mitochondria

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:

1. Living Photons — How Light Controls Matter;
2. How natural & artificial light is impacting human’s endocrine system & hormones;
3. Александр Вунш. Вводная лекция по фотоэндокринологии
4. Shining light on the head: Photobiomodulation for brain disorders;
5. Biphasic Dose Response in Low Level Light Therapy;
6. MECHANISMS OF LOW LEVEL LIGHT THERAPY;
7. Mechanisms and Mitochondrial Redox Signaling in Photobiomodulation;
8. Near-Infrared Light Activation of Proteins Inside Living Cells Enabled by Carbon Nanotube-Mediated Intracellular Delivery;
9. Light Effect on Water Viscosity: Implication for ATP Biosynthesis;
10. Dementia and Cognitive Impairment Reduction after Laser Transcatheter Treatment of Alzheimer’s Disease;
11. Infrared and skin: Friend or foe;
12. Low-level laser (light) therapy (LLLT) in skin: stimulating, healing, restoring;
13. Effects of Low-Level Laser Therapy in Autism Spectrum Disorder;
14. Low-level laser therapy as a treatment for chronic pain;
15. The Use of Low Level Laser Therapy (LLLT) For Musculoskeletal Pain;
16. Low-level laser (light) therapy (LLLT) on muscle tissue: performance, fatigue and repair benefited by the power of light;
17. Assessment of the Effects of Low-Level Laser Therapy on the Thyroid Vascularization of Patients with Autoimmune Hypothyroidism by Color Doppler Ultrasound;
18. Low-level laser therapy in chronic autoimmune thyroiditis: a pilot study