近赤外線について

☆ 赤外線(Infra red)の波長区分について

<ISOに於ける、赤外線の波長区分>

Near Infra red0.78-3.0 μm
Mid Infra red3.0-50.0 μm
Far Infra red50.0-1000.0 μm

<一般的な赤外線の波長区分>

Near Infra red0.78-2.5 μm
Mid Infra red2.5-8.0 μm
Far Infra red8.0-1000.0 μm

☆ 近赤外線について

近赤外線は、医療や美容等の分野に於いて広く利用されていますが、近年は特に医療分野での利用が拡大されていると言われております。
PBM:photobiomodulation(フォトバイオモデュレーション:光による生体調整)や
LLLT:Low level light therapy(ローレベルライトセラピー:低線量光治療)といった言葉が広く知られるるようになってきています。

では何故、近赤外線が利用されているのでしょうか?
それは、近赤外線の生体深達度が高いため、表面だけでなくある程度の深さの細胞にまで作用する事が出来る為であると考えられています。

☆ では何故、近赤外線は生体内部に進達する事が出来るのでしょうか?

人体に最も多く存在してる構成要素は水です。
また、血管の長さは、極小の毛細血管まで含めると、その長さは10万キロメートルともいわれています。 なんと、地球を2周半するほどの長さです。
従って、光を人体に進達させようとした場合、水分と血液が光の進む道を邪魔するという事になります。
下の図は、Optical Window(光学的窓)と呼ばれるもので、ヘモグロビンとH2O が吸収される光の波長帯を示したものです。
ヘモグロビンとH2O が、近赤外線の波長域では殆ど吸収されない事が分かります。
従って、近赤外線が生体内部にある程度進達する事が出来る、という事になります。

☆ 近赤外線を使用する上で注意すべきと言われている事

近赤外線を使用した施術には、二相性の反応が現れる事が殆どであると言われております。
これは、光を当てすぎても、少なすぎても効果が低いとう意味であるとされています。
従って、適切な波長を適度の強さで適当な時間照射する事が良い効果を引き出すと解釈されています。

この二相性の反応には、
アルント‐シュルツの法則が当てはまると言われております。
また、ホルミシス効果に似ているとも言われております。

<アルント‐シュルツの法則>

プリューゲル・アルントシュルツの刺激法則とは、
刺激の強度と神経や筋の興奮性について述べた法則です。
弱い刺激をすることで神経機能を喚起し、中程度の刺激で神経機能を興奮させ、強い刺激は神経機能を抑制し、最強度の刺激で静止するという法則で、
つまり、適度の刺激を加えることが生体にとって最も良い刺激であると言われております。

☆ IRの効果について(抜粋)

創傷治癒、若返り、疼痛緩和、細胞保護、細胞再生、凝りの緩和、疲労緩和、炎症の緩和、抗菌性 等であると言われております。

<以下は、海外の論文から参照した、IR の効果について述べられいる内容です>

  • 血管拡張効果は実証済と考えてよい
  • LLLT:Low level light therapy の有益な影響は、ほぼ全ての組織と臓器が含まれる
  • 膜組織・ミトコンドリアに作用し様々な回路やシグナリングを調整している
  • 線維芽細胞を活性する、また、コラーゲン合成能を増大する効果がある
  • 血管内皮細胞のeNOS生産を促進する(血管が拡張され血流が良くなる)
  • 光によって誘発された ROS(Reactive Oxygen Species) は短期的には光肌エイジングケアに良いが、多ければ光老化となる
  • DNAの損傷に応じてDNA修復システムを誘発する
  • 抗がん剤の用量を減らせる可能性がある
  • ATP産生能を刺激する
  • 脂肪幹細胞を増殖させる
  • 単回投与(照射)ではなく、効果もしくは疾病の緩和が見られる迄継続的に実施する事が望ましい(食事と一緒:規則正しい食事)
  • IR放出素材は生活品質を向上させるアプリケーション(屋外活動・睡眠・家庭介護商品)であり、
  • 今後、柔軟性のあるアプリケーションとなっていくであろう

<Various medical applications of IR radiation for different cells and tissue tissues.>

Medical
application
TargetLight source or materialWavelengthsResults
創傷治癒皮膚の怪我(ラット)セラミックコートシート5.6–25 μm (PEAK 8–12 μm)創傷治癒促進+TGF-β1 の発現
創傷治癒皮膚の擦り傷(マウス)半導体レーザー810 nmコラーゲンの集積と創傷治癒効果の増大
創傷治癒軟組織(ラット)半導体レーザー904 nm創傷治癒+exclusion zone (EZ)の促進 + (1H NMR 1/T2)の増大
創傷治癒軟組織(ラット)半導体レーザー904 nm創傷治癒の促進 、膜組織効果の測定(by 1H NMR tau©)
神経刺激坐骨神経(ラット)自由電子レーザー2.1, 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, and 6.1 μm坐骨神経の小束に於ける特定エリアでの反応が発生
神経刺激心臓(成長したウサギ)半導体レーザー1.851 μm成長したウサギの心臓に於ける光学鼓動の発現
神経刺激スナネズミ聴覚神経YAG レーザー(ホルミウムをドープ)2.12 μm光照射は蝸牛の反応幅を刺激した
神経刺激坐骨神経(ラット)半導体レーザー1.875 μmハイブリッド(電気・光学)刺激は持続的な筋収縮を発生させ、レーザー出力の必要値を下げた
神経刺激
神経刺激ヒト胎児腎細胞293半導体レーザー1.889 μm一過的な光学刺激に於いて膜組織の静電容量が変化した
光老化肌(人)同下600–1500 nmフリーラジカルの形成とβカロチンの成分(抗酸化物)を減少
光老化真皮(人)放射経路に水フィルターを備えた赤外線A(IR-A)放射線源760–1440 nm真皮に於ける MMP-1の発現が増加
腫瘍への効果ヘーラ子宮頚ガン細胞Waveguide Thermal Emitter3.6, 4.1 or 5.0 μmミトコンドリア細胞膜電位の崩壊を引き起こし、酸化ストレスを増加させた
腫瘍乳癌細胞+健常胸上皮細胞Blackbody source equipped with 3–5 μm filter≒ 3–5 μm filter(セラミック)3–5 μmInduced G2/M 癌細胞サイクルの停止を誘導し、マイクロチューブネットワークを再構成し、アクチン・フィラメント構造を変化させた
腫瘍A549肺腺がん細胞放射経路に水フィルターを備えたNIR放射線源1.1–1.8 μmDNA損傷時の反応経路を活性化した
腫瘍ヒト細胞株(外陰部), ヒト肺癌株 (肺), 口腔の細胞 (舌),乳がん細胞株,歯肉腫FIR 発生パネルインキュベーター(炭素・シリカ・酸化アルミニウム・酸化チタン)にて被膜4–20 μm (PEAK: 7 to 12 μm)ATF3遺伝子の発現を高め、癌細胞の拡散を抑制した
腫瘍固形腫瘍半導体レーザー904 nm88%の抗ガン作用(10年経過観察)
腫瘍固形腫瘍細胞形態学半導体レーザー904 nm癌細胞患者に於いて選択的アポトーシス・壊死が発生
腫瘍固形腫瘍:T2wMRI-Microdensitometry半導体レーザー904 nm癌患者に於ける抗腫瘍反応断定的なものとしての臨界面に於けるexclusion zone (EZ)の証拠となった
腫瘍固形腫瘍:serum levels of cytokines of peripheral leucocyte subsets半導体レーザー904 nm癌患者の細胞壊死因子及びTNF-α 可溶性IL-2レセプターに於ける免疫調整+and CD4 + CD45RA+ and CD25+ activated
脳神経再生軽脳挫傷近赤外線LED870 nm認識機能,睡眠、外傷後ストレス性障害の向上
脳神経再生脳卒中(塞栓形成うさぎ)レーザー808 nm大脳皮質に於けるATP量の増加
脳神経再生人脂肪幹細胞半導体レーザー810 nm, 980nm増殖と分化を刺激した

<Various medical applications of IR radiation for different cells and tissue tissues._1>

Medical
application
Author, reference, et alYearTargetIRResults
Wound healingToyokawa2003Skin wound in ratMidPromoted wound healing and expression of TGF-β1
Wound healingGupta2014Dermal abrasions in miceNearEnhanced collagen accumulation and healing effects
Wound healingSantana-Blank2000, 2013Soft tissues in ratNearPromotes wound healing and exclusion zone (EZ) growth (1H NMR 1/T2)
Wound healingSantana-Blank
Rodríguez-Santana
2013
2003
Soft tissues in ratNearPromotes wound healing, membrane effect measured by 1H NMR tau©
Neural stimulationWells2005Rat sciatic nerveMidGenerated a spatially selective response in small fascicles of the sciatic nerve
Neural stimulationJenkins2013Adult rabbit heartNearInduced optical pacing of the adult rabbit heart
Neural stimulationIzzo2006Gerbils auditory nerveNearOptical radiation stimulated the cochlear response amplitudes
Neural stimulationDuke2012Rat sciatic nerveNearHybrid electro-optical stimulation generated sustained muscle contractions and reduced the laser power requirements
Neural stimulationShapiro2012HEK-293T cellsNearAltered the membrane electrical capacitance during optical stimulation transiently
PhotoagingDarvin2006Human skinNearFormed free radicals and decreased content of β–carotene antioxidants
PhotoagingSchroeder2008Human dermal fibroblastsNearIncreased expression of MMP-1 in the dermis
Antitumor actionTsai2016HeLa cervical cancer cellMidCaused a collapse of mitochondrial membrane potential and an increase in oxidative stress.
Antitumor actionChang2013Breast cancer cells and normal breast
epithelial cells.
MidInduced G2/M cancer cell cycle arrest, remodeled the microtubule network and altered the actin filament formation
Antitumor actionTanaka2012A549 lung adenocarcinoma cellsNearActivated the DNA damage response pathway
Antitumor actionYamashita2010A431 (vulva), A549 (lung), HSC3 (tongue),
MCF7 (breast) and Sa3 (gingiva) cancer cells
MidSuppressed the proliferation of cancer cells through enhancing the expression of ATF3 gene
Antitumor actionSantana-Blank2002Solid tumor Clinical trialNear88% anticancer effect. Ten years follow up
Antitumor actionSantana-Blank2002Solid tumor cytomorphologyNearSelective apoptosis, necrosis, anoikis in tumor tissues of cancer patients
Antitumor actionSantana-Blank2013Solid tumor T2wMRI-MicrodensitometryNearEvidence of interfacial water exclusion zone (EZ) as a predicator of anti-tumor response in cancer patients
Antitumor actionSantana-Blank1992Solid tumor serum levels of cytokines of
peripheral leucocyte subsets
NearImmuno-modulation in cancer patients of TNF-α sIL-2R and CD4 + CD45RA+ and CD25+ activated
Brain neural regenerationNaeser2014Mild traumatic brain injuryNearImproved cognitive function, sleep and post-traumatic stress disorder symptoms
Brain neural regenerationLapchak2010Strokes in embolized rabbitsNearIncreased cortical ATP content
Adipose regenerationWang, Y.,2016human adipose-derived stem cellsNearStimulate the proliferation and differentiation

<Various medical applications of IR radiation for different cells and tissue tissues._2><IR=LLLT(Razor)>

2007
Author, reference, et alYearTargetResults
Lubert1992FibroblastsPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Yu1994FibroblastsPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Yu1997Skin woundPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Grossman1998KeratinocytesPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Moore2005Endothelial cellsPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Agaiby2000LymphocytesPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Crysler2003Human gingival fibroblastsPrevent cell apoptosis and improve cell proliferation, migration and adhesion
Gavish:2006Porcine aortic smooth muscle cellsModulated matrix metalloproteinase activity and gene expression
SheferMuscle satellite cellsActivate muscle satellite cells, enhancing their proliferation, inhibiting differentiation and regulating protein synthesis
Hopkins2004AngiogenesisEnhance neovascularisation, promote angiogenesis and increase collagen synthesis to promote healing of acute
CorazzaWound ratsAcceleration of cutaneous wound heaing with a biphasic dose response
Gigo2004NervesStimulate healing
Results2005TendonsStimulate healing
Morrone2000CartilageStimulate healing
Weber2006BonesStimulate healing
Shao2005Internal organsStimulate healing
Bjodal2006Pain, inflammation by injuriesReduce
Carati2003SwellingReduce
Oron2001Injury or ischemia in skeletal and heart muscles Beneficial(multiple animal models:in vivo)
Lapchak2008Damage after strokesMitigate damage in both animals and humans
Oron2007After traumatic brain injuryMitigate damage in both animals and humans
Wu2009After spinal cord injuryMitigate damage in both animals and humans

■ IR の美容的効果について

<皆様へ>

以前に提出させて頂きました書面には、美容に関する内容が少なかったので、今回は美容に関するIRの論文を読んでみました。
Ray Balance にとって有益な内容を集めましたので、お役に立てば幸いです。

<論文からの抜粋_1(肌の若返りについて)>

  1. 非熱光による肌の若返りに於いて、レーザーとLED は安全で効果的である。
  2. レーザーとLEDは、ドット形状(点状)の発光特性とスペクトル帯域幅が狭いため、いくつかの欠点がある。
    それは、組織の再生と修復に関わるスペクトルは複数の波長で構成されるため、赤色光のみより広いスペクトル領域をカバーする波長帯がより有効であろうと考えらる事である。
    Ray Balance が提供する光の波長は、そのPEAK波長が 850nm の IR光 に 630nmの可視光を加えたものであり、IR 光のみの他機械と比べ、広いレンジを提供する事が可能になっております。
  3. 赤色光(IR 光を含む)は肌の若返り・皮膚内コラーゲンの増加に関し有効である。
  4. 600~1300 nmのスペクトル範囲の光は、創傷治癒、組織修復、皮膚の若返りを促進するのに役立ちます。
  5. LLLTおよびPBMで最も重要な波長は、632.8 nmであり、これは、HeNeレーザーの主波長です。
  6. アサーマル光のみの光若返りのための590、633、および830 nmの波長のLED光源の使用は、近年急速に成長しています。
  7. ヒト線維芽細胞における遺伝子発現プロファイルの詳細な分析により、細胞増殖などの細胞機能に関与する111の異なる遺伝子に対する、波長628 nmの低強度赤色光の影響が明らかになりました。
  8. 人間の皮膚での光誘起フリーラジカル形成が詳細に調査されており、波長620および670 nmの赤色光は、外部光増感剤の影響なしでもROSの濃度を増加させることが示されています。

<論文からの抜粋_2(創傷治癒について)>

赤色および近赤外(NIR)波長領域(635、730、810、980 nm)の異なる波長の光によって媒介されるLLLTの治癒効果として、マウスモデルに於ける部分的な厚さの皮膚擦過傷に対し照射し評価する実験が実施されました。以下がその結果です。

  1. 635および810 nmの波長は、皮膚擦過傷の治癒を促進するのに効果的である。
  2. 730 nmと980 nmの波長を使用した治療では、刺激(光照射)による治癒の兆候は見られませんでした。
  3. 他の波長や非照射コントロールと比較して、810 nmで治療したマウスでは治癒が最大限に増強されました。
    :創傷面積の有意な減少(p <0.05)、コラーゲン蓄積の増大、完全な再上皮化が発生した。
  4. サイトケラチン-14の免疫蛍光染色と増殖細胞核抗原(PCNA)を調べる事によって明らかにされた、再上皮化と細胞増殖の有意な加速(PCNA)(p<0.05)は、他のグループと比較して810 nmで明白でした。
  5. 赤(635 nm)およびNIR(810 nm)の光によって媒介される光生体調節は、創傷組織の生物学的応答が、使用する波長に依存することを示唆している。
  6. 810 nmの有効性は以前の実験結果と一致し、635 nmの部分的な有効性と730および980 nmの無効性は、LLLTに於ける、シトクロムcオキシダーゼ(ミトコンドリア発色団の候補)の吸収スペクトルによるものと考えます。

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