Photobiomodulation (PBM) : lumière rouge pulsée et proche infrarouge – physique, biologie et résonance
La photobiomodulation (PBM) est une technologie basée sur la lumière qui utilise des longueurs d'onde définies de lumière rouge et proche infrarouge pour interagir avec les processus biologiques au niveau cellulaire. Contrairement à l'exposition générale à la lumière, le PBM se caractérise par un contrôle précis de la longueur d'onde, de l'intensité, du temps d'exposition et, dans certains systèmes, de la fréquence d'impulsion. Cet article fournit une revue scientifique intégrée de la photobiomodulation basée sur la physique optique, la biophysique, la photobiologie et les principes basés sur la résonance, y compris les interactions spécifiques aux tissus et les réponses dépendantes de la fréquence.
Qu'est-ce que la photobiomodulation (PBM)
La photobiomodulation est un terme collectif désignant l'utilisation de la lumière dans certaines parties du spectre électromagnétique pour influencer le fonctionnement des cellules. La technologie utilise principalement la lumière rouge dans une zone d'env. 600–700 nm et lumière proche infrarouge dans la plage env. 700-1 100 nm. Ces longueurs d'onde ont été choisies car elles ont une pénétration tissulaire relativement bonne et sont absorbées par des chromophores spécifiques dans les cellules. Le PBM diffère de la lumière à large spectre dans la mesure où les paramètres lumineux sont techniquement contrôlés pour produire des réponses biologiques prévisibles.
La différence entre la lumière rouge et la lumière proche infrarouge
La lumière rouge est principalement absorbée dans les couches tissulaires plus superficielles et concerne donc la peau, les muqueuses et les tissus proches de la surface. La lumière proche infrarouge a une longueur d’onde plus longue et une absorption plus faible dans l’hémoglobine et l’eau, ce qui permet une pénétration plus profonde dans les tissus tels que les muscles, les articulations et, dans certains contextes, également les structures transcrâniennes. De nombreux systèmes PBM combinent ces longueurs d’onde pour réaliser des interactions biophysiques superficielles et plus profondes.
Lumière pulsée, fréquences de résonance biologique et interactions spécifiques aux tissus
La lumière pulsée dans le spectre rouge et proche infrarouge est étudiée depuis des décennies pour ses effets biophysiques. Lorsque la lumière est pulsée à des fréquences spécifiques, elle peut interagir avec les rythmes électromagnétiques du corps, depuis les niveaux macroscopiques tels que les ondes cérébrales et les rythmes cardiovasculaires jusqu'aux niveaux microscopiques et moléculaires tels que l'activité enzymatique, les vibrations de l'ADN et les structures de l'eau biologique. Deux principes principaux le sous-tendent : la pénétration optique, qui décrit comment la longueur d'onde, les paramètres d'impulsion et la puissance affectent la profondeur avec laquelle les photons atteignent les tissus, et l'interaction résonante, où la modulation de la lumière peut correspondre aux réponses dépendant de la fréquence dans les systèmes biologiques.
La physique derrière la lumière pulsée et la pénétration des tissus
La lumière rouge dans la plage de 600 à 700 nm a généralement une pénétration d'environ 1 à 5 mm et convient à la peau et aux structures proches de la surface. La lumière proche infrarouge dans la gamme 700-1 100 nm est absorbée dans une moindre mesure par l’eau et l’hémoglobine et peut donc pénétrer plusieurs centimètres dans les tissus tels que les muscles et le tissu conjonctif. La lumière infrarouge moyenne, quant à elle, est fortement absorbée par l’eau et produit principalement des effets thermiques à proximité de la surface. La lumière pulsée permet une puissance de crête élevée combinée à une faible charge énergétique moyenne, ce qui peut réduire l’échauffement de surface tout en augmentant simultanément la pénétration efficace des tissus. Les impulsions basse fréquence inférieures à 100 Hz peuvent interagir avec les rythmes neurologiques et autonomes, les fréquences intermédiaires de 100 Hz à plusieurs kilohertz ont été étudiées pour leurs effets sur les processus cellulaires et la réparation tissulaire, tandis que les fréquences plus élevées peuvent théoriquement interagir avec les résonances moléculaires et structurelles.
Fréquences de résonance biologique et structures cibles
Les systèmes biologiques présentent des rythmes et des gammes de fréquences qui peuvent être en corrélation avec des processus fonctionnels. Les fréquences ultra-basses inférieures à 1 Hz sont associées aux ondes vasculaires, à la respiration et aux mécanismes de régulation autonome. Les basses fréquences comprises entre 1 et 30 Hz incluent la résonance Schumann autour de 7,83 Hz et les rythmes alpha et bêta du cerveau, qui sont souvent liés à la régulation, à la concentration et à la coordination neuronale. Les fréquences intermédiaires, comme la gamme gamma autour de 40 Hz, ont été étudiées en lien avec la neuroplasticité et l'intégration des signaux. Les gammes de fréquences plus élevées allant du kilohertz au mégahertz sont théoriquement liées aux propriétés piézoélectriques du collagène et aux réponses structurelles des tissus, tandis que la gamme GHz – THz est principalement discutée dans les études en laboratoire et sur modèles liées aux structures de l'eau, au repliement des protéines et à la torsion de l'ADN.
Gammes de fréquences biologiques et effets observés
Les fréquences ultra-basses autour de 0,1 à 0,5 Hz sont en corrélation avec les ondes cérébrales lentes, la réponse des barorécepteurs et la variabilité cardiaque. Les basses fréquences telles que 7,83 Hz et 10 Hz coïncident avec des rythmes physiologiques connus et ont été étudiées en relation avec la régulation cellulaire et la réponse neurologique. Des fréquences intermédiaires telles que 40 Hz ont été étudiées pour leurs effets sur la neuroplasticité et la fonction cognitive, tandis que des fréquences autour de 100 Hz ont été documentées comme étant utilisées en relation avec une pénétration plus profonde des tissus et des protocoles liés à la douleur. Des fréquences plus élevées, y compris la gamme des kilohertz, sont associées à des réponses anti-inflammatoires et liées aux plaies dans certaines études, tandis que les preuves dans la gamme GHz-THz sont principalement théoriques et expérimentales.
Luci Phi en contexte
Une technologie telle que Luci Phi peut fournir de la lumière dans une zone d'env. 400-1 060 nm avec un contrôle précis des fréquences d'impulsion depuis les plages de Hz ultra-basses jusqu'aux kilohertz, et dans certaines configurations, plus loin vers des fréquences plus élevées. Grâce à une haute résolution dans le contrôle de fréquence, il est possible de faire correspondre plus précisément les résonances biologiques, à la fois au niveau macroscopique, comme les organes et les systèmes nerveux, et au niveau microscopique, comme les mitochondries et les structures moléculaires. Cela ouvre la voie à une exploration plus ciblée des interactions biophysiques entre la lumière, la fréquence et les tissus biologiques.
Conclusion
La lumière pulsée en photobiomodulation permet à la fois une pénétration plus profonde dans les tissus et une interaction plus précise avec les résonances biologiques. En combinant une longueur d'onde optimale avec une fréquence d'impulsion contrôlée, l'émission de lumière peut être adaptée à différentes structures cibles biologiques. La base de données probantes varie depuis des mécanismes bien documentés dans les mitochondries et les tissus jusqu'à des modèles plus théoriques au niveau moléculaire, mais dans l'ensemble, la PBM représente un domaine interdisciplinaire qui relie la physique optique, la biophysique et la régulation biologique.
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