Die Lasertherapie – Grundlagen und Effekte

Wir möchten mit einer Erklärung der physikalischen Eigenschaften des Lasers beginnen, um ein besseres Verständnis seiner Wirkungsweise im medizinischen Kontext zu gewährleisten. Allgemein gesprochen sind Laser ein System, das Energie, die in einigen Substanzen enthalten ist, bei elektrischer Stimulation in elektromagnetische Schwingung versetzt.

Die Laserschwingung hat einige Eigenschaften, die in anderen elektromagnetischen Schwingungen nicht vorkommen:

1. Mono-Chromatizität:
   Der Laser hat nur eine Wellenlänge und somit auch nur eine Schwingungsfrequenz. Er hat auch nur eine Farbe, die vom aktiven Medium, das ihn erzeugt, bestimmt wird.
2. Kohärenz:
   Ist das Merkmal, bei dem alle abgegebenen Photonen in phasenweiser Konkordanz schwingen. Laserstrahlung ist zusammengesetzt aus Wellen mit derselben Wellenlänge, die gleichzeitig starten und ihre Phasen in Richtung der Ausbreitung konstant halten.
3. Justierung:
   Die Strahlung wird vom Laser nur in eine Richtung geschickt und sie streut mit einem festgelegten Divergenzwinkel. Die winklige Streuung eines Laserstrahls ist sehr klein verglichen mit anderen Quellen elektromagnetischer Strahlung, denn sie liegt nur im Milli-Radiant-Bereich. Der Strahl ist praktisch immer parallel und die Laserstrahlung kann sich über große Entfernungen ausbreiten.
4. Brillanz:
   Ist die Kraft, die pro Oberflächeneinheit abgegeben wird. Daraus ergibt sich die höchstmögliche Intensität pro Raumeinheit. Der Raum kann sogar nur wenige Mikronen groß sein.

KOMPONENTEN DES LASERSYSTEMS

Im Allgemeinen umfassen Laser vier strukturelle Einheiten: 1. Ein aktives Lasermedium, 2. Einen Anregungsmechanismus (Energiequelle, sog. „Pumpenquelle“), 3. Eine optische Kavität bestehend aus zwei Spiegeln und dem Raum dazwischen, 4. Einem Output-Mechanismus und natürlich eine mechanische Hilfsstruktur.

Diodenlaser bestehen alle aus halbleitenden Materialien und haben die typischen Eigenschaften elektrischer Dioden. Die Halbleiter können verwendet werden als kleine und hocheffiziente Photonenquellen, die mit einer Reihe verschiedener Techniken gepumpt werden können. Unter anderem Pumpen mit optischen Quellen (Photopumpen), Pumpen mit einem elektronischen Strahl oder Pumpen mit einem p-n-Übergang.

Die üblichste Technik ist die mit dem p-n-Übergang. Der p-n-Übergang beinhaltet einen Halbleiter des p-Typs, der mit einem des n-Typs verbunden wird. Diese Verbindung leitet Elektrizität in die gewünschte Richtung. Wenn der Pluspol des Generators mit der p-Seite verbunden wird und der Minuspol mit der n-Seite, dann fließt ein Strom durch den p-n-Übergang, der die Besetzung am Energieband austauscht.

Die Schichten des Halbleitermaterials werden so angeordnet, dass eine aktive Region im p-n-Übergang geschaffen wird, an der Photonen durch einen Neuordnungsprozess generiert werden.

Die Spannung wird auf das Metall auf den äußeren Schichten des Halbleiters übertragen. Weil die Laserdiode so klein ist, hat sie eine spezielle Abschirmung, dass heißt, ihre Handhabung ist einfach. Es gibt verschiedene Arten von Abschirmung, wobei standardmäßig eine Art Transistorbehälter verwendet wird. Eine gerichtete Linse ist eingearbeitet, die wichtig ist für die Erzeugung eines geeigneten Strahls.

Spezielle Laser Dioden wurden entwickelt, um Hochleistungslaserdioden zu erhalten. Diese speziellen Dioden emittieren synchronisierte Strahlung: so kann eine Output-Kraft von wenigen Watt erreicht werden.

Diodenlaser haben zahlreiche Vorteile:

• Hocheffektiv (mehr als 20 % der eingesetzten Energie wird als Laserstrahlung abgegeben)
• Hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit
• Langlebig (schätzungsweise rund 100 Jahre bei durchgehendem Betrieb)
• Niedrige Kosten (Laserdioden werden in der Elektroindustrie in Massenproduktion hergestellt)
• Fähigkeit, die emittierte Strahlung direkt zu modulieren und den elektrischen Strom, der durch den p-n-Übergang fließt, zu kontrollieren.

EIGENSCHAFTEN DER LASERSTRAHLUNG

Die Parameter des Laserstrahls:

1. Pulsdauer: Die Lasereinwirkung kann auf zwei Arten stattfinden.
   a) Durchgehend: Dabei wird die Laserstrahlung ohne Pause zwischen den Pulsen abgegeben.
   b) Gepulst: Der Laserstrahl wird mit mehr oder weniger langen Pausen gepulst abgegeben.
2. Durchschnittliche Kraft (Pm): Das ist eine Funktion, die sich hinsichtlich der Größe, der Dauer und der Frequenz der Pulse ändert. Die Entwicklung hin zu Pulslasern ist vom therapeutischen Standpunkt aus gesehen und hinsichtlich der durchschnittlichen Leistungsfähigkeit sehr erfreulich, weil das Eindringen des Lasers in den Körper dadurch verbessert wird.
3. Maximale Leistung: Ist die größte Leistung, die ein einzelner Laserpuls erreichen kann. Wird ein bestimmter Wert zwischen 10 und 20 W überschritten, dann führt die Erhöhung der maximalen Leistung zur Überschreitung der kritischen Energieschwelle.
   Die obere Schicht des Hautgewebes wird mit Laserenergie gesättigt und Hautverbrennungen können auftreten (thermischer Effekt). Die Leistung der Laserstrahlen (sowohl der therapeutischen als auch der chirurgischen Laser) ist höher in der Mitte des Strahls und fällt zu den Seiten hin in einer glockenförmigen Kurve ab (Gauß‘ sche Glockenkurve).
4. Die Leistung schwächt sich zu den Seiten des Strahls hin ab, was dazu führt, dass das vom seitlichen Strahl getroffene Gewebe weniger vom Lasereffekt erfasst wird. Dieses Phänomen bezeichnet man als Alpha-Effekt. Deshalb löst der Anteil des Strahls mit geringerer Leistung weniger Schmerz und Entzündungen in Verletzungen aus.
5. Quantität der Strahlung (Energiedichte): Die Quantität der Strahlung ist der wichtigste Parameter in der Niedrig-Energie-Lasertherapie. Sie ist sogar bedeutender als die Art des verwendeten Lasers (sichtbar oder unsichtbar, gepulst oder durchgehend). Mit Quantität der Strahlung ist die Energiemenge gemeint, die in das Gewebe geleitet wird.
6. Sehr wichtig zu wissen ist dabei, ob diese Energie durch einen kleinen Bereich (sagen wir 1 mm2) oder durch einen Bereich, der mehr als einige cm2 umfasst, geleitet wird.

Auch folgende Konzepte sind elementar wichtig, wenn es darum geht, optimale therapeutische Wirkungen aus der Lasertherapie herauszuholen:

1. Für beste bio-stimulierende Effekte (bei der Behandlung von Wunden, Verbrennungen, Blutergüssen, usw.) muss die Strahlungsdosis nach oben und unten hin limitiert werden. Wenn sie zu gering ist, dann ist die Behandlung unter Umständen nicht effektiv, ist sie zu hoch, kann das ebenfalls eine uneffektive Behandlung zur Folge haben oder sogar negative Wirkungen hervorrufen.

2. Die biostimulierenden Effekte sind kumulativ: geeignete wiederholte Mengen, verabreicht in relativ häufigen Intervallen, führen zu einem kumulativen Effekt. Kleine wiederholte Mengen, die in Abständen von 1 – 7 Tagen gegeben werden, führen zum gleichen Effekt, als wenn dieselbe Strahlungsmenge in einer einzigen Behandlung verabreicht wird.

EFFEKTE DER DIODENLASER AUF DAS MENSCHLICHE GEWEBE

1. Entzündungshemmender Effekt: Viele Studien haben gezeigt, dass Laserbehandlungen, die auf eine Reihe verschiedener zellulärer und biochemischer Komponenten einer Entzündung einwirken, einen weitreichenden Effekt auf die histologischen, biologischen und klinischen Entzündungsparameter bei Patienten mit solchen Reaktionen haben können.

2. Effekte auf das periphere Nervensystem (schmerzlindernder und regenerativer Effekt): Zahlreiche Studien, die sowohl am Patienten als auch im Reagenzglas durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass Niedrigenergie-Laserstrahlung biologische Wirkungen auf das zentrale und periphere Nervensystem und auf seine Funktionen haben kann: der neuronale Stoffwechsel wird verbessert, normale neurophysiologische Aktivität kann wiederhergestellt werden, neuronaler Degeneration wird vorgebeugt und am Rückenmark und an den peripheren Nerven können Reparaturen ausgeführt und ihre Funktionsfähigkeit verbessert werden.

3. Biostimulierende und Geweberegenerationseffekte: Aktuelle Studien haben deutliche Stimulierungswirkungen sowohl auf das Bindegewebe, als auch allgemein auf die Regenerierung von Gewebe gezeigt. Der bedeutendste biologische Effekt der He-Ne-Laser auf das Bindegewebe, ist die schnelle Vermehrung der Fibroblasten in Zellkulturen, die mithilfe von He-Ne-Lasern bestrahlt werden mit Myofibroblasten, die aus Fibroblasten gebildet werden.

4. Wirkungen auf die Mikrozirkulation und auf die Blutgefäße: Laser können die örtliche Mikrozirkulation verbessern, was unter anderem zur Lösung lokaler Krämpfe in den arteriellen und venösen Blutgefäßen führt (die zum Beispiel nach einem Trauma oder einer Entzündung auftreten), zur Ankurbelung des Blutflusses in den Kapillaren, die dem Nährstofftransport dienen, zur Öffnung der Verbindungsgänge und zur Aktivierung von neoangiogenetischen Effekten.

5. Immunmodulierender Effekt: Das menschliche Immunsystem errichtet einen Schutzmechanismus gegen exogene und endogene schädigende Einflüsse wie Bakterien und Viren, die für den Körper potenziell gefährlich sein können.

6. Enzymatischer Photoaktivierungseffekt: Ein Photon kann ein enzymatisches Molekül aktivieren, dass im Gegenzug einen biologischen Prozess in Gang setzen kann.

7. Placebo Effekt : Man sollte besonders beachten: eine ganze Reihe von Studien hat erwiesen, dass der Einsatz von Infrarotlasern in der Schmerzbehandlung eine Placebo Antwort auslösen kann, der man Beachtung schenken sollte.

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