Влияние различных длин волн лазеров на клетки кожи (часть 2)

Продолжаю знакомить вас с публикацией, вышедшей в журнале «International Journal of Molecular Science» в марте 2021 года.

В прошлой статье мы кратко обсудили возможности применения лазеров и то, как они взаимодействуют с кожей.

Пришло время ознакомиться подробнее с основными видами излучения и тем, какое именно влияние они оказывают на клетки кожи.

Особенности воздействия лазеров разных длин волн

Давайте подробно рассмотрим особенности воздействия УФ-света (10–400 нм), синего (450–495 нм), зеленого (495–570 нм), красного (620–740 нм) и инфракрасного (780 нм – 1 мм) спектров на клетки кожи.

УФ-свет 10–400 нм

Ультрафиолетовое излучение - универсальный источник неионизирующего излучения, испускаемого солнцем, необходимо для возникновения жизни и ее развития на Земле.

УФ-излучение делится на три диапазона с различными биологическими свойствами: UVC (200–280 нм), UVB (280–320 нм) и UVA (320–400 нм).

Озоновый слой блокирует большую часть UVC, но только 5% UVB. Часть UVB, не блокируемая озоновым слоем, проникает через поверхностные слои эпидермиса и может достигать верхних слоев дермы. UVA поглощается более глубокими слоями дермы.

Есть три основных типа УФ-лазеров. Во-первых, измененный неодимовый лазер, в котором длина волны 1064 нм понижается до 353 нм с помощью специального кристалла.

Второй тип - это газовый (эксимерный) лазер, обычно применяемый при лечении псориаза. Третий тип - лазер на парах металлов.

Доказано, что УФ-излучение оказывает неблагоприятное воздействие на кожу, в том числе повреждение клеток, фотостарение и канцерогенез.

Кроме того, поглощение излучения хромофорами кожи или образование реактивных свободных радикалов (активных форм кислорода - АФК) из воды, присутствующей в коже, вызывает её преждевременное старение, изменение пигментации и потерю коллагена.

УФ-излучение влияет в основном на кератиноциты, которые, в свою очередь, начинают выделять противовоспалительные цитокины: IL-1α, IL-1β и IL-6.

UVB облучение вызывает в фибробластах значительно более высокую продукцию АФК, повреждение ДНК и нарушение митохондрий, что приводит к апоптозу, снижению пролиферации клеток и фиброзу кожи.

Однако фототерапия УФ-светодиодами 310 и 340 нм ослабляет секрецию белков, ответственных за атопический дерматит, что снижает инфильтрацию тучных клеток и воспалительные процессы, зуд, сухость, эритему и отек.

Синий свет 450–495 нм

Ученые предполагают, что прямое и продолжительное воздействие синего света, как и УФ-излучения, способствует старению кожи и канцерогенезу.

Однако некоторые данные говорят о том, что синий свет может использоваться в терапии келоидов и фиброза. В основном же лазеры синего света используются для лечения акне.

В Японии были проведены исследования о влиянии лазера (450 нм, 84 Дж/см2) на устойчивый к метициллину грибок Staphylococcus aureus. Оказалось, что синий свет может уничтожить 70% бактерий, не затрагивая кератиноциты человека.

Несмотря на эти многообещающие результаты, предполагающие противогрибковые свойства голубого лазера, синие светодиоды увеличивают производство активных форм кислорода, ингибируют пролиферацию и снижают скорость миграции человеческих фибробластов.

Совместная работа голландских и британских учёных показала способность синего света активировать опсины для заживления кожных ран и восстановления функции эпидермального барьера человека.

В последние годы использование лазеров находит применение в различных дерматологических методах лечения, включая фотодинамическую терапию при дневном свете (d-PDT).

Этот метод широко используется при лечении актинического кератоза (АК), поскольку он значительно снижает боль. Кроме того, d-PDT-терапия позволяет обрабатывать большой участок кожи, лечить несколько поражений у одного и того же пациента или нескольких пациентов одновременно.

D-PDT также была одобрена в США и европейских странах в качестве терапии болезни Боуэна, поверхностной базально-клеточной и в некоторых случаях тонкой узловой карциномы.

Фотодинамическая терапия также возможна для лечения вульгарных угрей. В последнее время исследователи пытаются улучшить эту технику и заменить дневной свет искусственными источниками.

Зеленый свет 495–570 нм

Зеленые лазеры обычно используются для лечения кожи в сочетании с красным и желтым светом, особенно у пациентов с акне.

Зеленый свет также оказывает лечебный эффект на хронический склеротический лишай, базально-клеточную карциному и винные пятна (PWS).

Другие исследования, проведенные с участием 20 пациентов с актиническим кератозом головы, показали, что всего 3 сеанса фотодинамической терапии с красным или зеленым светом вызвали ремиссию заболевания.

Однако пациенты, которые лечились красным светом, испытывали большую боль, чем пациенты, лечившиеся зеленым светом. Вероятно, это вызвано тем, зеленый свет не проникает в кожу так глубоко, как красный, и не раздражает нервные волокна.

Исследования показывают, что облучение зеленым светом достаточно безопасно и дает более многообещающие результаты, чем облучение красным или инфракрасным светом.

Красный лазер (620–740 нм)

Теодор Майман сконструировал первый лазер красного света (рубиновый лазер) ещё в 1960 году, однако он до сих пор используется для удаления татуировок, родинок и эпиляции волос.

Облучение красным лазером усиливает синтез проколлагена, экспрессию коллагена и высвобождение основного фактора роста фибробластов.

Довольно необычное исследование эффектов красного и синего лазеров было проведено в Китае. В нём эффекты облучения лазером 405 нм и 630 нм были протестированы на кератиноцитах, обработанных куркумином. Авторы заявляют, что эта необычная комбинация может быть эффективной в регулировании скорости пролиферации и апоптоза обработанных клеток.

В Корее было проведено исследование о защитном воздействии на кожу красного света от UVB-излучения. Было показано, что красный свет модулирует нормальные фибробласты, увеличивая экспрессию генов, ответственных за усиление адаптивного ответа на окислительно-восстановительный баланс, и тех генов, которые играют важную роль в процессах восстановления ДНК.

Ученые из Гонконга показали, что эффекты облучения красным светом на клетки фибробластов человека зависят от многих факторов, таких как доза энергии, длина волны лазера и условия культивирования клеток.

ИК-лазер (780 нм – 1 мм)

Самые популярные лазеры, используемые при лечении кожи, - это лазеры, излучающие инфракрасный (ИК) свет.

Спектр применения ИК-лазеров весьма широк, особенно в медицине. Обычно используемые устройства - это лазеры Er: Yag и Nd: Yag.

Как и во всех лазерах, биологические эффекты светового излучения зависят от молекулы фотоакцептора. Двумя основными типами хромофоров для ИК-света являются внутриклеточная вода и цитохромоксидаза.

Поскольку спектр электромагнитного поглощения воды в основном находится в ИК-области, поглощение фотонов в этих спектрах приводит к увеличению внутриклеточной температуры. Следовательно, биологический ответ клетки или ткани на ИК-излучение частично вызван генерируемым тепловым эффектом.

Лазеры ближнего инфракрасного диапазона предлагаются в качестве вероятного инструмента для будущей синергетической фототерапии рака.

Также исследователи считают, что модулированный Nd: YAG-лазер можно использовать для борьбы с фотостарением.

Оценивалось также влияние фотобиомодуляции (PBM) на заживление ран и микробную флору. PBM (890 нм) значительно снижет колониеобразующие единицы (КОЕ), улучшает скорость заживления ран и подвижность суставов в пораженной конечности.

Ученые полагают, что PBM поддерживает заживление ран за счет того, что иммунные клетки, в основном нейтрофилы и макрофаги, снижают локальное потребление кислорода, стимулируя лейкоциты для повышения их фагоцитарной активности и кератиноциты для их дифференцировки.

Заключение

Патрик Биттер, доктор медицины из Калифорнии, в 2016 году представил безопасный протокол лечения акне с помощью лазера, который включал 6-8 сеансов, каждый из которых состоит из трех этапов с использованием только одного устройства, но с разными длинами волн на каждом этапе.

На первом этапе использовался мощный синий свет с широкой зоной действия для уничтожения бактерий, вызывающих прыщи.

Во втором случае одновременно желтый и красный свет с меньшей площадью действия применялись для стимуляции неоколлагенеза и оказания противовоспалительного действия.

На последнем этапе использовался ИК-свет для поддержания эффекта лечения и предотвращения рецидивов.

Этот протокол привел к тому, что 80% пациентов полностью избавились от акне или достигли, по крайней мере, 75% улучшения их состояния.

Первые видимые улучшения появились уже через 2–3 дня, а через 1–3 недели после лечения исчезли 1-2-летние рубцы.

Итак, как мы увидели, лазеры имеют широкий спектр применения в медицине, особенно в дерматологии, где требуется стимуляция заживления, сокращение апоптоза и некроза, а также омоложение кожи.

Однако до сих пор ведутся споры о том, какие длины волн лазерного излучения и/или их комбинация дают самые лучшие результаты, и как их применять с наибольшей эффективностью при наименьших рисках.

Статья подготовлена: Aleksandra Cios et al.

Адаптированный перевод: Олеся Смагина, помощник директора центров эпиляции «Вселенная красоты»

Источник:

Cios, A., Cieplak, M., Szymański, Ł., Lewicka, A., Cierniak, S., Stankiewicz, W., Mendrycka, M., & Lewicki, S. (2021). Effect of Different Wavelengths of Laser Irradiation on the Skin Cells. International journal of molecular sciences, 22(5), 2437.