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Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation

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Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation Empty Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation

Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:25

Voici une "revue" (ResearchGate) qui examine l'impact de la thérapie par la lumière IR et proche IR 
Examen des paramètres de lumière Infra Rouge et de l'efficacité de la photobiomodulation
*) [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] 
Review of light parameters and photobiomodulation efficacy: Dive into complexity.
In Journal of Biomedical Optics 23(12):1 · December 2018. Randa Zein et al. DOI: 10.1117/1.JBO.23.12.120901

PDF disponible sur ResearchGate.

Abstract:

Photobiomodulation (PBM) therapy, previously known as low-level laser therapy, was discovered more than 50 years ago, yet there is still no agreement on the parameters and protocols for its clinical application. Some groups have recommended the use of a power density less than 100 mW/cm2 and an energy density of 4 to 10 J/cm2 at the level of the target tissue. Others recommend as much as 50 J/cm2 at the tissue surface. The wide range of parameters that can be applied (wavelength, energy, fluence, power, irradiance, pulse mode, treatment duration, and repetition) in some cases has led to contradictory results. In our review, we attempt to evaluate the range of effective and ineffective parameters in PBM. Studies in vitro with cultured cells or in vivo with different tissues were divided into those with higher numbers of mitochondria (muscle, brain, heart, nerve) or lower numbers of mitochondria (skin, tendon, cartilage). Graphs were plotted of energy density against power density. Although the results showed a high degree of variability, cells/tissues with high numbers of mitochondria tended to respond to lower doses of light than those with lower number of mitochondria. Ineffective studies in cells with high mitochondrial activity appeared to be more often due to over-dosing than to under-dosing.


Dernière édition par Luc le Mer 5 Fév 2020 - 18:45, édité 1 fois

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Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation Empty Re: Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation

Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:27

Commentaire additionnel (LucH)
Tous les résultats ne vont pas dans le même sens, mais c’est souvent dû à une méthodologie ou un contexte différent. Néanmoins, certains enseignements vont dans le même sens dans la plupart des études in vivo.
- Les quelques études qui ont montré une absence d’effets positifs n’étaient pas toutes effectuées avec les bons paramètres. Il y a pas mal de paramètres qui interagissent.
- On ne traite pas généralement les tissus en profondeur (muscle, cœur, foie, rein et cellules, plus riches en mitochondries, à l’exception notoire des os) avec la même longueur d’onde que pour les autres tissus, superficiels. Ça, c’est surtout valable si l’objectif est de favoriser l’absorption de l’énergie par l’enzyme cytochrome c oxydase, au cœur des mitochondries.  
- La longueur d'onde affecte la pénétration tissulaire. Les longueurs d'onde plus courtes (600 à 700 nm) sont considérées comme les meilleures pour traiter les tissus superficiels, tandis que les longueurs d'onde plus longues (780 à 950 nm) sont préférées pour traiter les tissus plus profonds. Les longueurs d'onde rouges pénètrent de 0,5 à 1 mm et l'énergie proche infrarouge pénètre 2 mm avant de perdre 37% de son intensité.
- Les études suggèrent que la relation entre la longueur d'onde et la fluence (J∕cm2) est cruciale. Si la cible est la CCO (cytochrome c oxydase), il est bien admis que la lumière rouge (630 à 670 nm) ou la lumière proche infrarouge (780 à 940 nm) auront des effets positifs, en utilisant des fluences dans la plage de stimulation comprise entre 3 et 10 J ∕ cm2.
- La combinaison de deux longueurs d'onde donne un effet supplémentaire de PBM, avec une durée de l’impact différent : Les effets du proche IR perdurent au-delà de 14 jours.
- Il est adéquat de se fier au ressenti pour adapter le traitement. Un échec est plus souvent dû à un surdosage qu’un sous-dosage.

Edit: Si ce que vous venez de lire ressemble à du "chinois", commencez d'abord par cet article 
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
Respirez un coup et prévoyez un soutien:  Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation 2969150256  Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation 4021751308
ça vaut le détour ! Même si ça prendra du temps avant que vous concrétisiez. Moi, ça m'a pris un an. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]


Dernière édition par Luc le Mer 5 Fév 2020 - 18:51, édité 2 fois

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Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation Empty Re: Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation

Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:29

Extraits issus du PDF. Si vous n’avez pas un bon esprit de synthèse, abstenez-vous ou il faudra prendre de l’aspirine, en plus. Wink
- Excerpt 1:
At very low levels of irradiation, photons are absorbed by subcellular chromophores present inside intracellular organelles, most notably, mitochondria. Absorption of energy by cytochrome C oxidase (CCO) in the mitochondrial respiratory chain is the primary initiating interaction triggering PBM effects. ( 8 ) Both adenosine triphosphate (ATP) production and oxygen consumption by the cells increase. This may lead to changes in nitric oxide (NO) levels, activation of secondary messenger pathways, activation of transcription factors, and growth factor production. (9) At this very low level, energy is absorbed by the cell but at such low amounts of energy that there are no observable gross changes (temperature or photochemical damage).
As the number of absorbed photons increases, stimulation of cellular metabolism, as noted above, begins to affect cellular activity, producing positive PBM effects. Both the number of photons and rate at which they are delivered has a significant influence on the response. (10, 11)
As the number of photons increases beyond a particular level, the cellular stimulation disappears, and if the number of photons is even further increased, inhibition and cellular damage occurs. Current theories suggest that the mitochondrial membrane potential having reached a maximum at the optimum dose declines back to baseline and can be lowered below baseline by excessive doses of light. (12) ATP reserves within the cell begin to be depleted by excessive doses of light compromising the positive cellular function. Production of excessive reactive oxygen species (ROS), which can be toxic, release of excessive free NO, which can damage cells, and activation of a cytotoxic mitochondrial-signaling pathway leading to apoptosis are also possible theories. At still higher levels of irradiation, depletion of cellular energy reserves or excess levels of the factors noted above become so significant that cellular metabolism falls below normal intrinsic levels and function is actually inhibited eventually leading to cell death.
This concept, represented by the Arndt–Schultz law of biphasic dose response, has become the foundational concept of PBM. However, the appropriate range of values of fluence and irradiance at which these significant transitions occur are not widely agreed upon. Numerous studies suggest that fluences ranging from 3 to 10 J∕cm2, at the cellular level, will produce the desired stimulation of metabolic activity. (13,14)

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:30

- Excerpt 2:
Another basic concept that has been suggested to be relevant to the successful application of PBM is the Roscoe–Bunsen law of reciprocity. (24) This concept states that the most important parameter in PBM is the total quantity of photons absorbed by the target cells, and it is not important how quickly or how slowly these photons are delivered. This means that 100 mW∕cm2 applied for 60 s for a dose of 6J∕cm2 will have the same effect as applying 1 W∕cm2 for 6 s (6 J∕cm2) or 6 W∕cm2 for 1 s (6 J∕cm2) using the same spot size.
Numerous studies have shown that, while this law is valuable for many parts of the parameter range, it does not hold true for the entire range. (18,25,26) The previously discussed theories of the biphasic dose response, supported by other studies, are the likely reason for this inaccuracy. Within a certain range of parameters, perhaps between 1 and 100 J∕cm2, and at power densities from 1 to 100 mW∕cm2, this linear reciprocity applies. However, beyond this range, reciprocity does not appear to apply. For instance, there exists a lower threshold (perhaps 0.5 mW∕cm2) below which the illumination time could be infinite and would be no different from daylight.

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:30

- Excerpt 3:
The parameters of most importance in PBM are the power density (irradiance) measured in mW∕cm2 and the energy density (fluence) measured in J∕cm2. Many of the studies discussed here and, indeed, in most of the research literature, are based on the inaccurate statement of the laser output in Watts. Depending on the area irradiated by this beam of photons, the power density and the cellular effects produced will be very different. (…)
Energy density is frequently reported in research literature but the spot area at the tissue is often omitted. This error makes it impossible to verify their findings or to see how they calculated the vital energy density information.

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:32

- Excerpt 4: Mitochondria and Cells (&1)
Mitochondria are highly important intracellular organelles whose main function is to act as “power plant” of the cell, generating ATP which is the main source energy for cellular activity and metabolism. Moreover, mitochondria play important roles in regulation of oxidative stress, calcium metabolism, apoptosis, and a host of signaling pathways. (36) It is believed that mitochondria originated when a primitive eukaryotic cell “captured” a primitive prokaryotic bacterium around the time the “great oxygenation event” occurred on the Earth. (37) Mitochondria contain the electron transport chain responsible for transferring electrons from NADH through complexes I, II, III, and IV. (38) When applying light to cells, mitochondria are the initial sites of light absorption and CCO (particularly, the CuA and CuB metal centers) are believed to be the photoacceptors. (39) Photon absorption results in setting in motion a cascade of reactions known as cellular signaling pathways leading to NO dissociation, ROS production, and increased ATP synthesis. (9)
Note:
CCO = cytochrome C oxidase (enzyme)
CuA metal center = site for oxygen reduction with copper (Cu) in the mitochondria.


The number of mitochondria in cells varies widely and it is strongly correlated with the metabolic requirements of the cell (how many chemical reactions the cell has to carry out) and may range from a few to thousands of individual organelles. Cells such as osteoblasts, keratinocytes, and fibroblasts have a lower number of mitochondria, whereas muscle cells, neural cells, cells composing internal organs (liver, kidneys, spleen, etc.), and myocardial cells contain a higher number of mitochondria. Broadly speaking, the proportion of mitochondria in a tissue type can be gauged by observing the color of the tissue (without containing any blood). For instance, dark colored tissues (liver, heart, kidney, gray brain matter) have a high concentration of mitochondria since CCO and other cytochromes are the most important cellular pigments, while light colored tissues (skin, bones, tendons) have few mitochondria. The following reports discuss how mitochondrial numbers and mitochondrial activity have been determined in different cells and tissues. (40–43)
Furthermore, mitochondria in stem cells and induced pluripotent stem cells are poorly developed and low in number; mitochondrial function and structure have even been suggested as indicators of stem cell competence. (44)
The hypothesis of the present review is that the effects of PBM on different tissues can be explained by taking into account two main factors. First, what is the content of mitochondria in the cells comprising the bulk of the tissue? Second, what is the depth? Cells in vitro are very superficial, skin and some connective tissues are moderately superficial, while other tissues are deeper, bones, joints, brain, organs, etc. Moreover, tissues with high mitochondrial numbers tend to be deeper than those with low mitochondrial numbers. Therefore, studies were divided into two groups based on the number of mitochondria at the cellular level and the depth of the tissue level. Cells of tissues with higher numbers of mitochondria were assembled in one group (brain cells, muscle cells, neural cells, macrophages, monocytes) and cells with fewer mitochondria were assembled in another group (keratinocytes, osteoblasts, chondrocytes, fibroblasts, stem cells). Tissues with abundant mitochondria exist in organs, such as muscle, heart, liver, kidney, cells. The purpose of this review paper was to compare effective and ineffective studies on cells and tissues in each group. Every effort was made to find or calculate relevant parameters even if they were not explicitly stated in the paper.

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:32

- Excerpt 5: Effect of varying a single parameter on PBM efficacy (& 3.1)
In vitro studies, CCO has two absorption bands, one in the red spectral region (∼660 nm) and another in the NIR spectrum (∼800 nm), which consequently are the wave-lengths most often used in PBM (3).
CCO = cytochrome C oxidase (enzyme)
NIR = Near IR
NIR wavelengths, such as 810 nm, stimulate mitochondrial activity and ATP production. At longer wavelengths, the mechanism of action of 980 nm relies on absorption by water leading to the activation of heat (or light)-gated ion channels and promotes cell proliferation via the TRPV1 calcium ion channel pathway.
In vivo studies, Mendez et al. (21) compared, histologically, the effect of using two different wavelengths (GaAlAs 830 nm and In GaAl 685 nm) on repair of cutaneous wounds in rats. (…) They concluded that better results were observed when combining both wavelengths of 830 and 685 nm and attributed this advantage to different absorption and penetration.
(…)
These studies suggest that the relationship between wave-length and fluence is crucial. If the target is CCO  (cytochrome c oxidase), it is well accepted that red light (630 to 670 nm) or near-infrared light (780 to 940 nm) will have positive effects, using fluences in the stimulatory range of 3 to 10 J∕cm2. (16)

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Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation Empty Re: Paramètres de la lumière IR et de l'efficacité de la photobiomodulation

Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:35

Excerpt 6: Effect of Varying Energy Density and Power Density on PBM Efficiency (&3.2)
Note: A distinction is made between tissues with a high number of mitochondria (heart, brain, muscle, inflammatory cells) and with a lower number of mitochondria (skin, bone, cartilage).
In a comprehensive literature review, (84) Hamblin included 33 studies, nine of them directly comparing pulsed wave and CW. (…) Hamblin et al. concluded from this review that pulsed light maybe superior to CW light, particularly for wound healing and post-stroke management, whereas CW may be more beneficial in patients requiring nerve regeneration. In addition, they concluded that it is impossible to draw any correlation between pulse frequency and pathological condition. They found that no particular frequency appears to be more or less effective than others.
CW = Continuous Wave laser
PW = Pulsed Wave laser

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:36

- Excerpt 7: Wavelength (&4.1)
Wavelength affects tissue penetration. Shorter wavelengths (600 to 700 nm) are considered best to treat superficial tissue, whereas longer wavelengths (780 to 950 nm) are preferred to treat deeper tissues. Red wavelengths penetrate 0.5 to 1 mm and near-infrared energy penetrates 2 mm before losing 37% of its intensity. (89–91)
The infrared wavelengths show better effects on bone repair compared to red wavelengths because red light has less capacity to penetrate compared to the infrared laser.
Barbosa et al. (20) concluded that the PBM effects of NIR were effective for more than 14 days, whereas the effects of red wave-length are lost after 14 days. The combination of two wavelengths gives an additional effect of PBM. When comparing 830 and 685 nm, Mendez et al. (21) found that 830 nm offered better results. Much work still remains to define the optimal wavelengths. Nevertheless, NIR wavelengths are preferable for deep tissues and targets within the body, which require substantial doses of light.

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:37

- Excerpt 8: Fluence and Irradiance (&4.3)
The photon intensity i.e., irradiance (W∕cm2 or spectral irradiance), must be adequate. Using higher intensity, the photon energy will be transformed to excessive heat in the target tissue and, using lower intensity, photons absorption will be insufficient to achieve the goal. The dose also must be adequate (J∕cm2). Using low irradiance and prolonging the irradiation time to achieve the ideal fluence or dose will not give an adequate final result. The Bunsen–Roscoe law of reciprocity, termed the second law of photobiology, (97) does not hold true for low incident power densities. There is no fixed value of dose or fluence that always produces a positive PBM effect. Even within different studies on the same animal models, there can be contradictory findings. (…)
Failure, in vivo studies, could be due to under-dosing while failure, in vitro, could equally well be due to over-dosing. In vivo, the depth of the tissue is important, while cells, in vitro culture, are generally a single monolayer. It is a fact that tissues with higher numbers of mitochondria (brain, heart, muscles, inflammatory cells) tend to be deeper within the body than tissues with lower numbers of mitochondria (skin, tendons, cartilage). There are, of course, some exceptions (bones and bone marrow), which have lower numbers of mitochondria but are still deep within the body. (…)
Ineffective studies for tissue with lower mitochondria are more likely to be due to under-dosing rather than over-dosing. Fluence and irradiance are both important in determining the success of in vivo studies.

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Message  Luc Mer 5 Fév 2020 - 18:38

5. Conclusions
The limitation of this analysis was the relatively small number of studies that passed our inclusion and exclusion criteria. Nevertheless, some tentative conclusions can be drawn from the analysis that we can at least propose for other researchers to confirm or refute, as more well-documented studies continue to be published in the coming years.
1. Cells with higher numbers of mitochondria respond better to PBM than cells with lower numbers of mitochondria.
2. Ineffective studies on cells with higher numbers of mitochondria are as likely to be due to over-dosing as they are to under-dosing.
3. It is less likely that ineffective studies in cells with lower numbers of mitochondria will be due to over-dosing.
4. The fluence delivered is more important in determining the success or failure of an in vitro study than their radiance employed.
5. Tissues with higher numbers of mitochondria tend to be deeper within the body than tissues with lower numbers of mitochondria, therefore, over-dosing is less likely.
6. Ineffective studies in vivo are more likely to be due to under-dosing regardless of the number of mitochondria.
References 1-99 (see link)
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