Лампы инфракрасного излучения: Инфракрасные лампы для обогрева и сушки

Какие риски связаны с инфракрасной терапией?

Каждый день люди погружаются в инфракрасное излучение солнца в виде тепла.На самом деле инфракрасные сауны сегодня востребованы, но специалисты предупреждают о возможных рисках для здоровья. В зависимости от длины волны инфракрасного света могут произойти термические или тепловые травмы. Термическое повреждение может произойти даже без боли. Также беременным женщинам, людям с сердечными заболеваниями и больным никогда не следует проходить инфракрасную терапию.

Кроме того, специалисты предостерегают от использования инфракрасной терапии для лечения хронических заболеваний, пренебрегая использованием лекарств и рекомендуемых лечебных процедур.Хотя инфракрасная терапия обещает много преимуществ для здоровья, ее изучение далеко не завершено. Таким образом, в настоящее время его следует рассматривать как дополнение к лечению, а другие схемы следует продолжать в соответствии с предписаниями.

Дополнительная литература

В чем разница между вариантами длины волны для ИК (инфракрасного) света?

Инфракрасный (ИК) свет является частью электромагнитного спектра, который делится на семь категорий или регионов. Эти области расположены в определенном порядке, начиная с уменьшения длины волны и увеличения частоты и энергии.Инфракрасное излучение обычно невидимо для человеческого глаза, но может ощущаться как тепло. Его волны длиннее, чем волны видимого света, и простираются за пределы красного края электромагнитного спектра между видимым светом и микроволнами.

Три основные категории IR

Инфракрасное излучение делится на три спектральные области или полосы в зависимости от длины волны и включает ближнюю, среднюю и дальнюю инфракрасную область. Однако измерения и границы между каждой инфракрасной областью могут различаться, и пока нет единого мнения о единых границах.Хотя, по данным НАСА, тип технологии детектора, используемой для сбора инфракрасного света, определяет, какие длины волн включены в каждую из трех областей.

Категория 1: ближний инфракрасный диапазон

В разбивке по регионам ближний инфракрасный свет имеет диапазон длин волн, который ближе всего к красному концу спектра видимого света с длинами волн от примерно 750 нанометров (нм) до примерно 1300 нм, или от 0,75 до 1,3 мкм, и диапазоном частот от от 215 ТГц до 400 ТГц.Ближний инфракрасный свет производит наименьшее количество тепла и имеет самые длинные волны и самые короткие частоты по сравнению с другими регионами.

Категория 2: средний инфракрасный диапазон

Средняя инфракрасная область, область или полоса посередине, имеет диапазон длин волн примерно от 1300 нм до 3000 нм, или от 1,3 до 3 микрон, с диапазоном частот от 20 ТГц до 215 ТГц. Этот тип инфракрасного излучения излучает умеренное тепло по сравнению с ближним и дальним инфракрасным диапазоном и находится между красным концом видимого светового спектра и микроволнами.

Категория 3: Дальнее инфракрасное излучение

Третья область, дальняя инфракрасная область, ближе всего к микроволнам в электромагнитном спектре. Эта область имеет диапазон длин волн от 3000 до 1 нм или от 3 до 1000 микрон и диапазон частот от 0,3 ТГц до 20 ТГц. Дальняя инфракрасная область имеет самые короткие длины волн и самые длинные частоты, которые выделяют больше всего тепла.

Пять подкатегорий IR

Из этих трех основных областей инфракрасное излучение можно разделить на пять подкатегорий, включая ближневолновую, коротковолновую, средневолновую, длинноволновую и дальнюю инфракрасную области.Инфракрасное излучение измеряется длинами волн и частотами. Полный спектр инфракрасных длин волн составляет от 700 нанометров (нм) до 1 миллиметра (мм).

По сравнению с другими типами света и энергии электромагнитного спектра, люди чаще всего сталкиваются с инфракрасным излучением в своей повседневной жизни, хотя большую часть времени оно остается незамеченным. Некоторые примеры повседневных встреч с инфракрасным светом включают: лампы накаливания, которые преобразуют примерно 10 процентов потребляемой электроэнергии в энергию видимого света, а остальная часть преобразуется в инфракрасное излучение, тепловые лампы, которые часто излучают инфракрасную энергию на длинах волн от 500 до 3000 нм. нм, тостеры, промышленные нагреватели для отверждения и сушки материалов и телевизионные пульты дистанционного управления, использующие инфракрасную энергию на длине волны 940 нм.

Larson Electronics предлагает широкий выбор продуктов и оборудования для инфракрасного освещения, которые поддерживают инфракрасные длины волн 750 нм, 850 нм и 940 нм, которые находятся в ближней инфракрасной области, наиболее близкой к красной части спектра видимого света. Продукция в этой категории включает тепловые датчики, тепловизионные камеры и оборудование для инфракрасного изображения, оборудование ночного видения, светодиодные и подводные фонари и многое другое.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Будьте в курсе новых продуктов, кодов скидок и последних новостей Larson Electronics!

Инфракрасный свет в вашем помещении для выращивания

Это руководство поможет вам понять, что такое инфракрасный свет, как он используется в светильниках для выращивания и как он может принести пользу вашим растениям, чтобы помочь вам решить, следует ли вам использовать инфракрасный свет в вашем помещении для выращивания.

Что такое инфракрасный свет?

Знаете ли вы, что примерно 49,4% света, который достигает поверхности Земли, составляет то, что мы называем инфракрасным (ИК) светом или тепловым излучением?

Видите ли, видимый свет на самом деле составляет менее половины солнечного излучения.В дополнение к длинам волн света, которые могут видеть люди, Солнце также излучает световые волны, которые слишком короткие или слишком длинные для человеческого восприятия, но мы все еще можем их почувствовать. Это ИК-свет.

Инфракрасный свет — это часть спектра электромагнитного излучения, где длины волн длиннее, чем у видимого света. Обычно длина волны ИК-излучения составляет от 700 нанометров до 1 микрометра. Эти более длинные волны являются одним из основных способов передачи тепла от одного источника к другому.Более длинные волны инфракрасного света производят больше тепла.

Инфракрасный свет состоит из волн диапазона длин:

· Ближний инфракрасный диапазон — Длины волн, попадающие в этот диапазон, являются самыми короткими в инфракрасном спектре света. Эти длины волн наиболее близки к видимым, и они используются в обычных объектах, таких как пульт дистанционного управления телевизором. Лампы ближнего инфракрасного диапазона не горячие.

· Средний инфракрасный — Длины волн в этом диапазоне теплее, чем в ближнем инфракрасном диапазоне, но все же не считаются горячими.Используя специальное оборудование, ученые и астрономы могут использовать средний инфракрасный свет, чтобы лучше наблюдать и изучать планеты и другие небесные объекты.

· Дальний инфракрасный диапазон — Длины волн в этом диапазоне являются горячими. Это тип инфракрасного света, который используется в светильниках для выращивания растений, чтобы помочь растениям расти и цвести.

Точно так же, как Солнце может излучать инфракрасный свет, который могут получать наружные растения, светильники для выращивания могут также обеспечивать инфракрасный свет для комнатных растений.Некоторые цветоводы не решаются использовать этот свет, потому что считают, что тепло, которое он дает, навредит их растениям, но это не обязательно так. Это связано с тем, что освещение для выращивания растений способно излучать инфракрасные волны нужной длины, которые фактически запускают рост растений и способствуют фотосинтезу.

Как разные лампы для выращивания используют инфракрасный свет?

Существует три основных типа светильников для выращивания растений: разрядные лампы для выращивания растений высокой интенсивности , светодиодные лампы для выращивания растений и светильники для выращивания растений T5 .Все три лампы для выращивания растений могут излучать инфракрасный свет различными способами.

Разрядные лампы высокой интенсивности (HID) для выращивания растений

HID естественным образом излучают большое количество инфракрасного света, просто подключив их к электросети. Ваши растения светятся посредством химической реакции, когда электрическая дуга между двумя электродами взаимодействует с ионизированным газом или плазмой внутри лампы. В зависимости от типа используемого газа вы получите белый / синий свет, используемый в металлогалогенных лампах (MH), металлогалогенных лампах и , металлогалогенных лампах (CMH) или теплый желтый / оранжевый свет, применяемый в натриевых лампах высокого давления . (HPS) горит.

Между всеми этими длинами волн света есть ИК-свет. Фактически, примерно 30% света, излучаемого HID-источниками света, составляет инфракрасный свет.

Светодиодные лампы для выращивания растений

состоят из нескольких диодов, некоторые из которых способны излучать инфракрасный свет. Большинство светодиодов обычно излучают только видимый свет, например синий и красный свет. Поэтому, чтобы излучать инфракрасный свет, садоводам необходимо добавить инфракрасные излучающие светодиоды.

Светодиодная панель для выращивания растений S450 Advance Spectrum MAX — отличный пример светодиода с ИК-подсветкой. Он оснащен инфракрасным диодом с длиной волны ИК-излучения 710 для увеличения производства смолы.

T5 лампы для выращивания

Так же, как и HID, лампы T5 излучают свет с помощью электрического тока и химической реакции. Как и их HID-аналоги, лампы T5 — такие как Yield Lab Complete 54w T5 Four Bulb Fluorescent Grow Light Panel (6400K) — излучают немного инфракрасного света, но не тонну.

Тем не менее, производители могут использовать инфракрасные светодиодные светодиоды для выращивания растений со своими осветительными приборами T5 или покупать отдельные лампы для своих светильников, которые обеспечивают ИК-свет. Комплект светодиодных светильников для выращивания растений S180 Advance Spectrum MAX — это компактный вариант, поскольку это светодиодная панель меньшего размера, которая по-прежнему включает в себя ИК-диод.

Как инфракрасный свет влияет на растения?

Хотя инфракрасный свет технически не попадает в видимый спектр света, необходимый для фотосинтеза, он действительно помогает.Инфракрасный свет дает вашим растениям небольшое тепловое излучение, которое фактически стимулирует рост тремя способами:

Лучшее цветение

Исследователи и садоводы обнаружили, что инфракрасный свет помогает растениям цвести. Это связано с типом фоторецепторов, которые содержатся в растениях, которые называются фитохромами. Фитохромы помогают регулировать процессы, которые имеют решающее значение для развития растений, такие как расширение листьев, рост стебля и цветение — и инфракрасный свет помогает стимулировать этот рост.

Фитохромы растения весь день получают свет, и его структура меняется в зависимости от того, сколько света оно получает. Это дает растениям возможность знать текущий сезон и время суток, что помогает регулировать их рост.

Гроверы могут использовать инфракрасный свет, чтобы «манипулировать» чувствами вашего растения, тем самым изменяя процесс роста растений. Фитохромы сильно реагируют на инфракрасный свет, поэтому воздействие этого света заставит растение думать, что оно испытывает такое же количество света, как если бы оно росло на улице в течение любого данного сезона.

Инфракрасный свет — это большая причина, по которой вам не нужно ждать лета, чтобы вырастить растения, или зимы, чтобы собрать их. Они получают ИК-излучение, необходимое для выращивания, от ваших источников света, а не от того, что сезонно доступно солнцу.

Увеличение роста растений

Еще одно преимущество воздействия инфракрасного света на растения — ускорение их роста. Поскольку растениям нужен солнечный свет для фотосинтеза, у них есть автоматические защитные процессы, которые срабатывают, когда их воздействию солнечного света угрожают другие растения.Вместо того чтобы рисковать получать недостаточное количество солнечного света, растения тянутся и растут к свету, чтобы возвышаться над любыми растениями, которые в противном случае могли бы получать весь солнечный свет.

Когда растения покрыты другими растениями, они теряют воздействие прямого солнечного света и, как правило, получают свет через листья более высоких растений. Это приводит к тому, что ваши растения получают высокий уровень инфракрасного света, который запускает механизм выживания растений, последующее растяжение и рост.

В сочетании с другими формами света, которые способствуют разветвлению — как все синие светодиодные лампы для выращивания — и получению растений желаемой формы, ИК-свет помогает в быстром росте растений.

Следует ли использовать инфракрасный свет в помещении для выращивания?

Совершенно верно! Фактически, в случае HID у вас действительно нет выбора (что хорошо). Даже со светодиодными лампами для выращивания и усилением ИК-излучения Т5 полезно для ваших растений.

Однако, прежде чем вы сделаете шаг и начнете использовать инфракрасный свет в своей комнате для выращивания, важно взвесить несколько ключевых факторов:

· Особые потребности ваших растений — Инфракрасный свет может помочь растениям расти и цвести благодаря его взаимодействию с их фитохромами. Однако, если ваши лампы излучают больше инфракрасного излучения, чем могут выдержать ваши растения, это может испортить растение.

· Ваша желаемая форма растения — Поскольку инфракрасный свет заставляет растения растягиваться и расти, он может привести к тому, что растения станут больше, более вытянутыми по сравнению с узкими и компактными.Подумайте, сколько у вас будет места, чтобы ваши растения могли растянуться, если и когда будет введен IR.

· Меры предосторожности — Чрезмерное воздействие инфракрасного света может привести к повреждению ваших растений, а также может быть опасным для вас. Если вы используете лампы для выращивания растений, излучающие инфракрасный свет, обязательно следите за воздействием этого света и носите защитное снаряжение, которое предотвратит ожоги или тепловое повреждение. Вы также должны убедиться, что можете перемещать растения дальше, чем обычно, чтобы они не подвергались тепловому повреждению, особенно при использовании светодиодных светильников для выращивания растений..

· Стоимость — Поскольку ИК-свет не является неотъемлемой частью выживания или развития вашего растения, вам следует учитывать затраты на его включение в светильники для выращивания. Например, если вы используете освещение HPS, вам нужно будет интегрировать какую-то специализированную систему HVAC, чтобы регулировать тепло, излучаемое инфракрасным светом. Это может быть дорогостоящим как в установке, так и в обслуживании. Когда вы решаете, включать или не включать ИК-свет в свои операции по выращиванию, вам необходимо увидеть, перевешивают ли упомянутые выше преимущества любые связанные с этим затраты.

В конце концов, ИК-свет может и не быть необходимостью, но он предлагает множество преимуществ, которые могут значительно улучшить рост ваших растений и общую операцию по выращиванию. ИК-свет стимулирует рост, цветение и фотосинтез. Когда вы эффективно используете инфракрасный свет для растений, вы увидите основные преимущества, которые иначе были бы невозможны.

Источник и фото предоставлены Growace

Что такое инфракрасная светотерапия и есть ли у нее преимущества?

Инфракрасный свет — это диапазон электромагнитного излучения, который создают некоторые коммерчески доступные устройства.Производители и сторонники этих устройств выдвинули множество претензий к этим устройствам — от утверждений, что инфракрасный свет уменьшает воспаление и боль, до утверждений, что он улучшает настроение. Соответствует ли какая-либо из этих предполагаемых преимуществ науке? Читай дальше что бы узнать.

Насколько мы знаем?

Инфракрасное излучение (ИК) или инфракрасный свет — это форма электромагнитного излучения, которая стала популярной среди широко доступных устройств инфракрасного света. Эти устройства могут быть лазерами, лампами или соляриями.Однако этот метод до сих пор вызывает споры как терапевтический подход.

Некоторые производители заявляют, что эти устройства помогут людям похудеть, уменьшить воспаление, облегчить боль и даже улучшить настроение. Есть ли смысл в этой шумихе? Очень мало и недостаточно, чтобы делать какие-либо выводы, связанные со здоровьем.

FDA Status & Safety Research

Инфракрасная или красная световая терапия не была одобрена FDA для каких-либо медицинских целей или медицинских требований. Посоветуйтесь со своим врачом перед использованием инфракрасной сауны или устройства.

Инфракрасные исследования в США начались в конце 1970-х годов. В середине 80-х FDA рассмотрело влияние инфракрасного лазера на ревматоидный артрит и пришло к выводу, что данных по безопасности для утверждения устройства недостаточно [1].

В частности, лазер не прошел так называемое предпродажное одобрение (PMA), которое представляет собой процесс научного и нормативного анализа FDA, который оценивает безопасность и эффективность устройств [2].

Хотя около 22 устройств в настоящее время имеют одобрение FDA, эксперты указывают, что это связано с более жесткими правилами с 2001 года. Согласно новому процессу 510K, устройства могут быть одобрены как «вспомогательные средства для лечения боли», если они аналогичны достаточно — то есть, наконец, максимально безопасно и эффективно — для уже допущенных на рынок ИК-устройств [1].

Ученые и регулирующие органы согласны с тем, что клинические преимущества ИР еще не установлены [1].

Некоторые устройства инфракрасного света одобрены FDA, но сама инфракрасная терапия не имеет одобрения FDA для каких-либо заявлений о вреде для здоровья.

Диапазон длин волн

Инфракрасный свет находится за пределами видимого спектра. Он получил свое название из-за того, что находится за пределами длины волны красного света. Его часто классифицируют как ближнее инфракрасное (NIR), инфракрасное (IR) и дальнее инфракрасное (FIR) излучение [3].

Диапазон длин волн ближнего ИК-диапазона от 700 до 810 нанометров (нм), диапазон длин волн ИК-излучения от 810 до 3000 нм и диапазон длин волн ближнего ИК-диапазона от 3000 до 100000 нм [3].

Сторонники инфракрасных саун и других методов доставки инфракрасного излучения говорят, что эти различия в длинах волн вызывают ряд эффектов инфракрасного излучения.Однако их утверждения остаются бездоказательными.

Согласно ограниченным исследованиям, ИК обладает способностью проникать в ткани человека. Длина волны с наибольшей способностью проникать в ткань, вероятно, находится между 690 и 900 нанометрами [3].

Типы устройств

Имеющиеся в продаже лампы предназначены для излучения выше 700 нм. Некоторые лампы также могут излучать определенные диапазоны в ИК-спектре, хотя они менее распространены из-за их высокой стоимости [4].

Инфракрасные сауны и инфракрасные устройства меньшего размера используют эти лампы, а также инфракрасные лазеры для доставки инфракрасного света ко всей поверхности тела или в определенные области.

Сауны с дальним инфракрасным излучением (FIRS) одобрены FDA и Канадской ассоциацией стандартов и продаются населению как сауны для отдыха.

Вещества, излучающие инфракрасное излучение, могут быть включены в ткани или устройства для непрерывной доставки [5, 4].

Например, некоторые компании продают инфракрасные бинты для тела , которые состоят из больших силиконовых повязок или подушечек, излучающих инфракрасный свет вокруг ног, живота и рук. Инфракрасное обертывание способствует «уменьшению целлюлита» и «потере жира», хотя ни один из этих эффектов не был доказан.

Инфракрасную терапию можно проводить с помощью таких устройств, как лампы, сауны и обертывания.

В отличие от ионизирующего излучения, такого как дальнее ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи, инфракрасный свет является неионизирующей формой излучения. Согласно ограниченным исследованиям, нет никаких доказательств того, что инфракрасное излучение повреждает ДНК, хотя нет данных о долгосрочных исследованиях безопасности [6].

Некоторые ученые исследуют, может ли инфракрасный свет уменьшить повреждение клеток, связанное с ионизирующим излучением [6].

Другие исследователи предполагают, что инфракрасное излучение имеет уникальные механизмы взаимодействия с биологической тканью. Первый важный эффект — повышение температуры ткани-мишени. Большинство источников инфракрасного излучения также излучают большое количество тепла, которое может повлиять на определенный регион. Эффект аналогичен простому горячему компрессу [7, 7].

Вторая основная категория взаимодействия инфракрасного излучения — это ненагревание, которое обычно связано с поглощением инфракрасного излучения связями определенных молекул или структур внутри тела.Затем структура возбуждается, активируется или меняет форму как прямой результат [8].

Наконец, инфракрасный свет исследуется для активации биомедицинских устройств (таких как биополимеры) для высвобождения лекарства или вещества в заданную область или взаимодействия с тканью [9].

Инфракрасная терапия предназначена для доставки неионизирующего излучения в воспаленные ткани. Некоторые исследователи утверждают, что наблюдаемые преимущества вызывает повышенная температура.

Следующие предполагаемые преимущества подтверждаются только ограниченными клиническими исследованиями с небольшими размерами выборки, умеренным или высоким риском систематической ошибки, низким качеством и короткой продолжительностью.По общему мнению, необходимы более продуманные, контролируемые и мощные исследования.

Следовательно, нет достаточных доказательств в поддержку использования инфракрасного света для большинства из перечисленных ниже целей.

Кроме того, помните, что инфракрасные сауны и устройства не были одобрены FDA для использования в каких-либо медицинских целях.

Поговорите со своим врачом перед использованием инфракрасного света в рамках дополнительной стратегии управления здоровьем. Инфракрасный свет никогда не следует использовать в качестве замены одобренных медицинских методов лечения.

Некоторые клинические данные подтверждают использование инфракрасной терапии для лечения псориатических изменений кожи.

Хотя клинические испытания низкоуровневой световой / лазерной терапии (НИЛИ) пока невелики, ближний инфракрасный (БИК) и видимый красный свет с низкой энергией перспективны при псориазе из-за их сильного проникновения через кожу [10].

Фотодинамическая терапия интенсивным импульсным светом отличается от инфракрасного света.Применяется при псориазе ногтей.

В целом, для уменьшения псориатических изменений кожи использовались различные виды фототерапии — либо в качестве дополнений, либо в качестве монотерапии. Некоторые из них стали основой лечения псориаза легкой и средней степени тяжести. Однако необходимы дополнительные клинические испытания, чтобы подтвердить эффективность терапии ИР.

Следующие предполагаемые преимущества подтверждаются только ограниченными низкокачественными клиническими исследованиями. Недостаточно доказательств, подтверждающих использование терапии красным светом для любого из перечисленных ниже целей.Никогда не используйте терапию красным светом вместо того, что рекомендует или предписывает ваш врач.

Некоторые клинические данные подтверждают использование инфракрасного света для лечения диабетических осложнений, таких как язвы диабетической стопы.

В исследовании с участием 50 пациентов с диабетом за одну неделю инфракрасной терапии излечились язвы диабетической стопы. Через месяц язвы у пациентов уменьшились в размерах и выделений стало меньше. Инфракрасная лампа помогла предотвратить заражение [11].

Однако недостаточно данных в поддержку использования инфракрасного света для контроля уровня сахара и других симптомов у людей с диабетом 2 типа.

В исследовании с участием 10 пациентов с диабетом II типа терапия инфракрасным светом помогла снизить уровень глюкозы в крови. Авторы предположили, что инфракрасное излучение может снизить резистентность к инсулину и снизить уровень кортизола (гормона стресса). Это еще предстоит определить [12].

В другом исследовании 15 пациентов среднего возраста с диабетом типа II, три месяца терапии сауной в дальнем инфракрасном диапазоне улучшили качество жизни пациентов.Пациенты также сообщили об улучшении утомляемости, стресса, физического и эмоционального здоровья. Это исследование было небольшим и имело другие ограничения, связанные с дизайном. Требуются дополнительные исследования [13].

Инфракрасная терапия потенциально может помочь излечить диабетические язвы и улучшить качество жизни, но нет никаких доказательств того, что инфракрасный свет может помочь с сахаром в крови.

Имеются некоторые данные, подтверждающие эффективность сауны в дальнем инфракрасном диапазоне при высоком кровяном давлении и застойной сердечной недостаточности.С другой стороны, есть веские доказательства, опровергающие утверждения о способности саун в дальнем инфракрасном диапазоне снижать уровень холестерина [14].

В клиническом исследовании ежедневная инфракрасная сауна снижала артериальное давление у пациентов с повышенным риском сердечных заболеваний [14].

Повторная инфракрасная сауна помогает улучшить работу сердца у пациентов с повышенным риском сердечных заболеваний. После двух недель ежедневного посещения сауны у пациентов также улучшился кровоток [15].

Исследователи изучают, увеличивает ли дальнее инфракрасное излучение miRNA-31 и miRNA-720, механизм, который может улучшить функцию сердечных клеток у пациентов с сердечными заболеваниями [16].

Инфракрасная терапия дала многообещающие результаты при артериальном давлении и застойной сердечной недостаточности, но клинические данные ограничены.

Некоторые доказательства низкого качества поддерживают использование инфракрасного света для уменьшения воспаления и боли при ревматоидном артрите.

В небольшом исследовании (DB-RCT) 37 пациентов с артритом инфракрасные импульсные лазерные устройства (низкоуровневая лазерная терапия на 810 нм) снижали воспалительные цитокины (TNF, IL-1 и IL-2).Через несколько месяцев у пациентов наблюдалось улучшение функций и боли [17].

Ограниченные исследования показывают, что инфракрасная лучевая терапия может уменьшить воспаление суставов при артрите в краткосрочной перспективе при использовании в качестве дополнения к клиническому лечению [18].

Инфракрасный свет значительно снижает неподвижность крыс с искусственно вызванным артритом за счет снижения воспалительных цитокинов и проницаемости сосудов [18].

Инфракрасный свет уменьшает воспаление у людей с артритом, но потребуются более масштабные и надежные клинические испытания.

Некоторые исследователи считают, что инфракрасное излучение может помочь уменьшить воспаление и болезненность, связанные с восстановлением после упражнений, и сократить периоды восстановления. Теоретически это позволит проводить более интенсивные и частые тренировки и улучшать результаты. Тем не менее, надлежащих клинических данных нет [19, 20].

В небольшом исследовании, проведенном на людях, ткани, излучающие инфракрасное излучение, улучшили характеристики футболистов во время обычных тренировок.Игроки носили ткани в течение десяти часов ночью и заметили умеренное уменьшение болезненности мышц через 24 и 72 часа после тренировки [19].

В одном исследовании на животных лазерное излучение с длиной волны 904 нм стимулировало мышечную ткань крысы. Это уменьшило выработку двух воспалительных ферментов, ЦОГ-1 и ЦОГ-2, что позволило мышечной ткани выполнять полную работу при последующих исследованиях [21].

Потребуются дополнительные испытания на людях, чтобы повторить эти результаты и определить роль инфракрасного света в улучшении физической работоспособности и восстановлении после упражнений.

В некоторых клинических исследованиях инфракрасная терапия улучшала восстановление после физической нагрузки, но доказательств этого недостаточно.

Исследователи исследуют, может ли длительное инфракрасное излучение увеличить кровообращение и улучшить функцию кровеносных сосудов. Существующие результаты неубедительны [22].

В исследовании (РКИ) 61 почечного диализного пациента дальнее инфракрасное излучение увеличивало кровоток и уровень кислорода в организме. Это помогло снизить утомляемость [23].

Благодаря как тепловым, так и нетепловым механизмам, инфракрасное излучение улучшает кровообращение у крыс. Дальняя инфракрасная терапия увеличивала кровоток на срок до 60 минут, при этом температура кожи поддерживалась постоянной [22].

Ученые подозревают, что результаты были вызваны не просто повышением температуры, а скорее взаимодействием инфракрасного света с L-аргинином / оксидом азота [22].

Другие исследователи изучают влияние инфракрасного света на клетки. IR, по-видимому, увеличивает продукцию гена HO-1 за счет повышения температуры, что теоретически может уменьшить аномальный кровоток [24].

HO-1 может предотвратить утолщение кровеносных сосудов, агрегацию тромбоцитов и спазмы сосудов, которые могут способствовать нарушению кровотока. Кроме того, он стимулирует повторный рост эндотелиальных клеток в местах повреждения, дополнительно улучшая здоровье сосудов и способствуя здоровому кровообращению [24].

Некоторые люди считают, что инфракрасная терапия может улучшить кровообращение за счет повышения температуры тканей. Хотя некоторые первые результаты обнадеживают, необходимы более масштабные и надежные испытания на людях.

Доказательств в пользу использования инфракрасного света при расстройствах настроения недостаточно.

В исследовании с участием 70 участников лечение дальним инфракрасным светом в точках акупунктуры повысило их уровень серотонина. Повышение уровня серотонина может помочь улучшить настроение [25].

У крыс длительное лечение инфракрасным светом уменьшало тревожность и депрессивное поведение. Однако кратковременное инфракрасное излучение не влияло на их поведение [26].

В небольшом клиническом исследовании инфракрасный свет повысил уровень серотонина. Потребуются дополнительные исследования на людях, чтобы определить роль инфракрасного излучения в настроении человека.

Отсутствуют веские доказательства в поддержку использования инфракрасного света при сенной лихорадке. В исследовании 31 пациента с аллергическим ринитом (сенной лихорадкой) терапия в дальней инфракрасной области улучшила их симптомы. У пациентов уменьшились духота, зуд в глазах, носу, чихание. Однако эти результаты не были воспроизведены.Требуется гораздо больше исследований [27].

Исследования на животных и клетках (отсутствие доказательств)

Нет клинических данных, подтверждающих использование инфракрасной световой терапии для каких-либо состояний, перечисленных в этом разделе. Ниже приводится краткое изложение существующих исследований на животных и клетках, которые должны направлять дальнейшие исследования. Однако исследования, перечисленные ниже, не следует интерпретировать как подтверждающие какую-либо пользу для здоровья.

Твердые клинические данные свидетельствуют о том, что инфракрасный свет улучшает замедленное заживление ран, например, заживление ожогов, ампутационных травм, кожных трансплантатов, инфицированных ран и травм от защемления [28].

Кроме того, инфракрасная лучевая терапия увеличивала скорость заживления кожных ран у крыс [29].

Дальние инфракрасные лучи увеличивают уровни ключевых факторов в процессе заживления (таких как TGF-β1), а также активность фибробластов (соединительных тканей) и других типов репаративных клеток [29].

Увеличение TGF-β1 снижает выработку ключевых воспалительных факторов. Уменьшение продолжительности и интенсивности секреции этих факторов сокращает период воспалительного ответа, позволяя заживлению ран быстрее перейти в пролиферативный период [29].

В дополнение к увеличению TGF-β1 терапия инфракрасным светом увеличивала образование соединительной ткани и выработку коллагена как в клетках человека, так и в клетках мыши. Одно исследование показало, что рост эпителиальных клеток увеличивается на 171% при воздействии терапии ближним инфракрасным светом [30].

Исследования в области инфракрасного света и заживления ран до сих пор ограничивались исследованиями на животных и клетках. Нужны испытания на людях.

Не было доказано, что инфракрасный свет лечит или предотвращает рак.

Некоторые ученые размышляли о том, влияет ли фотодинамическая терапия на раковые клетки. В посуде наночастицы, которые подвергаются воздействию ближнего инфракрасного излучения, могут стать токсичными для близлежащих раковых клеток. У мышей инфракрасное излучение обладало некоторыми противоопухолевыми свойствами [31, 32].

Фотоиммунотерапия — еще один экспериментальный подход. Ученые считают, что он связывает материалы, управляющие светом и теплом (фототермические), с антителом, нацеленным именно на раковые клетки.После связывания с рецепторами на поверхности раковых клеток инфракрасный свет снова используется для нагрева частиц, что может иметь противораковые эффекты [33].

Однако многие методы оказывают противораковое действие на клетки, в том числе методы, убивающие все клетки, такие как сильная жара. Это не означает, что они имеют какое-либо медицинское значение. Фактически, большинство методов, которые исследуются на раковых клетках и животных, не проходят дальнейшие клинические испытания из-за отсутствия безопасности или эффективности.

Считается, что инфракрасный свет вряд ли убьет рак у людей, но исследования продолжаются.

Инфракрасное излучение может проникать в человеческое тело только примерно на 4 см, поэтому основные риски воздействия инфракрасного излучения связаны с кожей и глазами [5].

Кроме того, крупномасштабные испытания безопасности должны определить долгосрочные побочные эффекты инфракрасного излучения, различных длин волн и световых «дозировок».

Таким образом, это не полный список возможных побочных эффектов инфракрасного излучения.

Примерно 65% инфракрасного излучения, которое достигает человеческого тела, проникает в дерму, прежде чем абсорбироваться. На данный момент одной из потенциальных проблем является увеличение фотостарения (старение из-за света) [34].

УФ-лучи являются основными факторами фотостарения, но одно исследование показало, что повышенное воздействие инфракрасного излучения увеличивает производство ММП-1. MMP-1 является потенциальным участником фотостарения, которое снижает выработку коллагена и эластина в коже [34].

Повышение температуры кожи также может иметь негативные последствия. Повышение температуры из-за индуцированного теплового шока может привести к образованию активных форм кислорода, которые со временем могут вызвать повреждение [35].

Инфракрасное излучение также может повредить татуированную кожу. У одного человека дальний инфракрасный свет вызвал воспаление кожи (псевдолимфому) [36].

Хрусталик глаза чрезвычайно чувствителен к инфракрасному излучению. Длительное воздействие источников высокой мощности может способствовать образованию катаракты [37].

Инфракрасное излучение может повредить важные белки, которые способствуют нормальному функционированию и прохождению ионов и ферментов через хрусталик. Это могло снизить четкость линзы [37].

Повреждение кожи и глаз — наиболее вероятные побочные эффекты терапии инфракрасным светом. В остальном этот метод считается очень безопасным.

Существует не так много доступных клинических испытаний на людях, в которых используется инфракрасное излучение. Кроме того, большинство доступных исследований на людях не высокого качества (не двойные слепые и не имеют большой выборки).

Перед посещением инфракрасной сауны посоветуйтесь с врачом.

Беременным женщинам, детям, пожилым людям и людям со слабой иммунной системой следует избегать инфракрасного излучения из-за отсутствия данных по безопасности и опасности чрезмерного нагрева.

Takeaway

Инфракрасная терапия — это метод, с помощью которого инфракрасные волны света воздействуют на воспаленные или больные ткани. Его сторонники считают, что, нагревая ткани, инфракрасный свет улучшает кровообращение и уменьшает воспаление, тем самым улучшая заживление ран и другие процессы.

Пока что лучшими доказательствами наличия инфракрасного света являются псориаз, диабетические язвы и общее воспаление. Многие популярные применения инфракрасной терапии не имеют достаточных доказательств, чтобы рекомендовать ее.

Биологические эффекты и медицинские применения инфракрасного излучения

Реферат

Инфракрасное (ИК) излучение — это электромагнитное излучение с длинами волн от 760 до 100000 нм. Низкоуровневая световая терапия (LLLT) или фотобиомодуляция (PBM) обычно использует свет в красном и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн (600–100 нм) для модуляции биологической активности.Многие факторы, условия и параметры влияют на терапевтические эффекты инфракрасного излучения, включая плотность энергии, освещенность, время лечения и его повторение, пульсацию и длину волны. Все больше данных свидетельствует о том, что ИК может оказывать эффекты фотостимуляции и фотобиомодуляции, особенно полезные для нервной стимуляции, заживления ран и лечения рака. Нервные клетки особенно хорошо реагируют на ИР, который был предложен для ряда приложений нейростимуляции и нейромодуляции, а недавние успехи в нервной стимуляции и регенерации обсуждаются в этом обзоре.

Применение ИК-терапии в последние годы быстро развивается. Например, была разработана ИК-терапия, которая фактически не требует внешнего источника питания, такого как материалы, излучающие ИК-излучение, и одежда, которая может работать только от тепла тела. Еще одна интересная область — возможное участие солнечного ИК-излучения в фотостарении или фотоомоложении как противоположные стороны медали, и должны ли солнцезащитные кремы защищать от солнечного ИК-излучения? Лучшее понимание новых разработок и биологических последствий ИК может помочь нам улучшить терапевтическую эффективность или разработать новые методы PBM с использованием длин волн ИК.

Ключевые слова: Инфракрасная стимуляция нейронов, фотостарение, повреждение ДНК, нейрозащита головного мозга, АФК, АТФ, молекулы воды, нагрев

1. Введение

Инфракрасное излучение (ИК) — это тип электромагнитного излучения, включая длины волн между 780 нм. до 1000 мкм. ИК разделен на различные диапазоны: ближний инфракрасный (NIR, 0,78 ~ 3,0 мкм), средний инфракрасный (MIR, 3,0 ~ 50,0 мкм) и дальний инфракрасный (FIR, 50,0 ~ 1000,0 мкм), как определено в стандарте ISO 20473: 2007. Оптика и фотоника — Спектральные диапазоны [1].В нескольких исследованиях сообщалось, что ИК может улучшить заживление кожных ран, фотопрофилактику, облегчить боль, скованность, утомляемость при ревматоидном артрите, анкилозирующем спондилите, потенцировать фотодинамическую терапию, лечить офтальмологические, неврологические и психические расстройства и стимулировать распространение мезенхимальных и сердечных заболеваний. стволовые клетки [1–9].

Низкоуровневая светотерапия (НИЛИ) определяется как «Лечение с использованием облучения светом малой мощности, так что эффекты являются реакцией на свет, а не на тепло.Используются самые разные источники света, особенно маломощные лазеры ». в Медицинских предметных заголовках (MeSH) Descriptor Data 2017. Фотобиомодуляционная терапия (PBM) — это «форма световой терапии, в которой используются неионизирующие формы источников света, включая лазеры, светодиоды и широкополосный свет, в видимом и инфракрасном спектре. Это нетепловой процесс с участием эндогенных хромофоров, вызывающий фотофизические (то есть линейные и нелинейные) и фотохимические явления на различных биологических масштабах. Этот процесс приводит к положительным терапевтическим результатам, включая, помимо прочего, облегчение боли или воспаления, иммуномодуляцию и ускорение заживления ран и регенерации тканей.», Как определено в Anders et al. [10]. Сейчас все согласны с тем, что «PBM-терапия» является более точным и конкретным термином для терапевтического применения света низкого уровня по сравнению с «LLLT».

Все фотобиологические реакции определяются поглощением энергии фотоакцепторными молекулами (хромофорами) во время светового облучения. Важно выяснить молекулярный механизм взаимодействия света с тканью путем идентификации фотоакцепторных молекул. Считается, что физиологические эффекты, вызванные ИК-излучением, связаны с двумя основными типами фотоакцепторов (т.э., цитохром с оксидаза и внутриклеточная вода) [11]. Поглощение фотонов преобразует свет в сигналы, которые могут стимулировать биологические процессы [12]. Воздействие ИК-света на динамику воды в мембранах, митохондриях и / или клетках может модулировать сигнальные пути, продукцию активных форм кислорода (АФК), АТФ (аденозинтрифосфат), Ca ²⁺ , NO и группу инозитолфосфатов [13 –16]. Вторичным эффектам всегда предшествуют первичные эффекты, включая передачу сигналов стресса, метаболические процессы, организацию цитоскелета, пролиферацию / дифференцировку клеток и гомеостаз (в зависимости от повреждения или метаболических окислительно-восстановительных потенциалов) [17, 18].Кроме того, Shapiro et al. продемонстрировали, что ИК-свет может возбуждать клетки за счет поглощения воды, при этом повышение температуры влияет на плазматическую мембрану и изменяет электрическую емкость, тем самым деполяризуя клетки-мишени [19].

Pollack et al. продемонстрировали, что вода в определенных местах внутри клеток существует как более химически / биологически активная молекула [20]. Большая часть внутриклеточной воды динамична и имеет упорядоченную структуру для поддержки жизненных процессов в биологических системах [21].Поскольку спектр электромагнитного поглощения воды в основном находится в ИК-области, поглощение фотонов может привести к быстрому увеличению внутриклеточной температуры [22], что может способствовать нежелательным физиологическим изменениям температуры, pH, осмоса и выхода АТФ [23, 24].

На протяжении миллиардов лет Солнце генерировало ИК-излучение, и живые организмы на Земле эволюционировали, чтобы иметь дело с ИК-излучением как важным фактором окружающей среды в зависимости от их среды обитания. Многие древние методы лечения использовали солнечный свет для заживления ран и облегчения боли.Спектр солнечного света в окружающей среде и соответствующий спектр поглощения воды показаны в [25]. Ясно, что солнечное излучение и полосы сильного поглощения воды почти совпадают. Прежде чем солнечный свет проникает в атмосферу, он имеет более однородный спектр излучения. Пока солнечный свет достигает земли, некоторые полосы поглощаются газом окружающей среды или молекулами воды в атмосфере. Поскольку человеческое тело на 70% состоит из воды, оно потенциально может накапливать большое количество энергии, которая может модулировать биологические процессы, за счет сильного резонансного поглощения инфракрасного излучения солнечного света, опосредованного молекулами воды.

Наложение спектров солнечного излучения и поглощения воды, показывающее, что наиболее значительные области перекрытия находятся в области 800–1300 нм

В последние годы сочетание технических, клинических и фотобиологических принципов стало важным для понимания терапевтические эффекты НИЛИ. Например, в последние годы системы доставки оптического волокна стали важной технологией для облегчения LLLT [26]. Волоконная оптика может передавать свет определенной длины волны на большие расстояния за счет использования полного внутреннего отражения, позволяя им изгибаться вдоль своего пути и фокусировать пятно излучения на определенной области.Хотя процедуры доставки света, необходимые для использования НИЛИ при заболеваниях легких и дыхательных путей, сложны, оптические волокна внутри игл могут применяться [27].

Кроме того, была описана неинвазивная доставка энергии на большие расстояния с использованием инфракрасного импульсного лазерного устройства (IPLD) с длиной волны 904 нм, пульсирующего с частотой 3 МГц, который, как утверждается, имеет оригинальный механизм действия, названный «фото- инфракрасная импульсная биомодуляция »(PIPBM). Устройство было применено в клинических испытаниях пациентов с запущенным раком и в случае возрастной дегенерации желтого пятна (географической атрофии) с ассоциированным неврологическим заболеванием, оно продемонстрировало достаточные доказательства его селективных, удаленных, репаративных и / или регенеративных физиологических эффектов [ 16, 28, 29].

Предыдущие клинические исследования показали, что НИЛИ имеет широкий спектр преимуществ для различных групп пациентов, различных медицинских показаний и состояний без какого-либо серьезного риска побочных эффектов. Адекватная дозиметрия важна для LLLT и PBM терапии; появился основной принцип, названный «двухфазная доза-реакция», когда было обнаружено, что большие дозы света менее эффективны, чем меньшие дозы [30]. Этот феномен проявляется в благоприятных неврологических эффектах транскраниальной НИЛИ при черепно-мозговой травме, где результаты значительно различаются в зависимости от количества процедур и плотности энергии каждого отдельного лечения.

В данной обзорной статье будут обобщены только некоторые ключевые исследования нового приложения и научные открытия, связанные с инфракрасным излучением. Особое внимание будет уделено новым приложениям, включая материалы, излучающие ИК-излучение для одежды, инфракрасную терапию в сауне, терапию Waon и т. Д. Кроме того, мы представляем некоторые недавно появившиеся научные открытия о нервной стимуляции, фотостарении, фотоомоложении, противоопухолевом действии, регенерации нервной системы и жировой ткани. .

2. Новые разработки и применение инфракрасной терапии в биологических областях

2.1. Материалы, излучающие инфракрасное излучение для одежды

В последние годы благодаря развитию нанотехнологий функциональная спортивная одежда приобрела множество свойств, повышающих эффективность занятий спортом, эффективность и комфорт. Например, спортивная одежда должна позволять владельцу оставаться в тепле в холодную погоду и сохранять прохладу в жаркую погоду за счет отвода пота от кожи. В общем, механизм действия материалов, излучающих ИК-излучение, заключается в преобразовании тепловой энергии тела (конвекция и проводимость) в излучение в диапазоне длин волн ИК-излучения от 3 до 20 мкм, чтобы вызвать гомеостаз и фотобиомодуляцию за счет более глубокого проникновения ИК-излучения и молекулы воды. абсорбция в коже [25].Использование материалов, генерирующих ИК-излучение, возможно, помогает улучшить кровообращение и обмен веществ в организме человека.

Предыдущие исследования показали, что эффекты IR могут активировать фибробласты, увеличивать синтез коллагена и экспрессию трансформирующего фактора роста-бета1 (TGF-beta1) в ранах крыс [31]. Предыдущие исследования показали, что включение наноразмерных частиц германия (Ge) и диоксида кремния (SiO ₂ ) в композитные волокна дает нановолокна из поливинилового спирта (ПВС).Длина волны излучения этих мембран из нановолокна находилась в диапазоне 5–20 мкм при 37 ° C и показывала коэффициент излучения 0,891 (идеальное черное тело имеет максимальный коэффициент излучения 1) и мощность излучения 3,44 × 102 Вт · м ^{— 2} с плотностью полотна 5,55 г ⁻² . Антимикробные свойства, вызванные дальним инфракрасным излучением, могут быть эффективными для уменьшения количества бактерий как против Staphylococcus aureus , так и против Escherichia coli на 99,9%, и показали снижение на Klebsiella pneumoniae на 34.8% [32].

Футболисты использовали одежду, излучающую FIR (плотность 225 г ⁻² , 88% излучающее дальнее ИК-излучение волокно из полиамида 66 Emana (PA66), 12% спандекс, коэффициент излучения 0,88 и излучаемая мощность 341 Вт / м ² при 37 ° C в диапазоне длин волн 5–20 мкм). Эта одежда использовалась в течение 10 часов в качестве одежды для сна в течение трех ночей подряд, чтобы уменьшить болезненность мышц с отсроченным началом через 48 часов после интенсивной плиометрической тренировки [33].

Пластырь, излучающий в дальнем инфракрасном диапазоне, применялся для терапевтического лечения остеоартрита коленного сустава.На заднюю поверхность колена пациента накладывали пластырь на 12 часов в день и 5 дней в неделю в течение 4 недель. Пластырь был изготовлен компанией Chongqing Kaifeng Medical Instrument Co. Ltd, Китай, которая предоставила пластину, покрытую запатентованным минеральным образованием, состоящим из 33 элементов, предназначенных для генерации дальнего ИК-излучения за счет действия радиатора. В исследовании контролировали продольное ультразвуковое сканирование переднего отдела коленного сустава.Он показал, что у пациентов из группы FIR было меньше суставного выпота (40%) по сравнению с исходным уровнем (80%) [34].

Тинг-Кай Леунг и др. использовали керамический порошок (производства Bioenergy Development Ltd, Таоюань, Тайвань) для исследований in vitro и in vivo. Его средняя излучательная способность составляла 0,98 на длинах волн 6–14 мкм с нетепловыми эффектами при комнатной температуре. Экспериментальные мишени включали клетки рака молочной железы MCF-7, клетки макрофагов, клетки меланомы, клетки миобластов, линию клеток хондросаркомы, клетки эпителия груди человека MCF-10A и колени кроликов [35].Важнейшим результатом исследований было то, что этот биокерамический препарат может снимать воспалительный артрит коленных суставов кролика [36]. Кроликам вводили внутрисуставные инъекции липополисахарида (ЛПС), чтобы вызвать стерильное воспаление, а затем помещали в клетки, окруженные слоем, содержащим биокерамику, в группе лечения. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) показала, что биокерамика способна снимать воспаление в суставах через 7 дней после инъекции ЛПС.

2.2. Инфракрасные сауны и Waon Therapy

Использование инфракрасных саун для лечения основано на глубоком проникновении излучения в кожу для восстановления гомеостаза терморегуляции. У малоподвижных пациентов, страдающих остеоартритом или сердечно-сосудистыми респираторными проблемами, сауны в дальнем инфракрасном диапазоне могут быть использованы в качестве альтернативы умеренным упражнениям. Они оказывают терапевтическое действие без каких-либо побочных эффектов на застойную сердечную недостаточность, преждевременные сокращения желудочков, уровни натрийуретического пептида мозга, функцию эндотелия сосудов, потерю веса, окислительный стресс или хроническую усталость [37].

Терапия Waon означает, что тело предупреждается в инфракрасной камере в течение 15 минут при 60 ° C, затем его заворачивают в тепловые одеяла и кладут для поддержания тепла в течение дополнительных 40 минут, и, наконец, пациент пьет воду, чтобы восполнить потерю влаги. потоотделением. Он может улучшить сердечную функцию и полезен при реабилитации [38].

Терапия Waon проводилась один раз в день 5 дней в неделю в течение 2 недель. Всего было обследовано 76 пациентов, получавших терапию Waon, и 73 пациента из контрольной группы в 19 центрах [39].Значения натрийуретического пептида B-типа в плазме, классификация болезней «New York Heart Association», 6-минутная ходьба и кардиоторакальный коэффициент были значительно улучшены в группе терапии Waon по сравнению с контрольной группой. Испытание продемонстрировало безопасность и эффективность для лечения этой целевой группы пациентов с хронической сердечной недостаточностью.

Терапия Waon оказывает адъювантный эффект при хронической обструктивной болезни легких. Группа Waon показала большую жизненную емкость и пиковую скорость выдоха, чем контрольная группа.Необходимы дальнейшие исследования для изучения механизма действия, в частности, может ли терапия Waon быть связана с увеличением потока NO через дыхательные пути [40].

Хроническая сердечная недостаточность вызывает дисфункцию эндотелия сосудов. Было продемонстрировано, что терапия сауной с инфракрасным излучением улучшает сосудистую эндотелиальную дисфункцию у хомяков с экспериментальной кардиомиопатией, которых лечили ежедневно с помощью экспериментальной системы сауны с дальним инфракрасным излучением в течение 15 минут. Через 4 недели мРНК артериальной эндотелиальной синтазы оксида азота (NO) (eNOS) (а также экспрессия белка) и продукция NO были значительно увеличены по сравнению с нормальным контролем [41].

3. Новые исследования инфракрасной терапии

3.1. Нейронная стимуляция

Инфракрасная нервная стимуляция (ИНС) имеет более высокое пространственное разрешение без электрохимической связи между источником и целевой тканью. Кроме того, инфракрасное излучение можно точно настроить для отражения входящего сигнала; однако потенциальными недостатками INS являются риски теплового повреждения ткани из-за передозировки энергии и ограниченная глубина стимуляции, зависящая от свойств поглощения ИК-излучения тканью [42].

Многие исследователи обнаружили, что применение непрерывного или импульсного света приводит к различным результатам в исследованиях заживления ран и регенерации тканей [43]. Низкочастотный импульсный ИК-лазер значительно стимулировал образование костных узелков в клетках свода черепа крыс in vitro с помощью низкоэнергетического Ga-Al-As-лазера (2 Гц, 830 нм, 500 мВт, 0,48 3,84 Дж / см ² ) [44 ]. Что касается INS, считается, что порог безопасности включает недопущение нагрева ткани в зависимости от нейронных целей, длины волны, частоты импульсов, мощности и т. Д. [45, 46].ИНС для кохлеарного имплантата сравнима с электростимуляцией, в то время как другие нейронные мишени могут иметь более низкие пороги безопасности для ИНС. Импульсный диодный лазер с длиной волны 1,844 1,873 мк м, длительностью импульса 35 ~ 1000 мкс, частотой повторения 2 Гц был использован для выявления составных потенциалов действия. Результаты показали, что длительность импульса 35 мкс была достаточной для выявления сложных потенциалов действия из улитки. Для проведения составного потенциала действия 50 мкм пиковая мощность была постоянной для длительностей импульсов 100 мкс ~ 1000 мкс, но показывала более высокую пиковую мощность при длительности импульса 35 мкс [47].

Одним из возможных механизмов ИНС являются фототермические эффекты, вызванные поглощением энергии водой, а не фотохимическими реакциями, которые могут происходить с излучением, обладающим большей энергией фотонов (более короткой длиной волны), или фотомеханическими волнами давления [48]. Термочувствительный ионный канал, называемый «временный рецепторный потенциал ваниллоида 1» (TRPV1), является возможным рецептором, который стимулируется во время INS. TRPV1 может активироваться термически за счет лучистой энергии, поглощаемой водой, присутствующей в нервной ткани.Поскольку у большинства мышей с нокаутом TRPV1 не было ответа на ИК-оптическую стимуляцию улитки, о чем свидетельствует отсутствие какого-либо потенциала действия, передаваемого в слуховом нерве во время ИК-воздействия (λ = 1,85, 1,86 мкм), это наблюдение подтвердило гипотезу о вовлечении TRPV1. в генерации потенциала действия с помощью ИК-излучения [49]. Кроме того, изолированные клетки сетчатки и вестибулярного ганглия грызунов были использованы для наблюдения реакции, вызванной ИК-лазером. Добавив блокаторы каналов TRPV1 и TRPV4 для идентификации первичных эффекторов, исследование пришло к выводу, что каналы TRPV4 вызывают сенсорный нейрональный ответ, запускаемый облучением ИК-лазером (λ = 1.87 мкм) [50].

Внутриклеточный Ca ²⁺ является важным вторичным посредником для разнообразных биологических процессов, таких как сокращение гладких мышц, высвобождение нейромедиаторов и регуляция сигнальных путей [51]. После воздействия ИК-излучения (1862 нм) в кардиомиоцитах желудочков новорожденных крыс наблюдалось быстрое повышение уровня внутриклеточного кальция до частоты пульсации в клетках [52]. Используя флуоресцентный анализ, ИК-импульсы 1862 нм (0,2-1 Гц) могут стимулировать как вызванные ИК-излучением, так и спонтанные кальциевые события.Инфекционно-вызванные кальциевые события имели меньшую амплитуду и более короткие временные константы по сравнению со спонтанными кальциевыми событиями. Был использован митохондриальный ингибитор Ca ²⁺ , который подтвердил гипотезу о том, что импульсное ИК-излучение регулирует Ca ²⁺ в митохондриях через митохондриальный обменник Na ⁺ / Ca ²⁺ и митохондриальный унипортер Ca ²⁺ .

В 2016 году Ken Zhao et al. рассмотрели применение INS, сосредоточив внимание на его способности стимулировать различные типы нейронов оптическим излучением, включая лицевой нерв, улитку, вестибулярную систему и кору [53].Они пришли к выводу, что ИК-излучение в основном поглощается водой ».

Периодическое инфракрасное фемтосекундное лазерное излучение (780 нм) было замечено для синхронизации отдельных или небольших групп кардиомиоцитов в качестве «оптического водителя ритма» [54]. В этом исследовании мощность ИК-лазера была адекватно отрегулирована, чтобы вызвать периодическое высвобождение кальция и избежать перепроизводства кальция в цитозоле. Лазер применялся со средней общей мощностью от 15 до 25 мВт. Кальциевый ответ с синхронизацией в изолированных кардиомиоцитах (или конкретной клетке в группе кардиомиоцитов) зависел от средней мощности лазера на целевой клетке.

Предыдущие исследования показали, что импульсное ИК-излучение с длиной волны 1860 нм или 790 ~ 850 нм стимулировало потенциалы действия во многих различных типах нервных клеток, таких как седалищные клетки, слуховые нервы и кардиомиоциты [52, 55, 56]. Полукружный канал crista ampullaris жабы (который функционирует как орган баланса внутреннего уха) был чувствителен к ИК-излучению (1862 нм) [57]. При облучении сенсорного эпителия различными типами ИК-импульсов наблюдалась активация фазовых тормозных и возбуждающих афферентных реакций.Однако при тепловой стимуляции сенсорного эпителия не наблюдалось синхронизированных по фазе потенциалов действия афферентного нерва.

Кроме того, ИК-лазер (λ = 1450 нм и 1860 нм) может временно подавлять распространение потенциалов действия в эндогенных немиелинизированных и миелинизированных аксонах. ИК-лазер, подаваемый с помощью оптического волокна 200 мкм, подавался между электростимуляцией, производимой микропипеткой, и нервом. регистратор сигналов. Данные показали, что потенциал действия, индуцированный электростимуляцией, блокировался инфракрасным излучением, включая сокращение мышц при аплизии и проводимость седалищного нерва у крыс.

Кроме того, для оценки пространственной селективности остро поврежденной улитки морской свинки применяли импульсный ИК-лазер (1,86 мкм). Нейронный ответ нижнего холмика был преобразован в кривые пространственной настройки, чтобы сравнить различия между акустически вызванными ответами и реакциями, вызванными ИК-импульсом [58]. Большинство кривых пространственной настройки указывают на то, что оптическая стимуляция может активировать селективные популяции нейронов таким же образом, как и акустическая стимуляция; только 10% профилей невозможно было проанализировать или сопоставить.

Основным недостатком INS является отложение тепла в тканях, что может стать препятствием на пути разработки имплантируемых устройств для таких применений, как искусственная улитка. Недавно был разработан гибридный метод электрооптической стимуляции, сочетающий ИНС с электростимуляцией [59, 60]. Седалищный нерв задней конечности крысы облучали импульсным диодным лазером (λ = 1875 нм) во время электростимуляции. Кроме того, было обнаружено, что повышение температуры нервной ткани, вызванное оптической стимуляцией, может усиливать гибридную электрооптическую стимуляционную реакцию нервов.

3.2. Воздействие инфракрасного излучения на кожу: фотостарение против фотоомоложения

В последние годы фотодерматологические исследования сделали огромный прогресс в понимании молекулярных механизмов, которые составляют основу положительных и отрицательных эффектов, которым кожа человека может подвергаться в ответ на воздействие инфракрасного излучения. В большинстве исследований для освещения ИРА использовались искусственные источники света. Это позволяет определить наиболее эффективную длину волны, мощность и плотность потока энергии для облучения объектов, чем при использовании окружающего инфракрасного излучения солнца, содержащего несколько длин волн, которое может вызвать тепловую индукцию MMP-1 и индуцированную фотозащиту кожи человека [61] .

Поскольку кожа человека постоянно подвергается воздействию инфракрасного излучения окружающей среды, эта энергия может косвенно или прямо стимулировать выработку свободных радикалов или АФК. Многие исследователи обнаружили, что кратковременная вспышка ИК-индуцированных АФК может быть полезной для фотоомоложения. ИК-излучение (8 ~ 12 мкм м), используемое для заживления ран на всю толщину кожи у крыс, показало увеличение высвобождения фактора роста и противовоспалительного цитокина, трансформирующего фактор роста-β1 (TGF-β1), который приводит к активации фибробластов для улучшения заживления ран [31].Кроме того, инфракрасное излучение (λ = 950 нм) использовалось для прямой стимуляции пролиферации фибробластов, что привело к увеличению пролиферации фибробластов in vitro [62].

Предполагается, что молекулярный механизм NIR-излучения (λ = 810 нм) для генерации митохондриальной передачи сигналов в клетках млекопитающих обусловлен активацией фотоакцептора, называемого цитохром с оксидазой (CCO). Световая активация CCO стимулирует митохондриальную респираторную цепную реакцию с образованием ROS и приводит к активации NF-κB в эмбриональных фибробластах [13, 63].Кроме того, поглощение ИК-излучения PBM структурированной внутриклеточной водой может вызывать дополнительные изменения энергии колебаний молекул и влиять на третичную конформацию ферментов, ионных каналов и других белков. Эти относительно небольшие изменения в структуре белка могут активировать сигнальные пути (например, за счет инозитолфосфатов), что приводит к активации факторов транскрипции и изменениям в экспрессии генов [64, 65].

Кроме того, первичные дермальные фибробласты человека были проанализированы с помощью микроматричного анализа после облучения ИРА in vitro.Анализ микроматрицы показал, что 599 IRA-регулируемых генов по-разному экспрессируются в первичных дермальных фибробластах человека, которые имеют отношение к метаболическим процессам во внеклеточном матриксе, гомеостазу кальция, передаче сигналов стресса и регуляции апоптоза [17]. Это исследование также показало, что IRA приводит к генерации АФК как внутри, так и вне митохондрий. Авторы предположили, что для активации экспрессии генов могут быть задействованы три основных сигнальных пути, включая митоген-активируемые протеинкиназы (MAPKs), кальций и интерлейкин 6 / сигнальный трансдуктор и активатор транскрипции 3 (STAT3).Кроме того, гены, индуцированные IRA, значительно отличались от генов, индуцированных УФ-излучением. Это открытие означает, что разные длины волн света могут приводить к определенным сигнальным путям в дермальных фибробластах человека.

Однако свободные радикалы и АФК, индуцированные ИК-излучением, могут быть обоюдоострым мечом: в низких дозах они могут активировать защитные реакции, но в высоких дозах АФК могут повредить органеллы и клетки кожи, что приведет к фотостарению. Многие исследования показали, что ИК-излучение в диапазоне от 760 до 1000 нм участвует в фотостарении и фотоканцерогенезе кожи человека [66].Механизм ИК-излучения, повреждающего кожу, основан на активации матричной металлопротеиназы-1 (MMP-1), которая опосредуется стимуляцией пути p38-MAPK и сигнальных путей киназы 1/2 (ERK1 / 2), регулируемой внеклеточными сигналами. ответ на облучение ИРА. Когда кожа человека облучается однократным или многократным нанесением (один раз в неделю в течение 4 недель) ИК-излучения, это может привести к различной экспрессии проколлагена типа I и более высокой экспрессии TGF-β1, -β2 и -β3 [67, 68].

Кроме того, для облучения кожи человека использовалась инфракрасная лампа с максимальным излучением при 1100 ~ 1120 нм.Кровеносные сосуды, окрашенные маркером эндотелиальных клеток CD31, были увеличены инфракрасным излучением, вероятно, за счет повышения регуляции фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и подавления антиангиогенного фактора тромбоспондина-2 (TSP-2) в эпидермисе кожи [69 ].

IRA радиационно-индуцированные свободные радикалы могут в разной степени снижать содержание антиоксидантов, таких как каротиноиды, в коже человека. Особенно каротиноид, ликопин быстро снижается по сравнению с бета-каротином [70]. Для исследования образования свободных радикалов в коже человека во время воздействия ИК-излучения использовались многие неинвазивные измерения, такие как резонансная спектроскопия комбинационного рассеяния, спектроскопия отражения и измерение цвета кожи [71, 72].

Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса основана на резонансном поглощении микроволнового излучения путем согласования разности энергий спинов свободного неспаренного электрона в магнитном поле, а также на измерении обращения спина и поглощения микроволновой энергии [73]. Следует учитывать эффект вращения в тканевой воде со значительным демпфированием, вызванным резонансным поглощением микроволнового излучения, чтобы избежать последствий высокого импеданса на этом частотном уровне (10 ⁹ Гц).В предыдущих исследованиях на коже 17 добровольцев параллельно использовались резонансная рамановская спектроскопия и спектроскопия электронного парамагнитного резонанса. Нитроксид-радикалы (со свободным неспаренным электроном на атоме азота) использовали для определения антиоксидантной способности кожи in vivo. Результаты показали, что скорость уменьшения нитроксида коррелирует с концентрацией кожных каротиноидов [74].

Антиоксидантный механизм каротиноидов заключается в тушении синглетного кислорода его системой двойных связей сопряженного углерода.Концентрация каротиноидов может указывать на полный уровень антиоксидантов в коже человека [75]. Резонансная рамановская спектроскопия — это неинвазивный оптический метод для устранения влияния неоднородностей и измерения концентрации каротиноидов в коже [76].

Кроме того, IRA-индуцированное истощение каротиноидов у десяти добровольцев было проанализировано с помощью резонансной рамановской спектроскопии, а распределение концентрации каротиноидов по глубине на ладонной части предплечья было определено с помощью конфокальной рамановской микроскопии [77].Результаты показали, что после воздействия IRA-излучения концентрация каротиноидов сразу же снижалась и сохранялась до 60 минут после воздействия. Первоначальный уровень исходной концентрации антиоксиданта восстановился через 24 часа после воздействия.

АФК, вызванные высокими дозами ИРА, могут значительно снизить уровень антиоксидантов in vivo. Это следует учитывать, и кожу следует подвергать воздействию только низких и умеренных доз IRA-излучения, чтобы избежать повреждения тканей и фотостарения. Баролет и др. В статье, озаглавленной (Инфракрасное излучение и кожа: друг или враг?) [3], подчеркнули выраженное двухфазное дозовое воздействие ИК на кожу.Благоприятные эффекты низких доз ИК на кожу включали фотозащиту от повреждений, вызванных УФ-излучением, фотоомоложение, уменьшение пигментных поражений и уменьшение количества тонких линий и морщин. Таким образом, данные в целом подтверждают вывод о том, что оптимальные параметры света имеют решающее значение для различного применения НИЛИ и ПБМ, особенно на коже, но также и на других системах органов [78].

Тепловое воздействие, вызванное инфракрасным излучением, может быть патологическим для кожи. Когда температура кожи превышает 39 ° C во время ИК-облучения, это может вызвать образование АФК и патологические эффекты из-за изменений структурной целостности, вызванных индукцией ферментов в коже [79].Кроме того, регуляция экспрессии белка аквапорина 3 участвует в функциональных механизмах интенсивного импульсного света на длине волны 560 нм, который играет важную роль в гомеостазе кожи для транспортировки отходов и малых молекул растворенных веществ [80].

Как упоминалось выше, высокие температуры кожи могут активировать термочувствительные ионные каналы семейства TRPV1, увеличивая концентрацию внутриклеточного Ca ²⁺ внутри клетки и последующую активацию сигнальных путей [81, 82].

3.3. Противоопухолевое действие

За последнее десятилетие в ряде исследований было обнаружено, что ИК-излучение может вызывать некоторые повреждения ДНК в раковых клетках [83–85]. Предлагаемый механизм связан с окислительным стрессом. ИК влияет на цепь переноса электронов, генерируя АФК, которые не только стимулируют передачу сигнала на умеренных уровнях, но также могут напрямую повреждать клеточные органеллы при их чрезмерном генерировании. Сообщалось, что индуцированные IR митохондриальные АФК способны повреждать митохондриальную ДНК человека (мтДНК), которая принимает форму кольцевой двухцепочечной молекулы длиной 16 559 п.н., содержащей 37 генов, что приводит к изменению функции дыхательной цепи [86].Кроме того, мутации мтДНК играют важную роль в патологических отклонениях. К настоящему времени обнаружено более 100 точечных мутаций в мтДНК [87].

Частота мутаций мтДНК значительно выше, чем у ядерной ДНК. Это связано с тем, что механизмы репарации ДНК против вызванного окислительным стрессом повреждения ДНК не так эффективны в митохондриях, как в ядре клетки. Это относится к объемным повреждениям ДНК или фотопродуктам, таким как фотопродукты пиримидин (6–4) пиримидона или димеры циклопиримидина [88].Кроме того, мтДНК расположена в непосредственной близости от цепи переноса электронов, которая имеет наибольшее количество индуцированных ИК-излучением АФК на стороне клетки. Следовательно, высока вероятность того, что АФК вызывают повреждение мтДНК и запускают каскад апоптоза и гибели клеток.

Чтобы уточнить внутриклеточное расположение IRA-индуцированных АФК, для предварительной обработки человеческих фибробластов использовали антиоксиданты [17]. Антиоксидант N-ацетил-цистеин может повышать уровень внутриклеточного глутатиона [89], улавливать активные формы кислорода во всех различных клеточных компартментах и, следовательно, способен подавлять все изменения в экспрессии генов, индуцированных IRA.Однако IRA по-прежнему активирует гены, связанные с ROS, если MitoQ используется в качестве антиоксиданта, который был разработан для удаления ROS, специфически возникающих внутри митохондрий [90]. Это означает, что другие хромофоры, активируемые IRA, в различных клеточных компартментах могут участвовать в индуцированном IRA образовании ROS, и не ограничиваются исключительно митохондриями. Более того, индуцированная IRA экспрессия фермента MMP-1 в первичных фибробластах кожи человека может быть снижена антиоксидантами, такими как аскорбиновая кислота, (α) -токоферол, эпигаллокатехингаллат, (-) — эпикатехин или фенилпропионовая кислота [91].Вдобавок было предложено, что фермент MMP-1 ведет себя как «храповик броуновского движения», управляемый динамикой воды, которая может стимулироваться инфракрасным светом. Например, активированная коллагеназа (MMP-1) действует как молекулярный храповик, участвуя в ремоделировании тканей и взаимодействиях с клеточным матриксом [92]. Следовательно, можно применять соответствующие антиоксиданты для защиты от преждевременного старения кожи, вызванного излучением IRA. Клеточные линии рака молочной железы человека MDA-MB-231, MCF7, T47D и нормальные эпителиальные клетки молочной железы (184B5) были облучены MIR (λ = 3.0 ~ 5,0 мкм). Количественный протеомный анализ был использован для изучения MIR-регулируемых физиологических реакций клеток рака молочной железы, включая остановку клеточного цикла G ₂ / M, ремоделирование сети микротрубочек до расположения астрального полюса, изменение цитоскелета актинового плача и уменьшение количества клеток. миграционная активность [85].

Chang et al. продемонстрировали, что ИК-излучение (3 ~ 5 мкм) может вызывать набухание и остановку клеточного цикла в фазе G ₂ / M в клетках рака легкого A549 [84].ИК-излучение также может ингибировать фосфорилирование циклин-зависимой киназы 1 (CDK1) и циклина B1, что приводит к остановке прогрессирования клеточного цикла. Кроме того, перинуклеарное распределение актиновых филаментов в клетках рака легкого предполагает, что окислительный стресс, вызванный ИК-излучением, влияет на остановку клеточного цикла, реорганизацию цитоскелета и влияет на баланс антиоксидантов [93]. Это исследование также показало, что ИК-излучение запускает ось ATM / ATR-p53-p21 в ответ на повреждение ДНК, что приводит к образованию ядерных фокусов 53BP1 и c-h3AX и активации пути ATM / ATR-p53-p21, участвующего в Ремонт ДНК.Эти данные предполагают, что ИК-излучение индуцировало систему репарации ДНК в ответ на повреждение ДНК.

FIR (4 ~ 1000 мкм) излучение вызывает молекулярные колебания, приводящие к повышению температуры внутри клеток, и может вызвать локальный тепловой стресс в окружающей среде. Индукция белка теплового шока (HSP) 70 может ингибировать высвобождение цитохрома c из митохондрий, что является предшествующей стадией апоптоза [94]. Предыдущая литература показала, что низкая базальная экспрессия HSP70 и изменения клеточной морфологии наблюдались в FIR-чувствительных клеточных линиях HSC3, Sa3 и A549 [95].

Кроме того, FIR индуцировал клеточную гипертрофию и подавлял пролиферацию раковых клеток A549 (легкие), HSC3 (язык) и Sa3 (десна) за счет остановки клеточного цикла G ₂ / M за счет сверхэкспрессии гена ATF3 [96]. Ген ATF3 участвует в реакции на изменения внеклеточного или внутриклеточного микросреды, клеточного гомеостаза, клеточного цикла и гибели клеток [97]. Однако ИК-излучение не влияло на экспрессию гена ATF3 и гипертрофию клеток в раковых клетках A431 (вульва) или MCF7 (груди).Эти результаты показывают, что FIR-излучение подавляет пролиферацию раковых клеток в зависимости от конкретного типа клеток и может быть эффективным средством лечения некоторых видов рака.

Предыдущие исследования показали, что терапия ионизирующим излучением в сочетании с паклитакселом может усиливать терапевтический эффект [98]. Паклитаксел стабилизирует микротрубочки и приводит к гибели клеток, ингибируя сегрегацию хромосом, нарушая сборку веретена во время деления клеток и вызывая остановку клеточного цикла в фазе G ₂ / M.Кроме того, паклитаксел также активирует несколько путей митохондриальной цитотоксичности, изменяя проницаемость пор в митохондриях, рассеивая потенциал митохондриальной мембраны, высвобождая цитохром с из межмембранного пространства и формируя АФК [99]. Клетки рака шейки матки человека HeLa, обработанные паклитакселом в сочетании с облучением MIR (3,6, 4,1 и 5,0 мкм), показали улучшенный противоопухолевый эффект [100]. IR может снизить дозировку паклитаксела при клинической противоопухолевой химиотерапии, чтобы избежать тяжелых побочных эффектов, вызванных паклитакселом, таких как снижение количества лейкоцитов, выпадение волос, диарея, язвы во рту и реакции гиперчувствительности.

3.4. Нервная и жировая регенерация

Транскраниальная стимуляция мозга инфракрасным излучением — это использование когерентного или некогерентного света для реабилитации нейродегенеративных заболеваний головного мозга или черепно-мозговых травм, а также для модуляции нейробиологической функции за счет нетеплового эффекта; однако молекулярный механизм ИК-стимуляции мозга до сих пор неясен.

Чтобы прояснить клеточный механизм лечения NIR-лазером у пациентов с острым ишемическим инсультом, модель эмболического инсульта кроличьего тромба была использована для оценки содержания АТФ в кортикальном слое после лечения лазером 808 нм [101].БИК-лазер в импульсном или непрерывном режиме мог повысить содержание АТФ в коре головного мозга кроликов по сравнению с имитацией эмболии кроликов, особенно импульсный волновой режим дал значительно большее увеличение содержания АТФ в кортикальном слое.

Диодный лазер на основе Ga-Al-As с длиной волны 810 нм, импульсный с частотой 10 Гц, 100 Гц и непрерывный режим, с плотностью мощности 50 мВт / см ² в течение 12 минут, использовался для освещения головы мыши с экспериментальной черепно-мозговой травмой (ЧМТ). Мышей умерщвляли и анализировали через 2, 15 и 28 дней после ЧМТ.Так же, как размер поражения и количество продукции АТФ, частота импульсов 10 Гц лучше всего влияла на неврологические функции [102]. Это исследование показало, что ритм 4 ~ 10 Гц, возникающий в области гиппокампа в нормальном мозге мышей, может войти в положительный резонанс с частотой лазерного импульса 10 Гц для улучшения нейрореабилитации мышей с ЧМТ.

Лазер с длиной волны 808 нм может также способствовать мозговому кровотоку и повышать уровень оксида азота у мышей [103]. Было высказано предположение, что ИК-лазер может стимулировать мозговое кровообращение за счет высвобождения NO, а также активировать нейропротективные пути для уменьшения количества апоптотических клеток в гиппокампе.

Существует множество гипотез, объясняющих дегенерацию нейрональных процессов при болезни Паркинсона, включая снижение уровней дофаминергических нейронов в черной субстанции, присутствие цитоплазматических включений и аномальное увеличение альфа-синуклеин-положительных аксонов в выживших нейронах [104].

В попытке исследовать снижение аксонального транспорта, вызванное болезнью Паркинсона, скорость митохондриального движения в трансмиссионно-цибридных нейрональных клетках человека была измерена во время лечения диодным лазером с длиной волны 810 нм [105].Кибриды — это нейроны, в которых собственные митохондрии заменены больными митохондриями, полученными из других клеток (например, полученных от пациентов с болезнью Паркинсона). Скорость митохондриального движения в цибридных нейритах при болезни Паркинсона была значительно увеличена после воздействия ИК-излучения в течение двух часов. Было высказано предположение, что лечение ИК-лазером может подавлять нейродегенеративные симптомы у пациентов с болезнью Паркинсона.

Кроме того, трансгенных мышей-предшественников белка амилоида-β (мышиная модель болезни Альцгеймера) лечили 3 раза в неделю различными дозами 808-нм ИК-лазера [106].Уровни пептида амилоида-β головного мозга, пептида β амилоида-β в плазме и пептида β-амилоида-β спинномозговой жидкости, а также количество бляшек β-амилоида в головном мозге были снижены путем обработки ИК-лазером в зависимости от дозы. Кроме того, индуцированная ИК-лазером генерация АТФ может также улучшить сохранение нейронов и ингибировать образование амилоидных бляшек.

Эти данные, вместе взятые, указывают на то, что ИК-излучение может стимулировать рост жизнеспособности клеток и факторы роста, которые вызывают потенциальные терапевтические эффекты при повреждении головного мозга или дегенеративном заболевании головного мозга.Заболеваниям головного мозга, включая ЧМТ, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и инсульт, могут улучшаться за счет индуцированного ИР синтеза АТФ, продукции фактора роста, противовоспалительных эффектов и антиапоптоза. [107]. Более того, недавнее исследование также указывает на то, что пролиферация и дифференцировка стволовых клеток, полученных из жировой ткани, регулируются инфракрасным излучением 980 нм, которое, как предполагается, воздействует на каналы ионов кальция с регулируемой температурой, в то время как ИК-излучение 810 нм стимулирует выработку АТФ за счет поглощения фотонов CCO [ 108].

Следует отметить, что ИК-излучение 810 нм не только поглощается CCO, но также на малых уровнях поглощается водой. Хотя ИК-спектр с длиной волны 980 нм не сильно поглощается CCO, он в основном поглощается водой [25].

обобщает отчеты об использовании ИК-излучения для взаимодействия с клетками и тканями. В нем также освещаются некоторые медицинские применения ИК-излучения. Предполагается, что длины волн источников света соответствуют спектру поглощения молекул CCO или воды.

Таблица 1

Различные медицинские применения ИК-излучения для различных клеток и тканей.

4 Обсуждение

LLLT и / или PBM были использованы для широкого диапазона различных медицинских показаний в последние годы, а клеточные и молекулярные механизмы действия НИЛИ в настоящее время изучены лучше, чем в прошлые десятилетия.

Большинство исследований предполагают, что хромофоры, ответственные за эффекты PBM, можно в первую очередь классифицировать как митохондриальные хромофоры, такие как CCO.

Предыдущие исследования определили, что хромофор PBM с использованием длин волн красного или ближнего инфракрасного диапазона является митохондриальным CCO. CCO является одним из четырех белковых комплексов (единица IV), составляющих цепь переноса электронов, которая осуществляет транспорт электронов на внутренней митохондриальной мембране, в конечном итоге создавая электрохимический протонный градиент для конечного фермента АТФ-синтазы (единица V) для преобразования АДФ (аденозиндифосфата). ) для производства АТФ [119, 120].НИЛИ может увеличивать активность фермента CCO для облегчения транспорта электронов и увеличения производства АТФ [121]. Более того, было обнаружено, что спектр действия биологической реакции в ближнем ИК-диапазоне соответствует спектрам поглощения CCO в ближнем ИК-диапазоне, относящимся к митохондриальным хромофорам [63, 122–124]. Поглощение цитохром с оксидазы в видимой и ближней инфракрасной областях спектра хорошо согласуется со спектром действия по увеличению синтеза ДНК в клетках млекопитающих. CCO имеет два медных центра, Cu _A и Cu _B , и два гемовых центра, гем _A и гем _B .Каждый из этих металлических центров может находиться в окисленном или восстановленном состоянии, что дает в общей сложности 16 возможностей. Различные фотоакцепторы были отнесены к разным окислительно-восстановительным состояниям CCO, полоса 820 нм была отнесена к окисленной форме хромофора Cu _A CCO, полоса 760 нм — к восстановленной пене Cu _B , полоса 680 нм к окисленному Cu _B , а полоса 620 нм к восстановленному Cu _A [13, 63].

С другой стороны, несколько других исследований показали, что другим возможным механизмом PBM, особенно на длинах волн FIR и MIR, является поглощение излучения молекулами воды.Pollack et al. продемонстрировали, что лучистая энергия может генерировать зону отчуждения (EZ) на границе раздела воды, которая обладает правильным типом гидрофильного / гидрофобного баланса [65, 125]. Вода EZ может накапливать электрические заряды и выделять до 70% потребляемой энергии.

Клеточные мембраны характеризуются наличием тонкого (нанометрового) слоя воды, которая накапливается на гидрофобных поверхностях [126]. Очень небольшое количество ненагревающего ИК-излучения может передавать относительно небольшие количества колебательной энергии наноструктурированным слоям воды и может нарушать ее структуру и структуру соседних молекул, не вызывая какого-либо эффекта объемного нагрева (т.е.е. не вызывая заметного повышения температуры) [127]. Градиенты вязкости внутримитохондриальной воды идентифицированы методом наноиндентирования [128]. Синтез АТФ может уменьшаться и увеличиваться в ответ на модуляцию уровней активных форм кислорода, вызванную нетепловыми уровнями NIR. Возможный механизм контроля этого «митохондриального наномотора» заключается в том, что NIR может увеличивать оборот АТФ за счет снижения вязкости межфазных слоев воды. Недавно Сантана-Бланк и др.предположили, что внешняя электромагнитная (световая) энергия может активировать кислород-зависимые и кислородно-независимые пути, основанные на взаимодействиях воды и света [129]. В результате взаимодействия воды и света и механизмов передачи энергии ИК-излучение создает межфазную EZ-воду в качестве селективной перезаряжаемой электролитической биобатареи [130]. Световая энергия в кислородзависимых путях генерирует высокоэнергетические молекулы, называемые нуклеотид-фосфатами, включая АТФ и ГТФ. Взаимодействие с водой и светом в кислородно-независимом пути приводит к фотоиндуцированным нелинейным колебаниям в воде, которые могут обеспечивать энергией клеточные реакции, включая метаболизм, передачу сигналов и транскрипцию генов.

Недавно Ван и др. Показали [108], что две разные длины волн ближнего ИК-диапазона влияют на стволовые клетки, полученные из жировой ткани, посредством совершенно разных механизмов действия. Лазер с длиной волны 810 нм был предложен для активации CCO, приводящей к продукции АТФ и кратковременной вспышке ROS, но не влиял на внутриклеточный кальций. Напротив, лазер с длиной волны 980 нм также увеличивал АТФ и АФК, но при гораздо более низких плотностях потока (от одной десятой до одной сотой), и увеличивал цитозольный кальций, в то же время снижая митохондриальный кальций. Действия NIR 980 нм, но не действия NIR 810 нм, могут быть отменены ингибиторами кальциевых ионных каналов, такими как TRPV.Нагревание клеток или охлаждение клеток аннулировали эффекты 980 нм, но не 810 нм. Это исследование показало, что 980 нм может работать, воздействуя на наноструктурированные слои воды в ионных каналах TRPV, в то время как 810 может напрямую активировать активность фермента CCO. графически суммирует два наиболее важных предполагаемых биологических механизма действия ИР.

Предлагаемые механизмы действия ИР на молекулярном и клеточном уровне. TRPV = временный рецепторный потенциал ваниллоида; ROS = активные формы кислорода; АТФ = аденозинтрифосфат.

В дополнение к пониманию фотобиологических механизмов LLLT / PBM с использованием длин волн FIR / MIR и NIR, важно разработать параметры света с учетом клинического опыта и желаемой терапевтической цели для достижения оптимальных медицинских и биологических эффектов, как показано на. В клинической практике эффект двухфазной реакции на дозу критически важен для получения оптимальных клинических результатов [30]. Другой руководящий принцип заключается в том, что повторение лечения ежедневно (или даже более или менее часто) до тех пор, пока рана не заживет или не наступит ремиссия заболевания, лучше, чем однократное применение НИЛИ.НИЛИ можно сравнить с питательной пищей для человеческого организма; адекватное ежедневное потребление лучше всего.

Обзор детерминант и факторов, которые следует учитывать при инфракрасной терапии

Вся материя в конечном итоге состоит из заряженных частиц, таких как субатомные частицы, электроны, протоны и т. Д. Когда электромагнитное излучение падает на вещество, заряженные частицы поглощают энергию, что приводит к колебания в зависимости от энергии отдельных фотонов (длины волны). Видимый свет обычно поглощается электронами на молекулярных орбиталях, в то время как инфракрасная энергия обычно поглощается связями внутри молекул, что приводит к усилению колебательных мод, таких как скручивание, растяжение и изгиб.Оба вида энергии могут трансформироваться и рассеиваться в другие молекулярные колебания в виде повышенной тепловой энергии (температуры).

Как нам различать поглощение NIR и FIR, которые взаимодействуют с различными элементами структуры ткани (вода, белки, аминокислоты, липиды и т. Д.). Это интересный вопрос, потому что мы не можем предположить, что оптические характеристики излучения останутся прежними, потому что NIR и FIR могут быть поглощены и переизлучены хромофорами ткани в виде различных длин электромагнитных волн в течение очень короткого периода времени.Возможно, что конечный фотобиологический результат происходит из различных источников, включая исходное поглощение фотонов падающего света, различные переизлученные электромагнитные волны, возникающие из структурных молекул клетки, и индукцию электромагнитных полей, которые влияют на энергетический метаболизм внутри клеток.

Тканевая оптика описывает подходы к математическому моделированию для анализа того, как фотоны с разной длиной волны взаимодействуют с тканью. Фотоны могут либо поглощаться, либо рассеиваться (неупруго или упруго).В макроскопическом масштабе инструмент моделирования Монте-Карло применялся для изучения проникновения и поглощения света в коже человека во время НИЛИ. Насури и др. моделировало распространение лазера через трехслойную модель кожи человека в спектральном диапазоне от 1000 до 1900 нм [131]. Этот тип анализа необходим для разработки параметров, позволяющих максимально увеличить глубину проникновения света в ткань без какого-либо риска термического повреждения верхних слоев кожи. Кроме того, профиль луча лазерного пятна, который может быть однородным или гауссовым, может увеличивать локальную объемную дозировку и важен при выборе длины волны и мощности лазера в LLLT.

В целом механизмы действия ИК-излучения можно разделить на две большие группы, перечисленные в. Совершенно очевидно, что необходимы дополнительные исследования для изучения механизмов ИК-излучения в медицинской и биохимической областях.

Таблица 2

Различные аспекты механизмов ИК-излучения

Инфракрасная тепловая лампа — уход за мышцами и кожей

Терапия инфракрасной тепловой лампой, как было доказано, дает успокаивающий, направленный инфракрасный свет, который может быть полезен для уменьшения боли при артрите, ревматизме, теннисном локте, травмах суставов, растяжении мышц, а также для снятия мышечного напряжения. Инфракрасная световая терапия способствует заживлению за счет расширения периферических кровеносных сосудов. Лучи инфракрасной светотерапии не повреждают кожу, в отличие от высокочастотных ультрафиолетовых лучей, которые могут вызвать солнечные ожоги и даже привести к раку.

Эта высококачественная полноразмерная инфракрасная тепловая лампа от Silver Fox проста в использовании и имеет прочный корпус, который идеально подходит для спа, салонов или дерматологии. Новая и улучшенная конструкция лампы без защемления имеет скрытый пружинный рычаг для безопасности и повышения удобства, что позволяет быстро и легко регулировать, что позволяет размещать тепло именно там, где это необходимо. Защитный экран этой инфракрасной тепловой лампы защищает горячую лампочку от случайного удара или прикосновения. Кроме того, шнуры этого устройства скрыты в корпусе регулируемого рычага.Кронштейн этой инфракрасной лампы для термотерапии полностью регулируется для удобства, а пятиконечное основание обеспечивает большую устойчивость. Встроенные колесики позволяют легко перемещать лампу между помещениями.

Можно ли использовать эту инфракрасную тепловую лампу при мышечной боли? Да, и он предлагает несколько точек настройки, чтобы вы могли создать идеальную настройку для своих клиентов и наблюдать, как они наслаждаются мощным облегчением. MassageTools — это ваш ресурс для всего, что связано с терапией инфракрасными тепловыми лампами, и мы будем рады помочь вам найти подходящие продукты и решения для вашего спа, медицинского учреждения или дома.Наши инфракрасные тепловые лампы прочные, долговечные и рассчитаны на долгие годы использования. Это прочное оборудование идеально подходит для иглотерапевтов, мануальных терапевтов, медицинских клиник, физиотерапевтов и для домашнего использования. Более того, на нашу инфракрасную тепловую лампу Silver Fox предоставляется гарантия на электрооборудование сроком на один год.

Характеристики:

• Улучшенный без защемления, скрытый пружинный рычаг
• Улучшенный защитный экран тепловой лампы — идеально подходит для мануальных терапевтов, акупунктуристов, клиник, медицинских и домашних применений
• Инфракрасные тепловые лампы используются для лечения всего, от целлюлита до шеи и суставов боль
• Прочная вращающаяся база с пятью колесиками
• 275 Вт
• Длина волны равна 0.76-5 мкм (ближний инфракрасный)
• Высота до верха прокатной клети 30 дюймов
• Общая длина рычага составляет 36 дюймов
• Базовый диаметр составляет 24 дюйма
• Годовая гарантия на электрооборудование

Минеральная лампа TDP для акупунктуры / Дальняя инфракрасная область лампа / инфракрасная лампа для терапии