Skuteczna dawka energii w laseroterapii

Terapia laserowa polega na przekazywaniu energii fotonów do komórek w celach leczniczych. Absorpcja tej energii wywołuje różnego rodzaju zjawiska lecznicze, co bardziej szczegółowo zostało opisane w artykule: „Biostymulacja laserowa w fizjoterapii„. Skuteczność biostymulacji laserowej zależy od wielu czynników, przede wszystkim od długości fali wiązki laserowej, ale najważniejszym czynnikiem jest odpowiednia wielkość dawki energii. Celem niniejszego artykułu jest wyjaśnienie znaczenia podstawowych parametrów laserów biostymulacyjnych, które mają wpływ na prawidłową dawkę energii.

Przede wszystkim, dawka energii stosowana w laseroterapii nie może być zbyt duża. Zgodnie bowiem z prawem Arndta-Schultza, jeśli przekazana energia będzie zbyt duża, to korzystne działania biostymulacyjne będą przeradzały się w działania hamujące i opóźniające aktywność biologiczną i biochemiczną, a nawet, przy jeszcze większej dawce, mogą doprowadzić do uszkodzenia tkanki. Mamy tu zatem trzy charakterystyczne efekty wynikające z wielkości bodźca:

  • efekt leczniczy
  • „przestymulowanie” – efekt hamujący/opóźniający leczenie lub obojętny
  • działanie niebezpieczne.

Energia wiązki laserowej

Dawka przekazanej energii zależy od mocy emisyjnej lasera oraz od czasu naświetlania promieniowaniem laserowym. Całkowitą energię wyemitowaną przez laser określa poniższy wzór:

Energia = Moc * Czas

Energia wyrażana jest w dżulach [J], moc w watach [W] i czas w sekundach [s]. W większości opisów, moc podawana jest w miliwatach [mW]. Aby zmienić energię wiązki, możemy nawigować pomiędzy mocą emisji (intensywność) a czasem jej trwania. Obrazuje to poniższy rysunek, na którym pole powierzchni (E) obu prostokątów (o bokach P i T) jest jednakowe.

Energia wiązki laserowej

Emisja impulsowa i cykl pracy

Lasery lecznicze mogą emitować wiązkę w sposób ciągły lub impulsowo, czyli w sposób przerywany w formie impulsów o określonej częstotliwości. W przypadku emisji ciągłej, czas pochłaniania energii lasera odpowiada czasowi trzymania głowicy lasera nad tkanką w trakcie zabiegu. W przypadku emisji impulsowej, czas ten zmniejsza się dodatkowo z uwagi na przerwy pomiędzy impulsami. Jeśli chcemy zachować taką samą dawkę energii przy emisji impulsowej, jak przy emisji ciągłej, to albo musimy zwiększyć moc emisji wiązki albo musimy zwiększyć czas zabiegu.

Efektywną emisję światła w trybie impulsowym charakteryzuje parametr zwany cyklem pracy (lub współczynnikiem modulacji), który wyraża stosunek czasu trwania impulsu do okresu drgań (czasu cyklu). Wyjaśnia to poniższy rysunek.

Laser leczniczy - cykl pracy

Cykl pracy równy 100% oznacza emisję ciągłą. Gdy cykl pracy jest mniejszy od 100%, to dawkę energii można wyrazić wzorem:

Energia = Moc * Czas * Cykl pracy

lub

Energia = Moc średnia * Czas      gdzie: Moc średnia = Moc  * Cykl pracy

Jednak to, ile wyemitowanej energii zostanie faktycznie pochłonięte przez chorą komórkę zależy jeszcze od wielu innych czynników.

Rozkład energii fotonów

Przede wszystkim, zanim światło dotrze do konkretnej komórki, musi się „przebić” przez inne komórki oraz przez przestrzeń międzykomórkową. Część energii fotonów zostanie zaabsorbowana np. przez wodę i zamieniona na ciepło. Część światła zmieni kierunek przepływu w wyniku zjawisk rozpraszania i odbicia, zarówno na powierzchni skóry jak i wewnątrz struktur tkankowych. I w końcu, część tej energii zostanie zaabsorbowana na potrzeby procesów leczniczych innych komórek, które skorzystają z dobrodziejstw wiązki laserowej po prostu wcześniej.

Jeśli laser emituje energię składającą się ze skończonej sumy wszystkich fotonów o określonej energii, to ilość fotonów, które dotrą do leczonych komórek zależy generalnie od następujących czynników:

  • rozmiar plamki laserowej (spot size) – powierzchnia skóry objętej wiązką laserową,
  • głębokość, na której znajdują się komórki od powierzchni skóry,
  • fototyp – właściwości optyczne skóry (np. karnacja) lub zmiany skórnej.

Jeśli leczeniu podlega jakiś obszar tkanki na określonej głębokości, to nie tyle istotna jest tutaj wielkość emitowanej energii, ale to, przez jak dużą powierzchnię skóry ta energia zacznie wnikać do organizmu, zanim dojdzie głębiej.

Gęstość mocy i energii

Podstawowym parametrem energetycznym decydujący o skuteczności, czasie i bezpieczeństwie terapii jest gęstości mocy (W/cm2) światła laserowego, którą obrazowo przedstawia poniższy rysunek.

Laseroterapia - gęstość mocy i energii

Gęstość mocy nie może jednak przekroczyć pewnego poziomu progowego, nawet jeśli znacząco ograniczymy czas ekspozycji tkanki. W przeciwnym razie, jak opisano to zostało wcześniej, może to doprowadzić do „przestymulowania” tkanki. Innymi słowy, nawet wiązka o bardzo niskiej energii może być nadmierna, jeśli zostanie skoncentrowana na zbyt małym obszarze.

Wielkością fizyczną, która najlepiej odzwierciedla dawkę promieniowania laserowego jest gęstość energii (J/cm2), która jest wprost proporcjonalna do intensywności wiązki laserowej oraz czasu jej emisji na jednostkę powierzchni.

Jeśli chcemy uzyskać właściwy efekt biostymulacyjny na danym obszarze leczenia, to musimy tak dobrać wszystkie parametry czasowo-przestrzenno-energetyczne urządzenia, aby leczony obszar był naświetlany wiązką o określonej gęstości energii i przez właściwy okres czasu.

Na efekt „przestymulowania” narażone są przede wszystkim komórki znajdujące się najbliżej powierzchni skóry, gdyż gęstość mocy maleje wraz z głębokością za sprawą absorpcji energii części fotonów przez komórki znajdujące się wyżej a także z uwagi na zjawiska absorpcji cieplnej i zjawiska odbicia i rozpraszania światła.

Wszystko to osłabia efekt leczniczy na większych głębokościach, a sam efekt cieplny może być też niebezpieczny, przy czym nie tyle jest to skutek „przestymulowania”, co skutek „przegrzania”. Wiązka laserowa o gęstości energii 10 J/cm2 jest w stanie w ciągu 15 sekund zwiększyć temperaturę tkanki o wartość 2 ºC a nawet więcej.

Efekt „przestymulowania” nie musi oznaczać czegoś niebezpiecznego. Biostymulacja laserowa odnosi się do komórek chorych, które potrzebują z zewnątrz pewnej dawki energii, aby się „podnieść” ze stanu chorobowego. Aby efekt leczniczy był skuteczny, dawka ta nie może być zbyt duża, ale jeśli będzie zbyt duża tylko dla komórek zdrowych znajdujących się wyżej, to nic złego stać się nie musi. Zdrowe komórki nie wymagają leczenia, więc brak efektu leczniczego im nie zaszkodzi. Ważne tylko, aby oddziałująca na nie dawka energii nie przekroczyła pewnego poziomu bezpieczeństwa.

Taka bezpieczna dawka energii dla tkanek o większej wrażliwości jest często przyjmowana jako wartość maksymalnie do 6J/cm2 w ciągu 1 minuty, co odpowiada gęstości mocy 100 mW/cm2. Przekroczenie tej dawki może skutkować podrażnieniami skóry lub nawet pewnymi dolegliwościami bólowymi.

Częstotliwość impulsów

Niektóre lasery biostymulacyjne wykorzystujące emisję impulsową pozwalają na określenie częstotliwości impulsów. Jeśli parametr cykl pracy został ustawiony na stałą wartość, to częstotliwość impulsów nie ma w zasadzie wpływu na wielkość efektywnej dawki energii. Wynika to z tego, że przy wzroście częstotliwości impulsów, proporcjonalnie zmniejsza się szerokość (czas trwania) każdego impulsu. Ilustruje to poniższy rysunek, gdzie cykl pracy wynosi 50%.

Częstotliwość impulsów w laseroterapii

Okazuje się jednak, że częstotliwość impulsów ma wpływ na głębokość penetracji światła laserowego. Dzięki zwiększeniu częstotliwości i zarazem zmniejszeniu czasu trwania impulsu, można zwiększyć moc (amplitudę) wiązki laserowej bez narażenia tkanki na efekt przegrzania, co pozwala na zwiększenie głębokości oddziaływania wiązki laserowej nawet o 50%. Można to uzyskać już dla częstotliwości powyżej 2 500 Hz.

Sposób aplikowania

Dawka energii, jaką powinniśmy zastosować przy określonej plamce laserowej zależy od tego, jak głęboko znajduje się leczona tkanka, co jak opisano wcześniej, wynika z rozkładu energii (a właściwie gęstości mocy) na poszczególnych głębokościach tkanki. Jeśli chora tkanka znajduje się głęboko, to dawka powinna być duża, a jeśli znajduje się blisko powierzchni skóry (np. staw łokciowy), to dawka powinna być mała. Pamiętajmy, że na głębokości 1 cm, światło lasera może stracić nawet 90% swojej energii.

Zastosowania laseroterapii są ograniczone do przypadków, gdy ognisko chorobowe nie znajduje się zbyt głęboko, gdyż skuteczna dawka lecznicza dla takich głębokich tkanek mogłaby być zbyt niebezpieczna dla tkanek przy powierzchni skóry. W takich wypadkach, lepiej sprawdzają się inne metody fizjoterapii, jak np. terapia TECARprądy interferencyjne, magnetoterapia, czy głęboka stymulacja elektromagnetyczna.

Rozkład energii leczniczego światła lasera odnosi się również do wielkości leczonego obszaru, którego powierzchnia przekracza zazwyczaj rozmiar plamki laserowej. W takich wypadkach, naświetlanie laserem ma charakter rozległy i może być przeprowadzane dwoma metodami:

  • metoda punktowa,
  • skanowanie.

Laseroterapia - metoda punktowa i skanowanieMetoda punktowa polega na kolejnym, sekwencyjnym naświetlaniu obszarów punktowych na zasadzie punkt po punkcie (plamka po plamce). Punkty takie często bezpośrednio sąsiadują ze sobą. Wyróżnia się tu ponadto technikę kontaktową, gdzie głowica sondy ściśle dotyka skóry oraz bezkontaktową, gdzie głowica jest oddalona od skóry lub rany na pewną odległość.

Metoda skanowania polega na płynnym przesuwaniu plamki lasera po całym leczonym obszarze. Może to się odbywać ruchem np. kołowym, dośrodkowym lub linia po linii.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *