Photobiomodulation

La photobiomodulation (parfois appelée thérapie par laser de faible énergie (LLLT)) est le processus par lequel des chromophores absorbent sélectivement les longueurs d’onde de basse énergie et engendrent des phénomènes de signalisations cellulaires à l’origine de synthèses biologiques majeures[1]. La photobiomodulation (PBM) a une action sur le métabolisme cellulaire de nos tissus comparable à la photosynthèse des cellules végétales[réf. nécessaire]. L’énergie lumineuse est transférée aux différents organes de nos cellules pour stimuler les fonctions métaboliques qui produisent plusieurs effets cliniques remarquables comme les effets antalgiques et anti-inflammatoires ou les effets de cicatrisation[2][réf. incomplète]. Grâce à ses propriétés stimulantes confirmées au cours des trois dernières décennies par de nombreuses études[réf. nécessaire], la PBM s’est aujourd’hui étendue à de nombreux domaines de la médecine, tels que l’endocrinologie, la neurochirurgie, la dermatologie et la dentisterie notamment. Ce type de photothérapie comprend une large gamme de sources de lumière non ionisantes telles que le laser, les LED et la lumière visible à large bande dans le spectre visible et proche infrarouge à des doses non thermiques.

Historique

La première référence à la LLLT date de l’année 1967. Endre Mester, un médecin exerçant à Budapest en Hongrie, a découvert que les souris traitées avec des lasers au cours d'expériences conçues pour étudier les effets cancérigènes potentiels de l'exposition au laser faisaient repousser les cheveux rasés deux fois moins longtemps que les souris non rayonnées. La LLLT a permis de stimuler la croissance des cheveux[3][source secondaire nécessaire].

En 1994, la World Association of Laser Therapy (WALT)[4] est créée à Barcelone. Elle devient le principal organisme mondial de promotion de la recherche, de l'éducation et des applications cliniques dans le domaine de la photothérapie avec des lasers et d'autres sources de lumière. L’association s’est formée dans le but de « stimuler la recherche de haute qualité en PBM, offrir des conseils, une éducation et des normes fondés sur des preuves pour les meilleures pratiques en matière de thérapie laser de bas niveau et contribuer à la promotion de la santé et de la qualité de vie. René-Jean Bensadoun, oncologue-radiothérapeute en est l’actuel président.

Ces découvertes dès les années 1950, qui mettent en lumière les effets que peut avoir la lumière sur le métabolisme cellulaire, ainsi que l’institutionnalisation à travers la création de l’organisation WALT en 1994 ont permis à la PBM de se faire une place. Pourtant, si cette dernière connaît un essor dès les années 2000, elle subit un certain scepticisme du milieu médical.

L’utilisation de la PBM pour des améliorations cosmétiques et esthétiques tend aussi à se démocratiser, notamment outre-Atlantique, où la stimulation de la repousse des cheveux ainsi que l’amélioration des rides du visage sont des usages courants et recourus par des stars telles que Madonna ou Britney Spears, qui contribuent à son rayonnement[5].

Fonctionnement

La recherche est en cours sur les mécanismes de la PBM. Ses effets semblent limités à certaines gammes de fréquence de la lumière laser[6], et administrer cette thérapie au-delà d'une certaine dose ne semble pas avoir d'effet[7].

Les réactions photochimiques sont bien connues en recherche biomédicale, et la PBM utilise la première loi de la photochimie (loi de Grotthuss-Draper) : la lumière doit être absorbée par une substance chimique afin qu'une réaction photochimique survienne.

La théorie généralement acceptée est que pour la PBM, cette substance chimique est l'enzyme respiratoire cytochrome c oxydase impliquée dans la chaîne de transport d'électrons dans les mitochondries[8],[9].

Explication détaillée

La mitochondrie a une fonction vitale : la respiration cellulaire. C’est là que le glucose achève son métabolisme en rencontrant l’oxygène apporté par les globules rouges. Cette rencontre permet à la cellule de produire une molécule qui constitue son réservoir énergétique. Cette molécule, c’est l’adénosine triphosphate, ou ATP. Ce métabolisme du glucose va permettre à des protons et à des électrons de se déplacer en produisant de l’eau et de l’ATP. Pour permettre aux courants électriques de se déplacer, la cellule utilise une chaîne de molécules, et parmi celles-ci, on trouve une protéine bien particulière : le cytochrome c oxydase. Son rôle est capital : si elle ne reçoit pas sous forme d’électrons l’énergie qui vient du glucose, la cellule s’arrête de fonctionner après avoir vidé ses réserves d’ATP[10]. En effet, la synthèse de l’ATP serait impossible si une grosse molécule de protéine ne lui apportait pas du courant électrique, commandant en quelque sorte tout le processus. Or cette protéine, la cytochrome c oxydase, qui contient du fer et du cuivre, est hypersensible à la lumière rouge et infrarouge : dès qu’un photon la touche, elle donne l’ordre de fabriquer de l’ATP et la cellule repart et fonctionne de plus belle[11].

Quel est le rôle de la lumière dans tout cela ? Lorsqu’un rayonnement lumineux visible, plus particulièrement les fréquences qui vont du rouge au proche infrarouge, touche cette grosse molécule, cette dernière va se mettre à fonctionner, à donner l’ordre de fabriquer de l’ATP. Pourquoi ? Parce qu'elle contient du cuivre et du fer, et que c’est au niveau de ces atomes que la lumière va être absorbée en cédant son énergie. La lumière produit donc un effet immédiat : activer la protéine et délivrer de l’énergie à la cellule[10].

Ce schéma illustre le mécanisme de PBM dans les longueurs d'onde proches de l’infrarouge (630-1 000 nm). La lumière cible l'enzyme mitochondriale « cytochrome c oxydase », ce qui entraîne une stimulation directe dans la respiration mitochondriale et la dissociation de l'oxyde nitrique, augmentant ainsi indirectement la respiration mitochondriale. Ces processus entraînent notamment une élévation de l'ATP, ce qui a un impact sur les voies de signalisation en aval, déclenchant l'augmentation des processus anti-inflammatoires, la synthèse des protéines, la production de protéines anti-apoptotiques, la réparation/ métabolisme/prolifération/migration cellulaire et les antioxydants[12][source secondaire nécessaire].

Dans la pratique

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Utilisation de l'ATP38

Deux types d’appareils peuvent être utilisés dans le cadre de la PBM. D’une part, les LLLT, qui sont les appareils lasers basse énergie utilisés en PBM, et d’autre part les LED, qui sont les appareils utilisant cette technologie en PBM. La dénomination LLLI désigne tout appareil délivrant une illumination basse énergie, qu’elle soit basée sur les LED, les LLLT ou les deux associés[1]. Les appareils sont très réglementés et doivent correspondre à la norme médicale ISO 13485.

L’ATP38 est une technologie médicale employée dans le domaine, notamment utilisée par le président de la WALT, René-Jean Bensadoun. Son nom fait référence au rendement énergétique de la respiration cellulaire : chaque molécule de glucose entièrement oxydée par la respiration cellulaire est susceptible de produire 38 molécules d'ATP. L’ATP38 utilise le principe de la PBM, et exploite les bénéfices de la lumière qui est composée de petites particules qu’on appelle les photons. Les photons agissent sur la fabrication de l’énergie nécessaire au fonctionnement des cellules. L’appareil est composé d’une tablette sur laquelle l’ordinateur portable possédant le logiciel de pilotage est posé. Cette tablette est reliée à 3 écrans LEDs via un bras articulé permettant d’ajuster au mieux la position des panneaux lumineux par rapport au visage du patient. Ces 3 écrans en aluminium sont composés de semi-conducteurs polychromatiques collimatés (SCPC) qui émettent la lumière sans aucune hausse de température puisqu’il s’agit d’athermothérapie[13]. Grâce à ces panneaux, le praticien peut piloter les longueurs d’onde à l’aide du logiciel. L’utilisation de ces longueurs d’onde correspondent à un champ d’action bien précis et une pathologie bien définie. L’énergie transportée par ce rayonnement (photons) a un effet stimulant sur l’ATP[14]. L’efficacité de la PBM sur le tissu ciblé dépend des paramètres tels que la source de lumière, la longueur d’onde, la durée d’application de la lumière sur le tissu[15].

Chaque dosage de longueurs d’onde s’adapte à un type d’application. La dosimétrie relève d’une importance capitale dans la réussite d’un traitement. En effet, bien que la plupart des études aient démontré l’efficacité de la PBM dans la réparation des tissus affectés à la fois de manière aiguë et chronique, toutes les études sur la PBM n'ont pas donné des résultats positifs. Ces résultats divergents peuvent être attribués à plusieurs facteurs, le plus important étant la dosimétrie[16].

Spectre

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Action des longueurs d'onde sur le derme

En ce qui concerne les longueurs d’onde, la PBM utilise principalement des longueurs d’onde au sein d’une fenêtre de lumière, entre 630 et 1 000 nm. La pénétration tissulaire est maximisée dans la plage IR. La NASA a réussi à démontrer qu’un rayon de 940 nm peut pénétrer la peau jusqu’à 23 centimètres[17][source secondaire souhaitée]. Les longueurs d’onde courtes (lumière bleue, verte et jaune) sont préférées pour le traitement des tissus superficiels, tandis que les longueurs d’onde plus longues sont choisies pour les tissus plus profonds en raison de leur pénétration plus profonde dans les tissus. La lumière IR peut en effet pénétrer jusqu’à 4-5 cm de profondeur (au maximum 23), comparativement à 5-10 mm pour la lumière rouge.

L’utilisation de ces longueurs d’onde correspondent à un champ d’action bien précis et une pathologie bien définie, tel que le démontre l’image à gauche. On voit sur l'image de gauche que la longueur d’onde du bleu agira sur l’épiderme, alors que la longueur d’onde du rouge atteindra le derme et sera donc préférée dans le cas d’une blessure plus profonde par exemple.

Notes et références

  1. a et b Christine Noé, Photobiomodulation en dermatologie, Comprendre et utiliser les LED, DOIN, , 8 p. (ISBN 9782704014163)
  2. Hubert Guillemant, « LS », n°76,‎
  3. (en) « The Growth of Human Scalp Hair Mediated by Visible Red Light Laser and LED Sources in Males », Lasers in Surgery and Medicine 45,‎ , p. 487–495
  4. « WALT », sur waltza.co.za (consulté le )
  5. (en-US) « What beauty treatments do celebrities use? », sur Victorian Cosmetic Dermal Clinics, (consulté le )
  6. J. M. Bjordal, R. A. Lopes-Martins, J. . Joensen, C. . Couppe, A. E. Ljunggren, A. . Stergioulas et M. I. Johnson, « A systematic review with procedural assessments and meta-analysis of Low Level Laser Therapy in lateral elbow tendinopathy (tennis elbow) », BMC Musculoskeletal Disorders, vol. 9,‎ , p. 75 (PMID 18510742, PMCID 2442599, DOI 10.1186/1471-2474-9-75)
  7. JM Bjordal, C Couppé, RT Chow, J Tunér et EA Ljunggren, « A systematic review of low level laser therapy with location-specific doses for pain from chronic joint disorders », The Australian Journal of Physiotherapy, vol. 49, no 2,‎ , p. 107–16 (PMID 12775206, DOI 10.1016/s0004-9514(14)60127-6 Accès libre)
  8. Hoon Chung, Tianhong Dai, Sulbha K. Sharma, Ying-Ying Huang, James D. Carroll et Michael R. Hamblin, « The Nuts and Bolts of Low-level Laser (Light) Therapy », Annals of Biomedical Engineering, vol. 40, no 2,‎ , p. 516–533 (ISSN 0090-6964, PMID 22045511, PMCID 3288797, DOI 10.1007/s10439-011-0454-7)
  9. Nicholas J. Prindeze, Lauren T. Moffatt et Jeffrey W. Shupp, « Mechanisms of action for light therapy: a review of molecular interactions », Experimental Biology and Medicine, vol. 237, no 11,‎ , p. 1241–1248 (ISSN 1535-3699, PMID 23239434, DOI 10.1258/ebm.2012.012180, S2CID 227103)
  10. a et b Luc Benichou, Traiter, soulager, embellir avec la lumière, JCLattès,
  11. « K-laser Cube 4 », sur Centre paramédical de la Bassée (consulté le )
  12. (en) Ao, Jack & Wood, John & Chidlow, Glyn & Gillies, Mark & Casson, Robert., Retinal pigment epithelium in the pathogenesis of age‐related macular degeneration and photobiomodulation as a potential therapy?, Clinical & Experimental Ophthalmology,
  13. A Bancal, « Low level light therapy, étude d’un nouveau protocole dans la gestion de la douleur post-opératoire en chirurgie implantaire avec soulève de sinus », Université Claude Bernard Lyon 1,‎
  14. « L’ énergie réparatrice des photons », sur www.lagruyere.ch (consulté le )
  15. (en) Dompe, C. ; Moncrieff et autres, « Photobiomodulation—Underlying Mechanism and Clinical Applications », J. Clin. Med, 9,‎ , p. 10
  16. (en) J. A. Zecha, R. J. Bensadoun et al., « Low level laser therapy/photobiomodulation in the management of side effects of chemoradiation therapy in head and neck cancer : part 1: mechanisms of action, dosimetric, and safety », Support Care Cancer, vol. 24, no 6,‎ , p. 2781-2792 (PMID 26984240, DOI 10.1007/s00520-016-3152-z)
  17. H. T. Whelan, R. L. Smits, E. V. Buchman et N. T. Whelan, « Effect of NASA light-emitting diode irradiation on wound healing », Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery, vol. 19, no 6,‎ , p. 305–314 (ISSN 1044-5471, PMID 11776448, DOI 10.1089/104454701753342758, lire en ligne, consulté le )

Liens externes