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醫療新知

2019-09-25 16:19:39

紅光低能量光療法(LLLT)對健康的驚人好處

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光生物調節療法(Photobiomodulation therapy ; PBMT)是利用光來從事醫學治療,其中低能量光療法(low-level laser/light therapy ; LLLT)的歷史已接近50年,是最著名的特定類型PBMT。 

 

圖片來源:Beauty Code時光密碼

 

LLLT在分子、細胞和組織的層級上具有廣泛的作用,其作用背後的基本生物機制被認為是通過發色團(chromophores)吸收紅光和近紅外線(NIR),特別是細胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase ;CCO,其位於線粒體內的電子傳遞鏈(也稱呼吸鏈)(如圖一)中的複合物(Complex) IV [1](或許也是細胞質膜中的發色團)在線粒體中發生一連串事件,導致各種生物刺激[2]。當記錄了不同氧化狀態下CCO的吸收光譜,發現其與LLLT生物反應的作用光譜非常相似[1]。

 

根據推測,這種光能吸收可能引起CCO抑制性一氧化氮光解離(photodissociation) [3],導致酶活性增強[4]、電子傳遞增加[5]、氧氣消耗、線粒體呼吸進而驅動三磷酸腺苷(ATP)的產生[6]。ATP是細胞中的通用能量來源,所有生物反應都必不可少,ATP數量即使是小幅增加也可以增強生物利用度(bioavailability),從而為細胞代謝功能提供動力。 反過來,LLLT通過改變線粒體或細胞氧化還原狀態可以誘導、觸發許多細胞內信號傳導途徑;改變與細胞遷移、增生、存活、組織修復等和再生有關的轉錄因子親和力[1]。 

 

圖一:線粒體內的電子傳遞鏈(呼吸鏈)

 

隨著低能量光療法的研究進展,越來越多證據顯示LLLT對健康的驚人益處,臨床研究開始探索紅光和近紅外線光療(簡稱紅光LLLT)的各種潛力,並用以治癒多種生理和精神疾病。

 

在紅光LLLT治療期間,紅光和近紅外線被細胞內的發色團吸收,體內的各種細胞和組織類型具有其獨特的光吸收特性,對不同波長有不同的反應。因此,紅光和近紅外線搭配使用,可以為身體的細胞和組織提供更大範圍的好處。

 

光生物學的第一定律指出,低功率可見光對活體生物系統要能產生影響時,光子必須被屬於某些分子發色團或光受體的電子吸收帶吸收[7]。找到該發色團的身份的其中一種方法是完成作用光譜(action spectrum)。這是代表生物光響應的圖,其為波長、頻率或光子能量的函數,且應該類似於光感受器分子的吸收光譜。結構化的作用光譜可以被構建的事實支持了這個假設:由光刺激細胞光受體和信號傳導途徑的存在。

 

第二個重要的考慮因素涉及組織的光學特性。組織中光的吸收和散射都是取決於波長,主要組織發色團(血紅蛋白)在短於600奈米(nm)的波長處具有高吸收帶。在波長大於1150nm時,水開始顯著吸收。由於這些原因,在組織中存在所謂的“組織光學窗口(tissue optical window)”,其中紅光和近紅外線波長的有效組織穿透是最大的(圖二)。因此,儘管藍色、綠色和黃色光可能對光學透明培養基中生長的細胞具有影響,但LLLT在動物和人類患者中的使用幾乎完全涉及紅光和NIR(600-950nm)。

 

圖二:組織光學窗口(圖片出處:Steve Tumilty

 

紅光的好處:紅光波長在630-700 nm之間,這是穿透皮膚細胞和皮脂腺的理想波長,有利於皮膚紋理和膚色,能撫平細紋、促進膠原蛋白生成,並使皮膚恢復活力。 

近紅外線的好處:近紅外線(Near-infrared light ; NIR)波長比紅光波長長,在700nm和1,100nm之間,它們可深入到組織中,為身體的細胞提供能量,並可以穿過骨骼,幫助治愈深層傷口、肌肉疼痛、神經損傷或關節疼痛。 最近的一項研究[8]甚至證明,以適當的劑量(強度X頻率)遞送近紅外線時,波長可以穿透至3cm的深度,以減輕與創傷性腦損傷相關的症狀,促進神經再生。進一步的臨床研究發現,近紅外線可以幫助減輕頭痛、焦慮、睡眠障礙和認知障礙[9]。

 

在圖三中,你可以看到波長630以上的紅光和近紅外線波長比光譜中的任何其他波長穿透的更深。

 

圖三:紅光和近紅外線對於組織的穿透

 

當紅光和近紅外線一起使用時,對皮膚、代謝過程、神經系統、內分泌系統和一般免疫系統產生積極影響。Dr.Tai能量帽(如圖四)就是提供這兩種效果最好的紅光(波長660nm)和近紅外線(波長 850nm)。

 

圖四:Dr.Tai能量帽

 

安全且無痛的治療

紅光LLLT與其他基於光的療法不同,因為它可以促進有益的癒合而不會對身體造成傷害。與高強度的脈衝光或雷射光通過對外層造成控治性傷害以刺激膠原蛋白(collagen)再生來改善皮膚外觀不同,紅光和近紅外線穿透皮膚表面,刺激深層癒合和細胞再生,而不會傷害外表皮。治療期間沒有疼痛、發熱或不舒服的感覺。此外,紅光LLLT至今尚未有明顯副作用的報導。

 

紅光LLLT恢復細胞健康:所有癒合的基礎

紅光LLLT最顯著的好處是它對身體細胞的影響,當我們的細胞以最佳效率或接近最佳效率作用時,對健康的益處是數不盡的。紅光LLLT對細胞的最關鍵功能之一是刺激膠原蛋白的產生。 膠原蛋白是體內最常見的蛋白質,佔皮膚(我們最大的器官)蛋白質的70%、體內蛋白質的30%。膠原蛋白可強化頭髮與結締組織的健康,並為使肌膚緊緻和彈性。隨著年齡的增長,膠原蛋白的產生減少,導致皮膚變薄、鬆弛,造成皺紋增加。而紅光LLLT恢復細胞功能,使膠原蛋白的產生也增加。

 

紅光LLLT益處的臨床報告

紅光LLLT具有悠久的歷史和強有力的科學證據,並且包括老年人在內的多數患者都能接受這樣的治療。此外,治療的副作用很少。 LLLT所展現的具體效果如下:

                                                                                                            

減肥和減脂

紅光LLLT療法不僅讓身體更有活力,研究人員還發現紅光LLLT會影響脂肪細胞(adipocytes),導致脂質(lipids)分散。換句話說,光療有助於身體除去脂肪細胞[10]。

 

近年來,在許多臨床試驗中已經看到紅光LLLT對降低脂肪、脂肪團和肥胖控制的積極作用。而且其與許多促進減肥的解決方案(例如藥物和手術)不同,紅光LLLT療法是一種安全、自然且無創的選擇,可以使身材更好、更健康。

 

發表於2011年“Journal of Obesity Surgery”的一項研究,進行了紅光治療身體輪廓的實驗。這項雙盲隨機研究對參與者進行了為期4週的光療,波長為635-680nm,並記錄了對腰圍尺寸的影響。在研究結束時,參與者在腰圍周長方面取得了統計學上的顯著減少[11]。

 

在2015年進行的一項研究評估了光療和運動對64名年齡在20至40歲的肥胖女性的影響。其中一組運動並接受紅光治療,而對照組只從事運動,他們得出的結論是,紅光LLLT和運動一起進行比單獨從事運動對減少脂肪更有效。研究人員還觀察到紅光LLLT和運動的組別,其骨骼肌質量有明顯的增加[12]。在2018年發表的一項對於肥胖年輕女性的研究中發現了類似的結果,實驗組遵循運動方案且結合紅光LLLT,而對照組則僅僅執行運動方案,進行運動和紅光LLLT的女性在脂肪量和胰島素變量方面發生了更顯著的變化[13]。

 

防止脫髮並刺激頭髮生長 [14~16]

脫髮(Alopecia)或掉髮是一種常見疾病,影響50%的40歲以上的男性和75%的65歲以上的女性,很少有被證實的有效治療方法。然而,研究表明,紅光LLLT可以刺激頭髮生長,紅光波長已被公認能刺激毛囊中的表皮幹細胞,將毛囊轉移到毛髮生長期(頭髮活躍生長的階段)。

 

幫助睡眠[17]

紅光是一種強而有力的睡眠促進因素,與綠光形成鮮明對比。有證據表明,這種形式的光在600-900nm的波長範圍內會誘導體內產生褪黑激素。褪黑激素是一種誘導睡眠的賀爾蒙,它是最根本的助眠劑,在紅光的照射下可以增加它的分泌產量。使用紅光在夜間入睡有一個額外的好處:在紅光光譜的遠端,紅外線已被證明可以促進癒合並促進線粒體(能量產生細胞)的再生,從而促進長期能量使用的改善。 

 

幫助老人失智症

近期的研究[18~20]表明,紅光LLLT在幫助患有老人癡呆症和阿茲海默症等疾病的精神衰退患者方面有著驚人的希望,由於LLLT既能減輕炎症反應,又能改善充氧作用(oxygenation)和血流量,因此治療後大腦功能有可能得到顯著改善。研究表明,在患有輕度和中度癡呆症且接受LLLT的患者中,認知、睡眠和心智功能得到了真正的改善,減少了焦慮,爆怒和徘徊。

 

減少發炎[21]

近紅外線藉由降低炎症標記物的存在來減少體內的整體發炎,這種炎症減少可以幫助緩解與關節疼痛、肌肉酸痛、自身免疫疾病、關節炎、創傷性腦損傷和脊髓損傷相關的症狀。

 

減輕疼痛

在一項臨床研究[22]中,脊髓損傷引起的神經性疼痛可透過應用紅光LLLT治療有顯著減少,進行這項研究的科學家稱之為“具有重要臨床意義且激勵人心的前景。”近紅外線藉由緩解關節的僵硬和酸痛、減輕發炎、緩解肌肉痙攣和增強血液流動來達到減輕整體的疼痛。

 

減少訓練和受傷後的恢復時間[23]

對於高性能運動員(以及像他們一樣訓練的運動員),紅光療法可以幫助加速疲勞和受傷後的肌肉修復,細胞內的線粒體對紅光療法特別敏感,肌肉細胞特別富含線粒體。另外紅光LLLT可刺激幹細胞,進一步幫助肌肉恢復。

 

提高生育率和增加睾丸激素濃度 [24]

大約30歲時,雄性睾丸激素濃度自然地開始下降。男性希望通過紅光LLLT獲得性衝動、性滿足感、生育能力和身體表現的自然提升,紅光和近紅外線可以刺激睾丸中的光感受器蛋白,從而導致更高的睾固酮產生。其他研究推測,紅光LLLT可能會影響大腦中的松果腺體,這對生殖有重要影響。

 

由於膠原蛋白的產生增加,皮膚看起來更健康更飽滿[25]

紅光LLLT對皮膚狀況的改善有顯著的幫助,紅光波長特別針對皮膚細胞內的線粒體發色團產生膠原蛋白,與僅重塑皮膚外層相比,膠原蛋白刺激對皮膚產生更全面和持久的好處。幹細胞也可以被激活,增加組織修復,結果是加速癒合和傷口修復,改善增生性疤痕的外觀、減少細紋和皺紋,以及改善皮膚紋理。一項研究的參與者經歷了臨床評估的皮膚膚色和膠原蛋白密度的改善。

 

改善血液循環(改善血液流動)[26]

在許多研究中,臨床證明紅光LLLT可以增加血管直徑並改善血液循環,此外,紅光LLLT還可以保護紅血球免受氧化應激,並限制外科手術過程中的血小板損失。

 

結論:

已有大量的臨床實驗證實屬於能量醫學一環的紅光LLLT對於解決廣泛的健康問題有顯著的效果,紅光LLLT對減輕癌症化療的副作用[27]及解決代謝相關問題的臨床研究也正如火如荼的進行中。其中,我最感興趣的研究範疇是紅光LLLT療法與中醫的經絡穴道系統或阿育吠陀脈輪系統互相結合的治療方式。光是一種電磁能量,而共振是電磁能量傳遞最快速有效的方式,所以當紅光LLLT療法與中醫的經絡穴道系統或阿育吠陀脈輪系統相結合,並進一步改良成為可隨時穿戴使用並可即時提供生理資訊回饋等功能,其治療的範圍,可以被合理地認為是全身性的而非只有光照射的區域。Dr.Tai能量帽的設計就是基於這樣的結合(如圖五)這個結合一旦被落實,居家化、個人化、精準化的紅光LLLT應用將把能量醫學提升到另一個更寬廣、更高層次的領域。

 

圖五: Dr.Tai能量帽與App

 

 

參考資料:

[1] Karu TI, Kolyakov SF. Exact action spectra for cellular responses relevant to phototherapy. Photomed Laser Surg. 2005;23(4):355–361.

[2] Oron U. Light therapy and stem cells: a therapeutic intervention of the future? Interventional Cardiology. 2011;3(6):627–629.

[3] Lane N. Cell biology: power games. Nature. 2006;443(7114):901–903.

[4] Wong-Riley MT, Liang HL, Eells JT, Chance B, Henry MM, Buchmann E, Kane M, Whelan HT. Photobiomodulation directly benefits primary neurons functionally inactivated by toxins: role of cytochrome c oxidase. J Biol Chem. 2005;280(6):4761–4771.

[5] Pastore D, Greco M, Petragallo VA, Passarella S. Increase in <--H+/e- ratio of the cytochrome c oxidase reaction in mitochondria irradiated with helium-neon laser. Biochem Mol Biol Int. 1994;34(4):817–826.

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[9] Theodore A. Henderson, Multi-watt near-infrared light therapy as a neuroregenerative treatment for traumatic brain injury, Neural Regen Res. 2016 Apr; 11(4): 563–565.

[10] Peterson P.S., Lei X, Wolf RM. CTRP7 deletion attenuates obesity-linked glucose intolerance, adipose tissue inflammation, and hepatic stress. American Journal of Physiology. Feb 2017;10:1152.

[11] Caruso-Davis MK, Guillot TS, Podichetty VK, Mashtalir N, Dhurandhar NV, Dubuisson O, Yu Y. Efficacy of low-level laser therapy for body contouring and spot fat reduction. Obes Surg. 2011. Jun;21(6):722-9.

[12] Sene-Fiorese M, Duarte FO, et al. The potential of phototherapy to reduce body fat, insulin resistance and "metabolic inflexibility" related to obesity in women undergoing weight loss treatment. Lasers Surg Med. 2015 Oct;47(8):634-42.

[13] da Silveira Campos RM, Dâmaso AR, et al. The effects of exercise training associated with low-level laser therapy on biomarkers of adipose tissue transdifferentiation in obese women. Lasers in Medical Science. 2018 Aug;33(6):1245-1254.

[14] Avci P, et al, Low-level laser (light) therapy (LLLT) for treatment of hair loss. Lasers Surg Med. 2014 Feb;46(2):144-51.

[15] Darwin E, et al, Low-level laser therapy for the treatment of androgenic alopecia: a review. Lasers Med Sci. 2018 Feb;33(2):425-434.

[16] Zarei M, et al, Low level laser therapy and hair regrowth: an evidence-based review, Lasers Med Sci. 2016 Feb;31(2):363-71.

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[20] Michael R Hamblin, Mechanisms and applications of the anti-inflammatory effects of photobiomodulation, AIMS Biophys. 2017; 4(3): 337–361.

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[22] Di Hu, Shuyu Zhu, and Jason Robert Potas, Red LED photobiomodulation reduces pain hypersensitivity and improves sensorimotor function following mild T10 hemicontusion spinal cord injury, J Neuroinflammation. 2016; 13(1): 200.

[23] https://www.degruyter.com/view/j/plm.2012.1.issue-4/plm-2012-0032/plm-2012-0032.xml

[24] Sergey Vladimirovich Moskvin , Oleg Ivanovich Apolikhin, Effectiveness of low level laser therapy for treating male infertility BioMedicine (ISSN 2211-8039) June 2018, Vol. 8, No. 2, Article 7, Pages 1-15

[25] José Carlos Tatmatsu Rocha, et al, Low-Level Laser Therapy (904nm) Can Increase Collagen and Reduce Oxidative and Nitrosative Stress in Diabetic Wounded Mouse Skin, J Photochem Photobiol B. 2016 Nov; 164: 96–102.

[26] D.A. Rogatkin , A.V. Dunaev, Stimulation of Blood Microcirculation at Low Level Laser Therapy: Monitoring Tools and Preliminary Data, Journal of Medical Research and Development (JMRD) Jan. 2014, Vol. 3 Iss. 1, PP. 100-106

[27] Judith A. E. M. Zecha,Low-level laser therapy/photobiomodulation in the management of side effects of chemoradiation therapy in head and neck cancer: part 2: proposed applications and treatment protocols, Support Care Cancer. 2016 Jun; 24(6): 2793–2805.

 

 

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