Клітинні і тканеві механізми дії низькоінтенсивного оптичного випромінювання на пацієнтів з синдромом діабетичної стопи
Анотація
Вступ. Низькоінтенсивне видиме і інфрачервоне випромінювання лазерів і світлодіодів широко використовується в медицині для лікування цілого ряду захворювань, в тому числі у пацієнтів з синдромом діабетичної стопи. При цьому немає узгодженості та визначеності в характеристиках випромінювання і тривалості опромінення для досягнення найкращого ефекту у конкретного пацієнта.
Метою роботи є систематичний аналіз літератури, присвячений впливу низькоінтенсивного електромагнітного випромінювання оптичного діапазону спектра на загоєння виразок стопи і нормалізацію стану пацієнтів з діабетом, а також механізмам лікувального дії.
Матеріали та методи. По даній тематиці проведено аналіз медичних публікацій по базі даних MedLine за період з 1995 по 2019 роки.
Результати. На підставі аналізу опублікованих робіт встановлені параметри низькоінтенсивного оптичного випромінювання, які стимулюють загоєння виразок, нормалізацію кровопостачання і іннервації у пацієнтів з синдромом діабетичної стопи. Виявлено найбільш ймовірні механізми лікувальної дії низькоінтенсивного оптичного випромінювання при синдромі діабетичної стопи.
Висновки. Систематичний аналіз літератури показує, що низькоінтенсивне оптичне випромінювання як лазерів, так і світлодіодів викликає реакцію на клітинному і тканинному рівнях, що в результаті призводить до виражених терапевтичним ефектам, в тому числі при загоєнні виразок як у експериментальних тварин, так і у пацієнтів з синдромом діабетичної стопи. Механізми лікувальної дії низькоінтенсивного електромагнітного випромінювання оптичного діапазону спектра біохімічні, а не теплові. В результаті фотохімічної стимуляції прискорюється проліферація клітин, зокрема, фібробластів, посилюється клітинне дихання, виробництво колагену і факторів росту, активується діяльність макрофагів та ангіогенез, що призводить до очищення ран і виразок, зняттю запалення, нормалізації мікроциркуляції та розвитку нової системи кровоносних судин.
Завантаження
Посилання
Tardivo JP, Adami F, Correa JA, Pinhal MAS, Baptista S. A clinical trial testing the efficacy of PDT in preventing
amputation in diabetic patients. Photodiagn. Photodyn. Ther. 2014;11:342–50.
Marques C, Martins A, Conrado LA. The use of hyperbaric oxygen therapy and LED therapy in diabetic foot.
In: Rechmann P, Fried D, Hennig T, editors. Proc. of SPIE5312, Lasers in Surgery: Advanced Characterization,
Therapeutics, and Systems XIV. Bellingham: SPIE; 2004; p. 47–53.
Minatel DG, Enwemeka CS, Franca SC, Frade MAC. Fototerapia (LEDs 660/890nm) no tratamento de ulceras
de perna em pacientes diabéticos: Estudo de caso. Anais Brasileiros de Dermatologia. 2009;84(3):279–83.
Roelandts R. The history of phototherapy: something new under the sun? J. Am. Acad. Dermatol. 2002;46:926–30.
Kizilova NN, Korobov AM. [Mechanisms of influence of low-intensity optical radiation on the microcirculation
system]. Obzor. Fotobiol. fotomed [Overview. Photobiol. photomed.]. 2016;1:79–93. (in Russian)
Mester E, Szende B Gartner P. The effect of laser beams on the growth of hair in mice. Radiobiol. Radiother. (Berlin). 1968;9: 621–6.
Pereira AN, Eduardo Cde P, Matson E, Marques MM. Effect of low–power laser irradiation on cell growth and
procollagen synthesis of cultured fibroblasts. Lasers Surg. Med. 2002;31:263–7.
Kana JS, Hutschenreiter G, Haina D, Waidelich W. Effect of low–power density laser radiation on healing of open
skin wounds in rats. Arch. Surg. 1981;116: 293–6.
Sommer AP, Pinheiro AL, Mester AR, et al. Biostimulatory windows in low–intensity laser activation: lasers,
scanners, and NASA's light–emitting diode array system. J. Clin. Laser. Med. Surg. 2001;19:29–33.
Carrejo NC, Moore AN, Lopez Silva TL, et al. Multidomain peptide hydrogel accelerates healing of full–thickness
wounds in diabetic mice. ACS Biomater. Sci. Eng. 2018;4(4):1386–96.
Коrobov АМ, Коrobov VА, Lisna ТO. A.Korobov-V.Korobov. Phototherapeutic devices of “Barva” series. Transl.
from ukr. Kharkiv: V.N.Karazin KhNU; 2018. 188 p.
Korobov AM, Korobov VA, Bojkacheva OM. [Korobov photonic matrices for the treatment and prevention of
diabetic foot syndrome]. Fotobіol. fotomed [Photobiol. photomed.]. 2011;1:128–9. (in Russian)
Zhuravl'ova LV, Fedorov VO, Korobov AM. [Experience in the treatment of chronic complications of diabetes: view of defeat of musculoskeletal system]. Fotobіol. fotomed. [Photobiol. photomed.]. 2014;3(4):19–23. (in Ukrainian)
Hu W–P, Wang J–J, Yu C–L, et al. Helium–neon laser irradiation stimulates cell proliferation through photostimulatory effects in mitochondria. J. Investigative Dermatol. 2007;127(8):2048–57.
Stadler I, Lanzafame RJ, Evans R, et al. 830–nm irradiation increases the wound tensile strength in a diabetic
murine model. Lasers Surg. Med. 2001;28(3):220–6.
Schindl A, Schindl M, Schön H, et al. Low–intensity laser irradiation improves skin circulation in patients with diabetic microangiopathy. Diabetes Care. 1998;21(4):580-4.
Schindl A, Schindl M, Pernerstorfer–Schön H, et al. Diabetic neuropathic foot ulcer: successful treatment by low–
intensity laser therapy. Dermatology. 1999;198(3):314-6.
Schindl A, Schindl M, Schindl L. Successful treatment of a persistent radiation ulcer by low power laser therapy.
J. Am. Acad. Dermatol. 1997;37(4):646–8.
Kawalec JS, Reyes C, Penfield VK, et al. Evaluation of the Ceralas D15 diode laser as an adjunct tool for wound care: a pilot study. Foot. 2001;11(2):68–73.
Kawalec JS, Hetherington VJ, Pfennigwerth TC, et al. Effect of a diode laser on wound healing by using diabetic
and nondiabetic mice. J. Foot&Ankle Surg. 2004;43(4):214–20.
Kawalec JS, Pfennigwerth TC, Hetherington VJ, et al. A review of lasers in healing diabetic ulcers. Foot.
;14(2):68–71.
Nteleki B, Houreld NN. The use of phototherapy in the treatment of diabetic ulcers. J. Endocrin.
;17(3):128–32.
de Almeida Nunes G.A.M., dos Reis M.C., Rosa M.F.F., et al. A system for treatment of diabetic foot ulcers using
LED irradiation and natural latex. Res. Biomed. Eng. 2016; 32(1):3–13.
Rundo AI, Kosinec VA. [The use of combination phototherapy in the complex treatment of patients with complications of diabetic foot syndrome]. Novosti hirurgii [Surgery News]. 2016;24(2):131–7. (in Russian)
Kizilova N, Korobov A. On biomedical engineering techniques for efficient phototherapy. Int. J. Biosen. Bioelectron. 2018;4(6):289–95. DOI: 10.15406/ ijbsbe.2018.04.00142.
Nemeth AJ. Lasers and wound healing. Dermatol. Clinics. 1993;11(4):783–9.
Karu T. Primary and secondary mechanisms of action of visible to near–IR radiation on cells. J. Photochem.
Photobiol., Ser. B. 1999; 49(1):1–17.
Tuner J, Hode L. Laser Therapy. Clinical Practice and Scientific Background. Grängesberg: Prima Books. 2002.
p.
Pinheiro ALB, Nascimento SC, de Barros Vieira AL, et al. Effects of low–level laser therapy on malignant cells: in
vitro study. J. Clin. Laser Med. Surg. 2002;20(1):23–6.
Matic M, Lazetic B, Poljacki M,et al. Low level laser irradiation and its effect on repair processes in the skin.
Medicinski Pregled. 2003;56(3–4):137–41.
Takac S, Stojanovic S. Diagnostic and biostimulating lasers. Medicinski Pregled. 1998;51(5–6):245–9.
Karu TI, editor. Primary and secondary mechanisms of the action of monochromatic visible and near infrared
radiation on cells. The science of low–power laser therapy. Amsterdam: Gordon and Breach Science; 1998; p. 53–83.
Lubart R, Friedmann H, Peled I, Grossman N. Light effect on fibroblast proliferaton. Laser Therapy. 1993;5(2):55-7.
Silveira PCL, Silva LAD, Fraga DB, et al. Evaluation of mitochondrial respiratory chain activity in muscle healing
by low–level laser therapy. J. Photochem. Photobiol., Ser. B. 2009;95(2):89–92.
Nieuwdorp M, Mooij H, Kroon J, et al. Endothelial glycocalyx damage coincides with microalbuminuria in type 1
diabetes. Diabetes. 2006;55(4):1127–32.
Jensen J, Feldt–Rasmussen B, Borch–Johnsen K, et al. Increased transvascular lipoprotein transport in diabetes:
Association with albuminuria and systolic hypertension. J. Clin. Endocrinol. Metabol. 2005;90(8):4441–5.
Evans DH, Abrahamse H. A review of laboratory–based methods to investigate second messengers in low–level
laser therapy. Medical Laser Appl. 2009;24(3):201–15.
Karu T.I. Multiple roles of cytochrome c oxidase in mammalian cells under action of red and IR–A radiation.
IUBMB Life. 2010;62(8):607–10.
Lubart R, Eichler M, Lavi R, Friedman H, Shainberg A. Low–energy laser irradiation promotes cellular redox
activity. Photomed. Laser Surg. 2005;23:3–9.
Karu TI, Pyatibrat LV, Kolyakov SF, Afanasyeva NI. Absorption measurements of cell monolayers relevant
to mechanisms of laser phototherapy: reduction or oxidation of cytochrome c oxidase under laser radiation at
8 nm. Photomed. Laser Surg. 2008;26(6):593–9.
Silveira PCL, Streck EL, Pinho RA. Evaluation of mitochondrial respiratory chain activity in wound healing by
low–level laser therapy. J. Photochem. Photobiol., Ser. B. 2007;86(3):279–82.
Houreld NN, Masha RT, Abrahamse H. Low–intensity laser irradiation at 660 nm stimulates cytochrome c oxidase
in stressed fibroblast cells. Lasers in Surger.&Med. 2012;44:429–34.
Masha RT, Houreld NN, Abrahamse H. Low–intensity laser irradiation at 660 nm stimulates transcription of
genes involved in the electron transport chain. Photomed.& Laser Surg. 2013;31(2):47–53.
Karu TI, Pyatibrat LV, Afanasyeva NI. Cellular effects of low power laser therapy can be mediated by nitric oxide.
Lasers in Surger.&Med. 2005;36(4):307–14.
Buerk DG. Can we model nitric oxide biotransport? A survey of mathematical models for a simple diatomic
molecule with surprisingly complex biological activities. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2001;3:109–43.
Loscalzo J, Vita J, editors. Nitric Oxide and the Cardiovascular System. Contemporary Cardiology. Vol. 4. 2000.
p.
Houreld NN. Shedding Light on a New Treatment for Diabetic Wound Healing: A Review on Phototherapy. Sci. World J. 2014;2014:398–412. DOI:10.1155/2014/398412.
Starwynn D. Laser and LED Treatments: Which is Better? Acupunct. Today. 2004;5(6):1–6.
Mason MG, Nicholls P, Wilson MT, Cooper CE. Nitric oxide inhibition of respiration involves both competitive
(heme) and noncompetitive (coPer) binding to cytochrome c oxidase. Proc. Nat. Acad. Sci. of the USA. 2006;103(3):708–13.
Rubinov AN, Afanas’ev AA. Nonresonance mechanisms of biological effects of coherent and incoherent light. Optics Spectrosc. 2005;98(6):943–8.
