Fotobiomodulaatio, usein lyhennettynä PBM, ei tarkoita vain valon suuntaamista iholle. Menetelmä perustuu siihen, että tietyt punaisen ja infrapunavalon aallonpituudet voivat vaikuttaa biologisiin prosesseihin aina solutasolle asti. Kun tutkimusta lukee, moni asia osoittaa samaan suuntaan: keskeinen mekanismi näyttää käynnistyvän mitokondrioissa.

Mitokondrioita kutsutaan usein solun energiatehtaiksi. Niissä solu tuottaa ATP:tä, joka on energian “valuutta”, josta lähes kaikki biologiset prosessit ovat riippuvaisia. Jos mitokondriot toimivat tehokkaammin, sillä voi olla merkitystä kaikessa palautumisesta ja kudoskorjauksesta ihon toimintaan ja siihen, miten solut reagoivat kuormitukseen.

Siksi fotobiomodulaatiota ei pidä ymmärtää yleisenä valohoitona, jossa kaikki valo tekee samaa. Vaikutus liittyy erityisesti tiettyihin aallonpituuksiin, tiettyihin annoksiin ja tiettyihin kohteisiin solussa.

• tavallinen huonevalo
• pelkkä lämpö
• epämääräinen hyvinvointi
• satunnainen altistus ilman tavoitetta ja annosta

Fotobiomodulaatio solutasolla

Solutasolla fotobiomodulaatio kuvataan biologisena vasteena valoenergiaan. Ratkaisevaa on, että valo absorboituu kudoksen molekyyleihin, jotka voivat muuntaa tämän energian kemiallisiksi ja sähköisiksi muutoksiksi. Tutkimuskirjallisuudessa tällaisia valoherkkiä molekyylejä kutsutaan kromoforeiksi.

Nisäkässoluissa useat katsausartikkelit viittaavat siihen, että mitokondriot ovat tärkein paikka tälle absorptiolle. Tarkemmin esiin nostetaan entsyymi cytochrome c oxidase, joka on osa hengitysketjun kompleksia IV. Tässä fotobiomodulaatiosta tulee kiinnostavaa, koska mekanismi ei liity ensisijaisesti pintaan, vaan solun energia-aineenvaihduntaan.

Tämä on tärkeä ero.

Kun punainen ja infrapunavalo osuu kudokseen, osa energiasta voi siis yltää solunsisäisiin kohteisiin, jotka vaikuttavat hengitykseen, redox-tasapainoon ja viestiaineisiin. Tämä biologinen selitys tekee PBM:stä erilaisen kuin valo, jota käytetään vain valaistukseen tai lämmittämiseen.

Mitokondriot punaisen ja infrapunavalon kohteena

Mitokondriot tuottavat ATP:tä elektroninsiirtoketjun kautta. Siinä elektroneja siirretään useiden kompleksien välillä mitokondrion sisäkalvolla, ja tämä prosessi rakentaa protonigradientin. Protonigradientti puolestaan ajaa ATP-syntaasi-entsyymiä, joka muodostaa ATP:tä.

Useat lähteet viittaavat siihen, että punainen ja infrapunavalo voivat stimuloida kompleksin IV eli cytochrome c oxidase -entsyymin aktiivisuutta. Kun tähän entsyymiin vaikutetaan, mitokondrioiden hengityksen nopeus ja tehokkuus voivat muuttua. Tämä tekee mekanismista hyvin konkreettisen: valo ei liity vain epämääräiseen hyvän olon tunteeseen, vaan tiettyyn entsyymiin tietyssä vaiheessa solun energiantuotantoa.

Yksinkertainen tapa hahmottaa mekanismi on tämä:

Taulukkoa tulee lukea yksinkertaistuksena. Biologia on harvoin lineaarista, ja vaste riippuu solutyypistä, kudoksen tilasta ja valoannoksesta. Silti juuri tämä ketju valon absorptiosta muuttuneeseen mitokondriotoimintaan on yksi tutkimuksen toistuvimmista selityksistä.

Cytochrome c oxidase ja kompleksi IV hengitysketjussa

Cytochrome c oxidase on elektroninsiirtoketjun viimeinen entsyymikompleksi. Sen tehtävä on siirtää elektroneja eteenpäin hapelle, jotta mitokondriaalinen hengitys voi jatkua. Kun entsyymi toimii tehokkaasti, se tukee koko energiaa tuottavaa prosessia.

PubMedin katsausartikkelit kuvaavat juuri tätä entsyymiä fotobiomodulaation keskeiseksi fotoreseptorikohteeksi. Joissakin artikkeleissa korostetaan myös, että kompleksin IV stimulointi voi lisätä katalyyttistä aktiivisuutta ja siten tukea ATP:n muodostumista. Tämä selittää pitkälti, miksi PBM:stä puhutaan niin usein energian, palautumisen ja solutoiminnan yhteydessä.

ATP-synteesi ja muuttunut solun energia

ATP ei ole vain “enemmän energiaa” väljässä merkityksessä. ATP on suora energianlähde, jota solut käyttävät lihassupistuksiin, ionipumppuihin, proteiinisynteesiin, kalvojen korjaukseen ja monien signalointireittien säätelyyn. Kun mitokondriot tuottavat ATP:tä tehokkaammin, solulla voi olla paremmat edellytykset toimia.

Se ei tarkoita, että mikä tahansa valohoito automaattisesti tuottaa voimakkaan biologisen vaikutuksen. Eikä se tarkoita, että kaikki solut reagoivat samalla tavalla. Mutta se selittää, miksi fotobiomodulaatio yhdistetään usein kuormittuneeseen kudokseen, palautumiseen rasituksen jälkeen ja prosesseihin, joissa energiantarve on suuri.

Sen voi sanoa hyvin yksinkertaisesti: jos solulla on parempi pääsy siihen energiaan, jota se on jo “suunniteltu” käyttämään, se pystyy helpommin tekemään normaalia työtään.

Typpioksidi ja mitokondriaalinen redox-signalointi

Toinen keskeinen tutkimuslinja liittyy typpioksidiin ja mitokondriaaliseen redox-signalointiin. Tässä fotobiomodulaatio on muutakin kuin pelkkää ATP:tä. Solu käyttää nimittäin myös pieniä kemiallisia signaaleja säädelläkseen, miten se reagoi stressiin, happiolosuhteisiin ja vaurioon.

Joissakin tutkimusartikkeleissa kuvataan, että cytochrome c oxidase ei ole mukana vain energiantuotannossa, vaan liittyy myös typpioksidiin. Osa hypoteesia on, että valo voi vaikuttaa typpioksidin sitoutumiseen entsyymissä, jolloin hengitys helpottuu. Kun tämä esto vähenee, elektroninsiirto voi edetä vapaammin.

Samalla redox-tasapainossa voi tapahtua muutoksia. Se kuulostaa tekniseltä, mutta perusajatus on yksinkertainen: solu havaitsee pieniä siirtymiä hapettumisen ja pelkistymisen välillä ja käyttää niitä signaaleina. Näillä signaaleilla voi olla merkitystä geeniekspressioon, tulehdukseen, solunsuojaukseen ja kudoskorjaukseen.

Tässä fotobiomodulaatiosta tulee tutkimuksessa erityisen kiinnostavaa, koska vaikutus ei liity vain välittömään energiaan, vaan myös siihen, miten solu säätelee itseään sen jälkeen.

Miksi stressaantuneet solut voivat reagoida fotobiomodulaatioon eri tavalla

Kirjallisuudessa tärkeä huomio on, että terveet ja kuormittuneet solut eivät välttämättä reagoi samalla tavalla. Solulla, joka toimii jo lähellä normaalia, voi olla vähemmän “saatavaa” kuin solulla, joka on metabolisesti kuormittunut tai toimii heikommissa olosuhteissa.

Tämä voi osaltaan selittää, miksi PBM:ää tutkitaan usein yhteyksissä, jotka liittyvät palautumiseen, tulehdukseen, haavan paranemiseen ja kudokseen, joka on ollut kuormituksen kohteena. Tällöin energiantuotannon ja signalointireittien muutos voi olla käytännössä merkityksellisempi kuin kudoksessa, joka on jo täysin hyvin toimiva.

Siksi on järkevää ajatella biologista lähtötilannetta, ei vain lampun tai laitteen tyyppiä.

• Terveet solut: reagoivat usein hillitymmin, koska energiatila on jo vakaa
• Stressaantuneet solut: voivat olla vastaanottavaisempia hengityksen ja ATP:n muodostumisen muutoksille
• Kuormittunut kudos: voi tarvita enemmän tulehduksen säätelyä ja korjaantumista
• Annos: sekä liian vähäinen että liian suuri valomäärä voi tuottaa heikommin havaittavan hyödyn

Aallonpituudet, kudokseen tunkeutuminen ja annos valohoidossa

Kun puhutaan punaisesta ja infrapunavalosta, kyse ei ole vain väristä, vaan aallonpituudesta. Eri aallonpituudet tunkeutuvat kudokseen eri tavoin ja vuorovaikuttavat eri tavoin biologisten rakenteiden kanssa. Punaista valoa käytetään usein pinnallisempiin kohteisiin, kun taas infrapunavalo yhdistetään tyypillisesti syvempiin kudoksiin.

Se ei tarkoita, että “syvempi” olisi aina parempi. Valinta riippuu tavoitteesta. Iho, pinnalliset haavat ja kosmeettiset tavoitteet voivat vaatia eri lähestymistapaa kuin lihakset, jänteet tai nivelen läheiset rakenteet. Biologinen mekanismi on samankaltainen, mutta valon reitti kudoksen läpi ei ole sama.

Annos on vähintään yhtä tärkeä kuin aallonpituus. Tyypillisesti tarkastellaan tehoa, säteilytysaikaa, etäisyyttä, hoitoaluetta ja kokonaisenergiaa. Kaksi laitetta voi käyttää punaista tai infrapunavaloa, mutta silti antaa käytännössä hyvin erilaista hoitoa.

Siksi laitteita arvioidessa on järkevää katsoa markkinointia pidemmälle.

• dokumentoidut aallonpituudet
• ilmoitettu teho ja energiatiheys
• CE-hyväksyntä
• selkeät käyttöohjeet
• käyttö oikealle kehon alueelle

Mitä mekanismi voi tarkoittaa palautumiselle, iholle ja kudoksille

Kun tutkimus yhdistää fotobiomodulaation mitokondrioihin, kyse ei ole yhdestä ainoasta vaikutuksesta. Kyse on siitä, että solun energiajärjestelmä vaikuttaa moniin toimintoihin samanaikaisesti. Kudoksen, jonka pitää korjata itseään, rauhoittaa ärsytystä tai palauttaa normaali toiminta, on oltava riippuvainen energiasta ja signaloinnista.

Siksi PBM:ää tutkitaan muun muassa suhteessa:

• lihakset ja palautuminen
• haavan paraneminen
• ihon rakenne
• tulehdukselliset prosessit
• kudosten uusiutuminen

Ihon alueella parempi solutason aktiivisuus voi olla relevanttia prosesseissa, joihin liittyy kollageeni, korjaantuminen ja paikallinen verenkierto. Lihaksissa ja jänteissä painopiste on usein palautumisessa kuormituksen jälkeen ja normaalien paranemisprosessien tukemisessa. Tutkimuksessa myös tulehdusta vähentäviä vaikutuksia kuvataan relevanttina suuntana, mutta vaste riippuu tilanteesta eikä sitä pidä ymmärtää samanlaiseksi kaikissa tiloissa.

Keskeistä on, että mekanismi osoittaa takaisin mitokondrioihin. Ei kaiken kattavana selityksenä, vaan vahvimpana biologisena lähtökohtana.

Fotobiomodulaation käytännön käyttö kotona ja klinikalla

Käytännössä fotobiomodulaatiota on sekä valohoitona että lääketieteellisenä laserina. Molemmissa hyödynnetään kohdennettua valoa, mutta toteutus voi olla erilainen sen mukaan, onko tavoitteena pieni, tarkka alue vai suurempi hoitokenttä. Käsikäyttöisiä laitteita, padeja, maskeja ja suurempia applikaattoreita käytetään siksi eri tarpeisiin.

Kotikäytössä on usein etu, jos laite tekee oikean etäisyyden, hoitoajan ja sijoittelun pitämisestä helppoa. Kliinisessä käytössä tarve voi olla suurempi joustavuus, tarkempi annostelu tai pääsy useampiin applikaattorityyppeihin. Muodosta riippumatta pyritään samaan biologiseen periaatteeseen: toimittamaan kudokseen sopiva määrä punaista tai infrapunavaloa, jotta solujen vaste voidaan aktivoida.

Laitetta valitessa kannattaa erityisesti pitää silmällä neljää asiaa:

• Turvallisuus: valitse laite, jossa on CE-hyväksyntä ja selkeät käyttöohjeet
• Tarkoitus: kasvot, nivelet, lihakset ja suuremmat kehon alueet eivät aina vaadi samaa ratkaisua
• Käyttötapa: lyhyet, säännölliset hoidot on usein helpompi pitää rutiinina kuin satunnainen käyttö
• Dokumentaatio: ilmoitetut tekniset tiedot helpottavat arvioimaan, mitä laite oikeasti tuottaa

Hyödyllisin kysymys on harvoin se, “toimiiko” valo yleisesti. Parempi kysymys on: mikä valo, millä annoksella, mihin kudokseen ja millä biologisella tavoitteella. Kun fotobiomodulaatiota katsotaan tämän linssin läpi, mitokondriot eivät ole sivuhuomio, vaan koko asian ydin.