Molekulare Grundlagen der Beeinflussung hämodynamischer Parameter durch blaues LED-Licht in vitro und in vivo
Volkmar CM, Kotte K, Opländer C, Deck A, Born M, Liebmann J, Windolf J, Suschek C
Fragestellung: Eine gestörte Hämodynamik im Wundmilieu korreliert häufig mit einer verzögerten/gestörten Wundheilung; wohingegen durch exogene Applikation von Stickstoffmonoxid (NO) ein gestörter venöser sowie arterieller Blutfluss verbessert werden kann. Wir haben erstmals in vitro sowie in vivo den Einfluss der in der menschlichen Haut durch blaues Licht induzierten nicht-enzymatischen NO-Freisetzung auf die lokale Hämodynamik des lichtexponierten Hautareals untersucht.
Methodik: Es wurden in vivo-Studien an gesunden Probanden und in vitro-Studien an humanen Hautexplantaten und artifizieller humaner Epidermis durchgeführt. Für alle Studien liegen positive Ethikvoten vor. Als Lichtquelle diente ein LED-Array (light emitting diodes), welches gepulstes sowie ungepulstes Licht der Wellenlänge 453 nm emittierte. Die Bestimmung von NO und seiner bioaktiven Derivate (nitrosierte Thiole) erfolgte mittels Chemilumineszenz-Detektion. Toxizität wurde mittels MTT- und TUNEL-Assay quantifiziert. Der lokale Blutfluss wurde in vivo nichtinvasiv mittels eines Mirco-light Guide Spektrophotometers charakterisiert. Es wurden 100 µM Nitrit-Creme bzw. Nitrit-Lösung auf der Hautoberfläche aufgetragen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Bestrahlung mit blauem LED-Licht mit Dosen von bis zu 250 J/cm2 führte in den Hautpräparaten zu keinen nekrotischen oder apoptotischen Ereignissen. Die Zellvitalität blieb unverändert. Weiterhin zeigten wir, dass blaues Licht in der Lage ist sowohl in vitro in bestrahlten Lösungen sowie in vivo in bestrahlter menschlichen Haut photolabile NO-Derivate (nitrosierte Thiole) zu NO zu spalten. Den zugrundeliegenden Mechanismus des Photozerfalls haben wir aufgeklärt. Weiterhin fanden wir eine eindeutige Korrelation zwischen der erwähnten Licht-induzierten kutanen NO-Generierung und einem signifikanten erhöhten (über 80 %) lokalen Blutfluss in oberflächlichen (1-2 mm) sowie tieferen (6-8 mm) Hautregionen. Dabei zeigte sich, dass bezüglich der Blutflusserhöhung die intrakutane Einbringung höherer Lichtenergien durch die Verwendung gepulster Lichtquellen einen eindeutigen Vorteil gegenüber konstanten Lichtquellen hatte. Darüberhinaus konnten vor der Strahlung aufgetragene Nitrit-Lösungen den kutanen NO-Speicher sowie die erwähnte Steigerung des Blutflusses erhöhen.
Diese Ergebnisse zeigen, dass blaues LED-Licht nebenwirkungsarm die Durchblutungsrate der Haut signifikant steigert, wobei gepulstes Licht sich trotz minimalem Temperaturanstieg an der Hautoberfläche am effektivsten erweist. Dieser Anstieg korreliert mit der Menge der intrakutan erzeugten NO-Rate sowie der Menge bioaktiver NO-Derivate im bestrahlten Hautareal.
Aufgrund der beobachtete Effekte bietet blaues Licht zur Steigerung der NO-abhängigen oberflächlichen, lokalen Durchblutung eine sinnvolle Ergänzung in der Therapie von Wunden, die durch eine hämodynamische Störung charakterisiert sind. Auch das zusätzliche Auftragen einer Nitrit-Lösung könnte in Betracht gezogen werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR17-1202
doi: 10.3205/14dkou518, urn:nbn:de:0183-14dkou5181
Published: October 13, 2014
© 2014 Volkmar et al.
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