Фотобиомодуляция мозга-предварительные результаты региональной церебральной оксиметрии и термической визуализации

Компания Suyzeko исследовала новый продукт. Brain Photobiomodulation Machine, наша компания потратила более 1 года, чтобы исследовать продукт, и мы пригласили профессора провести исследование для нас. Смотрите следующую статью для деталей.

Исследовательский отдел для дополнительной и интегративной лазерной медицины, исследовательского отделения биомедицинской инженерии в области анестезии и медицины интенсивной терапии, а также исследовательский центр TCM Грац, Медицинский университет Грац, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036, Австрия

Получено: 4 января 2019 г. / принято: 15 января 2019 г. / Опубликовано: 16 января 2019 г.

Абстрактный:

Внедряется новая часть оборудования для светодиодной (светооборотной диодной). Предварительные результаты регионального насыщения головного кислорода и термографии показаны до, во время и после стимуляции. Процедура предлагает новый способ количественной оценки биологических эффектов возможного инновационного терапевтического метода. Однако дальнейшие измерения абсолютно необходимы.

Ключевые слова:

фотобиомодуляция; мозг; Стимуляция светодиодного (светооборота); легкая терапия; Длина волны; Инсульт; деменция; психические заболевания; Региональное насыщение головного кислорода; тепловая визуализация; Светодиодный шлем

Фотобиомодуляция мозга (PBM) с красными до ближнего инфракрасного (NIR) излучающих диодов (LED) может быть инновационной терапией для различных неврологических и психологических расстройств [1]. Свет красного/NIR может стимулировать митохондриальную дыхательную цепочку комплекса IV (цитохрома с оксидаза) и увеличить синтез АТФ (аденозинтрифосфат) [1,2,3]. Кроме того, поглощение света по ионным каналам приводит к высвобождению Ca2+ и к активации факторов транскрипции и экспрессии генов [1]. Терапия PBM мозга может улучшить метаболическую способность нейронов и способна стимулировать противовоспалительные, антиапоптотические и антиоксидантные реакции, а также нейрогенез и синапгенез [1]. Результаты показывают, что PBM может улучшить, например, фронтальные функции мозга пожилых людей безопасным и экономически эффективным образом [4].
В этой статье представлена ​​новая часть светодиодного оборудования (рис. 1) для фотобиомодуляции мозга, включая предварительные результаты из ближних инфракрасных спектроскопических измерений и термической визуализации.

Рисунок 1. Первое измерение с инновационным светодиодным (светооборотным диодом) шлема фотобиомодуляции (прототип от Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Китай)) в исследовательском центре TCM в Медицинском университете Грац, Австрия, Европа, исполненная 25 декабря 2018 года. Анкет

Первые многообещающие основные и клинические испытания, касающиеся фотобиомодуляции мозга, уже завершены; Тем не менее, в настоящее время все еще отсутствует полезные устройства для терапевтических процедур [1,2,3,4,5,6,7,8]. Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Китай) разработал прототип такого инновационного устройства. В исследовательском центре TCM (традиционная китайская медицина) (председатель: Герхард Литшер) Медицинского университета Граца первые измерения теста были проведены с этой конструкцией (рис. 1). Предварительные данные этого пилотного измерения представлены здесь.

Оборудование в настоящее время основано на инфракрасном светодиоде с использованием длины волны 810 нм. Эта длина волны была доказана в последнее время (2018) как одна из лучших для транскраниальной лазерной/световой стимуляции [9]. Результаты были подтверждены измерениями, выполненными нашей исследовательской группой [5,6,7,8,10].

Для нового стимуляционного шлема использовались в целом 256 светодиодов с длиной волны 810 нм (рис. 2). Исследования проводились со всеми светодиодами (n = 256) в активном режиме (60 МВт; один светодиод; 24 мВт/см2; ~ 15 Вт общего шлема). Продолжительность стимуляции составила 15 мин. На рисунке 2 также показана передача света для человеческого черепа (средняя и правая сторона). Для дальнейших расчетов для коэффициента передачи см. В предыдущих публикациях [6,7,8,9,10,11].

Рисунок 2. Шлем из Суйзеко (Шэньчжэнь, Китай) для возможной терапии фотобиомодуляцией мозга (3 января 2019 г.).

Измерения изменений в региональном насыщении головного кислорода (RSO2) проводились с использованием инструмента ONVOS 5100C Oximeter (Somanetics Corp., Troy, MI, USA). Приблизительная инфракрасная спектроскопия является неинвазивным методом измерения RSO2HOUGHTH Интактный череп, который успешно применялся в основных медицинских исследованиях и клинических показаниях в течение многих лет [6]. Светлый свет (730 и 805 нм) испускается через кожу, и после прохождения различных видов ткани (кожа и кости) возвращаемый свет обнаруживается на двух расстояниях от источника света (3 и 4 см). Основываясь на этом принципе, спектральное поглощение крови в более глубоких структурах (2–4 см) может быть определено и определено как RSO2 [5,12]. Датчики были нанесены в лобную зону на правой и левой сторонах мозга здорового добровольца (см. Рисунок 1). Чтобы свести к минимуму влияние внешнего света, голова в этой области была покрыта эластичной полосой во время процедуры записи и стимуляции. После 20 -минутного времени отдохнула светодиодная стимуляция включена. Результаты трех секций (до (20 мин), в течение (15 мин) и после (20 мин)) показаны на рисунке 3. Обратите внимание на значительное увеличение RSO2 (слева и правая) во время и даже после транскраниального Светодиодная стимуляция. Изменения температуры показаны на рисунке 4.

Рисунок 3. Результаты первого пилотного измерения с помощью светодиодного стимуляционного шлема от Суйзеко (Шэньчжэнь, Китай). Обратите внимание на увеличение регионального насыщения головного кислорода во время и после стимуляции на левой и правой стороне.

Рисунок 4. Результаты тепловой визуализации первого пилотного измерения с использованием нового стимуляционного шлема. Обратите внимание на повышение температуры на шлеме (верхний ряд; A до, B во время и C после стимуляции) на лбу (средний ряд; D - F) и на подбородке (нижний ряд; G - I).

Терапия PBM была разработана более 50 лет назад; Тем не менее, до сих пор нет общего согласия по параметрам и протоколам для его клинического применения. Некоторые исследовательские группы рекомендовали использовать плотность мощности менее 100 мВт/см2 и плотность энергии от 4 до 10 J/см2 [11]. Другие группы рекомендуют до 50 J/см2 на поверхности ткани [11]. Такие параметры, как длина волны, энергия, флюенс, мощность, излучение, режим импульса, продолжительность лечения и скорость повторения, могут применяться в широком диапазоне. Наши нынешние предварительные результаты показали четкую реакцию церебрального RSO2 в отношении стимуляции светодиодов. Тем не менее, необходимо упомянуть, что температура значительно увеличилась, и эти эффекты должны учитываться в дальнейших исследованиях. Существует также тот факт, что неэффективные исследования в клетках с высокой митохондриальной активностью, по-видимому, чаще связаны с переосмыслением, чем с недостаточной дозировкой [11]. Поэтому необходимы клинические исследования, касающиеся оптимальных доз стимуляции.

Транкраниальный PBM кажется многообещающим для лечения различных психических заболеваний. Pitzschke et al. [13] также измерили распространение света в различных областях заболевания Паркинсона (PD), относящейся к глубокой мозговой ткани во время транскраниального и трансфеноидального освещения (при 671 и 808 нм) головки трупа и смоделированные оптические параметры ткани человека с использованием Монте- Симуляции Карло. Это исследование демонстрирует, что можно также осветить глубокие ткани мозга транскраниально и трансфеноидально. Это открывает терапевтические варианты для страдающих БП или других заболеваний головного мозга, требующих легкой терапии [13].

Было проведено несколько исследований, касающихся возможных побочных эффектов для светодиодного PBM. Например, Moro et al. Исследовали эффекты долгосрочного применения до 12 недель PBM (670 нм) в нормальных наивных макак -обезьянах. Они не нашли гистологической основы для каких -либо серьезных проблем с биобезопасностью, связанными с PBM, предоставленным внутричерепным подходом [14]. Хеннесси и Хамблин также указали на уже установленную безопасность и заметное отсутствие побочных эффектов транскраниальной ПБМ [2].

Предварительные результаты очень многообещающие; Однако необходима дальнейшая исследовательская работа, чтобы иметь возможность использовать, например, этот новый вид PBM в качестве терапевтического метода. Многие исследователи считают, что PBM со светодиодным и/или лазером для расстройств мозга станет одним из наиболее важных медицинских применений легкой терапии в ближайшие годы и десятилетия [3].

Финансирование
Это исследование не получило внешнего финансирования.
Благодарности
Автор хотел бы поблагодарить Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Шэньчжэнь, Китай за новое светодиодное оборудование и датчики NIRS. Он также хочет поблагодарить Даниэлу Литшер, доктор философии MSC за ее ценную помощь с записи данных. Научная работа в исследовательском центре TCM Graz частично поддерживается федеральным министерством науки, исследований и экономики Австрии.
Конфликт интересов

Автор не объявляет конфликт интересов.

использованная литература
Salehpour, F.; Махмуди, Дж.; Камари, Ф.; Sadigh-Eteghad, S.; Раста, Ш; Хэмблин, мистер мозговой фотобиомодуляционной терапии: повествовательный обзор. Мол Нейробиол. 2018, 55, 6601–6636. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hennessy, M.; Хамблин, МР фотобиомодуляция и мозг: новая парадигма. J. Opt. 2017, 19, 013003. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Хэмблин, мистер светительный свет на голове: фотобиомодуляция для нарушений мозга. BBA Clin. 2016, 6, 113–124. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Чан, как; Ли, TL; Yeung, Mk; Хамблин, МР фотобиомодуляция улучшает фронтальную когнитивную функцию пожилых людей. Инт. J. Geriatr. Психиатрия 2018. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G. транскраниальная лазерная стимуляция исследования-новый шлем и первые данные из ближней инфракрасной спектроскопии. Medicines 2018, 5, 97. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G.; Литшер Д. Научные аспекты инновационной лазерной медицины. В лазерной иглоукалывании и инновационной лазерной медицине; Bahr, F., Litscher, G., eds.; Bahr & Fuechtenbusch: Мюнхен, Германия, 2018; Глава 3; С. 13–77. [Google ученый]
Litscher, D.; Litscher, G. Лазерная терапия и инсульт: количественная оценка методологических требований с учетом желтого лазера. Инт. J. PhotoEnergy 2013, 2013, 575798. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, D.; Litscher, G. Лазерная терапия и деменция: анализ базы данных и будущие аспекты систем на основе светодиодов. Инт. J. PhotoEnergy 2014, 2014, 268354. [Google Scholar] [CrossRef]
Ван, П.; Ли, Т. Какая длина волны является оптимальной для транскраниальной лазерной стимуляции низкого уровня? J. Biophotonics 2018, E201800173. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Мин, L.; Пассеггер, Калифорния; Litscher, D.; Li, M.; Ван, М.; Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, N.; Стелцер, я.; Feigl, G.; Gaischek, я.; и другие. Транкраниальная желтая, красная и инфракрасная лазерная и светодиодная стимуляция: изменения сосудистых параметров в модели эмбрионов цыплят. Интеграция Медик Инт. 2015, 2, 80–89. [Google Scholar] [CrossRef]
Zein, R.; SETTING, W.; Хэмблин, МР обзор параметров света и эффективности фотобиомодуляции: войти в сложность. J. Biomed. Опт 2018, 23, 120901. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Шварц Г. Транскраниальная церебральная оксиметрия; Pabst Science Publisher: Lengerich, Германия, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, A.; Ловиса, Б.; Сейду, О.; Zellweger, M.; Pfleiderer, M.; Tardy, Y.; Wagnières, G. Red и NIR Light Dosimetry в человеческом глубоком мозге. Физический Медик Биол. 2015, 60, 2921–2937. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Моро, C.; Торрес, н.; Arvanitakis, K.; Каллен, К.; Чаброл, C.; Agay, D.; Darlot, F.; Бенабид, Ал; Mitrofanis, J. Нет доказательств токсичности после долгосрочной фотобиомодуляции у нормальных нечеловеческих приматов. Эксплуат Brain Res. 2017, 235, 3081–3092. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]