Effets de lasers en biomodulation et longueurs d'onde LLLT (Low Level Light Therapy)

 

Auteur : Dr Marcus Keck (75006)

Introduction

Depuis longtemps l’homme est sur les traces de ces lumières qui peuvent soigner.
Un des témoignages de l’ère moderne est le prix Nobel attribué en 1903 à Niels Ryberg Finsen pour son traitement du Lupus par « irradiation concentrée de lumière ».
Le traitement de l’ictère du nouveau-né par lumière en est un autre exemple parmi d’autres.
Mais quels sont les processus déclencheur dans la cellule, quels sont les effets biochimiques ?

Bases Physiques

La concentration de la lumière fait partie des critères définissant les lasers : une lumière cohérente dans l’espace et le temps alignée sur la même longueur d’onde, unidirectionnel (concentrée), monochromatique, un faisceau de photons en phase.
Aujourd’hui cette cohérence du faisceau ne semble plus indispensable, car des appareils de bio modulation à LED montrent des effets cliniques très similaires (1). Par simplification on parlera de Laser dans la suite de l’article.

C’est la longueur d’onde définie par la source d’un laser qui le place dans le spectre électromagnétique, soit dans la partie des lumières visibles ou dans la partie des lumières invisibles.
En fonction de cette longueur d’onde les effets sur les tissus vont être très variables. Pour obtenir un effet biostimulant pur, la longueur d’onde ne doit être que peu ou pas absorbée à la surface des
tissus et avoir une bonne capacité de pénétration pour pouvoir atteindre les tissus vasculaires.

Les effets lasers de la biomodulation sont réglés sur une puissance moyenne faible dénommée LLLT.

Pour obtenir un effet biostimulant, les lasers de la LLLT (Low Level Light Therapy) se situent entre 400 et 1000 nm en grande partie dans le spectre visible de la lumière.

Pour illustrer schématiquement on peut dire que la lumière autour des 400-600 nm, bleu, violet et ultraviolet est moins pénétrante car très absorbée par l’hémoglobine et son effet donc plus pour les tissus superficiels. Les longueurs d’ondes autour de 600-1000nm, les rouges et infrarouges, sont plus adaptés pour atteindre des couches de tissus plus profondes en raison de leur plus grande pénétration tissulaire.

Mais quel processus déclenche donc cette lumière pour provoquer un effet si positif sur l’organisme ?

 

Processus biochimique :

Contrairement aux plantes pour lesquelles la chlorophylle est le « photon-capteur », les cellules eucaryotes ne disposent pas d’un récepteur spécifique.
C’est dans la mitochondrie qu’on trouve une structure capable d’accueillir un photon : la cytochrome-c-oxydase permet grâce à un molécule de cuivre de capter le photon et joue ainsi un rôle crucial pour la bioénergie de la cellule :

Cet enzyme est en dernière place dans la chaine respiratoire et règle le transfert d’électrons du cytochrome C vers l’oxygène moléculaire. Le ferrocytochrome C est ainsi oxydé, l’oxygène réduit et la pompe protonique de la matrice mitochondriale vers les cytosols activés.  

Fig.1
                         

                                                                                                                                  
Effets cellulaires :

1) L’énergie libérée par ce processus d’oxydation-réduction est convertie en potentiel électrochimique à travers la membrane interne de la mitochondrie et ceci accélère la conversion de d’ADP en ATP.
ce plus d’énergie disponible permets au cellules de mieux répondre à une situation de stress comme une inflammation, une cicatrisation, une infection etc.

Fig. 2
2) une rétro-signalisation permet la régulation de la synthèse RNA/DNA permettant ainsi la transcription de gêne et par conséquent synthèse de protéines impliques dans la prolifération et la
migration cellulaire. (2)

                                                               

Fig. 3                                                      
                                                                         

3) l’inhibition ou la dissociation d’oxyde-nitrique NO qui empêche dans une cellule sous stress de lier l’oxygène à la cytochrome c oxydase est reporté à l’effet photonique de la bio stimulation.
(3,4)
 

Fig. 4

4) augmentation des DRO (dérives réactifs de l’oxygène): la production des quatre dérivés de l’oxygène est augmenté sous l’effet de la bio stimulation. L’oxygène singulet, le super oxyde, le peroxyde d’hydrogène et l’hydroxyde sont produit davantage, tous ont une action anti microbienne. (ROS - Reactive Oxygene Species en anglais dans le schéma)
(Hamblin)

 

 

Fig. 5

 

Effet dose-dépendant

Pour la LLLT le principe de « plus fait plus » ne s’applique pas. La réponse tissulaire est dite bi-phasic, à partir d’une certaine énergie d’irradiation photonique les effets d’activation cellulaire s’arrêtent et peuvent même avoir un effet négatif, inhibitive (6).
Ces doses sont très difficiles à quantifier, car ceci dépend du tissu cible et souvent on est face à un mélange de tissu. En cas de thérapie de biomodulation avec une lampe type ATP 38 (biotech dental) les programmations d’irradiation sont validées par le constructeur et à suivre.
La biomodulation avec une lentille défocalisante d’un laser va dépendre du « paramètre praticien », mais le patient non anesthésié va ressentir la chaleur douce dégagée par la laser et avec son feed-back guider le praticien dans l’application qui dure en générale entre 30 et 60 secondes.

 

                    
Fig. 6

Résumé

Il n’y a donc pas seulement un mais plusieurs effets au niveau cellulaire déclenchés par la bio modulation. Une quantification des ces effets reste difficile à évaluer, mais le nombre de spécialités médicales et paramédicales utilisant la bio modulation est en constante progression.

Littérature :

TIINA I. KARU, PhD., LUDMILA V. PYATIBRAT, M.S., SERGEI V. MOSKVIN Ph.D., SERGEI ANDREEV, Ph.D.; VLADILEN S. LETKHOV, Ph.D.
Elementary process in cells after light absorption do not depend on the degree of polarization: implications for the mechanism of laser phototherapy                                                                                         Photomedecine and Laser Surgery Volume 26, Number 2, 2008, Mary Ann Liebert Inc. Pp. 77-82

(2) PASSARELLA S., KARU T.
Absorption of monochromatic and narrow band radiation in the visible and near IR by both mitochondrial and non-mitochondrial photoreceptors results un photobiomodulation
J Photochem Photobiol B. 2014; 140: 344-58
(3) FARIVAR S., MALEKSHAHAB T., SHIARI R.
Biological Defector Low Level Laser Therapy
J LasersMed Sci. 2014; 5(2):58)-62
(4) DE FREITAS LF, HAMBLIN MR.
Proposed Mechanism of Photobiomodulation or Low-Level Light Therapy.
J Sel Top Quantum Electron Publ. IEEE Lasers Electro-Opt Soc. 2016; 22(3 )
(5) HAMBLIN MR, ABRAHAMSE H;
Oxygen-Independant Antimicrobial Photoinactivation: Type IIPhotochemical Mechanism?
Antibiotics 2020,9,53;
(6) HUANG YY , SHARMA SK, CAROLL J, HAMBLIN MR
Biphasic dose response in low level light therapy
Dose Response 2009 Sep 1;7(4): 358-83

Illustrations:
1, 3 et 4  HUANG YY , SHARMA SK, CAROLL J, HAMBLIN MR
Biphasic dose response in low level light therapy
Dose Response 2009 Sep 1;7(4): 358-83
2 CAROLL JD, MILWARD MR, COOPER PR, HADIS M, PALIN WM;
Developments in low level light therapy (LLLT) for dentistry.
Dent Mater 2014; 30(5): 465-75
5 HAMBLIN MR, ABRAHAMSE H;
Oxygen-Independant Antimicrobial Photoinactivation: Type IIPhotochemical Mechanism?
Antibiotics 2020,9,53;