Historie laseroterapie a některé nové poznatky

Od první aplikace laseru v medicíně již uplynulo více než 40 let. Laser zaujal pevné postavení jak v chirurgických oborech, tak v neinvazivních indikacích. Uplynulých 40 let jsme svědky stále nových a nových technických novinek (to, co se zdálo dříve utopií, je dnes realitou) i hledání dalších a dalších možností jejich využití v terapeutickém procesu. To, co se nemění, jsou fyzikální charakteristiky paprsku laseru. Jsou stejné, jak již byly popsány v roce 1917 Albertem Einsteinem.

Zatímco cíl použití invazivního laseru je zcela zřejmý – odpařit tkáň, mechanismus působení terapeutického laseru je podstatně složitější. Na konci minulého a začátku tohoto tisíciletí byly místo experimentálních a preklinických studií hledány možnosti jeho klinického využití. V prvních letech převládaly v literatuře nesourodé studie zdůrazňující vztah frekvence a dané indikace, závislost vlnové délky na průnik laseru tkání, nejrůznější kontraindikace a hlavně v řadě z nich převládal subjektivní pohled. Je smutné, že některá tehdejší tvrzení jsou nekriticky citována i v současných publikacích, i když experimentální studie z posledních let jasně ukázaly, že realita je zcela jiná. Právě přetrvávání některých těchto skutečností v povědomí lékařské a zdravotnické veřejnosti je úsměvné a zároveň tuto formu fyzikální terapie znevažuje v očích odborné nelékařské veřejnosti, například fyziků.

Mechanismus účinku na organismus

Stále ne zcela jasným je mechanimus transformace světelné energie v organismu do jiných forem tak, aby bylo dosaženo žádoucího biologického efektu, zejména analgetického, protizánětlivého, stimulačního a vazodilatačního. Řadu let přetrvávala a dosud přetrvává představa, že laser proniká do tkáně v závislosti na své vlnové délce. S rostoucí délkou paprsku má být tento průnik hlubší, někteří autoři hovoří dokonce o hloubce až 8 centimetrů. Vytvořila se teorie „laserového okna“, charakterizující interval vlnových délek, ve kterém je průnik laseru minimálně omezen. Přitom je zcela jasné, že paprsek laseru kontaktem s jakoukoli překážkou ztrácí svou fyzikální charakteristiku (monochromatičnost, koherence, polarita), protože se láme, odráží, je absorbován, transformován. Znamená to, že laser nemůže působit na cílovou tkáň přímo, ale že jeho účinek je transformován v jinou formu energie.
Na základě současných poznatků hrají klíčovou roli v tomto mechanismu mitochondrie fibroblastů. Mitochondrie je důležitá organela živočišných buněk a je iniciátorem spouštění signálních kaskád. V důsledku aktivace signálních kaskád (například mitogen aktivující proteinkinázou) se spouští procesy apoptózy, reorganizace cytoskeletu, regulace transkripce a syntézy cytokinů. Funkce mitochondrií se dá do jisté míry přirovnat k buněčné elektrárně, jelikož v nich díky procesům buněčného dýchání vzniká energeticky bohatý adenosintrifosfát. Mitochondrie je uzavřena dvěma membránami. Vnější membrána je značně pórovitá a skutečnou bariéru pro malé molekuly představuje spíše membrána vnitřní. Na vnitřní membráně a uvnitř ní se také odehrávají ty nejdůležitější metabolické pochody. Mezi ně patří Krebsův cyklus a dýchací řetězec.
Světlo laseru způsobuje změny v optických vlastnostech mitochondrií. Zvyšuje potenciál mitochondriální membrány a protonový gradient. Modifikuje některé dehydrogenázové reakce nikotinamidadenindinukleotidu. Ovlivňuje aktivitu izocitrátdehydrogenázu a ?ketoglutarátdehydrogenázu (2-oxoglutarátdehydrogenázu). Aktivita isocitrátdehydrogenázy klesá se zvyšujícím se poměrem ATP/ADP. Vysoká koncentrace ATP způsobí inhibici tohoto enzymu, následně se začne zvyšovat koncentrace citrátu. Energie laseru naopak zvyšuje aktivitu enzymu a důsledkem je nárůst koncentrace ATP. Enzym ?-ketoglutarátdehydrogenáza je inhibován zvyšující se koncentrací sukcinyl-CoA a NADH. Aplikace laseru má opačný efekt.
Izocitrátdehydrogenázu buňka využívá především pro napojení na dýchací řetězec, tedy pro pochody směřující k zisku energie. Přeměna ADP na ATP v mitochondriích probíhá jako součást oxidativní fosforylace v rámci dýchacího řetězce. Lokalizace řetězce je na vnitřní membráně mitochondrií, aby tak byl zajištěn přísun redukovaných koenzymů z citrátového cyklu a ß-oxidace. Laser ovlivňuje mitochondriální respirační řetězec zvýšením aktivity enzymů cytochromoxidázy a adenosintrifosfatázy a zvyšuje syntézu DNA.
Buněčná signalizace je souhrn všech prostředků, jež používají buňky ke vzájemné komunikaci. V typickém případě je jednou buňkou vylučována signální molekula, druhá buňka přijímá signál, a to zpravidla skrze receptor. Z receptorů vedou signalizační kaskády dovnitř buňky, kde ovlivňují různé buněčné procesy včetně změn v expresi genů. Signálními molekulami mohu být jak různé bílkoviny, tak i například cytokiny, hormony a neurotransmitery.
Klíčovou úlohu při nitrobuněčné komunikaci mezi receptory a efektory hrají G-proteiny. Jejich úkolem je zprostředkovat a přenášet signál z různých signálních molekul na příslušný efektor v nitru buňky. G-proteiny jsou uloženy na vnitřní straně buněčné membrány a po své aktivaci se začnou pohybovat k dalšímu efektoru – bílkovině, která po své aktivaci začne vyrábět druhého posla, cyklický adenosinmonofosfát (cAMP), který díky své zvláštní chemické struktuře vyvolá řadu chemických reakcí. Přenos informací mezi jednotlivými buňkami při aplikaci fototerapie se děje konexony, GAP spojením, bystander efektem a chromatofototropní aktivitou lidské krve.

Konexony

Spojení je zprostředkováno pomocí membránových kanálků, konexonů. Základem tohoto spoje jsou proteinové komplexy nazývané konexony. V membráně je šest konexinů tvořících konexon, které se vzájemně napojí na stejný útvar šesti konexinů v druhé membráně. Mezi konexiny je prázdný prostor, jímž mohou přecházet molekuly o velikosti menší než 1 500 daltonů (méně než 1,2 nanometru). Do konexonu jedné buňky přesně zapadá konexon buňky sousední, čímž je vytvořen hydrofilní kanál o průměru 1,5 nm.

Gap spojení

Gap junctions čili nexus, mezerový spoj nebo také komunikační spoj. Jde o typ spojení dvou sousedních buněk v místě, kde dochází k významnému přiblížení jejich membrán. Pomocí gap junctions jsou buňky metabolicky i elektricky propojeny. V případě poškození jedné buňky dojde k rychlému uzavření kanálu. Tím se poškozená buňka odpojí od sousedních a zabrání tak dalšímu možnému poškození. Gap junctions nehrají úlohu v adhezi buněk, slouží k předávání informací mezi sousedními buňkami (například elektrického signálu, chemických poslů).
Bystander efekt Bystander efekt je jev, při kterém neozářené buňky vykazují stejné účinky jako ozářené v důsledku signálů přijatých z okolí ozářených buněk. Buňky, jež nejsou přímo zasaženy, ale jsou v blízkosti těch, které zasaženy byly, tak přispívají k odpovědi buněčné populace. U ionizujícího záření se předpokládá úloha hydroxylových radikálů v molekulách vody. Některé studie předpokládají obdobný mechanismus i při aplikaci neionizujícího záření, jiné vidí v uvedeném mechanismu klíčovou úlohu interleukinů. Tyto práce však mají stále dílčí charakter.

Chromatofototropní aktivita lidské krve

Klinicky potvrzený přínos extrakorporálního ozařování krve laserem, hlavně pro analgetický efekt, svědčí o aktivní úloze porfyrinů, které se podílí i na metabolismu hemu. Hem je syntetizován z 85 % v kostní dřeni, zbytek převážně v játrech, ale jeho tvorby jsou schopny téměř všechny buňky těla. Porfyriny jsou barevné sloučeniny, za což vděčí obsahu velkého množství delokalizovaných dvojných vazeb. Elektrony obklopující atomy nebo přítomné ve vazbách jsou schopné absorpce elektromagnetických vln s následným pohlcením jejich energie a přechodem na vyšší orbital. Lze tedy předpokládat, že mohou absorbovat i záření laseru.

Překonané Arndt-Schulzovo pravidlo

Další z fyzikálních veličin, jejíž význam byl zásadním způsobem v posledních letech přehodnocen, je frekvence. Někteří z čtenářů si pamatují období, kdy publikace porovnávaly přínos jednotlivých frekvencí s přesností na jednotky a s komentářem, že odlišná frekvence výsledek léčby znehodnotí. Objevily se požadavky na konstruktéry, aby bylo možné aplikovat paprsek s frekvencí až 10 000 Hz. V souladu se současnými poznatky, verifikovanými objektivními klinickými studiemi včetně histologického vyšetření, je účelné aplikovat laser buď v kontinuálním režimu, nebo při frekvenci nepřesahující 50 Hz (některé prameny připouští 100 Hz). Vyšší hodnoty jsou již biologicky neúčinné, protože organismus není schopen požadovaným způsobem odpovídat. S nástupem vysokovýkonného terapeutického laseru (Hight Laser Intensity Therapy, HILT) došlo k výrazné modifikaci názorů na vhodnou hustotu aplikované energie. S ohledem na výkon diod u nízkovýkonných laserů, který zpravidla nepřesahuje 400 mW, nepřesahuje doporučená hustota energie u většiny indikací hodnotu 8 až 10 J/cm2. Při použití vysokovýkonného zdroje laseru se tato hodnota zvýší deseti- až padesátinásobně. Je nesporně zajímavé, že stejní autoři, kteří při použití nízkovýkonného laseru pozorovali při hustotě energie vyšší než 10 J/cm2 snížený terapeutický efekt, a odvolávali se na Arndt-Schulzovo pravidlo, popisují pozitivně přínos vysokovýkonné neinvazivní laseroterapie, což ne zcela odpovídá logice.
Podle našeho názoru je HILT přínosem, překonané je naopak Arndt-Schulzovo pravidlo. Pokud pátráme blíže po podstatě tohoto pravidla, s překvapením zjistíme, že bylo pro potřeby laseroterapie zneužito. V literatuře se totiž objevuje již v roce 1888 jako jedno z pravidel pro homeopatii a říká, že malé dávky homeopatika stimulují, mírné dávky brání a velké mohou zabít. Jeho autoři (německý psychiatr dr. Rudolf Arndt, 1835–1900, a německý farmakolog prof. dr. Hugo Paul Friedrich Schulz, 1853–1932) zemřeli prokazatelně dříve, než v roce 1960 T. H. Maiman předvedl první funkční laser. Kdo tak učinil a zneužil uvedeného pravidla pro laseroterapii poprvé, se nám nepodařilo zjistit. Je rovněž nesmyslem, který se mezi některými uživateli laseru traduje, že je možné laser předávkovat. To zcela odporuje poznatkům o působení světelné energie na organismus.
Jak jsme již uvedli, aplikovaná energie záření je přímo úměrně závislá na výkonu laserového zdroje, délce aplikace a frekvenci paprsku laseru. U moderních laserů je možné výkon laseru upravit, některé přístroje si jej dokážou nastavit i samy, pokud zvolíme požadovanou hustotu energie. Nikde v literatuře není objektivně popsána závislost mezi délkou aplikace laseru a klinickým efektem. Záleží proto jen na uživateli, jakou taktiku léčby zvolí. Snad je potřeba zdůraznit, že pokud je laser aplikován krátce, může mít nemocný pocit, že byl odbyt, a terapie nemusí být tak účinná z psychologického hlediska.

MLS laserová terapie

MLS (Multiwave Locked System) terapie je novým fenoménem v léčbě vysokovýkonným laserem. Je založena na současné aplikaci paprsků o vlnové délce 808 nm v kontinuálním a 905 nm v pulzním režimu. Přesná synergie vln zvyšuje efekt léčby. V literatuře je uváděn výkon aplikačních diod až do hodnoty 25 W, frekvence pulzního paprsku v intervalu mezi 1 a 2 000 Hz, což se nám zdá zbytečně vysoké.
Většinou autorů je zdůrazňován vynikající analgetický efekt této formy léčby. Pozitivně je hodnocen stimulační efekt, proto jsou MLS pulzy indikovány při léčbě měkkých tkání při popáleninách, proleženinách, u bércových vředů i u otevřených ran nejrůznější etiologie. MLS terapii rovněž indikujeme v případech, kdy potřebujeme dosáhnout protizánětlivého nebo protiedematózního účinku v nepříliš hluboko uložených strukturách. Výhodou MLS je časné hojení, rychlé obnovení strukturální integrity poškozené oblasti a okamžité zlepšení místního krevního oběhu.

Ne všechny možnosti využity

Závěrem malý dodatek. V odborné literatuře či na konferencích nebo seminářích se objevují nepřesné pojmy, které zbytečně matou veřejnost. Někdy se jedná o bezmyšlenkovitý překlad (pojmy měkký a tvrdý laser), někdy o neznalost odborné terminologie (dávka záření místo hustota záření – dávka záření je vyhrazena ionizujícímu záření a má fyzikální rozměr J/kg, zatímco hustota záření má fyzikální rozměr J/m2, resp. J/cm2), někdy o bezmyšlenkové opakování (proč biostimulace, stačí stimulace – copak lze stimulovat něco, co není živé?).
Medicína dosud nedokázala využít všech terapeutických možností laseru a stále „pokulhává“ s využitím všech technických možností, které jsou nám nabízeny. Bylo by však chybné jim zcela podlehnout, jinak se nevyvarujeme chyb, kdy jsme považovali fyzikální parametry za klíčové a biologická odpověď organismu byla podružná. Stále chybí dostatečné množství přesvědčivých experimentálních studií, převažují klinická pozorování, u kterých však nelze vyloučit podíl subjektivního hodnocení. Objevují se i další otázky, dané například možnou interakcí ionizujícího a neionizujícího záření. I to je důvod, proč jsou autoři sdělení přesvědčeni, že při současném poznání nelze stanovit pro aplikaci terapeutického laseru jednoznačná léčebná schémata pro dané indikace, jak se o to snaží nejen někteří výrobci, ale i někteří jeho uživatelé. Doporučujeme všem uživatelům laseru vycházet zejména z vlastních zkušeností a poznatků.
Literatura u autorů

O autorovi| prof. MUDr. Leoš Navrátil, CSc., leos.navratil@fbmi.cvut.cz prof. MUDr. Ivan Dylevský, DrSc., ivan.dylevsky@fbmi.cvut.cz České vysoké učení technické v Praze, Fakulta biomedicínského inženýrství, katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva, NZZ THERAP-TILIA, Praha

Ohodnoťte tento článek!