Die Phototherapie

Als Lichtquellen kommen dabei unter anderem die Sonne – diese bietet sichtbares Licht, Infrarot- bzw. Wärmestrahlen und natürlich ultraviolettes Licht – sowie diverse Apparaturen, also Lampen wie etwa Höhensonne, UV-Lampen (Erzeugung des künstlichen UV-Lichts erfolgte über das Prinzip der Kohlenbogenlampe nach Niels Finsen oder der Quecksilberdampflampe bzw. Quarzlampe), IR-Lampen und Geräte zur PBM im Sinne der Low-Level-Lasertherapie (LLLT) bzw. LED-Rotlicht-Applikation (aus dem sichtbaren und Nah-Infrarot-Spektrum) zum Einsatz.

Im Rahmen der Phototherapie werden die Eindringtiefe und die energetischen Effekte hauptsächlich durch die den jeweiligen Lichtreizen innewohnende typische Frequenz und Wellenlänge bestimmt. Dies determiniert, für welche therapeutischen Indikationen die jeweilige Lichtart ideal geeignet ist und wofür nicht.

UV-Licht, das viele wichtige Indikationen besitzt, ist zum Beispiel durch eine nur sehr begrenzte Eindringtiefe charakterisiert, weswegen für eine vergleichbare tiefere Wirkung die Applikation sehr hoher UV-Licht-Energien mit einer entsprechend starken Haut- und Gewebeschädigung erforderlich wäre. IR-Licht wiederum wirkt effektiv und in erster Linie als Thermotherapie, das heißt über die Wärmeentwicklung im Gewebe. Laserlicht wiederum ist stark gebündeltes und somit ganz „gezieltes“ Licht, das aufgrund seiner spezifischen Eigenheiten bekanntermaßen in vielen und sehr unterschiedlichen Bereichen der Medizin Einsatz findet, etwa als sog Low-Level-Lasertherapie (LLLT), als physikalische regenerative Therapie und Schmerztherapie. PBM mit Rotlichtreizen aus dem sichtbaren und dem NIR-Spektrum (sogenanntes kaltes LED-Rotlicht) weist ein schonendes, tiefes Eindringen ins Gewebe und damit eine dementsprechend mögliche, schonende Wirkung ohne Haut- und Gewebeschädigung auf. Sie wirkt also nicht über eine Wärmezufuhr ins bzw. im Gewebe, wie zum Beispiel IR-Licht in erster Linie wirkt. PBM wird zur Behandlung von Haut‑, Muskel‑, Sehnen- und Gelenkbeschwerden weitgehend nebenwirkungsfrei eingesetzt und scheint sich auf Heilungs- und Regenerationsprozesse günstig auszuwirken (siehe unten).

UV-Licht bzw. UV-Strahlung hat Effekte wie etwa Erythembildung, Pigmentbildung, Vitamin-D-Synthese und auf den Kalziumstoffwechsel sowie zellzerstörende und bakterizide Wirkungen, aber auch Wirkungen auf das Immunsystem. Allgemeinbestrahlungen wurden als Ganz- oder Teilbestrahlung bei D‑Hypovitaminosen, Rachitis, Osteomalazie, Tuberkulose, allergischen Erkrankungen, Hautkrankheiten wie Psoriasis, chronischem Ekzem, Acne vulgaris, Furunkel, Haarausfall, Ulcus cruris und anderen schlecht heilenden Wunden sowie bei chronischer Bronchitis, Erschöpfungszuständen nach schweren Erkrankungen oder Operationen, Neugeborenenikterus etc. beschrieben. Als lokale Reiztherapie erfolgte die gezielte Bestrahlung umschriebener Hautareale bei Angina pectoris, chronischer Bronchitis, Asthma bronchiale, Neuralgien, Lumbago, Arthrosen, chronischen Arthritiden, Hypogalaktie etc.

Bei der sogenannten Höhensonnenbestrahlung werden als Allgemeinbestrahlung der ganze Körper oder größere Körperpartien im Abstand von einem Meter vorne und hinten seriell bestrahlt. Bei der Reiz-Erythembestrahlung wird ein kleiner, umschriebener Hautbezirk in einem kleineren Abstand intensiv bestrahlt und ein Erythem gesetzt. Über kutiviszerale Reflexe wird so auf eine Wirkung auf innere Organe abgezielt. Kaltquarzbestrahlung bedeutet eine UV-Bestrahlung etwa bei Neuralgien, wobei die Geräte mit Haut und Schleimhaut direkt in Kontakt gebracht werden können.

Auch die sogenannte Helio- und Klimatherapie erfordert eine sorgfältige und individuelle Dosierung (sonst drohen auch hier Linsentrübung und Katarakt, diverse Lichtdermatosen, schwarzer und weißer Hautkrebs etc.) und wird meist als Ganzkörperbestrahlung durchgeführt (Cave: Überdosierung mit Hitzschlag, Sonnenstich etc.). Effekte sind neben Hautwirkungen, eine Vitamin-D-erzeugende (antirachitische) Wirkung, eine Steigerung des Wohlbefindens, die Normalisierung des vegetativen Tonus sowie Stoffwechselanregung. Früher war die Heliotherapie ein wesentlicher Bestandteil der Tuberkulosebehandlung. Die Heliotherapie ist gemeinsam mit weiteren Therapieprinzipien auch Teil der sogenannten Thalassotherapie am Meer aus dem Bereich der Balneotherapie.

Infrarotes Licht in der Infrarottherapie (IR-Therapie) zählt ebenfalls zu den klassischen Verfahren der Physikalischen Medizin und hat in der modernen Schmerz- und Rehabilitationsmedizin ihren festen Platz. Sie nutzt den thermischen und teilweise photobiologischen Effekt infraroter Strahlung, um die Durchblutung, Zellstoffwechsel, Geweberegeneration und Schmerzwahrnehmung positiv zu beeinflussen. Die Eindringtiefe hängt dabei von der Absorption und Streuung im Gewebe ab. Wasser ist der dominierende Absorber im IR-B- und IR-C-Bereich, wodurch diese Art der IR-Strahlung nahezu vollständig an der Hautoberfläche absorbiert wird. IR-A-Strahlung wird deutlich weniger von Wasser absorbiert und kann bis in die subkutane Schicht und oberflächliche Muskulatur vordringen. Die effektive Eindringtiefe beträgt für IR‑A ca. 2–5 mm, mit messbarer Energie bis 1–2 cm Tiefe, für IR‑B ca. 0,3–0,5 mm und für IR‑C wenige Mikrometer (Stratum corneum). IR‑A ist daher der wichtigste Bereich, da diese Wellenlängen die größte Eindringtiefe (bis ca. 1–2 cm) in biologischem Gewebe erreichen. Daher wird in der modernen physikalischen Medizin IR‑A für therapeutische Zwecke eingesetzt (meist in wassergefilterter Form, wIRA), um eine homogene Tiefenwirkung ohne Überhitzung der Epidermis zu gewährleisten.

Während traditionelle Anwendungen häufig auf Rotlichtlampen mit breitem Infrarotspektrum (IR‑A bis IR-C) basierten, ermöglichen moderne Systeme – insbesondere wassergefilterte IR-A-Strahler und die nachfolgend dargestellte Infrarot-Photobiomodulation – eine zielgerichtete, tiefergehende und kontrollierte Reiz- bzw. Energieapplikation.

In der Schmerzmedizin wird die Infrarottherapie alleine, vor allem aber additiv in multimodalen Konzepten mit manuellen, elektro- oder bewegungstherapeutischen sowie weiteren physikalischen Verfahren (siehe oben) insbesondere bei muskuloskeletalen und degenerativen Schmerzsyndromen eingesetzt. Die Infrarotlicht-Therapie ist ein wissenschaftlich validiertes Verfahren der physikalischen Medizin und Schmerzmedizin und punktet vor allem durch thermische Effekte wie Durchblutungssteigerung oder Muskelrelaxation mit Analgesie. Auch sogenannte photobiologische Effekte – wie Zellstimulation, Entzündungshemmung, Regeneration etc. – sind beschrieben und erfolgen vor allem durch Effekte der nachfolgend näher skizzierten PBM.

Thermische Wirkungen infraroter Strahlung führen zur Temperaturerhöhung im Gewebe, die sich positiv auf verschiedene physiologische Prozesse auswirkt. Hierzu gehören eine Durchblutungsförderung durch Vasodilatation aufgrund thermischer Relaxation der glatten Gefäßmuskulatur sowie NO-vermittelter Stimulation der Endothelfunktion mit konsekutiv verbessertem Sauerstofftransport und Abtransport von Metaboliten. Die Erhöhung der Muskeltemperatur um 2–3 °C führt zur Verbesserung der Dehnbarkeit von Kollagenfasern und Reduktion muskulärer Spannung.

Schmerzlinderung erfolgt durch thermische Aktivierung von Wärme- und Druckrezeptoren im Sinne der Gate-Control-Theorie und gesteigerte Endorphinfreisetzung sowie veränderte Nozizeptoraktivität. Eine Stoffwechselaktivierung wiederum erfolgt durch erhöhte Enzymaktivität (RGT-Regel) mit beschleunigter Wundheilung und Zellproliferation. Die nichtthermischen bzw. photobiologischen Effekte – insbesondere durch IR‑A im Bereich 800–1100 nm sollen nichtthermische zelluläre Effekte ausgelöst werden – sind vergleichbar mit jenen der PBM (siehe unten). Diese Effekte beruhen auf der Photonenabsorption durch mitochondriale Chromophore (wie unter anderem Cytochrom-c-Oxidase), sie ergänzen die klassischen thermischen Mechanismen und tragen wesentlich zur entzündungshemmenden und regenerativen Wirkung bei.

Die Anwendung der IR-Therapie erfolgt nichtinvasiv, ist gut verträglich und wird sicher und effektiv etwa bei chronischen muskuloskeletalen Schmerzen, Arthrosen, Myalgien und Wundheilungsstörungen eingesetzt. Zukünftige Entwicklungen bzw. Weiterentwicklungen dieser sehr etablierten Methode zielen auf eine präzisere Dosissteuerung, Kombination mit PBM und Integration in multimodale Schmerzprogramme ab.

Innerhalb der Schmerzmedizin gewinnt insbesondere die bereits erwähnte sogenannte Photobiomodulation (PBM) – als Low-Level-Lasertherapie (LLLT) oder als LED(Light Emitting Diode)-Therapie mit sog. kaltem LED-Rotlicht – zunehmende klinische Bedeutung. Vor allem in der Physikalischen Medizin, Sportmedizin, Orthopädie und Unfallchirurgie wird die PBM als adjuvante Therapieform eingesetzt, um die Regeneration, Wundheilung und Schmerzlinderung zu beschleunigen. LLLT bezeichnet dabei die therapeutische Anwendung kohärenter, monochromatischer Laserstrahlung im roten oder nahinfraroten Spektralbereich (typischerweise 600–950 nm) mit geringer Leistung (bis 500 mW). Ziel ist dabei nicht die Erhitzung des Gewebes, sondern die biochemische Modulation zellulärer Prozesse.

Die LED-Therapie mit kaltem LED-Rotlicht nutzt nichtkohärente, breitbandige Lichtquellen (LEDs) im roten oder nahinfraroten Bereich – meist 630–680 nm (Rot) oder 810–940 nm (NIR). Es handelt sich also nicht um Laserlicht, sondern um diffuses, inkohärentes Licht, das ähnliche biologische Wirkungen haben kann, aber mit geringerer Energiedichte und größerer Streuung.

PBM stellt ein wissenschaftlich gut fundiertes, modernes Verfahren dar und nutzt optische Strahlung im sichtbaren und nah-infraroten Spektrum zur gezielten Beeinflussung zellulärer Stoffwechselprozesse und neurophysiologischer Schmerzmechanismen. Zahlreiche kontrollierte Studien belegen positive Effekte auf die ATP-Produktion, Reduktion proinflammatorischer Mediatoren, Vasodilatation und neuronale Modulation, was in einer signifikanten Schmerzlinderung und verbesserten Geweberegeneration resultiert.

Die Therapie ist nichtinvasiv und gilt als sicher und wirksam, insbesondere bei muskuloskeletalen und neuropathischen Schmerzsyndromen. Ihr Einsatz als evidenzbasierte Ergänzung konservativer und regenerativer Verfahren – und die dabei bestehende optimale Kombinierbarkeit – kann bei chronischen muskuloskeletalen Schmerzen (etwa an Nacken, Rücken, Kreuz, Knien, Schultern, Achillessehnen) wie unter anderem Tendinopathien und Enthesiopathien (bei Tendinosis calcarea, Epicondylitis, Achillodynie etc.), bei neuropathischem Schmerz (diabetisch, postherpetisch etc.), zur postoperativen Schmerzreduktion und Wundheilungsförderung sowie Muskelregeneration und „Entmüdung“ in der Sportmedizin sinnvoll sein.

Die Integration in ein multimodales Therapiekonzept steigert jedenfalls die Effektivität und Effizienz signifikant.

Für den primären Signalweg, die Photorezeption, sind die intrazellulären sogenannten Chromophore das Ziel der PBM, lichtabsorbierende Moleküle, die biochemische Signalprozesse auslösen können. Wichtigstes Chromophor ist die Cytochrom-c-Oxidase der mitochondrialen Atmungskette. Die Absorption von Photonen führt zur Dissoziation von gebundenem Stickstoffmonoxid vom Enzymkomplex, zur Reaktivierung des Elektronentransports und zur gesteigerten ATP-Produktion sowie zur Reduktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und zur Aktivierung von Redox-abhängigen Transkriptionsfaktoren. Damit soll ein zellulärer Energieschub initiiert werden, der an Heilungs‑, Entzündungs- und Schmerzmodulationsprozessen beteiligt ist.

Als weitere Chromophore gelten Flavoproteine, Porphyrine sowie Opsine (sogenannte nichtvisuelle Photorezeptoren). Durch die beschriebene Aktivierung der Mitochondrien werden verschiedene sekundäre Signalwege moduliert, mit einer Erhöhung von ATP und resultierender erhöhter Zellaktivität, Proliferation, Migration und mit einer Erhöhung von NO mit Vasodilatation, verbesserter Mikrozirkulation und mit einer Modulation von ROS mit Aktivierung sogenannter redoxsensitiver Signalwege sowie einer vermehrten Expression regenerationsfördernder Gene (beschrieben werden unter anderem VEGF, TGF‑β, FGF, HSP70) und einer Verminderung der Expression proinflammatorischer Gene (unter anderem NF-κB, COX‑2, TNF‑α, IL-1β). Diese molekularen Effekte sind zeitlich biphasisch (siehe auch Arndt-Schulz-Regel), das heißt: niedrige Dosen stimulieren, zu hohe Dosen hemmen die Zellaktivität.

Eine Verbesserung der Mikrozirkulation soll infolge NO-vermittelter Vasodilatation mit erhöhtem Blutfluss und verbesserter Sauerstoffversorgung erfolgen. Der Entzündungshemmung sollen unter anderem die Reduktion von TNF‑α, IL‑6, COX‑2 sowie eine Hemmung neutrophiler Infiltration zugrunde liegen. Die Förderung der Regeneration soll durch Aktivierung von Fibroblasten, Kollagensynthese und der Angiogenese gelingen. Die analgetische Wirkung soll auf der Stabilisierung neuronaler Membranpotenziale sowie auf der Hemmung nozizeptiver Transmission basieren. Systemische Effekte sollen über humorale Signalwege (etwa über NO, Zytokine) und über neurovegetative Reflexbögen erfolgen.

Die analgetische Wirkung der PBM ist multifaktoriell und soll auf einer Kombination aus peripheren, spinalen und zentralen Mechanismen beruhen. Periphere Mechanismen sollen unter anderem die Reduktion proinflammatorischer Mediatoren (zum Beispiel PGE₂, TNF‑α, IL-1β), eine verbesserte Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung sowie Abtransport von Schmerzmediatoren (wie Bradykinin, Histamin), weiters die Stabilisierung der Nervenmembran mit reduzierter spontanen Entladungsfrequenz nozizeptiver Fasern und die Modulation spannungsabhängiger Na⁺-, K⁺- und Ca²⁺-Kanäle, was die Reizleitung hemmt, umfassen. Spinale und zentrale Mechanismen sollen die Aktivierung endogener Opioidsysteme (wie β‑Endorphin, Enkephalin) und den Gate-Control-Mechanismus mit Hemmung nozizeptiver Impulse im Rückenmark umfassen. Die funktionelle Bildgebung (fMRT) zeigt eine reduzierte Aktivität im anterioren cingulären Cortex (ACC) und im Thalamus nach PBM. Die genannten Effekte liefern sowohl für die akute Schmerzreduktion als auch die chronische Modulation pathologischer Schmerzverarbeitungsprozesse ein Erklärungsmodell.

Gute Evidenz für die Effektivität der PBM besteht für die Anwendung bei chronischen muskuloskeletalen Schmerzsyndromen, etwa für die signifikante Reduktion chronischer Nackenschmerzen, bei Arthrose (unter anderem Kniearthrose mit Schmerzreduktion und Funktionsverbesserung), Tendinopathien, Myofaszialsyndrom etc.

Klinische Studien zeigen auch eine Schmerzreduktion bei diabetischer und postherpetischer Neuropathie, wo PBM durch Modulation der Na⁺/K⁺-Kanäle, Mikroglia-Aktivität und neuroinflammatorischen Prozesse moderat wirken soll. Weiters ist sie als effektiv bei postoperativen und akuten Schmerzen (etwa nach zahnärztlichen und orthopädischen Eingriffen) beschrieben, wo es zu signifikant geringeren postoperativen Schmerzen und Schwellungen kommt, und eine verbesserte bzw. beschleunigte Wundheilung durch NO-vermittelte Angiogenese zugrunde liegen dürfte.

In der Sportmedizin soll PBM über die Reduktion muskulärer Mikrotraumata und Kreatinkinase-Spiegel die Leistungsfähigkeit und Regeneration verbessern können, wobei die Anwendung zu diesen Zwecken sowohl präventiv (vor der Belastung) als auch regenerativ (nach der Belastung) beschrieben wurde.

Der Einsatz der PBM im Rahmen von Kombinationstherapien mit anderen physikalischen Modalitäten soll zum Beispiel bei Kombination mit elektrophysikalischen Verfahren zu synergistischen Wirkungen auf Membranpotenziale, bei der Kombination mit Ultraschall zu einer verbesserten Energieverteilung, bei Kombination mit weiteren regenerativen Therapien wie PRP, Stammzellen, Stoßwellentherapie etc. zu einer gesteigerten bzw. beschleunigten Proliferation und Differenzierung führen können. Gerade unterschiedliche Kombinationen von PBM mit extrakorporaler Stoßwellentherapie und unterschiedlichen gepulsten Magnetfeldern werden empirisch klinisch erfolgreich eingesetzt und unterliegen intensiven Forschungsbemühungen. Auch Ganzkörperanwendungen der PBM sowie intravasale Lasertherapien werden eingesetzt, die vorliegende klinisch-wissenschaftliche Evidenz hierfür ist nach wie vor kontrovers.

Die möglichen Nebenwirkungen sind mit einer leichten lokalen Rötung oder Erwärmung (in weniger als 1 % der Anwendungen) sowie mit einer vorübergehenden Schmerzverstärkung, als sogenannte „therapeutische Erstreaktion“ überschaubar. Für die Phototherapie gibt es wie für alle physikalischen Modalitäten relevante Kontraindikationen, von welchen die relevantesten in Tab. 1 aufgelistet sind.

Wie für alle anderen physikalischen Therapien auch gilt für die Phototherapie, dass zukünftige Forschungsziele vor allem in der Standardisierung der Dosisparameter, Darstellung der jeweiligen Effektivität bei unterschiedlichen Indikationen, Erfassung der Langzeitwirkung bei chronischen Schmerzsyndromen etc. liegen. Sie müssen aber auch die Integration in Leitlinien der Schmerz- und Rehabilitationsmedizin einschließen. Die UV-Therapie hat nach wie vor ihre Einsatzgebiete und auch historische Relevanz. Die IR-Therapie, und dabei insbesondere die wassergefilterte IR-A-Strahlung (wIRA), ist ein wissenschaftlich validiertes Verfahren der Physikalischen Medizin und Schmerzmedizin und vereint thermische Effekte wie Durchblutungssteigerung, Muskelrelaxation, Analgesie sowie auch photobiologische Effekte wie Zellstimulation, Entzündungshemmung, Regeneration. Sie ist eine nichtinvasive, gut verträgliche und sichere Methode, besonders bei chronischen muskuloskeletalen Schmerzen wie Arthrosen, Myalgien etc.

Insbesondere die PBM, ein wissenschaftlich fundiertes, zellbiologisch plausibles und klinisch wirksames physikalisches Verfahren, das über biochemische Modulation unter anderem mitochondrialer Prozesse mit entzündungshemmenden und vasoregulatorischen Mechanismen sowie über neuronale Schmerzhemmung wirken kann, scheint optimal und besonders effektiv mit weiteren regenerativen Verfahren kombinierbar zu sein.