More than Ninety Percent of the Light Energy Emitted by Near-Infrared Laser Therapy Devices Used to Treat Musculoskeletal Disorders Is Absorbed within the First Ten Millimeters of Biological Tissue
Kaub, L., Schmitz, C. Biomedicines 2022, 10(12), 3204; https://doi.org/10.3390/biomedicines10123204
Zur Behandlung muskuloskelettaler Erkrankungen werden in der Praxis zunehmend Lasertherapiegeräte eingesetzt, um Schmerzen und Entzündung zu reduzieren und die Geweberegeneration zu fördern. Dabei hängt die Wirkung maßgeblich von den physikalischen Eigenschaften der applizierten Nah-Infrarot-Laserstrahlung ab. Beim Blick in die Literatur fällt auf, dass in vielen Studien Angaben zur genauen Charakterisierung der untersuchten Laserstrahlen fehlen und in der Diskussion der Ergebnisse die Geräteunterschiede nicht ausreichend berücksichtigt werden.
Material und Methodik
In der vorliegenden Originalarbeit werden Laserstrahlen von zwei im Handel erhältlichen Lasertherapiegeräten zur Behandlung von Erkrankungen des Bewegungsapparats (Dolorclast High Power Laser, Electro Medical Systems, Schweiz, im Folgenden EMS-Laser genannt; Cube-4, Eltech K-Laser, Italien, im Folgenden K-Laser genannt) untersucht. Nach der Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der möglichst identisch gepulst applizierten Laserstrahlung (Wellenlänge: 905 nm; Durchmesser: 15 mm; durchschnittliche Input-Leistung: ca. 1 W; maximale Wiederholungsrate: EMS-Laser: 40 kHz, K-Laser: 20 kHz) durch temporale Pulsmessung und kamerabasierte Strahlprofilmessung wird die Eindringtiefe in verschiedenem tierischem Gewebe (Haut, Fett, Muskel, Sehne, Knochen von Huhn, Schwein und Rind) mit einem thermischen Leistungssensor beurteilt. Da der Versuchsaufbau im Gegensatz zur therapeutischen Anwendung am Menschen durch das obligate Vorhandensein einer zweiten Luft-Gewebe-Grenze mit größeren Reflexionsverlusten einhergeht, korrigieren die Autoren ihre Transmissionskurvenberechnung anhand einer Schätzmethode.
Ergebnisse und Diskussion
Bei der Überprüfung der räumlichen und zeitlichen Charakteristika der Laserstrahlen der untersuchten Geräte zeigen sich deutliche Unterschiede, insbesondere bezüglich der die Pulse definierenden Parameter. Der EMS-Laser verabreicht sehr kurze Pulse (100 ns) mit einer sehr hohen Spitzenleistung (250-mal höher als die durchschnittliche Leistung) und langen Pausen zur thermischen Erholung der Gewebeoberfläche. Dagegen weisen die 25 µs langen Pulse des K-Lasers im Vergleich zur durchschnittlichen Leistung eine doppelt so hohe Spitzenleistung auf. Zudem weist der EMS-Laser eine nahezu perfekte Top-hat-Verteilung der Leistungsdichte auf, wohingegen das Strahlprofil des K-Lasers bei deutlich vermehrtem Rauschen eher einer Gaußschen Verteilung gleicht. Diese Charakteristika beeinflussen maßgeblich die Eindringtiefe ins Gewebe. Bei 905 nm Wellenlänge werden 90 % der initial applizierten Strahlenenergie in den meisten Gewebearten bereits nach ca. 7 mm absorbiert, in Knochengewebe früher als in Muskelgewebe. Dabei werden tiefere Gewebeschichten durch sehr kurze Pulse mit hoher Spitzenleistung besser erreicht.
Fazit
Die vorliegende Studie verdeutlicht gerätespezifische Unterschiede hinsichtlich der für die therapeutische Anwendung wichtigen physikalischen Eigenschaften gepulster Laserstrahlen und zeigt, dass über 90 % der Energie dieser Strahlen in tierischem Gewebe bereits bei einer Eindringtiefe von 10 mm absorbiert wird.
Meinungsartikel des Autors
Autoren
ist Facharzt für Orthopädie und Unfallchirurgie mit der Zusatzbezeichnung Manuelle Medizin/Chirotherapie. Er ist für die Sportorthopädie an der Sektion Sport- und Rehabilitationsmedizin des Universitätsklinikums Ulm verantwortlich und zudem an der nova clinic in Biberach a. d. Riß mit den Schwerpunkten Schulter-, Ellenbogen- und Kniechirurgie tätig. Außerdem ist Dr. Henze stellvertretender Vorsitzender der Handballärzte Deutschland e.V. und seit 2022 wiss. Beirat der sportärztezeitung.
