenzierung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die PBMT einen positiven Einfluss auf verschiedene Systeme hat, insbesondere auf das Nervensystem, den Bewegungsapparat und das Epithel.

Die Photobiomodulation (PBM) sieht die Verwendung von rotem und/oder nahinfrarotem Licht mit niedriger Leistungsdichte vor, um eine wohltuende Wirkung auf Zellen und Gewebe zu erzielen. Die PBM-Therapie wird zur Linderung von Schmerzen, Entzündungen und Ödemen sowie zur Regeneration von geschädigtem Gewebe wie Wunden, Knochen und Sehnen eingesetzt. Der Hauptort der Lichtabsorption in Säugetierzellen wurde in den Mitochondrien und genauer gesagt in der Cytochrom-C-Oxidase (CCO) identifiziert. Es wird vermutet, dass das inhibitorische Stickstoffmonoxid von der CCO dissoziiert werden kann, wodurch der Elektronentransport wiederhergestellt und das mitochondriale Membranpotenzial erhöht wird. Ein weiterer Mechanismus beinhaltet die Aktivierung von lichtempfindlichen oder thermoregulierten Ionenkanälen.