نتائج الأضواء الضوئية الدماغية الأولي من قياس التأكسج الدماغي الإقليمي والتصوير الحراري

قامت شركة سويزيكو بالبحث في منتج جديد. آلة التشكيل الضوئي للدماغ ، قضت شركتنا أكثر من عام واحد للبحث في المنتج ، ودعا الأستاذ لإجراء بحث لنا. انظر المقالة التالية للحصول على التفاصيل.

وحدة الأبحاث الخاصة بطب الليزر التكميلي والتكامل ، وحدة أبحاث الهندسة الطبية الحيوية في التخدير وطب العناية المركزة ، ومركز أبحاث TCM ، جامعة غراتس الطبية ، أوينبروجغربلاتز 39 ، EG19 ، 8036 غراتس ، النمسا ، النمسا

تلقي: 4 يناير 2019 / مقبول: 15 يناير 2019 / المنشورة: 16 يناير 2019

الملخص:

يتم تقديم قطعة جديدة من المعدات لضوء الدماغ الصمام الثنائي LED (الخفيف). وتظهر النتائج الأولية من تشبع الأكسجين الدماغي الإقليمي ومن التصوير الحراري قبل وأثناء وبعد التحفيز. يوفر الإجراء طريقة جديدة لقياس التأثيرات البيولوجية للطريقة العلاجية المبتكرة المحتملة. ومع ذلك ، فإن القياسات الإضافية ضرورية للغاية.

الكلمات الدالة:

photobiomodulation مخ؛ LED (الصمام الثنائي المنبعث للضوء) التحفيز ؛ العلاج بالضوء؛ الطول الموجي السكتة الدماغية؛ مرض عقلي؛ الأمراض العقلية ؛ تشبع الأكسجين الدماغي الإقليمي. تصوير حراري؛ خوذة LED

يمكن أن تكون ثنائيات ضوئي الدماغ (PBM) مع الأحمر إلى الأشعة تحت الحمراء (NIR) للضوء المنبعث (LED) علاجًا مبتكرًا لمجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والنفسية [1]. يمكن للضوء الأحمر/NIR أن يحفز مجمع سلسلة الجهاز التنفسي الميتوكوندريا IV (السيتوكروم C أوكسيديز) ويزيد من تخليق ATP (adenosintriphosphate) [1،2،3]. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي امتصاص الضوء بواسطة القنوات الأيونية إلى إطلاق CA2+ وإلى تنشيط عوامل النسخ والتعبير الجيني [1]. يمكن أن يحسن علاج الدماغ PBM القدرة الأيضية للخلايا العصبية ويكون قادرًا على تحفيز الاستجابات المضادة للالتهابات ومضادة الخلايا المبرمج ومضادات الأكسدة وكذلك تكوين الأعصاب والتكوين [1]. تشير النتائج إلى أن PBM قد تعزز ، على سبيل المثال ، وظائف الدماغ الأمامية للبالغين الأكبر سنًا بطريقة آمنة وفعالة من حيث التكلفة [4].
تقدم هذه المقالة جزءًا جديدًا من معدات LED (الشكل 1) لالتقاط ضوئي الدماغ بما في ذلك النتائج الأولية من القياسات الطيفية القريبة من الأشعة تحت الحمراء والتصوير الحراري.

الشكل 1. القياس الأول مع خوذة التصوير الضوئي المبتكر LED (الصمام الثنائي الناقص للضوء) (النموذج الأولي من Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited ، الصين)) في مركز أبحاث TCM في جامعة طبية غراتس ، النمسا ، أوروبا أداء في 25 ديسمبر 2018 .

لقد تم بالفعل الانتهاء من أول تجارب أساسية وسريرية واعدة فيما يتعلق بالضوء الضوئي في الدماغ ؛ ومع ذلك ، لا يزال هناك حاليًا نقص في الأجهزة المفيدة للإجراءات العلاجية [1،2،3،4،5،6،7،8]. طورت سويزكو (شنتشن قوانغيانغ تشونغكانج تكنولوجي المحدودة ، الصين) نموذجًا أوليًا لمثل هذا الجهاز المبتكر. في مركز أبحاث TCM (الطب الصيني التقليدي) (رئيس مجلس الإدارة: جيرهارد ليتشر) من جامعة غراتس الطبية ، تم إجراء قياسات الاختبار الأولى مع هذا البناء (الشكل 1). يتم تقديم البيانات الأولية لهذا القياس التجريبي هنا.

تعتمد المعدات حاليًا على LED الأشعة تحت الحمراء باستخدام طول موجة 810 نانومتر. لقد أثبت هذا الطول الموجي مؤخرًا (2018) ليكون أحد الأفضل في تحفيز الليزر/الضوء عبر الجمجمة [9]. تم تأكيد النتائج من خلال القياسات التي يؤديها فريق البحث لدينا [5،6،7،8،10].

بالنسبة لخوذة التحفيز الجديدة ، تم استخدام 256 مصابيح LED ذات الطول الموجي 810 نانومتر (الشكل 2). تم إجراء التحقيقات مع جميع المصابيح (ن = 256) في الوضع النشط (60 ميجاوات ؛ LED واحد ؛ 24 ميجاوات/سم 2 ؛ ~ 15 وات خوذة كاملة). كانت مدة التحفيز 15 دقيقة. يوضح الشكل 2 أيضًا انتقال الضوء للجمجمة البشرية (الجانب الأوسط والأيام). لمزيد من الحسابات لعامل الإرسال ، انظر المنشورات السابقة [6،7،8،9،10،11].

الشكل 2. خوذة من Suyzeko (Shenzhen ، الصين) لعلاج ضوئي محتمل للدماغ (3 يناير 2019).

تم إجراء قياسات التغيرات في تشبع الأكسجين الدماغي الإقليمي (RSO2) باستخدام أداة تأكسج INVOS 5100C (Somanetics Corp. ، Troy ، MI ، الولايات المتحدة الأمريكية). بالقرب من التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، توجد طريقة غير موسعة لقياس RSO2though من الجمجمة السليمة التي تم تطبيقها بنجاح في البحوث الطبية الأساسية والمؤشرات السريرية لسنوات عديدة [6]. ينبعث الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء (730 و 805 نانومتر) من خلال الجلد ، وبعد تمرير أنواع مختلفة من الأنسجة (الجلد والعظام) ، يتم اكتشاف الضوء الذي تم إرجاعه على مسافة من مصدر الضوء (3 و 4 سم). بناءً على هذا المبدأ ، يمكن تحديد الامتصاص الطيفي للدم في الهياكل الأعمق (2-4 سم) وتعريفه على أنه RSO2 [5،12]. تم تطبيق أجهزة الاستشعار في المنطقة الأمامية على الجوانب اليمنى واليسرى لأدمغة المتطوع الصحي (انظر الشكل 1). لتقليل تأثير الضوء الخارجي ، تمت تغطية الرأس في هذه المنطقة بشريط مرن أثناء إجراء التسجيل والتحفيز. بعد وقت يستريح لمدة 20 دقيقة ، تم تشغيل التحفيز LED. يشار إلى نتائج الأقسام الثلاثة (قبل (20 دقيقة) ، خلال (15 دقيقة) ، وبعد التحفيز (20 دقيقة)) تحفيز LED. وتظهر التغييرات في درجة الحرارة في الشكل 4.

الشكل 3. نتائج القياس التجريبي الأول مع خوذة التحفيز LED من سويزيكو (شنتشن ، الصين). لاحظ الزيادة في تشبع الأكسجين الدماغي الإقليمي أثناء وبعد التحفيز على الجانب الأيسر والأيمن.

الشكل 4. نتائج التصوير الحراري لقياس الطيار الأول باستخدام خوذة التحفيز الجديدة. لاحظ الزيادة في درجة الحرارة على الخوذة (الصف العلوي ؛ A قبل ، B أثناء ، و C بعد التحفيز) على الجبهة (الصف الأوسط ؛ D - F) وعلى الذقن (الصف السفلي ؛ G -I).

تم تطوير علاج PBM منذ أكثر من 50 عامًا ؛ ومع ذلك ، لا يوجد أي اتفاق مشترك على المعلمات والبروتوكولات لتطبيقها السريري. أوصت بعض فرق البحث باستخدام كثافة الطاقة التي تقل عن 100 ميجاوات/سم 2 وكثافة الطاقة من 4 إلى 10 ي/سم 2 [11]. توصي مجموعات أخرى ما يصل إلى 50 ي/سم 2 على سطح الأنسجة [11]. يمكن تطبيق المعلمات مثل الطول الموجي ، والطاقة ، والفلهية ، والطاقة ، والشعور ، ووضع النبض ، ومدة العلاج ، ومعدل التكرار في نطاق واسع. أظهرت نتائجنا الأولية الحالية استجابة واضحة لـ RSO2 الدماغية فيما يتعلق بتحفيز LED. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن درجة الحرارة زادت بشكل كبير ، ويجب أن تؤخذ هذه الآثار في الاعتبار في مزيد من الدراسات بالتفصيل. هناك أيضًا حقيقة أن الدراسات غير الفعالة في الخلايا ذات النشاط العالي للميتوكوندريا يبدو أنها ترجع في كثير من الأحيان إلى زيادة الجرعات من التقليل من الجرعات [11]. لذلك ، فإن الدراسات السريرية المتعلقة بجرعات التحفيز المثلى ضرورية.

يبدو أن PBM عبر الجمجمة واعدة لعلاج الأمراض العقلية المختلفة. Pitzschke et al. [13] قام أيضًا بقياس انتشار الضوء في مناطق مختلفة من مرض الشلل الرعاش (PD)-أنسجة الدماغ العميقة ذات الصلة أثناء الإضاءة عبر الجمجمة والانتقال (في 671 و 808 نانومتر) من رأس الجثة والمعلمات البصرية على غرار أنسجة الدماغ البشرية باستخدام مونتي- محاكاة كارلو. توضح هذه الدراسة أنه من الممكن أيضًا إلقاء الضوء على أنسجة الدماغ العميقة عبر الكربون و transsphenoidally. هذا يفتح الخيارات العلاجية لمرضى PD أو غيرها من الأمراض الدماغية التي تستلزم العلاج بالضوء [13].

كان هناك العديد من التحقيقات المتعلقة بالآثار الضارة المحتملة ل LED PBM. على سبيل المثال ، مورو وآخرون. استكشاف آثار التطبيق على المدى الطويل ، حتى 12 أسبوعًا ، من PBM (670 نانومتر) في القرود الطبيعية الساذجة. لم يجدوا أي أساس نسيجي لأي مخاوف رئيسية تتعلق بالسلامة الحيوية المرتبطة بـ PBM التي يتم تسليمها بواسطة نهج داخل الجمجمة [14]. كما أشار هينيسي وهامر إلى السلامة المحددة بالفعل والافتقار الملحوظ للآثار الضارة لـ PBM عبر الجمجمة [2].

النتائج الأولية واعدة جدا؛ ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من العمل البحثي من أجل أن تكون قادرًا على استخدام ، على سبيل المثال ، هذا النوع الجديد من PBM كطريقة علاجية. يعتقد العديد من الباحثين أن PBM مع LED و/أو ليزر لاضطرابات الدماغ ستصبح واحدة من أهم التطبيقات الطبية للعلاج الخفيف في السنوات والعقود القادمة [3].

التمويل
لم يتلق هذا البحث أي تمويل خارجي.
شكر وتقدير
يود المؤلف أن يشكر Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited ، Shenzhen ، الصين على المعدات LED الجديدة وأجهزة استشعار NIRS. كما يريد أن يشكر دانييلا ليتشر ، ماجستير دكتوراه لمساعدتها القيمة في تسجيل البيانات. يتم دعم العمل العلمي في مركز TCM للأبحاث Graz جزئيًا من قبل وزارة العلوم الفيدرالية النمساوية والبحث والاقتصاد.
تضارب المصالح

يعلن المؤلف أي تضارب في المصالح.

مراجع
Salehpour ، F. ؛ محمدي ، ج. كاماري ، و. Sadigh-Eeteghad ، S. ؛ راستا ، ش ؛ Hamblin ، MR Brain Photobiomodulation Therapy: مراجعة سردية. مول. Neurobiol. 2018 ، 55 ، 6601–6636. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [PubMed]
هينيسي ، م. Hamblin ، السيد Photobiodulation والدماغ: نموذج جديد. J. Opt. 2017 ، 19 ، 013003. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hamblin ، السيد Shining Light على رأسه: photobiodulation لاضطرابات الدماغ. كلين BBA. 2016 ، 6 ، 113-124. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [PubMed]
تشان ، كما ؛ لي ، TL ؛ يونغ ، MK ؛ Hamblin ، MR Photobiodulation يحسن الوظيفة الإدراكية الأمامية للبالغين الأكبر سنًا. int. J. Geriatr. الطب النفسي 2018. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
Litscher ، G. G. Transcranial Laser Breatulation Research-A New Helmet and First Data من التحليل الطيفي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. الأدوية 2018 ، 5 ، 97. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
Litscher ، G .؛ Litscher ، D. الجوانب العلمية لطب الليزر المبتكرة. في الوخز بالإبر بالليزر وطب الليزر المبتكرة ؛ Bahr ، F. ، Litscher ، G. ، eds. ؛ Bahr & Fuechtenbusch: ميونيخ ، ألمانيا ، 2018 ؛ الفصل 3؛ ص. 13-77. [منحة جوجل]
ليتشر ، د. Litscher ، G. العلاج بالليزر والسكتة الدماغية: القياس الكمي للمتطلبات المنهجية في النظر في الليزر الأصفر. int. J. PhotoEnergy 2013 ، 2013 ، 575798. [Google Scholar] [CrossRef]
ليتشر ، د. Litscher ، G. Laser Therapy والخرف: تحليل قاعدة البيانات والجوانب المستقبلية على الأنظمة القائمة على LED. int. J. PhotoEnergy 2014 ، 2014 ، 268354. [Google Scholar] [CrossRef]
وانغ ، ص. Li ، T. أي طول موجي هو الأمثل لتحفيز الليزر منخفض المستوى transcranial؟ J. Biophotonics 2018 ، E201800173. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [PubMed]
Litscher ، G .؛ مين ، ل. Passegger ، كاليفورنيا ؛ ليتشر ، د. لي ، م. وانغ ، م. غافاري تابريزي وايزسي ، ن. ستيلزر ، أنا ؛ Feigl ، G .؛ Gaischek ، أنا ؛ وآخرون. التحفيز الصفراء والأحمر والأشعة تحت الحمراء والرياضة LED: تغييرات في المعلمات الوعائية في نموذج الجنين الفرخ. دمج. ميد. int. 2015 ، 2 ، 80-89. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef]
زين ، ر. Selting ، W .؛ Hamblin ، MR Review of Light Parameters وفعالية photobiodulation: القيادة إلى التعقيد. J. Biomed. يختار، يقرر. 2018 ، 23 ، 120901. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher ، G .؛ Schwarz ، G. Transcranial دماغية التأكسج ؛ Pabst Science Publisher: Lengerich ، ألمانيا ، 1997. [الباحث العلمي من Google]
Pitzschke ، أ. لوفيسا ، ب. سيدوس ، س. Zellweger ، م. Pfleiderer ، م. Tardy ، Y. ؛ Wagnières ، G. Red و Nir قياس الجرعات في الدماغ العميق البشري. فيزياء. ميد. بيول. 2015 ، 60 ، 2921–2937. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [PubMed]
مورو ، ج. توريس ، ن. Arvanitakis ، K. ؛ كولين ، ك. شبرول ، ج. أغاي ، د. دارلوت ، ف. بينابيد ، آل ؛ Mitrofanis ، J. لا يوجد دليل على السمية بعد التحول الضوئي على المدى الطويل في الرئيسيات غير البشرية الطبيعية. إكسب. الدقة الدماغ. 2017 ، 235 ، 3081-3092. [الباحث العلمي من Google] [CrossRef] [PubMed]