Laser therapy in inflamation: mechanisms, techniques and instrumentation

Abstract

O objectivo deste projecto foi avaliar a influência dos parâmetros de irradiação no tratamento por terapia laser de baixa intensidade (LLLT – Low Level Laser Therapy) da fase aguda da inflamação do músculo esquelético, através da medição da expressão de citocinas na circulação sistémica e da análise histológica de amostras de tecido muscular. Embora as nossas experiências não tenham sido concebidas para validar qualquer um dos mecanismos de acção da LLLT, pretendemos discutir seus resultados no âmbito do mecanismo celular de actualmente mais aceite, que se baseia no papel da Citocromo C Oxidase (COX), como foto-aceitador primário da radiação vermelha e infravermelha próxima. Utilizámos ratos Wistar com uma inflamação controlada induzida no músculo gastrocnémio. Os animais foram tratados com irradiação laser contínua (980 e 830 nm) e pulsada (830 nm) bem como com irradiação LED contínua (850 nm). Os animais foram divididos em cinco grupos por comprimento de onda (10, 20, 30, 40 e 50 mW), além de um grupo de controlo. A LLLT foi aplicada durante cinco dias, com tempo de irradiação e área irradiada constante. As citocinas TNF-α, IL-1β, Il-2 e IL-6 foram quantificadas por ELISA. As células inflamatórias foram contadas através de microscopia. Metodologia idêntica foi usada com iluminação pulsada. A potência média (40 mW) e o ciclo de trabalho - “duty cycle” - (80%) foram mantidos constante para cinco frequências de impulsos (5, 25, 50, 100 e 200 Hz). Na irradiação com luz não-coerente (LED), usámos apenas um valor de potência radiante (40 mW). Para irradiação contínua, ocorreram efeitos de tratamento para todas as doses, com redução das citocinas TNF-α, IL-1 β e IL-6 e do número de células inflamatórias. A irradiação contínua para o comprimento de onda 830 nm foi mais eficaz, um resultado explicado pelo espectro de acção da citocromo c oxidase. Os melhores resultados foram obtidos para a potência de 40 mW, com os dados a sugerir uma resposta de dose bifásica. A irradiação pulsada só foi eficaz para as frequências mais altas, um resultado que pode estar relacionado com as constantes de taxa do processo de transferência interno de electrões na COX. A irradiação LED não produziu um efeito de tratamento quando comparada com os controlos.

The objective of this project was to evaluate the influence of irradiation parameters on the Low Level Laser Therapy (LLLT) treatment of the acute phase of skeletal muscle inflammation, through the measurement of cytokines expression in systemic serum and analysis of muscle tissue. Although our experiments were not designed to validate any of the LLLT action mechanisms, we intended to discuss their results in the framework of the currently most accepted LLLT cellular-level mechanism, which is based on the role of Cytochrome C Oxidase (COX) as a primary photo-acceptor to red and near-infrared radiation We used Wistar rats with a controlled inflammation induced in the gastrocnemius muscle. The animals were treated using continuous (830 and 980 nm) and pulsed laser illumination (830 nm) as well as continuous LED illumination (850 nm). Animals were divided into five groups per wavelength (10, 20, 30, 40 and 50 mW), plus a control group. LLLT was applied during five days, with constant irradiation time and area. TNF-α, IL-1β, IL-2 and IL-6 cytokines were quantified by ELISA. Inflammatory cells were counted using microscopy. Identical methodology was used with pulsed illumination. Average power (40 mW) and duty cycle were kept constant (80%) at five frequencies (5, 25, 50, 100 and 200 Hz). When irradiating with non-coherent (LED) light, we used only a radiant power of 40 mW. For continuous irradiation, treatment effects occurred for all doses, with reduction of TNF-α, IL-1β and IL-6 cytokines and number of inflammatory cells. Continuous irradiation at 830 nm was more effective, a result explained by the action spectrum of cytochrome c oxidase. Best results were obtained for 40 mW, with data suggesting a biphasic dose response. PW irradiation was only effective for higher frequencies, a result that might be related to the rate constants of COX internal electron transfer process. LED irradiation did not produce a treatment effect when compared with controls.