+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Польза и вред ИК излучения

Когда началась техногенная эра, человечество все больше и больше начало сталкиваться с различными видами излучений. И, соответственно, все больше людей начало узнавать о различных видах излучений: радиоактивное, ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское, магнитное и электромагнитное излучение в целом.

Науке неизвестны какие-либо негативные влияния инфракрасного излучения на организм человека. Инфракрасное излучение или тепловое излучение — это вид распространения тепла. Это то же самое тепло, которое Вы чувствуете от горячей печки, солнца или от батареи центрального отопления. Оно не имеет ничего общего ни с ультрафиолетовым излучением, ни с рентгеновским. Абсолютно безопасно для человека. Более того, сейчас инфракрасное излучение нашло очень широкое распространение в медицине (хирургия, стоматология, инфракрасные бани), что говорит не только о его безвредности, но и о полезном действии на организм.

В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм (так называемая средневолновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по-настоящему уникально-полезное действие.

Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё», поглощает его и оздоровляется.

Существует так же понятие дальнего, или длинноволнового инфракрасного излучения. Какое же влияние оказывает оно на тело человека? Это влияние разделяют на две составляющих. Первая из них – общеукрепляющее действие, которое помогает организму бороться со многими известными болезнями, усиливает иммунитет, повышает природную сопротивляемость организма, помогает бороться со старостью. Вторая – прямое лечение общих недомоганий, с которыми мы встречаемся повседневно.

Dr.Aaron M. Flickstein так начинает свою статью «Infrared Thermal System»: «Что такое на самом деле инфракрасное излучение? Вам не о чем волноваться — это не имеет ничего общего с жестким ультрафиолетовым излучением «С», которое обжигает и вредит коже или же с радиоактивным излучением. Инфракрасное излучение это просто форма энергии, которая нагревает объекты непосредственно без нагревания воздуха между источником излучения и объектом».

Во время приготовления пищи с помощью ИК лучей продукты стерилизуются, уничтожаются вредные микроорганизмы и дрожжи, сохраняя при этом все минералы и витамины. Инфракрасные печи не имеют ничего общего с микроволновыми печами. Они не разрушают продукты, а, наоборот, сохраняют все их природные качества.

В заключение хочется сказать следующее: инфракрасное излучение — это одна из составляющих частей обычного солнечного света. Практически все живые организмы находятся под воздействием солнца и, следовательно, инфракрасных лучей. Более того, именно без этих лучей наша планета не прогревалась бы до привычных для нас температур, не прогревался бы воздух, на Земле царил бы вечный холод. Инфракрасное излучение – естественный природный вид передачи тепла. Ничего более.

Инфракрасное длинноволновое излучение

Длинноволновые инфракрасные лучи являются невидимой человеческому глазу частью спектра солнечных лучей. Длинноволновым инфракрасным излучением называют волны инфракрасного излучения длинной от 4 до 400 мкм, среди которых 90% волн имеют длину 8-14 мкм. Несколько десятилетий назад, учёные в области аэрокосмонавтики проводили исследования по изучению условий существования человека в космосе при невесомости, вакуума, предельных нагрузках и низких температурах. Тогда они обнаружили, что необходимым условием нормальной жизнедеятельности человеческого организма является получение волн солнечного излучения длинной 8-14 мкм. Поэтому длинноволновые инфракрасные лучи назвали «живительные солнечные лучи». Излучение с данной длиной волн, воздействуют на частицы воды в клетках, возникает эффект «резонанса» усиливающий проникающую способность. При этом происходит стимуляция жизненной активности на клеточном уровне.

Эта часть «ЖИВИТЕЛЬНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЛУЧИ» инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм.

Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё».

Инфракрасные лучи проникают более глубоко под кожный покров, при этом повышается температура, которая действует с внутренней стороны на кожный покров. При повышении температуры происходит расширение капилляров, стимулируется кровоток, ускоряется метаболизм, вследствие этого повышается регенеративная деятельность тканей, иммунитет, возникает лечебный эффект. Инфракрасные волны в диапазоне длинноволнового инфракрасного излучения проходят через воздух, практически не нагревая его. Они могут глубоко проникать непосредственно в тело человека, на клеточный уровень, запуская там ферментативную реакцию. Именно этими волнами будущие матери облучают плод от его зачатия до рождения. Морские черепахи откладывают яйца на песчаных пляжах и зарывают их в песок. Под воздействием длинноволновых инфракрасных лучей солнечного света (только они доходят до кладки яиц) через некоторое время появляются маленькие черепашки.

Птицы высиживают свои яйца, используя тепло своего тела вплоть до созревания яйца, таким образом, давая жизнь потомству. Благодаря длинноволновому инфракрасному излучению из белка и желтка формируются ткани нового организма: кости, клетки крови, нервная система и т.д. Современные исследования в области биотехнологий доказали, что именно длинноволновое инфракрасное излучение имеет исключительное значение в развитии всех форм жизни на Земле. По этой причине его называют также биогенетическими лучами. Наше тело само излучает длинные инфракрасные волны, но оно само нуждается также и в постоянной подпитке длинноволновым теплом. Если это излучение начинает уменьшаться или нет постоянной подпитки им тела человека, то организм подвергается атакам различных заболеваний, человек быстро стареет на фоне общего ухудшения самочувствия. Так как постоянное поглощение инфракрасных лучей способствует приливу сил и здоровью нашего тела, человек интуитивно ищет его источники. Нет человека, которому не нравилось бы «погреться на солнышке» или посидеть у костра.
А если нет возможности или времени делать это? Тогда на помощь человеку приходят созданные им же для повседневного использования на работе и дома устройства, использующие специальные излучатели длинноволнового инфракрасного излучения.

В нашем сумасшедшем мире не всегда есть возможность добрать энергию из естественного источника. Что делать в этом случае? Тут то человеку и помогут приборы, которые созданы специально для повседневной зарядки нашего организма. Сейчас предоставляется широчайший выбор самых разнообразных излучателей. Инфракрасные сауны, инфракрасные полы, инфракрасные лампы, инфракрасные матрасы и даже инфракрасная одежда! Список можно продолжать. В продаже присутствует порядка десяти различных по своему назначению видов бытовых приборов на основе инфракрасных излучателей.

Инфракрасное излучение является воистину революционной методикой. Нормализация процесса обмена веществ помогает устранить причину болезни, а не только симптомы. Исследования в области проникающего дальнего инфракрасного излучения продолжаются и по сей день в десятках исследовательских центров расположенных по всему Миру.

Различают два вида положительных воздействий на организм человека инфракрасных излучателей. Первый вид напрямую связан с широкомасштабным бытовым (дома и на работе) использованием продукции на основе использования дальнего инфракрасного излучения. Энергия, которая передается организму, помогает усилить природную сопротивляемость организма, повышает иммунитет и позволяет предотвратить основную массу известных заболеваний. Фактически, это одна из форм интенсивной терапии, но даже несведущему в медицине человеку очевидны преимущества инфракрасного излучение перед хирургией и химиотерапией.

Инфракрасное излучение не только предотвращает, но и лечит. В этом и заключается второй вид положительного воздействия дальнего инфракрасного излучения на организм человека. Да, с помощью продукции на основе инфракрасного излучения можно оказывать прямое терапевтическое воздействие. Методика получила широкое распространение в различных медицинских учреждениях Японии, США, Канады, Европы и странах СНГ.

На данный момент в России практически не используется подобная методика, но уже в самом скором времени это отставание будет ликвидировано.

Как уже говорилось выше, инфракрасные волны, глубоко проникая в тело, несут тепло и энергию в каждую клеточку нашего организма. Благодаря этому свойству кровь начинает бежать быстрее, а значит, увеличивается метаболический обмен, который усиливает снабжение иммунной системы, улучшает питание мускулов и серьезно повышает снабжение тканей кислородом.

Ниже приведен список заболеваний, которые поддаются лечению регулярным использованием дальнего инфракрасного излучения (этот список с каждым годом пополняется все новыми и новыми заболеваниями):

  • Проблемы излишнего веса
  • Нарушения циркуляции крови
  • Высокое / низкое кровяное давление
  • Почечная недостаточность
  • Целлюлит
  • Нарушения сна
  • Ревматизм и артрит
  • Ожоги кожи
  • Сердечно — сосудистые заболевания
  • Воспаления суставов
  • Судороги
  • Боли спины
  • Стрессы
  • Бронхиты
  • Очистка организма от токсинов и шлаков
  • Хронические боли в мышцах
  • Желудочные боли
  • Нарушения пищеварения
  • Пневмония
  • Кожные заболевания
  • Оздоровление организма
  • Астма
  • Болезни уха, горла, носа
  • Простудные заболевания
  • Поясничные боли
  • Артрозы
  • Слабость и истощение организма

Инфракрасные излучение: вред и польза

Когда началась техногенная эра, человечество все больше и больше начало сталкиваться с различными видами излучений.

В различных сферах жизни человек использует инфракрасные лучи. Польза и вред излучения зависят от длины волны и времени воздействия.

В повседневной жизни человек постоянно находится под действием инфракрасного излучения (ИК-излучение). Естественным его источником является солнце. К искусственным относятся электронагревательные элементы и лампы накаливания, любые нагретые или раскаленные тела. Этот вид излучения используется в обогревателях, системах отопления, приборах ночного видения, пультах дистанционного управления. На ИК-излучении основан принцип действия медицинского оборудования для физиотерапии. Что же собой представляют инфракрасные лучи? В чем польза и вред этого вида излучения?

Что такое ИК-излучение

ИК-излучение — это электромагнитное излучение, форма энергии, которая нагревает предметы и примыкает к красному спектру видимого света. Глаз человека не видит в этом спектре, но мы чувствуем эту энергию как высокую температуру. Другими словами, люди кожей воспринимают инфракрасное излучение от нагретых предметов как ощущение тепла.

Инфракрасные лучи бывают коротковолновыми, средневолновыми и длинноволновыми. Длины волн, излучаемые нагретым предметом, зависят от температуры нагревания. Чем она выше, тем короче длина волны и интенсивнее излучение.

Впервые биологическое действие этого вида излучения было изучено на примере культур клеток, растений, животных. Обнаружено, что под влиянием ИК-лучей подавляется развитие микрофлоры, улучшаются обменные процессы вследствие активизации кровотока. Доказано, что это излучение улучшает циркуляцию крови и оказывает болеутоляющее и противовоспалительное действие. Отмечено, что под влиянием инфракрасного излучения пациенты после хирургического вмешательства легче переносят послеоперационные боли, а их раны быстрее заживают. Установлено, что ИК-излучение способствует повышению неспецифического иммунитета, что позволяет уменьшить действие ядохимикатов и гамма-излучения, а также ускоряет процесс выздоровления при гриппе. ИК-лучи стимулируют выведение из организма холестерина, шлаков, токсинов и других вредных веществ через пот и мочу.

Польза инфракрасных лучей

Благодаря этим свойствам ИК-излучение широко используется в медицине. Но применение ИК-излучений с широким спектром действия может привести к перегреву организма и покраснению кожи. Вместе с тем, длинноволновое излучение не оказывает негативного влияния, поэтому в быту и медицине более распространены длинноволновые приборы или излучатели с селективной длиной волны.

Воздействием длинноволновых ИК-лучей способствует следующим процессам в организме:

Нормализация артериального давления за счет стимуляции кровообращения

Улучшение мозгового кровообращения и памяти

Очищение организма от токсинов, солей тяжелых металлов

Нормализация гормонального фона

Прекращение распространения вредных микробов и грибков

Восстановление водно-солевого баланса

Обезболивание и противовоспалительный эффект

Укрепление иммунной системы.

Лечебное воздействие ИК-лучей может использоваться при следующих заболеваниях и состояниях:

бронхиальная астма и обострение хронического бронхита

очаговая пневмония в стадии разрешения

хронический гастродуоденит

гипермоторная дискинезия органов пищеварения

хронический бескаменный холецистит

остеохондроз позвоночника с неврологическими проявлениями

ревматоидный артрит в ремиссии

обострение деформирующего остеоартроза тазобедренного и коленного суставов

облитерирующий атеросклероз сосудов ног, невропатии периферических нервов ног

обострение хронического цистита

мочекаменная болезнь

обострение хронического простатита с нарушением потенции

инфекционные, алкогольные, диабетические полиневропатии ног

хронический аднексит и нарушения функции яичников

абстинентный синдром

Отопление с использованием ИК-излучения способствует укреплению иммунной системы, подавляет размножение бактерий в окружающей среде и в человеческом организме, улучшает состояние кожи за счет усиления циркуляции крови в ней. Ионизирование воздуха является профилактикой обострений аллергии.

Когда ИК-излучение может навредить

Прежде всего, нужно учесть существующие противопоказания, прежде чем в лечебных целях использовать инфракрасные лучи. Вред от их применения может быть в следующих случаях:

Острые гнойные заболевания

Кровотечения

Острые воспалительные заболевания, приведшие к декомпенсации органов и систем

Системные заболевания крови

Злокачественные новообразования

Кроме того, чрезмерное облучение широким спектром ИК-лучей приводит к сильному покраснению кожи и может вызвать ожог. Известно о случаях появления опухоли на лице у рабочих-металлургов в результате длительного воздействия этого вида излучения. Также отмечены случаи появления дерматита, возникновения теплового удара.

Инфракрасные лучи, особенно в интервале 0,76 – 1,5 мкм (коротковолновая область) представляют опасность для глаз. Продолжительное и длительное воздействие излучения чревато развитием катаракты, светобоязни и других нарушений зрения. По этой причине нежелательно длительно находиться под воздействием коротковолновых обогревателей. Чем ближе к такому обогревателю находится человек, тем меньше должно быть время, которое он проводит возле этого прибора. Нужно отметить, что этот тип обогревателей предназначен для уличного или локального обогрева. Для отопления жилых и производственных помещений, предназначенных для длительного пребывания людей, используются длинноволновые ИК-обогреватели.

Влияние инфракрасного излучения на организм человека. Полезно или вредно?

В повседневной жизни мы встречаем различные источники инфракрасного излучения. Они могут быть как природным явлением, так и результатом деятельности человека. Солнечное излучение наполовину является инфракрасным излучением. Этот вид лучей невидим для глаза человека. Но существуют различные виды животных, зрение которых восприимчиво к такому излучению, что позволяет им ориентироваться в темноте. Человек же может почувствовать его своей кожей в виде тепла.

Эти электромагнитные волны еще называются тепловыми. Все потому, что при этом излучении выделяется тепло. Именно на основе этого явления работают различные измерители, в том числе и тепловизор. Он измеряет разницу в излучении, которая также соответствует разнице температур различных объектов.

Такое излучение можно разделить на:

  • Длинноволновое;
  • Средневолновое;
  • Коротковолновое.

В данном случае длинна волны зависит от того, какую температуру излучает сам источник. Чем выше температура, тем короче будет волна излучения, но при этом она будет и интенсивнее. Для человеческого организма наиболее опасным считается коротковолновое излучение. Температура такого излучения превышает 800 градусов по Цельсию.

Твердые тела являются источником этого вида излучения и формируют длинноволновое ИК-излучение. Чем выше температура, тем светлее будет казаться предмет. Так при температуре выше 5 тысяч Кельвинов цвет предмета становится совершенно белым, а при более низких показателях он может достигать темно-красного. Это явление можно заметить при нагревании различных предметов. Например, при нагревании металлической проволоки она меняет свой цвет, что свидетельствует о повышении температуры. Но максимально в домашних условиях можно получить только насыщенный красный цвет, потому что нет подходящих условий для последующего повышения температуры.

Человек часто использует инфракрасное излучение в своих нуждах. Необходимо знать о том, что из себя оно представляет, в каких дозах безопасно для человека и какие последствия может вызывать. Также ИК-лучи могут быть и естественными. Солнечный свет представляет собой такое излучение. В зависимости от дозы он может быть как полезным для человека, так и вызывать многие проблемы, частая из которых солнечные ожоги.

Сферы использования инфракрасного излучения

Прежде чем говорить о том, как влияет инфракрасное излучение на организм человека, необходимо понять, где и для чего его используют. Такое излучение может быть не только вредным, но и наоборот полезным. Именно поэтому человек использует его в различных целях, которые улучшают жизнь человека.

Этот тип излучения часто используется в различных приборах, к ним относятся различные приборы ночного видения. Они работают по принципу фиксации ИК-лучей, которые излучают предметы. Распространено использование инфракрасного излучения в производственных целях. Изготовление телекоммуникационных предметов, пультов дистанционного управления, систем охраны и многого другого не обходится без использования данного вида излучения.


Часто можно встретить использование этого излучения в обогревательных системах и обогревателях. Обогреватели, работающие при помощи ИК-излучения являются экономным и удобным способом обогрева помещения и позволяют осуществлять его максимально быстро. Все потому, что такое излучение выделяет и тепло, которое быстро распространяется по всему помещению.

Так как существует и вред инфракрасного излучения на организм человека, необходимо тщательно выбирать приборы, которые работают с этим видом излучения. Хотя эти приборы являются экономными и качественными, следует обращать внимание на различные характеристики и контролировать чтобы не было превышения норм.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Польза инфракрасного излучения

Оно используется не только в производственных и бытовых целях, но и в медицине. При правильном использовании и дозировке излучение способно решать множество проблем, и улучшать качество жизни человека.

О том, чем полезно инфракрасное излучение для человека может сказать медицина. Уже доказано, что излучение способно оказывать лечебное действие на такие проблемы как:

  1. Пневмония;
  2. Бронхиальная астма;
  3. Различные хронические заболевания яичников;
  4. Хронический гастродуоденит;
  5. Гипермоторика желудочно-кишечного тракта;
  6. Полиневропатия нижних конечностей;
  7. Остеохондроз;
  8. Абстинентный синдром;
  9. Холецистит;
  10. Хронический цистит.

Но не только в этом заключается польза инфракрасного излучения для человека. Сейчас распространено применение данного вида излучения для различных профилактических мероприятий. Так часто можно встретить его как способ укрепления иммунной системы, улучшения памяти, улучшения баланса гормонов, восстановления водно-солевого баланса. Для предупреждения грибковых заболеваний или микробов тоже используется этот вид излучения. Длинные волны способны оказывать успокаивающее воздействие на человека и поэтому их используют для уменьшения усталости, стресса и раздражительности. Инфракрасные лучи могут оказывать и обезболивающее действие, а также подавлять раковые клетки в организме.


Из этого видно какое широкое применение в медицинских целях имеет инфракрасное излучение. В правильных дозах оно способно улучшить состояние организма человека и является прекрасным способом профилактики многих проблем. Но тут имеются различные противопоказания, и поэтому для некоторых людей такое излучение даже в медицинских дозах может быть опасно.

Как в медицине, так и при изготовлении различных приборов, человек строго соблюдает нормы допустимого ИК-излучения. Также следует следить и за тем, какой вид лучей используется в той или иной ситуации, потому что не все виды этого излучения одинаково безопасны для человека. Так для отопления помещений необходимо использовать только обогреватели, использующие длинные волны. Короткие волны при близком контакте с человеком представляют для него опасность. Зачастую они провоцируют покраснение кожи и различные заболевания глаз.

Вред инфракрасного излучения

Но такое излучение может приносить не только пользу, но и вред. Чем опасно инфракрасное излучение для человека?

Самое распространенное явление, с которым может столкнуться человек — это солнечные ожоги. Именно инфракрасное излучение становится причиной покраснения кожных покровов или же ожогов, полученных от пребывания на солнце. Использование различных защитных средств предотвращает нанесение вредя инфракрасными лучами.

Негативное действие инфракрасного излучения на организм человека также вызывает различные симптомы. Так человек начинает испытывать проблемы с координацией, потемнение в глазах, учащенное сердцебиение и тошноту. В отдельных случаях он может потерять сознание.


Для глаз большую опасность представляет тип излучения с короткими волнами. Коротковолновое свечение в 0,75-1,5 мкм способно провоцировать не только ухудшение зрения, но и катаракту или боязнь света. Следует избегать длительного контакта с сильными излучениями с такими короткими волнами. Чаще всего его можно встретить в различных обогревателях для улицы. Поэтому жилые помещения должны использовать обогреватели на основе длинных волн, которые не несут такой опасности для человека.

Даже в медицинских целях не всегда можно использовать ИК-излучение. Так не рекомендуется такой тип лечения при злокачественных опухолях, заболеваниях крови и кровотечениях. Поэтому даже при использовании обогревателей, работающих по такой технологии, следует удостовериться о том, какой тип излучения используется, чтобы предотвратить вред для человека. Ведь такие лучи не для всех одинаково полезны.

Мы ежедневно сталкивается с различными источниками такого излучения. Воздействие инфракрасного излучения на человека может быть как положительным, так и отрицательным. Множество приборов используют его для своей работы и также оно широко применяется в медицине. Знание о том, где и как встречается этот тип излучения поможет избежать многих проблем. Ведь даже солнечный свет может нанести вред организму, не говоря уже о различных приборах с инфракрасным излучением, которые используются не по назначению.

Инфракрасное сканирование радужной оболочки глаза

Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, находящееся на границе между видимым спектром красного света и тепловым диапазоном. Человеческий глаз не способен видеть этот спектр. Окружающие нас предметы имеют различные характеристики поглощения и отражения ИК-лучей. Эта индивидуальная характеристика не зависит от температуры окружающего пространства и температуры самих предметов, что широко применяется при различных исследованиях. С увеличением длины волны инфракрасного излучения усиливается его тепловое воздействие.


Согласно международной организации стандартизации (ISO) инфракрасное излучение делится на три диапазона: ближний, средний и дальний. В медицине применяется только ближний ИК-диапазон, поскольку он не рассеивается на поверхности кожи и проникает в подкожные структуры. Используя эту особенность, российские разработчики создали инновационный аппарат для лечения ран, ожогов и воспалений1. Проводились исследования, которые показывают, что воздействие ближнего спектра инфракрасного света может быть полезно и для глаз2. Но эти воздействия должны быть кратковременными, малой интенсивности и не должны вызывать повышение температуры тканей глаза, особенно глазного дна.

Комплексная реализация всех мер предосторожности позволяет обеспечить безопасную биометрическую идентификацию здорового человека по радужной оболочке глаз.

Спектр ближнего инфракрасного излучения находится в диапазоне от 740 до 1400 нм, но с увеличением длины волны снижается способность лучей проникать в ткани за счет их поглощения водой.

Часто инфракрасное излучения путают с ультрафиолетовым, которое является вредным для глаз. Многократно наблюдалось вредное воздействие ультрафиолетового излучения на человека. Недавно из-за не выключенной своевременно кварцевой лампы возникли проблемы со здоровьем у первоклассников3.

В отличие от ультрафиолетового излучения воздействие ИК-лучей не приводит к раковым заболеваниям и иным негативным последствиям при соблюдении норм СанПиН для данного вида излучения.

У наших глаз отсутствуют защитные реакции на ИК-излучение. Когда лучи яркого света ослепляют нас, мы рефлекторно прищуриваемся или отворачиваемся, а зрачок глаза самопроизвольно сужается. Так как мы не видим инфракрасный свет, то не можем определить, когда попадаем под его воздействие, и глаза не реагируют сужением зрачка на это излучение.

Какая длина волны оптимальна?

В зависимости от длины волны света, в котором регистрируется радужка, на ней проявляются различные и индивидуальные для каждого человека детали структуры.

Общее количество регистрируемых данных зависит от особенностей глаз. Например, у светлой радужки наиболее четкий рисунок получается в видимом спектре. При переходе в ИК-спектр этот рисунок постепенно пропадает с увеличением длины волны. Противоположный результат получается для темных глаз. На них особенность рисунка радужной оболочки не всегда различима в видимом свете, но четко проявляется в ИК-диапазоне. Поэтому до сих пор обсуждается, какая длина волны является оптимальной.

Большинство мобильных телефонов имеют светодиоды с рабочим диапазоном излучения от 700 до 900 нм (ближний ИК). Чтобы такое излучение оказало вредное воздействие на глаза, надо достаточно долго смотреть непосредственно на него или же источник этого излучения должен находиться близко к оптической оси глаза и при этом иметь высокую интенсивность.

Достижения разработчиков

Люди с осторожностью относятся к идентификации по радужке, опасаясь, что инфракрасные лучи, используемые при сканировании радужной оболочки, могут негативно повлиять на зрение. У наших глаз отсутствуют защитные реакции на ИК-излучение. Когда лучи яркого света ослепляют нас, мы рефлекторно прищуриваемся или отворачиваемся, а зрачок глаза самопроизвольно сужается. Так как мы не видим инфракрасный свет, то не можем определить, когда попадаем под его воздействие, а глаза не реагируют сужением зрачка на это излучение.

Чтобы уменьшить негативное воздействие ИК-света на глаза, разработчики перед началом сканирования в инфракрасном диапазоне применяют подсветку в видимом белом спектре. Использование такой подсветки заставляет зрачок самопроизвольно сужаться, что способствует уменьшению попадания инфракрасных лучей на роговицу глаза. Другим положительным моментом от сужения зрачка при идентификации по радужной оболочке глаз является расширение идентифицируемой области. Увеличение видимой площади радужки позволяет получить больше уникальной информации для ее кодирования и записи в биометрический шаблон.

Обычные фото- и видеокамеры телефонов и фотоаппаратов имеют встроенный ИК-фильтр, предназначенный исключить влияние инфракрасного излучения на качество получаемого изображения. Биометрическую идентификацию по лицу с фронтальной 2D-камеры достаточно легко обмануть. Для выявления обмана разработчики стали применять точечную ИК-подсветку, с помощью которой формируют карту глубин снимаемого объекта.

Контроль нахождения перед камерой объемной фигуры предотвращает простые способы обмана систем биометрической идентификации с использованием фотографии или видеозаписи идентифицируемого человека.

Этим обусловлено отсутствие ИК-фильтра во фронтальных камерах большинства современных смартфонов.

Фотокамеры современных смартфонов имеют встроенный ИК-фильтр

Как обеспечить безопасную для глаз идентификацию по радужке?

Производители внедряют решения, которые сводят к минимуму негативное воздействие ИК-излучения на глаза:

  1. Ограничивается мощность источника излучения и длина волны.
  2. Сокращается время излучения. ИК-подсветка включается только на необходимое для идентификации время, которое постоянно уменьшается благодаря совершенствованию алгоритмов.
  3. Контролируется расстояние от источника инфракрасного излучения до глаз. Чтобы не причинить вред глазам, инфракрасная подсветка не включается, если камера сильно приближена к лицу.
  4. Используется предварительная подсветка белого цвета для уменьшения диаметра зрачка.

Несмотря на все применяемые решения, есть риск негативного воздействия на глаза ближним ИК-светом для эпилептиков, детей и людей, у которых часто бывают обмороки. При этом надо учитывать, что ИК-подсветка используется не только для биометрической идентификации. Например, в игровой приставке Kinect применяется точечная инфракрасная подсветка для построения объемной модели окружающего пространства и перемещения игроков. В ней, в отличие от сканеров радужки, применяются значительно более мощные источники ИК-излучения, которое на протяжении всей игры оказывает воздействия на ее участников и болельщиков.

Комплексная реализация всех мер предосторожности позволяет обеспечить безопасную биометрическую идентификацию здорового человека по радужной оболочке глаз, но лучше запросить у производителя подтверждающий это сертификат или медицинское заключение.

Опубликовано в журнале «Системы безопасности» №2/2020

Больше статей по безопасности >>

» Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение является частью солнечного спектра, невидимой для человека. Принимая солнечные ванны вы, вероятно, используете солнцезащитный крем, чтобы защитить свою кожу от ультрафиолетовых лучей, которые могут навредить организму. Наши инфракрасные сауны дают вам успокаивающее ощущение солнечного тепла и производят только безвредные, абсолютно безопасные для организма, в том числе, для кожи, инфракрасные лучи.

Это то самое тепло, которое используется в родильных домах, чтобы согреть младенцев.

01

Восстановление здоровья и энергии человека с помощью тепла, передаваемого при наложении рук целителя, широко использовалось в Древнем Китае более 3000 лет назад. Многие из нас помнят красную лампу из детства, которая так хорошо помогала нашим бабушкам и дедушкам от боли в мышцах и суставах.

02

Все лучи, исходящие от солнца, а следовательно, и инфракрасное излучение, представляют собой электромагнитные волны в разных длинах волн. Невидимый инфракрасный спектр охватывает диапазон длин волн от 0,75 мкм до 1000 мкм.

03

В качестве средства облегчения боли инфракрасное излучение также признается в западном мире годами. Специалисты, врачи и терапевты в больницах, клиниках и спа-салонах используют инфракрасное излучение для повышения эффективности своих методов лечения.

ИК-излучение, в зависимости от длины волны, делится следующим образом:

Коротковолновое излучение
(0,78-1,4 мкм) — способное проникнуть вглубь человеческого тела на несколько сантиметров, вызвать ожог внутренних органов, а также повредить кожу и органы зрения.

Излучение средней волны
(1,4-3,0 мкм) — способное проникнуть в нижние слои кожи с эффектом согревания эпидермиса. Это излучение так же сопровождается высокой температурой, а нагреватели с излучением средних волн необходимо использовать с особой осторожностью.

Длинноволновое излучение
(3,0-10 мкм и более) — с проникновением в верхние слои кожи и с эффектом равномерного и мягкого разогрева человеческого тела. Этот эффект достигается нашими карбоновыми нагревателями.

Инфракрасное длинноволновое излучение благоприятно сказывается на организме человека: улучшается циркуляция крови, повышается иммунитет, выводятся вредные вещества из организма, улучшается метаболизм, уменьшается боль и воспаление, увеличивается регенерация. Часто ИК излучение используется в физиотерапии. Что не удивительно при таком большом перечне положительных эффектов.

  • Детоксикация организма. Через пот удаляются накопленные в организме токсичные вещества. Их удаление улучшает состояние здоровья и помогает предотвратить болезни. Доказано, что пот, выделяемый именно в ИК сауне, состоит из 20% токсинов в противовес 3% обычной сауне.
  • Очищение пор. Кожа начинает дышать и выглядеть лучше.
  • Сжигание калорий. За 30 минут сгорит 600 калорий, что равнозначно 2 часам плавания или 1 часу бега.
  • Ускорение метаболизма. Организм расходует много энергии и меньше запасает в виде жировых отложений.
  • Прогрев суставов, мышц и тканей. ИК тепло помогает производить белые кровяные тельца, что обеспечивает уменьшение воспалений и отёков.
  • Облегчение мышечной боли после тренировок. Инфракрасные лучи удаляют лактат молочной кислоты (причина болезненности) и увеличивают производство эндорфинов (гормон счастья).

Следуя из выше изложенного, инфракрасное излучение выделяемое ИК саунами не только безопасно и естественно, но и очень полезно. Ознакомиться с ассортиментом и ценами на продукцию можно в нашем каталоге.

Факты LRT. Не поддавайтесь обману – постам в Фейсбуке о том, что инфракрасные термометры вредят здоровью

Термометр инфракрасного излучения редко кто хранит в своей аптечке, однако во время коронавирусной пандемии многие, вероятно, сталкивались с этими приборами при походе к врачу, в аэропорту и в других местах.

Подобные термометры незаменимы во время пандемии – они более удобны и гигиеничны, однако многих настораживает то, что температура якобы измеряется с помощью электромагнитного излучения. ФАКТЫ LRT выясняют, не опасно ли пользоваться этим прибором ежедневно, и насколько обоснован страх, что сигнал термометра направляется прямо в голову.

Боятся воздействия на детей

В социальных сетях подобные сообщения рассылаются от одного пользователя к другому, в них сквозит страх по поводу воздействия термометра на детей.

«В садиках каждый день воспитательницы направляют на ваших детей маленькие лазеры, инфракрасные лучи прямо в голову, под предлогом «измерения» температуры», — сообщается в посте.

Автор утверждает, что это – электромагнитные волны, и перечисляет целый ряд расстройств здоровья, которые якобы причиняют подобные приборы. И не только новые термометры, но и линии электропередач, телефоны, телевизоры, компьютеры. Все это, дескать, может повлечь и болезни кровеносной системы, и рак.

Этим постом активно делятся и члены групп – противников связи 5G. Они также обращают внимание на то, что при измерении температуры термометром инфракрасного излучения его сигнал направляется в голову – и это «облучение» наносит вред шишковидной железе головного мозга.

Действует не так, как вы, скорее всего, думали

На вопрос о воздействии такого термометра, специалисты обращают внимание на то, что он отнюдь не посылает излучение, а напротив – фиксирует лучи, посылаемые человеческим телом.

«Бесконтактные термометры сами не посылают никакого инфракрасного излучения, а только впитывают, измеряют», — поясняет лектор факультета математики и естественных наук Каунасского технологического университета д-р Бенас Габриэлюс Урбонавичюс.

По его словам, все тела, температура которых выше абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны, энергия которых зависит от температуры тела. «Наши тела не являются исключением и тоже излучают электромагнитные волны, главным образом, в диапазоне инфракрасных лучей», — говорит ученый КТУ.

Именно это измеряет пирометр, находящийся в таком термометре. Он тоже не распространяет никаких электромагнитных волн – температура тела фокусируется в линзах, то есть в оптической системе, а пирометрический датчик преобразует излучение тела в электрический сигнал, прибор его обрабатывает и показывает нам цифры.

Почему при измерении направляют в лоб?

По утверждению Б. Урбонавичюса, лазерная указка ничуть не опаснее той, что используется в игрушечных лазерах или в указках для конференций; она применяется для более точного измерения.

«Лазер, находящийся в пирометре, предназначен лишь для того, чтобы нацелиться на желаемую поверхность, объект. При увеличении расстояния до объекта, было бы трудно сказать, температура какого участка измеряется, поэтому точка лазера нужна как индикатор, но ее функция не связана с пирометрическим измерением.

Сам лазер обладает той же мощностью, что и лазерная указка, используемая во время лекции, или игрушка. По этой причине на пирометрах присутствует предупредительный знак о защите глаз – именно из-за лазерной указки, а не из-за самого пирометрического датчика, который излучения не распространяет», — поясняет он.

Ученый КТУ также рассказал, почему при измерении температуры термометр направляется на лоб.

В интернете распространяется информация о том, будто таким образом может быть нанесен вред шишковидной железе головного мозга, а некоторые даже утверждают, что с помощью таких действий систематически разрушают человеческий мозг и хотят «поджарить железу сознания». Этот дезинформационный мотив дошел до Литвы из зарубежных социальных сетей.

«Место измерения на человеческом теле должно быть как можно более ровным, чтобы минимизировать рассеяние [исходящего от тела] излучения и, соответственно, получить более точный результат измерения. По понятным практическим соображениям, лоб является легко доступным местом, поэтому измерения чаще всего проводятся в области лба или виска», — говорит он.

Ученый подчеркнул, что утверждения о воздействии электромагнитного излучения, тиражируемые в социальных сетях, являются ничем не обоснованным нагнетанием паники.

ВЕРДИКТ

Псевдонаука

Распространяемая в социальных сетях информация о том, что от термометров инфракрасных лучей исходит электромагнитное излучение, неверна. Сам такой термометр не посылает лучи, а впитывает тепло человеческого тела – то есть действует прямо противоположным образом. В область лба он направляется из-за того, что таким образом измерение дает наиболее точный результат, так как следует измерять температуру на наиболее плоской поверхности.

Польза и вред инфракрасного обогревателя

Как только наступают холода, люди начинают испытывать дискомфорт от недостаточной температуры в помещении, холодного пола и непрогретой постели. Избежать этого можно, установив современную климатическую аппаратуру. Чаще всего выбор приходится на электрический обогреватель. А вот какие польза и вред инфракрасного обогревателя, знают не многие. В последнее время эти обогревательные системы обретают все большую популярность.

Содержание статьи

Что из себя представляет инфракрасный обогреватель?

Инфракрасные приборы обладают простым устройством — для их конструкции используются специальные нагревательные элементы, которые генерируют инфракрасное излучение. Данный вид излучения является тепловым, и его излучают не только солнце, но и любые другие источники тепла. Именно эти лучи позволяют согревать жилые помещения, а также открытые и полузакрытые территории.

Принцип работы таких агрегатов схож с главным источником инфракрасных лучей — солнцем и проявляется в следующем:

  • Создание тепловых ИК-лучей.
  • Передача полученного тепла к окружающим воздушным массам.
  • Поглощение ИФ-лучами поверхностей пола, стен и потолка.
  • Возникновение на основе этого излучения теплового эффекта внутри помещения.

Если рассуждать в глобальном смысле, то каждый объект, отдающий тепло, т.е. фактически являющийся его источником, вполне может считаться ИК-обогревателем.

Различают такие обогреватели по длине волн:

  • излучающие длинные волны достигают рабочей температуры +300-400°C.
  • со средними волнами достигают рабочей температуры +400-600°C.
  • использующие короткие волны, имеют стандартную температуру, которая достигает +800°C, а иногда даже превосходить указанный параметр.

Специально созданные обогревательные системы данного типа имеют в своей основе разную конструкцию, но при этом обладают идентичным принципом функционирования. Имеющиеся в конструкции отражатель и излучатель формируют необходимые ИК-лучи и направляют их в нужном направлении.

Виды ИК обогревателей. Различают несколько видов инфракрасных обогревателей:

  1. Напольные.
  2. Настенные.
  3. Потолочные.

Какой их этих вариантов наиболее предпочтителен, зависит от целей и места установки.

В доме, где есть ребенок, следует устанавливать исключительно настенные приборы, при этом соблюдать высоту вне досягаемости для его роста.

В помещении, где низкие потолки, нежелательна установка потолочного варианта, поскольку высока опасность перегрева домашних бытовых приборов и мебели. Также этот вариант не рекомендуется для установки в детской комнате, спальне и иных местах длительного пребывания.

Напольные экземпляры достаточно мобильны, их месторасположение можно изменять. Их использование исключает опасность перегрева какой-либо части тела.

Польза и вред инфракрасного обогревателя в квартире или частном доме

Изучая вред таких агрегатов для человека, следует понимать их принцип действия. Он достаточно прост — ИК излучение покидает обогреватель, достигает окружающих предметов, пола и начинает их греть. Те же, в свою очередь, нагреваются, отдавая тепло в атмосферу.

Этот способ обогрева более эффективен, в сравнении с конвекцией, греющей лишь воздушные массы.

Инфракрасное излучение чувствует и человек, воспринимая его в виде направленного теплого потока воздуха.

Чем хороши ИК обогреватели? Такие приборы обеспечивают:

  • Быстрое распространение тепла по помещению — ИФ-излучение распространяется на довольно большое расстояние со скоростью света (горячий воздух из конвекторов обогревает меньшую площадь и поступает в десятки раз медленнее).
  • Поддерживают необходимое количество кислорода в воздухе — необходимый для дыхания кислород не сжигается и его процентное соотношение остается на прежнем уровне.
  • Сохраняют влажность воздуха — данный показатель остается неизменным.
  • Дают возможность местного обогрева и не сушат воздух.
  • Характеризуются высокой эффективностью и экономичностью.
  • Бесшумно выполняют свою работу.

Вред инфракрасного обогревателя:

  • Даже если агрегат подобран в соответствии с площадью помещения, это не гарантирует абсолютную безопасность.
  • Нередко вред от ИК отопительных систем обусловлен слишком долгим их использованием или установкой системы с нарушениями правил безопасности.

Исходящее от обогревателя тепло не поглощается окружающей средой, так как оно представляет собой электромагнитные волны. Такие источники излучения обеспечат теплом и комфортом не только в определенной зоне квартиры или дома, но и на даче, беседке и других местах отдыха. Таким образом, польза обогревательных систем такого типа очевидна.

По мнению специалистов, лучшими характеристиками обладают карбоновые ИК обогреватели — по своей экономичности и эффективности они превосходят другие отопительные приборы.

Польза для здоровья человека и домашних животных

Такие обогревательные приборы обладают обширным списком преимуществ, которые помогают выбирать именно их. В настоящее время имеются результаты использования подобной продукции (с длинноволновым инфракрасным излучением) в лечебных учреждениях стран СНГ, Японии, Китае, США, Канаде и т.д.

Приборы, в основе которых используется длинноволновое инфракрасное излучение, оказывает два вида положительного воздействия на организм человека:

  1. Первый вид обусловлен общеукрепляющим действием на здоровье человека в целом. Его результатом является предотвращение различных заболеваний и преждевременного старения. Такой вид воздействия основан на укреплении иммунной системы и сопротивляемости организма болезням. Таким образом, использование ИФ-излучения — это в какой-то степени одна из форм терапии, абсолютно отличающаяся от хирургического вмешательства и химиотерапии. Поэтому она подходит не только для повсеместного бытового использования (дома, в офисе и т.д.), но и для оздоровительных центров и лечебных учреждений в качестве физиотерапевтической процедуры.
  2. Второй вид позитивного ИФ-излучения на организм человека заключается в непосредственном лечении болезней и общих недомоганий. В этих случаях данная продукция оказывает прямое терапевтическое воздействие. Инфракрасные волны проникают в тело, прогревают органы, ткани, мышцы и суставы, благодаря чему ускоряется лимфоток крови, а возрастающая циркуляция крови в мускулах увеличивает процесс метаболизма.
Возможный вред от устройства

Если такие обогревательные системы использовать слишком долго и часто, находясь при этом под прямым воздействием инфракрасных лучей, а также некорректно их эксплуатировать, это может вызвать ряд негативных последствий.

Вред инфракрасного обогревателя для здоровья:

  • Получение теплового удара, сопровождающегося болью в области головы, головокружением, тошнотой и потерей сознания.
  • Длительное нахождение человека под короткими ИК-лучами может иметь последствия в виде покраснений на кожных покровах, а также появление волдырей на месте их интенсивного воздействия.
  • В редких случаях из-за долгого воздействия на органы зрения коротковолновые лучи могут вызвать серьезные негативные последствия, самым тяжелым может быть возникновение катаракты.

Стоит отметить, что все негативные последствия обусловлены чрезмерным воздействием ИК коротких волн на человека.

Как можно исключить вред от воздействия ИК-оборудования? Ученые, врачи и производители теплового оборудования предупреждают о возможных последствиях, вызванных чрезмерным нахождением под воздействием ИФ-излучения.

При этом, существует ряд рекомендаций, благодаря которым можно избежать нанесения вреда для организма человека:

  • Не рекомендуется использовать данный прибор открытого типа с короткими ИФ волнами.
  • Если человек находится близко к источнику ИК-лучей, их воздействие должно быть ограничено.
  • Использовать одежду, обладающую защитой от ИК-излучения.
  • Применять на таком оборудовании теплозащитные экраны.
  • Подобные обогревательные системы не рекомендуется устанавливать в спальнях и детских комнатах, но, если это необходимая мера, то необходимо выбирать не мощные модели.
  • Осуществлять монтаж обогревателей в помещениях таким образом, чтобы они находились на оптимальном расстоянии от людей. Отличным вариантом являются потолочные системы, которые устанавливаются на максимальной высоте.
  • Использовать только модели высокого качества от проверенных производителей. Отопительное оборудование, изготовленное из низкокачественных материалов, нередко является причиной нанесения вреда.

Вышеперечисленные факторы в значительной мере исключают нанесение вреда для здоровья человека.

Мнение специалистов по поводу пользы и возможного вреда инфракрасного обогревателя:

Результаты научных исследований подтвердили положительное воздействие длинноволновых инфракрасных лучей на иммунную систему человека. Однако это заключение касается только их непродолжительного воздействия.

При долгом направленном нагреве кожные покровы подвергаются высушиванию и перегреву, что отрицательно влияет на ее состояние.

Помимо этого, возможны ожоги хрусталика и сетчатки глаз, поэтому специалисты не рекомендуют долго смотреть на нагретые элементы такого оборудования.

Отзывы врачей касательно положительного и негативного воздействия ИК обогревателей

По мнению врачей, лечебное воздействие ИК-лучей можно применять при следующих состояниях и заболеваниях:

  • Очаговая пневмония.
  • Бронхиальная астма, обострение хронического бронхита.
  • Хронический гастродуоденит.
  • Хронический холецистит (бескаменный).
  • Гипермоторная дискинезия органов пищеварения.
  • Ревматоидный артрит в стадии ремиссии.
  • Остеохондроз позвоночника с различными неврологическими проявлениями.
  • Облитерирующий атеросклероз сосудов ног.
  • Мочекаменная болезнь.
  • Хронический аднексит, нарушения функции яичников.
  • Обострение хронического цистита.
  • Обострение хронического простатита с признаками нарушения потенции.

Отопление с использованием инфракрасного излучения подавляет размножение патогенных бактерий в окружающей среде и организме человека, за счет усиления циркуляции крови улучшает состояние кожи. Ионизирование воздуха является хорошей профилактикой обострений аллергии.

Негативное воздействие. Прежде чем использовать инфракрасные лучи в лечебных целях, следует ознакомиться с существующими противопоказаниями:

  • Кровотечения.
  • Острые гнойные заболевания.
  • Системные заболевания крови.
  • Острые воспалительные заболевания, которые способствовали декомпенсации органов и систем.
  • Злокачественные новообразования.

Кроме этого, чрезмерное облучение ИК-лучами приводит к покраснению кожи, образованию волдырей и может вызвать ожог.

Техника безопасности и особенности расположения обогревателей инфракрасного излучения

При использовании инфракрасного оборудования нужно учитывать особенности его расположения, а также правила безопасного использования.

  • Общий и локальный обогрев:

    При организации общего обогрева нужно рассчитать тепловые потери. Чтобы получить достоверные данные потребуется информация о площади имеющихся помещений, толщине и материалах конструктивных ограждений, технических особенностях функционирования вентиляционной системы.

    Номинальная мощность отопительного оборудования должна соответствовать суммарной величине тепловых потерь. Затем выбирается вид ИК обогревателя, исходя из площади помещения и высоты установки теплового агрегата.

  • Обогрев отдельных зон.

    С помощью таких установок можно поддерживать определенную температуру в пределах помещения. При необходимости поддержания температуры в 20 °С в какой-либо зоне, придется использовать более мощный, чем в остальных частях помещения прибор.

    Наиболее эффективным средством финансовых и энергетических затрат является зональный обогрев.

  • Определение оптимальной высоты монтажа

    Во время монтажа одного или нескольких обогревателей рекомендуют соблюдать расстояние. В местах постоянного нахождения людей (рабочие места, спальные комнаты и т.д.), приборы должны быть расположены на расстоянии 1,5-2 м от головы стоящего, сидячего или лежащего человека.

  • Практические особенности установки

    Для качественного выполнения процесса не обязательно обладать техническими познаниями или опытом — любой человек крепкого телосложения способен осуществить монтаж ИФ обогревателя. Важнее всего определить оптимальное место его расположения.

    1. Источник ИФ-излучения должен располагаться на удалении от человека, поскольку дискомфорта, связанного с перегревом вряд ли удастся избежать.
    2. Фактическое расстояние определяется только на основании мощности конкретного прибора. Если значение составляет 700-800 Вт, тогда прибор можно располагать от человека на 0,7 м., при мощности агрегата в 1-1,5 кВт, следует отдалить его от себя не менее, чем на метр.
    3. Модель мощностью в 700 Вт можно устанавливать в любой части помещения, высотой потолка в котором 2,5 м. Значительное превышение показателей мощности (в 1,5-2 раза) обязывает тщательно продумывать процедуру установки. В таком случае выбор может быть сделан в пользу зоны отдыха в спальне или рабочего места.
    4. Избавиться от дискомфорта помогут подвижные кронштейны, позволяющие располагать обогреватели под горизонтальным углом. Кроме того, они дают возможность монтировать отопительное оборудование, как на потолке, так и стене.

Качественные ИК обогреватели, выбранные и размещенные согласно установленным правилам безопасности, не принесут вреда здоровью. Они обеспечат высокий комфорт и экономию энергоресурсов.

Современные инфракрасные агрегаты достаточно эффективны, гигиеничны и не требуют особого обслуживания. Благодаря высокой эффективности обогрева, такие приборы не только создают тепло в помещении, но и приносят пользу для здоровья. Покупка такого оборудования — это действительно хороший выбор.

ventsyst

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 осуществлять 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, нейропротекция мозга, АФК, АТФ, молекулы воды, нагревание

1.Введение

Инфракрасное излучение (ИК) — это тип электромагнитного излучения, включая длины волн от 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 низкой интенсивности, так что эффекты являются реакцией на свет, а не на тепло. Используются самые разные источники света, особенно маломощные лазеры ». в Дескрипторах медицинских предметных заголовков (MeSH) за 2017 год. 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 молекул фотоакцепторов. Считается, что физиологические эффекты, индуцированные ИК-излучением, связаны с двумя основными типами фотоакцепторов (т. Е. Цитохром с оксидазой и внутриклеточной водой) [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].

В течение 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 для понимания проблемы стало важным сочетание технических, клинических и фотобиологических принципов. 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, называемый «фото- инфракрасная импульсная биомодуляция »(PIPBM). Устройство применялось 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, полезно для улучшения кровообращения и обмена 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 демонстрировала значение коэффициента излучения 0,891 (идеальное черное тело имеет максимальный коэффициент излучения 1) и мощность излучения 3,44 × 102 Вт · м — 2 с плотностью перегородки 5,55 г / м2 −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].

Ting-Kai Leung et al. 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 пациентов, ведущих малоподвижный образ жизни, страдающих остеоартритом или сердечно-сосудистыми респираторными заболеваниями, сауны в дальнем инфракрасном диапазоне могут использоваться 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].

Waon-терапия означает, что тело предупреждается в инфракрасной камере в течение 15 минут при температуре 60 ° C, затем их заворачивают в тепловые одеяла и укладывают 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 в 19 центрах обследовали 76 пациентов, получавших терапию Waon, и 73 пациента из контрольной группы [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.

Waon-терапия 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 инфракрасной сауной улучшает сосудистую эндотелиальную дисфункцию у хомяков с экспериментальной кардиомиопатией, которых ежедневно лечили экспериментальной системой сауны с дальней инфракрасной подсветкой 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 тканей 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 крысы 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 мкм 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 ~ 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]. Чувствительный к нагреванию ионный канал, называемый «временным рецепторным потенциалом 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 поддержало гипотезу о том, что TRPV1 участвует 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. Добавляя блокаторы каналов TRPV1 и TRPV4 для идентификации первичных эффекторов, исследование пришло к выводу, что каналы TRPV4 вызывают сенсорный нейрональный ответ, запускаемый ИК-лазерным излучением (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. рассмотрел применение INS, сосредоточившись 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 ответов.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 электрической стимуляцией, производимой микропипеткой, и нервом. регистратор сигналов. Данные показали, что потенциал действия, индуцированный электростимуляцией, блокировался инфракрасным излучением, включая сокращение мышц аплизии и проводимость седалищного нерва крысы.

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 ткани, 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 замечено, что повышение температуры нервной ткани, вызванное оптической стимуляцией, могло усилить гибридную электрооптическую стимуляционную реакцию нервов.

3.2. Инфракрасное воздействие на кожу: фотостарение против фотоомоложения

В последние годы фотодерматологические исследования сделали огромный прогресс в понимании молекулярных механизмов, лежащих в основе 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 вызывать тепловую индукцию MMP-1 и индуцированную фотозащиту кожи человека [61] .

Поскольку кожа человека постоянно подвергается воздействию инфракрасного излучения окружающей среды, эта энергия может прямо или косвенно 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 цитокинового трансформирующего фактора роста-β1 (TGF-β1), который приводит к активации фибробластов для лучшего 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 в колебательной энергии 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 анализировали 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 ИРА 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 пути 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 повреждать органеллы и клетки кожи, что приводит 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 человеческая кожа облучается однократным или многократным нанесением (один раз в неделю в течение 4 недель) ИК-излучения, это может привести к различной экспрессии проколлагена I типа 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 различной 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 можно измерить обращение спина и поглощение 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 уровне частоты (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 гашении 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 во время ИК-облучения превышает 39 ° C, 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 IR-индуцированные 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 выяснить 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 ингибировать 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, которую можно стимулировать 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 в соответствии с расположением астрального полюса, изменение цитоскелета актина 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 может также 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 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 кортикального АТФ 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 TBI.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, показывают, что ИК-излучение может стимулировать рост жизнеспособности клеток и факторы роста, которые вызывают потенциальные терапевтические эффекты при повреждении или дегенеративном заболевании головного мозга.Заболеваниям головного мозга, включая ЧМТ, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и инсульт, можно улучшить 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.

Мозг Нейронная регенерация
Медицинское применение Автор, ссылка Цель Источник света или материал Длина волны Результаты
Заживление ран Toyokawa et al. [31] Кожная рана у крысы Лист с керамическим покрытием 5,6 ~ 25 мкм (максимальная интенсивность 8 ~ 12 мкм) Способствует заживлению ран и экспрессии TGF-β1
Заживление ран Гупта и другие.[109] Кожные ссадины у мышей Диодный лазер 810 нм Усиленное накопление коллагена и эффекты заживления
Заживление ран Santana-Blank et al. [110, 111] Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904 нм Способствует заживлению ран и росту зоны исключения (EZ) (1H-ЯМР 1 / T2)
Заживление ран Santana-Blank et al. al. [111]
Rodríguez-Santana et al.[112]
Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904нм Способствует заживлению ран, мембранный эффект измеряется с помощью тау 1H-ЯМР (c)
Нейронная стимуляция Wells et al. [55] Седалищный нерв крысы Лазер на свободных электронах 2,1, 3,0, 4,0, 4,5, 5,0 и 6,1 мкм Создает пространственно-селективный ответ в небольших пучках седалищного нерва
Нейральная стимуляция Jenkins et al.[113] Сердце взрослого кролика Диодный лазер 1,851 мкм Индуцированная оптическая стимуляция сердца взрослого кролика
Нейронная стимуляция Izzo et al. [56] Слуховой нерв песчанок Гольмий: YA G-лазер 2,12 мкм Оптическое излучение стимулировало амплитуды ответа улитки
Нейральная стимуляция Duke et al. [60] Седалищный нерв крысы Диодный лазер 1.875 мкм Гибридная электрооптическая стимуляция вызвала устойчивые сокращения мышц и снизила требования к мощности лазера
Нейронная стимуляция Shapiro et al. [19] Клетки HEK-293T Диодный лазер 1.889 мкм Временное изменение электрической емкости мембраны во время оптической стимуляции
Фотостарение Darvin et al. [76] Кожа человека Радиатор с фильтром для воды 600 ~ 1500 нм Образованные свободные радикалы и пониженное содержание антиоксидантов β-каротина
Фотостарение Schroeder et al.[91] Кожные фибробласты человека Фильтрованный водой источник ИК-излучения 760 ~ 14 40 нм Повышенная экспрессия MMP-1 в дерме
Antitum or Action Tsai et al. [100] Клетка рака шейки матки HeLa Волноводный термоизлучатель 3,6, 4,1 или 5,0 мкм Вызвал коллапс мембранного потенциала митохондрий и повышение окислительного стресса.
Antitum or Action Chang et al.[84] Клетки рака груди и нормальные эпителиальные клетки груди. Источник черного тела, оснащенный фильтром 3 ~ 5 мкм 3 ~ 5 мкм Вызвал остановку цикла раковых клеток G 2 / M, реконструировал сеть микротрубочек и изменил образование актиновых филаментов
Antitum or Action Tanaka et al. [83] Клетки аденокарциномы легких A549 БИК-излучатель с фильтром для воды 1,1 ~ 1,8 мкм Активировал путь ответа на повреждение ДНК
Antitum or Action Yamashita et al.[96] Раковые клетки A431 (вульва), A549 (легкие), HSC3 (язык), MCF7 (грудь) и Sa3 (десна) Инкубатор излучающей панели FIR путем покрытия углеродом / диоксидом кремния / оксидом алюминия / титаном оксидная керамика 4 ~ 20 мкм (максимум от 7 до 12 мкм) Подавляет пролиферацию раковых клеток за счет усиления экспрессии гена ATF3
Antitum or Action Santana-Blank et al. [114] Солидная опухоль Клиническое исследование Диодный лазер 904 нм 88% противоопухолевый эффект.Десятилетнее наблюдение
Antitum or Action Santana-Blank et al. [115] Цитоморфология солидных опухолей Диодный лазер 904нм Избирательный апоптоз, некроз, аноикис в опухолевых тканях онкологических больных
Antitum or Action Santana-Blank et al. [116] Солидная опухоль T 2 недели МРТ-микродезитометрия Диодный лазер 904 нм Доказательства наличия межфазной водоизоляционной зоны (EZ) как предиктора противоопухолевого ответа у онкологических больных
Antitum Акция Santana-Blanket al.[117] Уровни цитокинов субпопуляций периферических лейкоцитов в сыворотке крови твердых опухолей Диодный лазер 904 нм Иммуномодуляция TNF-α sIL-2R и CD4 + CD45 RA + и CD25 + активированных
Naeser et al. [118] Легкая черепно-мозговая травма БИК диоды 870 нм Улучшение когнитивных функций, улучшение сна и симптомы посттравматического стрессового расстройства
Регенерация нервной системы головного мозга Lapchak et al.[101] Инсульты у эмболизированных кроликов Лазерный источник 808 нм Повышенное содержание АТФ в кортикальном слое
Регенерация жировой ткани Wang, Y., et al. [108] стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека Диодный лазер 810 нм
980 нм
Стимулирование пролиферации и дифференцировки

4 Обсуждение

LLLT и / или PBM были использованы в широком диапазоне 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].LLLT может увеличивать активность фермента CCO для облегчения транспорта электронов и увеличения производства АТФ [121]. Кроме 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 и полосе 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 со светом 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 ИК-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, которое взаимодействует 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 как разные длины электромагнитных волн хромофорами ткани 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

Механизм передачи энергии Механизм прохождения сигнала
  • Электрическая емкость клеток, регулируемая IR

  • Клеточные структуры (вода, белки, аминокислоты, липиды и т. Д.))

  • Зона отчуждения, образующаяся в воде, действует как перезаряжаемая биологическая батарея

  • Взаимодействие между ИК-излучением и молекулами воды

  • ИК-излучение поглощается и повторно излучается хромофорами тканей в виде электромагнитных волн различной длины.

  • IR влияет на окислительно-восстановительное состояние клеток в митохондриях и модулирует активные формы кислорода и производство АТФ.

  • Стимуляция оксида азота, цитохром с оксидазы, факторов транскрипции, цитокинов, факторов роста, медиаторов воспаления и т. Д.

  • Передача сигналов через светочувствительные ионные каналы (ионные насосы и молекулярные двигатели) [132]

  • Передача сигналов через циклические AMP / GMP и рецепторы, связанные с G-белком, и инозитолфосфат [132]

  • IR вызывает в объемной воде высвобождение и транспорт протонов, активируя мембранные сигнальные пути и эффекты трансмембранного ионного канала [133].

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 осуществлять 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 мозга, АФК, АТФ, молекулы воды, нагрев

1. Введение

Инфракрасное (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 низкой интенсивности, так что эффекты являются реакцией на свет, а не на тепло.Используются самые разные источники света, особенно маломощные лазеры ». в Дескрипторах медицинских предметных заголовков (MeSH) за 2017 год. 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 благоприятным 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 молекул фотоакцепторов. 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].

В течение 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 для понимания проблемы стало важным сочетание технических, клинических и фотобиологических принципов. 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, называемый «фото- инфракрасная импульсная биомодуляция »(PIPBM). Устройство применялось 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, полезно для улучшения кровообращения и обмена 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 демонстрировала значение коэффициента излучения 0,891 (идеальное черное тело имеет максимальный коэффициент излучения 1) и мощность излучения 3,44 × 102 Вт · м — 2 с плотностью перегородки 5,55 г / м2 −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].

Ting-Kai Leung et al. 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 пациентов, ведущих малоподвижный образ жизни, страдающих остеоартритом или сердечно-сосудистыми респираторными заболеваниями, сауны в дальнем инфракрасном диапазоне могут использоваться 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].

Waon-терапия означает, что тело предупреждается в инфракрасной камере в течение 15 минут при температуре 60 ° C, затем их заворачивают в тепловые одеяла и укладывают 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 в 19 центрах обследовали 76 пациентов, получавших терапию Waon, и 73 пациента из контрольной группы [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.

Waon-терапия 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 инфракрасной сауной улучшает сосудистую эндотелиальную дисфункцию у хомяков с экспериментальной кардиомиопатией, которых ежедневно лечили экспериментальной системой сауны с дальней инфракрасной подсветкой 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 тканей 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 крысы 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 мкм 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 ~ 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]. Чувствительный к нагреванию ионный канал, называемый «временным рецепторным потенциалом 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 поддержало гипотезу о том, что TRPV1 участвует 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. Добавляя блокаторы каналов TRPV1 и TRPV4 для идентификации первичных эффекторов, исследование пришло к выводу, что каналы TRPV4 вызывают сенсорный нейрональный ответ, запускаемый ИК-лазерным излучением (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. рассмотрел применение INS, сосредоточившись 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 ответов.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 электрической стимуляцией, производимой микропипеткой, и нервом. регистратор сигналов. Данные показали, что потенциал действия, индуцированный электростимуляцией, блокировался инфракрасным излучением, включая сокращение мышц аплизии и проводимость седалищного нерва крысы.

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 ткани, 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 замечено, что повышение температуры нервной ткани, вызванное оптической стимуляцией, могло усилить гибридную электрооптическую стимуляционную реакцию нервов.

3.2. Инфракрасное воздействие на кожу: фотостарение против фотоомоложения

В последние годы фотодерматологические исследования сделали огромный прогресс в понимании молекулярных механизмов, лежащих в основе 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 вызывать тепловую индукцию MMP-1 и индуцированную фотозащиту кожи человека [61] .

Поскольку кожа человека постоянно подвергается воздействию инфракрасного излучения окружающей среды, эта энергия может прямо или косвенно 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 цитокинового трансформирующего фактора роста-β1 (TGF-β1), который приводит к активации фибробластов для лучшего 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 в колебательной энергии 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 анализировали 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 ИРА 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 пути 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 повреждать органеллы и клетки кожи, что приводит 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 человеческая кожа облучается однократным или многократным нанесением (один раз в неделю в течение 4 недель) ИК-излучения, это может привести к различной экспрессии проколлагена I типа 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 различной 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 можно измерить обращение спина и поглощение 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 уровне частоты (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 гашении 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 во время ИК-облучения превышает 39 ° C, 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 IR-индуцированные 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 выяснить 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 ингибировать 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, которую можно стимулировать 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 в соответствии с расположением астрального полюса, изменение цитоскелета актина 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 может также 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 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 кортикального АТФ 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 TBI.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, показывают, что ИК-излучение может стимулировать рост жизнеспособности клеток и факторы роста, которые вызывают потенциальные терапевтические эффекты при повреждении или дегенеративном заболевании головного мозга.Заболеваниям головного мозга, включая ЧМТ, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и инсульт, можно улучшить 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.

Мозг Нейронная регенерация
Медицинское применение Автор, ссылка Цель Источник света или материал Длина волны Результаты
Заживление ран Toyokawa et al. [31] Кожная рана у крысы Лист с керамическим покрытием 5,6 ~ 25 мкм (максимальная интенсивность 8 ~ 12 мкм) Способствует заживлению ран и экспрессии TGF-β1
Заживление ран Гупта и другие.[109] Кожные ссадины у мышей Диодный лазер 810 нм Усиленное накопление коллагена и эффекты заживления
Заживление ран Santana-Blank et al. [110, 111] Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904 нм Способствует заживлению ран и росту зоны исключения (EZ) (1H-ЯМР 1 / T2)
Заживление ран Santana-Blank et al. al. [111]
Rodríguez-Santana et al.[112]
Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904нм Способствует заживлению ран, мембранный эффект измеряется с помощью тау 1H-ЯМР (c)
Нейронная стимуляция Wells et al. [55] Седалищный нерв крысы Лазер на свободных электронах 2,1, 3,0, 4,0, 4,5, 5,0 и 6,1 мкм Создает пространственно-селективный ответ в небольших пучках седалищного нерва
Нейральная стимуляция Jenkins et al.[113] Сердце взрослого кролика Диодный лазер 1,851 мкм Индуцированная оптическая стимуляция сердца взрослого кролика
Нейронная стимуляция Izzo et al. [56] Слуховой нерв песчанок Гольмий: YA G-лазер 2,12 мкм Оптическое излучение стимулировало амплитуды ответа улитки
Нейральная стимуляция Duke et al. [60] Седалищный нерв крысы Диодный лазер 1.875 мкм Гибридная электрооптическая стимуляция вызвала устойчивые сокращения мышц и снизила требования к мощности лазера
Нейронная стимуляция Shapiro et al. [19] Клетки HEK-293T Диодный лазер 1.889 мкм Временное изменение электрической емкости мембраны во время оптической стимуляции
Фотостарение Darvin et al. [76] Кожа человека Радиатор с фильтром для воды 600 ~ 1500 нм Образованные свободные радикалы и пониженное содержание антиоксидантов β-каротина
Фотостарение Schroeder et al.[91] Кожные фибробласты человека Фильтрованный водой источник ИК-излучения 760 ~ 14 40 нм Повышенная экспрессия MMP-1 в дерме
Antitum or Action Tsai et al. [100] Клетка рака шейки матки HeLa Волноводный термоизлучатель 3,6, 4,1 или 5,0 мкм Вызвал коллапс мембранного потенциала митохондрий и повышение окислительного стресса.
Antitum or Action Chang et al.[84] Клетки рака груди и нормальные эпителиальные клетки груди. Источник черного тела, оснащенный фильтром 3 ~ 5 мкм 3 ~ 5 мкм Вызвал остановку цикла раковых клеток G 2 / M, реконструировал сеть микротрубочек и изменил образование актиновых филаментов
Antitum or Action Tanaka et al. [83] Клетки аденокарциномы легких A549 БИК-излучатель с фильтром для воды 1,1 ~ 1,8 мкм Активировал путь ответа на повреждение ДНК
Antitum or Action Yamashita et al.[96] Раковые клетки A431 (вульва), A549 (легкие), HSC3 (язык), MCF7 (грудь) и Sa3 (десна) Инкубатор излучающей панели FIR путем покрытия углеродом / диоксидом кремния / оксидом алюминия / титаном оксидная керамика 4 ~ 20 мкм (максимум от 7 до 12 мкм) Подавляет пролиферацию раковых клеток за счет усиления экспрессии гена ATF3
Antitum or Action Santana-Blank et al. [114] Солидная опухоль Клиническое исследование Диодный лазер 904 нм 88% противоопухолевый эффект.Десятилетнее наблюдение
Antitum or Action Santana-Blank et al. [115] Цитоморфология солидных опухолей Диодный лазер 904нм Избирательный апоптоз, некроз, аноикис в опухолевых тканях онкологических больных
Antitum or Action Santana-Blank et al. [116] Солидная опухоль T 2 недели МРТ-микродезитометрия Диодный лазер 904 нм Доказательства наличия межфазной водоизоляционной зоны (EZ) как предиктора противоопухолевого ответа у онкологических больных
Antitum Акция Santana-Blanket al.[117] Уровни цитокинов субпопуляций периферических лейкоцитов в сыворотке крови твердых опухолей Диодный лазер 904 нм Иммуномодуляция TNF-α sIL-2R и CD4 + CD45 RA + и CD25 + активированных
Naeser et al. [118] Легкая черепно-мозговая травма БИК диоды 870 нм Улучшение когнитивных функций, улучшение сна и симптомы посттравматического стрессового расстройства
Регенерация нервной системы головного мозга Lapchak et al.[101] Инсульты у эмболизированных кроликов Лазерный источник 808 нм Повышенное содержание АТФ в кортикальном слое
Регенерация жировой ткани Wang, Y., et al. [108] стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека Диодный лазер 810 нм
980 нм
Стимулирование пролиферации и дифференцировки

4 Обсуждение

LLLT и / или PBM были использованы в широком диапазоне 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].LLLT может увеличивать активность фермента CCO для облегчения транспорта электронов и увеличения производства АТФ [121]. Кроме 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 и полосе 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 со светом 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 ИК-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, которое взаимодействует 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 как разные длины электромагнитных волн хромофорами ткани 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

Механизм передачи энергии Механизм прохождения сигнала
  • Электрическая емкость клеток, регулируемая IR

  • Клеточные структуры (вода, белки, аминокислоты, липиды и т. Д.))

  • Зона отчуждения, образующаяся в воде, действует как перезаряжаемая биологическая батарея

  • Взаимодействие между ИК-излучением и молекулами воды

  • ИК-излучение поглощается и повторно излучается хромофорами тканей в виде электромагнитных волн различной длины.

  • IR влияет на окислительно-восстановительное состояние клеток в митохондриях и модулирует активные формы кислорода и производство АТФ.

  • Стимуляция оксида азота, цитохром с оксидазы, факторов транскрипции, цитокинов, факторов роста, медиаторов воспаления и т. Д.

  • Передача сигналов через светочувствительные ионные каналы (ионные насосы и молекулярные двигатели) [132]

  • Передача сигналов через циклические AMP / GMP и рецепторы, связанные с G-белком, и инозитолфосфат [132]

  • IR вызывает в объемной воде высвобождение и транспорт протонов, активируя мембранные сигнальные пути и эффекты трансмембранного ионного канала [133].

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 осуществлять 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 мозга, АФК, АТФ, молекулы воды, нагрев

1. Введение

Инфракрасное (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 низкой интенсивности, так что эффекты являются реакцией на свет, а не на тепло.Используются самые разные источники света, особенно маломощные лазеры ». в Дескрипторах медицинских предметных заголовков (MeSH) за 2017 год. 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 благоприятным 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 молекул фотоакцепторов. 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].

В течение 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 для понимания проблемы стало важным сочетание технических, клинических и фотобиологических принципов. 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, называемый «фото- инфракрасная импульсная биомодуляция »(PIPBM). Устройство применялось 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, полезно для улучшения кровообращения и обмена 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 демонстрировала значение коэффициента излучения 0,891 (идеальное черное тело имеет максимальный коэффициент излучения 1) и мощность излучения 3,44 × 102 Вт · м — 2 с плотностью перегородки 5,55 г / м2 −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].

Ting-Kai Leung et al. 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 пациентов, ведущих малоподвижный образ жизни, страдающих остеоартритом или сердечно-сосудистыми респираторными заболеваниями, сауны в дальнем инфракрасном диапазоне могут использоваться 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].

Waon-терапия означает, что тело предупреждается в инфракрасной камере в течение 15 минут при температуре 60 ° C, затем их заворачивают в тепловые одеяла и укладывают 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 в 19 центрах обследовали 76 пациентов, получавших терапию Waon, и 73 пациента из контрольной группы [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.

Waon-терапия 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 инфракрасной сауной улучшает сосудистую эндотелиальную дисфункцию у хомяков с экспериментальной кардиомиопатией, которых ежедневно лечили экспериментальной системой сауны с дальней инфракрасной подсветкой 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 тканей 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 крысы 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 мкм 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 ~ 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]. Чувствительный к нагреванию ионный канал, называемый «временным рецепторным потенциалом 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 поддержало гипотезу о том, что TRPV1 участвует 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. Добавляя блокаторы каналов TRPV1 и TRPV4 для идентификации первичных эффекторов, исследование пришло к выводу, что каналы TRPV4 вызывают сенсорный нейрональный ответ, запускаемый ИК-лазерным излучением (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. рассмотрел применение INS, сосредоточившись 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 ответов.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 электрической стимуляцией, производимой микропипеткой, и нервом. регистратор сигналов. Данные показали, что потенциал действия, индуцированный электростимуляцией, блокировался инфракрасным излучением, включая сокращение мышц аплизии и проводимость седалищного нерва крысы.

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 ткани, 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 замечено, что повышение температуры нервной ткани, вызванное оптической стимуляцией, могло усилить гибридную электрооптическую стимуляционную реакцию нервов.

3.2. Инфракрасное воздействие на кожу: фотостарение против фотоомоложения

В последние годы фотодерматологические исследования сделали огромный прогресс в понимании молекулярных механизмов, лежащих в основе 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 вызывать тепловую индукцию MMP-1 и индуцированную фотозащиту кожи человека [61] .

Поскольку кожа человека постоянно подвергается воздействию инфракрасного излучения окружающей среды, эта энергия может прямо или косвенно 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 цитокинового трансформирующего фактора роста-β1 (TGF-β1), который приводит к активации фибробластов для лучшего 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 в колебательной энергии 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 анализировали 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 ИРА 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 пути 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 повреждать органеллы и клетки кожи, что приводит 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 человеческая кожа облучается однократным или многократным нанесением (один раз в неделю в течение 4 недель) ИК-излучения, это может привести к различной экспрессии проколлагена I типа 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 различной 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 можно измерить обращение спина и поглощение 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 уровне частоты (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 гашении 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 во время ИК-облучения превышает 39 ° C, 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 IR-индуцированные 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 выяснить 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 ингибировать 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, которую можно стимулировать 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 в соответствии с расположением астрального полюса, изменение цитоскелета актина 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 может также 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 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 кортикального АТФ 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 TBI.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, показывают, что ИК-излучение может стимулировать рост жизнеспособности клеток и факторы роста, которые вызывают потенциальные терапевтические эффекты при повреждении или дегенеративном заболевании головного мозга.Заболеваниям головного мозга, включая ЧМТ, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и инсульт, можно улучшить 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.

Мозг Нейронная регенерация
Медицинское применение Автор, ссылка Цель Источник света или материал Длина волны Результаты
Заживление ран Toyokawa et al. [31] Кожная рана у крысы Лист с керамическим покрытием 5,6 ~ 25 мкм (максимальная интенсивность 8 ~ 12 мкм) Способствует заживлению ран и экспрессии TGF-β1
Заживление ран Гупта и другие.[109] Кожные ссадины у мышей Диодный лазер 810 нм Усиленное накопление коллагена и эффекты заживления
Заживление ран Santana-Blank et al. [110, 111] Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904 нм Способствует заживлению ран и росту зоны исключения (EZ) (1H-ЯМР 1 / T2)
Заживление ран Santana-Blank et al. al. [111]
Rodríguez-Santana et al.[112]
Мягкие ткани крысы Диодный лазер 904нм Способствует заживлению ран, мембранный эффект измеряется с помощью тау 1H-ЯМР (c)
Нейронная стимуляция Wells et al. [55] Седалищный нерв крысы Лазер на свободных электронах 2,1, 3,0, 4,0, 4,5, 5,0 и 6,1 мкм Создает пространственно-селективный ответ в небольших пучках седалищного нерва
Нейральная стимуляция Jenkins et al.[113] Сердце взрослого кролика Диодный лазер 1,851 мкм Индуцированная оптическая стимуляция сердца взрослого кролика
Нейронная стимуляция Izzo et al. [56] Слуховой нерв песчанок Гольмий: YA G-лазер 2,12 мкм Оптическое излучение стимулировало амплитуды ответа улитки
Нейральная стимуляция Duke et al. [60] Седалищный нерв крысы Диодный лазер 1.875 мкм Гибридная электрооптическая стимуляция вызвала устойчивые сокращения мышц и снизила требования к мощности лазера
Нейронная стимуляция Shapiro et al. [19] Клетки HEK-293T Диодный лазер 1.889 мкм Временное изменение электрической емкости мембраны во время оптической стимуляции
Фотостарение Darvin et al. [76] Кожа человека Радиатор с фильтром для воды 600 ~ 1500 нм Образованные свободные радикалы и пониженное содержание антиоксидантов β-каротина
Фотостарение Schroeder et al.[91] Кожные фибробласты человека Фильтрованный водой источник ИК-излучения 760 ~ 14 40 нм Повышенная экспрессия MMP-1 в дерме
Antitum or Action Tsai et al. [100] Клетка рака шейки матки HeLa Волноводный термоизлучатель 3,6, 4,1 или 5,0 мкм Вызвал коллапс мембранного потенциала митохондрий и повышение окислительного стресса.
Antitum or Action Chang et al.[84] Клетки рака груди и нормальные эпителиальные клетки груди. Источник черного тела, оснащенный фильтром 3 ~ 5 мкм 3 ~ 5 мкм Вызвал остановку цикла раковых клеток G 2 / M, реконструировал сеть микротрубочек и изменил образование актиновых филаментов
Antitum or Action Tanaka et al. [83] Клетки аденокарциномы легких A549 БИК-излучатель с фильтром для воды 1,1 ~ 1,8 мкм Активировал путь ответа на повреждение ДНК
Antitum or Action Yamashita et al.[96] Раковые клетки A431 (вульва), A549 (легкие), HSC3 (язык), MCF7 (грудь) и Sa3 (десна) Инкубатор излучающей панели FIR путем покрытия углеродом / диоксидом кремния / оксидом алюминия / титаном оксидная керамика 4 ~ 20 мкм (максимум от 7 до 12 мкм) Подавляет пролиферацию раковых клеток за счет усиления экспрессии гена ATF3
Antitum or Action Santana-Blank et al. [114] Солидная опухоль Клиническое исследование Диодный лазер 904 нм 88% противоопухолевый эффект.Десятилетнее наблюдение
Antitum or Action Santana-Blank et al. [115] Цитоморфология солидных опухолей Диодный лазер 904нм Избирательный апоптоз, некроз, аноикис в опухолевых тканях онкологических больных
Antitum or Action Santana-Blank et al. [116] Солидная опухоль T 2 недели МРТ-микродезитометрия Диодный лазер 904 нм Доказательства наличия межфазной водоизоляционной зоны (EZ) как предиктора противоопухолевого ответа у онкологических больных
Antitum Акция Santana-Blanket al.[117] Уровни цитокинов субпопуляций периферических лейкоцитов в сыворотке крови твердых опухолей Диодный лазер 904 нм Иммуномодуляция TNF-α sIL-2R и CD4 + CD45 RA + и CD25 + активированных
Naeser et al. [118] Легкая черепно-мозговая травма БИК диоды 870 нм Улучшение когнитивных функций, улучшение сна и симптомы посттравматического стрессового расстройства
Регенерация нервной системы головного мозга Lapchak et al.[101] Инсульты у эмболизированных кроликов Лазерный источник 808 нм Повышенное содержание АТФ в кортикальном слое
Регенерация жировой ткани Wang, Y., et al. [108] стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека Диодный лазер 810 нм
980 нм
Стимулирование пролиферации и дифференцировки

4 Обсуждение

LLLT и / или PBM были использованы в широком диапазоне 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].LLLT может увеличивать активность фермента CCO для облегчения транспорта электронов и увеличения производства АТФ [121]. Кроме 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 и полосе 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 со светом 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 ИК-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, которое взаимодействует 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 как разные длины электромагнитных волн хромофорами ткани 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

Механизм передачи энергии Механизм прохождения сигнала
  • Электрическая емкость клеток, регулируемая IR

  • Клеточные структуры (вода, белки, аминокислоты, липиды и т. Д.))

  • Зона отчуждения, образующаяся в воде, действует как перезаряжаемая биологическая батарея

  • Взаимодействие между ИК-излучением и молекулами воды

  • ИК-излучение поглощается и повторно излучается хромофорами тканей в виде электромагнитных волн различной длины.

  • IR влияет на окислительно-восстановительное состояние клеток в митохондриях и модулирует активные формы кислорода и производство АТФ.

  • Стимуляция оксида азота, цитохром с оксидазы, факторов транскрипции, цитокинов, факторов роста, медиаторов воспаления и т. Д.

  • Передача сигналов через светочувствительные ионные каналы (ионные насосы и молекулярные двигатели) [132]

  • Передача сигналов через циклические AMP / GMP и рецепторы, связанные с G-белком, и инозитолфосфат [132]

  • IR вызывает в объемной воде высвобождение и транспорт протонов, активируя мембранные сигнальные пути и эффекты трансмембранного ионного канала [133].

Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне для сердечно-сосудистых, аутоиммунных и других хронических проблем со здоровьем: систематический обзор

Exp Biol Med (Maywood).2015 окт; 240 (10): 1257–1265.

Эта статья отозвана.
Ретракция в: Exp Biol Med (Maywood). 2020 19 июля; 245 (14): NP1 См. Также: Политика отзыва PMC

, 1, 2 , 1 , 3, 4 и 1, 2

Шаньшань Шуй

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

Xia Wang

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

John Y Chiang

3 Департамент компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Департамент Управление здравоохранения и медицинская информатика, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Лей Чжэн

1 Школа инженеров-медиков ing, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

1 Школа медицинской инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

3 Факультет компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Кафедра управления здравоохранением и медицинской информатики, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 22 июня 2014 г .; Принято 31 декабря 2014 г.

Авторские права © 2015 Обществом экспериментальной биологии и медицины Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Физиотерапия (физиотерапия), дополнительная и альтернативная медицина, широко применяется для диагностики и лечения различных заболеваний и дефектов. Все больше данных свидетельствует о том, что удобные и неинвазивные лучи в дальней инфракрасной области (FIR), являющиеся жизненно важным видом физиотерапии, улучшают здоровье пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом и хроническим заболеванием почек.Тем не менее, молекулярные механизмы, с помощью которых функционирует FIR, остаются неуловимыми. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение результатов предыдущих исследований, а также разработка молекулярных механизмов FIR-терапии при различных типах заболеваний. В заключение, терапия FIR может быть тесно связана с повышенной экспрессией эндотелиальной синтазы оксида азота, а также с продукцией оксида азота и может модулировать профили некоторых циркулирующих miRNAs; таким образом, он может быть полезным дополнением к лечению некоторых хронических заболеваний, не вызывающим побочных эффектов.

Ключевые слова: Физическая терапия, дальняя инфракрасная область (FIR), сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), сахарный диабет (СД), miRNA

Введение

Инфракрасное излучение — это невидимая форма электромагнитной энергии, длина волны которой больше чем у видимого света. Инфракрасное излучение можно разделить на три группы в зависимости от длины волны: ближнее инфракрасное (NIR, 0,8–1,5 мкм), среднее инфракрасное (MIR, 1,5–5,6 мкм) и дальнее инфракрасное (FIR, 5,6–1000 мкм). 1 Инфракрасное излучение, вероятно, позволяет передавать несколько форм энергии в подкожную ткань (глубиной примерно 2–3 см) без стимуляции или чрезмерного нагрева. 2 В одном исследовании температура кожи повысилась до 38–39 ℃ после обработки FIR в течение от 30 минут до 1 часа при расстоянии 20 см между керамическими пластинами и кожей. 3 Таким образом, FIR-терапия не может вызвать побочных эффектов традиционной тепловой терапии, таких как инфекция или ожог, и поэтому широко используется для укрепления здоровья.

Методы лечения FIR можно разделить на две категории в соответствии с клинической реализацией в целом. В первой категории излучатель FIR, состоящий из электрифицированных керамических пластин, размещается на 20 см над пациентом и обеспечивает низкую энергию для постоянного повышения температуры кожи. 3 Кроме того, FIR-излучатель часто используется в экспериментах по локальной (или точечной) обработке, поддерживая температуру поверхности ниже 40 ℃. В другой, более распространенной категории, FIR-сухой сауне, 4 свет используется для создания тепла с помощью сауны. В отличие от традиционных саун, которые нагревают тело за счет повышения температуры окружающего воздуха, сауны FIR нагревают тело напрямую, не используя воздух в качестве теплоносителя. 5 В предыдущем исследовании сеанс сауны проводился с использованием устройства для сухой сауны FIR при 60 ℃ в течение 15 минут с последующим традиционным выдерживанием в тепле в течение 30 минут. 6

Хотя предыдущие исследования показали, что FIR-излучение вызывает тепловые и нетепловые эффекты, такие как увеличение артериального кровотока 7 и периферического кровообращения, 8 улучшает функцию эндотелия, 9 снижает усталость 10 и боль, 11 снижение артериального давления, 12 и содействие расширению капилляров, 13 точный механизм еще предстоит полностью понять. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение опубликованных данных о FIR-терапии при различных типах заболеваний () и определение механизмов FIR-терапии.

Таблица 1

Исследования, относящиеся к дальним инфракрасным лучам

Человек Человек
Болезнь Субъекты Тип воздействия Продолжительность Основные параметры Ссылка
CVD
CVD
2 недели Ящур 16
CVD Человек Сауна FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F Систолическое артериальное давление CH19 28 Хомяк Пихтовая сауна 4 недели мРНК eNOS и продукция NO белка 24
CHF Человек Пихтовая сауна 3 недели FMD 6MWD 9024 902 Человек Местная стимуляция FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F 90 043 2α 43
DM Человек Местная стимуляция FIR 4 недели Кортизол Глюкоза крови Инсулин 47
DM24 Мышь 902 24 Мышь Мобилизация и дифференциация EPC кровотока Окислительный стресс 48
ESRD Человек Местная стимуляция FIR 1 год Qa AVF без посторонней проходимости Частота нарушения функции AVF 55K206
Локальная стимуляция FIR 1 год AVF Проходимость без помощи PTA AVG Проходимость без PTA 59
CKD Человеческий Локальная стимуляция FIR 1 год без участия AVF 61
Ишемия задних конечностей Мышь FIR-сауна 5 недель Кровоток Плотность капилляров Экспрессия eNOS NO продукция 7
PAD Человек FIR-сауна 10 недель Оценка боли Кровоток 6MWD
Ишемия яичка Крыса Локальная стимуляция FIR 30 мин Белок HO-1 Апоптоз тканей яичка 68

FIR-терапия сердечно-сосудистых заболеваний

39 Сердечно-сосудистые заболевания

39 Сердечно-сосудистые заболевания , ведущая причина смерти во всем мире, относится к любому заболеванию, поражающему сердечно-сосудистую систему, включая церебральные и почечные сосудистые заболевания, сердечные заболевания и болезни периферических артерий.

14 Наиболее частыми факторами, вызывающими сердечно-сосудистые заболевания, являются атеросклероз и гипертония. Более того, даже у здоровых бессимптомных пожилых людей различные изменения физиологии и морфологии влияют на сердечно-сосудистую функцию и, таким образом, приводят к повышенному риску сердечно-сосудистых заболеваний; 15 Таким образом, определение методов лечения болезни является обязательным.

Влияние FIR на сердечно-сосудистые заболевания

Имеются данные, свидетельствующие о том, что лучи FIR оказывают защитное действие на сердечно-сосудистые заболевания. Несколько недель лечения в сауне заметно усилили опосредованное потоком эндотелий-зависимое расширение плечевой артерии ( P <0.001), 16–18 , что было связано с увеличением переносимости сердечно-легочной нагрузки. 17,18 Поскольку эндотелиальная дисфункция обычно наблюдается у пациентов с гипертонией, 19 гиперхолестеринемией, 20 сахарным диабетом (СД), 21 и ожирением и пациентами, которые курят, 22 посещение сауны, вероятно, играет терапевтическую роль. для пациентов с факторами риска коронарных заболеваний, что свидетельствует о том, что процедуры в сауне улучшают функцию эндотелия сосудов.

Неопровержимые доказательства показали, что функция эндотелия сосудов тесно связана с эндотелиальной синтазой оксида азота (eNOS), которая катализирует аминокислоту L-аргинин в L-цитруллин и оксид азота (NO) в эндотелии. NO является важным сосудорасширяющим веществом, которое предотвращает прогрессирование атеросклероза за счет расширения кровеносных сосудов и ингибирования некоторых артериальных нарушений, таких как агрегация тромбоцитов, а также миграция и пролиферация гладкомышечных клеток. 23 Икеда и др. .сообщили, что один месяц терапии сауной FIR значительно повысил экспрессию мРНК eNOS и белка (0,73 ± 0,04 против 1,02 ± 0,02, P <0,01; 3250 ± 70 против 4090 ± 60, P <0,01, соответственно). в виде продукции NO в сыворотке (3,98 ± 0,43 ммоль / л против 4,66 ± 0,5 ммоль / л, P <0,05) у кардиомиопатических хомяков с хронической сердечной недостаточностью (ХСН). 24 В дополнение к усилению экспрессии eNOS, FIR увеличивает продукцию NO, вероятно, за счет стимулирования опосредованного Ca 2+ / кальмодулин-зависимой протеинкиназы II (CaMKII) фосфорилирования eNOS по серину 1179 для увеличения активности eNOS. 25 Хотя FIR-излучение может заметно повысить температуру культуральной среды и внутриклеточные уровни Ca 2+ , чувствительные к температуре кальциевые каналы и временный рецепторный потенциал ваниллоида могут не вносить вклад в путь CaMKII-опосредованного фосфорилирования eNOS. 25 Таким образом, мы предполагаем, что нетепловые эффекты FIR-излучения, как было недавно показано для других типов неионизирующего излучения, 26 могут участвовать в этом пути, активируя потенциалзависимые кальциевые каналы. 27 Тем не менее, все эти механизмы предполагают, что усиление продукции NO за счет увеличения уровня экспрессии eNOS и уровня его фосфорилирования является критическим способом, с помощью которого терапия FIR улучшает функцию эндотелия у пациентов с ХСН.

Примечательно, что уровни 8-эпи-простагландина F в моче (продукт перекисного окисления липидов) были заметно ниже у участников с факторами коронарного риска, которые принимали сухую сауну FIR в течение двух недель, по сравнению с контрольной группой. 28 Поскольку 8-эпи-простагландин F является надежным маркером окислительного стресса in vivo , а окислительный стресс участвует в развитии атеросклероза и сердечной недостаточности, 29 результаты показали, что повторная лучевая терапия FIR может снизить окислительный стресс, 30 предотвращая прогрессирование атеросклероза. Поскольку окислительный стресс снижает биодоступность NO (свободные радикалы могут инактивировать NO), 31 снижение окислительного стресса, вероятно, указывает на улучшение функции эндотелия за счет увеличения продукции NO.

Повышение экспрессии eNOS, вызванное стимуляцией FIR, может быть связано с miRNA. Напряжение сдвига имеет решающее значение для увеличения активности eNOS за счет стимуляции ее экспрессии. 32 Все вышеупомянутые исследования показали, что терапия FIR ускоряет периферический кровоток, приводя к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение активности eNOS и продукции NO и усиление экспрессии eNOS. Следовательно, улучшаются функция эндотелия сосудов и переносимость физических нагрузок.

Предыдущее исследование показало, что miRNAs важны для различных CVD, потому что истощение фермента, обрабатывающего miRNA, порождает дефекты в развитии сердца и ангиогенезе. 33 Несколько исследований показали, что напряжение сдвига или FIR может регулировать экспрессию miRNAs в эндотелиальных клетках. Например, miRNA-21, индуцированная напряжением сдвига в эндотелиальных клетках, может модулировать апоптоз эндотелиальных клеток и активность eNOS, а также продукцию NO. 34 В одном исследовании miRNA-663 играла жизненно важную роль в воспалительных ответах, вызванных сдвигающим стрессом, подавляя гены воспалительного ответа. 35 Недавнее исследование показало, что обработка FIR увеличивает экспрессию miRNA-31 и miRNA-720, тем самым увеличивая экспрессию эндотелиальных клеток-предшественников (EPC) ишемической болезни сердца и спасая ангиогенные и васкулогенные способности EPC как in vitro, и in vivo . 36 Циркулирующие миРНК (например, miRNA-1, miRNA-17, miRNA-92a, miRNA-126, miRNA-133 и miRNA-145) в клетках крови или сыворотке / плазме были идентифицированы как потенциальные биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний 37 и может использоваться для диагностики и определения прогноза острого инфаркта миокарда. 38 Таким образом, мы подозреваем, что FIR улучшает эндотелиальную функцию пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, увеличивая уровни eNOS и NO, способствуя напряжению сдвига и изменяя профили экспрессии некоторых циркулирующих miRNA.

FIR-терапия для DM

Сахарный диабет

DM — это группа метаболических заболеваний, вызываемых либо недостаточностью продукции инсулина (тип 1), либо развитием инсулинорезистентности (тип 2). 39 Большинство случаев диабета можно разделить на две широкие этиопатогенетические категории: СД 1 типа, вызванный неспособностью поджелудочной железы секретировать инсулин; и СД 2 типа, вызванный неспособностью организма должным образом реагировать (например,грамм. резистентность) к действию инсулина или секреторной реакции инсулина. 40 У человека с сахарным диабетом (тип 1 или 2) высокая концентрация сахара в крови, которая подрывает кровеносные сосуды, нервы, почки и другие системы организма. 40

Влияние FIR на DM

Masuda et al . продемонстрировали, что повторная терапия в сухой сауне с использованием FIR снижала уровень 8-эпи-простагландина F (маркер окислительного стресса) 28 в моче и что DM был связан с повышенным окислительным стрессом, 41 , который имеет выраженный инсулино- эффект сопротивления. 42 Kawaura и др. . исследовали связанный с окислительным стрессом модулирующий эффект локальной стимуляции FIR у лежачих пациентов с СД 2 типа. 43 Две недели местной FIR-терапии ног значительно снижали уровни 8-эпи-простагландина F в плазме у пациентов с СД 2 типа ( P <0,05). 43 Снижение биологической активности eNOS было вовлечено в патогенез окислительного стресса при инсулинорезистентности скелетных мышц. 44 Кроме того, eNOS играет важную роль в регулировании чувствительности к инсулину. 45 В целом, терапия FIR может улучшить инсулинорезистентность скелетных мышц за счет экспрессии eNOS после снижения окислительного стресса у пациентов с СД 2 типа.

Пациенты с СД испытывают стресс из-за ежедневных ограничений в питании, что приводит к чрезмерному высвобождению кортизола, вызывая различные негативные реакции, такие как гипертония. 46 Следовательно, обостряется СД.Ryotokuji et al. показал, что четыре недели FIR-излучения, введенного в стопы пациентов с СД 2-го типа, значительно снизили уровень кортизола и уровень глюкозы в крови. 47 Следовательно, предположение, что терапия FIR нормализует уровень глюкозы в крови за счет снижения уровня кортизола (глюкокортикоидные гормоны надпочечников) в сыворотке крови и, таким образом, улучшает способность реагировать на действие инсулина у пациентов с СД 2 типа, является разумным.

Хуанг и др. . наблюдали, что терапия FIR увеличивала восстановление кровотока на 48%, увеличивала EPC костного мозга, дифференцировавшуюся в эндотелиальные клетки (11.2 ± 1,1 / HPF по сравнению с 18,8 ± 2,0 / HPF, P <0,01) и снижение окислительного стресса ( P <0,05) у мышей с диабетом, индуцированным стрептозотоцином. 48 Более того, преимущества местного FIR-излучения были отменены после инъекции L-NAME (ингибитор eNOS). 48 Поскольку неоваскуляризация требует циркулирующих EPC, происходящих из костного мозга, для васкулогенеза, 49 высокая способность EPCs с нарушением глюкозы, вероятно, связана с механизмами, связанными с NO. 50 Кроме того, NO может изменять мобилизацию и дифференцировку EPC, 51 и увеличение количества свободных радикалов при ишемии ткани может снижать биодоступность NO путем непосредственной инактивации NO. 31 Таким образом, лечение FIR может быть связано с NO-зависимым путем. Кроме того, предполагается, что FIR-терапия обладает преимуществами, способствующими восстановлению кровотока и формированию новых сосудов за счет усиления процесса самонаведения EPC за счет снижения окислительного стресса в ишемизированных задних конечностях мышей с диабетом.

FIR-терапия хронической болезни почек

Хроническая болезнь почек

Хроническая болезнь почек (ХБП) — это прогрессирующая почечная дисфункция, которая проявляется в течение нескольких месяцев или лет 52 и может быть разделена на пять стадий (стадии с 1 по 5) в соответствии с строгость.Терминальная стадия почечной недостаточности (ТПН) — это ХБП 5 стадии и тяжелое заболевание с плохим прогнозом, для которого может потребоваться лечение диализом или трансплантация. 52 Для пациентов с ТПН, получающих лечение гемодиализом (ГД), обычно используются нативные артериовенозные свищи (АВФ) и протезные артериовенозные трансплантаты (АВГ) 53 , чтобы получить хорошо функционирующий сосудистый доступ, который имеет решающее значение для достаточного диализа. 54

Влияние FIR на CKD

Lin et al. показал, что длительное воздействие FIR увеличивает поток доступа (Qa), снижает частоту и относительную частоту нарушения функции AVF и улучшает проходимость AVF без посторонней помощи у пациентов с HD. 55 Поскольку снижение сосудистого Qa является эффективным показателем для оценки нарушений доступа, связанных с тромбозом, 56 улучшение проходимости АВФ, вероятно, было связано с более высоким значением Qa. По данным Кипшидзе и соавт. , 57 неабляционный инфракрасный лазер (NIL) сдерживал неоинтимальную гиперплазию и уменьшал пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов (VSMC) после чрескожной транслюминальной коронарной ангиопластики у кроликов, получавших холестерин, в течение 60 дней.Поскольку рост VSMC увеличивает риск стеноза сосудистого доступа у пациентов с HD, ингибирование неоинтимальной гиперплазии может быть одним из механизмов, посредством которого терапия FIR улучшает прогрессирование сосудистого рестеноза у пациентов с ESRD.

Кроме того, Лай и др. . исследовали влияние лечения FIR на поддержание доступа HD после чрескожной транслюминальной ангиопластики (PTA) в популяциях AVG и AVF. 59 Данные показали, что облученная группа пациентов с АВГ показала значительно улучшенную проходимость без посторонней помощи через один год (16.3% против 2,1%, P <0,05). 59 Однако в популяции АВФ лучевая терапия после ПТА FIR незначительно улучшила частоту проходимости без посторонней помощи. 59 Результаты клинических испытаний лучевой терапии FIR не соответствовали результатам Lin et al. ., 55 , возможно, потому, что большинство пациентов, обследованных Lin et al. не получал лечения PTA. 55 В целом, из-за улучшения проходимости без посторонней помощи, лучевая терапия FIR может принести пользу пациентам с AVG и AVF, получавшим PTA, которые обладают высоким уровнем функционирования или не получали повторной PTA.

Отсутствие созревания АВФ является критической патологической причиной нарушения функционирования вновь созданных АВФ у людей на поздних стадиях ХБП. 60 Lin et al. сообщил, что три месяца лечения FIR могут значительно увеличить скорость созревания AVF (90% против 76%, P <0,05). 61 Кроме того, они продемонстрировали, что стимуляция FIR дает существенные преимущества в виде увеличения Qa и скорости проходимости AVF без посторонней помощи и клинического созревания, а также снижения нарушения функции AVF в течение одного года по сравнению с контролем. 61 Эти результаты были идентичны результатам их предыдущего исследования. 55 Эндотелиальная дисфункция, связанная со стенозом АВФ, может привести к нарушению созревания АВФ у пациентов с HD. 58 Таким образом, FIR принес пользу пациентам с HD, способствуя эндотелиальной функции как у животных 3,7,24 , так и в клинических исследованиях.

FIR-терапия при ишемии

Ишемия

Ишемию, которая вызывает недоступность кислорода и глюкозы тканям, обычно связывают с проблемами кровеносных сосудов, их повреждением или тканевой дисфункцией.Если не лечить немедленно, ишемия может быстро перерасти в некроз тканей и гангрену в течение нескольких часов, что может привести к параличу. 62

Влияние FIR на ишемию

Предыдущее исследование показало, что FIR-излучение оказывает сильное противовоспалительное действие на эндотелий сосудов, индуцируя экспрессию гемоксигеназы-1 (HO-1). 63 HO-1 — это фермент, ограничивающий скорость окисления биливердина и монооксида углерода гема. 64 Биливердин может дополнительно катализироваться до мощного антиоксиданта билирубина, 65 , тогда как окись углерода, подобно NO, проявляет эффекты расширения сосудов и модуляции внутриклеточных уровней цГМФ в одном исследовании. 66 Таким образом, FIR, вероятно, играет решающую роль в усилении передачи сигналов cGMP. Было показано, что HO-1 предотвращает повреждение яичек на моделях прекондиционирования гипоксии. 67 Ту и др. исследовал влияние посткондиционирования FIR на ишемию / реперфузию (I / R) в семенниках крыс. 68 Результаты показали, что белок HO-1 в семенниках был сверхэкспрессирован в группе крыс с 2-часовой ишемией I / R-повреждения, получавшей терапию FIR-лучами в течение 30 минут, по сравнению с группами, не получавшими лечения и группами теплового света. 68 Кроме того, введение ингибитора HO-1 отменяет эффект лечения FIR. 68 Кроме того, FIR-терапия резко снизила апоптоз и облегчила повреждение ткани семенников, 68 , предполагая, что HO-1 имеет решающее значение в посткондиционировании FIR для защиты семенников крыс от повреждения I / R.

В модели ишемической задней конечности у мышей Akasaki et al. сообщил, что пять недель терапии сауной FIR заметно увеличили кровоток, плотность капилляров, экспрессию eNOS и продукцию NO по сравнению с контрольной группой. 7 Однако введение L-NAME подавляло эффекты, вызванные стимуляцией FIR. 7

Ишемия тканей у животных, облегчающая FIR 3,7,68 и клинические исследования. 69 Tei et al. сообщил, что длительная терапия в сауне уменьшала болевые ощущения, увеличивала кровоток и способствовала ангиогенезу, 69 , но была неэффективной у мышей с дефицитом eNOS. Кроме того, была повышена толерантность к физической нагрузке. 69

Индукция NO посредством eNOS важна для регуляции ангиогенеза, 70 , и этот процесс может быть вызван фактором роста эндотелия сосудов. 71–73 Таким образом, eNOS является критическим регулятором ангиогенеза при повторной FIR-терапии в сауне. Кроме того, как eNOS, так и упражнения могут увеличивать мобилизацию EPC, 51,69 , что имеет жизненно важное значение для васкулогенеза. 48 Таким образом, FIR может быть новой инновационной терапией для лечения ишемических областей.

Успешная реваскуляризация ишемической области требует роста, стабилизации и созревания новых кровеносных сосудов, 74,75 , которые имеют решающее значение для снижения гибели клеток и увеличения кровоснабжения поврежденных участков. 76 Из-за важности перицитов в поддержании вновь образованных микрососудов во время ангиогенеза, дефицит перицитов приводит к апоптозу эндотелиальных клеток и дестабилизации микрососудов. 77 Таким образом, рекрутирование перицитов, вероятно, играет ключевую роль в ремоделировании сосудов в корковых тканях после ишемического инсульта. Более того, недавнее исследование показало, что релаксация перицитов увеличивает кровоток in vivo . 78 Поскольку FIR-лучи усиливают кровоток и улучшают ишемические области, хотя точный механизм не выяснен, мы предполагаем, что FIR-лучи положительно влияют на перициты после ишемии.

FIR-терапия для других заболеваний

FIR-терапия эффективна для облегчения боли у пациентов с хронической болью, 79 синдромом хронической усталости, 80 и фибромиалгией. 81,82 FIR помог тренированным бегунам, которые пострадали от мышечных повреждений 83 , и пациентам, которые испытывали постоянную и прогрессивно усиливающуюся фантомную боль в конечностях после ампутации. 84 Кроме того, стимуляция FIR облегчает депрессию у пациентов с бессонницей за счет повышения уровня серотонина и снижения уровня малонового диальдегида. 85 Тем не менее, случай псевдолимфомы, возникающей в сине-зеленой татуировке, считался связанным с воздействием света FIR и индуцированным потоотделением. 86 Эти воздействия на живые организмы, подвергающиеся воздействию FIR-лучей, плохо изучены; поэтому требуются дальнейшие исследования.

Заключение и перспективы

В качестве потенциальной дополнительной терапии FIR-излучение оказывает как тепловые, так и нетепловые эффекты. Тепловой эффект FIR-терапии может увеличить кровоток и вазодилатацию за счет нагрева ткани (гипертермия), аналогично обычной тепловой терапии, состоящей из грелок или горячей воды. 87 Кроме того, обработка FIR с низким уровнем доставляемой энергии (нетепловой эффект) также имела биологическую активность. 88,89 Исследование пациентов, получавших лечение HD, показало снижение уровней стресса и усталости за счет стимуляции FIR, а не термической обработки (грелки), что, вероятно, было связано с нетепловым эффектом. 10 Нетепловой эффект таких низких уровней энергии объясняется тем, что наноскопические слои воды были нарушены слабым излучением, что привело к изменению структуры клеточной мембраны, а затем оказало терапевтическое воздействие. 87

Поскольку FIR-терапия часто применялась в медицине, многочисленные исследователи пытались определить влияние этих новых FIR-лучей на биологические системы. КИХ-излучение обладает множеством свойств; таким образом, между объектами невозможно установить прямую взаимосвязь. Возможные объяснения включают снижение окислительного стресса, улучшение функции эндотелия и ингибирование неоинтимальной гиперплазии. Что касается влияния лечения FIR на подавление окислительного стресса, Masuda et al .показали, что терапия FIR снижает окислительный стресс у пациентов с факторами риска коронарных артерий. 28 Кроме того, у пациентов с СД, получавших терапию FIR, наблюдалось снижение окислительного стресса. 41,48 Что касается влияния на функцию эндотелия, группа вмешательства, подвергавшаяся воздействию FIR-лучей, продемонстрировала более быстрое улучшение функции эндотелия, чем контрольная группа, не подвергавшаяся воздействию, в популяциях как CVD 16 , так и CKD. 61 Что касается третьего механизма, Кипшидзе и др. .продемонстрировали, что НИЛ подавляет неоинтимальную гиперплазию. 57

Кроме того, лучи FIR применялись для лечения различных хронических заболеваний, таких как гипертония, сердечная недостаточность и дисфункция эндотелия сосудов, которые связаны с истощением тетрагидробиоптерина (Bh5), критического кофактора NO-синтаз. 90,91 FIR-терапия улучшает кровоток в нагретых поверхностях, вызывая увеличение напряжения сдвига сосудов и усиление активности GTP-циклогидролазы I, которая способствует синтезу Bh5. 92,93 Таким образом, повышенная доступность Bh5 может дать ключевое представление о механизмах, лежащих в основе саунотерапии. Недавнее исследование показало, что капилляры контролируют кровоток, в первую очередь связанный с активным расслаблением перицитов. 78 Кроме того, гибель перицитов в результате окоченения приводит к необратимому снижению кровотока в капиллярах и повреждению нейронов после инсульта. 94–96 Эти механизмы напоминают FIR в улучшении расширения капилляров и кровотока и могут отражать ускорение восстановления после инсульта за счет стимуляции FIR.Другими словами, FIR-терапия может облегчить инсульт, подавляя гибель перицитов.

За исключением вышеупомянутых механизмов, повышение активности eNOS и NO при лечении FIR-излучением может быть признано возможным общим фоном (). 97 Увеличение кровотока, вызванное лечением FIR, увеличивает напряжение сдвига, которое является решающим фактором, определяющим функцию и фенотип эндотелия при атеросклерозе. Более того, предыдущие данные показали, что напряжение сдвига регулирует экспрессию miRNA в эндотелиальных клетках, а miRNA влияют на биологию эндотелия, уменьшая апоптоз и активируя путь NO. 34 Следовательно, FIR-терапия является потенциальным терапевтическим методом лечения сердечно-сосудистых заболеваний, поскольку она увеличивает напряжение сдвига, регулируя экспрессию miRNA. В целом, лечение FIR-лучами ускоряет периферический кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига; следовательно, уровни miRNA повышаются, что сопровождается увеличением продукции eNOS и NO.

Эффекты инфракрасной терапии. Лучи дальнего инфракрасного диапазона (FIR) обеспечивают многократную передачу энергии на глубину 2–3 см в подкожную ткань без раздражения и перегрева кожи, а затем ускоряют кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение эндотелиальной синтазы оксида азота. активность и производство оксида азота.Более того, FIR или напряжение сдвига могут регулировать экспрессию некоторых циркулирующих miRNA в эндотелиальных клетках. Следовательно, терапия FIR улучшает симптомы хронических заболеваний (например, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и хронических заболеваний почек). (Цветная версия этого рисунка доступна в онлайн-журнале.)

Экспрессия активности NOS и miRNA имеет циркадный ритм и тесно связана с механизмами контроля, регулирующими циркадную экспрессию. Ayers et al. сообщил, что активность NOS в почках мышей демонстрирует четкие циркадные вариации. Самый высокий уровень наблюдался в темный период, а самый низкий уровень — в светлый период. 98 Кроме того, активация NOS опосредует эффекты сдвига фазы мелатонина и 5-гидрокситриптамина на циркадный кардиостимулятор супрахиазматических ядер (SCN) у крыс. 99 Более того, в качестве ключевых регуляторов циркадного временного процесса уровни miRNA-219 и miRNA-132 в SCN обнаруживают выраженный ритм, наивысший уровень которого наблюдается в течение субъективного дня. 100 Кроме того, несколько miRNA участвуют в модуляции периферического циркадного ритма в печени мышей. 101,102 Циркадные ритмы наблюдались в случаях цереброваскулярных заболеваний, артериальных заболеваний и ишемического инсульта. 103,104 Эти результаты предполагают, что суточные вариации NOS и miRNA могут быть связаны с началом некоторых хронических заболеваний. Следовательно, лучи FIR могут оказывать поразительное терапевтическое воздействие на лечение на основе циркадного ритма.Однако необходимо провести дальнейшие исследования с учетом объективных параметров и достаточного размера выборки на животных моделях и в клинических приложениях, чтобы полностью выявить функциональное влияние циркадных ритмов на FIR-лучи.

Благодарности

Мы благодарим профессора Цзянь Лю за ценные комментарии. Это исследование было поддержано специализированным исследовательским фондом докторской программы высшего образования (20120111110024), фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2012HGCX0003, 2013HGQC0045, JZ2014HGBZ0050), Национальной программой исследований и разработок в области ключевых технологий (2012BAD07B01) и фондами Хуаншань — профессор Технологического университета Хэфэй.

Вклад авторов

LZ предоставил идеи и направления исследований; SS написал разделы о FIR-терапии для сердечно-сосудистых заболеваний, FIR-терапии для DM и FIR-терапии для CKD; XW написал разделы, посвященные FIR-терапии ишемии и FIR-терапии других заболеваний; а JYC обеспечила поддержку программы.

Ссылки

1. Тойокава Х., Мацуи Ю., Ухара Дж., Цутия Х., Тешима С., Накниши Х., Хон А Квон, Адзума Ю., Нагаока Т., Огава Т., Камияма Ю. Стимулирующие эффекты дальнего инфракрасного излучения на заживление ран на коже у крыс.Exp Biol Med (Мэйвуд) 2003; 228: 724–9. [PubMed] [Google Scholar] 2. Хартель М., Хоффманн Дж., Венте М.Н., Мартиньони М.Э., Бухлер М.В., Фрисс Х. Рандомизированное клиническое испытание влияния местного инфракрасного A-излучения с фильтром воды на заживление ран после абдоминальной хирургии. Br J Surg 2006; 93: 952–60. [PubMed] [Google Scholar] 3. Ю СЫ, Чиу Дж.Х., Ян СД, Сюй Ю.К., Луи Вайоминг, Ву CW. Биологическое влияние терапии дальним инфракрасным излучением на усиление микроциркуляции кожи у крыс. Фотодерматол Фотоиммунол Фотомед 2006; 22: 78–86.[PubMed] [Google Scholar] 4. Тей К. Waon-терапия: успокаивающая терапия теплом. Дж Кардиол 2007; 49: 301–4. [PubMed] [Google Scholar] 6. Тей Си, Хорикири Й., Пак Дж.С., Чжон Дж.В., Чанг К.С., Тояма Й., Танака Н. Острое улучшение гемодинамики за счет термической вазодилатации при застойной сердечной недостаточности. Тираж 1995; 91: 2582–90. [PubMed] [Google Scholar] 7. Акасаки Ю., Мията М., Это Х, Ширасава Т., Хамада Н., Иледа Ю., Брио С., Оцудзи Ю., Тей К. Повторная термотерапия активизирует эндотелиальную синтазу оксида азота и увеличивает ангиогенез на модели ишемии задних конечностей у мышей.Circ J 2006; 70: 463–70. [PubMed] [Google Scholar] 8. Исэ Н, Кацуура Т, Кикучи Й, Мива Э. Влияние дальнего инфракрасного излучения на кровоток в коже предплечья. Энн Физиол Антрополь 1987; 6: 31–31. [PubMed] [Google Scholar] 9. Кихара Т., Биро С., Имамура М., Ёсидзюку С., Такасаки К., Икеда Ю., Отудзи Ю., Минаго С., Тояма Ю., Тей К. Повторное посещение сауны улучшает функцию эндотелия сосудов и сердечную деятельность у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. J Am Coll Cardiol 2002; 39: 754–9. [PubMed] [Google Scholar] 10. Су Л.Х., Ву К.Д., Ли Л.С., Ван Х., Лю К.Ф.Влияние стимуляции акупунктурной точки в дальней инфракрасной области на вегетативную активность и качество жизни пациентов, находящихся на гемодиализе. Am J Chin Med 2009; 37: 215–26. [PubMed] [Google Scholar] 11. Остервельд Ф. Г., Раскер Дж. Дж., Этажи М, Раскер Дж. Дж., Флорс М, Ландкрун Р., Ван Ренн Б., Цвейненберг Дж., Ван де Лаар МАФХ, Коэль Дж. Дж. Инфракрасная сауна у больных ревматоидным артритом и анкилозирующим спондилитом. Clin Rheumatol 2009; 28: 29–34. [PubMed] [Google Scholar] 12. Риотокудзи К., Ишимару К., Кихара К., Намики Ю., Ходзуми Н. Влияние точечного облучения подошвенным длинноволновым инфракрасным светом на подкожную температуру и маркеры стресса.Laser Ther 2013; 22: 93–93. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13. Мацумото С., Кавахира К., Это С, Икеда С., Танака Н. Краткосрочные эффекты термотерапии при спастичности на зубцах F большеберцового нерва у пациентов, перенесших инсульт. Int J Biometeorol 2006; 50: 243–50. [PubMed] [Google Scholar] 14. Фустер V, Келли BB. Содействие сердечно-сосудистому здоровью в развивающихся странах: критическая проблема для достижения глобального здоровья, Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press, 2010. [Google Scholar] 16. Имамура М., Биро С., Кихара Т., Ёсифуку С., Такасаки К., Оцудзи Ю., Минаго С., Тояма И., Тей К.Повторная термотерапия улучшает нарушение функции эндотелия сосудов у пациентов с факторами риска коронарных артерий. J Am Coll Cardiol 2001; 38: 1083–8. [PubMed] [Google Scholar] 17. Собадзима М., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Охори Т., Сузуки Т., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х. Повторное посещение сауны улучшает перфузию миокарда у пациентов с хронической окклюзией коронарной артерии, связанной с ишемией. Инт Дж Кардиол 2013; 167: 237–43. [PubMed] [Google Scholar] 18. Охори Т., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Собадзима М., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х.Влияние повторного посещения сауны на толерантность к физической нагрузке и функцию эндотелия у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Am J Cardiol 2012; 109: 100–4. [PubMed] [Google Scholar] 19. Панза Дж. А., Куиюми А. А., Кисть Дж. Э. младший, Эпштейн С. Е.. Аномальное эндотелий-зависимое расслабление сосудов у пациентов с гипертонической болезнью. N Engl J Med 1990; 323: 22–7. [PubMed] [Google Scholar] 20. Соренсен К., Селермайер Д., Георгакопулос Д., Хэтчер Дж., Беттеридж Д., Динфилд Дж. Нарушение эндотелий-зависимой дилатации является ранним явлением у детей с семейной гиперхолестеринемией и связано с уровнем липопротеинов (а).Журнал клинических исследований 1994; 93 (1): 50–50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Johnstone MT, Creager SJ, Scales KM, Cusco JA, Lee BK, Creager MA. Нарушение эндотелий-зависимой вазодилатации у пациентов с инсулинозависимым сахарным диабетом. Тираж 1993; 88: 2510–6. [PubMed] [Google Scholar] 22. Челермайер Д., Соренсен К., Георгакопулос Д., Булл С., Тормас О, Робинсон Дж., Динфилд Дж. Курение сигарет связано с дозозависимым и потенциально обратимым нарушением эндотелий-зависимой дилатации у здоровых молодых людей.Тираж 1993; 88: 2149–55. [PubMed] [Google Scholar] 23. Анггард Э. Оксид азота: посредник, убийца и лекарство. Ланцет 1994; 343: 1199–206. [PubMed] [Google Scholar] 24. Икеда Й, Биро С., Камогава Й, Йошифуку С., Это Х. Повторное посещение сауны увеличивает экспрессию синтазы оксида азота артериального эндотелия и производство оксида азота у кардиомиопатических хомяков. Circ J 2005; 69: 722–9. [PubMed] [Google Scholar] 25. Пак Дж.Х., Ли С., Чо Д.Х., Пак Ю.М., Кан Д.Х., Джо И. Дальнее инфракрасное излучение резко увеличивает продукцию оксида азота за счет увеличения мобилизации Ca (2+) и опосредованного Ca (2+) / кальмодулин-зависимой протеинкиназы II фосфорилирования эндотелиальной синтазы оксида азота по серину 1179.Biochem Biophys Res Commun 2013; 436: 601–6. [PubMed] [Google Scholar] 26. Pall ML. Электромагнитные поля действуют через активацию потенциалзависимых кальциевых каналов, вызывая положительные или отрицательные эффекты. J Cell Mol Med 2013; 17: 958–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Юилл К.Х., Макнейш А.Дж., Кансуи Ю., Гарланд С.Дж., Дора К.А. Оксид азота подавляет церебральную вазодвигательную активность за счет sGC-независимого воздействия на рецепторы рианодина и потенциал-зависимые кальциевые каналы. J Vasc Res 2009; 47: 93–107. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 28.Масуда А., Мията М., Кихара Т., Минаго С., Тей К. Повторная сауна снижает уровень 8-эпи-простагландина F (2альфа) в моче. JPN Сердце J 2004; 45: 297–303. [PubMed] [Google Scholar]

29. Сингх Н., Дхалла А.К., Сеневиратне С., Сингал П.К. Окислительный стресс и сердечная недостаточность. Клеточные взаимодействия в сердечной патофизиологии . Нью-Йорк: Springer, 1995, стр.77–81.

30. Патроно С. Фитцджеральд, Джорджия. Изопростаны: потенциальные маркеры оксидантного стресса при атеротромботической болезни. Артериосклер Thromb Vasc Biol 1997; 17: 2309–15.[PubMed] [Google Scholar] 31. Григлевски Р., Палмер Р., Монкада С. Анион супероксида участвует в расщеплении производного от эндотелия фактора расслабления сосудов. Nature 1986; 320 : 454-6. [PubMed] 32. Малек А.М., Идзумо С., Альпер С.Л. Модуляция патофизиологическими стимулами индуцированного напряжением сдвига усиления экспрессии эндотелиальной синтазы оксида азота в эндотелиальных клетках. Нейрохирургия 1999; 45: 334–334. [PubMed] [Google Scholar] 33. Кюхбахер А., Урбих С., Цайхер А.М., Диммелер С.Роль Дайсера и Дроша в экспрессии эндотелиальной микроРНК и ангиогенезе. Circ Res 2007; 101: 59–68. [PubMed] [Google Scholar] 34. Вебер М., Бейкер МБ, Мур Дж. П., Сирлз CD. MiR-21 индуцируется в эндотелиальных клетках напряжением сдвига и модулирует апоптоз и активность eNOS. Biochem Biophys Res Commun 2010; 393: 643–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Ни Ч.В., Цю Х., Чжо Х. МикроРНК-663, активированная осцилляторным напряжением сдвига, играет роль в воспалительной реакции эндотелиальных клеток.Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011; 300: h2762–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 36. Ван Х-В, Хуанг Т-С, Ло Х-Х, Хуанг П-Х, Лин С-С, Чанг С-Дж, Ляо К-Х, Цай С-Х, Чан С-Х, Цай С-Ф, Ченг И-С, Чиу И-Л, Цай Т-Н, Ченг С-С, Ченг С-М. Дефицит пути микроРНК-31 – микроРНК-720 в плазме и эндотелиальных клетках-предшественниках пациентов с ишемической болезнью сердца. Артериосклер Thromb Vasc Biol 2014; 34: 857–69. [PubMed] [Google Scholar] 37. Ди Стефано В., Закканнини Дж., Капогросси М.С., Мартелли Ф.микроРНК как биомаркеры периферической крови сердечно-сосудистых заболеваний. Васк Фармакол 2011; 55: 111–8. [PubMed] [Google Scholar] 38. Ли Ц, Пей Ф, Чжу Х, Дуань Д. Д., Цзэн К. Циркулирующие микроРНК как новые и чувствительные биомаркеры острого инфаркта миокарда. Clin Biochem 2012; 45: 727–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 39. Гарднер Д.Г., Шобак Д.М. Основы и клиническая эндокринология Гринспена, Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical, 2007. [Google Scholar] 40. Ассоциация AD. Диагностика и классификация сахарного диабета.Уход за диабетом 2008; 31: S55–60. [PubMed] [Google Scholar] 41. Davıì G, Ciabattoni G, Consoli A, Mezzetti A, Falco A, Santarone S, Pennese E, Vitacolonna E, Bucciarelli T, Costantini F, Capani F, Patrono C. Формирование in vivo 8-изопростагландина F2α и активация тромбоцитов при сахарном диабете — эффекты улучшенного метаболического контроля и приема добавок витамина Е. Тираж 1999; 99: 224–9. [PubMed] [Google Scholar] 42. Райт Д., Сазерленд Л. Добавки антиоксидантов в лечении инсулинорезистентности скелетных мышц: потенциальные механизмы и клиническое значение.Аппл Физиол Нутр Метаб 2008; 33: 21–31. [PubMed] [Google Scholar] 43. Каваура А., Танида Н., Камитани М., Акияма Дж., Мизутани М., Цугава Н., Окано Т., Такеда Э. Эффект гипертермии ног с использованием дальних инфракрасных лучей у прикованных к постели пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Акта Мед Окаяма 2010; 64: 143–7. [PubMed] [Google Scholar] 44. Guzik TJ, West NE, Black E, McDonald D, Ratnatunga C, Pillai R, Channon KM. Производство сосудистого супероксида за счет ассоциации NAD (P) H оксидазы с эндотелиальной дисфункцией и клиническими факторами риска.Circ Res 2000; 86: e85–90. [PubMed] [Google Scholar] 45. Duplain H, Burcelin R, Sartori C, Cook S, Egli M, Lepori M, Vollenweider P, Pedrazzini T, Nicod P, Thorens B, Scherrer U. Инсулинорезистентность, гиперлипидемия и гипертония у мышей, лишенных эндотелиальной синтазы оксида азота. Тираж 2001; 104: 342–5. [PubMed] [Google Scholar] 46. Рой М.С., Рой А., Браун С. Повышенный выход кортизола без мочи у пациентов с диабетом. J Осложнения диабета 1998; 12: 24–7. [PubMed] [Google Scholar] 47. Риотокудзи К., Ишимару К., Кихара К., Намики Ю., Ходзуми Н.Предварительные результаты точечного облучения подошвенным длинноволновым инфракрасным светом на глюкозу в крови, инсулин и гормоны стресса у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Laser Ther 2013; 22: 209–14. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 48. Хуан PH, Чен Дж. У., Линь С. П., Чен Ю. Х., Чен Ю. Х., Ван СН, Лей Х. Б., Лин С. Дж. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне способствует индуцированному ишемией ангиогенезу у мышей с диабетом и восстанавливает функции эндотелиальных клеток-предшественников с высоким подавлением глюкозы. Кардиоваск Диабетол 2012; 11: 99–99.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 49. Асахара Т., Мурохара Т., Салливан А., Сильвер М., Риен ван дер Зи, Ли Т., Витценбихлер Б., Шаттеман Г., Иснер Дж.М. Выделение предполагаемых эндотелиальных клеток-предшественников для ангиогенеза. Наука 1997; 275: 964–6. [PubMed] [Google Scholar] 50. Чен И-Х, Лин С-Дж, Линь Ф-И, Ву Т-К, Цао Ц-Р, Хуанг П-Х, Лю П-Л, Чен И-Л, Чен Дж-У. Высокий уровень глюкозы повреждает ранние и поздние эндотелиальные клетки-предшественники путем модификации механизмов, связанных с оксидом азота, но не опосредованных окислительным стрессом.Диабет 2007; 56: 1559–68. [PubMed] [Google Scholar] 51. Aicher A, Heeschen C, Mildner-Rihm C, Urbich C, Ihling C, Technau-Ihling K, Zeiher AM, Dimmeler S. Существенная роль эндотелиальной синтазы оксида азота для мобилизации стволовых клеток и клеток-предшественников. Нат Мед 2003; 9: 1370–6. [PubMed] [Google Scholar] 52. Леви А.С., Корэш Дж., Балк Э., Кауш А.Т., Левин А., Штеффес М.В., Хогг Р.Дж., Перроне Р.Д., Лау Дж., Экноян Г. Практические рекомендации Национального фонда почек при хронической болезни почек: оценка, классификация и стратификация.Энн Интерн Мед 2003; 139: 137–47. [PubMed] [Google Scholar] 53. Майя И.Д., Озер Р., Саддекни С., Баркер Дж., Аллон М. Стеноз сосудистого доступа: сравнение артериовенозных трансплантатов и свищей. Am J Kidney Dis 2004; 44: 859–65. [PubMed] [Google Scholar] 54. Фельдман Х.И., Кобрин С, Вассерштейн А. Заболеваемость сосудистым доступом при гемодиализе. J Am Soc Nephrol 1996; 7: 523–35. [PubMed] [Google Scholar] 55. Лин CC, Chang CF, Lai MY, Chen TW, Lee PC, Yang WC. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне: новый метод лечения, улучшающий доступный кровоток и проходимость артериовенозной фистулы без посторонней помощи у пациентов, находящихся на гемодиализе.J Am Soc Nephrol 2007; 18: 985–92. [PubMed] [Google Scholar] 56. Лин С-С, Чанг С-Ф, Чиу Х-Дж, Сунь И-С, Чан С-С, Линь М-В, Ли П-С, Ян В. Допплеровский ультразвуковой метод на основе переменного потока насоса: новый подход к измерению потока доступа у пациентов, находящихся на гемодиализе. J Am Soc Nephrol 2005; 16: 229–36. [PubMed] [Google Scholar] 57. Кипшидзе Н., Николайчик В., Макерхейди М., Килан М. Х., Чеканов В., Матерновски М., Чавла П., Эрнандес И., Айер С., Дангас Г., Сахота Г., Леон МБ, Рубен Г., Моисей Дж. У. Влияние короткоимпульсного неаблативного инфракрасного лазерного излучения на сосудистые клетки in vitro и неоинтимальную гиперплазию на модели баллонного повреждения кролика.Тираж 2001; 104: 1850–5. [PubMed] [Google Scholar] 58. Рой-Чаудхури П., Сухатме В.П., Чунг А.К. Дисфункция сосудистого доступа при гемодиализе: клеточная и молекулярная точка зрения. J Am Soc Nephrol 2006; 17: 1112–7. [PubMed] [Google Scholar] 59. Лай CC, Fang HC, Mar GY, Liou JC, Tseng CJ, Liu CP. Дальняя инфракрасная лучевая терапия после ангиопластики улучшает 1-летнюю проходимость доступа к гемодиализу без ангиопластики при рецидивирующих обструктивных поражениях. Eur J Vasc Endovasc Surg 2013; 46: 726–32. [PubMed] [Google Scholar] 60.Дембер Л. М., Бек Дж. Дж., Аллон М., Делмез Дж. А., Диксон Б. С., Гринберг А., Химмельфарб Х., Васкес М. А., Гассман Дж. Дж., Грин Т., Радева М.К., Брейден Г.Л., Икизлер Т.А., Рокко М.В., Дэвидсон И.Дж., Кауфман Дж.С., Мейерс К.М. , Кусек JW, Фельдман HI. Влияние клопидогреля на раннюю неэффективность артериовенозных свищей при гемодиализе: рандомизированное контролируемое исследование. JAMA 2008; 299: 2164–71. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 61. Линь Си Ци, Ян Ц., Чен М. Ц., Лю В-С., Ян Ц-И, Ли П-Ц. Влияние терапии в дальнем инфракрасном диапазоне на созревание артериовенозной фистулы: открытое рандомизированное контролируемое исследование.Am J Kidney Dis 2013; 62: 304–11. [PubMed] [Google Scholar] 62. Льюис С.Л., Дирксен С.Р., Хейткемпер М.М., Бухер Л. Медико-хирургическое сестринское дело: оценка и управление клиническими проблемами, единый том, Сент-Луис, Миссури: Elsevier Health Sciences, 2013. [Google Scholar] 63. Лин СС, Лю Х.М., Пейтон К., Ван Х., Ян В.С., Лин С.Дж., Дуранте В. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне подавляет воспаление эндотелия сосудов за счет индукции гемоксигеназы-1. Артериосклер Thromb Vasc Biol 2008; 28: 739–45. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 64.Чой А., Алам Дж. Гемоксигеназа-1: функция, регуляция и роль нового индуцируемого стрессом белка в повреждении легких, вызванном оксидантами. Am J Respir Cell Mol Biol 1996; 15: 9–19. [PubMed] [Google Scholar] 66. Морита Т., Перрелла М.А., Ли М.Е., Курембанас С. Окись углерода, полученная из гладкомышечных клеток, является регулятором сосудистого цГМФ. Proc Natl Acad Sci 1995; 92: 1475–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 67. Ту И-П, Чжуан С-Дж, Чен С-С, Лю И-Х, Чен С-П, Час Т-С. Симвастатин индуцирует экспрессию гемеоксигеназы-1 против ишемического реперфузионного повреждения семенников у крыс.Toxicol Lett 2011; 207: 242–50. [PubMed] [Google Scholar] 68. Ту Ю.П., Чен СК, Лю Ю.Х., Чен К.Ф., Час ТК. Посткондиционирование с помощью облучения в дальней инфракрасной области увеличивает экспрессию гемоксигеназы-1 и защищает яички крыс от ишемии / реперфузии. Life Sci 2013; 92: 35–41. [PubMed] [Google Scholar] 69. Тей Ч, Шинсато Т, Мията М, Кихара Т, Хамасаки С. Терапия Waon улучшает заболевание периферических артерий. J Am Coll Cardiol 2007; 50: 2169–71. [PubMed] [Google Scholar] 70. Кук JP, Лосордо DW. Оксид азота и ангиогенез.Тираж 2002; 105: 2133–5. [PubMed] [Google Scholar] 71. Ziche M, Morbidelli L, Choudhuri R, Zhang HT, Donnini S, Granger HJ, Bicknell R. Синтаза оксида азота находится ниже по течению от ангиогенеза, индуцированного фактором роста эндотелия сосудов, но не индуцированного основным фактором роста фибробластов. J Clin Investigation 1997; 99: 2625–2625. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 72. Hsu YH, Chen YC, Chen TH, Sue YM, Cheng TH, Chen JR, Chen CH. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне вызывает ядерную транслокацию PLZF, которая ингибирует VEGF-индуцированную пролиферацию в эндотелиальных клетках пупочной вены человека.PloS один 2012; 7: e30674 – e30674. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 73. Hwang S, Lee D-H, Lee I-K, Park YM, Jo I. Излучение в дальней инфракрасной области спектра подавляет пролиферацию, миграцию и ангиогенез эндотелиальных клеток пупочной вены человека, подавляя уровни секреторного кластерина. Рак латыш 2014; 346: 74–83. [PubMed] [Google Scholar] 74. Балабанов Р., Вашингтон Р., Вагнерова Дж., Доре-Даффи П. Перициты микрососудов ЦНС экспрессируют макрофагоподобную функцию, интегрин клеточной поверхности αM и маркер макрофагов ED-2.Microvasc Res 1996; 52: 127–42. [PubMed] [Google Scholar] 75. Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Варела Х. Ангиогенез: обновленная информация. Histol Histopathol 1994; 9 : 807-43. [PubMed] 76. Хаяси Т., Ношита Н., Сугавара Т., Чан PH. Временной профиль ангиогенеза и экспрессии родственных генов в головном мозге после ишемии. J Cereb Blood Flow Metab 2003; 23: 166–80. [PubMed] [Google Scholar] 77. Коковай Э., Ли Л., Каннингем Л.А. Ангиогенный набор перицитов из костного мозга после инсульта.J Cereb Blood Flow Metab 2006; 26: 545–55. [PubMed] [Google Scholar] 78. Холл С.Н., Рейнелл С., Гесслейн Б., Гамильтон Н.Б., Мишра А., Сазерленд Б.А., О’Фаррелл FM, Бьюкен А.М., Лауритен М., Аттвелл Д. Капиллярные перициты регулируют церебральный кровоток при здоровье и болезни. Природа 2014 г. 508: 55–60. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 79. Масуда А., Кога Й, Хаттанмару М., Минаго С., Тей К. Эффекты повторной термотерапии для больных с хронической болью. Psychother Psychosom 2005; 74: 288–94. [PubMed] [Google Scholar] 80.Масуда А, Кихара Т, Фукудомэ Т, Шинсато Т, Минаго С, Тей К. Эффекты повторной термотерапии у двух пациентов с синдромом хронической усталости. J Psychosom Res 2005; 58: 383–7. [PubMed] [Google Scholar] 81. Мацусита К., Масуда А., Тей К. Эффективность терапии Waon при фибромиалгии. Intern Med 2008; 47: 1473–6. [PubMed] [Google Scholar] 82. Мацумото С., Симодозоно М., Это С., Мията Р., Кавахира К. Эффекты термотерапии, сочетающей сауну и подводные упражнения у пациентов с фибромиалгией.Дополнение Ther Clin Pract 2011; 17: 162–6. [PubMed] [Google Scholar] 83. Хаусвирт К., Луи Дж., Бьёзен Ф, Пурно Х, Фурнье Дж., Фильяр Дж. Р., Бриссвальтер Дж. Влияние криотерапии всего тела по сравнению с дальним инфракрасным и пассивным режимами на восстановление после повреждения мышц, вызванного физической нагрузкой, у хорошо тренированных бегунов. PloS один 2011; 6: e27749 – e27749. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 84. Хуанг CY, Ян RS, Kuo TS, Hsu KH. Призрачная боль в конечностях лечится дальним инфракрасным лучом. Conf Proc Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc 2009; 2009: 1589–91.[PubMed] [Google Scholar] 85. Чанг И, Лю Ю.П., Лю К.Ф. Влияние на уровни серотонина и МДА у пациентов с депрессией и бессонницей при воздействии дальних инфракрасных лучей на акупунктурные точки. Am J Chin Med 2009; 37: 837–42. [PubMed] [Google Scholar] 86. Чианг К., Ромеро Л. Кожная лимфоидная гиперплазия (псевдолимфома) в татуировке после дальнего инфракрасного излучения. Дерматол Сург 2009; 35: 1434–8. [PubMed] [Google Scholar] 87. Ватансевер Ф., Хамблин МР. Дальнее инфракрасное излучение (FIR): его биологические эффекты и медицинские применения.Фотоника Лазеры Med 2012; 1: 255–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 88. Иноуэ С., Кабая М. Биологическая активность, вызванная дальним инфракрасным излучением. Int J Biometeorol 1989; 33: 145–50. [PubMed] [Google Scholar] 89. Чжоу К-С, Лу И-К. Применение наноразмерных коллоидов серебра в дальнем инфракрасном излучении с низким уровнем излучения. Тонкие твердые пленки 2007; 515: 7217–21. [Google Scholar] 90. Поркерт М., Шер С., Редди Ю., Чима Ф., Нисснер С., Колм П., Джонс Д. П., Хупер С., Тейлор В. Р., Харрисон Д., Куиюми А. А.. Тетрагидробиоптерин: новая антигипертензивная терапия.J Hum Hypertens 2008; 22: 401–7. [PubMed] [Google Scholar] 91. Антониадис С., Широдария С., Крабтри М., Ринз Р., Альп Н., Каннингтон С., Диш Дж., Тусулис Д., Стефанадис С., Урок P, Ратнатунга С., Пилли Р., Чаннон К.М. Изменение плазменных биоптеринов по сравнению с сосудистыми биоптеринами при атеросклерозе человека выявляет взаимосвязь между эндотелиальной связью синтазы оксида азота, функцией эндотелия и воспалением. Тираж 2007; 116: 2851–9. [PubMed] [Google Scholar] 92. Pall ML. Повышает ли доступность тетрагидробиоптерина терапия сауной и физические упражнения? Гипотезы медицины 2009; 73: 610–13.[PubMed] [Google Scholar] 93. Audhya T, Pall ML, Green JA. Исследование терапии сауной у пациентов с миалгическим энцефаломиелитом / синдромом хронической усталости показывает действие сауны через повышенный уровень тетрагидробиоптерина и подтверждает три предсказания цикла NO / ONOO. Townsend Lett 2013; 364: 60–64. [Google Scholar] 94. Hauck EF, Apostel S, Hoffmann JF, Heimann A, Kempski O. Изменения капиллярного потока и диаметра во время реперфузии после глобальной церебральной ишемии изучались с помощью прижизненной видеомикроскопии. J Cereb Blood Flow Metab 2004; 24: 383–91.[PubMed] [Google Scholar] 95. Леффлер CW, Бизли Д.Г., Бусия DW. Ишемия головного мозга изменяет реактивность микрососудов головного мозга у новорожденных свиней. Am J Physiol Heart Circ Physiol 1989; 257: h366–71. [PubMed] [Google Scholar] 96. Бэрд А., Доннан Дж., Остин М., Фитт Дж., Дэвис С., Маккей В. Реперфузия после тромболитической терапии при ишемическом инсульте, измеренная с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Инсульт 1994; 25: 79–85. [PubMed] [Google Scholar] 97. Леунг Т-К, Ли С-М, Лин М-И, Хо И-С, Чен С-С, Ву С-Х, Лин И-С.Облучение в дальнем инфракрасном диапазоне вызывает внутриклеточную генерацию оксида азота в клетках рака груди. J Med Biol Eng 2009; 29: 15–8. [Google Scholar] 98. Айерс Н.А., Капас Л., Крюгер Дж. М.. Циркадные вариации активности синтазы оксида азота и уровней цитозольного белка в головном мозге крыс. Brain Res 1996; 707: 127–30. [PubMed] [Google Scholar] 99. Старки С.Дж. Мелатонин и 5-гидрокситриптамин ускоряют фазу циркадных часов крыс за счет активации синтеза оксида азота. Neurosci Lett 1996; 211: 199–202. [PubMed] [Google Scholar] 100.Cheng H-YM, Papp JW, Varlamova O, Dziema H, Russell B., Curfman JP, Nakazawa T., Shimizu K, Okamura H, Impey S, Obrietan K. модуляция микроРНК периода циркадных часов и увлечение. Нейрон 2007; 54: 813–29. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 101. На И-Дж, Сон Дж. Х., Ли СК, Ли Ю-Дж., Чхве Й-Дж, Пак Вай, Шин Х.С., Ким Дж. Комплексный анализ коэкспрессии микроРНК-мРНК в циркадном ритме. Exp Mol Med 2009; 41: 638–47. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 102. Гатфилд Д., Ле Мартелот Дж., Вейнар К.Э., Герлах Д., Шаад О, Флери-Олела Ф., Рускипяя А.Л., Оресич М., Исау С.К., Здобавов Е.М., Шиблер У.Интеграция микроРНК miR-122 в экспрессию циркадных генов печени. Genes Dev 2009; 23: 1313–26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 103. Quyyumi AA. Циркадные ритмы при сердечно-сосудистых заболеваниях. Я сердце J 1990; 120: 726–33. [PubMed] [Google Scholar] 104. Шоу Э, Тофлер ГХ. Циркадный ритм и сердечно-сосудистые заболевания. Представитель Curr Atheroscler 2009; 11: 289–95. [PubMed] [Google Scholar]

Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне при сердечно-сосудистых, аутоиммунных и других хронических проблемах со здоровьем: систематический обзор

Exp Biol Med (Maywood).2015 окт; 240 (10): 1257–1265.

Эта статья отозвана.
Ретракция в: Exp Biol Med (Maywood). 2020 19 июля; 245 (14): NP1 См. Также: Политика отзыва PMC

, 1, 2 , 1 , 3, 4 и 1, 2

Шаньшань Шуй

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

Xia Wang

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

John Y Chiang

3 Департамент компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Департамент Управление здравоохранения и медицинская информатика, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Лей Чжэн

1 Школа инженеров-медиков ing, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

1 Школа медицинской инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

3 Факультет компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Кафедра управления здравоохранением и медицинской информатики, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 22 июня 2014 г .; Принято 31 декабря 2014 г.

Авторские права © 2015 Обществом экспериментальной биологии и медицины Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Физиотерапия (физиотерапия), дополнительная и альтернативная медицина, широко применяется для диагностики и лечения различных заболеваний и дефектов. Все больше данных свидетельствует о том, что удобные и неинвазивные лучи в дальней инфракрасной области (FIR), являющиеся жизненно важным видом физиотерапии, улучшают здоровье пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом и хроническим заболеванием почек.Тем не менее, молекулярные механизмы, с помощью которых функционирует FIR, остаются неуловимыми. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение результатов предыдущих исследований, а также разработка молекулярных механизмов FIR-терапии при различных типах заболеваний. В заключение, терапия FIR может быть тесно связана с повышенной экспрессией эндотелиальной синтазы оксида азота, а также с продукцией оксида азота и может модулировать профили некоторых циркулирующих miRNAs; таким образом, он может быть полезным дополнением к лечению некоторых хронических заболеваний, не вызывающим побочных эффектов.

Ключевые слова: Физическая терапия, дальняя инфракрасная область (FIR), сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), сахарный диабет (СД), miRNA

Введение

Инфракрасное излучение — это невидимая форма электромагнитной энергии, длина волны которой больше чем у видимого света. Инфракрасное излучение можно разделить на три группы в зависимости от длины волны: ближнее инфракрасное (NIR, 0,8–1,5 мкм), среднее инфракрасное (MIR, 1,5–5,6 мкм) и дальнее инфракрасное (FIR, 5,6–1000 мкм). 1 Инфракрасное излучение, вероятно, позволяет передавать несколько форм энергии в подкожную ткань (глубиной примерно 2–3 см) без стимуляции или чрезмерного нагрева. 2 В одном исследовании температура кожи повысилась до 38–39 ℃ после обработки FIR в течение от 30 минут до 1 часа при расстоянии 20 см между керамическими пластинами и кожей. 3 Таким образом, FIR-терапия не может вызвать побочных эффектов традиционной тепловой терапии, таких как инфекция или ожог, и поэтому широко используется для укрепления здоровья.

Методы лечения FIR можно разделить на две категории в соответствии с клинической реализацией в целом. В первой категории излучатель FIR, состоящий из электрифицированных керамических пластин, размещается на 20 см над пациентом и обеспечивает низкую энергию для постоянного повышения температуры кожи. 3 Кроме того, FIR-излучатель часто используется в экспериментах по локальной (или точечной) обработке, поддерживая температуру поверхности ниже 40 ℃. В другой, более распространенной категории, FIR-сухой сауне, 4 свет используется для создания тепла с помощью сауны. В отличие от традиционных саун, которые нагревают тело за счет повышения температуры окружающего воздуха, сауны FIR нагревают тело напрямую, не используя воздух в качестве теплоносителя. 5 В предыдущем исследовании сеанс сауны проводился с использованием устройства для сухой сауны FIR при 60 ℃ в течение 15 минут с последующим традиционным выдерживанием в тепле в течение 30 минут. 6

Хотя предыдущие исследования показали, что FIR-излучение вызывает тепловые и нетепловые эффекты, такие как увеличение артериального кровотока 7 и периферического кровообращения, 8 улучшает функцию эндотелия, 9 снижает усталость 10 и боль, 11 снижение артериального давления, 12 и содействие расширению капилляров, 13 точный механизм еще предстоит полностью понять. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение опубликованных данных о FIR-терапии при различных типах заболеваний () и определение механизмов FIR-терапии.

Таблица 1

Исследования, относящиеся к дальним инфракрасным лучам

Человек Человек
Болезнь Субъекты Тип воздействия Продолжительность Основные параметры Ссылка
CVD
CVD
2 недели Ящур 16
CVD Человек Сауна FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F Систолическое артериальное давление CH19 28 Хомяк Пихтовая сауна 4 недели мРНК eNOS и продукция NO белка 24
CHF Человек Пихтовая сауна 3 недели FMD 6MWD 9024 902 Человек Местная стимуляция FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F 90 043 2α 43
DM Человек Местная стимуляция FIR 4 недели Кортизол Глюкоза крови Инсулин 47
DM24 Мышь 902 24 Мышь Мобилизация и дифференциация EPC кровотока Окислительный стресс 48
ESRD Человек Местная стимуляция FIR 1 год Qa AVF без посторонней проходимости Частота нарушения функции AVF 55K206
Локальная стимуляция FIR 1 год AVF Проходимость без помощи PTA AVG Проходимость без PTA 59
CKD Человеческий Локальная стимуляция FIR 1 год без участия AVF 61
Ишемия задних конечностей Мышь FIR-сауна 5 недель Кровоток Плотность капилляров Экспрессия eNOS NO продукция 7
PAD Человек FIR-сауна 10 недель Оценка боли Кровоток 6MWD
Ишемия яичка Крыса Локальная стимуляция FIR 30 мин Белок HO-1 Апоптоз тканей яичка 68

FIR-терапия сердечно-сосудистых заболеваний

39 Сердечно-сосудистые заболевания

39 Сердечно-сосудистые заболевания , ведущая причина смерти во всем мире, относится к любому заболеванию, поражающему сердечно-сосудистую систему, включая церебральные и почечные сосудистые заболевания, сердечные заболевания и болезни периферических артерий.

14 Наиболее частыми факторами, вызывающими сердечно-сосудистые заболевания, являются атеросклероз и гипертония. Более того, даже у здоровых бессимптомных пожилых людей различные изменения физиологии и морфологии влияют на сердечно-сосудистую функцию и, таким образом, приводят к повышенному риску сердечно-сосудистых заболеваний; 15 Таким образом, определение методов лечения болезни является обязательным.

Влияние FIR на сердечно-сосудистые заболевания

Имеются данные, свидетельствующие о том, что лучи FIR оказывают защитное действие на сердечно-сосудистые заболевания. Несколько недель лечения в сауне заметно усилили опосредованное потоком эндотелий-зависимое расширение плечевой артерии ( P <0.001), 16–18 , что было связано с увеличением переносимости сердечно-легочной нагрузки. 17,18 Поскольку эндотелиальная дисфункция обычно наблюдается у пациентов с гипертонией, 19 гиперхолестеринемией, 20 сахарным диабетом (СД), 21 и ожирением и пациентами, которые курят, 22 посещение сауны, вероятно, играет терапевтическую роль. для пациентов с факторами риска коронарных заболеваний, что свидетельствует о том, что процедуры в сауне улучшают функцию эндотелия сосудов.

Неопровержимые доказательства показали, что функция эндотелия сосудов тесно связана с эндотелиальной синтазой оксида азота (eNOS), которая катализирует аминокислоту L-аргинин в L-цитруллин и оксид азота (NO) в эндотелии. NO является важным сосудорасширяющим веществом, которое предотвращает прогрессирование атеросклероза за счет расширения кровеносных сосудов и ингибирования некоторых артериальных нарушений, таких как агрегация тромбоцитов, а также миграция и пролиферация гладкомышечных клеток. 23 Икеда и др. .сообщили, что один месяц терапии сауной FIR значительно повысил экспрессию мРНК eNOS и белка (0,73 ± 0,04 против 1,02 ± 0,02, P <0,01; 3250 ± 70 против 4090 ± 60, P <0,01, соответственно). в виде продукции NO в сыворотке (3,98 ± 0,43 ммоль / л против 4,66 ± 0,5 ммоль / л, P <0,05) у кардиомиопатических хомяков с хронической сердечной недостаточностью (ХСН). 24 В дополнение к усилению экспрессии eNOS, FIR увеличивает продукцию NO, вероятно, за счет стимулирования опосредованного Ca 2+ / кальмодулин-зависимой протеинкиназы II (CaMKII) фосфорилирования eNOS по серину 1179 для увеличения активности eNOS. 25 Хотя FIR-излучение может заметно повысить температуру культуральной среды и внутриклеточные уровни Ca 2+ , чувствительные к температуре кальциевые каналы и временный рецепторный потенциал ваниллоида могут не вносить вклад в путь CaMKII-опосредованного фосфорилирования eNOS. 25 Таким образом, мы предполагаем, что нетепловые эффекты FIR-излучения, как было недавно показано для других типов неионизирующего излучения, 26 могут участвовать в этом пути, активируя потенциалзависимые кальциевые каналы. 27 Тем не менее, все эти механизмы предполагают, что усиление продукции NO за счет увеличения уровня экспрессии eNOS и уровня его фосфорилирования является критическим способом, с помощью которого терапия FIR улучшает функцию эндотелия у пациентов с ХСН.

Примечательно, что уровни 8-эпи-простагландина F в моче (продукт перекисного окисления липидов) были заметно ниже у участников с факторами коронарного риска, которые принимали сухую сауну FIR в течение двух недель, по сравнению с контрольной группой. 28 Поскольку 8-эпи-простагландин F является надежным маркером окислительного стресса in vivo , а окислительный стресс участвует в развитии атеросклероза и сердечной недостаточности, 29 результаты показали, что повторная лучевая терапия FIR может снизить окислительный стресс, 30 предотвращая прогрессирование атеросклероза. Поскольку окислительный стресс снижает биодоступность NO (свободные радикалы могут инактивировать NO), 31 снижение окислительного стресса, вероятно, указывает на улучшение функции эндотелия за счет увеличения продукции NO.

Повышение экспрессии eNOS, вызванное стимуляцией FIR, может быть связано с miRNA. Напряжение сдвига имеет решающее значение для увеличения активности eNOS за счет стимуляции ее экспрессии. 32 Все вышеупомянутые исследования показали, что терапия FIR ускоряет периферический кровоток, приводя к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение активности eNOS и продукции NO и усиление экспрессии eNOS. Следовательно, улучшаются функция эндотелия сосудов и переносимость физических нагрузок.

Предыдущее исследование показало, что miRNAs важны для различных CVD, потому что истощение фермента, обрабатывающего miRNA, порождает дефекты в развитии сердца и ангиогенезе. 33 Несколько исследований показали, что напряжение сдвига или FIR может регулировать экспрессию miRNAs в эндотелиальных клетках. Например, miRNA-21, индуцированная напряжением сдвига в эндотелиальных клетках, может модулировать апоптоз эндотелиальных клеток и активность eNOS, а также продукцию NO. 34 В одном исследовании miRNA-663 играла жизненно важную роль в воспалительных ответах, вызванных сдвигающим стрессом, подавляя гены воспалительного ответа. 35 Недавнее исследование показало, что обработка FIR увеличивает экспрессию miRNA-31 и miRNA-720, тем самым увеличивая экспрессию эндотелиальных клеток-предшественников (EPC) ишемической болезни сердца и спасая ангиогенные и васкулогенные способности EPC как in vitro, и in vivo . 36 Циркулирующие миРНК (например, miRNA-1, miRNA-17, miRNA-92a, miRNA-126, miRNA-133 и miRNA-145) в клетках крови или сыворотке / плазме были идентифицированы как потенциальные биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний 37 и может использоваться для диагностики и определения прогноза острого инфаркта миокарда. 38 Таким образом, мы подозреваем, что FIR улучшает эндотелиальную функцию пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, увеличивая уровни eNOS и NO, способствуя напряжению сдвига и изменяя профили экспрессии некоторых циркулирующих miRNA.

FIR-терапия для DM

Сахарный диабет

DM — это группа метаболических заболеваний, вызываемых либо недостаточностью продукции инсулина (тип 1), либо развитием инсулинорезистентности (тип 2). 39 Большинство случаев диабета можно разделить на две широкие этиопатогенетические категории: СД 1 типа, вызванный неспособностью поджелудочной железы секретировать инсулин; и СД 2 типа, вызванный неспособностью организма должным образом реагировать (например,грамм. резистентность) к действию инсулина или секреторной реакции инсулина. 40 У человека с сахарным диабетом (тип 1 или 2) высокая концентрация сахара в крови, которая подрывает кровеносные сосуды, нервы, почки и другие системы организма. 40

Влияние FIR на DM

Masuda et al . продемонстрировали, что повторная терапия в сухой сауне с использованием FIR снижала уровень 8-эпи-простагландина F (маркер окислительного стресса) 28 в моче и что DM был связан с повышенным окислительным стрессом, 41 , который имеет выраженный инсулино- эффект сопротивления. 42 Kawaura и др. . исследовали связанный с окислительным стрессом модулирующий эффект локальной стимуляции FIR у лежачих пациентов с СД 2 типа. 43 Две недели местной FIR-терапии ног значительно снижали уровни 8-эпи-простагландина F в плазме у пациентов с СД 2 типа ( P <0,05). 43 Снижение биологической активности eNOS было вовлечено в патогенез окислительного стресса при инсулинорезистентности скелетных мышц. 44 Кроме того, eNOS играет важную роль в регулировании чувствительности к инсулину. 45 В целом, терапия FIR может улучшить инсулинорезистентность скелетных мышц за счет экспрессии eNOS после снижения окислительного стресса у пациентов с СД 2 типа.

Пациенты с СД испытывают стресс из-за ежедневных ограничений в питании, что приводит к чрезмерному высвобождению кортизола, вызывая различные негативные реакции, такие как гипертония. 46 Следовательно, обостряется СД.Ryotokuji et al. показал, что четыре недели FIR-излучения, введенного в стопы пациентов с СД 2-го типа, значительно снизили уровень кортизола и уровень глюкозы в крови. 47 Следовательно, предположение, что терапия FIR нормализует уровень глюкозы в крови за счет снижения уровня кортизола (глюкокортикоидные гормоны надпочечников) в сыворотке крови и, таким образом, улучшает способность реагировать на действие инсулина у пациентов с СД 2 типа, является разумным.

Хуанг и др. . наблюдали, что терапия FIR увеличивала восстановление кровотока на 48%, увеличивала EPC костного мозга, дифференцировавшуюся в эндотелиальные клетки (11.2 ± 1,1 / HPF по сравнению с 18,8 ± 2,0 / HPF, P <0,01) и снижение окислительного стресса ( P <0,05) у мышей с диабетом, индуцированным стрептозотоцином. 48 Более того, преимущества местного FIR-излучения были отменены после инъекции L-NAME (ингибитор eNOS). 48 Поскольку неоваскуляризация требует циркулирующих EPC, происходящих из костного мозга, для васкулогенеза, 49 высокая способность EPCs с нарушением глюкозы, вероятно, связана с механизмами, связанными с NO. 50 Кроме того, NO может изменять мобилизацию и дифференцировку EPC, 51 и увеличение количества свободных радикалов при ишемии ткани может снижать биодоступность NO путем непосредственной инактивации NO. 31 Таким образом, лечение FIR может быть связано с NO-зависимым путем. Кроме того, предполагается, что FIR-терапия обладает преимуществами, способствующими восстановлению кровотока и формированию новых сосудов за счет усиления процесса самонаведения EPC за счет снижения окислительного стресса в ишемизированных задних конечностях мышей с диабетом.

FIR-терапия хронической болезни почек

Хроническая болезнь почек

Хроническая болезнь почек (ХБП) — это прогрессирующая почечная дисфункция, которая проявляется в течение нескольких месяцев или лет 52 и может быть разделена на пять стадий (стадии с 1 по 5) в соответствии с строгость.Терминальная стадия почечной недостаточности (ТПН) — это ХБП 5 стадии и тяжелое заболевание с плохим прогнозом, для которого может потребоваться лечение диализом или трансплантация. 52 Для пациентов с ТПН, получающих лечение гемодиализом (ГД), обычно используются нативные артериовенозные свищи (АВФ) и протезные артериовенозные трансплантаты (АВГ) 53 , чтобы получить хорошо функционирующий сосудистый доступ, который имеет решающее значение для достаточного диализа. 54

Влияние FIR на CKD

Lin et al. показал, что длительное воздействие FIR увеличивает поток доступа (Qa), снижает частоту и относительную частоту нарушения функции AVF и улучшает проходимость AVF без посторонней помощи у пациентов с HD. 55 Поскольку снижение сосудистого Qa является эффективным показателем для оценки нарушений доступа, связанных с тромбозом, 56 улучшение проходимости АВФ, вероятно, было связано с более высоким значением Qa. По данным Кипшидзе и соавт. , 57 неабляционный инфракрасный лазер (NIL) сдерживал неоинтимальную гиперплазию и уменьшал пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов (VSMC) после чрескожной транслюминальной коронарной ангиопластики у кроликов, получавших холестерин, в течение 60 дней.Поскольку рост VSMC увеличивает риск стеноза сосудистого доступа у пациентов с HD, ингибирование неоинтимальной гиперплазии может быть одним из механизмов, посредством которого терапия FIR улучшает прогрессирование сосудистого рестеноза у пациентов с ESRD.

Кроме того, Лай и др. . исследовали влияние лечения FIR на поддержание доступа HD после чрескожной транслюминальной ангиопластики (PTA) в популяциях AVG и AVF. 59 Данные показали, что облученная группа пациентов с АВГ показала значительно улучшенную проходимость без посторонней помощи через один год (16.3% против 2,1%, P <0,05). 59 Однако в популяции АВФ лучевая терапия после ПТА FIR незначительно улучшила частоту проходимости без посторонней помощи. 59 Результаты клинических испытаний лучевой терапии FIR не соответствовали результатам Lin et al. ., 55 , возможно, потому, что большинство пациентов, обследованных Lin et al. не получал лечения PTA. 55 В целом, из-за улучшения проходимости без посторонней помощи, лучевая терапия FIR может принести пользу пациентам с AVG и AVF, получавшим PTA, которые обладают высоким уровнем функционирования или не получали повторной PTA.

Отсутствие созревания АВФ является критической патологической причиной нарушения функционирования вновь созданных АВФ у людей на поздних стадиях ХБП. 60 Lin et al. сообщил, что три месяца лечения FIR могут значительно увеличить скорость созревания AVF (90% против 76%, P <0,05). 61 Кроме того, они продемонстрировали, что стимуляция FIR дает существенные преимущества в виде увеличения Qa и скорости проходимости AVF без посторонней помощи и клинического созревания, а также снижения нарушения функции AVF в течение одного года по сравнению с контролем. 61 Эти результаты были идентичны результатам их предыдущего исследования. 55 Эндотелиальная дисфункция, связанная со стенозом АВФ, может привести к нарушению созревания АВФ у пациентов с HD. 58 Таким образом, FIR принес пользу пациентам с HD, способствуя эндотелиальной функции как у животных 3,7,24 , так и в клинических исследованиях.

FIR-терапия при ишемии

Ишемия

Ишемию, которая вызывает недоступность кислорода и глюкозы тканям, обычно связывают с проблемами кровеносных сосудов, их повреждением или тканевой дисфункцией.Если не лечить немедленно, ишемия может быстро перерасти в некроз тканей и гангрену в течение нескольких часов, что может привести к параличу. 62

Влияние FIR на ишемию

Предыдущее исследование показало, что FIR-излучение оказывает сильное противовоспалительное действие на эндотелий сосудов, индуцируя экспрессию гемоксигеназы-1 (HO-1). 63 HO-1 — это фермент, ограничивающий скорость окисления биливердина и монооксида углерода гема. 64 Биливердин может дополнительно катализироваться до мощного антиоксиданта билирубина, 65 , тогда как окись углерода, подобно NO, проявляет эффекты расширения сосудов и модуляции внутриклеточных уровней цГМФ в одном исследовании. 66 Таким образом, FIR, вероятно, играет решающую роль в усилении передачи сигналов cGMP. Было показано, что HO-1 предотвращает повреждение яичек на моделях прекондиционирования гипоксии. 67 Ту и др. исследовал влияние посткондиционирования FIR на ишемию / реперфузию (I / R) в семенниках крыс. 68 Результаты показали, что белок HO-1 в семенниках был сверхэкспрессирован в группе крыс с 2-часовой ишемией I / R-повреждения, получавшей терапию FIR-лучами в течение 30 минут, по сравнению с группами, не получавшими лечения и группами теплового света. 68 Кроме того, введение ингибитора HO-1 отменяет эффект лечения FIR. 68 Кроме того, FIR-терапия резко снизила апоптоз и облегчила повреждение ткани семенников, 68 , предполагая, что HO-1 имеет решающее значение в посткондиционировании FIR для защиты семенников крыс от повреждения I / R.

В модели ишемической задней конечности у мышей Akasaki et al. сообщил, что пять недель терапии сауной FIR заметно увеличили кровоток, плотность капилляров, экспрессию eNOS и продукцию NO по сравнению с контрольной группой. 7 Однако введение L-NAME подавляло эффекты, вызванные стимуляцией FIR. 7

Ишемия тканей у животных, облегчающая FIR 3,7,68 и клинические исследования. 69 Tei et al. сообщил, что длительная терапия в сауне уменьшала болевые ощущения, увеличивала кровоток и способствовала ангиогенезу, 69 , но была неэффективной у мышей с дефицитом eNOS. Кроме того, была повышена толерантность к физической нагрузке. 69

Индукция NO посредством eNOS важна для регуляции ангиогенеза, 70 , и этот процесс может быть вызван фактором роста эндотелия сосудов. 71–73 Таким образом, eNOS является критическим регулятором ангиогенеза при повторной FIR-терапии в сауне. Кроме того, как eNOS, так и упражнения могут увеличивать мобилизацию EPC, 51,69 , что имеет жизненно важное значение для васкулогенеза. 48 Таким образом, FIR может быть новой инновационной терапией для лечения ишемических областей.

Успешная реваскуляризация ишемической области требует роста, стабилизации и созревания новых кровеносных сосудов, 74,75 , которые имеют решающее значение для снижения гибели клеток и увеличения кровоснабжения поврежденных участков. 76 Из-за важности перицитов в поддержании вновь образованных микрососудов во время ангиогенеза, дефицит перицитов приводит к апоптозу эндотелиальных клеток и дестабилизации микрососудов. 77 Таким образом, рекрутирование перицитов, вероятно, играет ключевую роль в ремоделировании сосудов в корковых тканях после ишемического инсульта. Более того, недавнее исследование показало, что релаксация перицитов увеличивает кровоток in vivo . 78 Поскольку FIR-лучи усиливают кровоток и улучшают ишемические области, хотя точный механизм не выяснен, мы предполагаем, что FIR-лучи положительно влияют на перициты после ишемии.

FIR-терапия для других заболеваний

FIR-терапия эффективна для облегчения боли у пациентов с хронической болью, 79 синдромом хронической усталости, 80 и фибромиалгией. 81,82 FIR помог тренированным бегунам, которые пострадали от мышечных повреждений 83 , и пациентам, которые испытывали постоянную и прогрессивно усиливающуюся фантомную боль в конечностях после ампутации. 84 Кроме того, стимуляция FIR облегчает депрессию у пациентов с бессонницей за счет повышения уровня серотонина и снижения уровня малонового диальдегида. 85 Тем не менее, случай псевдолимфомы, возникающей в сине-зеленой татуировке, считался связанным с воздействием света FIR и индуцированным потоотделением. 86 Эти воздействия на живые организмы, подвергающиеся воздействию FIR-лучей, плохо изучены; поэтому требуются дальнейшие исследования.

Заключение и перспективы

В качестве потенциальной дополнительной терапии FIR-излучение оказывает как тепловые, так и нетепловые эффекты. Тепловой эффект FIR-терапии может увеличить кровоток и вазодилатацию за счет нагрева ткани (гипертермия), аналогично обычной тепловой терапии, состоящей из грелок или горячей воды. 87 Кроме того, обработка FIR с низким уровнем доставляемой энергии (нетепловой эффект) также имела биологическую активность. 88,89 Исследование пациентов, получавших лечение HD, показало снижение уровней стресса и усталости за счет стимуляции FIR, а не термической обработки (грелки), что, вероятно, было связано с нетепловым эффектом. 10 Нетепловой эффект таких низких уровней энергии объясняется тем, что наноскопические слои воды были нарушены слабым излучением, что привело к изменению структуры клеточной мембраны, а затем оказало терапевтическое воздействие. 87

Поскольку FIR-терапия часто применялась в медицине, многочисленные исследователи пытались определить влияние этих новых FIR-лучей на биологические системы. КИХ-излучение обладает множеством свойств; таким образом, между объектами невозможно установить прямую взаимосвязь. Возможные объяснения включают снижение окислительного стресса, улучшение функции эндотелия и ингибирование неоинтимальной гиперплазии. Что касается влияния лечения FIR на подавление окислительного стресса, Masuda et al .показали, что терапия FIR снижает окислительный стресс у пациентов с факторами риска коронарных артерий. 28 Кроме того, у пациентов с СД, получавших терапию FIR, наблюдалось снижение окислительного стресса. 41,48 Что касается влияния на функцию эндотелия, группа вмешательства, подвергавшаяся воздействию FIR-лучей, продемонстрировала более быстрое улучшение функции эндотелия, чем контрольная группа, не подвергавшаяся воздействию, в популяциях как CVD 16 , так и CKD. 61 Что касается третьего механизма, Кипшидзе и др. .продемонстрировали, что НИЛ подавляет неоинтимальную гиперплазию. 57

Кроме того, лучи FIR применялись для лечения различных хронических заболеваний, таких как гипертония, сердечная недостаточность и дисфункция эндотелия сосудов, которые связаны с истощением тетрагидробиоптерина (Bh5), критического кофактора NO-синтаз. 90,91 FIR-терапия улучшает кровоток в нагретых поверхностях, вызывая увеличение напряжения сдвига сосудов и усиление активности GTP-циклогидролазы I, которая способствует синтезу Bh5. 92,93 Таким образом, повышенная доступность Bh5 может дать ключевое представление о механизмах, лежащих в основе саунотерапии. Недавнее исследование показало, что капилляры контролируют кровоток, в первую очередь связанный с активным расслаблением перицитов. 78 Кроме того, гибель перицитов в результате окоченения приводит к необратимому снижению кровотока в капиллярах и повреждению нейронов после инсульта. 94–96 Эти механизмы напоминают FIR в улучшении расширения капилляров и кровотока и могут отражать ускорение восстановления после инсульта за счет стимуляции FIR.Другими словами, FIR-терапия может облегчить инсульт, подавляя гибель перицитов.

За исключением вышеупомянутых механизмов, повышение активности eNOS и NO при лечении FIR-излучением может быть признано возможным общим фоном (). 97 Увеличение кровотока, вызванное лечением FIR, увеличивает напряжение сдвига, которое является решающим фактором, определяющим функцию и фенотип эндотелия при атеросклерозе. Более того, предыдущие данные показали, что напряжение сдвига регулирует экспрессию miRNA в эндотелиальных клетках, а miRNA влияют на биологию эндотелия, уменьшая апоптоз и активируя путь NO. 34 Следовательно, FIR-терапия является потенциальным терапевтическим методом лечения сердечно-сосудистых заболеваний, поскольку она увеличивает напряжение сдвига, регулируя экспрессию miRNA. В целом, лечение FIR-лучами ускоряет периферический кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига; следовательно, уровни miRNA повышаются, что сопровождается увеличением продукции eNOS и NO.

Эффекты инфракрасной терапии. Лучи дальнего инфракрасного диапазона (FIR) обеспечивают многократную передачу энергии на глубину 2–3 см в подкожную ткань без раздражения и перегрева кожи, а затем ускоряют кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение эндотелиальной синтазы оксида азота. активность и производство оксида азота.Более того, FIR или напряжение сдвига могут регулировать экспрессию некоторых циркулирующих miRNA в эндотелиальных клетках. Следовательно, терапия FIR улучшает симптомы хронических заболеваний (например, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и хронических заболеваний почек). (Цветная версия этого рисунка доступна в онлайн-журнале.)

Экспрессия активности NOS и miRNA имеет циркадный ритм и тесно связана с механизмами контроля, регулирующими циркадную экспрессию. Ayers et al. сообщил, что активность NOS в почках мышей демонстрирует четкие циркадные вариации. Самый высокий уровень наблюдался в темный период, а самый низкий уровень — в светлый период. 98 Кроме того, активация NOS опосредует эффекты сдвига фазы мелатонина и 5-гидрокситриптамина на циркадный кардиостимулятор супрахиазматических ядер (SCN) у крыс. 99 Более того, в качестве ключевых регуляторов циркадного временного процесса уровни miRNA-219 и miRNA-132 в SCN обнаруживают выраженный ритм, наивысший уровень которого наблюдается в течение субъективного дня. 100 Кроме того, несколько miRNA участвуют в модуляции периферического циркадного ритма в печени мышей. 101,102 Циркадные ритмы наблюдались в случаях цереброваскулярных заболеваний, артериальных заболеваний и ишемического инсульта. 103,104 Эти результаты предполагают, что суточные вариации NOS и miRNA могут быть связаны с началом некоторых хронических заболеваний. Следовательно, лучи FIR могут оказывать поразительное терапевтическое воздействие на лечение на основе циркадного ритма.Однако необходимо провести дальнейшие исследования с учетом объективных параметров и достаточного размера выборки на животных моделях и в клинических приложениях, чтобы полностью выявить функциональное влияние циркадных ритмов на FIR-лучи.

Благодарности

Мы благодарим профессора Цзянь Лю за ценные комментарии. Это исследование было поддержано специализированным исследовательским фондом докторской программы высшего образования (20120111110024), фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2012HGCX0003, 2013HGQC0045, JZ2014HGBZ0050), Национальной программой исследований и разработок в области ключевых технологий (2012BAD07B01) и фондами Хуаншань — профессор Технологического университета Хэфэй.

Вклад авторов

LZ предоставил идеи и направления исследований; SS написал разделы о FIR-терапии для сердечно-сосудистых заболеваний, FIR-терапии для DM и FIR-терапии для CKD; XW написал разделы, посвященные FIR-терапии ишемии и FIR-терапии других заболеваний; а JYC обеспечила поддержку программы.

Ссылки

1. Тойокава Х., Мацуи Ю., Ухара Дж., Цутия Х., Тешима С., Накниши Х., Хон А Квон, Адзума Ю., Нагаока Т., Огава Т., Камияма Ю. Стимулирующие эффекты дальнего инфракрасного излучения на заживление ран на коже у крыс.Exp Biol Med (Мэйвуд) 2003; 228: 724–9. [PubMed] [Google Scholar] 2. Хартель М., Хоффманн Дж., Венте М.Н., Мартиньони М.Э., Бухлер М.В., Фрисс Х. Рандомизированное клиническое испытание влияния местного инфракрасного A-излучения с фильтром воды на заживление ран после абдоминальной хирургии. Br J Surg 2006; 93: 952–60. [PubMed] [Google Scholar] 3. Ю СЫ, Чиу Дж.Х., Ян СД, Сюй Ю.К., Луи Вайоминг, Ву CW. Биологическое влияние терапии дальним инфракрасным излучением на усиление микроциркуляции кожи у крыс. Фотодерматол Фотоиммунол Фотомед 2006; 22: 78–86.[PubMed] [Google Scholar] 4. Тей К. Waon-терапия: успокаивающая терапия теплом. Дж Кардиол 2007; 49: 301–4. [PubMed] [Google Scholar] 6. Тей Си, Хорикири Й., Пак Дж.С., Чжон Дж.В., Чанг К.С., Тояма Й., Танака Н. Острое улучшение гемодинамики за счет термической вазодилатации при застойной сердечной недостаточности. Тираж 1995; 91: 2582–90. [PubMed] [Google Scholar] 7. Акасаки Ю., Мията М., Это Х, Ширасава Т., Хамада Н., Иледа Ю., Брио С., Оцудзи Ю., Тей К. Повторная термотерапия активизирует эндотелиальную синтазу оксида азота и увеличивает ангиогенез на модели ишемии задних конечностей у мышей.Circ J 2006; 70: 463–70. [PubMed] [Google Scholar] 8. Исэ Н, Кацуура Т, Кикучи Й, Мива Э. Влияние дальнего инфракрасного излучения на кровоток в коже предплечья. Энн Физиол Антрополь 1987; 6: 31–31. [PubMed] [Google Scholar] 9. Кихара Т., Биро С., Имамура М., Ёсидзюку С., Такасаки К., Икеда Ю., Отудзи Ю., Минаго С., Тояма Ю., Тей К. Повторное посещение сауны улучшает функцию эндотелия сосудов и сердечную деятельность у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. J Am Coll Cardiol 2002; 39: 754–9. [PubMed] [Google Scholar] 10. Су Л.Х., Ву К.Д., Ли Л.С., Ван Х., Лю К.Ф.Влияние стимуляции акупунктурной точки в дальней инфракрасной области на вегетативную активность и качество жизни пациентов, находящихся на гемодиализе. Am J Chin Med 2009; 37: 215–26. [PubMed] [Google Scholar] 11. Остервельд Ф. Г., Раскер Дж. Дж., Этажи М, Раскер Дж. Дж., Флорс М, Ландкрун Р., Ван Ренн Б., Цвейненберг Дж., Ван де Лаар МАФХ, Коэль Дж. Дж. Инфракрасная сауна у больных ревматоидным артритом и анкилозирующим спондилитом. Clin Rheumatol 2009; 28: 29–34. [PubMed] [Google Scholar] 12. Риотокудзи К., Ишимару К., Кихара К., Намики Ю., Ходзуми Н. Влияние точечного облучения подошвенным длинноволновым инфракрасным светом на подкожную температуру и маркеры стресса.Laser Ther 2013; 22: 93–93. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13. Мацумото С., Кавахира К., Это С, Икеда С., Танака Н. Краткосрочные эффекты термотерапии при спастичности на зубцах F большеберцового нерва у пациентов, перенесших инсульт. Int J Biometeorol 2006; 50: 243–50. [PubMed] [Google Scholar] 14. Фустер V, Келли BB. Содействие сердечно-сосудистому здоровью в развивающихся странах: критическая проблема для достижения глобального здоровья, Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press, 2010. [Google Scholar] 16. Имамура М., Биро С., Кихара Т., Ёсифуку С., Такасаки К., Оцудзи Ю., Минаго С., Тояма И., Тей К.Повторная термотерапия улучшает нарушение функции эндотелия сосудов у пациентов с факторами риска коронарных артерий. J Am Coll Cardiol 2001; 38: 1083–8. [PubMed] [Google Scholar] 17. Собадзима М., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Охори Т., Сузуки Т., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х. Повторное посещение сауны улучшает перфузию миокарда у пациентов с хронической окклюзией коронарной артерии, связанной с ишемией. Инт Дж Кардиол 2013; 167: 237–43. [PubMed] [Google Scholar] 18. Охори Т., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Собадзима М., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х.Влияние повторного посещения сауны на толерантность к физической нагрузке и функцию эндотелия у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Am J Cardiol 2012; 109: 100–4. [PubMed] [Google Scholar] 19. Панза Дж. А., Куиюми А. А., Кисть Дж. Э. младший, Эпштейн С. Е.. Аномальное эндотелий-зависимое расслабление сосудов у пациентов с гипертонической болезнью. N Engl J Med 1990; 323: 22–7. [PubMed] [Google Scholar] 20. Соренсен К., Селермайер Д., Георгакопулос Д., Хэтчер Дж., Беттеридж Д., Динфилд Дж. Нарушение эндотелий-зависимой дилатации является ранним явлением у детей с семейной гиперхолестеринемией и связано с уровнем липопротеинов (а).Журнал клинических исследований 1994; 93 (1): 50–50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Johnstone MT, Creager SJ, Scales KM, Cusco JA, Lee BK, Creager MA. Нарушение эндотелий-зависимой вазодилатации у пациентов с инсулинозависимым сахарным диабетом. Тираж 1993; 88: 2510–6. [PubMed] [Google Scholar] 22. Челермайер Д., Соренсен К., Георгакопулос Д., Булл С., Тормас О, Робинсон Дж., Динфилд Дж. Курение сигарет связано с дозозависимым и потенциально обратимым нарушением эндотелий-зависимой дилатации у здоровых молодых людей.Тираж 1993; 88: 2149–55. [PubMed] [Google Scholar] 23. Анггард Э. Оксид азота: посредник, убийца и лекарство. Ланцет 1994; 343: 1199–206. [PubMed] [Google Scholar] 24. Икеда Й, Биро С., Камогава Й, Йошифуку С., Это Х. Повторное посещение сауны увеличивает экспрессию синтазы оксида азота артериального эндотелия и производство оксида азота у кардиомиопатических хомяков. Circ J 2005; 69: 722–9. [PubMed] [Google Scholar] 25. Пак Дж.Х., Ли С., Чо Д.Х., Пак Ю.М., Кан Д.Х., Джо И. Дальнее инфракрасное излучение резко увеличивает продукцию оксида азота за счет увеличения мобилизации Ca (2+) и опосредованного Ca (2+) / кальмодулин-зависимой протеинкиназы II фосфорилирования эндотелиальной синтазы оксида азота по серину 1179.Biochem Biophys Res Commun 2013; 436: 601–6. [PubMed] [Google Scholar] 26. Pall ML. Электромагнитные поля действуют через активацию потенциалзависимых кальциевых каналов, вызывая положительные или отрицательные эффекты. J Cell Mol Med 2013; 17: 958–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Юилл К.Х., Макнейш А.Дж., Кансуи Ю., Гарланд С.Дж., Дора К.А. Оксид азота подавляет церебральную вазодвигательную активность за счет sGC-независимого воздействия на рецепторы рианодина и потенциал-зависимые кальциевые каналы. J Vasc Res 2009; 47: 93–107. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 28.Масуда А., Мията М., Кихара Т., Минаго С., Тей К. Повторная сауна снижает уровень 8-эпи-простагландина F (2альфа) в моче. JPN Сердце J 2004; 45: 297–303. [PubMed] [Google Scholar]

29. Сингх Н., Дхалла А.К., Сеневиратне С., Сингал П.К. Окислительный стресс и сердечная недостаточность. Клеточные взаимодействия в сердечной патофизиологии . Нью-Йорк: Springer, 1995, стр.77–81.

30. Патроно С. Фитцджеральд, Джорджия. Изопростаны: потенциальные маркеры оксидантного стресса при атеротромботической болезни. Артериосклер Thromb Vasc Biol 1997; 17: 2309–15.[PubMed] [Google Scholar] 31. Григлевски Р., Палмер Р., Монкада С. Анион супероксида участвует в расщеплении производного от эндотелия фактора расслабления сосудов. Nature 1986; 320 : 454-6. [PubMed] 32. Малек А.М., Идзумо С., Альпер С.Л. Модуляция патофизиологическими стимулами индуцированного напряжением сдвига усиления экспрессии эндотелиальной синтазы оксида азота в эндотелиальных клетках. Нейрохирургия 1999; 45: 334–334. [PubMed] [Google Scholar] 33. Кюхбахер А., Урбих С., Цайхер А.М., Диммелер С.Роль Дайсера и Дроша в экспрессии эндотелиальной микроРНК и ангиогенезе. Circ Res 2007; 101: 59–68. [PubMed] [Google Scholar] 34. Вебер М., Бейкер МБ, Мур Дж. П., Сирлз CD. MiR-21 индуцируется в эндотелиальных клетках напряжением сдвига и модулирует апоптоз и активность eNOS. Biochem Biophys Res Commun 2010; 393: 643–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Ни Ч.В., Цю Х., Чжо Х. МикроРНК-663, активированная осцилляторным напряжением сдвига, играет роль в воспалительной реакции эндотелиальных клеток.Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011; 300: h2762–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 36. Ван Х-В, Хуанг Т-С, Ло Х-Х, Хуанг П-Х, Лин С-С, Чанг С-Дж, Ляо К-Х, Цай С-Х, Чан С-Х, Цай С-Ф, Ченг И-С, Чиу И-Л, Цай Т-Н, Ченг С-С, Ченг С-М. Дефицит пути микроРНК-31 – микроРНК-720 в плазме и эндотелиальных клетках-предшественниках пациентов с ишемической болезнью сердца. Артериосклер Thromb Vasc Biol 2014; 34: 857–69. [PubMed] [Google Scholar] 37. Ди Стефано В., Закканнини Дж., Капогросси М.С., Мартелли Ф.микроРНК как биомаркеры периферической крови сердечно-сосудистых заболеваний. Васк Фармакол 2011; 55: 111–8. [PubMed] [Google Scholar] 38. Ли Ц, Пей Ф, Чжу Х, Дуань Д. Д., Цзэн К. Циркулирующие микроРНК как новые и чувствительные биомаркеры острого инфаркта миокарда. Clin Biochem 2012; 45: 727–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 39. Гарднер Д.Г., Шобак Д.М. Основы и клиническая эндокринология Гринспена, Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical, 2007. [Google Scholar] 40. Ассоциация AD. Диагностика и классификация сахарного диабета.Уход за диабетом 2008; 31: S55–60. [PubMed] [Google Scholar] 41. Davıì G, Ciabattoni G, Consoli A, Mezzetti A, Falco A, Santarone S, Pennese E, Vitacolonna E, Bucciarelli T, Costantini F, Capani F, Patrono C. Формирование in vivo 8-изопростагландина F2α и активация тромбоцитов при сахарном диабете — эффекты улучшенного метаболического контроля и приема добавок витамина Е. Тираж 1999; 99: 224–9. [PubMed] [Google Scholar] 42. Райт Д., Сазерленд Л. Добавки антиоксидантов в лечении инсулинорезистентности скелетных мышц: потенциальные механизмы и клиническое значение.Аппл Физиол Нутр Метаб 2008; 33: 21–31. [PubMed] [Google Scholar] 43. Каваура А., Танида Н., Камитани М., Акияма Дж., Мизутани М., Цугава Н., Окано Т., Такеда Э. Эффект гипертермии ног с использованием дальних инфракрасных лучей у прикованных к постели пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Акта Мед Окаяма 2010; 64: 143–7. [PubMed] [Google Scholar] 44. Guzik TJ, West NE, Black E, McDonald D, Ratnatunga C, Pillai R, Channon KM. Производство сосудистого супероксида за счет ассоциации NAD (P) H оксидазы с эндотелиальной дисфункцией и клиническими факторами риска.Circ Res 2000; 86: e85–90. [PubMed] [Google Scholar] 45. Duplain H, Burcelin R, Sartori C, Cook S, Egli M, Lepori M, Vollenweider P, Pedrazzini T, Nicod P, Thorens B, Scherrer U. Инсулинорезистентность, гиперлипидемия и гипертония у мышей, лишенных эндотелиальной синтазы оксида азота. Тираж 2001; 104: 342–5. [PubMed] [Google Scholar] 46. Рой М.С., Рой А., Браун С. Повышенный выход кортизола без мочи у пациентов с диабетом. J Осложнения диабета 1998; 12: 24–7. [PubMed] [Google Scholar] 47. Риотокудзи К., Ишимару К., Кихара К., Намики Ю., Ходзуми Н.Предварительные результаты точечного облучения подошвенным длинноволновым инфракрасным светом на глюкозу в крови, инсулин и гормоны стресса у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Laser Ther 2013; 22: 209–14. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 48. Хуан PH, Чен Дж. У., Линь С. П., Чен Ю. Х., Чен Ю. Х., Ван СН, Лей Х. Б., Лин С. Дж. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне способствует индуцированному ишемией ангиогенезу у мышей с диабетом и восстанавливает функции эндотелиальных клеток-предшественников с высоким подавлением глюкозы. Кардиоваск Диабетол 2012; 11: 99–99.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 49. Асахара Т., Мурохара Т., Салливан А., Сильвер М., Риен ван дер Зи, Ли Т., Витценбихлер Б., Шаттеман Г., Иснер Дж.М. Выделение предполагаемых эндотелиальных клеток-предшественников для ангиогенеза. Наука 1997; 275: 964–6. [PubMed] [Google Scholar] 50. Чен И-Х, Лин С-Дж, Линь Ф-И, Ву Т-К, Цао Ц-Р, Хуанг П-Х, Лю П-Л, Чен И-Л, Чен Дж-У. Высокий уровень глюкозы повреждает ранние и поздние эндотелиальные клетки-предшественники путем модификации механизмов, связанных с оксидом азота, но не опосредованных окислительным стрессом.Диабет 2007; 56: 1559–68. [PubMed] [Google Scholar] 51. Aicher A, Heeschen C, Mildner-Rihm C, Urbich C, Ihling C, Technau-Ihling K, Zeiher AM, Dimmeler S. Существенная роль эндотелиальной синтазы оксида азота для мобилизации стволовых клеток и клеток-предшественников. Нат Мед 2003; 9: 1370–6. [PubMed] [Google Scholar] 52. Леви А.С., Корэш Дж., Балк Э., Кауш А.Т., Левин А., Штеффес М.В., Хогг Р.Дж., Перроне Р.Д., Лау Дж., Экноян Г. Практические рекомендации Национального фонда почек при хронической болезни почек: оценка, классификация и стратификация.Энн Интерн Мед 2003; 139: 137–47. [PubMed] [Google Scholar] 53. Майя И.Д., Озер Р., Саддекни С., Баркер Дж., Аллон М. Стеноз сосудистого доступа: сравнение артериовенозных трансплантатов и свищей. Am J Kidney Dis 2004; 44: 859–65. [PubMed] [Google Scholar] 54. Фельдман Х.И., Кобрин С, Вассерштейн А. Заболеваемость сосудистым доступом при гемодиализе. J Am Soc Nephrol 1996; 7: 523–35. [PubMed] [Google Scholar] 55. Лин CC, Chang CF, Lai MY, Chen TW, Lee PC, Yang WC. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне: новый метод лечения, улучшающий доступный кровоток и проходимость артериовенозной фистулы без посторонней помощи у пациентов, находящихся на гемодиализе.J Am Soc Nephrol 2007; 18: 985–92. [PubMed] [Google Scholar] 56. Лин С-С, Чанг С-Ф, Чиу Х-Дж, Сунь И-С, Чан С-С, Линь М-В, Ли П-С, Ян В. Допплеровский ультразвуковой метод на основе переменного потока насоса: новый подход к измерению потока доступа у пациентов, находящихся на гемодиализе. J Am Soc Nephrol 2005; 16: 229–36. [PubMed] [Google Scholar] 57. Кипшидзе Н., Николайчик В., Макерхейди М., Килан М. Х., Чеканов В., Матерновски М., Чавла П., Эрнандес И., Айер С., Дангас Г., Сахота Г., Леон МБ, Рубен Г., Моисей Дж. У. Влияние короткоимпульсного неаблативного инфракрасного лазерного излучения на сосудистые клетки in vitro и неоинтимальную гиперплазию на модели баллонного повреждения кролика.Тираж 2001; 104: 1850–5. [PubMed] [Google Scholar] 58. Рой-Чаудхури П., Сухатме В.П., Чунг А.К. Дисфункция сосудистого доступа при гемодиализе: клеточная и молекулярная точка зрения. J Am Soc Nephrol 2006; 17: 1112–7. [PubMed] [Google Scholar] 59. Лай CC, Fang HC, Mar GY, Liou JC, Tseng CJ, Liu CP. Дальняя инфракрасная лучевая терапия после ангиопластики улучшает 1-летнюю проходимость доступа к гемодиализу без ангиопластики при рецидивирующих обструктивных поражениях. Eur J Vasc Endovasc Surg 2013; 46: 726–32. [PubMed] [Google Scholar] 60.Дембер Л. М., Бек Дж. Дж., Аллон М., Делмез Дж. А., Диксон Б. С., Гринберг А., Химмельфарб Х., Васкес М. А., Гассман Дж. Дж., Грин Т., Радева М.К., Брейден Г.Л., Икизлер Т.А., Рокко М.В., Дэвидсон И.Дж., Кауфман Дж.С., Мейерс К.М. , Кусек JW, Фельдман HI. Влияние клопидогреля на раннюю неэффективность артериовенозных свищей при гемодиализе: рандомизированное контролируемое исследование. JAMA 2008; 299: 2164–71. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 61. Линь Си Ци, Ян Ц., Чен М. Ц., Лю В-С., Ян Ц-И, Ли П-Ц. Влияние терапии в дальнем инфракрасном диапазоне на созревание артериовенозной фистулы: открытое рандомизированное контролируемое исследование.Am J Kidney Dis 2013; 62: 304–11. [PubMed] [Google Scholar] 62. Льюис С.Л., Дирксен С.Р., Хейткемпер М.М., Бухер Л. Медико-хирургическое сестринское дело: оценка и управление клиническими проблемами, единый том, Сент-Луис, Миссури: Elsevier Health Sciences, 2013. [Google Scholar] 63. Лин СС, Лю Х.М., Пейтон К., Ван Х., Ян В.С., Лин С.Дж., Дуранте В. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне подавляет воспаление эндотелия сосудов за счет индукции гемоксигеназы-1. Артериосклер Thromb Vasc Biol 2008; 28: 739–45. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 64.Чой А., Алам Дж. Гемоксигеназа-1: функция, регуляция и роль нового индуцируемого стрессом белка в повреждении легких, вызванном оксидантами. Am J Respir Cell Mol Biol 1996; 15: 9–19. [PubMed] [Google Scholar] 66. Морита Т., Перрелла М.А., Ли М.Е., Курембанас С. Окись углерода, полученная из гладкомышечных клеток, является регулятором сосудистого цГМФ. Proc Natl Acad Sci 1995; 92: 1475–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 67. Ту И-П, Чжуан С-Дж, Чен С-С, Лю И-Х, Чен С-П, Час Т-С. Симвастатин индуцирует экспрессию гемеоксигеназы-1 против ишемического реперфузионного повреждения семенников у крыс.Toxicol Lett 2011; 207: 242–50. [PubMed] [Google Scholar] 68. Ту Ю.П., Чен СК, Лю Ю.Х., Чен К.Ф., Час ТК. Посткондиционирование с помощью облучения в дальней инфракрасной области увеличивает экспрессию гемоксигеназы-1 и защищает яички крыс от ишемии / реперфузии. Life Sci 2013; 92: 35–41. [PubMed] [Google Scholar] 69. Тей Ч, Шинсато Т, Мията М, Кихара Т, Хамасаки С. Терапия Waon улучшает заболевание периферических артерий. J Am Coll Cardiol 2007; 50: 2169–71. [PubMed] [Google Scholar] 70. Кук JP, Лосордо DW. Оксид азота и ангиогенез.Тираж 2002; 105: 2133–5. [PubMed] [Google Scholar] 71. Ziche M, Morbidelli L, Choudhuri R, Zhang HT, Donnini S, Granger HJ, Bicknell R. Синтаза оксида азота находится ниже по течению от ангиогенеза, индуцированного фактором роста эндотелия сосудов, но не индуцированного основным фактором роста фибробластов. J Clin Investigation 1997; 99: 2625–2625. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 72. Hsu YH, Chen YC, Chen TH, Sue YM, Cheng TH, Chen JR, Chen CH. Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне вызывает ядерную транслокацию PLZF, которая ингибирует VEGF-индуцированную пролиферацию в эндотелиальных клетках пупочной вены человека.PloS один 2012; 7: e30674 – e30674. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 73. Hwang S, Lee D-H, Lee I-K, Park YM, Jo I. Излучение в дальней инфракрасной области спектра подавляет пролиферацию, миграцию и ангиогенез эндотелиальных клеток пупочной вены человека, подавляя уровни секреторного кластерина. Рак латыш 2014; 346: 74–83. [PubMed] [Google Scholar] 74. Балабанов Р., Вашингтон Р., Вагнерова Дж., Доре-Даффи П. Перициты микрососудов ЦНС экспрессируют макрофагоподобную функцию, интегрин клеточной поверхности αM и маркер макрофагов ED-2.Microvasc Res 1996; 52: 127–42. [PubMed] [Google Scholar] 75. Диас-Флорес Л., Гутьеррес Р., Варела Х. Ангиогенез: обновленная информация. Histol Histopathol 1994; 9 : 807-43. [PubMed] 76. Хаяси Т., Ношита Н., Сугавара Т., Чан PH. Временной профиль ангиогенеза и экспрессии родственных генов в головном мозге после ишемии. J Cereb Blood Flow Metab 2003; 23: 166–80. [PubMed] [Google Scholar] 77. Коковай Э., Ли Л., Каннингем Л.А. Ангиогенный набор перицитов из костного мозга после инсульта.J Cereb Blood Flow Metab 2006; 26: 545–55. [PubMed] [Google Scholar] 78. Холл С.Н., Рейнелл С., Гесслейн Б., Гамильтон Н.Б., Мишра А., Сазерленд Б.А., О’Фаррелл FM, Бьюкен А.М., Лауритен М., Аттвелл Д. Капиллярные перициты регулируют церебральный кровоток при здоровье и болезни. Природа 2014 г. 508: 55–60. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 79. Масуда А., Кога Й, Хаттанмару М., Минаго С., Тей К. Эффекты повторной термотерапии для больных с хронической болью. Psychother Psychosom 2005; 74: 288–94. [PubMed] [Google Scholar] 80.Масуда А, Кихара Т, Фукудомэ Т, Шинсато Т, Минаго С, Тей К. Эффекты повторной термотерапии у двух пациентов с синдромом хронической усталости. J Psychosom Res 2005; 58: 383–7. [PubMed] [Google Scholar] 81. Мацусита К., Масуда А., Тей К. Эффективность терапии Waon при фибромиалгии. Intern Med 2008; 47: 1473–6. [PubMed] [Google Scholar] 82. Мацумото С., Симодозоно М., Это С., Мията Р., Кавахира К. Эффекты термотерапии, сочетающей сауну и подводные упражнения у пациентов с фибромиалгией.Дополнение Ther Clin Pract 2011; 17: 162–6. [PubMed] [Google Scholar] 83. Хаусвирт К., Луи Дж., Бьёзен Ф, Пурно Х, Фурнье Дж., Фильяр Дж. Р., Бриссвальтер Дж. Влияние криотерапии всего тела по сравнению с дальним инфракрасным и пассивным режимами на восстановление после повреждения мышц, вызванного физической нагрузкой, у хорошо тренированных бегунов. PloS один 2011; 6: e27749 – e27749. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 84. Хуанг CY, Ян RS, Kuo TS, Hsu KH. Призрачная боль в конечностях лечится дальним инфракрасным лучом. Conf Proc Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc 2009; 2009: 1589–91.[PubMed] [Google Scholar] 85. Чанг И, Лю Ю.П., Лю К.Ф. Влияние на уровни серотонина и МДА у пациентов с депрессией и бессонницей при воздействии дальних инфракрасных лучей на акупунктурные точки. Am J Chin Med 2009; 37: 837–42. [PubMed] [Google Scholar] 86. Чианг К., Ромеро Л. Кожная лимфоидная гиперплазия (псевдолимфома) в татуировке после дальнего инфракрасного излучения. Дерматол Сург 2009; 35: 1434–8. [PubMed] [Google Scholar] 87. Ватансевер Ф., Хамблин МР. Дальнее инфракрасное излучение (FIR): его биологические эффекты и медицинские применения.Фотоника Лазеры Med 2012; 1: 255–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 88. Иноуэ С., Кабая М. Биологическая активность, вызванная дальним инфракрасным излучением. Int J Biometeorol 1989; 33: 145–50. [PubMed] [Google Scholar] 89. Чжоу К-С, Лу И-К. Применение наноразмерных коллоидов серебра в дальнем инфракрасном излучении с низким уровнем излучения. Тонкие твердые пленки 2007; 515: 7217–21. [Google Scholar] 90. Поркерт М., Шер С., Редди Ю., Чима Ф., Нисснер С., Колм П., Джонс Д. П., Хупер С., Тейлор В. Р., Харрисон Д., Куиюми А. А.. Тетрагидробиоптерин: новая антигипертензивная терапия.J Hum Hypertens 2008; 22: 401–7. [PubMed] [Google Scholar] 91. Антониадис С., Широдария С., Крабтри М., Ринз Р., Альп Н., Каннингтон С., Диш Дж., Тусулис Д., Стефанадис С., Урок P, Ратнатунга С., Пилли Р., Чаннон К.М. Изменение плазменных биоптеринов по сравнению с сосудистыми биоптеринами при атеросклерозе человека выявляет взаимосвязь между эндотелиальной связью синтазы оксида азота, функцией эндотелия и воспалением. Тираж 2007; 116: 2851–9. [PubMed] [Google Scholar] 92. Pall ML. Повышает ли доступность тетрагидробиоптерина терапия сауной и физические упражнения? Гипотезы медицины 2009; 73: 610–13.[PubMed] [Google Scholar] 93. Audhya T, Pall ML, Green JA. Исследование терапии сауной у пациентов с миалгическим энцефаломиелитом / синдромом хронической усталости показывает действие сауны через повышенный уровень тетрагидробиоптерина и подтверждает три предсказания цикла NO / ONOO. Townsend Lett 2013; 364: 60–64. [Google Scholar] 94. Hauck EF, Apostel S, Hoffmann JF, Heimann A, Kempski O. Изменения капиллярного потока и диаметра во время реперфузии после глобальной церебральной ишемии изучались с помощью прижизненной видеомикроскопии. J Cereb Blood Flow Metab 2004; 24: 383–91.[PubMed] [Google Scholar] 95. Леффлер CW, Бизли Д.Г., Бусия DW. Ишемия головного мозга изменяет реактивность микрососудов головного мозга у новорожденных свиней. Am J Physiol Heart Circ Physiol 1989; 257: h366–71. [PubMed] [Google Scholar] 96. Бэрд А., Доннан Дж., Остин М., Фитт Дж., Дэвис С., Маккей В. Реперфузия после тромболитической терапии при ишемическом инсульте, измеренная с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Инсульт 1994; 25: 79–85. [PubMed] [Google Scholar] 97. Леунг Т-К, Ли С-М, Лин М-И, Хо И-С, Чен С-С, Ву С-Х, Лин И-С.Облучение в дальнем инфракрасном диапазоне вызывает внутриклеточную генерацию оксида азота в клетках рака груди. J Med Biol Eng 2009; 29: 15–8. [Google Scholar] 98. Айерс Н.А., Капас Л., Крюгер Дж. М.. Циркадные вариации активности синтазы оксида азота и уровней цитозольного белка в головном мозге крыс. Brain Res 1996; 707: 127–30. [PubMed] [Google Scholar] 99. Старки С.Дж. Мелатонин и 5-гидрокситриптамин ускоряют фазу циркадных часов крыс за счет активации синтеза оксида азота. Neurosci Lett 1996; 211: 199–202. [PubMed] [Google Scholar] 100.Cheng H-YM, Papp JW, Varlamova O, Dziema H, Russell B., Curfman JP, Nakazawa T., Shimizu K, Okamura H, Impey S, Obrietan K. модуляция микроРНК периода циркадных часов и увлечение. Нейрон 2007; 54: 813–29. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 101. На И-Дж, Сон Дж. Х., Ли СК, Ли Ю-Дж., Чхве Й-Дж, Пак Вай, Шин Х.С., Ким Дж. Комплексный анализ коэкспрессии микроРНК-мРНК в циркадном ритме. Exp Mol Med 2009; 41: 638–47. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 102. Гатфилд Д., Ле Мартелот Дж., Вейнар К.Э., Герлах Д., Шаад О, Флери-Олела Ф., Рускипяя А.Л., Оресич М., Исау С.К., Здобавов Е.М., Шиблер У.Интеграция микроРНК miR-122 в экспрессию циркадных генов печени. Genes Dev 2009; 23: 1313–26. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 103. Quyyumi AA. Циркадные ритмы при сердечно-сосудистых заболеваниях. Я сердце J 1990; 120: 726–33. [PubMed] [Google Scholar] 104. Шоу Э, Тофлер ГХ. Циркадный ритм и сердечно-сосудистые заболевания. Представитель Curr Atheroscler 2009; 11: 289–95. [PubMed] [Google Scholar]

Терапия в дальнем инфракрасном диапазоне при сердечно-сосудистых, аутоиммунных и других хронических проблемах со здоровьем: систематический обзор

Exp Biol Med (Maywood).2015 окт; 240 (10): 1257–1265.

Эта статья отозвана.
Ретракция в: Exp Biol Med (Maywood). 2020 19 июля; 245 (14): NP1 См. Также: Политика отзыва PMC

, 1, 2 , 1 , 3, 4 и 1, 2

Шаньшань Шуй

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

Xia Wang

1 Школа медицинской инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

John Y Chiang

3 Департамент компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Департамент Управление здравоохранения и медицинская информатика, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Лей Чжэн

1 Школа инженеров-медиков ing, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

1 Школа медицинской инженерии, Хэфэйский технологический университет, Хэфэй 230009, Китай

2 Школа биотехнологии и пищевой инженерии, Технологический университет Хэфэй, Хэфэй 230009, Китай

3 Факультет компьютерных наук и инженерии, Национальный университет Сунь Ятсена, Гаосюн 80424, Тайвань

4 Кафедра управления здравоохранением и медицинской информатики, Медицинский университет Гаосюн, Гаосюн 80708, Тайвань

Автор, ответственный за переписку.

Поступило 22 июня 2014 г .; Принято 31 декабря 2014 г.

Авторские права © 2015 Обществом экспериментальной биологии и медицины Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Физиотерапия (физиотерапия), дополнительная и альтернативная медицина, широко применяется для диагностики и лечения различных заболеваний и дефектов. Все больше данных свидетельствует о том, что удобные и неинвазивные лучи в дальней инфракрасной области (FIR), являющиеся жизненно важным видом физиотерапии, улучшают здоровье пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом и хроническим заболеванием почек.Тем не менее, молекулярные механизмы, с помощью которых функционирует FIR, остаются неуловимыми. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение результатов предыдущих исследований, а также разработка молекулярных механизмов FIR-терапии при различных типах заболеваний. В заключение, терапия FIR может быть тесно связана с повышенной экспрессией эндотелиальной синтазы оксида азота, а также с продукцией оксида азота и может модулировать профили некоторых циркулирующих miRNAs; таким образом, он может быть полезным дополнением к лечению некоторых хронических заболеваний, не вызывающим побочных эффектов.

Ключевые слова: Физическая терапия, дальняя инфракрасная область (FIR), сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), сахарный диабет (СД), miRNA

Введение

Инфракрасное излучение — это невидимая форма электромагнитной энергии, длина волны которой больше чем у видимого света. Инфракрасное излучение можно разделить на три группы в зависимости от длины волны: ближнее инфракрасное (NIR, 0,8–1,5 мкм), среднее инфракрасное (MIR, 1,5–5,6 мкм) и дальнее инфракрасное (FIR, 5,6–1000 мкм). 1 Инфракрасное излучение, вероятно, позволяет передавать несколько форм энергии в подкожную ткань (глубиной примерно 2–3 см) без стимуляции или чрезмерного нагрева. 2 В одном исследовании температура кожи повысилась до 38–39 ℃ после обработки FIR в течение от 30 минут до 1 часа при расстоянии 20 см между керамическими пластинами и кожей. 3 Таким образом, FIR-терапия не может вызвать побочных эффектов традиционной тепловой терапии, таких как инфекция или ожог, и поэтому широко используется для укрепления здоровья.

Методы лечения FIR можно разделить на две категории в соответствии с клинической реализацией в целом. В первой категории излучатель FIR, состоящий из электрифицированных керамических пластин, размещается на 20 см над пациентом и обеспечивает низкую энергию для постоянного повышения температуры кожи. 3 Кроме того, FIR-излучатель часто используется в экспериментах по локальной (или точечной) обработке, поддерживая температуру поверхности ниже 40 ℃. В другой, более распространенной категории, FIR-сухой сауне, 4 свет используется для создания тепла с помощью сауны. В отличие от традиционных саун, которые нагревают тело за счет повышения температуры окружающего воздуха, сауны FIR нагревают тело напрямую, не используя воздух в качестве теплоносителя. 5 В предыдущем исследовании сеанс сауны проводился с использованием устройства для сухой сауны FIR при 60 ℃ в течение 15 минут с последующим традиционным выдерживанием в тепле в течение 30 минут. 6

Хотя предыдущие исследования показали, что FIR-излучение вызывает тепловые и нетепловые эффекты, такие как увеличение артериального кровотока 7 и периферического кровообращения, 8 улучшает функцию эндотелия, 9 снижает усталость 10 и боль, 11 снижение артериального давления, 12 и содействие расширению капилляров, 13 точный механизм еще предстоит полностью понять. Таким образом, целью данного исследования был обзор и обобщение опубликованных данных о FIR-терапии при различных типах заболеваний () и определение механизмов FIR-терапии.

Таблица 1

Исследования, относящиеся к дальним инфракрасным лучам

Человек Человек
Болезнь Субъекты Тип воздействия Продолжительность Основные параметры Ссылка
CVD
CVD
2 недели Ящур 16
CVD Человек Сауна FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F Систолическое артериальное давление CH19 28 Хомяк Пихтовая сауна 4 недели мРНК eNOS и продукция NO белка 24
CHF Человек Пихтовая сауна 3 недели FMD 6MWD 9024 902 Человек Местная стимуляция FIR 2 недели 8-эпи-простагландин F 90 043 2α 43
DM Человек Местная стимуляция FIR 4 недели Кортизол Глюкоза крови Инсулин 47
DM24 Мышь 902 24 Мышь Мобилизация и дифференциация EPC кровотока Окислительный стресс 48
ESRD Человек Местная стимуляция FIR 1 год Qa AVF без посторонней проходимости Частота нарушения функции AVF 55K206
Локальная стимуляция FIR 1 год AVF Проходимость без помощи PTA AVG Проходимость без PTA 59
CKD Человеческий Локальная стимуляция FIR 1 год без участия AVF 61
Ишемия задних конечностей Мышь FIR-сауна 5 недель Кровоток Плотность капилляров Экспрессия eNOS NO продукция 7
PAD Человек FIR-сауна 10 недель Оценка боли Кровоток 6MWD
Ишемия яичка Крыса Локальная стимуляция FIR 30 мин Белок HO-1 Апоптоз тканей яичка 68

FIR-терапия сердечно-сосудистых заболеваний

39 Сердечно-сосудистые заболевания

39 Сердечно-сосудистые заболевания , ведущая причина смерти во всем мире, относится к любому заболеванию, поражающему сердечно-сосудистую систему, включая церебральные и почечные сосудистые заболевания, сердечные заболевания и болезни периферических артерий.

14 Наиболее частыми факторами, вызывающими сердечно-сосудистые заболевания, являются атеросклероз и гипертония. Более того, даже у здоровых бессимптомных пожилых людей различные изменения физиологии и морфологии влияют на сердечно-сосудистую функцию и, таким образом, приводят к повышенному риску сердечно-сосудистых заболеваний; 15 Таким образом, определение методов лечения болезни является обязательным.

Влияние FIR на сердечно-сосудистые заболевания

Имеются данные, свидетельствующие о том, что лучи FIR оказывают защитное действие на сердечно-сосудистые заболевания. Несколько недель лечения в сауне заметно усилили опосредованное потоком эндотелий-зависимое расширение плечевой артерии ( P <0.001), 16–18 , что было связано с увеличением переносимости сердечно-легочной нагрузки. 17,18 Поскольку эндотелиальная дисфункция обычно наблюдается у пациентов с гипертонией, 19 гиперхолестеринемией, 20 сахарным диабетом (СД), 21 и ожирением и пациентами, которые курят, 22 посещение сауны, вероятно, играет терапевтическую роль. для пациентов с факторами риска коронарных заболеваний, что свидетельствует о том, что процедуры в сауне улучшают функцию эндотелия сосудов.

Неопровержимые доказательства показали, что функция эндотелия сосудов тесно связана с эндотелиальной синтазой оксида азота (eNOS), которая катализирует аминокислоту L-аргинин в L-цитруллин и оксид азота (NO) в эндотелии. NO является важным сосудорасширяющим веществом, которое предотвращает прогрессирование атеросклероза за счет расширения кровеносных сосудов и ингибирования некоторых артериальных нарушений, таких как агрегация тромбоцитов, а также миграция и пролиферация гладкомышечных клеток. 23 Икеда и др. .сообщили, что один месяц терапии сауной FIR значительно повысил экспрессию мРНК eNOS и белка (0,73 ± 0,04 против 1,02 ± 0,02, P <0,01; 3250 ± 70 против 4090 ± 60, P <0,01, соответственно). в виде продукции NO в сыворотке (3,98 ± 0,43 ммоль / л против 4,66 ± 0,5 ммоль / л, P <0,05) у кардиомиопатических хомяков с хронической сердечной недостаточностью (ХСН). 24 В дополнение к усилению экспрессии eNOS, FIR увеличивает продукцию NO, вероятно, за счет стимулирования опосредованного Ca 2+ / кальмодулин-зависимой протеинкиназы II (CaMKII) фосфорилирования eNOS по серину 1179 для увеличения активности eNOS. 25 Хотя FIR-излучение может заметно повысить температуру культуральной среды и внутриклеточные уровни Ca 2+ , чувствительные к температуре кальциевые каналы и временный рецепторный потенциал ваниллоида могут не вносить вклад в путь CaMKII-опосредованного фосфорилирования eNOS. 25 Таким образом, мы предполагаем, что нетепловые эффекты FIR-излучения, как было недавно показано для других типов неионизирующего излучения, 26 могут участвовать в этом пути, активируя потенциалзависимые кальциевые каналы. 27 Тем не менее, все эти механизмы предполагают, что усиление продукции NO за счет увеличения уровня экспрессии eNOS и уровня его фосфорилирования является критическим способом, с помощью которого терапия FIR улучшает функцию эндотелия у пациентов с ХСН.

Примечательно, что уровни 8-эпи-простагландина F в моче (продукт перекисного окисления липидов) были заметно ниже у участников с факторами коронарного риска, которые принимали сухую сауну FIR в течение двух недель, по сравнению с контрольной группой. 28 Поскольку 8-эпи-простагландин F является надежным маркером окислительного стресса in vivo , а окислительный стресс участвует в развитии атеросклероза и сердечной недостаточности, 29 результаты показали, что повторная лучевая терапия FIR может снизить окислительный стресс, 30 предотвращая прогрессирование атеросклероза. Поскольку окислительный стресс снижает биодоступность NO (свободные радикалы могут инактивировать NO), 31 снижение окислительного стресса, вероятно, указывает на улучшение функции эндотелия за счет увеличения продукции NO.

Повышение экспрессии eNOS, вызванное стимуляцией FIR, может быть связано с miRNA. Напряжение сдвига имеет решающее значение для увеличения активности eNOS за счет стимуляции ее экспрессии. 32 Все вышеупомянутые исследования показали, что терапия FIR ускоряет периферический кровоток, приводя к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение активности eNOS и продукции NO и усиление экспрессии eNOS. Следовательно, улучшаются функция эндотелия сосудов и переносимость физических нагрузок.

Предыдущее исследование показало, что miRNAs важны для различных CVD, потому что истощение фермента, обрабатывающего miRNA, порождает дефекты в развитии сердца и ангиогенезе. 33 Несколько исследований показали, что напряжение сдвига или FIR может регулировать экспрессию miRNAs в эндотелиальных клетках. Например, miRNA-21, индуцированная напряжением сдвига в эндотелиальных клетках, может модулировать апоптоз эндотелиальных клеток и активность eNOS, а также продукцию NO. 34 В одном исследовании miRNA-663 играла жизненно важную роль в воспалительных ответах, вызванных сдвигающим стрессом, подавляя гены воспалительного ответа. 35 Недавнее исследование показало, что обработка FIR увеличивает экспрессию miRNA-31 и miRNA-720, тем самым увеличивая экспрессию эндотелиальных клеток-предшественников (EPC) ишемической болезни сердца и спасая ангиогенные и васкулогенные способности EPC как in vitro, и in vivo . 36 Циркулирующие миРНК (например, miRNA-1, miRNA-17, miRNA-92a, miRNA-126, miRNA-133 и miRNA-145) в клетках крови или сыворотке / плазме были идентифицированы как потенциальные биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний 37 и может использоваться для диагностики и определения прогноза острого инфаркта миокарда. 38 Таким образом, мы подозреваем, что FIR улучшает эндотелиальную функцию пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, увеличивая уровни eNOS и NO, способствуя напряжению сдвига и изменяя профили экспрессии некоторых циркулирующих miRNA.

FIR-терапия для DM

Сахарный диабет

DM — это группа метаболических заболеваний, вызываемых либо недостаточностью продукции инсулина (тип 1), либо развитием инсулинорезистентности (тип 2). 39 Большинство случаев диабета можно разделить на две широкие этиопатогенетические категории: СД 1 типа, вызванный неспособностью поджелудочной железы секретировать инсулин; и СД 2 типа, вызванный неспособностью организма должным образом реагировать (например,грамм. резистентность) к действию инсулина или секреторной реакции инсулина. 40 У человека с сахарным диабетом (тип 1 или 2) высокая концентрация сахара в крови, которая подрывает кровеносные сосуды, нервы, почки и другие системы организма. 40

Влияние FIR на DM

Masuda et al . продемонстрировали, что повторная терапия в сухой сауне с использованием FIR снижала уровень 8-эпи-простагландина F (маркер окислительного стресса) 28 в моче и что DM был связан с повышенным окислительным стрессом, 41 , который имеет выраженный инсулино- эффект сопротивления. 42 Kawaura и др. . исследовали связанный с окислительным стрессом модулирующий эффект локальной стимуляции FIR у лежачих пациентов с СД 2 типа. 43 Две недели местной FIR-терапии ног значительно снижали уровни 8-эпи-простагландина F в плазме у пациентов с СД 2 типа ( P <0,05). 43 Снижение биологической активности eNOS было вовлечено в патогенез окислительного стресса при инсулинорезистентности скелетных мышц. 44 Кроме того, eNOS играет важную роль в регулировании чувствительности к инсулину. 45 В целом, терапия FIR может улучшить инсулинорезистентность скелетных мышц за счет экспрессии eNOS после снижения окислительного стресса у пациентов с СД 2 типа.

Пациенты с СД испытывают стресс из-за ежедневных ограничений в питании, что приводит к чрезмерному высвобождению кортизола, вызывая различные негативные реакции, такие как гипертония. 46 Следовательно, обостряется СД.Ryotokuji et al. показал, что четыре недели FIR-излучения, введенного в стопы пациентов с СД 2-го типа, значительно снизили уровень кортизола и уровень глюкозы в крови. 47 Следовательно, предположение, что терапия FIR нормализует уровень глюкозы в крови за счет снижения уровня кортизола (глюкокортикоидные гормоны надпочечников) в сыворотке крови и, таким образом, улучшает способность реагировать на действие инсулина у пациентов с СД 2 типа, является разумным.

Хуанг и др. . наблюдали, что терапия FIR увеличивала восстановление кровотока на 48%, увеличивала EPC костного мозга, дифференцировавшуюся в эндотелиальные клетки (11.2 ± 1,1 / HPF по сравнению с 18,8 ± 2,0 / HPF, P <0,01) и снижение окислительного стресса ( P <0,05) у мышей с диабетом, индуцированным стрептозотоцином. 48 Более того, преимущества местного FIR-излучения были отменены после инъекции L-NAME (ингибитор eNOS). 48 Поскольку неоваскуляризация требует циркулирующих EPC, происходящих из костного мозга, для васкулогенеза, 49 высокая способность EPCs с нарушением глюкозы, вероятно, связана с механизмами, связанными с NO. 50 Кроме того, NO может изменять мобилизацию и дифференцировку EPC, 51 и увеличение количества свободных радикалов при ишемии ткани может снижать биодоступность NO путем непосредственной инактивации NO. 31 Таким образом, лечение FIR может быть связано с NO-зависимым путем. Кроме того, предполагается, что FIR-терапия обладает преимуществами, способствующими восстановлению кровотока и формированию новых сосудов за счет усиления процесса самонаведения EPC за счет снижения окислительного стресса в ишемизированных задних конечностях мышей с диабетом.

FIR-терапия хронической болезни почек

Хроническая болезнь почек

Хроническая болезнь почек (ХБП) — это прогрессирующая почечная дисфункция, которая проявляется в течение нескольких месяцев или лет 52 и может быть разделена на пять стадий (стадии с 1 по 5) в соответствии с строгость.Терминальная стадия почечной недостаточности (ТПН) — это ХБП 5 стадии и тяжелое заболевание с плохим прогнозом, для которого может потребоваться лечение диализом или трансплантация. 52 Для пациентов с ТПН, получающих лечение гемодиализом (ГД), обычно используются нативные артериовенозные свищи (АВФ) и протезные артериовенозные трансплантаты (АВГ) 53 , чтобы получить хорошо функционирующий сосудистый доступ, который имеет решающее значение для достаточного диализа. 54

Влияние FIR на CKD

Lin et al. показал, что длительное воздействие FIR увеличивает поток доступа (Qa), снижает частоту и относительную частоту нарушения функции AVF и улучшает проходимость AVF без посторонней помощи у пациентов с HD. 55 Поскольку снижение сосудистого Qa является эффективным показателем для оценки нарушений доступа, связанных с тромбозом, 56 улучшение проходимости АВФ, вероятно, было связано с более высоким значением Qa. По данным Кипшидзе и соавт. , 57 неабляционный инфракрасный лазер (NIL) сдерживал неоинтимальную гиперплазию и уменьшал пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов (VSMC) после чрескожной транслюминальной коронарной ангиопластики у кроликов, получавших холестерин, в течение 60 дней.Поскольку рост VSMC увеличивает риск стеноза сосудистого доступа у пациентов с HD, ингибирование неоинтимальной гиперплазии может быть одним из механизмов, посредством которого терапия FIR улучшает прогрессирование сосудистого рестеноза у пациентов с ESRD.

Кроме того, Лай и др. . исследовали влияние лечения FIR на поддержание доступа HD после чрескожной транслюминальной ангиопластики (PTA) в популяциях AVG и AVF. 59 Данные показали, что облученная группа пациентов с АВГ показала значительно улучшенную проходимость без посторонней помощи через один год (16.3% против 2,1%, P <0,05). 59 Однако в популяции АВФ лучевая терапия после ПТА FIR незначительно улучшила частоту проходимости без посторонней помощи. 59 Результаты клинических испытаний лучевой терапии FIR не соответствовали результатам Lin et al. ., 55 , возможно, потому, что большинство пациентов, обследованных Lin et al. не получал лечения PTA. 55 В целом, из-за улучшения проходимости без посторонней помощи, лучевая терапия FIR может принести пользу пациентам с AVG и AVF, получавшим PTA, которые обладают высоким уровнем функционирования или не получали повторной PTA.

Отсутствие созревания АВФ является критической патологической причиной нарушения функционирования вновь созданных АВФ у людей на поздних стадиях ХБП. 60 Lin et al. сообщил, что три месяца лечения FIR могут значительно увеличить скорость созревания AVF (90% против 76%, P <0,05). 61 Кроме того, они продемонстрировали, что стимуляция FIR дает существенные преимущества в виде увеличения Qa и скорости проходимости AVF без посторонней помощи и клинического созревания, а также снижения нарушения функции AVF в течение одного года по сравнению с контролем. 61 Эти результаты были идентичны результатам их предыдущего исследования. 55 Эндотелиальная дисфункция, связанная со стенозом АВФ, может привести к нарушению созревания АВФ у пациентов с HD. 58 Таким образом, FIR принес пользу пациентам с HD, способствуя эндотелиальной функции как у животных 3,7,24 , так и в клинических исследованиях.

FIR-терапия при ишемии

Ишемия

Ишемию, которая вызывает недоступность кислорода и глюкозы тканям, обычно связывают с проблемами кровеносных сосудов, их повреждением или тканевой дисфункцией.Если не лечить немедленно, ишемия может быстро перерасти в некроз тканей и гангрену в течение нескольких часов, что может привести к параличу. 62

Влияние FIR на ишемию

Предыдущее исследование показало, что FIR-излучение оказывает сильное противовоспалительное действие на эндотелий сосудов, индуцируя экспрессию гемоксигеназы-1 (HO-1). 63 HO-1 — это фермент, ограничивающий скорость окисления биливердина и монооксида углерода гема. 64 Биливердин может дополнительно катализироваться до мощного антиоксиданта билирубина, 65 , тогда как окись углерода, подобно NO, проявляет эффекты расширения сосудов и модуляции внутриклеточных уровней цГМФ в одном исследовании. 66 Таким образом, FIR, вероятно, играет решающую роль в усилении передачи сигналов cGMP. Было показано, что HO-1 предотвращает повреждение яичек на моделях прекондиционирования гипоксии. 67 Ту и др. исследовал влияние посткондиционирования FIR на ишемию / реперфузию (I / R) в семенниках крыс. 68 Результаты показали, что белок HO-1 в семенниках был сверхэкспрессирован в группе крыс с 2-часовой ишемией I / R-повреждения, получавшей терапию FIR-лучами в течение 30 минут, по сравнению с группами, не получавшими лечения и группами теплового света. 68 Кроме того, введение ингибитора HO-1 отменяет эффект лечения FIR. 68 Кроме того, FIR-терапия резко снизила апоптоз и облегчила повреждение ткани семенников, 68 , предполагая, что HO-1 имеет решающее значение в посткондиционировании FIR для защиты семенников крыс от повреждения I / R.

В модели ишемической задней конечности у мышей Akasaki et al. сообщил, что пять недель терапии сауной FIR заметно увеличили кровоток, плотность капилляров, экспрессию eNOS и продукцию NO по сравнению с контрольной группой. 7 Однако введение L-NAME подавляло эффекты, вызванные стимуляцией FIR. 7

Ишемия тканей у животных, облегчающая FIR 3,7,68 и клинические исследования. 69 Tei et al. сообщил, что длительная терапия в сауне уменьшала болевые ощущения, увеличивала кровоток и способствовала ангиогенезу, 69 , но была неэффективной у мышей с дефицитом eNOS. Кроме того, была повышена толерантность к физической нагрузке. 69

Индукция NO посредством eNOS важна для регуляции ангиогенеза, 70 , и этот процесс может быть вызван фактором роста эндотелия сосудов. 71–73 Таким образом, eNOS является критическим регулятором ангиогенеза при повторной FIR-терапии в сауне. Кроме того, как eNOS, так и упражнения могут увеличивать мобилизацию EPC, 51,69 , что имеет жизненно важное значение для васкулогенеза. 48 Таким образом, FIR может быть новой инновационной терапией для лечения ишемических областей.

Успешная реваскуляризация ишемической области требует роста, стабилизации и созревания новых кровеносных сосудов, 74,75 , которые имеют решающее значение для снижения гибели клеток и увеличения кровоснабжения поврежденных участков. 76 Из-за важности перицитов в поддержании вновь образованных микрососудов во время ангиогенеза, дефицит перицитов приводит к апоптозу эндотелиальных клеток и дестабилизации микрососудов. 77 Таким образом, рекрутирование перицитов, вероятно, играет ключевую роль в ремоделировании сосудов в корковых тканях после ишемического инсульта. Более того, недавнее исследование показало, что релаксация перицитов увеличивает кровоток in vivo . 78 Поскольку FIR-лучи усиливают кровоток и улучшают ишемические области, хотя точный механизм не выяснен, мы предполагаем, что FIR-лучи положительно влияют на перициты после ишемии.

FIR-терапия для других заболеваний

FIR-терапия эффективна для облегчения боли у пациентов с хронической болью, 79 синдромом хронической усталости, 80 и фибромиалгией. 81,82 FIR помог тренированным бегунам, которые пострадали от мышечных повреждений 83 , и пациентам, которые испытывали постоянную и прогрессивно усиливающуюся фантомную боль в конечностях после ампутации. 84 Кроме того, стимуляция FIR облегчает депрессию у пациентов с бессонницей за счет повышения уровня серотонина и снижения уровня малонового диальдегида. 85 Тем не менее, случай псевдолимфомы, возникающей в сине-зеленой татуировке, считался связанным с воздействием света FIR и индуцированным потоотделением. 86 Эти воздействия на живые организмы, подвергающиеся воздействию FIR-лучей, плохо изучены; поэтому требуются дальнейшие исследования.

Заключение и перспективы

В качестве потенциальной дополнительной терапии FIR-излучение оказывает как тепловые, так и нетепловые эффекты. Тепловой эффект FIR-терапии может увеличить кровоток и вазодилатацию за счет нагрева ткани (гипертермия), аналогично обычной тепловой терапии, состоящей из грелок или горячей воды. 87 Кроме того, обработка FIR с низким уровнем доставляемой энергии (нетепловой эффект) также имела биологическую активность. 88,89 Исследование пациентов, получавших лечение HD, показало снижение уровней стресса и усталости за счет стимуляции FIR, а не термической обработки (грелки), что, вероятно, было связано с нетепловым эффектом. 10 Нетепловой эффект таких низких уровней энергии объясняется тем, что наноскопические слои воды были нарушены слабым излучением, что привело к изменению структуры клеточной мембраны, а затем оказало терапевтическое воздействие. 87

Поскольку FIR-терапия часто применялась в медицине, многочисленные исследователи пытались определить влияние этих новых FIR-лучей на биологические системы. КИХ-излучение обладает множеством свойств; таким образом, между объектами невозможно установить прямую взаимосвязь. Возможные объяснения включают снижение окислительного стресса, улучшение функции эндотелия и ингибирование неоинтимальной гиперплазии. Что касается влияния лечения FIR на подавление окислительного стресса, Masuda et al .показали, что терапия FIR снижает окислительный стресс у пациентов с факторами риска коронарных артерий. 28 Кроме того, у пациентов с СД, получавших терапию FIR, наблюдалось снижение окислительного стресса. 41,48 Что касается влияния на функцию эндотелия, группа вмешательства, подвергавшаяся воздействию FIR-лучей, продемонстрировала более быстрое улучшение функции эндотелия, чем контрольная группа, не подвергавшаяся воздействию, в популяциях как CVD 16 , так и CKD. 61 Что касается третьего механизма, Кипшидзе и др. .продемонстрировали, что НИЛ подавляет неоинтимальную гиперплазию. 57

Кроме того, лучи FIR применялись для лечения различных хронических заболеваний, таких как гипертония, сердечная недостаточность и дисфункция эндотелия сосудов, которые связаны с истощением тетрагидробиоптерина (Bh5), критического кофактора NO-синтаз. 90,91 FIR-терапия улучшает кровоток в нагретых поверхностях, вызывая увеличение напряжения сдвига сосудов и усиление активности GTP-циклогидролазы I, которая способствует синтезу Bh5. 92,93 Таким образом, повышенная доступность Bh5 может дать ключевое представление о механизмах, лежащих в основе саунотерапии. Недавнее исследование показало, что капилляры контролируют кровоток, в первую очередь связанный с активным расслаблением перицитов. 78 Кроме того, гибель перицитов в результате окоченения приводит к необратимому снижению кровотока в капиллярах и повреждению нейронов после инсульта. 94–96 Эти механизмы напоминают FIR в улучшении расширения капилляров и кровотока и могут отражать ускорение восстановления после инсульта за счет стимуляции FIR.Другими словами, FIR-терапия может облегчить инсульт, подавляя гибель перицитов.

За исключением вышеупомянутых механизмов, повышение активности eNOS и NO при лечении FIR-излучением может быть признано возможным общим фоном (). 97 Увеличение кровотока, вызванное лечением FIR, увеличивает напряжение сдвига, которое является решающим фактором, определяющим функцию и фенотип эндотелия при атеросклерозе. Более того, предыдущие данные показали, что напряжение сдвига регулирует экспрессию miRNA в эндотелиальных клетках, а miRNA влияют на биологию эндотелия, уменьшая апоптоз и активируя путь NO. 34 Следовательно, FIR-терапия является потенциальным терапевтическим методом лечения сердечно-сосудистых заболеваний, поскольку она увеличивает напряжение сдвига, регулируя экспрессию miRNA. В целом, лечение FIR-лучами ускоряет периферический кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига; следовательно, уровни miRNA повышаются, что сопровождается увеличением продукции eNOS и NO.

Эффекты инфракрасной терапии. Лучи дальнего инфракрасного диапазона (FIR) обеспечивают многократную передачу энергии на глубину 2–3 см в подкожную ткань без раздражения и перегрева кожи, а затем ускоряют кровоток, что приводит к увеличению напряжения сдвига, за которым следует увеличение эндотелиальной синтазы оксида азота. активность и производство оксида азота.Более того, FIR или напряжение сдвига могут регулировать экспрессию некоторых циркулирующих miRNA в эндотелиальных клетках. Следовательно, терапия FIR улучшает симптомы хронических заболеваний (например, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и хронических заболеваний почек). (Цветная версия этого рисунка доступна в онлайн-журнале.)

Экспрессия активности NOS и miRNA имеет циркадный ритм и тесно связана с механизмами контроля, регулирующими циркадную экспрессию. Ayers et al. сообщил, что активность NOS в почках мышей демонстрирует четкие циркадные вариации. Самый высокий уровень наблюдался в темный период, а самый низкий уровень — в светлый период. 98 Кроме того, активация NOS опосредует эффекты сдвига фазы мелатонина и 5-гидрокситриптамина на циркадный кардиостимулятор супрахиазматических ядер (SCN) у крыс. 99 Более того, в качестве ключевых регуляторов циркадного временного процесса уровни miRNA-219 и miRNA-132 в SCN обнаруживают выраженный ритм, наивысший уровень которого наблюдается в течение субъективного дня. 100 Кроме того, несколько miRNA участвуют в модуляции периферического циркадного ритма в печени мышей. 101,102 Циркадные ритмы наблюдались в случаях цереброваскулярных заболеваний, артериальных заболеваний и ишемического инсульта. 103,104 Эти результаты предполагают, что суточные вариации NOS и miRNA могут быть связаны с началом некоторых хронических заболеваний. Следовательно, лучи FIR могут оказывать поразительное терапевтическое воздействие на лечение на основе циркадного ритма.Однако необходимо провести дальнейшие исследования с учетом объективных параметров и достаточного размера выборки на животных моделях и в клинических приложениях, чтобы полностью выявить функциональное влияние циркадных ритмов на FIR-лучи.

Благодарности

Мы благодарим профессора Цзянь Лю за ценные комментарии. Это исследование было поддержано специализированным исследовательским фондом докторской программы высшего образования (20120111110024), фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2012HGCX0003, 2013HGQC0045, JZ2014HGBZ0050), Национальной программой исследований и разработок в области ключевых технологий (2012BAD07B01) и фондами Хуаншань — профессор Технологического университета Хэфэй.

Вклад авторов

LZ предоставил идеи и направления исследований; SS написал разделы о FIR-терапии для сердечно-сосудистых заболеваний, FIR-терапии для DM и FIR-терапии для CKD; XW написал разделы, посвященные FIR-терапии ишемии и FIR-терапии других заболеваний; а JYC обеспечила поддержку программы.

Ссылки

1. Тойокава Х., Мацуи Ю., Ухара Дж., Цутия Х., Тешима С., Накниши Х., Хон А Квон, Адзума Ю., Нагаока Т., Огава Т., Камияма Ю. Стимулирующие эффекты дальнего инфракрасного излучения на заживление ран на коже у крыс.Exp Biol Med (Мэйвуд) 2003; 228: 724–9. [PubMed] [Google Scholar] 2. Хартель М., Хоффманн Дж., Венте М.Н., Мартиньони М.Э., Бухлер М.В., Фрисс Х. Рандомизированное клиническое испытание влияния местного инфракрасного A-излучения с фильтром воды на заживление ран после абдоминальной хирургии. Br J Surg 2006; 93: 952–60. [PubMed] [Google Scholar] 3. Ю СЫ, Чиу Дж.Х., Ян СД, Сюй Ю.К., Луи Вайоминг, Ву CW. Биологическое влияние терапии дальним инфракрасным излучением на усиление микроциркуляции кожи у крыс. Фотодерматол Фотоиммунол Фотомед 2006; 22: 78–86.[PubMed] [Google Scholar] 4. Тей К. Waon-терапия: успокаивающая терапия теплом. Дж Кардиол 2007; 49: 301–4. [PubMed] [Google Scholar] 6. Тей Си, Хорикири Й., Пак Дж.С., Чжон Дж.В., Чанг К.С., Тояма Й., Танака Н. Острое улучшение гемодинамики за счет термической вазодилатации при застойной сердечной недостаточности. Тираж 1995; 91: 2582–90. [PubMed] [Google Scholar] 7. Акасаки Ю., Мията М., Это Х, Ширасава Т., Хамада Н., Иледа Ю., Брио С., Оцудзи Ю., Тей К. Повторная термотерапия активизирует эндотелиальную синтазу оксида азота и увеличивает ангиогенез на модели ишемии задних конечностей у мышей.Circ J 2006; 70: 463–70. [PubMed] [Google Scholar] 8. Исэ Н, Кацуура Т, Кикучи Й, Мива Э. Влияние дальнего инфракрасного излучения на кровоток в коже предплечья. Энн Физиол Антрополь 1987; 6: 31–31. [PubMed] [Google Scholar] 9. Кихара Т., Биро С., Имамура М., Ёсидзюку С., Такасаки К., Икеда Ю., Отудзи Ю., Минаго С., Тояма Ю., Тей К. Повторное посещение сауны улучшает функцию эндотелия сосудов и сердечную деятельность у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. J Am Coll Cardiol 2002; 39: 754–9. [PubMed] [Google Scholar] 10. Су Л.Х., Ву К.Д., Ли Л.С., Ван Х., Лю К.Ф.Влияние стимуляции акупунктурной точки в дальней инфракрасной области на вегетативную активность и качество жизни пациентов, находящихся на гемодиализе. Am J Chin Med 2009; 37: 215–26. [PubMed] [Google Scholar] 11. Остервельд Ф. Г., Раскер Дж. Дж., Этажи М, Раскер Дж. Дж., Флорс М, Ландкрун Р., Ван Ренн Б., Цвейненберг Дж., Ван де Лаар МАФХ, Коэль Дж. Дж. Инфракрасная сауна у больных ревматоидным артритом и анкилозирующим спондилитом. Clin Rheumatol 2009; 28: 29–34. [PubMed] [Google Scholar] 12. Риотокудзи К., Ишимару К., Кихара К., Намики Ю., Ходзуми Н. Влияние точечного облучения подошвенным длинноволновым инфракрасным светом на подкожную температуру и маркеры стресса.Laser Ther 2013; 22: 93–93. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13. Мацумото С., Кавахира К., Это С, Икеда С., Танака Н. Краткосрочные эффекты термотерапии при спастичности на зубцах F большеберцового нерва у пациентов, перенесших инсульт. Int J Biometeorol 2006; 50: 243–50. [PubMed] [Google Scholar] 14. Фустер V, Келли BB. Содействие сердечно-сосудистому здоровью в развивающихся странах: критическая проблема для достижения глобального здоровья, Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press, 2010. [Google Scholar] 16. Имамура М., Биро С., Кихара Т., Ёсифуку С., Такасаки К., Оцудзи Ю., Минаго С., Тояма И., Тей К.Повторная термотерапия улучшает нарушение функции эндотелия сосудов у пациентов с факторами риска коронарных артерий. J Am Coll Cardiol 2001; 38: 1083–8. [PubMed] [Google Scholar] 17. Собадзима М., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Охори Т., Сузуки Т., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х. Повторное посещение сауны улучшает перфузию миокарда у пациентов с хронической окклюзией коронарной артерии, связанной с ишемией. Инт Дж Кардиол 2013; 167: 237–43. [PubMed] [Google Scholar] 18. Охори Т., Нодзава Т., Ихори Х., Шида Т., Собадзима М., Мацуки А., Ясумура С., Иноуэ Х.Влияние повторного посещения сауны на толерантность к физической нагрузке и функцию эндотелия у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Am J Cardiol 2012; 109: 100–4. [PubMed] [Google Scholar] 19. Панза Дж. А., Куиюми А. А., Кисть Дж. Э. младший, Эпштейн С. Е.. Аномальное эндотелий-зависимое расслабление сосудов у пациентов с гипертонической болезнью. N Engl J Med 1990; 323: 22–7. [PubMed] [Google Scholar] 20. Соренсен К., Селермайер Д., Георгакопулос Д., Хэтчер Дж., Беттеридж Д., Динфилд Дж. Нарушение эндотелий-зависимой дилатации является ранним явлением у детей с семейной гиперхолестеринемией и связано с уровнем липопротеинов (а).Журнал клинических исследований 1994; 93 (1): 50–50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Johnstone MT, Creager SJ, Scales KM, Cusco JA, Lee BK, Creager MA. Нарушение эндотелий-зависимой вазодилатации у пациентов с инсулинозависимым сахарным диабетом. Тираж 1993; 88: 2510–6. [PubMed] [Google Scholar] 22. Челермайер Д., Соренсен К., Георгакопулос Д., Булл С., Тормас О, Робинсон Дж., Динфилд Дж. Курение сигарет связано с дозозависимым и потенциально обратимым нарушением эндотелий-зависимой дилатации у здоровых молодых людей.Тираж 1993; 88: 2149–55. [PubMed] [Google Scholar] 23. Анггард Э. Оксид азота: посредник, убийца и лекарство. Ланцет 1994; 343: 1199–206. [PubMed] [Google Scholar] 24. Икеда Й, Биро С., Камогава Й, Йошифуку С., Это Х. Повторное посещение сауны увеличивает экспрессию синтазы оксида азота артериального эндотелия и производство оксида азота у кардиомиопатических хомяков. Circ J 2005; 69: 722–9. [PubMed] [Google Scholar] 25. Пак Дж.Х., Ли С., Чо Д.Х., Пак Ю.М., Кан Д.Х., Джо И. Дальнее инфракрасное излучение резко увеличивает продукцию оксида азота з