Luce LED Nuove prospettive in medicina estetica - Sponzilli.it

Tecnologia
Sorgenti di luce non coerente
Osvaldo Sponzilli
Nicola Fratto
Ambulatorio di medicina anti aging,
Omeopatia e agopuntura, Ospedale
San Pietro FBF, Roma
Scuola Internazionale di
Medicina Estetica, Fondazione
Internazionale Fatebenefratelli,
Roma
Riassunto
L’utilizzo dell’energia
elettromagnetica emessa
da sorgenti di luce LED
in medicina estetica si è
rivelata assai interessante,
in quanto utilizza
attraverso il fenomeno
dell’elettroluminescenza
luce coerente
monocromatica non
collimata con una variabilità
di lunghezza d’onda molto
piccola di +/- 5 nm. Per
cui, a fronte di un costo
assai più contenuto delle
apparecchiature laser,
permette dei notevoli effetti
di biostimolazione dei
fibroblasti e dell’elastina,
oltre a essere efficace
nell’acne, nelle macchie
superficiali, nell’attenuazioni
di piccole rughe. Altrettanto
non è trascurabile l’effetto
di fotoporazione e di
sbiancamento dentale.
Summary
The use of electromagnetic
energy emitted by LED,
light emitting diode, in
aesthetic medicine has
led to some interesting
results: the phenomenon of
electroluminescence allows
to apply monochromatic
coherent non collimated
light with a very small
wave length of about
5nm. Much cheaper than
laser equipment, LED
has been successfully
used for biostimulation of
fibroplastics and elastin,
is effective in curing acne,
A PAROLE CHIAVE
fotobiostimolazione,
elettroluminescenza LED,
ringiovanimento cutaneo
A KEY WORDS
photobiostimulation, LED
electroluminescence, skin
rejuvenation
Luce LED
Nuove prospettive
in medicina estetica
Tabella I - Colore
della luce emessa
Tensione
Tipologia LED di
giunzione
Colore infrarosso 1,3 V
Gli effetti terapeutici della luce si basano sugli effetti Colore rosso 1,8 V
fotobiochimici che si osservano con la luce coerente Colore giallo 1,9 V
dei laser, ma anche con sorgenti di luce non
Colore verde 2,0 V
coerente quale soprattutto quelle dei LEDs che si Colore arancio 2,0 V
stanno sempre più affermando in terapia estetica e Flash blu/bianco 3,0 V
anti-aging.
Colore blu
3,5 V
In elettronica LED è l’acronimo di Light Emitting Colore ultravioletto 4 ÷ 4,5 V
Diode (diodo ad emissione luminosa). Questa tecnologia è basata sul
concetto di elettroluminescenza. Essa consiste nella conversione diretta dell’energia elettrica in
luce, senza un passaggio intermedio attraverso un gas o il riscaldamento di un materiale.
I primi diodi LED erano disponibili solo nel colore rosso. Negli anni novanta vennero realizzati
LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando
con la realizzazione di LED a luce blu fu possibile realizzare dispositivi che, integrando tre LED
(uno rosso, uno verde e uno blu), potevano generare qualsiasi colore. Anche se in terapia si stanno
diffondendo LED che miscelano varie lunghezze d’onda le nostre sperimentazioni testimoniano
che i migliori effetti terapeutici si ottengono con LED specifici per ogni singola lunghezza d’onda.
Il colore della luce emessa dai LED dipende dalla tensione di giunzione sviluppata e dal materiale
(drogante) utilizzato (tabella I). La luce LED differisce dalla luce LASER per due proprietà: non
è collimata e non è ablativa (tabella II). La luce LED si applica con profitto in dermatologia e
medicina estetica senza rischi o effetti secondari.
I principali campi di applicazione sono:
■■
azione anti-aging (fotoringiovanimento cutaneo);
■■
trattamento dell’acne;
■■
trattamento post chirurgico, come attivatore della riparazione cutanea, antinfiammatoria e
antalgica;
■■
terapia fotodinamica;
■■
fotoporazione;
■■
foto puntura;
■■
sbiancamento dentale;
■■
trattamento della PEFS;
■■
trattamento effluvium.
42 Dermakos • maggio 2012

Fotobiomodulazione e fotoporazione anti-aging
La luce LED, non invasiva e atermica, trova in questo settore il maggior campo di applicazione.
In natura ci sono molecole fotosensibili che cambiano funzione in base alle stimolazioni
luminose. La fotomodulazione ha un effetto importante nella riparazione cellulare attraverso
una flavoproteina con funzione enzimatica che, attivata dalla luce, ripara le porzioni di DNA
danneggiato. Ma l’azione maggiore avviene a livello dei citocromi mitocondriali.
L’effetto delle frequenze LED è di biostimolazione sulle cellule della pelle, su mastociti, macrofagi,
fibroblasti e sulla microcircolazione sanguigna e linfatica, nonché sull’armonizzazione degli strati
di acqua superficiali del sottocutaneo.
Le applicazioni possono essere o meno associate ad altri sistemi terapeutici.
Molti studi a livello internazionale testimoniano l’effetto della luce LED sulla prevenzione
dell’invecchiamento cutaneo. Gli effetti si esplicano soprattutto in un miglioramento della
texture ed elasticità cutanea, così come sulle rughe fini, sull’eritema e sulla porosità. Gli effetti si
evidenziano in genere nell’arco di quattro mesi.
Anche nelle lesioni pigmentarie o ipercromie l’utilizzo della luce LED svolge un effetto sinergico
e amplificativo delle terapie cosmetiche depigmentanti. L’effetto della luce LED si esplica
comunque prevalentemente nelle alterazioni pigmentate che interessano il livello epidermico cioè
in quelle macchie che vengono messe in risalto con la luce di Wood.
Uno studio coreano ha verificato l’efficacia clinica della fototerapia a LED per il ringiovanimento
della pelle attraverso il confronto con tre diversi parametri esaminando anche i cambiamenti
istologici, ultrastrutturali e biochimici indotti dalla luce LED.
Settantasei pazienti con rughe del viso sono stati trattati con i dispositivi LED sulla parte destra
del volto. Tutti i soggetti sono stati randomizzati in quattro gruppi trattati con 830 nm, 633 nm,
una combinazione di 830 e 633 nm, e una luce di trattamento simulato, due volte a settimana
per quattro settimane. Fotografia seriale, profilometria e misurazioni oggettive della elasticità
della pelle e melanina sono stati eseguiti durante il periodo di trattamento con tre mesi di followup.
Le valutazioni sono state effettuate in doppio cieco. I campioni della pelle sono stati valutati
per i cambiamenti istologici e ultrastrutturali, alterazione dello status delle metalloproteinasi
della matrice (MMP) e loro inibitori tissutali (TIMP), e i cambiamenti nei livelli di mRNA di
IL-1SS, TNF-a, ICAM-1, IL-6 e connessina 43 (Cx43), utilizzando coloranti specifici, TEM,
immunoistochimica e real-time RT-PCR, rispettivamente. I dati oggettivamente misurati hanno
mostrato una significativa riduzione delle rughe (massimo: 36%) e aumento di elasticità della
pelle del viso (massimo: 19%) rispetto al basale nei tre gruppi di trattamento. Istologicamente
è stata osservato un marcato aumento della quantità di fibre collagene ed elastiche in tutti i
gruppi trattati. L’esame ultrastrutturale ha dimostrato fibroblasti altamente attivi, circondati da
abbondanti fibre elastiche e collagene. La sperimentazione conclude che le frequenze lunghezze
d’onda ottimali sono quelle tra 830 e 633 nm.
Altri autori, come Barolet, Weiss et al., hanno affermato l’effetto di fotobiomodulazione dei
LED nei danni da fotoaging e cronoaging, con un conseguente aumento di sintesi di collagene
e riduzione di MMP, utilizzando una varietà di sorgenti luminose LED dal visibile all’infrarosso
(590, 630, 660 nm).
Sono stati eseguiti studi in vitro con diversi esperimenti, tra
cui colture di fibroblasti, modelli animali e lembi cutanei
post chirurgici, che con studi clinici, che hanno dimostrato
un aumento significativo della produzione di collagene
con concomitante riduzione di MMP in associazione al
miglioramento dell’aspetto della cute fotodanneggiata.
Recentemente è stata introdotta una nuova determinante per
il processo dell’invecchiamento biologico legata alla messa
in ordine armonica degli strati d’acqua interfacciale. La
scoperta della loro armonizzazione con frequenze di luce a
670 nm ha ispirato un modello con cui è possibile invertire la
degenerazione dell’elastina attraverso l’interazione con gli strati
ordinati d’acqua interfacciali nella matrice extracellulare. È stato
Tabella II - Differenze in breve tra luce visibile,
luce LED e luce Laser
Luce visibile LED Laser
Contiene una variabilità
Presenta un ampio
Contiene una sola
cromatica molto
campo di frequenze, è
lunghezza d’onda: è
piccola, compresa in
policromatica
monocromatica
+/- 5-20 nm
L’emissione dei
fotoni avviene senza
stimolazione esterna,
spontaneamente
È incoerente
Conversione
diretta dell’energia
elettrica in luce
“elettroluminescenza”.
Emette luce coerente,
monocromatica ma non
collimata
S
???????????? La
nicotina sembra in
grado di attivare le
cellule dendritiche
a stimolare i linfociti
T, il cui ruolo nei
processi patogenetici
della psoriasi è ben
noto
Viene emesso un fotone
a sua volta stimolato
da un fotone della
stessa energia
È coerente, i fotoni sono
in fase e con la stessa
orientazione
maggio 2012 • Dermakos 43

Tecnologia
Sorgenti di luce non coerente
Figura 1
Labbra: riduzione del codice
a barre con LED, tecnologia
Arrogomen (660 nm + 850
nm fotobiomodulazione +
fotoporazione). Prima e dopo
4 mesi di trattamento
convalidato il modello in 10 mesi attraverso auto-esperimenti, arrivando a definire un effettivo
programma di ringiovanimento facciale.
I risultati di tali sperimentazioni comprendono un nuovo modo di concepire la funzione
protettiva del mantello acido della pelle, un’intuizione nuova degli effetti delle specie reattive
di ossigeno (ROS) sugli strati interfacciali di acqua, e la loro implicazione nei processi biologici
di invecchiamento, includendo la riduzione delle riserve follicolari della cellula staminale e
dell’accorciamento dei telomeri, che ci portarono alla creazione di un metodo di ringiovanimento
accelerato della pelle.
Lo studio in esame ha dimostrato che prolungate irradiazioni periodiche con intensità di luce a
670 nm, generata da LED, riduce significantemente i livelli di rughe facciali,
L’elastina nativa è ricoperta in maniera rilevante da un strato acquifero interfacciale cristallino. La
stabilità del legame delle molecole d’acqua interfacciale in un solido dipende dalla loro affinità con
la superficie solida. A tal fine sono stati fatti esperimenti di laboratorio su substrati di diamanti
nano-cristallini per paragonare la stabilità del legame degli strati acquiferi interfacciali su superfici
idrogenate e non-idrogenate. Si è così scoperto che la stabilità del legame è più alta nelle specie
idrogenate.
In contrasto con la funzione lubrificante degli strati acquiferi interfacciali su queste specie
idrogenate, corrispondenti strati acquiferi, mascherando superfici idrofile, hanno mostrato estrema
viscosità con proprietà glue-like (simile a colla).
Una riflessione globale delle funzioni biologiche che dipendono dalla proprietà strutturale degli
strati di acqua interfacciali arricchisce le conoscenze sui processi principali d’invecchiamento
biologico, in particolare sotto l’impatto accelerato dei ROS. Successivi studi sui cambiamenti
connessi ai ROS e riguardanti gli strati interfacciali di acqua (pH interfacciale), focalizzandosi
sul legame che intercorre tra stress e idrofilicità, potrebbero aprire nuove strade per un
invecchiamento ritardato della pelle e dei vari organi. A parte quest’aspetto preventivo, è evidente
che la qualità della luce impiegata nello studio sul ringiovanimento è efficace nell’accelerazione
della proliferazione della cellula staminale in vitro.
Considerando questa possibilità, questi studi potrebbero fornire valide strategie non solo al fine
di proteggere le cellule staminali nella loro collocazione, ma anche al fine di identificare stimoli
che ci permettano di usare la luce per riempire le riserve in vivo parzialmente ridotte di cellule
staminali, in tal modo da ritardare e invertire l’invecchiamento biologico.
In ultima analisi lo studio propone una strategia al fine di minimizzare
l’impatto dello stress ossidativo sull’accorciamento telomerico (telomere
shortening). Se veramente esistesse un accumulo stress-mediato di strati
di acqua interfacciali simili a colla (glue-like), che contribuirebbero
all’accorciamento del telomero, allora dovrebbe essere possibile
interrompere l’effetto colla attraverso l’irradiazione con moderati livelli
di luce visibile. Tale aspettativa deriva da precedenti esperimenti svolti in
laboratorio che mostrano che la luce aumenta la fluidità degli strati di
acqua interfacciali su superfici idrofilie, il che equivale a un riduzione del
loro carattere colloso.
Il nostro gruppo di ricerca italo spagnolo in seno al progetto europeo
Arragonem ha effettuato una sperimentazione su un gruppo di 48
soggetti di sesso femminile compreso tra 34 e 56 anni per verificare
l’effetto della fotobiomodulazione sul recupero dell’elasticità cutanea e sulla
regolazione del PH. Abbiamo utilizzato una apparecchiatura sperimentale
con diodi LED di ultimissima generazione in grado di mantenere una
monocromaticità frequenziale perfetta con scarto di 0.3 nm. Il prototipo
utilizzato usa la tecnologia più attuale con i LED contenuti in una
stessa testina con cambiamento di frequenza dal pannello di controllo
senza mescolanza di frequenze elettromagnetiche. In altre parole si sono
utilizzate frequenze elettromagnetiche onde monocromatiche pure, non
derivate dalla somma e/o mescolanza di più frequenze per ottenerne una
specifica.
44 Dermakos • maggio 2012

Tecnologia
Sorgenti di luce non coerente
La fotobiomodulazione è stata così effettuata:
■■
tecnologia pulsata 800 on e 100 off;
■■
lunghezze d’onda 660 e 850 nm;
■■
tempo di trattamento 3 minuti a 660 nm e 3 minuti a 850 nm;
■■
sedute effettuate 12, con frequenza 2 volte a settimana.
Il risultato è stato verificato in termini di pH, elasticità cutanea e indice di soddisfacimento
individuale a 2 mesi e a 4 mesi. L’elasticità cutanea è migliorata nella media del gruppo esaminato
del 24%, mentre l’indice medio di soddisfacimento per un miglioramento generale dello stato
della cute e riduzione di rughe sottili è risultato 7 in una scala da 1 a 10 (figura 1).
Questi risultati ci hanno portato a intraprendere un nuovo lavoro che oltre a sfruttare l’effetto di
fotobiomodulazione utilizzi anche la fotoporazione, per cui abbiamo iniziato una sperimentazione
fotoporando preparati idrolizzati di fibronectina, sieri proteici ed epigallocatechingallato al fine
di verificare l’effetto combinato di fotoporazione e fotobiomodulazione. Essendo però questa
sperimentazione ancora all’inizio non siamo in grado di poter trarre nessuna conclusione anche se
i risultati sembrano estremamente incoraggianti.
Trattamento dell’acne
L’effetto della luce LED si esplica soprattutto nel diminuire la popolazione batterica e
nell’eliminare la flogosi. Il Propionibacterium acnes è il microrganismo prevalente nella pelle e nei
follicoli delle aree ricche in ghiandole sebacee; questo batterio produce porfirine endogene la
cui componente principale è la coproporfirina 3. L’esposizione alla lunghezza d’onda del blu e
del violetto aumenta la produzione di questa porfirina attraverso l’assorbimento di fotoni e la
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46 Dermakos • maggio 2012

sua eccitazione fotodinamica. Questa fotoattivazione porta alla produzione
per eccesso energetico di ossigeno singoletto che svolge azione citotossica
con conseguente morte del batterio. Questa azione citotossica si attua per
perossidazione delle strutture cellulari lipidiche molto abbondanti nelle pareti
cellulari del Propionibacterium acnes.
Tre sono i fattori fondamentali da cui dipende il trattamento fotodinamico:
■■
la fotosensibilizzazione;
■■
la luce a una lunghezza d’onda ottimale;
■■
l’ossigeno.
Il Propionibacterium acnes viene considerato un anaerobio, ma in realtà è un
microaerobio perché utilizza l’ossigeno in una concentrazione molto bassa,
inferiore a quella che si ha nell’aria. Nell’unità pilosebacea si realizza appunto
questo stato di relativa aerobiosi. L’effetto della luce LED è estremamente
rapido e colpisce il batterio senza compromettere la cellula.
Uno studio coreano del 2006 pubblicato in Lasers in Surgery and Medicine
dimostra che la terapia combinata di luce LED blu 415 nm e rossa
633 nm è un trattamento efficace e non doloroso per l’acne vulgaris lieve o
moderatamente grave, soprattutto per le lesioni papulo-pustulose.
Sempre nell’ambito di miglioramento dei risultati anche in questa patologia abbiamo
sperimentato la tecnologia Arragomen utilizzando in sequenza 415 nm per 15 minuti
(potenza 48 mw/cmq), 660 nm per 30 minuti (potenza 73 mw/cmq), e 850 nm per 30 minuti
(potenza 30 mw/cmq), in continuo che equivalgono rispettivamente a una dose di 43 J/cmq,
131 J/ cmq e 54 J/cmq. I risultati sono stati sorprendenti (figura 2) e ci incoraggiano a ulteriori
sperimentazioni e approfondimenti anche nella combinazione delle metodologie peeling con la
fotobiomodulazione.
■
Figura 2
Trattamento acne con LED,
tecnologia Arrogomen (415
nm + 660 nm + 850 nm). Prima
e dopo 5 mesi di trattamento
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maggio 2012 • Dermakos 47