PBM پالسی در برابر موج پیوسته: زمان به‌عنوان متغیر دوز

پاسخ کوتاه: موج پیوسته (CW) جریان ثابتی از فوتون‌ها را تحویل می‌دهد؛ موج پالسی (PW) همان انرژی را در قالب تپ‌های کوتاه ارائه می‌کند. این تفاوت، فرکانس، عرض پالس، چرخه کاری و توان اوج را به دوز اضافه می‌کند و در آزمایش‌هایی که انرژی یکسان بوده، همین پارامترهای افزوده نتایج سلولی را در هر دو جهت جابه‌جا کرده‌اند. PBM پالسی به محور دومی از دوز تعلق دارد، در کنار محوری که بیشتر مردم از قبل آن را اندازه می‌گیرند.

دو دستگاه روی میز آزمایشگاه. هر دو در 808 nm تابش می‌کنند. هر دو در 10 J/cm² مشخص شده‌اند. هر دو همان عدد توان را روی بدنه دارند. آن‌ها را روی یک رده سلولی و برای مدت درمان یکسان اجرا می‌کنید و خوانش‌های ATP با یکدیگر توافق ندارند.

موضوع پالس‌شدن چیز عجیبی نیست. IPL سرواژه intense pulsed light (نور پالسی شدید) است، پس هر دستگاه حذف مویی که در خطوط تولید همین سایت ساخته می‌شود، از پیش به تصمیمی درباره نحوه تقسیم نور به تپ‌ها وابسته است؛ و پارامترهای پشت آن تصمیم کمتر روی برگه مشخصات می‌آیند. برای نسخه مصرف‌کننده‌محور این موضوع که این نور چگونه کار می‌کند، حذف مو با IPL در واقع چیست را ببینید.

هیچ‌چیز در آن توصیف یک‌خطی از دوز پیش‌بینی نمی‌کند که نتیجه به کدام سو می‌شکند، چون آن توصیف هرگز کامل نبوده است. چگالی انرژی می‌گوید چه مقدار انرژی در واحد سطح رسیده است. درباره اینکه این انرژی به‌صورت جریان پیوسته رسیده یا زنجیره‌ای از تپ‌ها چیزی نمی‌گوید، و درباره شکل‌دهی آن تپ‌ها هم چیزی نمی‌گوید.

وقتی نور به پالس‌ها تقسیم می‌شود، در واقع چه چیزی تغییر می‌کند

CW یعنی تابشگر در تمام مدت درمان روشن است. PW یعنی با یک چرخه مشخص روشن و خاموش می‌شود، بنابراین چهار پارامتر جدید به مشخصات وارد می‌شود:

پارامتر	چه چیزی را کنترل می‌کند
فرکانس	چند پالس در هر ثانیه رخ می‌دهد
عرض پالس	هر پالس منفرد چه مدت طول می‌کشد
چرخه کاری	نسبت هر چرخه که تابشگر واقعاً روشن است
توان اوج	توان لحظه‌ای در زمانی که پالس روشن است
توان میانگین	توان میانگین در کل چرخه، با احتساب زمان خاموش

توان میانگین و توان اوج به هم مرتبط‌اند، اگر تپ‌ها تقریباً مستطیلی باشند:

توان میانگین ≈ توان اوج × چرخه کاری

یک اوج 100 mW با چرخه کاری 10% به‌طور میانگین 10 mW است. یک تابشگر پیوسته که با 10 mW کار می‌کند هم میانگینش 10 mW است. عدد یکسان روی برگه داده، محرک کاملاً متفاوت در بافت.

همین حساب است که نشان می‌دهد «100 mW» به‌تنهایی نمی‌تواند یک پروتکل پالسی را توصیف کند. دو دستگاه می‌توانند همان عدد را چاپ کنند و توان اوجی با اختلاف یک مرتبه بزرگی تحویل دهند. یکی نرخ چگالی انرژی ملایم و پیوسته می‌دهد؛ دیگری تپ‌های کوتاه و شدید با فاصله‌های تاریک، و میانگین آن را پنهان می‌کند. ما همین شکاف در گزارش‌دهی را از سمت دیگر تجربه کردیم، وقتی یک دستگاه IPL مصرفی را روی توان‌سنج گذاشتیم و اندازه گرفتیم که برچسب واقعاً چه چیزی تحویل می‌دهد: عدد 28 ژول از کجا می‌آید.

پالسی بودن به معنای خنک بودن نیست

استدلال شهودی برای پالس‌شدن، حرارتی است. پالس، فاصله‌هایی ایجاد می‌کند، این فاصله‌ها اجازه می‌دهند گرما منتشر شود و انتشار، افزایش دما را محدود می‌کند. این استدلال تا همان‌جایی که می‌رود درست است، اما به ادعایی می‌لغزد که دوام ندارد.

پالس‌شدن یعنی نبود گرم شدن نیست. فوتوبیومودولاسیون معمولاً غیرحرارتی یا کم‌حرارتی توصیف می‌شود و این توصیف درباره رژیم مورد نظر است، نه تضمینی درباره بافت. فوتون‌هایی که جذب می‌شوند به گرما تبدیل می‌شوند و افزایش دمای حاصل به توان میانگین، چرخه کاری، عرض پالس، مدت کل درمان، مساحت نقطه تابش و خواص حرارتی همان بافت خاص بستگی دارد. در دستگاه‌های حذف مو، دقیقاً همین دلیل وجود خنک‌سازی تماسی سفایر است و همین دلیل است که مجموعه خنک‌سازی از مشخصه فلاش روی جعبه مهم‌تر است: خنک‌سازی یخی سفایر در واقع چه کاری می‌کند.

فرمول‌بندی بهتر این است: تغییر توزیع زمانی تحویل فوتون، نحوه انباشت گرما را تغییر می‌دهد. این ادعا قابل آزمون است. اما «نور پالسی گرما تولید نمی‌کند» قابل آزمون نیست، و یک پروتکل پالسی با توان اوج بالا و مدت درمان طولانی می‌تواند گرمای بیشتری از یک پروتکل CW متعادل برجای بگذارد.

فرکانس در داده‌های سلولی ظاهر می‌شود

اگر تنها نقش پالس‌شدن مدیریت گرما بود، این موضوع صرفاً یک مبحث مهندسی حرارتی می‌بود و نه چیزی بیشتر. آزمایش‌های سلولی به جای دیگری اشاره می‌کنند.

Kim و همکارانش در سلول‌های بنیادی پالپ دندان انسان، 810 nm پیوسته را با 810 nm پالسی در چند فرکانس مختلف مقایسه کردند. در شرایط مطالعه آن‌ها فرکانس اهمیت داشت: فرکانس‌های پالس متفاوت، پاسخ‌های زیست‌وانرژتیک متفاوتی تولید کردند و گروه‌های پالسی از حالت پیوسته فاصله گرفتند، نه اینکه صرفاً آن را تقویت کنند. گروه 300 Hz آن‌ها جابه‌جایی بارزتری در گونه‌های فعال اکسیژن و چند نشانگر زیستی دیگر نشان داد.

نتیجه‌ای که ارزش انتقال دارد: در حالی که انرژی تقریباً ثابت نگه داشته شده بود، تغییر فرکانس پالس پاسخ زیستی را به شکلی قابل اندازه‌گیری تغییر داد. این، فرکانس را در مجموعه پارامترهای PBM به‌عنوان یک متغیر مستقل نامزد قرار می‌دهد، در کنار طول موج و چگالی انرژی، نه پشت آن‌ها به‌عنوان یک تنظیم دستگاه.

چرخه کاری: توان میانگین یکسان، لحظه ناهمسان

این همان پارامتری است که بیشتر از همه نادیده گرفته می‌شود.

دو پروتکل را در نظر بگیرید که هر دو میانگین 10 mW دارند. پروتکل A پیوسته با 10 mW است. پروتکل B توان اوج 100 mW با چرخه کاری 10% است. از نظر توان میانگین گزارش‌شده، یکسان‌اند. در لحظه تحریک، هیچ وجه مشترکی ندارند. پروتکل B همان انرژی را در پنجره‌های کوتاه با دامنه بالا متمرکز می‌کند و سپس تاریک می‌شود.

Tang و همکارانش نور قرمز و نزدیک به فروسرخ در 660 nm و 850 nm را روی سلول‌های نوروبلاستوما در گستره وسیعی از فرکانس‌های پالس و چرخه‌های کاری، در برابر تابش پیوسته آزمودند. زنده‌مانی سلول، ATP، گونه‌های فعال اکسیژن و پتانسیل غشای میتوکندری همه حساسیت به فرکانس پالس نشان دادند و تغییر چرخه کاری در فرکانس ثابت، همین نشانگرها را دوباره جابه‌جا کرد.

این را محدودیتی بر تفسیر بدانید. وقتی یک مقاله «850 nm، 10 mW/cm²» گزارش می‌کند، پرسش بعدی این است که این عدد شدت تابش پیوسته است یا میانگینی روی یک زنجیره پالس. اگر میانگین باشد، نتیجه بدون توان اوج، فرکانس، چرخه کاری و عرض پالس قابل بازتولید نیست. چهار عدد، نه یک عدد.

توان اوج بالاتر، نفوذ عمیق‌تر نمی‌خرد

زنجیره استدلال این‌طور است: پالس‌شدن توان اوج را بالا می‌برد، توان بالاتر یعنی نور قوی‌تر، نور قوی‌تر عمیق‌تر نفوذ می‌کند، پس PBM پالسی بافت عمیق‌تری را درمان می‌کند. هر گام محتمل به نظر می‌رسد. زنجیره در حلقه دوم می‌شکند.

انتقال نور در بافت توسط جذب و پراکندگی در طول موج مورد استفاده، ترکیب بافت در مسیر پرتو و هندسه پرتو تعیین می‌شود. تحویل همان انرژی کل در تپ‌های کوتاه‌تر، توان لحظه‌ای روی سطح را بالا می‌برد، بدون آنکه خواص نوری لایه‌های زیرین را تغییر دهد. توان اوج جانشینی برای عمق نفوذ نیست. طول موج همان متغیری است که واقعاً نفوذ را جابه‌جا می‌کند و همین دلیل است که تفاوت میان پنجره 510–1200 nm و 610–1200 nm تزئینی نیست: نحوه تغییر آنچه به فولیکول می‌رسد با تغییر محدوده طول موج.

Ando و همکارانش در یک مدل آسیب تروماتیک مغزی در موش، 810 nm پیوسته را با 810 nm پالسی در 10 Hz و 100 Hz مقایسه کردند، در حالی که چگالی توان میانگین، مدت درمان و چگالی انرژی در همه گروه‌ها یکسان نگه داشته شده بود. گروه پالسی 10 Hz در برخی سنجه‌های عصبی و بافت‌شناختی عملکرد بهتری داشت. نکته قابل توجه اینکه این بهبود برای توضیح خود به روایت نفوذ نیازی نداشت: با چگالی توان میانگین یکسان، گروه‌های پالسی به هیچ معنای ساده‌ای نور بیشتری وارد بافت نمی‌کردند. چیزی در ساختار زمانی، پاسخ را تغییر داده بود.

جایی که موج پیوسته برنده می‌شود

این همان بخشی است که در خلاصه‌های متمرکز بر پالس‌شدن جا می‌ماند.

Khalaj و همکارانش نزدیک به فروسرخ پیوسته را با نزدیک به فروسرخ پالسی در فیبروبلاست‌های لثه انسان مقایسه کردند و در یک شرط مشخص 5.2 J/cm²، موج پیوسته را برای تکثیر و مهاجرت سلول مؤثرتر یافتند. این یک نتیجه در شرایط آزمایشگاهی تحت پارامترهای همان مطالعه است. همچنین نمونه‌ای نقض مستقیم برای هر ادعای کلی است که پالسی از پیوسته بهتر عمل می‌کند.

Keshri و همکارانش که روی موش‌های صحرایی با سرکوب ایمنی و زخم‌های پوستی کار می‌کردند، دریافتند پارامترهای خاصی از 810 nm پالسی نتایج ترمیم زخم را نسبت به گروه‌های مقایسه بهبود داد. در کنار نتیجه فیبروبلاست، خلاصه صادقانه این است که ادبیات علمی در برخی آماده‌سازی‌ها پالسی را برنده می‌داند و در برخی دیگر پیوسته را.

چرا طول موج یکسان همچنان پاسخ‌های متفاوت تولید می‌کند

PBM به شکلی به پارامترها وابسته است که شمار اندکی از روش‌های درمانی چنین‌اند. یک متغیر را عوض کنید و نتیجه می‌تواند معکوس شود. در 808 nm ثابت هم می‌توانید شدت تابش (کم در برابر زیاد)، مدت درمان، چگالی انرژی، حالت، فرکانس پالس و چرخه کاری را تغییر دهید. حتی با انرژی کل یکسان، 10 ژول که پیوسته تحویل داده شود و 10 ژول که به‌صورت زنجیره پالس تحویل داده شود، محرک یکسانی نیستند.

این همان رفتار دوفازی است که ادبیات فوتوبیومودولاسیون برای خود دوز ثبت کرده است (Huang et al., 2009)، که یک سطح عمیق‌تر بسط یافته است. پاسخ دوز دوفازی می‌گوید انرژی بیشتر به‌طور یکنوا بهتر نیست. ادبیات پالس‌شدن اضافه می‌کند که برنامه زمانی تحویل انرژی هم حامل اطلاعات است.

در مجموع، دوز دست‌کم دو لایه روی هم است:

• یک لایه مکانی و انرژی‌ای: طول موج، اندازه نقطه تابش، شدت تابش، چگالی انرژی
• یک لایه زمانی: فرکانس، عرض پالس، چرخه کاری، توان اوج، توان میانگین، مدت درمان

مجموعه کامل پارامترهای PBM چه شکلی است

اگر دو مطالعه یا دو دستگاه را مقایسه می‌کنید، این حداقل چیزی است که باید یکسان باشد تا مقایسه معنایی داشته باشد.

پارامتر	چرا لازم است
طول موج	رفتار جذب و پراکندگی را تعیین می‌کند
توان خروجی	نقطه پایه برای همه چیز در ادامه
شدت تابش	نرخ چگالی انرژی روی سطح را تعیین می‌کند
چگالی انرژی	انرژی کل در واحد سطح
اندازه نقطه تابش	هندسه پرتو و مساحت تحویل‌شده
فرکانس	تعداد پالس در ثانیه، در حالت پالسی
چرخه کاری	نسبت هر چرخه که تابشگر روشن است، در حالت پالسی
عرض پالس	مدت یک پالس منفرد، در حالت پالسی
مدت درمان	مدت یک جلسه
جلسات	تعداد و فاصله زمانی درمان‌ها

در دستگاه‌های پالسی، گزارش تنها توان میانگین رایج‌ترین خطاست. خواننده می‌تواند توان میانگین را از توان اوج و چرخه کاری محاسبه کند، اما عکس آن ممکن نیست. بدون توان اوج، فرکانس و چرخه کاری، پروتکل قابل بازتولید نیست و نتیجه را نمی‌توان به یک سازوکار نسبت داد. سمت بافتی این معادله به همان اندازه سمت دستگاهی متفاوت است و همین دلیل است که پارامترهای یکسان در انواع Fitzpatrick و نواحی مختلف بدن نتیجه متفاوتی می‌دهند: عوارض جانبی IPL بر اساس نوع پوست.

با این یافته‌ها چه کنیم

اگر دستگاه‌های PBM را مقایسه می‌کنید، با این شروع کنید که عدد توان را به‌عنوان یک مشخصه نپذیرید. بپرسید اوج است یا میانگین. سپس پارامترهای زمانی را مطالبه کنید و نبودشان را یک شکاف بدانید، نه یک جزئیات. همین انضباط در دستگاه‌های مصرفی حذف مو هم لازم است، جایی که برگه مشخصات معمولاً تعداد فلاش را تبلیغ می‌کند و نه مهندسی نوری و حرارتی را که تعیین می‌کند درمان واقعاً چه حسی دارد: چرا پوشش از تعداد فلاش مهم‌تر است، و اینکه یک مجموعه فیلتر اندازه‌گیری‌شده در آزمایشگاه وقتی هفت نمونه به‌جای توصیف در بروشور کنار هم آزموده شوند چه شکلی است: گزارش آزمون فیلتر بلندگذر.

اگر در حال خواندن یک مطالعه هستید، بررسی کنید آیا لایه زمانی گزارش شده است. بخش روش‌هایی که فقط 808 nm و 10 J/cm² را می‌دهد، تقریباً نیمی از دوز را توصیف کرده است.

اگر آزمایش اجرا می‌کنید، هر دو لایه را گزارش کنید. هر کسی که ارزیابی می‌کند آیا یک دستگاه برای استفاده در خانه ایمن است، دقیقاً درباره همین پارامترها داوری می‌کند و به همین دلیل نسخه مصرف‌کننده‌محور این بحث در ستون ایمنی ما آمده است: آیا حذف مو با IPL ایمن است.

طول موج یکسان، درمان یکسان نیست. انرژی کل یکسان، محرک یکسان نیست. متغیرهایی که نتیجه را تعیین می‌کنند شامل زمان رسیدن انرژی و نحوه شکل‌دهی آن در مسیر ورود هم می‌شوند. اگر می‌خواهید ببینید این متغیرها در پلتفرم‌هایی که ما می‌سازیم چگونه مشخص می‌شوند، فهرست دستگاه‌ها چگالی انرژی، اندازه نقطه تابش و پیکربندی پالس هر مدل را فهرست می‌کند.

منابع

1. Kim HB, Baik KY, Choung PH, Chung JH. Pulse frequency dependency of photobiomodulation on the bioenergetic functions of human dental pulp stem cells. Scientific Reports 2017;7:15927. PMC5698451 · PubMed 29162863
2. Tang L, Qin H, Lin S, Liu M. Effects of Pulsed Red and Near-Infrared Light on Neuroblastoma Cells: Pilot Study on Frequency and Duty Cycle. Photonics 2023;10(3):315. doi:10.3390/photonics10030315
3. Ando T, Xuan W, Xu T, et al. Comparison of Therapeutic Effects between Pulsed and Continuous Wave 810-nm Wavelength Laser Irradiation for Traumatic Brain Injury in Mice. PLoS ONE 2011;6(10):e26212. doi:10.1371/journal.pone.0026212
4. Keshri GK, Gupta A, Yadav A, Sharma SK, Singh S. Photobiomodulation with Pulsed and Continuous Wave Near-Infrared Laser (810 nm, Al-Ga-As) Augments Dermal Wound Healing in Immunosuppressed Rats. PLoS ONE 2016;11(11):e0166705. doi:10.1371/journal.pone.0166705
5. Khalaj S, Iranpour B, Hodjat M, et al. Photobiomodulation effects of pulsed and continuous wave near-infrared laser on the proliferation and migration of human gingival fibroblasts: An in vitro study. Photochemistry and Photobiology 2023;100:225–232. doi:10.1111/php.13816
6. Zein R, Selting W, Hamblin MR. Review of light parameters and photobiomodulation efficacy: dive into complexity. Journal of Biomedical Optics 2018;23(12):120901. doi:10.1117/1.JBO.23.12.120901
7. Huang YY, Chen AC, Carroll JD, Hamblin MR. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose-Response 2009;7(4):358–383. PubMed 20011653