Фототерапия, митохондрия и мозг
Фототерапия или биофотомодуляция или low level laser therapy (LLLT) – это терапия красными и ближними инфракрасными (БИК) спектрами света. Альтернативный и неинвазивный способ вмешательства в свое здоровье. Тема огромная, поэтому она будет в виде тезисов.
Чего-то антинаучного фототерапия из себя не представляет. Львиная часть публикаций ниже – команда Майкла Хэмблина из профильной лаборатории Гарварда/МТИ. Одна из самых необычных статей (про модуляции БИК структуры воды в митохондриях) напечатана в Nature [8], самом престижном в Мире научном журнале.
Фотобиология. База
Настоятельно рекомендую к просмотру лекции Александра Вунша [1, 2]. Тут в доступной форме вы услышите про роль света в биологии. Почему и как наши белки реагирует на спектры солнечного света.
Фототерапия. Технические моменты
Красный и ближний инфракрасный спектр лучше всего проникают в кожу.
- В митохондриях есть фотодетекторы, белки реагирующие на определенные спектры света [7];
- БИК свет (810 нм и 910 нм) проникают в мозг (тест на кадавре) до 3 см [4];
- При этом даже при блокировке света шапочкой из фольги (в буквальном смысле, не шутка), эффекты терапии получаются системными [4];
Для меня это говорит о том, что мы (или даже лично я) пока не понимаем, как сигналы из фоторецепторов кожи передаются в митохондрии. Я лишь фиксирую то, что системный эффект есть. А почему это так – буду со временем спрашивать у компетентных биофизиков. Некоторые инсайты можно получить в китайском исследовании по доставке БИК света до белков клеток [8].
Несмотря на то, что лишь от 0,45% до 2,9% БИК излучения проникает на 3 см в скальп, череп, ткани мозги – мы можем говорить о системном воздействии на митохондрии и клетки тканей (те же нейроны).
Фототерапия имеет бифазный эффект, тем самым следуя правилу Арндта-Шульца [Arndt-Schultz law].
Принцип Арндта-Шульца:
- небольшое количество стимулирует и дает положительный эффект;
- большое количество подавляет и имеет негативный эффект;
- чрезмерное количество смертельно.
Этот принципе применим, как видите, не только к лекарствам, но к свету. Количество кДж интересующиеся могут посмотреть в работах Хэмблина [7 и другие].
Фототерапия и митохондрии
Активация цитохром С (цэ) оксидазы (комплекса IV)
Пожалуй, самый известный эффект фототерапии. Под действием УФ-излучения и в принципе оксид азота NO проникает в цитохром цэ оксидазу, ковалентно связываясь (прочно) с железо-содержащими гемами и медью, и в итоге мешая работе дыхательной цепи переноса электронов [4, 5, 6, 7].
Фототерапия ближним инфракрасным светом высвобождает оксид азота NO из комплекса IV, цитохром С оксидазы, тем самым улучшая эффективность дыхательной цепи переноса электронов. Высвобождение NO в тканях также может иметь ряд положительных эффектов (сосудорасширяющих).
Увеличение скорости вращения АТФ-синтазы
Фототерапия БИК-спектром снижает вязкость воды, тем самым увеличивая скорость вращения АТФ-синтазы и выработку АТФ в целом [8].
TRP-рецепторы и высвобождение кальция
Transient receptor potential – это супер-семья рецепторов, куда входят ионные каналы. БИК излучение открывает кальциевые каналы. Точно механизм пока не ясен, но предположительно БИК спектр воздействует на воды в ионных каналах, что приводит к их открытию.
Снижение оксидативного стресса
Фотобиомодуляция активирует супероксиддисмутазу, снижает количество реактивных видов кислорода [7]. Технически там более сложная схема. Из серии генерация ROS – активация антиоксидативных транскрипторных факторов (странно, что Nrf2 еще не исследовали в этом плане) – подавление уровня ROS. Но как я писал в самом начале, эффект бифазный. Фотобиомодуляция может создать и слишком много реактивных видов кислорода.
Другие эффекты [7]
Активация гипоксичного транскрипторного фактора (HIF-1α). Напрашивается синергия с гипоксичной терапии для снижения митохондриальной гетероплазмии (количества подвержденных митохондрий).
Активация PGC-1α и PPARγ, что говорит о возможности влиять на липидный и гликолитический метаболизм.
Активация Akt, mTOR и снижение апоптоза клеток.
Хэмблин предполагал синергию биофотомодуляции с физическими нагрузками для роста митохондрий [7]. Но это находится вне сегодняшней заметки.
Фототерапия и неврологические расстройства
Основные эффекты БИК-фототерапии:
- Увеличение выработки АТФ;
- Нейрогенез и синапсогенез (BDNF, NGF);
- Снижение воспаления (меньше IL-1β, чуть менее однозначно с TNFα, меньше IL-6, больше противовоспалительного TGF-β1;
- Снижение апоптоза нейронов;
- Ангиогенез и улучшение микроциркуляции;
- Снижение эксайтотоксичности;
- [предположительно] улучшают проникновение мезенхимальных стволовых клеток (MSCs) в мозг, что способствует очистке от β-амилоидных бляшек.
Инсульты и черепно-мозговые травмы
Все вышеперечисленные эффекты положительно влияют на острые и хронические последствия инсульта и черепно-мозговых травм.
Фототерапия 630 нм и 830 нм (красный и БИК) в течение 10 минут за лоб (13,3 Дж/см2) улучшало время продуктивной работы за компьютером с 30 до 3 часов (после черепно-мозговой травмы) [4].
Болезнь Альцгеймера
В добавок в АТФ и митохондриях, увеличивался уровень c-fos белка [4]. Это непрямой маркер активности нейронов. Больше нейронной активности – больше c-fos. Применительно к болезни Альцгеймера это конечно же хорошо.
Порадовали на этот поприще и отечественные исследователи [10]. Они умело показали, что внутривенная фототерапия красным лазером была эффективнее мемантина или ривастигмина (стандартных фармакологических опций). В группе с фототерапией было заметное улучшение симптоматики и микроциркуляции, которое длилось 1-7 лет после терапии.
Фототерапия может рассматриваться как способ усилить когнитивную функцию.
Остальное
- С болезнью Паркиноса одно исследование, где у пациентов улучшился Visual Analog Scale [4];
- Применение LED 810 нм на лоб улучшало симптомы тревоги и депрессии;
- Ноотропный эффект за счет вышеописанных эффектов;
- Улучшение скоринга аберрантного поведения у больных аутизмом [13];
Помимо неврологии
Фототерапия в дерматологии
- Утренний пре-кондишенинг БИК светом снижает урон кожи полуденными УФ-лучами (отсюда любители утренних солнечных ванн);
- Снижение фотостарения;
- Возможность как подавить, так и активировать MMP-1 (коллагеназа, разлагающая коллаген кожи) [11];
- Потенциально положительные эффекты для проблемной кожи (прыщи, псориаз). У нас и иммуномодулирующий эффект, не забывайте;
- Более быстрое заживление ожогов, шрамов, келоидных рубцов [12];
- Возможное приминение при витилиго и депегментации [12];
Свет и тело
- Снижение хронических мышечных болей [14, 15];
- Улучшение восстановления после физических нагрузок [16]
Фототерапия и болезнь Хашимото
830 нм в лечение 5 недель улучшали микроциркуляцию паренхимы щитовидной железы и снижали про-воспалительные цитокины [17, 18]. Микроциркуляция паренхимы — скорее непрямой маркер улучшения симптомов аутоиммунного тиреоидита.
Еще много чего, если зарыться.
Фототерапия. Практика и устройства
Опций много. На нужны излучения красного спектра (635-700 нм) и ближнего инфракрасного спектра (в исследованиях обычно 800-1000 нм) в одном источник света.
Бюджетный вариант – Alibaba.com. Лампа красного и БИК спектра. Вариант А. Если я правильно понял, до 15 долларов США за 1 штуку;
Zepter. Medolight. Относительно дорогая швейцарско-польская игрушка за 300 евро. 640 нм и 880 нм, возможность пульсирующего света. Мощность до 1,6 Дж/см2
На amazon.com много подобных игрушек.
Личный опыт
Использую медолайт от Zepter. Беру их программу и модифицирую под себя.
Пока у меня:
- 10 минут на область лобка (простата, профилактика, забота о втором сердце мужчины);
- 10 минут на тестикулы (гипотеза о повышенном стероидогенезе клеток Лейдига);
- реже 10 минут на лоб и на закрытые веки (глаза, восстановление головы);
- еще реже душ на ночь в свете Медолайта.
Повышенный стероидогенез вроде бы есть. Точно пойму с тестами на больших промежутках времени. Душевые с красным и БИК светом хорошо восстанавливают (если потом сразу спать, без включения синего света).
Выводов не будет. Фототерапия – потенциально очень интересная вещь. В том числе синергичная с терапиями, диетами итд. Буду продолжать пробовать тестировать.
На это я сейчас смотрю как на элементарную по затратам интервенцию. Вроде очков блю-блокеров за 9 долларов. Улучшить качество жизни за 10-15 долларов (+ самодисциплина) – это очень неплохо, как мне кажется.
Источники:
- Living Photons — How Light Controls Matter;
- How natural & artificial light is impacting human’s endocrine system & hormones;
- Александр Вунш. Вводная лекция по фотоэндокринологии
- Shining light on the head: Photobiomodulation for brain disorders;
- Biphasic Dose Response in Low Level Light Therapy;
- MECHANISMS OF LOW LEVEL LIGHT THERAPY;
- Mechanisms and Mitochondrial Redox Signaling in Photobiomodulation;
- Near-Infrared Light Activation of Proteins Inside Living Cells Enabled by Carbon Nanotube-Mediated Intracellular Delivery;
- Light Effect on Water Viscosity: Implication for ATP Biosynthesis;
- Dementia and Cognitive Impairment Reduction after Laser Transcatheter Treatment of Alzheimer’s Disease;
- Infrared and skin: Friend or foe;
- Low-level laser (light) therapy (LLLT) in skin: stimulating, healing, restoring;
- Effects of Low-Level Laser Therapy in Autism Spectrum Disorder;
- Low-level laser therapy as a treatment for chronic pain;
- The Use of Low Level Laser Therapy (LLLT) For Musculoskeletal Pain;
- Low-level laser (light) therapy (LLLT) on muscle tissue: performance, fatigue and repair benefited by the power of light;
- Assessment of the Effects of Low-Level Laser Therapy on the Thyroid Vascularization of Patients with Autoimmune Hypothyroidism by Color Doppler Ultrasound;
- Low-level laser therapy in chronic autoimmune thyroiditis: a pilot study