LLLTのパラメーター

LLLTのパラメーター

波長・スペクトル(効果)

アルツハイマー病・認知機能改善目的の波長

赤色~近赤外線 一般的には750nm~1200nmの帯域

※1200nmを超えると遠赤外線効果となり、LLLTの効果とは異なってくる。

おそらくこの間に3つのスウィートスポットがある。

このスウィートスポットは太陽の特定波長が大気中で吸収されることで、生じているのだろう。

Vielight810は 810nm

ブログ著者の意見 ベストは830nm、深達度から考えれば850nmもあたりかも。

www.instructables.com/id/LED-helmet-for-dementia-alzheimers-parkinsons/

波長域のによる効果の違い

調べだすと同じ光、視覚的には似たような色であっても波長の違いによってこうも、効果効能が違ってくるのかと正直驚いた。

波長の違いは、10nm単位ぐらいで考えていかないといけない。

波長によっては30nmずれただけで有益性がなくなってしまうぐらいの差がある。

波長ごとの作用を、主に論文を元に簡単にまとめてみた。

研究で使われた波長に依存するので、必ずしもその数字が効果に対しての中央値となるわけではない。

(単位 nm)

紫外線C (100-280)

成層圏で吸収される

紫外線B (280-315)

成層圏のオゾンが吸収

紫外線A (315-400)

340 ヒトケラチノサイト・繊維芽細胞抑制 抗炎症効果

紫色 (380-450)

405    アポトーシスを促進 (注意)

410-420  用量依存的に酸化ストレス

415  にきび治療

430   がん細胞アポトーシス

ブルー (450-495)

453  低細胞分裂速度の低下

470  青の中では長波長 細胞へのダメージも少ない

470  ケロイドの過剰な繊維芽細胞を抑制

グリーン (495-570)

イエロー 570-590)

590    コラーゲンI合成の促進 肌を改善 MMP-1活性が低下(VEGF→MMPs→血管新生)

オレンジ(590-620)

610-650  シワの低減・肌のでこぼこを改善・コラーゲン密度が増加

レッド(620-780)

629      γバンド

620-650  発毛

630         アミロイド-βペプチド誘発の酸化的および炎症反応を抑制

            ROSが増加、繊維芽細胞を不活化

抗アポトーシスタンパク質Bcl-2の発現を増加

メラノサイトを修復

633-830  真皮コラーゲンでMMPsを抑制、MMPs分解酵素活性化

650-660  ヘアマックス

655    毛髪密度が増加

670   DNA修復タンパク質、抗酸化酵素、分子シャペロンをコードする遺伝子の発現調節

688    Bバンド

759-771    Aバンド ミトコンドリアの活性化がない  大気中の酸素によって吸収される波長

近赤外線 (780-1400 

808 中枢神経系において最も浸透する波長

810 Vielight 810

820 変形性関節症患者の痛みを緩和

830 骨の修復

850  mtor活性 筋肥大

900  炎症性サイトカインの産生抑制

ハンブリン博士の話によると、多少の違いはあっても赤色である630nm帯、遠赤外線810nm帯も、それほど大きな違いはないらしい。いずれも同様にミトコンドリアの賦活作用がある。

そうなってくると、LLLTの波長の違いは異なる浸透度によって活性化される組織部位の違いになってくる。これはアルツハイマー病患者にとっては重要な違いとなる。

太陽エネルギーのスペクトラム

Solar irradiance spectrum above atmosphere and at surface

810nmよりも633nmの照射が高いBDNFを発現させる。

www.jneurosci.org/content/33/33/13505.long

波長・スペクトル(脳への浸透度)

LLLT治療は、標的部位への距離の問題が常につきまとう。

光が組織内部へ浸透するにつれ対数的に減衰していくため、標的細胞、標的脳部位までの距離があると治療効果が一気に減じてしまう。

大雑把に言うと、仮に組織下3cmで照射エネルギーが100分の1に減衰するのであれば、6cm先だと1万分の1まで減衰する。

※実際は組織部位や頭蓋骨などによって、光の浸透度合が異なるので計算はもっとややこしい

パーキンソン病へのLLLT治療の場合、標的である脳幹まで80~100mmと照射させる浸透距離が長く、近赤外線療法の神経保護効果は限定的。

以下の論文では、パーキンソン病に対して光ファイバーの必要性が検討されている。

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4707222/

ご存知のようにアルツハイマー病の場合、一般的に海馬周辺域に目立った障害が起こる。

海馬も頭部の中心に座位しており、外部から照射するだけではほとんど効果をおよぼさない。そこで照射出力をあげて影響を及ぼそうとすると、照射デバイスからより距離の近い脳領域が過剰に照射されて障害を受けてしまう問題がでてくる。

そこで、考えられたのが、鼻の奥に照射デバイスを差し込んで、そこから光を照射することで海馬や嗅内皮質までの距離を縮めようというアイディアだ。

ここも、LED技術の進歩によるところが大きいが、鼻腔内に入れられるほど小さくて大きな照射量をもつLED素子が今では非常に安価な値段で入手できる。

また、アルツハイマー病は、その進行過程で皮質などにも広く障害がおよぶ一方で、皮質の障害領域にも特異性がある。そこで頭皮上の外部から直接照射することで、治療効果をもちうるのではないかとも考えられている。

波長による光浸透距離の違い

LLLT全般では、600~1070nm

波長により組織へ浸透する深さが異なってくる。

表面組織治療 600~700nm

深部の組織治療 780~950nm

毛髪促進や小じわの改善に用いられる630nm帯の赤色は、ほとんど透過しない。

808nmの光がもっと脳を深く浸透する。(40~50mm)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25772014

1000~1100nmが最も脳への浸透深度をもつ。

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12118601

heelspurs.com/a/led/skin_great_2005.pdf

エネルギー密度 

エネルギー密度とパワー密度によって治療の有効性が大きく異なってくる。

閾値があり低すぎると治療効果は現れず、強すぎると有害な効果が利益を上回ってしまう。

脳以外の組織は、1000mw/cm2あたりが限界

脳への安全限界は 100mW/cm2 あたり ※閾値範囲が他の組織よりも狭い

ちなみに太陽のエネルギー密度はピークが100mw/cm2を超えるぐらいだが

その太陽光に含まれる近赤外線に限ると、全波長の約40%であるため30mw~40mw/cm2 あたりになる。

さらに近赤外線の中の特定の波長に絞るなら、10mw/cm2もないだろう。

閾値内であれば、基本的には単純な計算で算出できる。

エネルギー密度が半分であれば、照射時間を倍にすることで、照射量と改善効果はほぼ同じとなる。

ただしエネルギー密度を高めると、浸透度は高まるため、標的部位が照射部位から離れている場合は、高出力で短時間で照射したほうが効果的である可能性がある。

一般的に低出力、長時間照射であるほど有害作用は現れにくくなる。

しかし、あまり出力が弱いと今度はデバイスを一日中つけっぱなしにしておかなければならなくなり、生活の快適さの問題がでてくるため、現実的には10~100mw/cm2あたりが、現実的な頭部への低反応レベルレーザー照射治療のエネルギー密度になるだろう。

Vielight-Infrared 810(Brain)は 14 mw/cm2

Vielightの論文資料によると、ベストな波長のコンセンサスは得られていないため、安全をとって14mwを設定しているらしい。

また、動画内で、ロー・リム博士は、個人的な考えと前置きした上で、閾値内であっても高出力は有害性が増し、改善目的には低出力側で十分でベストだと述べている。

LLLTの専門家 ハンブリン博士の意見

多くの人は過剰にLEDを浴びせすぎている。

おそらく10~20mw/cm2の間が有益性の高い領域だろう。

2mw/cm2、40mw/cm2も、効果があるだろうが、微妙だ。

照射量

一日4~6ジュール/cm2 が回復のためのベストな用量

100mw/cm2  1ジュール = 10秒

30mw/cm2 1ジュール ≒ 30秒  4~6ジュールは2分~3分となる。

10mw/cm2 1ジュール = 100秒

われわれの祖先は、平均線量一日数百ジュール/cm2の太陽光を浴びていた。

ハンブリン博士

10ジュールが穏当なところだろう。100ジュールは多過ぎる。

2J/cm2でBDNFが有意に増加、

www.jneurosci.org/content/33/33/13505.long

口腔粘膜炎治療 6J/cm2

パルス(点滅)

MITの研究

40Hzパルスによるガンマ波で、(マウスの目に照射)マウス海馬のアミロイドβが40~50%減少。

20~80Hzの他のパルスではこの効果は見られなかった。

news.mit.edu/2016/visual-stimulation-treatment-alzheimer-1207

ハンブリン博士

おそらく10、20、30、40hzの間だ。40Hzは今の時点ではギャンブルだ。

適切なパルスは連続照射よりも効果があるだろうが、非常に大きな差ではない。

ルー・リム博士(Vielightの開発者)

40Hz ガンマ波 記憶障害、アルツハイマー病臨床試験に。

10Hz アルファ波 一般的な脳の健康

vielight.com/wp-content/uploads/2017/02/Vielight-Inventors-Notes-for-Neuro-Alpha-and-Neuro-Gamma.pdf

おそらく40Hzデバイスが、それほど遠くない段階で製品化される気がする。

ブログ著者の意見

パルス(点滅)について。

懐疑的、パルスのメリットはないという研究も多くある。

オンオフの同期を同じ時間間隔で繰り返す場合、照射量が半分になってしまうため、必要量を浴びるためには倍の時間デバイスを装着しなければならないことになる。

パルスは、1~100μ秒の間が理想。さらに言えば、消灯時間の間隔を相対的に短くする。

パルスの目的は、デバイスと照射皮膚の発熱を防ぎ、照射エネルギーを増量させることで浸透度を高めることができる。メリットはそれだけ。

www.instructables.com/id/LED-helmet-for-dementia-alzheimers-parkinsons/

照射角

皮膚に直接接触させて照射しているのであれば、光は細胞内で拡散するため、LEDライトの照射角はそれほど関係ない。

コヒーレント

比較研究では、LEDのような単色非コヒーレント光が、表面組織の傷などの修復には向いている。しかし、より深部組織になるほどレーザーのような単色非コヒーレントではない光がより効果的に作用する。

照射レジメ

外傷性脳損傷マウスへのLLLT照射、Cの14日間連続照射したマウスのWGMTテストスコアが一番悪い。Aの4時間後に一回照射、Bの最初の三日間だけ照射のマウスの(28日後経過後の!)成績がほぼ同レベルの高成績。

画像、イラストなどを保持する外部ファイル。オブジェクト名はpone.0053454.g002.jpgです。

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23308226

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4189010/

論文では外傷性脳損傷の急性期に、LLLTは有効でありえる、と結ばれている。

通常のLLLT治療においても、毎日の連続照射は避けたほうがいいのかもしれない。

照射部位

頭部領域による光浸透距離の違い

人間の死体頭部を用いた研究では!

光の浸透が脳の解剖学的な領域によって異なることがわかった。

側頭領域 0.9%

前頭領域 2.1%

後頭領域 11.7%

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23077622

前頭部と後頭部で10倍も差があるのか…

鼻腔内からの照射は距離だけでなく、組織領域による浸透性の違いもあるかもしれない。

毛髪量

これは神経変性疾患障害治療において、頭髪がある人の脳へ照射する際にだけ関係してくる問題。ハンブリン博士曰く、頭髪は近赤外線をほとんどブロックするそうだ。

毛髪がどの程度近赤外線をブロックするのか、探してみた特にデータは見当たらなかった。

結局、自分で照射計を買って、頭髪を挟んでLLLTの透過率をあてて調べてみたのだが、毛髪は近赤外線をほとんど遮断してしまうことがわかった。

毛髪促進のLLLTが効果があるのは毛髪同士の隙間から近赤外線が漏れるためであって、毛髪自体はほとんど通さない。

そのため毛髪量にもよるが、毛髪とLEDのちょっとした位置関係により10分の1から100分の1以下にまで減衰してしまう。これだと誤差が大きくて赤外線照射の量を強くして調整するということもできない。

やはり坊主か(笑)

いやいや真面目な話ではあるのだが、毛髪量がある場合、できるだけ髪をかき分けてLEDが直に接するようにするしか方法はなさそうだ。

ビーム形状

照射量計算についての議論

レーザービームは密度が不均一のためジュール/cm2計算は正しい表現ではない。

ビームの不均一性が再現性を難しくしている、とのこと。

www.thorlaser.com/LLLT/calculating-LLLT-dosage.htm

LLLTの投与量3

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