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Hochleistungslaser haben eine starke Wirkung auf Entzündungen. Die Strahlen regen die Gesundung an – sowohl bei akuten Läsionen als auch bei chronisch-degenerativen Veränderungen des Gewebes. Sie wirken schmerzlindernd und entspannen Muskeln. Dr. Paolo Mondardini stellt neue Technologien und Therapien vor.

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Heilen mit Power-Lasern

Neue Technologien und Therapiemöglichkeiten

Dott. Paolo Manetti,Teamarzt des AC Florenz in Italiens Seria A, während einer Laserbehandlung
Sowohl im chirurgischen als auch im pharmakologischen und instrumentellen Bereich hat die Forschung auf dem Gebiet der Therapie und Rehabilitation von jeher das Ziel, maximale Wirksamkeit bei minimaler Invasivität zu erreichen. Besonders auf dem Gebiet der Physiotherapie hat dies zur Entwicklung einer Vielfalt von elektromedizinischen Geräten geführt, die sich jedoch in den vergangenen Jahren als wenig nützlich oder gar als nutzlos erwiesen haben.

Die wichtigsten Ursachen der mangelnden Wirksamkeit der instrumentellen Therapie sind in der technischen Unzulänglichkeit der Geräte älterer Konzeption und Herstellung zu suchen sowie in der Ermangelung einer ernsthaften klinischen und Laborforschung zur Festlegung von therapeutischen Indikationen und Behandlungsprotokollen. Im vergangenen Jahrzehnt waren elektromagnetische Strahlung (Laser, Magnet- und Radartherapie, Diathermie usw.), mechanische Energie (herkömmliche und Hochdruck-Ultraschalltherapie, Stoßwellentherapie), Wärme (Hyperthermie, IR-Therapie) und Elektrizität (Elektrotherapie, Ionophorese usw.) Gegenstand fortlaufender Studien und bedeutender technologischer Fortschritte. Dies hat wiederum zur Entwicklung und Herstellung von äußerst leistungsstarken und handlichen Geräten, zugleich aber auch zum Wiederaufblühen der Forschung in diesem Bereich geführt.

System aus drei Elementen

Ein Lasergerät ist ein System, das im Wesentlichen aus drei Elementen besteht: dem aktiven Medium, der Aktivierungsquelle und dem optischen Resonator. Das aktive Medium, das von grundlegender Wichtigkeit ist, besteht aus festem, flüssigem oder gasförmigem Material, das nach entsprechender Anregung eine Strahlung abgibt. Es ist verantwortlich für die abgegebene Wellenlänge. Die Parameter, die bei der Bestimmung der physischen Merkmale des Lasers berücksichtigt werden müssen, sind die Wellenlänge, die Emmissionsmodalität und die Leistung.

Die Wellenlänge ist vom verwendeten aktiven Medium abhängig. Sie liegt zwischen 180 und 10.600 nm und beeinflusst das Eindringvermögen des Strahls. Ultraviolette Strahlen (200-350 nm) werden von den Proteinen und den Nukleinsäuren absorbiert. Die Wellenlängen im sichtbaren Bereich zwischen 400 und 750 nm werden von den Melaninen und den Tetrapyrrolen absorbiert. Für die Strahlungen zwischen 800 und 1400 nm (d.h. im nahen Infrarotbereich) besteht das sogenannte „therapeutische Fenster“, wo die Laserstrahlung nicht von ausgewählten, spezifischen Elementen absorbiert wird und daher ein höheres Eindringvermögen besitzt. Im fernen Infrarotbereich (über 3000 nm) wird die Strahlung vom Wasser absorbiert, so dass sich das Eindringvermögen als sehr schwach erweist.

Emissionsmodalität

Was die Emissionsmodalität betrifft, so unterscheidet man Dauerstrichlaser, gepulste Laser (wiederholte Entladungen mit mehr oder weniger hoher Frequenz), Flash- und Q-switched-Laser (kurze Emissionen mit hoher Spitzenleistung). Die gepulste Emission bietet nicht nur die Möglichkeit, hohe Spitzenleistungen anzuwenden, sondern stellt auch, wie wir im Weiteren sehen werden, eine wichtige Möglichkeit dar, die Wirkungen des Lasers zu modulieren. Die Leistung ist die abgegebene Energiemenge (in Joule) pro Zeiteinheit (Sekunde) und wird in Watt gemessen (1W = 1J/S).

Um jedoch die Bedeutung dieses Parameters zu begreifen, muss eine Unterscheidung zwischen Spitzenleistung (maximale Emissionsleistung) und mittlerer Leistung (insgesamt im Verlauf einer Sekunde abgestrahlte Leistung) vorgenommen werden. Die mittlere Leistung ist verantwortlich für den Umfang der Wirkungen, die Spitzenleistung dagegen für das Volumen des bestrahlten Gewebes, da das Eindringvermögen und somit das Volumen des von der Strahlung betroffenen Gewebes von der Spitzenleistung abhängig ist.

Erkrankungen des Bewegungsapparats

Bei der Behandlung von Erkrankungen des Bewegungsapparats werden verschiedene Arten von zeitgesteuerten oder gepulsten Dauerstrichlasern eingesetzt, die aufgrund ihrer Emissionsleistung bezeichnet werden (Soft-Laser, Mid-Laser und Powerlaser). Darunter sind der Arsen-Gallium-Laser und der Helium-Neon-Laser die absolut meistverbreiteten und erforschten. In der Literatur finden sich zahlreiche Arbeiten über die Wirkung der Soft- und Mid-Laser, die zu abweichenden Ergebnissen kommen. Wir möchten diesbezüglich an die Studie von Heleen Beckerman und Koll. erinnern, in der sie die Literatur über den Einsatz von Lasern in der Physiotherapie zusammengetragen und meta-analysiert haben.

Der Halbleiterlaser ist ein Festkörperlaser. Der meistverbreitete ist der Arsen-Gallium-Laser, der Strahlungen im Infrarotbereich mit mittleren Leistungen in der Größenordnung von mW erzeugt. Er besitzt daher ein gutes Eindringvermögen, jedoch nur schwache Leistung. Der Helium-Neon-Laser ist ein Gas-Laser, der rotes Licht im sichtbaren Bereich von 632,8 nm mit Leistungen erzeugt, die zwischen 1 und 50 mW variieren. Er bietet also äußerst niedrige Leistung und schwaches Eindringvermögen.

Von relevanter Bedeutung ist schließlich auch die Größe des Licht-Spots, das heißt die Fläche, auf der die Laserstrahlung gestreut wird (Leistungsdichte W/cm²). Je größer dieser Spot ist, desto größer ist bei gleicher Leistungsdichte das Eindringvermögen des Lasers. Dies ist auf die Erscheinung zurückzuführen, die als Summierung von Streuungen (scattering) bezeichnet wird. Die gepulste Strahlung gestattet es darüber hinaus, bei Laseranwendungen die Wirkungen zu modulieren.

Unterschiedliche Pulsfrequenzen

Wie schon im Jahr 1985 durch die Arbeiten der Coche-Gruppe nachgewiesen, bedingen unterschiedliche Pulsfrequenzen auch unterschiedliche Wirkungen auf die Substrate. Insbesondere ist bei gleicher Wellenlänge und mittlerer Leistung die Interaktion mit den leitenden Strukturen umso höher, je niedriger die Frequenz ist, während bei höheren Frequenzen eine Interaktion fotochemischer Art mit höherer Anregung des Bio-Stoffwechsels überwiegt. Die wirksame Frequenz ändert sich je nach Merkmalen der Laserstrahlung, jedoch stets proportional zu den Absorptions-Oberschwingungen der bestrahlten Strukturen (Kirchhoffsches Strahlungsgesetz).

Der Laser ND:YAG ist ein Festkörperlaser, dessen aktives Medium ein neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granatkristall ist. Es erzeugt Licht mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Der Laser besitzt hohe Spitzen- und mittlere Leistung bei gutem Eindringvermögen. Die Dioden-Lasergeräte neuester Generation weisen einige technische Merkmale auf, die sie wesentlich von den vorherigen Ausführungen unterscheiden: hohe Spitzenleistung, hohe Energie-Emissionsdichte sowie gepulste und super-gepulste Emission.

Die Erfahrung aus klinischer Praxis und Forschung zeigt, dass einige Auswirkungen auf den Organismus sowohl für Mid- und Soft-Laser als auch für Power-Laser mit niedrigem Eindringvermögen dokumentiert und dokumentierbar sind. Dies betrifft anscheinend zwei Mechanismen: Die Aktivierung von Reflexerscheinungen ausgehend von den Rezeptoren der Haut sowie – eine heute sehr umstrittene Theorie, die Gegenstand großer Neugier in der Forschung ist – die Anregung der Signalübertragungsmechanismen in der Extrazellularmatrix.

Reaktion der Gewebe

Was die Powerlaser mit hohem Eindringvermögen betrifft, so ist die Reaktion der Gewebe zum großen Teil durch direkte Bestrahlung und durch die Stoffwechselaktivierungs- und Inaktivierungserscheinungen bedingt, die durch die Absorption der Strahlung hervorgerufen werden:

  1. Photophysische Interaktionen: Dabei wird die Monochromasie des Laserlichts genutzt, um die Zielchromophoren zu erregen;
  2. Photochemische Interaktionen: Dem Absorptionsprozess folgt eine Reihe von chemischen Reaktionen, die das biologische Substrat verändern;
  3. Photothermische Interaktionen: bedingt durch die Umwandlung der angewandten Energie in Wärme;
  4. Photomechanische Interaktionen: Diese werden durch Fokussierung ultra-kurzer Impulse mit hoher Spitzenleistung und geeigneter Frequenz auf kleinste Volumina erzielt, um ein „break down“ hervorzurufen (Bruch des Dielektrikums), was eine Stoßwelle mechanischer Art bewirkt. Die Intensität der biologischen Reaktionen in den bestrahlen Geweben hängt somit von den Merkmalen des Gewebes ab, das die Energie absorbieren, übertragen oder reflektieren kann, von der Wellenlänge, von der Leistungsdichte und von der Emissionsmodalität.

Verschiedene Hypothesen

Es bestehen verschiedene Hypothesen in Bezug auf die reellen Interaktionen der Laserstrahlung mit dem zellulären Substrat. Die glaubwürdigsten davon stellen das Postulat auf, die „biostimulierende“ Wirkung oder die „laser-katalysierte Reaktion“ führe zur Anregung oder zur Inhibition biochemischer, physiologischer und proliferativer Prozesse. Diesbezüglich ist seit geraumer Zeit bekannt, dass die Zellen für spezifische Wellenlängen empfindlich sind. Die Zellen stehen anhand ionischer Boten miteinander in Kommunikation und verändern das elektromagnetische Gleichgewicht des Gewebes oder, in vitro, der Kultur und beeinflussen die anabolen und/oder katabolen Stoffwechselprozesse. Bei Unausgewogenheit oder Erkrankung verändert sich der Energiezustand der lebenden Zellen ebenso wie die Kommunikationsprozesse zwischen den Zellen. Das Laserlicht hat einen anabolen Einfluss auf diese Mechanismen.

In jüngster Zeit wurden einige spezifische Chromophoren festgestellt, die aus Enzymen, Zellmembranen und/oder anderen intra- oder extrazellulären Substanzen bestehen, deren Aktivierung oder Inaktivierung für die wichtigsten Wirkungen des Lasers verantwortlich sein soll. Wie bereits erwähnt, ist der Umfang dieser Wirkungen von der Wellenlänge, der Dosierung der Laserstrahlung und von den Emissionsmodalitäten abhängig.

Drei pathogene Ereignisse

Ganz gleich, ob der Ursprung auf direkte Traumen oder funktionelle Überlastung und/oder akute oder chronische Entwicklung zurückzuführen ist, haben Erkrankungen stets drei pathogene Ereignisse als gemeinsamen Nenner:

  1. akute oder chronische Entzündung
  2. Veränderungen des Mikro- und/oder Makrokreislaufs
  3. Verletzungen von Zell- und/oder Bindegewebe

Das Überwiegen der einen oder der anderen Veränderung, das durch klinische Untersuchung und Anamnese, insbesondere aber mithilfe der Bilddiagnostik festgestellt werden kann, bestimmt die Art der meist indizierten, geeigneten Geräte. Das Verständnis der Mechanismen, die den durch Laserbestrahlung erzielten biologischen Reaktionen zugrunde liegen, ist bisher noch unvollständig. Versuchserfahrungen zeigen, dass die Laserbestrahlung eine Steigerung der ATP-Konzentration und der ATP-Aktivität, eine Aktivierung der Mitochondrien-Aktivität, Veränderungen der Durchlässigkeit der Zellmembran, die Steigerung einiger und die Verringerung anderer Klassen von Membran-Rezeptoren, die Aktivierung und/oder Inaktivierung von Enzymketten usw. hervorruft, die in verschiedenen Zell-Linien und/oder Gewebestrukturen in vitro und bei Tieren festgestellt wurden.

Fazit

Laser mit hoher Leistung und hohem Eindringvermögen haben starke Wirkung auf akute Entzündungen, da sie durch Anregung der in der Entzündung inhibitorisch veränderten Stoffwechselprozesse direkt auf die Wiederherstellung der Homöostase einwirken und auf indirektem Wege den Mikrokreislauf und somit die hämolymphatische Drainage anregen (hemmt Entzündungen und Ödeme). Laserstrahlen regen die Gesundung sowohl bei akuten Läsionen als auch bei chronisch-degenerativen Veränderungen des Gewebes auf direktem Wege durch Aktivierung von Stoffwechsel und Zellen an. Sie wirken schmerzlindernd und entspannen Muskeln, so dass sie die spontane Aktivität und die Übertragung des Impulses durch die leitenden Gewebe (Nerv und Muskel) beeinflussen.

Anmerkung

Wir halten es für richtig, neben den Kontraindikationen, die in den Betriebsanleitungen ­jedes beliebigen Lasertherapiegeräts angegeben sind, auf zwei wichtige Einschränkungen der Anwendung und der Wirksamkeit von Lasern mit hoher Leistung und hohem Eindringvermögen hinzuweisen: Das sind Verkalkungen von relevantem Ausmaß sowie Blutansammlungen. Im ersten Fall reflektiert die Kristallstruktur des Kalziumphosphats vollständig den Laserstrahl, der somit keinerlei Wirkung auf die Verkalkung hat. Das Fortbestehen der Reizungen und der Gewebesteifigkeit bei Faserverkalkungen reduziert weitgehend den Umfang und die Dauerhaftigkeit der Wirkungen der Lasertherapie. Die Porphyrine des Bluts sind spezifische Chromophoren für die Wellenlänge der ­Laser mit hohem Eindringvermögen, so dass im Fall von Blutansammlungen die Kumulierung von Energie zu schweren thermischen Effekten führen kann und häufig zu einer übergreifenden Fibrose oder zur Faserverkalkung entartet. Leider bleibt die Gewohnheit der Hersteller und bedauerlicherweise auch der Anwender bestehen, das gleiche Instrument, das bei bestimmten Krankheitsbildern wirksam ist, zur Behandlung beliebiger Knochen-, Muskel- oder Gelenkbeschwerden heranzuziehen. Dies ist zum großen Teil auf die unzureichende technische Kenntnis der Geräte und der biologischen Konzepte oder Theorien in Bezug auf die Interaktion zwischen diesen Geräten und dem Organismus zurückzuführen, die dagegen den Arzt (und den Therapeuten) bei der Wahl der von Fall zu Fall bestgeeigneten Instrumente und bei der Bestimmung des Behandlungsprotokolls leiten sollte.

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Der Autor

Dr. Paolo Mondardini ist Sportmediziner und hat sich auf Physikalische Medizin und Rehabilitation spezialisiert. Er arbeitet in eigener Praxis sowie in der Abteilung Traumatologie – Kinesiologie – Rehabilitation des Instituts für Sportmedizin CONI-FMSI in Bologna (Italien).

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