فرزاد صالح پور؛ کارشناس ارشد فیزیک پزشکی
سهم نور در تاریخ پزشکی با ورود علم و فن آوری‌های نوظهور تکامل پیدا کرده است.
اندک زمانی پس از ساخت نخستین لیزر جامد توسط Theodore Maiman در سال 1960 و نخستین لیزر گازی توسط علی جوان در سال 1961، محققان به استفاده از نور لیزر در زمینه‌های مختلف پزشکی علاقمند شدند.
اصلاح "تحریک زیست نوری" (Photobiostimulation or Photobiomodulation, PBM)، نخستین بار توسط آندره مستر (Endre Mester) جراح مجارستانی در سال 1965 معرفی شد.
در سال 1967، مطالعه مستر بر روی موش‌های آزمایشگاهی منجر به کشف اثرات تحریک زیستی لیزرهای کم توان از طریق افزایش متابولیسم سلولی شد و بدین ترتیب نقش درمانی این روش نوپا در علم پزشکی به طور رسمی نمایان گردید.
به دنبال مطالعات اولیه در زمینه تعیین مکانیسم‌های سلولی دخیل در این روش تحریک نوری نقش حیاتی اندامک میتوکندری مشخص شد.
آنزیم سیتوكروم C اكسیداز به عنوان اصلی‌ترین گیرنده نوری مستقر در غشاء داخلی میتوکندری در طیف نور قرمز و مادون قرمز جذب فوتون بالایی از خود نشان می‌دهد.
مطالعات نشان داده است که طیف عملی پاسخ‌های فوتو بیولوژیکی برای افزایش تکثیر سلولی بر طیف جذب سیتوكروم C اكسیداز منطبق است.
به دنبال این یافته‌ها محققان در پی کشف مکانیسم اثر اولیه تحریک زیست نوری بودند که در دهه 80 میلادی افزایش تولید ATP درون سلولی به عنوان اصلی‌ترین مکانیسم عمل مطرح شد.
در گام اول جذب یک فوتون نور قرمز و یا مادون قرمز توسط آنزیم سیتوكروم C اكسیداز باعث افزایش پتانسیل غشاء میتوکندری، افزایش سنتز ATP و همچنین تغییر در مقادیر گونه‌های فعال اکسیژن، یون کلسیم و نیتریک اکسید درون سلولی می‌شود.
از طرفی به دلیل وجود یک ارتباط سیگنالینگ بین میتوکندری و هسته، فعالیت پروتئین Activator Protein-1 و NF-κB بواسطه تغییر در نفوذپذیری و شار یونی غشاء سلول تحت تأثیر قرار گرفته و این امر خود منجر به شروع فعالیت برخی مسیرهای مکمل تنظیم بیان ژنی درون هسته می‌شود (شکل 1).
تحریک زیست‌نوری فراجمجمه‌ای
تحریک زیست نوری مغز (Brain PBM) یکی از کاربردهایی است که در دو دهه اخیر مورد توجه ویژه متخصصین مغز و اعصاب، روانپزشکان، نوروفیزیوتراپیست ها و متخصصین توانبخشی شناختی و حرکتی قرار گرفته است.
نتایج حاصل از جستجوی منابع پایگاه‌های علمی Web of Science و PubMed تا ابتدای ماه جولای سال 2019، شتاب فزاینده‌ی تحقیقات صورت گرفته در این حیطه درمانی نوپا را نشان می‌دهد (شکل 2).
در این روش به منظور رساندن پرتوهای نور به قسمت‌های مختلف بافت مغز از روشهای تابش فراجمجمه‌ای (Transcranial) و درون جمجمه‌ای (Intracranial) و همچنین تابش از طریق حفره بینی (Intranasal)، حفره دهان (Intraoral)، و کانال گوش (Intraaural) استفاده می‌شود (شکل 3).
لازم به ذکر است که از میان روشهای مذکور، تنها روش تابش درون جمجمه‌ای به عنوان روشی تهاجمی مطرح می‌باشد؛ با اینحال مطالعات 5 سال اخیر، ایمنی و اثربخشی این روش را در مدل‌های حیوانی بیماری پارکینسون آشکار ساخته‌اند.
با افزایش سن و کاهش عملکرد میتوکندری، سلولهای عصبی به دلیل نیاز بالای خود به انرژی در معرض آسیب هستند.
همچنین این نیاز در شرایط نوروپاتولوژیکی نظیر بیماری‌های نورودژنراتیو و همچنین بیماری‌های روانی از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد.
به طور کلی افزایش نرخ متابولیسم مغز و مصرف اکسیژن و به دنبال آن افزایش تولید ATP به عنوان اصلی‌ترین مکانیسم نوروبیولوژیکی دخیل در این روش درمانی مطرح می‌باشند.
مطالعات بسیاری افزایش آنی و همچنین طولانی مدت و پایدار جریان خون مغزی را به دنبال تحریک زیست نوری مغز نشان داده‌اند.
تحریک زیست نوری فراجمجمه‌ای مغز (Transcranial Brain PBM) به دلیل ماهیت غیرتهاجمی و همچنین قابلیت آسان آن به منظور استفاده در مطالعات آزمایشگاهی و کلینیکی به عنوان کاربردی‌ترین روش در این حیطه مطرح می‌باشد.
در این روش پروب منبع نوری بر روی ناحیه‌ی مورد نظر ورای جمجمه قرار داده می‌شود و با شروع تابش بخشی از پرتوهای نور اولیه (به دلیل جذب در پوست سر، استخوان جمجمه و لایه‌های مننژ) به سطح کورتکس مغز می‌رسد.
امروزه منابع نوری مختلفی به منظور تحریک زیست نوری مغز استفاده می‌گردد. به طور عمومی، لیزرهای کم توان کلاس IIIA و IIIB، لیزهای پرتوان کلاس IV، و همچنین دیودهای نورافشان (LEDs) جزو منابع نوری پرکاربرد در این روش تحریک مغزی به شمار می‌روند.
تا بحال، تحقیقات آزمایشگاهی و کلینیکی بسیاری در زمینه‌ی تعیین پارامترهای مؤثر در پروتکل‌های درمانی این روش نوری انجام پذیرفته است.
به طور کلی، به دلیل بهره گیری از پروتوهای نور الکترومغناطیس در این روش تحریک مغزی، پارامترهای فیزیکی/دوزیمتری نظیر طول موج نور، همدوسی، مد تابش (پیوسته و یا پالسی)، توان خروجی، دوز دریافتی و زمان تابش به عنوان اصلی‌ترین فاکتورهای مؤثر بر نتایج درمان مطرح می‌باشند.
همچنین، مطالعات دیگری نیز نقش پارامترهای درمانی نظیر سطح و محل تابش، طول مدت کل درمان، فواصل زمانی بین درمان‌ها و همچنین امکان به کارگیری روشهای ترکیبی (نظیر تابش توأم فراجمجمه‌ای و درون بینی) را در بهبود اثربخشی این روش مشخص کرده‌اند.
همچنین نتایج حاصل از مطالعات در محیط کشت سلولی و مدل‌های حیوانی بهبود عملکرد مغزی از طریق اثرات حفاظت نورونی، ترمیم سلولهای عصبی از طریق کاهش التهاب و مرگ سلولی و همچنین افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی مغز و القای فرآیندهای نورون‌زایی و سیناپس‌زایی را به دنبال استفاده از این روش نشان داده‌اند (شکل 4).
پاسخ سلولهای عصبی به تحریک نوری یک پاسخ وابسته به دوز می‌باشد؛ به طوریکه در دوزهای نوری خیلی کم (< 0.03 J/cm2)، تحریک نوری تأثیر ثمربخشی در نورونها ایجاد نمی‌کند.
با اینحال انتقال دوزهای بالایی (> 20 J/cm2) از نور هم موجب سمیت نورونی می‌شود.
در طی دو دهه اخیر مطالعات حیوانی و انسانی به منظور تعیین دوزهای مؤثر این روش درمانی در طیف گسترده‌ای از بیماری‌های مغز و اعصاب تحت مطالعه و بررسی بوده‌است.
امروزه شواهد متعددی وجود دارد كه نشان می‌دهد تحریک زیست نوری مغز می‌تواند به عنوان روشی غیردارویی در درمان بیماری‌هایی نظیر ضربه مغزی، سکته حاد و مزمن مغزی، آلزایمر، پارکینسون، اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، اختلال استرسی پس از ضایعه روانی، اختلال افسردگی ماژور، اختلال اضطراب، صرع، ام اس و همچنین اوتیسم به کار برده شود.
لازم به ذکر است علاوه بر کاربرد این روش در بیماری‌های مذکور، تحریک زیست نوری مغز به عنوان روشی مؤثر به منظور بهبود فعالیت‌های شناختی (یادگیری، حافظه کاری و توجه) در افراد سالم جوان و پیر معرفی شده است.
مطالعات تصویربرداری عملکردی مغز نشان داده‌اند که قشر خلفی-جانبی راست و چپ لب پره فرونتال در کارکردهای اجرایی نظیر حافظه کاری، برنامه‌ریزی و آینده‌نگری، مهار و استدلال انتزاعی نقش کلیدی دارند.
همچنین نقش اختلالات کارکردی در این نواحی از مغز در بروز بیماری‌هایی نظیر افسردگی، اسکیزوفرنی و سوءمصرف مواد به کرات نشان داده شده است.
امروزه برخی از شرکت‌های پیشرو در زمینه تحریک زیست نوری مغز اقدام به ساخت و معرفی ابزارهایی نظیر هدبند و هدستهای نوری به منظور تحریک نواحی با سطح محدود در مغز نظیر لبهای پره فرونتال و پریتال کرده‌اند (شکل 5).
لازم به ذکر است که استفاده از این نوع ابزارها محدود به بیماران نبوده و شواهد حاکی از آن است که تجویز روزانه نور nm 810 توسط این ابزارها موجب افزایش تمرکز و عملکردهای ذهنی، کاهش استرس و همچنین بهبود کیفیت خواب در افراد سالم می‌شود.
این ابزارها به دلیل بهره گیری از آرایه‌های LEDs بسیار ارزان قیمت می‌باشند.
همچنین به دلیل عملکرد ساده و قابلیت تنظیم پارامترهای تابشی (نظیر مد پیوسته/پالسی و زمان تابش)، کاربرد خانگی این نوع از ابزارهای نوری در حال گسترش است.
در روش تحریک زیست نوری فراجمجمه‌ای مغز به دلیل هدر رفت بخشی از پرتوهای نور در حین عبور از لایه‌های مغزی، گاها از منابع نور لیزر با شدت‌های بالا نیز استفاده می‌شود که هزینه بالا و در دسترس نبودن همگانی این نوع از منابع نوری سبب ایجاد محدودیت‌هایی در مطالعات مربوطه و همچنین کاربردهای کلینیکی می‌شود.
همچنین، با توجه به ماهیت فوتونی پرتوهای مورد استفاده در این روش، توزیع دوز تابشی داخل مغز به صورت نمایی کاهش می‌یابد که این ویژگی در تحویل دوز باعث عدم توزیع یکنواخت پرتو دریافتی به نواحی مورد نظر می‌شود.
اخیراً مطالعات شبیه‌سازی اپتیکی نشان داده‌اند که تابش نوری چند جهتی مغز (Multi-Directional Irradiation) توسط منابع متعدد نقطه‌ای می‌تواند موجب افزایش دوز دریافتی نورون‌های نواحی عمقی مغز شود.
در این راستا، ابزارهای نوری کلاه خود مانندی توسط برخی شرکت‌های فعال در حوزه بیومدیکال معرفی شده است (شکل 5).
به طور معمول این نوع از ابزارهای تابش فراجمجمه‌ای حاوی تعداد زیادی از آرایه‌های LEDs هستند (در برخی موارد تا 200 آرایه) که در سطح داخلی ابزار به صورت متقارنی پخش شده‌اند.
آرایه‌های LEDs با طول موج‌های 630، 670، 810 و یا nm 1064 در ساخت این نوع از کلاه خودها به کار می‌رود.
شایان ذکر است که ایمنی و اثربخشی تابش فراجمجمه‌ای با استفاده از این نوع ابزارها در بیماران آلزایمری، ضربه مغزی و همچنین در بهبود قابلیتهای شناختی در افراد سالم سالخورده نشان داده شده است.
تحریک زیست نوری از طریق حفره بینی
اخیراً محققین در کنار روش فراجمجمه ای، تحریک زیست نوری از طریق حفره بینی را به عنوان روشی مکمل در بهبود عملکردهای مغزی بیماران آلزایمری و افسرده معرفی نموده‌اند (شکل 5).
حفره بینی پوشیده از بافت مخاط مرطوب و حساسی است که در نزدیکی سطح آن رگ‌های خونی بسیار زیادی وجود دارد.
همچنین سقف حفره بینی توسط شبکه‌ای از مخاط بویایی حاوی رشته‌های عصبی پوشیده شده است که این شبکه از طریق پرزهای استخوان پرویزنی (Ethmoid) با پیاز بویایی مرتبط هستند.
شواهد علمی حاکی از آن است که تحریک زیست نوری از طریق حفره بینی می‌تواند از طریق بهبود خواص رﺋﻮﻟﻮژی خون و افزایش جریان خونی مغزی موجب افزایش قابلیتهای شناختی در بیماران دمانس و همچنین موجب بهبود خلق در بیماران افسرده و مضطرب گردد.
علاوه براین نتایج یک مطالعه گزارش موردی بر روی یک بیمار با اختلال شناختی خفیف نشان داده است که تابش روزانه نور nm 810 از طریق حفره بینی به مدت 1 ماه به طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد بویایی می‌شود.
لازم به ذکر است که علاوه بر روشهای متداول مذکور در تحویل مستقیم نور به نواحی هدف در مغز، اخیراً تحریک غیر مستقیم مغز از طریق تابش اندامهای دیگر بدن نیز مطرح شده است.
مطالعات بسیاری اثرات حفاظت نورونی تابش سیستمیک تحریک زیست نوری (Systemic or Remote PBM) را در مدل‌های حیوانی آلزایمر، پارکینسون و همچنین افسردگی به خوبی نشان داده‌اند.
امروزه تحریک زیست نوری مغز به عنوان یک روش غیرتهاجمی و ایمن، مقرون به صرفه و مؤثر مورد توجه قرار گرفته است.
به نظر می‌رسد تحقیقات روزافزون در این حیطه و یافته‌های امیدبخش حاصل شده می‌تواند دورنمایی از بکارگیری این روش غیردارویی را در طیف وسیعی از بیماری‌های مغز و اعصاب در اختیار گذارد.
بیشتر بخوانید:
