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Técnicas Terapêuticas Usando a Luz

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30 de jun. de 202014 min de leitura

Atualizado: 16 de mai. de 2022

Figura 1: Técnicas com luz, reações fotoeletroquímicas e fotoxidativas. Fonte: iScience-Cell Press (Science Direct).

Histórico

Desde os primórdios da civilização a luz vem sendo utilizada com fins terapêuticos. A helioterapia (terapia através da utilização da luz solar) era muito utilizada, mas até hoje sua eficácia é discutida. Dados da literatura greco-romana mencionam que essa modalidade terapêutica era efetiva no tratamento de epilepsia, artrite, asma e obesidade. Por isso, o banho de sol já era um método de medicina preventiva reconhecido por Heródoto no séc. VI a.C. (Pinheiro et al., 2017).

Em 1400 a.C foi relatado o uso de combinações de plantas e luz solar para tratamento de vitiligo e psoríase. Muitos cientistas dedicaram seus estudos a luz, como por exemplo, Hertz em 1887, Planck em 1890, Einstein em 1905 (em sua teoria sobre energia proporcional à frequência da onda luminosa, teoria dos fótons) e até Isaac Newton (no campo da óptica) (Pinheiro et al., 2017).

Os cientistas Downes e Blunt comprovaram que algumas bactérias eram destruídas pela luz, sendo este fato o precursor do uso das radiações ultravioletas (UV) para esterilização, usadas até hoje. Mais tarde, vários tipos de lâmpadas foram aprovadas como fontes de luz UV, apresentando uma melhor eficácia em tratamentos como o da actinoterapia (radioterapia) (Pinheiro et al., 2017).

Em 1960, foram desenvolvidos lasers de vários comprimentos de onda, onde obtiveram efeitos dessa luz sobre a matéria viva. O laser de rubi, foi testado numa aplicação médica experimental (fotocoagulação da retina) e bons resultados foram obtidos. E assim, desenvolveram também o laser de Argônio e de Nd-YAG. No ano de 1970, foi testado o laser de He-Ne e alguns outros de baixa potência para iluminar tecidos vivos afetados por variadas doenças (Bernardo, 2010).

Conceito

De acordo com Einstein, a Luz é uma onda e os fótons que a compõem são ambivalentes, ou seja, apresentam tanto características típicas de onda (frequência, amplitude, fase e polarização) como também de partícula (momento e localização espacial) (Pinheiro et al., 2017).

Um raio de luz, proveniente do sol é o resultado de várias transições eletrônicas espontâneas de níveis de energia previamente excitados para níveis de energia mais baixos, através de elétrons e fótons, de “emissão espontânea” (Pinheiro et al., 2017). Antigamente, a luz solar era muito utilizada para terapias (exemplo: helioterapia), mas atualmente outras fontes de luz têm sido exploradas para a cura de doenças.

Vários eventos luminosos são passíveis de ocorrer após a emissão dos fótons, tais como absorção, dispersão, refração e fluorescência, sendo os dois primeiros os mais importantes para Fototerapias (Garrier et al., 2013). Contudo, existem três áreas de maior aplicação da luz: Diagnóstico, Cirurgia e Terapia. Portanto, fontes de luz têm sido exploradas e utilizadas na Dermatologia, Neurocirurgia, Oncologia, Oftalmologia, Odontologia como também na Biotecnologia, Engenharia, Medicina Veterinária, na Farmácia (tendo como especialidade a saúde estética), entre outras áreas (Bernardo, 2010). Isto significa que tratamentos com luz superam várias limitações, por isso estas novas modalidades de Terapia deslancharam (Aziz et al., 2020).

Fontes de Luz

Figura 2: Espectro da luz visível ao olho humano (400- 700 nm). Fonte: Radiação Blog WordPress.

Nas técnicas terapêuticas podem ser utilizadas variadas fontes de luz, sendo as principais o LASER e o LED. A taxa de absorção e dispersão da luz no tecido tratado está grande parte na dependência da interação luminosa com os cromóforos encontrados no organismo (Agostinis et al., 2011).

As cores de LASER e LED mais utilizadas, descritas no espectro, são:

*Azul (400-470nm):

Eficaz em tratamentos de pele acneica, pois possui propriedades que agem contra bactérias, no aumento da hidratação tecidual, e no clareamento da pele. É absorvida pelas camadas superficiais da epiderme;

*Verde (470-550nm):

Promove a inibição dos melanócitos que levam a hiperpigmentação cutânea. Absorvida por melanina, hemoglobina e oxihemoglobina (cromóforos de vasos sanguíneos);

*Âmbar (570-590nm):

Promove a síntese de colágeno e elastina, aumenta a microcirculação, estimula o metabolismo celular e melhora também na hidratação tecidual;

*Vermelho (630-700nm):

Possui propriedades anti-inflamatórias e cicatrizantes que atuam para prevenção de quelóides, além de estimular a liberação de substâncias endógenas vasodilatadoras naturalmente, melhorando a microcirculação sanguínea. Absorvida por melanina;

*Infravermelho (700-1200nm):

Absorvido por água (Guedes, 2018).

O que é Laser?

Figura 3: Etiqueta de alerta de radiação laser, conforme IEC 60825-1. Fonte: Multidisciplinary Scientific Journal.

O termo LASER significa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificação da luz através de emissão estimulada de radiação). E por que este termo? Porque, o que o torna diferente da luz comum, são propriedades deste fenômeno (emissão estimulada) (Pinheiro et al., 2017).Então, o Laser é um raio de luz e uma forma de radiação não ionizante e apresenta propriedades como: monocromaticidade, coerência e colimação. Além de promover uma emissão mais intensa, penetrando mais profundamente o tecido (Pinheiro et al., 2017).

Figura 4: Características do laser. Fonte: HSMed.

Monocromaticidade: Geralmente emite fótons iguais. É constituído por uma única cor bem definida, de acordo com o comprimento da onda.

Coerência: A potência luminosa do feixe é mantida, pois o deslocamento das ondas possuem uma ótima organização, na mesma fase, mesmo comprimento de onda. Por isso, o laser pode fornecer altas densidades de potência de radiação.

Colimação: Seu feixe possui alta colimação, ou seja, a irradiação não diverge. A energia é propagada em distâncias mais longas em uma linha de emissão, em um único ponto.

Comprimento de onda adequado para determinados tratamentos:

  1. Laseres de He-Ne (632,8nm) e o AlGaInP (660 nm) como a melhor opção para úlceras, herpes, regeneração nervosa e cicatrização de feridas abertas;

  2. Laser de AsGaAl (830nm) pode ser uma boa alternativa de terapia em analgesia, tendinite, edema e úlcera crônica;

  3. Laser de GaAs (904nm) é a melhor escolha para o tratamento de lesões do esporte e tem mais influência em tratamento de dor pós-operatória e inchaço (Guedes, 2018).

Figura 5: Equipamento de laser. Fonte: Instituto Ricardo Trajano.

Os lasers podem ser classificados em: de alta e baixa potência. Os de alta potência, podem ser aplicados para: remoção, corte e coagulação de tecidos (Andrade et al., 2014). Os de baixa potência, são aplicados para reparação tecidual (traumatismos musculares, articulares, nervosos, ósseos e cutâneos) pois têm efeitos analgésicos, anti-inflamatórios e cicatrizantes (Andrade et al., 2014). Isso, porque estimulam a membrana plasmática e mitocondrial induzindo a célula à biomodulação. De que forma? Eles aumentam, ativam a proliferação de linfócitos, e a fagocitose de macrófagos, elevam a secreção de fatores de crescimento de fibroblasto e intensificam a reabsorção tanto de fibrina quanto de colágeno. Além disso, contribuem para elevar a motilidade de células epiteliais, a quantidade de tecido de granulação e, podem diminuir a síntese de mediadores inflamatórios, por isso são mais indicados para reparação tecidual, sem riscos de danos (Pinheiro et al., 2017).

Em relação ao protocolo de irradiação, a utilização dos lasers pode diferir quanto ao tipo de meio ativador, à potência e dose utilizada e, também, quanto ao modo, tempo de irradiação e número de aplicações (Andrade et al., 2014).

LED (Diodo Emissor de Luz)

São semicondutores complexos que convertem corrente elétrica em um espectro luminoso estreito não coerente. Este, diferente do laser, não apresenta colimação, nem coerência. É uma fonte de luz mais durável, mais eficiente e mais barata, além de ser mais seguro, pois libera menos energia e não gera calor, sem danos a pele, nem riscos de acidentes aos olhos (Voll Fisioterapia, 2020). A luz emitida também vai, assim como o laser, do comprimento de onda ultravioleta ao infravermelho (de 400 a 830 nanômetros), mas diferente do Laser, o LED dispersa sua luz em um ângulo maior (Voll Fisioterapia, 2020). Tratamentos com LED atuam mais precisamente na cicatrização de feridas e reparo tecidual (Pinheiro et al., 2017).

Figura 6: Diferença entre o LED e Laser. Fonte: Sportllux.

Três Principais Técnicas de Terapia com fontes de luz:

1. Fototerapia

Esta técnica não invasiva também conhecida como: Tratamento com luz brilhante (TLB), é baseada na interação eletromagnética da luz com os tecidos biológicos, por meio dos fótons, provenientes da utilização de luz LED ou luz LASER (Guedes, 2018).

A Fototerapia aplica exposições repetidas e controladas de radiação ultravioleta para alterar a fisiologia cutânea de modo a induzir a regressão ou controlar a evolução de diversas dermatoses. Esta técnica é empregada para o tratamento de várias dermatoses (doenças de pele como: a psoríase, o vitiligo, o linfoma cutâneo de células T, os eczemas, dermatite atópica, câncer de pele, doença de Grover, entre muitas outras), indicada para todas as doenças inflamatórias da pele, podendo ser utilizada associada a medicamentos sistêmicos (retinóides, metotrexate, ciclosporina) ou tópicos (Duarte et al., 2006). Também é eficaz no tratamento de sintomas como: mau humor, ansiedade, letargia, irritabilidade e fadiga nas pessoas com TAS (Transtorno da Ansiedade Social), porque estimula a produção de neurotransmissores como a serotonina e a dopamina, que promovem sentimentos positivos (Romanzoti, 2011). Contudo, a Fototerapia em geral, consiste em passar um tempo específico em contato indireto com uma caixa de luz que contém um tipo específico de luz; essa caixa imita os comprimentos de onda da luz solar e são mais brilhantes do que as lâmpadas normais (Romanzoti, 2011).

Na Foterapia há também 2 modalidades diferentes: Fotoquimioterapia sistêmica e Fotoquimioterapia tópica, para tratamentos de linfoma cutâneo de células T, entre outros (Duarte et al., 2006).

A classificação da Fototerapia é feita segundo o tipo de irradiação utilizada (UVA ou UVB), variável de acordo com os comprimentos de onda (Duarte et al., 2006).

Os dois tipos de Fototerapia são:

  1. Com UVB (290 a 320 nm): sessões com exposição a luz UVB. Podem ser utilizados 2 tipos de lâmpadas UVB, de largo espectro e de banda estreita. Este último é a opção mais viável, pois apresenta menor risco e mais efetivo. A sua Dose Eritematosa Mínima (sigla DEM, mínima energia necessária para produzir resposta eritematosa uniforme em até 24 horas) deve ser estabelecida antes do tratamento (Duarte et al., 2006).

  2. Com PUVA tópico ou sistêmico (320 e 400nm.): A luz UVA é utilizada juntamente com psoralenos, composto de plantas que, quando estimuladas pelo UV, se ligam às bases pirimidínicas do DNA celular, iniciando as reações fotoquímicas na pele(Duarte et al., 2006).

O tratamento tanto com PUVA como com UVB é considerado carcinogênico, pois assim como a luz solar, agem no DNA celular, podendo provocar mutações na pele. Entretanto, tudo depende da dose. Esses efeitos não devem influenciar a escolha da Fototerapia para o tratamento de várias dermatoses com indicação precisa, pois na verdade a Fototerapia é um tratamento mais seguro que outras terapêuticas (Duarte et al., 2006).

Figura 7: Fototerapia como uma excelente alternativa para tratamento de icterícia em recém-nascidos. Fonte: Fisioterapia Blog.

Mecanismo de ação da Foterapia:

Basicamente, a luz é transmitida por meio do tecido e espalhada nos tecidos adjacentes, e logo absorvida pelas moléculas que possuem afinidade com determinado comprimento de onda – moléculas como os cromóforos (ex.: água, hemoglobina, melanina e oxihemoglobina) refletindo parte desta luz para fora do tecido. A absorção da luz ocorre na mitocôndria, por meio do citocromo c oxidase (Complexo IV) que absorve os fótons e isso promove um aumento na síntese de ATP (produto da respiração celular e fosforilação oxidativa) e consequentemente no metabolismo celular, possibilitando uma melhor resposta celular (Guedes, 2018).

Benefícios:

Efeitos antiinflamatório, analgésico, modulador e estimulador da atividade celular e do tecido conjuntivo na regeneração e cicatrização (Guedes, 2018).A Figura 8 mostra os diferentes efeitos da Fototerapia, dependendo da dose de luz aplicada.

Figura 8:Variação da densidade de energia para diferentes efeitos desejados. Fonte: Fisioterapia Blog.

Efeitos adversos:

Podem ser agudos ou crônicos. Os sintomas agudos podem estar relacionados aos psoralênicos ou à própria luz UV. E para prevenir alguns efeitos, deve-se ter atenção com certos medicamentos de uso prévio e se proteger corretamente. É muito importante se informar com um especialista as contra-indicações (Duarte et al., 2006).

Entre os efeitos agudos estão:

  1. Náuseas, cefaléia, tontura, insônia, depressão;

  2. Efeitos fototóxicos como: eritema, onicólise (descolamento da unha do seu leito) hemorragia subungueal;

  3. Taquicardia, hipertricose (crescimento exagerado de pêlos) e herpes simples.

Efeitos Crônicos:

  1. Carcinogênese e fotoenvelhecimento;

  2. Catarata;

  3. Alterações do pigmento da pele, formação de lentigos (manchas).

2. Optocêutica

Esta técnica é nova e ainda pouco estudada e conduz ao desenvolvimento de células, aplicando luz visível associada a materiais fotossensíveis e biocompatíveis. O objetivo é reparar, regenerar e substituir células, tecidos e até órgãos danificados por fatores como defeitos congênitos, doenças, lesões ou envelhecimento, restabelecendo assim as funções fisiológicas perdidas. Por exemplo, a pele pode ser regenerada com a Optocêutica (Instituto Italiano Di Tecnologia, 2018). Utilizando mecanismos de fototransdução baseados em polímeros para regular os estágios iniciais deste desenvolvimento (Lodola et. al, 2019).

Figura 9: Crescimento de tecidos usando a luz. Fonte: Diário da saúde.

Resumidamente, a literatura propõe três mecanismos diferentes de fotoestimulação, ativos na interface polímero / célula:

  1. A criação de um campo elétrico localizado, possivelmente afetando o potencial da membrana celular;

  2. Processos fototérmicos, estabelecendo um aumento localizado da temperatura após a fotoexcitação do polímero;

  3. Reações fotoeletroquímicas, principalmente processos de redução de oxigênio, levando a uma variação local de pH extracelular e / ou intracelular e produção considerável de espécies reativas de oxigênio (ERO), em concentração não tóxica, e modulação intracelular de cálcio (Lodola; et. al, 2019).

Leia o Artigo completo, disponível na URL:   https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaav4620

3. Terapia Fotodinâmica (TFD)

Esta terapia é pouco invasiva, pode promover uma citotoxicidade seletiva (através de reações fotoxidativas) e tem sido utilizada clinicamente nos últimos anos para o tratamento de diversos tumores, incluindo câncer de pele (tipo não-melanomas). A TFD requer três componentes para sua ação: fonte de luz, oxigênio (presente no local de tratamento) e um agente fotossensibilizante (FS) no tecido-alvo. Primeiro, o FS é administrado intravenosamente (Figura 10) ou topicamente e após um determinado tempo de espera (para que o FS atinja os tecidos desejados e se acumule neles) é aplicada a fonte de luz (Laser ou LED). Deste ponto em diante, uma série de reações fotoquímicas ocorrem, que resultam na morte celular do tecido tratado. Isso porque tais reações produzem Espécies Reativas de Oxigênio (EROs) que irão causar a necrose/apoptose celular, resultando em morte tumoral (Figura 10).

Figura 10: Esquema da Terapia Fotodinâmica. Fonte: Clínica Leger Porto Alegre.

Mas, como isso ocorre? O mecanismo de ação da TFD pode ser resumido a seguir:

O Diagrama de Jablonski (Figura 11) resume o processo: após administração do FS e a incidência a luz no local desejado, o FS absorve os fótons de luz, sendo ativado/excitado, passando do seu estado fundamental (S0) para seu “primeiro” estado excitado (estado singleto), de meia-vida curta (Celli, 2010). Nesse momento, as moléculas (singleto) podem voltar ao estado de repouso (estado fundamental), liberando energia em forma de fluorescência por meio da emissão de fótons (aqui não se produz reação fotodinâmica com efeito terapêutico, no entanto, isto é usado para obtenção de imagens de fluorescência) (Celli, 2010). Ou, também pode prosseguir na cadeia de reações químicas (cruzamento entre sistemas), até alcançar o estado tripleto, de meia-vida mais longa, pouco reativo. Este excitado (3FS E) emite fosforescência (Nowis et al., 2005). Quando estabilizado, o FS tripleto excitado poderá sofrer dois tipos de reações fotodinâmicas, a reação do tipo I e reação do tipo II, Figura 12 (Laranjo, 2014).

Figura 11: Diagrama de Jablonski (modificado) demonstrando as trocas energéticas que ocorrem até as reações do Tipo I e II durante a TFD. Após a irradiação de luz, o Fotossensibilizante (FS) é ativado para o estado singleto excitado; após sofrer um cruzamento entre sistemas o FS apresenta-se em estado tripleto excitado, podendo sofrer 2 reações: do tipo I ao interagir com o oxigênio molecular formando EROs, ou do tipo II ao transferir energia produzindo oxigênio singleto. Fonte: Santos et al., 2016.

Na REAÇÃO TIPO I, as moléculas no estado tripleto excitado transferem elétrons levando a formação de radicais EROs como: peróxido de oxigênio, radicais hidroxila e ânions superóxidos, que reagem gerando estresse oxidativo. Os radicais livres produzidos na TFD aumentam a permeabilidade mitocondrial, liberando por sua vez, várias proteínas indutoras da morte celular, como o citocromo C (Issa; Azulay, 2010).

REAÇÃO TIPO II ocorre a transferência de energia diretamente ao oxigênio molecular (em seu estado fundamental), gerando o oxigênio singleto (1O2), altamente reativo, de meia-vida curta (Figuras 10 e 11). O oxigênio singleto reage com moléculas no interior da célula e nas membranas, causando o dano celular.Assim, promove a destruição seletiva de um tecido, por necrose, apoptose ou autofagia (Pinheiro et al., 2017).

Figura 12: Esquema das reações fotodinâmicas tipo I e II.                                    Fonte: Princípios Fundamentais dos Lasers e suas Aplicações.

A fonte de luz LED é a mais utilizada nesses casos, onde deve ser emitido comprimentos de onda no espectro de absorção do FS escolhido, mas também se utiliza luz laser ou LIP (luz intensa pulsada) (Issa; Azulay, 2010). Os FSs são administrados exogenamente ou formados endogenamente, e acumulam-se por exemplo nas células tumorais, para depois serem ativados por luz (energeticamente excitados) (Issa; Azulay, 2010).

Os FSs aprovadas para uso clínico são: ácido 5- aminolevulínico (5-ALA) e o seu derivado mais lipossolúvel, o metilaminolevulinato (MAL) (Issa; Azulay, 2010).

Mecanismo de ação do 5-ALA: Essa reação é catalisada pela enzima 5-ALA sintetase. No citoplasma da célula, duas moléculas de 5-ALA formam o porfobilinogênio (PBG), e quatro moléculas de PBG formam o uroporfirinogênio. Este, então, é convertido em coproporfirinogênio e, novamente no interior da mitocôndria, em protoporfirinogênio IX (PpIX) por ação da enzima protoporfirinogênio oxidase. A PpIX é o intermediário porfirínico com atividade fotodinâmica e emite fluorescência vermelha intensa quando ativada por luz (Issa; Azulay, 2010).

Mecanismo de ação do MAL: O MAL é um derivado esterificado do 5-ALA, é lipofílico, por isso, apresenta maior seletividade às células neoplásicas quando comparado ao 5-ALA. E isso aumenta a eficácia por promover altos níveis de fototoxicidade induzida por PpIX (Issa; Azulay, 2010). Sua maior lipofilicidade também aumenta a absorção em células, como por ex, a pele, quando aplicado diretamente em tumores cutâneos, favorecendo seu acúmulo e eficiência no tratamento de câncer de pele Não Melanoma.

O MAL é transportado por mecanismo ativo e também por difusão passiva pela membrana. Esse mecanismo não requer energia e não é saturável, sendo eficiente principalmente nas células neoplásicas. Após a penetração, o MAL é demetilado em 5-ALA, e as etapas metabólicas subsequentes até a produção da PpIX intramitocondrial são as mesmas descritas acima (Issa; Azulay, 2010).

Resposta Imunológica da TFD em neoplasias

Figura 13: Resposta imunológica da TFD. Fonte: adaptado de Agostinis et al. (2011).

Há uma resposta imunológica produzida pela Terapia Fotodinâmica antitumoral. A morte das células tumorais é acompanhada pela ativação do sistema complemento, secreção de citocinas pró-inflamatórias (como as interleucinas, IL) e recrutamento de neutrófilos, macrófagos e células dendríticas (CDs). As células lesadas são removidas por células fagocitárias, incluindo as CDs. Após a fagocitose, estas células migram para os linfonodos locais e se diferenciam em células apresentadoras de antígenos. A apresentação do antígeno tumoral dentro dos gânglios linfáticos, é seguida pela expansão clonal de linfócitos sensibilizados que se direcionam ao tumor para remoção das células residuais resistentes à terapia (Agostinis et al., 2011).

Por isso, traz muitos benefícios, tornando-se um tratamento bastante utilizado contra vários tumores malignos, e também em lesões no tratamento do fotoenvelhecimento, acne, esclerodermia, psoríase, verrugas, leishmaniose, entre outras, pois apresenta baixa toxicidade ao tecido saudável (Issa; Azulay, 2010).

Conclusão:

Atualmente, em que a área da saúde está sendo constantemente atrelada a tecnologia, os equipamentos LASER e LED estão sendo amplamente produzidos e melhorados, trazendo muitos benefícios nas fototerapias, e uma maior rapidez no restabelecimento dos pacientes, de forma menos invasiva.

Contudo, essas terapias usando a luz trouxeram uma maior efetividade e facilidade nos tratamentos, já que as fontes de luz utilizadas são melhor reguladas do que a luz solar, por exemplo. Além do que, essas terapias abrangem muitas áreas e tratam muitos tecidos, até mesmo cancerosos, comprovado cientificamente. Portanto, são de grande importância para os avanços terapêuticos nas mais variadas áreas da saúde.

Por Talita Alves, Graduanda em Farmácia pela UFRJ.

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