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Fotobiomodulación. Bases científicas.

Interacciones luz- materia

Cromoterapia y altas frecuencias en la terapéutica 1

Emisión de un fotón

2Cromoterapia y altas frecuencias en la terapéutica

Absorción y emisión de radiación


Foto-biomodulación: bases científicas

• La emisión de fotones por los seres vivos es a día de hoy un fenómeno bien

comprobado y aceptado universalmente.

• Los rangos de intensidad de esta emisión oscilan entre unos cuantos fotones

a algunos centenares por cm2 de superficie corporal y por segundo.

• La banda espectral cubre desde los 260 nanómetros a 80 nanómetros



• La emisión espontánea de electrones activados que bajan su energía

emitiendo un fotón es un proceso esencial en las interacciones de la materia

y la luz.

• En principio el electrón puede decaer de un estado energéticamente

excitado a cualquier nivel de energía inferior no ocupado.



• En la práctica la mayoría de estas transiciones son muy lentas y por tanto no

son efectivamente posibles.

• Rivera et al. demostraron cómo teóricamente las excitaciones plasmónicas

pueden ser utilizadas para incrementar y controlar las interacciones de la

materia y la luz. Esto implica que transiciones pueden ser logradas en todo

el espectro de un emisor óptico



• Los resultados indican que el tratamiento de neuronas expuestas a

Rotenona – MPP (agentes oxidantes que dañan la mitocondria) con diodos

emisores de luz – LEDs – dos veces al día incrementaron significativamente

el contenido celular de ATP, bajando la mortalidad neuronal y disminuyendo

la expresión de los radicales libres, comparadas con las neuronas no

tratadas

• Estos resultados sugieren que la luz LED puede ser de utilidad terapéutica

para las neuronas dañadas por neurotoxinas, ligadas a las enfermedades

neurodegenerativas incluyendo el Parkinson. Esto a través de la recarga

energética celular con el consiguiente incremento de su vitalidad



• El tratamiento LED en el espectro del infrarrojo cercano – NIR – promueve

la curación de heridas en humanos y animales (Whelan y cols 2001)

• Este tipo de estímulo produce la activación de la citocromooxidasa y el

contenido de ATP en cultivos de neuronas de la corteza visual de la rata

inactivadas por Tetrodotoxina. KCN (2001-2005)



• El pretratamiento con LED disminuye las proteínas inductoras de apoptosis

y aumenta los niveles de proteínas inhibidoras de la apoptosis y reduce los

radicales libres en neuronas expuestas al cianuro de potasio (LIAN y cols

2006).

• Se investiga su utilidad en enfermedades neurodegenerativas y la frecuencia

del estímulo



• Wong Riley y cols encontraron en 2005 que las longitudes de onda de 670

nm y 830 nm son las más efectivas para revertir la disminución de la

actividad de citocromo oxidasa y del contenido celular de ATPP inducido por

toxinas. La longitud de onda de 728 nanómetros fue menos efectiva.



• Los resultados indican que los LED dos veces al día fueron más efectivos

en la protección de la neurotoxicidad.

• Los diodos emisores de luz pueden servir como agentes terapéuticos

efectivos para las neuronas que desarrollan cambios neurodegenerativos



• El tratamiento con LED una vez al día inmediatamente después de la

exposición al KCN bajó significativamente el número de neuronas

apoptósicas – en 22.8%.

• El mismo tratamiento dos veces al día disminuyó en un 33.8% la apoptosis.

• Sin embargo la terapia en una frecuencia de 3 a 4 veces al día no generó

una reducción significativa de la apoptosis.


Fundamentos fotobiológicos de la terapia láser de baja

potencia. Soft-láser

• PHOTOBIOLOGICAL FUNDAMENTALS OF LOW-POWER LASER

THERAPY T. Karu

• Laser Technology Research Center of Russian Acad. Sci., 142092 Troitsk,

Moscow Region, Russian Federation


Fundamentos de la interacción de la luz monocromática

visible y del NIR sobre las células

• La irradiación de la luz visible o del infrarrojo cercano a ciertas dosis,

intensidades y longitudes de onda puede estimular la proliferación celular en

los mamíferos así como el crecimiento de microorganismos procariotas y

eucariotas.




Los efectos principales de la irradiación celular de onda continua son las

siguientes:

• Una curva en campana de Gauss que representa el estímulo Vs el efecto

biológico. Se caracteriza por un umbral, un efecto máximo específico y una

fase de declinación. Hay excepciones a esta regla.




• En la mayoría de los casos el efecto fotobiológico final no depende de la

intensidad de la radiación y el tiempo de exposición. Hay excepciones a esta

regla.

• Aunque las respuestas biológicas de varias células pueden ser similares

cualitativamente, puede haber diferencias cuantitativas como ha sido

establecido para diversos tipos de levaduras.




• Los efectos biológicos de la irradiación dependen de la

longitud de onda.

• Los espectros de acción son del mismo tipo para las células procariotas y

eucariotas, siendo máximos en la banda de la luz visible.

• Las respuestas biológicas de las mismas células a la luz pulsada y la luz continua

de la misma longitud de onda, intensidad y dosis puede ser diferente




• Los principales efectos de la luz pulsada son los siguientes:

• (a) La dependencia de la dosis tiene más de un máximo. La regla de

reciprocidad se mantiene en todos los máximos de estas curvas.

• (b) hay una fuerte dependencia de la frecuencia de repetición del pulso, la

duración del pulso y muy probablemente del ciclo de aplicación


II. Mecanismos de acción celular primarios y secundarios

de la radiación de luz monocromática visible y NIR

• Se piensa que la cadena de oxidasas terminales respiratorias en las células

eucarióticas (Citocromo C oxidasa) y en las células procarióticas de E Coli

(complejos de Cyt bd y cyt bo) son moléculas fotoaceptoras para la

radiación del rojo y el infrarrojo cercano.

• En el espectro del azul hasta el violeta intervienen las flavoproteínas como la

NADH deshidrogenasa, tanto como las oxidasas terminales.


II. Mecanismos primarios y secundarios de la acción de la

luz visible monocromática e infrarroja cercana

• Transducción de la fotoseñal y cadenas de amplificación

• Los cambios físico-químicos primarios inducidos por la luz en las moléculas son seguidos por una cascada de reacciones químicas celulares que ya no requieren más activación de la luz y pueden ocurrir en la oscuridad.

• Estas reacciones se asocian a cambios en los parámetros de la homeostasis celular. Se piensa que el proceso crucial es una alteración en el estado de oxido-reducción celular.


III. Explicación de los efectos y controversias sobre del

láser de baja potencia a nivel celular

• La diversidad de efectos del láser de bajo poder a nivel celular puede ser

explicada por la similaridad de principios en la función de la cadena

respiratoria.




• Las variaciones en la magnitud de los efectos del láser de baja potencia

sobre las células pueden ser explicadas por el status redox global de las

células en el momento de la irradiación.

• Las células con pH interno más bajo, que tienen un potencial redox menor;

responden más fuertemente que las células con un PH normal




• Se sugiere que en condiciones patológicas como inflamación crónica y

heridas tórpidas la respuesta a la irradiación es debida un pH asociado a

hipoxia.

• La irradiación pude afectar también el ciclo de estímulo-respuesta-

recuperación, que incluye naturalmente cambios en el estado de oxido-

reducción y el PH bajo.




• La irradiación con bajas y altas dosis de luz de la misma longitud de onda

desencadena la prevalencia de diferentes canales de respuesta, lo que da

como resultado diferentes respuestas celulares: estímulo de la actividad vital

o su inhibición y hasta destrucción.




• Existen límites biológicos en los efectos del láser de baja potencia

• El estímulo del crecimiento celular rápido no puede ser activado, y no todas

las funciones celulares pueden ser activadas.

• Así mismo no todas las especies entre levaduras, mutantes de E. Coli y

células cultivadas in vitro pueden ser estimuladas por la radiación




• No todas las células en los cultivos celulares responderán exactamente de la

misma manera a la radiación.

• La razón es la naturaleza heterogénea de los cultivos celulares y los tejidos

– por ejemplo en su reproducción celular –.




• Cuando sistemas complejos como sangre o células esplénicas en

suspensión son irradiadas, la calidad de respuestas tales como activación o

inhibición depende del estado fisiológico del organismo huésped.


IV. Respuestas de neuronas y linfocitos a la irradiación

directa

• Usando células nerviosas individualizadas de Helix Pomatia se observó que

las neuronas silenciosas no eran excitadas por la radiación láser – de 632.8

nm, mientras que las neuronas espontáneamente activas responden a la

irradiación con despolarización de la membrana.



directa

• La irradiación de linfocitos humanos con láser de HeNe puede activar algunas respuestas a corto término, pero no se produce activación mitótica completa ni trasformación blástica.

• Al mismo tiempo la radiación tiene un efecto amplificador sobre la síntesis de ADN en linfocitos tratados con Fitohemaglutinina previa a la irradiación.

• Un mayor número de células fueron activadas. Influjo sobre CA+2. Activación de la síntesis de ADN. Activación de la función mitocondrial con la formación de mitocondrias gigantes.



directa

• La ausencia de expresión de receptores de interleukina 2 en los linfocitos

irradiados, parece estar conectada a la ausencia de transformación blástica

en los mismos.



directa

• Con los agentes antitumorales vincristina y vinblastina y la irradiación láser

(820 nm, 292 Hz, 1x104 J/m2) se obtiene una disminución de la

quimioluminiscencia espontánea de los blastos en la leucemia linfocítica

aguda.


V. Efectos de la luz visible y el infrarrojo cercano en cultivos

celulares

• La proliferación de células en mamíferos (medidas por la incorporación de

Thymidina) se incrementa después de la irradiación de varias bandas de la

luz visible y el infrarrojo cercano.

• El efecto depende la la longitud de onda de la radiación, la dosis y la

intensidad, y las condiciones del cultivo celular.



celulares

• Se da un incremento en la incorporación de 3 H thymidina ocasionada por el

aumento en la síntesis de DNA en la fase S celular. La irradiación estimula la

progresión del ciclo celular.



celulares

• La irradiación incrementa el crecimiento de subpoblaciones de crecimiento

lento y las propiedades adhesivas de las membranas celulares.



celulares

• La irradiación puede incrementar el ATP a nivel celular o disminuir el nivel de

AMP cíclico

• 6. La pre-irradiación con un LASER HE Ne disminuye la respuesta citotóxica

celular a la radiación ionizante.


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