نوردرمانی

در نوشته‌های پیشین به تاثیر نور بر بافت بیولوژیکی و معرفی رنگدانه‌های پوست پرداختیم. در این نوشته با اتکا به دو مقدمه پیشین، بحث خود را در رابطه با نوردرمانی تکمیل میکنیم.

نوردرمانی یعنی درمان بیماری‌ها به واسطه قرار گرفتن بیمار در معرض نور که هم شامل کاربردهای تشخیصی است و هم کاربردهای درمانی. به بیان دیگر تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی، جنبشی یا گرمایی برای رسیدن به نتیجه فیزیولوژیکی.

در تمامی این روش‌های تشخیصی یا درمانی، پوست انسان به عنوان بخش درگیرِ فرایندهای فیزیولوژیک شناخته می‌شود. از این جهت خواص اپتیکی پوست بیشترین و مهمترین تأثیر را در پاسخ ایجادشده در اثر این واکنش‌ها دارد. درمان بیماری‌های پوستی با نور به میزان جذب فوتون‌های نور تابشی توسط رنگدانه‌های موجود در لایه‌های اپیدرم و درم بستگی دارد. بهینه کردن بسیاری از این روش‌های درمانی، مستلزم داشتن اطلاعات کمّی از نرخ تابشی که به رنگدانه‌ها می‌رسند، توانایی جذب نور توسط این رنـگدانه‌ها و پاسخ‌های بیولوژیکی کوتاه‌مدت یا بلندمدتِ بافت مورد نظر به تابش است. انرژی نور می‌تواند باعث گرما، اثرات مکانیکی و واکنش‌های شیمیایی شود.

تاریخچه نوردرمانی

اولین گزارش از درمان با نورخورشید (هلیوتراپی) به 1400 سال قبل از میلاد برمی‌گردد. در طول قرن‌ها نور خورشید برای درمان بسیاری از بیماری‌ها در کشورهای مختلف مانند مصر باستان، یونان و روم استفاده شده است. نوردرمانی برای درمان زخم در زمان جنگ، بیماری‌های پوستی و سل مورد استفاده قرار گرفت. هندوها به پوست مبتلا به ویتیلیگو عصاره گیاه خاصی را می‌زدند و سپس در معرض نور خورشید قرار می‌دادند. آن‌ها بر این باور بودند که اثر درمانی به علت نور قرمز و گرمای خورشید است. در آن زمان هیچ تصوری از نور فرابنفش که تا سال 1801 کشف نشده بود وجود نداشت. استفاده از نور فرابنفش در درمان انواع بیماری‌ها در قرن 19 آغاز شد و زمانی که نیلز فینسن  جایزه نوبل خود را در سال 1903 برای درمان سل گرفت، به اوج خود رسید. زمان این واقعه به عنوان آغازی برای نوردرمانی نوین شناخته شده است. در اواخر قرن 19 مردم متوجه شدند که نور فرابنفش خورشید مهمترین طول موج برای اثرات درمانی است. نتیجه آن پرتودهی خورشیدی فیلتر شده و استفاده از منابع نور مصنوعی بود. در سال 1970 مرتضوی  و برست-لِن  از لوله-های UVA برای درمان پسوریازیس در یک کابین به اندازه کل بدن انسان استفاده کردند. در سال 1923 آلدرسون  استفاده از لامپ کوارتز  را برای درمان پسوریازیس پیشنهاد داد و برای حدود نیم قرن معروف‌ترین نوع نور درمانی در درمان ضایعات پوستی باقی ماند.

امروزه برای کاربردهای پزشکی نور، از نور همدوس و غیرهمدوس استفاده می‌شود که هر کدام بنا به نحوه اثرگذاری خود استفاده‌های ویژه دارد. در این قسمت به بررسی اثر نور لیزر روی پوست می‌پردازیم و ابتدا با تعریف مختصری از لیزر آغاز می‌کنیم.

لیزر

لیزر نوعی منبع تولید نور است و همانند سایر منابع تولید نور به این شکل به وجود می‌آید که اتمی به نحوی دارای مقداری انرژی شود. این اتم از تراز اولیه انرژی به تراز بالاتری رفته و سپس هنگامی که به تراز اولیه برمی‌گردد، انرژی دریافتی را به صورت فوتون ساطع می‌نماید. مهم‌ترین تفاوتی که نور لیزر با نور معمولی دارد این است که همگی این فوتون‌ها دارای یک طول موج هستند.

لیزرها منابع نور با شدت بالا، تک‌رنگ، جهتمند و همدوس هستند و دسته‌بندی انواع مختلف لیزرها براساس ماده فعالی است که پرتو لیزر را تولید می‌کند. تاکنون هزاران نوع لیزر شناخته شده است اما اکثر آن‌ها برای تحقیقات ویژه به کار گرفته می‌شوند و هرکدام مطابق طول موجشان، عملکرد خاص خود را دارند.

برای درک چگونگی انتخاب لیزر ایده‌آل از میان هزاران وسیله موجود برای درمان هر بیماری، ابتدا باید بدانیم که نور چگونه موجب تأثیرات بیولوژیک در پوست می‌شود.

برهمکنش لیزر با بافت

اثرات فوتوبیولوژیکی را به صورت قراردادی به دو دسته اولیه، کوتاه مدت یا مستقیم، و ثانویه، بلندمدت یا غیرمستقیم تقسیم می‌کنند. پاسخ‌های کوتاه‌مدت آنهایی هستند که اثری از تابش، بعد از چند ثانیه تا چند دقیقه در پوست دیده می‌شود. این واکنش‌ها وابسته به نور هستند و لذا به این اثرات، اثرات روشن نیز گفته می‌شود. اثرات بلندمدت ساعت‌ها یا حتی روزها بعد از تابش دیده می‌شود و معمولاً شامل بیوسنتز جدید هستند.

اثرات اولیه

واکنش‌های حرارتی

یکی از مهمترین اثرات لیزر با چگالی انرژی بالا، اثرات حرارتی است. انرژی بالای لیزر تبدیل به حرارت شده و کاربردهایی از قبیل چاقوی جراحی، عمل لیزیک چشم، محو خالکوبی و… دارد. اما لیزر در چگالی انرژی کم نیز می‌تواند اثرات حرارتی در سطح سلولی داشته باشد. این تبدیل انرژی نورانی به حرارتی پس از ایجاد انرژی جنبشی در سطح سلول و غشا (که متناسب با نوع لیزر و طول موج آن متفاوت است) می‌تواند منجر به تغییر در ساختار رنگدانه‌ها و فعال نمودن بیوشیمیایی آن‌ها شود. به علاوه این لرزش و انرژی جنبشی در سطح غشا می‌تواند بر عملکرد آنزیم‌ها و کانال یونی نیز اثر بگذارد که این یکی از فرایندهای اصلی عملکرد لیزر است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که تغییر دمـا به میـزان 0/01 درجه سانتی‌گراد در غشا سلولی می‌تواند منجر به تغییر فشار به میزان 1/22 پاسکال شود. این تغییر فشار همراه با لرزش حاصله در ساختارهای مولکولی علاوه بر اثر مستقیم بر روی جابه‌جایی مواد، منجر به باز و بسته شدن تعدادی از کانال‌های سطح غشا نیز می‌شود.

واکنش‌های شیمیایی

جذب نور توسط رنگدانه‌ها منجر به ایجاد تعدادی واکنش شیمیایی می‌شود. مهمترین رنگدانه‌ها در زنجیره تنفسی قرار دارند. بنابراین مهمترین محل عملکرد شیمیایی لیزر نیز بر روی زنجیره تنفسی است. زنجیره تنفسی از طریق رنگدانه سیتوکرومC -که خود در زنجیره تنفسی قرار دارد- تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

سیتوکرومC که نقش اساسی را در عملکرد زنجیره تنفس سلولی بر عهده دارد، یکی از مهمترین رنگدانه‌های بدن و گیرنده قوی فوتونی در ناحیه نزدیک به قرمز است. این ماده در طی فرایند اکسیداسیون و احیا، دچار تغییراتی می‌شود که در آن با جابـه‌جایی الکترون و تغییراتی در پتانسیل‌های الکتروشیمیایی، تولید ATP (یک حامل انرژی) افزایش می‌یابد.

لیزر می‌تواند با انتقال الکترون به زنجیره تنفسی توسط سیتوکرومC، در فرایندی شبیه فوتوسنتز -که در اینجا به نام «انتقال الکترون برانگیخته»، شناخته می‌شود- وضعیت ردوکس  سلولی را به سمت اکسیداسیون تغییر دهد. این فرایند یکی از مهمترین اثرات لیزر در سطح سلولی است. لیزرها می‌توانند به صورت مستقیم نیز باعث افزایش سطح سیتوکرومC شوند که این منجر به فعـال شدن cAMP (یک پیـام‌رسان ثانویه بسیار مهم در بسیاری از واکنش‌های سلولی) شده و از طریق بالا رفتن ATP نقشی در فعال کردن آدنیلات سیکلاز  (بخشی از مسیر پیام‌رسانی cAMP) داشته و منجر به جابه‌جایی کلسیم و ایجاد ساختاری جدید در ردوکس سلولی می‌شود.

لازم به ذکر است که هر چند یک رنگدانه در شرایط خـاصی تـنها می‌تـواند به یک طول موج نور پاسخ دهد، اما این بدان معنی نیست که این عملکرد فقط از طریق یک فرایند شیمیایی اتفاق می‌افتد. بلکه کلیه موارد فوق به نحوی در یک سیستم بسته قرار دارند و حتی تحریک یک رنگدانه می‌تواند منجر به تحریک رنگدانه دیگر شود. از این خاصیت در هنگام استفاده از نور با طول موج‌های مختلف به صورت متوالی یا ترکیبی استفاده می‌شود.

اثرات ثانویه

برای اثرات ثانویه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. تغییرات ساختاری در غشاء، پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و پمپ‌های سدیم و پتاسیم که ضمن برقراری هموستاز سلولی، منـجر به ایجاد پتانسیـل الکتریکـی مناسب و انتقال مناسـب مواد مغذی می‌شود.
2. تغییر در ردوکس سلولی به سمت اکسیداسیون: تغییر در ردوکس سلولی می‌تواند عـامل مهمی در تولید پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، DNA، و تکثیر سلولی باشد.
3. افزایش تولید ATP که منجر به کاهش درد و التهاب می‌شود.
4. اثر بر روی سیستم جریان خون و لنف: لیزر تا 50 درصد رگ‌سازی را افزایش می‌دهد و حتی سرعت ترمیم عروق در بافت پیوندی را تا دو برابر افزایش می‌دهد.
5. افزایش رشد سلولی: تحریک میتوکندری و افزایش ATP، cAMP وROS  از طریق فعال کردن عوامل انتقالی غیرفعال، باعث افزایش پروتئین کیناز  ( آنزیمی که گروه فسفات پرانرژی را از مولکول‌هایی مانند ATP به ماده‌ای که آنزیم به آن اثر می‌کند، منتقل می‌کند) شده و منجر به افزایش ترشح عوامل رشد و تکثیر سلولی و همچنین افزایش حرکت سلول‌ها می‌شود.
6. اثرات فـوتـوشیمــیایـی لیــزر شـــامل photo-radiation و photo-ablation  است. Photo-ablation زمانی رخ می‌دهد که پوست در معرض لیزرهای با انرژی بالا با طول موج‌های کمتر از 350 نانومتر قرار می‌گیرد که باعث شکستن پلیمرهای با زنجیره طولانی به قسمت‌های فرّار کوچکتر می‌شود.

برخلاف اثر photo-radiation که زمان زیادی طول می‌کشد تا رادیکال‌های آزاد ایجاد شوند، در اثر photo-ablation رادیکال‌ها در زمانی از مرتبه نانوثانیه تولید می‌شوند و این باعث می‌شود که گرما فرصت انتقال به پوست اطراف را نداشته باشد.