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Serie sobre terapia de fotobiomodulación transcraneal

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Cómo funciona en el cerebro

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Este artículo se publicó originalmente en la subsección "Luz y ecuanimidad", una fuente de información gratuita sobre la terapia de fotobiomodulación. Puede suscribirse a un boletín más o menos mensual:

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Conclusión

Las principales conclusiones de este artículo son que la PBM transcraneal puede, en muchos casos, ayudar a nuestros cerebros a restaurar o mejorar procesos naturales cruciales en el núcleo de la salud neurológica y mental. Sus efectos más importantes son

- una mayor producción de ATP y, en consecuencia, una mejora del metabolismo general,

- mejora del flujo sanguíneo y linfático cerebral,

- mejora de la oxigenación,

- reducción de la neuroinflamación,

- efectos antioxidantes y antiapoptóticos,

- mejora de la señalización neuronal,

- mejora de la neurogénesis,

- y mejora de la sinaptogénesis.

Todos estos efectos pueden ayudar a tratar diferentes trastornos neurológicos y psicológicos.

Introducción

Entre todas las diferentes aplicaciones de la luz en medicina, el campo de la terapia de Fotobiomodulación transcraneal (tPBM) es mi favorito. El término describe la aplicación de luz infrarroja al cerebro, que despliega diferentes efectos beneficiosos.

Lo que me gusta de ella es, por un lado, que estamos hablando de una terapia natural que, si se aplica correctamente, carece por completo de efectos secundarios. Por otro lado, permite a los terapeutas tratar los trastornos como un sistema completo en lugar de actuar únicamente sobre síntomas específicos, algo difícil de conseguir mediante las intervenciones farmacológicas convencionales.

Este post es una exploración de nuestra comprensión actual de los mecanismos de acción. Muchos mecanismos son complejos e implican cascadas de señalización, efectos secundarios e incluso terciarios, y es cierto que aún no se conocen todos los detalles.

Sin embargo, sabemos que funciona de una forma que podemos calificar de muy natural, al potenciar y restaurar distintos procesos biológicos que constituyen el núcleo de la buena salud cerebral. Las indicaciones de la terapia incluyen

- enfermedades neurodegenerativas

- trastornos psicológicos,

- lesiones cerebrales,

- dolores de cabeza,

- mejora de la función cognitiva en individuos sanos,

- y trastornos del neurodesarrollo como el autismo.

¿Cómo se ejecutan las intervenciones tPBM?

la "luz infrarroja cercana" -definida como luz de longitudes de onda comprendidas entre 800 nm y 1200 nm aproximadamente- se aplica directamente sobre la cabeza y penetra a través de la piel, el cráneo y todos los demás tejidos para llegar finalmente al cerebro. La capacidad de los fotones infrarrojos para alcanzar el tejido cerebral se ha demostrado en diferentes simulaciones y estudios [1,2]. Los fotones que penetran más profundamente pueden alcanzar una profundidad de hasta 5 cm, pero el número de fotos disminuye con la distancia recorrida debido a la absorción por los diferentes tejidos biológicos.

Algunas longitudes de onda específicas, como 810 nm y 1024 nm, se han probado con mucha más frecuencia que otras debido a la disponibilidad de productos concretos que emiten estas longitudes de onda.

Estos productos pueden consistir en láseres o LED para emitir la luz. Sin embargo, los LED son mucho más comunes, ya que son mucho más baratos de producir e instalar en dispositivos terapéuticos.

La terapia es no invasiva, no térmica e indolora.

¿Qué mecanismos de acción intervienen?

Más energía global por el aumento de la producción de trifosfato de adenosina

El trifosfato de adenosina (ATP) es la fuente de energía utilizada a nivel celular, por lo que a menudo se le denomina la "moneda energética" celular. Se consume en casi todos los procesos fisiológicos básicos, incluyendo la señalización intracelular, la síntesis de ADN y ARN, la señalización purinérgica, la señalización sináptica, el transporte activo y la contracción muscular.

Un breve recordatorio: Su síntesis se produce en las mitocondrias, un orgánulo situado en el citoplasma de las células humanas y de casi todas las demás células eucariotas.

Hay tres pasos denominados

a) glucólisis

b) ciclo del ácido tricarboxílico (TCA o ciclo de Krebs),

c) fosforilación oxidativa.

La T-PBM actúa en el último paso, la fosforilación oxidativa, donde se produce ATP (así como óxido nítrico y especies reactivas del oxígeno) mediante procesos de transferencia de electrones en cuatro complejos diferentes [3].

El último complejo es una enzima llamada citocromo C oxidasa (CCO). En él, el cobre (iones metálicos) reduce el oxígeno a agua y en el proceso se produce ATP. Lo esencial en nuestro contexto es que la CCO puede absorber fotones de luz roja e infrarroja.

La energía absorbida acelera los procesos de transferencia de electrones, haciendo que haya más electrones disponibles en la CCO, lo que conduce a un aumento de la producción de ATP que sigue directamente a la intervención [4,5].

Además del aumento inmediato de la producción de ATP, también se producen efectos a largo plazo: Cuando las mitocondrias perciben que hay más energía disponible, envían esta información al núcleo. Esto altera la expresión génica para mejorar la función mitocondrial y formar nuevas mitocondrias. Este proceso se denomina señalización mitocondrial retrógrada [6].

Teniendo en cuenta que el cerebro es el órgano con mayor consumo energético y el segundo con mayor densidad de mitocondrias de todos nuestros órganos (después del corazón), es especialmente vulnerable a las alteraciones de sus fuentes de energía. La mayoría de las enfermedades neurodegenerativas (END) se caracterizan por la disfunción mitocondrial, la pérdida del potencial de membrana mitocondrial y el agotamiento del ATP. Las intervenciones que pueden mejorar la producción de ATP y, por tanto, mejorar el metabolismo cerebral -como la tPBM- pueden, por tanto, desempeñar un papel importante en una estrategia integral para mejorar la función cognitiva y, posiblemente, ralentizar o prevenir el deterioro cognitivo [16].

Aumento de la vasodilatación cerebral

la tPBM puede mejorar el flujo sanguíneo cerebral y el flujo linfático actuando sobre el óxido nítrico de dos maneras diferentes. En primer lugar, se produce una fotodisociación del óxido nítrico previamente unido al complejo durante la absorción de fotones en la citocromo C oxidasa. En segundo lugar, el tPBM puede estimular la óxido nítrico sintasa, la enzima necesaria para la producción de NO en los tejidos [7].

El óxido nítrico (NO) tiene efectos vasodilatadores. Por lo tanto, aumenta el flujo sanguíneo cerebral y el flujo linfático cerebral, que son cruciales para el suministro de nutrientes y oxígeno a las células cerebrales, la eliminación de productos de desecho y muchos otros procesos. El aumento de la actividad del NO también favorece la angiogénesis, es decir, la formación de nuevos vasos sanguíneos.

Un modelo de ratón sugirió que el tamaño del efecto puede llegar al 30% [8].

Mejora de la oxigenación cerebral

En consonancia con varios estudios en animales, dos estudios en humanos demostraron que la estimulación transcraneal con láser puede mejorar la oxigenación cerebral en adultos humanos [9, 10]. Mientras que la concentración total de hemoglobina sólo aumenta ligeramente hasta una parte no significativa, la concentración de hemoglobina oxigenada aumenta y la concentración de hemoglobina desoxigenada disminuye, ambas de forma significativa, lo que conduce a un aumento significativo de la parte de hemoglobina oxigenada.

Disminución de la neuroinflamación

La neuroinflamación puede contribuir a la aparición y progresión de diferentes trastornos neurológicos y psicológicos, especialmente las enfermedades neurodegenerativas y la depresión, ya que conducen a la pérdida neuronal y, por tanto, a un deterioro de la función cognitiva.

El TPBM puede ayudar a disminuir la neuroinflamación de diferentes maneras. El mecanismo puede ser sencillo: una mejor eliminación de las fuentes de inflamación, como los productos de desecho metabólicos, las neurotoxinas y los patógenos. A través de efectos secundarios, la tPBM también puede suprimir la expresión de citoquinas proinflamatorias [10]. Además, un modelo en roedores sugirió que la tPBM también puede actuar a través de la modulación del sistema inmunitario del cerebro. La microglía es una parte esencial del mismo y existe en dos fenotipos principales. "Microglia 1" es responsable de producir citoquinas proinflamatorias e interrumpir la barrera hematoencefálica y, en general, está asociada al daño neuronal. "Microglia 2" produce citoquinas antiinflamatorias, potencia la liberación de factores neurotróficos y tiene efectos neuroprotectores. El modelo de roedor demostró que el tPBM podía cambiar el equilibrio del fenotipo de microglía prevalente de M1 a M2 [11].

Efectos antioxidantes

El estrés oxidativo a largo plazo puede contribuir a la pérdida neuronal, a la alteración del neurocircuito, al debilitamiento de las conexiones hipocampales, amigdalares y corticales y, en consecuencia, al deterioro cognitivo.

Debido a la absorción de fotones en el CCO, se produce una explosión breve y local de especies reactivas del oxígeno (ROS). Esto conduce a la activación de vías antioxidantes en el organismo. Esto reduce el estrés oxidativo a largo plazo, a pesar del aumento temporal y local de ROS [12].

Mejora de la neurogénesis y la sinaptogénesis

El deterioro de la neurogénesis forma parte de la neurobiología de diferentes trastornos relacionados con el cerebro y en diferentes estudios se ha demostrado su correlación con el deterioro cognitivo [13]. Parece desempeñar un papel especialmente importante en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer/demencia, pero también en el autismo.

tPBM puede mejorar los procesos que subyacen a la neurogénesis y la sinaptogénesis. La regulación del "Factor Neurotrófico Derivado del Cerebro (BDNF)" - un péptido de señalización implicado en el mantenimiento y la génesis de neuronas y sinapsis - es el mecanismo mejor comprendido detrás de este efecto.

Activación de vías de señalización y factores de transcripción que provocan cambios duraderos en la expresión de proteínas

Además, el tPBM activa múltiples vías a través de las cuales se producen cascadas de señalización que dan lugar a un cambio de expresión proteica a largo plazo.

Las tres vías mejor comprendidas son:

a) La "vía de los iones de calcio (CA²+)". El aumento de la producción de ATP conduce a un mayor nivel de ATP extracelular, que a su vez conduce a una mayor entrada de calcio en las células. El aumento de los niveles de calcio intracelular activa la proteína quinasa C (PKC) y las vías de la quinasa regulada por señal extracelular (ERK) o PI3K/Akt a través de la calmodulina (CaM) [14]. Estas vías desempeñan un papel crucial en múltiples procesos celulares como la proliferación, diferenciación, adhesión, migración y supervivencia celular.

b) Monofosfato de adenosina cíclico (AMPc): La adenil ciclasa convierte el ATP, más fácilmente disponible, en el segundo mensajero AMPc, que a su vez activa la PKA y el Ras, lo que conduce a la señalización de la cinasa regulada por señales extracelulares y la SIRT1 (Sirtuina 1) [14]. La familia de las sirtuinas se ha hecho bastante famosa últimamente en la medicina integrativa y especialmente en la medicina antienvejecimiento, principalmente gracias al trabajo del Dr. David Sinclair, que fue votado entre los 50 mejores profesionales de la salud en 2018 e incluso una de las 100 personas más influyentes del mundo en 2014. En resumen, las Sirtuinas son una familia de proteínas de señalización implicadas en la regulación metabólica. Entre otros procesos, SIRT 1 participa en la plasticidad neuronal, la función cognitiva y la biogénesis mitocondrial [15].

c) Especies reactivas de oxígeno (ROS): El mencionado breve estallido de ROS tras la absorción de fotones en el CCO conduce a la activación de vías como NRF2, y NF-kB. La vía NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) es una familia de factores de transcripción altamente conservados que regulan muchos comportamientos celulares importantes, en particular las respuestas inflamatorias, el crecimiento celular y la apoptosis [14].

Fuentes para obtener más información

Para obtener más información sobre todo lo anterior, póngase en contacto con Martin Junggebauer: martin.junggebauer@gmail.com

Todos los lectores de habla alemana pueden ver un seminario web sobre el tema:

https://www.youtube.com/watch?v=ewFwWPs14Jw

Literatura

[1] Salehpour F, Cassano P, Rouhi N, Hamblin MR, De Taboada L, Farajdokht F, Mahmoudi J. Penetration Profiles of Visible and Near-Infrared Lasers and Light-Emitting Diode Light Through the Head Tissues in Animal and Human Species: A Review of Literature. Photobiomodul Photomed Laser Surg. 2019 Oct;37(10):581-595. doi: 10.1089/photob.2019.4676. Epub 2019 sep 25. PMID: 31553265.

[2] Li, Ting & Xue, Chang & Wang, Pengbo & Li, Yan & Wu, Lanhui. (2017). Profundidad de penetración de fotones en el cerebro humano para la estimulación y el tratamiento con luz: Un estudio realista de simulación Monte Carlo. Revista de Ciencias Innovadoras de la Salud Óptica. 10. 10.1142/S1793545817430027.

[3] Bonora, M., Patergnani, S., Rimessi, A., De Marchi, E., Suski, J. M., Bononi, A., Giorgi, C., Marchi, S., Missiroli, S., Poletti, F., Wieckowski, M. R., & Pinton, P. (2012). ATP synthesis and storage. Purinergic signalling, 8(3), 343-357. https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8

[4] Wong-Riley MT, Liang HL, Eells JT, Chance B, Henry MM, Buchmann E, et al. Photobiomodulation directly benefits primary neurons functionally inactivated by toxins: role of cytochrome C oxidase. J Biol Chem. (2005) 280:4761-71. doi: 10.1074/jbc.M409650200

[5] Karu T, Pyatibrat L, Kalendo G. Irradiation with He-Ne laser increases ATP level in cells cultivated in vitro. Photochem Photobiol B Biol. (1995) 27:219-23. doi: 10.1016/1011-1344(94)07078-3

[6] Dewey, C. W., Brunke, M. W., & Sakovitch, K. (2022). Transcranial photobiomodulation (laser) therapy for cognitive impairment: A review of molecular mechanisms and potential application to canine cognitive dysfunction (CCD). Open veterinary journal, 12(2), 256-263. https://doi.org/10.5455/OVJ.2022.v12.i2.14

[7] Chen, C., Hung, H. y Hsu, S. 2008. Low energy laser irradiation increases endothelial cell proliferation, migration and eNOS gene expression possibly via P13K signal pathway. Lasers Surg. Med. 40, 46-54

[8] Uozumi, Y., Nawashiro, H., Sato, S., Kawauchi, S., Shima, K. y Kikuchi, M. 2010. Targeted increase in cerebral blood flow by transcranial near-infrared irradiation. Lasers Surg. Med. 42, 566-576.

[9] Tian, F., Hase, S. N., Gonzalez-Lima, F., & Liu, H. (2016). Transcranial laser stimulation improves human cerebral oxygenation. Lasers in surgery and medicine, 48(4), 343-349. https://doi.org/10.1002/lsm.22471

[10] Holmes, E., Barrett, D. W., Saucedo, C. L., O'Connor, P., Liu, H., & Gonzalez-Lima, F. (2019). La mejora cognitiva por fotobiomodulación transcraneal se asocia con la oxigenación cerebrovascular de la corteza prefrontal. Frontiers in neuroscience, 13, 1129. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.01129

[11] Tang, Y. y Le, W. 2016. Differential roles of M1 and M2 microglia in neurodegenerative diseases. Mol. Neurobiol. 53, 1181-1194.

[12] Bathini, M., Raghushaker, C.R. & Mahato, K.K. The Molecular Mechanisms of Action of Photobiomodulation Against Neurodegenerative Diseases: A Systematic Review. Cell Mol Neurobiol 42, 955-971 (2022). https://doi.org/10.1007/s10571-020-01016-9

[13] Li Puma, D. D., Piacentini, R., & Grassi, C. (2021). Does Impairment of Adult Neurogenesis Contribute to Pathophysiology of Alzheimer's Disease? A Still Open Question. Frontiers in molecular neuroscience, 13, 578211. https://doi.org/10.3389/fnmol.2020.57821

[14] Caldieraro, M. A., & Cassano, P. (2019). Fotobiomodulación transcraneal y sistémica para el trastorno depresivo mayor: Una revisión sistemática de eficacia, tolerabilidad y mecanismos biológicos. Journal of affective disorders, 243, 262-273. https://doi.org/10.1016/j.jad.2018.09.048

[15] https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/sirtuin-1