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
Luce LED
Nuove prospettive
in medicina estetica
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
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Dermakos • maggio 2012
Tabella I - Colore
della luce emessa
G
Tipologia LED
Colore infrarosso
Tensione
di
giunzione
1,3 V
1,8 V
1,9 V
2,0 V
2,0 V
3,0 V
3,5 V
4 ÷ 4,5 V
li effetti terapeutici della luce si basano sugli effetti
Colore rosso
fotobiochimici che si osservano con la luce coerente Colore giallo
dei laser, ma anche con sorgenti di luce non
Colore verde
Colore arancio
coerente quale soprattutto quelle dei LEDs che si
Flash blu/bianco
stanno sempre più affermando in terapia estetica e
Colore blu
anti-aging.
Colore ultravioletto
In elettronica LED è l’acronimo di Light Emitting
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.
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.
???????????? La
Anche nelle lesioni pigmentarie o ipercromie l’utilizzo della luce LED svolge un effetto sinergico nicotina sembra in
e amplificativo delle terapie cosmetiche depigmentanti. L’effetto della luce LED si esplica
grado di attivare le
comunque prevalentemente nelle alterazioni pigmentate che interessano il livello epidermico cioè
cellule dendritiche
in quelle macchie che vengono messe in risalto con la luce di Wood.
a stimolare i linfociti
Uno studio coreano ha verificato l’efficacia clinica della fototerapia a LED per il ringiovanimento
T, il cui ruolo nei
della pelle attraverso il confronto con tre diversi parametri esaminando anche i cambiamenti
processi patogenetici
istologici, ultrastrutturali e biochimici indotti dalla luce LED.
della psoriasi è ben
Settantasei pazienti con rughe del viso sono stati trattati con i dispositivi LED sulla parte destra
noto
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
Tabella II - Differenze in breve tra luce visibile,
cui colture di fibroblasti, modelli animali e lembi cutanei
luce LED e luce Laser
post chirurgici, che con studi clinici, che hanno dimostrato
Luce visibile
LED
Laser
un aumento significativo della produzione di collagene
Contiene una variabilità
con concomitante riduzione di MMP in associazione al
Contiene una sola
Presenta un ampio
cromatica molto
lunghezza d’onda: è
campo di frequenze, è
miglioramento dell’aspetto della cute fotodanneggiata.
piccola, compresa in
monocromatica
policromatica
Recentemente è stata introdotta una nuova determinante per
+/- 5-20 nm
L’emissione dei
Conversione
Viene emesso un fotone
il processo dell’invecchiamento biologico legata alla messa
fotoni avviene senza
diretta dell’energia
a sua volta stimolato
in ordine armonica degli strati d’acqua interfacciale. La
stimolazione esterna,
elettrica in luce
da un fotone della
scoperta della loro armonizzazione con frequenze di luce a
spontaneamente
“elettroluminescenza”. stessa energia
670 nm ha ispirato un modello con cui è possibile invertire la
Emette luce coerente, È coerente, i fotoni sono
degenerazione dell’elastina attraverso l’interazione con gli strati
È incoerente
monocromatica ma non in fase e con la stessa
collimata
orientazione
ordinati d’acqua interfacciali nella matrice extracellulare. È stato
S
maggio 2012 • Dermakos
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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
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Dermakos • maggio 2012
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.
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
Bibliografia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
46
Cornelius CE III, Ludwig GD. Red fluorescence of comedones:
Production of porphyrins by Corynebacterium acnes. J Invest Dermatol
1967; 49: 368-370.
Elman M, Lebzelter J. Light therapy in the treatment of acne vulgaris.
Dermatol Surg 2004;30:139-146.
Elman M, Slatkine M, Harth Y. The effective treatment of acne vulgaris
by a high-intensity, narrow band 405–420 nm light source. J Cosmet
Laser Ther 2003; 5: 111-116.
Iuchi S; Chen H; Paesani F; Voth GA. Hydrated excess proton at waterhydrophobic interfaces. J Phys Chem B 2009, 113: 4017-4030.
Karu T. Primary and secondary mechanisms of action of visible to nearIR radiation on cells. J Photochem Photobiol B 1999; 49: 1-17.
Karu TI. Photobiological fundamentals of low-power laser therapy. J
Quantum Electron 1987; 23: 1703-1717.
Kawada A, Aragane Y, Kameyama H, et al. Acne phototherapy with a
high-intensity, enhanced narrowband, blue light source: An open study
and in vitro investigation. J Dermatol Sci 2002; 30: 129-135.
Kjeldstad B, Johnsson A. An action spectrum for blue and near
ultraviolet inactivation of Propionibacterium acnes; with emphasis on a
possible porphyrin photosensitization. Photochem Photobiol 1986; 43:
67-70.
Kligman L.H., Photoaging. Manifestations, prevention, and treatment,
Clin. Geriatr. Med. 5 (1989) 235–251.
Leyden JJ. Therapy for acne vulgaris. N Engl J Med 1997; 336: 11561162.
Pratesi R, Sacchi CA. Lasers in Phoromedicine and Photobiology, dalla
collana “Springer Series in Optical Sciences”, Springer-Verlag, Berlin,
1980.
Russell BA, Kellett N, Reilly LR. A study to determine the efficacy of
combination LED light therapy (633 nm and in facial skin rejuvenation.
J Cosmet Laser Ther 2005; 7: 196-200.
Schindl A, Schindl M, Scho’n H, et al. Low-intensity laser irradiation
improves skin circulation in patients with diabetic microangiopathy.
Diabetes Care 1998; 21: 580-584.
Sigurdsson V, Knulst AC, van Weelden H. Phototherapy of acne vulgaris
with visible light. Dermatology 1997; 194: 256-60.
Dermakos • maggio 2012
15. Sponzilli O. Cromopuntura: Applicazioni Pratiche (Video). VBM Picture
Trevignano R. (RM), 1998.
16. Sponzilli O. Iniziazione alla Cromoterapia. Mediterranee, Roma 1998.
17. Sponzilli O. Organoterapia, auricoloterapia e cromoterapia frequenziale
in medicina anti-aging: lo stato dell’arte. 10° congresso Universitario di
Medicina estetica e Medicina Naturale. Università Tor Vergata Roma
19-07-2011.
18. Sponzilli O. Le stimolazioni frequenziali in medicina. Auricoloterapia.
Tecniche Nuove, Milano 2012.
19. Stadler R, Orfanos CE. Maturation and aging of elastic fibers. Arch
Dermatol Res 1978; 262: 97–111.
20. Tzung TY, Wu KH, Huang ML. Blue light phototherapy in the treatment
of acne. Photodermatol Photoimmunol Photomed 2004; 20: 266-269.
21. Whelan HT, Connelly JF, Hodgson BD, et al. NASA light-emitting diodes
for the prevention of oral mucositis in pediatric bone marrow transplant
patients. J Clin Laser Med Surg 2002; 20: 319-324.
22. Whelan HT, Smits RL, Jr., Buchman EV, et al. Effect of NASA lightemitting diode irradiation on wound healing. J Clin Laser Med Surg
2001; 19: 305-314.
23. Barolet D. Light-Emitting Diodes (LEDs) in Dermatology. Semiminars in
Cutaneous Medicine and Surgery. 2008; 27(4): 227-238.
24. Weiss RA, McDaniel DH, Geronemus R, et al. Clinical trial of a novel
non-thermal LED array for reversal of photoaging: Clinical histology, and
susface profilometric results. Laser Surg Med 2005; 36: 85-91.
25. Meirelles GC, Santos JN, Chagas PO, et al. A comparatice study of
effects of laser photobiomodulation on the healing of third-degree
burns: Photomed Laser Surg 2008; 26: 159-166.
26. Barolet D, Boucher A, Bjerring P. In vivo human dermal collagen
production following LED-based therapy: The importance of treatment
parameters. Lasers Surg Med 2005; 17: 76.
27. Lee S.Y., Park K.H., Choi J.W, et al. A prospective, randomized,
placebo-controlled, double-blinded, and split-face clinical study on LED
phototherapy for skin rejuvenation: Clinical, profilometric, histology,
ultrastructural, and biochemical evaluations and comparison or three
different treatnent setting. J Photochem Photobiol B 2007; 27:
51-67.
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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