Systemické účinky světelné terapie Bioptron

Kira A. Samoilova, Ph.D, DSci, Prof.

Laboratorním výzkumem v oboru fotobiologie a fotomedicíny se u nás zabýváme déle než 50 let a intenzivním studiem terapie BIOPTRON již 18 let. Náš zájem o tuto metodu fototerapie vychází z jedinečných vlastností světla BIOPTRON, které simuluje hlavní složky slunečního záření na Zemi – polychromatické viditelné a infračervené záření s energetickou hustotou, jež je typická pro letní sluneční den v Evropě. Tyto dvě součásti slunečního spektra tvoří zhruba 97 % slunečního záření dopadajícího na povrch Země. Zabýváme se tudíž velmi důležitým environmentálním faktorem, který nám umožňuje uvažovat o reakcích lidského a zvířecího organismu na světlo jako o adaptivní odpovědi na expozice světlu, která se vytvářela v průběhu dlouhého období evoluce.
V několika posledních letech jsme studovali účinek světla BIOPTRON na vlastnosti krve, které jsou důležité pro regenerativní a metabolické procesy. Vzhledem k tomu, že rychlost krevního oběhu je určována červenými krvinkami, zkoumali jsme jejich reologické vlastnosti. Zjistili jsme, že se počet červených krvinek po 0,5 až 24 hodinách po jediném ozáření dobrovolníků s deformabilitou zvýšil, zatímco jejich vazkost klesla. Zároveň došlo k posílení transportní funkce (obzvláště transportu kyslíku) a následkem toho ke zvýšení parciálního tlaku kyslíku v krvi.

Současně s tím byl zaznamenán rozpad krevních destiček a zvýšení antikoagulační aktivity složek plazmy. Tato skutečnost je pravděpodobně rozhodujícím faktorem antitrombotického účinku světla BIOPTRON: ozáření femorálních arterií potkanů zcela zablokovalo (zabránilo) rozvinutí experimentálně vyvolané ireverzibilní trombózy v těchto cévách.

Důležitou roli trofické funkce krve hraje rychlost oběhu krve v malých cévách. Dle našich pozorování se již po 2 minutách po ozáření malé části těla dobrovolníků a pacientů s diabetem 2. typu zvýšila rychlost mikrocirkulace jak na lokální úrovni, tak ve vzdálených tkáních (tj. na systemické úrovni). Optimální zvýšení rychlosti mikrocirkulace bylo pozorováno po 30 minutách po ozáření (až 47 %).

V rámci naší studie jsme získali důkaz o tom, že zvýšení mikrocirkulace lze v obou případech přičítat aktivaci syntézy oxidu dusnatého (NO) – nejdůležitějšího vazodilatátoru vylučovaného vaskulárními endoteliálními buňkami a krevními destičkami.

Vedle zlepšení mikrocirkulace a posílení transportní funkce krve byla pozorována také korekce některých ukazatelů metabolických procesů: po expozici světlu BIOPTRON klesla v krvi dobrovolníků hladina glukózy a aterogenních lipidů (triglyceridů, cholesterolu, β-lipoproteinů) a naopak se zvýšila hladina antiaterogenních lipidů (α-lipoproteinů).

Účinky světelné terapie BIOPTRON na hojení ran zcela nepochybně souvisejí se zlepšením mikrocirkulace krve, posílením trofické funkce krve, ale také se zvýšením koncentrace růstových faktorů a některých cytokinů v krevním séru.

Rovněž jsme prokázali, že poté, kdy bylo do kultivačního média přidáno 2,5% sérum odebrané z krve dobrovolníků či pacientek s rakovinou prsu ve stadiu I-II po 7 až 10 ozařováních světlem BIOPTRON, prováděných každodenně po chirurgickém zákroku, došlo k výraznému podnícení proliferace keratinocytů, endoteliálních buněk a fibroblastů - tj. základních prvků podílejících se na procesu hojení ran - a zároveň však k inhibici proliferace některých linií lidských nádorových buněk.

V rámci experimentů s laboratorními zvířaty se ukázalo, že expozice světlu BIOPTRON zpomaluje růst maligních nádorů (hepatomů u myší), a to jak po ošetření myší s nádorem pomocí světla, tak po přímém ozáření samotných nádorových buněk s následnou transplantací syngenní myši.
Mechanismus protinádorového účinku světla BIOPTRON nesouvisel s cytotoxickým či cytostatickým působením světla na buňky, nýbrž se strukturálními změnami povrchu nádorových buněk. Tyto změny rozšířily schopnost přirozených zabíječských buněk (NK buněk) - hlavních efektorů vrozené protinádorové imunity - rozpoznávat nádorové buňky.

Následkem toho se zvýšila cytolytická aktivita NK buněk, která vedla k odumírání světlem ozářených nádorových buněk. Mechanismus protinádorového účinku světla BIOPTRON při ozařování myší s nádorem je nutno v budoucnu dále studovat. Domníváme se však, že onkologická bezpečnost světelné terapie BIOPTRON již byla prokázána.

Veškeré výše uvedené údaje byly publikovány v předních mezinárodních žurnálech o fotomedicíně a fotobiologii (Photomedicine and Laser Surgery, Photochemical and Photobiological Sciences, Photochemistry and Photobiology, Laser Therapy, Photodiagnosis and Photodynamic therapy, Lasers in Medical Sciences, atd).

STRUČNÁ REKAPITULACE:
Za 18 let intenzivního studia účinků světla BIOPTRON na lidský organismus jsme objasnili mechanismy hlavních systemických účinků. Jedná se o účinky protizánětlivé, imunomodulační, účinky na hojení ran, protinádorové účinky a o normalizaci metabolických procesů. K těmto účinkům dochází v důsledku transkutánní fotomodifikace krve ve vaskulatuře svrchní vrstvy kůže. Je hodno si povšimnout, že ozařování malé plochy povrchu těla vede ke změnám v celém objemu cirkulující krve. Tento fakt nepochybně souvisí s unikátními vlastnostmi světla BIOPTRON: jeho polychromatická viditelná složka a infračervená složka simulují spektrální parametry a parametry energetické hustoty dvou převládajících druhů zemského slunečního záření - hlavního environmentálního faktoru. Tyto dva druhy záření u živých organismů v průběhu evoluce pravděpodobně podnítily vytvoření prospěšných adaptivních mechanismů pro využití světla.

Seznam odborné literatury (Prof. Samoilova et al.)

1. Samoilova K.A., Obolenskaya K.D, Vologdina A.V., Snopov S.A., Shevchenko E.V. Single skin exposure to visible polarized light induces rapid modification of entire circulating blood. 1. Improvement of rheologic and immune parameters. Proc. SPIE. –1998. – Vol. 3569. P. 90-103.
2. Samoilova K.A., Zubanova O.I., Snopov S.A., Mukhuradze N.A., Mikhelson V.M. Single skin exposure to visible polarized light induces rapid modification of entire circulating blood. 2. Appearance of soluble factors restoring proliferation and chromosome structure in X-damaged lymphocytes. – Proc. SPIE, 1998, 3569: 26-33.
3. Zhevago N.A., Samoilova K.A., Glazanova T.V., Pavlova I.E., Bubnova L.N., Rosanova O.E., Obolenskaya K.D. Exposures of human body surface to polychromatic (visible + infrared) polarized light modulate a membrane phenotype of the peripheral blood mononuclear cells. Laser Technology. – 2002. – Vol. 12 (1). – P. 7-24.
4. Obolenskaya K.D., Samoilova K.A. Comparative study of effects of polarized and non-polarized light on human blood in vivo and in vitro. I. Phagocytosis of monocytes and granulocytes. Laser Technology. –2002 – Vol. 12(2-3). P.7-13.
5. Zhevago N.A., Samoilova K.A., Obolenskaya K.D. The regulatory effect of polychromatic (visible and infrared) light on human humoral immunity. Photochemical and Photobiological Sciences – 2004. – Vol. 3, №.1. – P.102-108.
6. Samoilova K.A., Bogacheva O.N., Obolenskaya K.D., Blinova M.I., Kalmykova N. V., Kuzminikh E.V. 2004. Enhancement of the blood growth promoting activity after exposure of volunteers to visible and infrared polarized light. I. Stimulation of human keratinocyte proliferation in vitro. Photochemical and Photobiological Sciences – 2004. – Vol. 3, №.1. – P.96-101.
7. Bogacheva ON, Samoĭlova KA, Zhevago NA, Obolenskaia KD, Blinova MI, Kalmykova NV, Kuz'minykh EV.Enhancement of fibroblast growth promoting activity of human blood after its irradiation in vivo (transcutaneously) and in vitro with visible and infrared polarized light. –Tsitologiia. – 2004. – Vol.46(2). – 159-171.
8. Zhevago N.A., Samoilova K.A. Pro- and anti-inflammatory cytokine content in the human peripheral blood after its transcutaneous and direct (in vitro) irradiation with polychromatic visible and infrared light. Photomedicine and Laser Surgery. – 2006. – Vol. 24(2). – P.129-139.
9. Zhevago N.A., Samoilova K.A., Calderhead R.G. Polychromatic light similar to the terrestrial solar spectrum without its UV component stimulates DNA synthesis in human peripheral blood lymphocytes in vivo and in vitro. Photochemistry Photobiology. – 2006. – Vol. 82(5). – P.1301-1308.
10. Knyazev NA., Samoilova KA, Filatova NA, Galaktionova AA. Effect of polychromatic light on proliferation of tumor cells under condition in vitro and in vivo – after implantation to experimental animals. –Proc. SPIE. –2009. – Vol.1142. – P.79-86.
11. Zhevago NA, Samoilova KA, Davydova NI, Bychkova NV, Glazanova TV, Chubukina ZhV, Buiniakova AI, Zimin AA.The efficacy of polychromatic visible and infrared radiation used for the postoperative immunological rehabilitation of patients with breast cancer. Vopr Kurortol Fizioter Lech Fiz Kult. – 2012. – Vol.4. – P.23-32.
12. Filatova N.A., Knyazev N.A., Kosheverova V.V, Shatrova A.N., Samoilova K.A. The effect of radiation with polichromatic visible and infrared light on the tumorigenicity of murine hepatoma 22A cells and their sensitivity to lysis by natural killers. Cell and Tissue Biology. – 2013. – Vol.7(6). – P. 573-577.
13. Knyazev NA, Filatova NA, Samoilova KA. Proliferation and tumorigenity of murine hepatoma cells irradiated with polichromatic visible and infrared light. Cell and Tissue Biology. – 2013. – Vol.7(1). – P.79-85.
14. Samoilova KA, Zimin AA, Buinyakova AI, Makela AM, Zhevago NA. Regulatory systemic effect of postsurgical polychromatic light (480-3400 nm) irradiation of breast cancer patients on the proliferation of tumor and normal cells in vitro. – Photomedicine and Laser Surgery. –2015. – Vol. 33(11). – P.555-563.
15. Knyazev NA, Samoilova KA, Abrahamse H, Filatova NA. Downregulation of tumorogenicity and changes in the actin cytoskeleton of murine hepatoma after irradiation with polychromatic visible and IR light. – Photomedicine and Laser Surgery. – 2015. – Vol. 33(4). – P.185-192.