Série sur la thérapie de photobiomodulation transcranienne

Comment cela fonctionne dans votre cerveau

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Ligne de fond

Les principaux enseignements de cet article sont que la PBM transcrânienne peut, dans de nombreux cas, aider notre cerveau à restaurer ou à améliorer des processus naturels cruciaux au cœur de la santé neurologique et mentale. Ses effets les plus importants sont

- une augmentation de la production d'ATP et, par conséquent, une amélioration du métabolisme global,

- une amélioration du flux sanguin et lymphatique cérébral,

- une meilleure oxygénation,

- une réduction de la neuroinflammation,

- des effets antioxydants et antiapoptotiques,

- une meilleure signalisation neuronale,

- amélioration de la neurogenèse,

- et une meilleure synaptogenèse.

Tous ces effets peuvent aider à traiter différents troubles neurologiques et psychologiques.

Introduction

Parmi toutes les différentes applications de la lumière en médecine, le domaine de la thérapie de photobiomodulation transcrânienne (tPBM) est celui que je préfère. Ce terme décrit l'application d'une lumière infrarouge sur le cerveau, qui déploie différents effets bénéfiques.

Ce qui me plaît, c'est que, d'une part, nous parlons d'une thérapie naturelle qui, si elle est appliquée correctement, est totalement exempte d'effets secondaires. D'autre part, elle permet aux thérapeutes de traiter les troubles en tant que système global au lieu d'agir uniquement sur des symptômes spécifiques, ce qui est difficile à réaliser par les interventions pharmacologiques conventionnelles.

Ce billet est une exploration de notre compréhension actuelle des mécanismes d'action. De nombreux mécanismes sont complexes et impliquent des cascades de signalisation, des effets secondaires, voire tertiaires, et il est vrai qu'ils ne sont pas encore entièrement compris dans tous leurs détails.

Cependant, nous savons qu'il fonctionne de manière que l'on peut qualifier de très naturelle en améliorant et en rétablissant différents processus biologiques qui sont au cœur de la bonne santé du cerveau. Les indications de la thérapie comprennent

- les maladies neurodégénératives

- les troubles psychologiques,

- les lésions cérébrales,

- les maux de tête,

- l'amélioration des fonctions cognitives chez les individus en bonne santé,

- et les troubles du développement neurologique comme l'autisme.

Comment les interventions de tPBM sont-elles exécutées ?

la "lumière infrarouge proche" - définie comme la lumière dont la longueur d'onde est comprise entre 800 nm et 1200 nm environ - est appliquée directement sur la tête et pénètre à travers la peau, le crâne et tous les autres tissus pour finalement atteindre le cerveau. La capacité des photons infrarouges à atteindre le tissu cérébral a été démontrée dans différentes simulations et études [1,2]. Les photons les plus pénétrants peuvent atteindre une profondeur allant jusqu'à 5 cm, mais le nombre de photos diminue avec la distance parcourue en raison de l'absorption par les différents tissus biologiques.

Des longueurs d'onde spécifiques telles que 810nm et 1024nm ont été testées beaucoup plus fréquemment que les autres en raison de la disponibilité de produits particuliers qui émettent ces longueurs d'onde.

Ces produits peuvent être constitués de lasers ou de LED pour émettre la lumière. Toutefois, les LED sont beaucoup plus courantes car elles sont nettement moins chères à produire et à installer dans les dispositifs thérapeutiques.

La thérapie est non invasive, non thermique et indolore.

Quels sont les mécanismes d'action en jeu ?

Plus d'énergie globale par une production accrue d'adénosine triphosphate

L'adénosine triphosphate (ATP) est la source d'énergie utilisée au niveau cellulaire et est donc souvent appelée la "monnaie énergétique" cellulaire. Il est consommé dans presque tous les processus physiologiques de base, notamment la signalisation intracellulaire, la synthèse de l'ADN et de l'ARN, la signalisation purinergique, la signalisation synaptique, le transport actif et la contraction musculaire.

Un petit rappel : Sa synthèse se fait à l'intérieur de nos mitochondries - un organite situé dans le cytoplasme de nos cellules humaines et de presque toutes les autres cellules eucaryotes.

Il y a trois étapes appelées

a) la glycolyse,

b) le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA ou cycle de Krebs),

c) la phosphorylation oxydative.

Le T-PBM agit sur la dernière étape, la phosphorylation oxydative, où l'ATP (ainsi que l'oxyde nitrique et les espèces réactives de l'oxygène) est produit par des processus de transfert d'électrons dans quatre complexes différents [3].

Le dernier complexe est une enzyme appelée cytochrome C oxydase (CCO). Là, le cuivre (ions métalliques) réduit l'oxygène en eau et l'ATP est produit dans le processus. Ce qui est essentiel dans notre contexte, c'est que la CCO peut absorber les photons de la lumière rouge et infrarouge.

L'énergie absorbée accélère les processus de transfert d'électrons, rendant plus d'électrons disponibles dans le CCO, ce qui entraîne une augmentation de la production d'ATP qui suit directement l'intervention [4,5].

Outre l'augmentation immédiate de la production d'ATP, il existe également des effets à long terme : Lorsque les mitochondries sentent que davantage d'énergie est disponible, elles signalent cette information au noyau. Celui-ci modifie l'expression génétique pour améliorer la fonction mitochondriale et former de nouvelles mitochondries. Ce processus est appelé signalisation mitochondriale rétrograde [6].

Sachant que le cerveau est l'organe qui consomme le plus d'énergie et que sa densité de mitochondries est la deuxième plus élevée de tous nos organes (après le cœur), il est particulièrement vulnérable aux perturbations de ses sources d'énergie. La plupart des maladies neurodégénératives (MND) se caractérisent par un dysfonctionnement mitochondrial, une perte du potentiel de la membrane mitochondriale et un épuisement de l'ATP. Les interventions susceptibles d'améliorer la production d'ATP et donc le métabolisme cérébral - comme le tPBM - peuvent donc jouer un rôle important dans une stratégie globale d'amélioration des fonctions cognitives et éventuellement de ralentissement ou de prévention du déclin cognitif [16].

Augmentation de la vasodilatation cérébrale

le tPBM peut améliorer le flux sanguin cérébral et le flux lymphatique en agissant sur l'oxyde nitrique de deux manières différentes. Premièrement, une photodissociation de l'oxyde nitrique précédemment lié au complexe se produit pendant l'absorption des photons dans la cytochrome C oxydase. Deuxièmement, le tPBM peut stimuler l'oxyde nitrique synthase, l'enzyme nécessaire à la production de NO dans les tissus [7].

L'oxyde nitrique (NO) a des effets vasodilatateurs. Il entraîne donc une augmentation du flux sanguin cérébral et du flux lymphatique cérébral, qui est crucial pour l'approvisionnement des cellules cérébrales en nutriments et en oxygène, l'élimination des déchets et de nombreux autres processus. L'augmentation de l'activité du NO entraîne également l'angiogenèse, c'est-à-dire la formation de nouveaux vaisseaux sanguins.

Un modèle de souris a suggéré que l'ampleur de l'effet pouvait atteindre 30 % [8].

Amélioration de l'oxygénation cérébrale

En accord avec plusieurs études animales, deux études humaines ont montré que la stimulation laser transcrânienne peut améliorer l'oxygénation cérébrale chez les adultes humains [9, 10]. Alors que la concentration totale d'hémoglobine n'augmente que légèrement pour atteindre une part non significative, la concentration d'hémoglobine oxygénée augmente et la concentration d'hémoglobine désoxygénée diminue, toutes deux de manière significative, ce qui entraîne une augmentation significative de la part d'hémoglobine oxygénée.

Diminution de la neuroinflammation

La neuroinflammation peut contribuer à l'apparition et à la progression de différents troubles neurologiques et psychologiques, notamment les maladies neurodégénératives et la dépression, car elle entraîne une perte neuronale et, par conséquent, un déclin de la fonction cognitive.

Le TPBM peut contribuer à réduire la neuroinflammation de différentes manières. Le mécanisme peut être simple - à savoir une meilleure élimination des sources d'inflammation telles que les déchets métaboliques, les neurotoxines et les agents pathogènes. Par des effets secondaires, le tPBM peut également supprimer l'expression des cytokines pro-inflammatoires [10]. En outre, un modèle de rongeur a suggéré que le tPBM pouvait également agir par le biais de la modulation du système immunitaire du cerveau. La microglie en est un élément essentiel et existe en deux phénotypes principaux. " Microglie 1 " est responsable de la production de cytokines pro-inflammatoires et de l'interruption de la barrière hémato-encéphalique et est, en général, associée aux dommages neuronaux. " Microglie 2 " produisent des cytokines anti-inflammatoires, augmentent la libération de facteurs neurotrophiques et ont des effets neuroprotecteurs. Le modèle de rongeur a montré que le tPBM pouvait modifier l'équilibre du phénotype prédominant de la microglie de M1 à M2 [11].

Effets antioxydants

Le stress oxydatif à long terme peut contribuer à la perte neuronale, à la perturbation du neurocircuit, à l'affaiblissement des connexions hippocampiques, amygdaliennes et corticales et peut donc entraîner un déclin cognitif.

En raison de l'absorption de photons dans le CCO, une brève et locale explosion d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) se produit. Elle conduit à l'activation des voies antioxydantes dans le corps. Cela réduit le stress oxydatif à long terme, malgré l'augmentation temporaire et locale des ROS [12].

Amélioration de la neurogenèse et de la synaptogenèse

L'altération de la neurogenèse fait partie de la neurobiologie de différents troubles liés au cerveau et sa corrélation avec les troubles cognitifs a été démontrée dans différentes études [13]. Elle semble jouer un rôle particulièrement important dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ou la démence, mais aussi dans l'autisme.

le tPBM peut améliorer les processus qui sous-tendent la neurogenèse et la synaptogenèse. La régulation à la hausse du "facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF)" - un peptide de signalisation impliqué dans le maintien et la genèse des neurones et des synapses - est le mécanisme le mieux compris de cet effet.

Activation des voies de signalisation et des facteurs de transcription qui entraînent des changements durables dans l'expression des protéines

En outre, le tPBM active de multiples voies par lesquelles des cascades de signalisation se produisent, entraînant un changement durable de l'expression des protéines.

Les trois voies les mieux comprises sont les suivantes :

a) La " voie des ions calcium (CA²+) ". L'augmentation de la production d'ATP entraîne une augmentation du niveau d'ATP extracellulaire, ce qui entraîne un afflux de calcium plus important dans les cellules. L'augmentation des niveaux de calcium intracellulaire active la protéine kinase C (PKC) et les voies de la kinase régulée par le signal extracellulaire (ERK) ou PI3K/Akt par l'intermédiaire de la calmoduline (CaM) [14]. Ces voies jouent un rôle crucial dans de multiples processus cellulaires tels que la prolifération, la différenciation, l'adhésion, la migration et la survie des cellules.

b) L'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) : l'adényl cyclase convertit l'ATP, plus facilement disponible, en AMPc, un second messager, qui active ensuite la PKA et le Ras, puis la kinase régulée par le signal extracellulaire et la signalisation SIRT1 (sirtuine 1) [14]. La famille des sirtuines est dernièrement devenue assez célèbre en médecine intégrative et surtout en médecine anti-âge, principalement grâce aux travaux du Dr David Sinclair, qui a été élu parmi les 50 meilleurs professionnels de la santé en 2018 et même parmi les 100 personnes les plus influentes du monde en 2014. En bref, les sirtuines sont une famille de protéines de signalisation impliquées dans la régulation métabolique. Entre autres processus, SIRT 1 participe à la plasticité neuronale, aux fonctions cognitives et à la biogenèse mitochondriale [15].

c) Espèces réactives de l'oxygène (ROS) : La brève explosion de ROS mentionnée ci-dessus après l'absorption de photons dans le CCO entraîne l'activation de voies telles que NRF2 et NF-kB. La voie NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) est une famille de facteurs de transcription hautement conservés qui régulent de nombreux comportements cellulaires importants, notamment les réponses inflammatoires, la croissance cellulaire et l'apoptose [14].

Sources pour obtenir plus d'informations

Il suffit de prendre contact avec Martin Junggebauer pour obtenir plus d'informations sur tout ce qui précède : martin.junggebauer@gmail.com

Tous les lecteurs germanophones peuvent regarder un webinaire sur le sujet :

https://www.youtube.com/watch?v=ewFwWPs14Jw

Littérature

[1] Salehpour F, Cassano P, Rouhi N, Hamblin MR, De Taboada L, Farajdokht F, Mahmoudi J. Profils de pénétration des lasers visibles et proches de l'infrarouge et de la lumière des diodes électroluminescentes dans les tissus de la tête chez les espèces animales et humaines : A Review of Literature. Photobiomodul Photomed Laser Surg. 2019 Oct;37(10):581-595. doi : 10.1089/photob.2019.4676. Epub 2019 Sep 25. PMID : 31553265.

[2] Li, Ting & Xue, Chang & Wang, Pengbo & Li, Yan & Wu, Lanhui. (2017). Profondeur de pénétration des photons dans le cerveau humain pour la stimulation et le traitement par la lumière : Une étude réaliste de simulation de Monte Carlo. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 10. 10.1142/S1793545817430027.

[3] Bonora, M., Patergnani, S., Rimessi, A., De Marchi, E., Suski, J. M., Bononi, A., Giorgi, C., Marchi, S., Missiroli, S., Poletti, F., Wieckowski, M. R., & Pinton, P. (2012). Synthèse et stockage de l'ATP. Purinergic signalling, 8(3), 343-357. https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8

[4] Wong-Riley MT, Liang HL, Eells JT, Chance B, Henry MM, Buchmann E, et al. La photobiomodulation profite directement aux neurones primaires fonctionnellement inactivés par les toxines : rôle de la cytochrome C oxydase. J Biol Chem. (2005) 280:4761-71. doi : 10.1074/jbc.M409650200

[5] Karu T, Pyatibrat L, Kalendo G. L'irradiation au laser He-Ne augmente le niveau d'ATP dans les cellules cultivées in vitro. Photochem Photobiol B Biol. (1995) 27:219-23. doi : 10.1016/1011-1344(94)07078-3

[6] Dewey, C. W., Brunke, M. W., & Sakovitch, K. (2022). Photobiomodulation transcrânienne (laser) pour les troubles cognitifs : Un examen des mécanismes moléculaires et une application potentielle au dysfonctionnement cognitif canin (DCC). Open veterinary journal, 12(2), 256-263. https://doi.org/10.5455/OVJ.2022.v12.i2.14

[7] Chen, C., Hung, H. et Hsu, S. 2008. L'irradiation au laser à faible énergie augmente la prolifération des cellules endothéliales, la migration et l'expression du gène eNOS, probablement via la voie de signalisation P13K. Lasers Surg. Med. 40, 46-54

[8] Uozumi, Y., Nawashiro, H., Sato, S., Kawauchi, S., Shima, K. et Kikuchi, M. 2010. Targeted increase in cerebral blood flow by transcranial near-infrared irradiation. Lasers Surg. Med. 42, 566-576.

[9] Tian, F., Hase, S. N., Gonzalez-Lima, F. et Liu, H. (2016). La stimulation laser transcrânienne améliore l'oxygénation cérébrale humaine. Lasers in surgery and medicine, 48(4), 343-349. https://doi.org/10.1002/lsm.22471

[10] Holmes, E., Barrett, D. W., Saucedo, C. L., O'Connor, P., Liu, H. et Gonzalez-Lima, F. (2019). L'amélioration cognitive par la photobiomodulation transcrânienne est associée à l'oxygénation cérébrovasculaire du cortex préfrontal. Frontiers in neuroscience, 13, 1129. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.01129

[11] Tang, Y. et Le, W. 2016. Rôles différentiels de la microglie M1 et M2 dans les maladies neurodégénératives. Mol. Neurobiol. 53, 1181-1194.

[12] Bathini, M., Raghushaker, C.R. et Mahato, K.K. The Molecular Mechanisms of Action of Photobiomodulation Against Neurodegenerative Diseases : A Systematic Review. Cell Mol Neurobiol 42, 955-971 (2022). https://doi.org/10.1007/s10571-020-01016-9

[13] Li Puma, D. D., Piacentini, R., & Grassi, C. (2021). L'altération de la neurogenèse adulte contribue-t-elle à la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer ? Une question encore ouverte. Frontiers in molecular neuroscience, 13, 578211. https://doi.org/10.3389/fnmol.2020.57821

[14] Caldieraro, M. A., & Cassano, P. (2019). Photobiomodulation transcrânienne et systémique pour le trouble dépressif majeur : Une revue systématique de l'efficacité, de la tolérance et des mécanismes biologiques. Journal of affective disorders, 243, 262-273. https://doi.org/10.1016/j.jad.2018.09.048

[15] https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/sirtuin-1