Photobiomodulation

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La photobiomodulation (parfois appelée thérapie par laser de faible énergie (LLLT)) est le processus par lequel des chromophores absorbent sélectivement les longueurs d’onde de basse énergie et engendrent des phénomènes de signalisations cellulaires à l’origine de synthèses biologiques majeures[1]. La photobiomodulation (PBM) a une action sur le métabolisme cellulaire de nos tissus comparable à la photosynthèse des cellules végétales. L’énergie lumineuse est transférée aux différents organes de nos cellules pour stimuler les fonctions métaboliques qui produisent plusieurs effets cliniques remarquables comme les effets antalgiques et anti-inflammatoires ou les effets de cicatrisation[2]. Grâce à ses propriétés stimulantes confirmées au cours des trois dernières décennies par de nombreuses études, la PBM s’est aujourd’hui étendue à de nombreux domaines de la médecine, tels que l’endocrinologie, la neurochirurgie, la dermatologie et la dentisterie notamment. Ce type de photothérapie comprend une large gamme de sources de lumière non ionisantes telles que le laser, les LED et la lumière visible à large bande dans le spectre visible et proche infrarouge à des doses non thermiques.

Historique[modifier | modifier le code]

Les bienfaits de la lumière sont connus depuis des siècles. 4 000 ans avant J.-C, les Égyptiens l’utilisaient déjà pour le traitement du vitiligo. Le rôle joué par la lumière, notamment des expositions UV dans la synthèse de la vitamine D ou celui de la lumière dans la photosynthèse des plantes est étudié depuis longtemps. L'utilisation de la lumière pour promouvoir la santé et le bien-être était également courante dans la vallée de l'Indus (ancienne Inde) et dans la Chine pré-impériale. En Grèce, les scientifiques se sont concentrés sur les bienfaits médicaux de la lumière du soleil qu'ils appelaient l'héliothérapie (une référence au dieu Hélios signifiant soleil). Les Romains ont commercialisé la luminothérapie grecque en « solariums », des solariums qui ont gagné en popularité à travers l'Europe avec l'expansion de l'Empire Romain[3].

Dans les années 1800, les médecins et les scientifiques ont commencé à étudier les mécanismes de la photothérapie. La science de la photothérapie a obtenu une reconnaissance internationale en 1903 lorsque le Dr Niels Ryberg Finsen a remporté le prix Nobel de médecine pour sa contribution au traitement de la lupus vulgaris (une forme clinique courante de la tuberculose cutanée) par les radiations lumineuses[1].

La photothérapie gagne ses lettres de noblesse dans les années 1950. La lumière bleue commence en effet à être utilisée pour soigner l’ictère des nouveau-nés. Cette découverte est celle d’une infirmière, Jean Ward, qui, alors qu’elle travaillait à l’hôpital de Rochford en Angleterre en 1956, aurait remarqué qu’une exposition au soleil des nouveau-nés atteints d’ictère faisait disparaître la couleur jaune de leur peau (Photothérapie).

L’année 1967 marque une étape importante. Endre Mester, un médecin exerçant à Budapest en Hongrie, a découvert que les souris traitées avec des lasers au cours d'expériences conçues pour étudier les effets cancérigènes potentiels de l'exposition au laser faisaient repousser les cheveux rasés deux fois moins longtemps que les souris non rayonnées. La LLLT a permis de stimuler la croissance des cheveux. Cette étude de 1967 était la première référence à la LLLT et à la croissance des cheveux[4].

Durant les nombreuses missions spatiales qui se sont succédé, les biochimistes de la NASA ont pu observer certaines complications dans le cadre de longs voyages. Parmi celles-ci, le dépérissement des plantes, en l’absence de pesanteur, mais aussi les problèmes de peau et de cicatrisation des astronautes, ainsi que l’effondrement du métabolisme cellulaire en gravité zéro. Dans les années 1980, différentes expériences menées durant les missions aboutissent à une découverte : les problèmes rencontrés peuvent être corrigés en augmentant la quantité de photons auxquels les éléments sont exposés. Plus surprenant, ils ont découvert que l’exposition aux photons, en plus de résoudre les problèmes, « boostait » la régénération cellulaire[5].

En 1994, la World Association of Laser Therapy (WALT)[6] est créée à Barcelone. Elle devient le principal organisme mondial de promotion de la recherche, de l'éducation et des applications cliniques dans le domaine de la photothérapie avec des lasers et d'autres sources de lumière. Les membres de cette association comprennent les plus grands experts mondiaux du domaine. L’association s’est formée dans le but de « stimuler la recherche de haute qualité en PBM, offrir des conseils, une éducation et des normes fondés sur des preuves pour les meilleures pratiques en matière de thérapie laser de bas niveau et contribuer à la promotion de la santé et de la qualité de vie. René-Jean Bensadoun, oncologue-radiothérapeute en est l’actuel président.

Une adoption tardive[modifier | modifier le code]

Ces découvertes dès les années 1950, qui mettent en lumière les effets que peut avoir la lumière sur le métabolisme cellulaire, ainsi que l’institutionnalisation à travers la création de l’organisation WALT en 1994 ont permis à la PBM de se faire une place. Pourtant, si cette dernière connaît un réel essor dès les années 2000, elle a subi pendant longtemps un certain scepticisme du milieu médical. Cette réserve tient à plusieurs raisons. Tiina Karu, l’une des pionnières dans la recherche sur ce sujet, a bien expliqué l’origine des réticences du milieu médical à avoir recours à la PBM. Selon elle, il est difficile de concevoir que des ondes extraites (pour la plupart) de la lumière visible puissent générer isolément des effets spécifiques ; il s’agit de lumières pour lesquelles le principe de référence des lasers (une longueur d’onde – une cible) ne peut pas s’appliquer, du moins pas de façon exclusive ; il est difficile d’expliquer comment une même bande lumineuse peut avoir des actions variées et multiples et parfois opposées selon les conditions expérimentales. À cela s’ajoute, selon elle, le sentiment ancré dans la population que le monde médical occidental, un traitement qui ne cause pas de douleurs est à priori inefficace (ou au mieux un placebo)[1].

Avancées importantes[modifier | modifier le code]

Mécanisme de la photobiomodulation

Si la PBM est devenue ces dernières années l’un des domaines de la médecine à la croissance la plus rapide, plusieurs facteurs y ont concouru[7]:

  1. Si la PBM a pendant longtemps suscité un certain scepticisme de la part de la profession médicale, les progrès substantiels dans la compréhension des mécanismes d’action sous-jacents couplés à la prise de conscience que la qualité des LEDs, plus démocratisés et même disponibles sur les sites Web d’achat en ligne, est comparable à celle des lasers dans la PBM ont constitué des étapes importantes vers une acceptation plus large de cette thérapie.
  2. D’autre part, la communauté scientifique s’est aperçu qu’un large éventail d’effets systémiques et régionaux s’appliquaient, en plus des effets locaux qui étaient au départ l’objet principal de l’attention de tous. Les matrices de LED ont une large zone d’illumination, ce qui a pour effet que des quantités significatives de tissus sont exposées à la lumière. La lumière peut par exemple être appliquée aux nerfs et aux ganglions lymphatiques pour donner des effets régionaux.
  3. La sphère d’utilisation de la PBM s’est considérablement élargie : le nombre croissant de domaines d’applications de la PBM dans différents domaines comme la prise en charge des effets secondaires des traitements cancéreux, et dans différentes pathologies du système nerveux central notamment, font que la PBM est de plus en plus sollicitée.
  4. Finalement, les progrès significatifs dans l’utilisation de la PBM chez les personnes non malades, notamment dans l’amélioration de la performance musculaire, ont concouru à une utilisation croissante par les athlètes.
  5. L’utilisation de la PBM pour des améliorations cosmétiques et esthétiques tend aussi à se démocratiser, notamment outre-Atlantique, où la stimulation de la repousse des cheveux ainsi que l’amélioration des rides du visage sont des usages courants et recourus par des stars telles que Madonna ou Britney Spears, qui contribuent à son rayonnement[8].

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Utilisation de l'ATP38

La biologiste Tiina Karu a joué un rôle déterminant dans la découverte des origines des bienfaits de la lumière sur les cellules animales et humaines. Étudiant en laboratoire des cellules de toute nature, elle a pris une quinzaine d’années avant de trouver la réponse à une question-clé : comment expliquer la stimulation des cellules animales par la lumière visible ? La réponse se cachait à l’intérieur de nos cellules, au sein d’une structure essentielle à la vie, la mitochondrie. Cette dernière a une fonction vitale : la respiration cellulaire. C’est là que le glucose achève son métabolisme en rencontrant l’oxygène apporté par les globules rouges. Cette rencontre permet à la cellule de produire une molécule qui constitue son réservoir énergétique. Cette molécule, c’est l’adénosine triphosphate, ou ATP. Ce métabolisme du glucose va permettre à des protons et à des électrons de se déplacer en produisant de l’eau et de l’ATP. Pour permettre aux courants électriques de se déplacer, la cellule utilise une chaîne de molécules, et parmi celles-ci, on trouve une protéine bien particulière : le cytochrome C oxydase. Son rôle est capital : si elle ne reçoit pas sous forme d’électrons l’énergie qui vient du glucose, la cellule s’arrête de fonctionner après avoir vidé ses réserves d’ATP[9]. En effet, la synthèse de l’ATP serait impossible si une grosse molécule de protéine ne lui apportait pas du courant électrique, commandant en quelque sorte tout le processus. Or cette protéine, la cytochrome C oxydase, qui contient du fer et du cuivre, est hypersensible à la lumière rouge et infrarouge : dès qu’un photon la touche, elle donne l’ordre de fabriquer de l’ATP et la cellule repart et fonctionne de plus belle[10].

Quel est le rôle de la lumière dans tout cela ? Lorsqu’un rayonnement lumineux visible, plus particulièrement les fréquences qui vont du rouge au proche infrarouge, touche cette grosse molécule, cette dernière va se mettre à fonctionner, à donner l’ordre de fabriquer de l’ATP. Pourquoi ? Car elle contient du cuivre et du fer, et que c’est au niveau de ces atomes que la lumière va être absorbée en cédant son énergie. La lumière produit donc un effet immédiat : activer la protéine et délivrer de l’énergie à la cellule[9].

Ce schéma illustre le mécanisme de PBM dans les longueurs d'onde proches de l’infrarouge (630-1000 nm). La lumière cible l'enzyme mitochondriale « cytochrome oxydase C », ce qui entraîne une stimulation directe dans la respiration mitochondriale et la dissociation de l'oxyde nitrique, augmentant ainsi indirectement la respiration mitochondriale. Ces processus entraînent notamment une élévation de l'ATP, ce qui a un impact sur les voies de signalisation en aval, déclenchant l'augmentation des processus anti-inflammatoires, la synthèse des protéines, la production de protéines anti-apoptotiques, la réparation/ métabolisme/prolifération/migration cellulaire et les antioxydants[11].

Dans la pratique[modifier | modifier le code]

Deux types d’appareils peuvent être utilisés dans le cadre de la PBM. D’une part, les LLLT, qui sont les appareils lasers basse énergie utilisés en PBM, et d’autre part les LED, qui sont les appareils utilisant cette technologie en PBM. La dénomination LLLI désigne tout appareil délivrant une illumination basse énergie, qu’elle soit basée sur les LED, les LLLT ou les deux associés[1]. Les appareils sont très réglementés et doivent correspondre à la norme médicale ISO 13485.

L’ATP38 est une technologie médicale employée dans le domaine, notamment utilisée par le président de la WALT, René-Jean Bensadoun. Son nom fait référence au rendement énergétique de la respiration cellulaire : chaque molécule de glucose entièrement oxydée par la respiration cellulaire est susceptible de produire 38 molécules d'ATP. L’ATP38 utilise le principe de la PBM, et exploite les bénéfices de la lumière qui est composée de petites particules qu’on appelle les photons. Les photons agissent sur la fabrication de l’énergie nécessaire au fonctionnement des cellules. L’appareil est composé d’une tablette sur laquelle l’ordinateur portable possédant le logiciel de pilotage est posé. Cette tablette est reliée à 3 écrans LEDs via un bras articulé permettant d’ajuster au mieux la position des panneaux lumineux par rapport au visage du patient. Ces 3 écrans en aluminium sont composés de semi-conducteurs polychromatiques collimatés (SCPC) qui émettent la lumière sans aucune hausse de température puisqu’il s’agit d’athermothérapie[12]. Grâce à ces panneaux, le praticien peut piloter les longueurs d’ondes à l’aide du logiciel. L’utilisation de ces longueurs d’ondes correspondent à un champ d’action bien précis et une pathologie bien définie. L’énergie transportée par ce rayonnement (photons) a un effet stimulant sur l’ATP[13]. L’efficacité de la PBM sur le tissu ciblé dépend des paramètres tels que la source de lumière, la longueur d’onde, la durée d’application de la lumière sur le tissu[14]. Chaque dosage de longueurs d’ondes s’adapte à un type d’application. La dosimétrie relève d’une importance capitale dans la réussite d’un traitement. En effet, bien que la plupart des études aient démontré l’efficacité de la PBM dans la réparation des tissus affectés à la fois de manière aiguë et chronique, toutes les études sur la PBM n'ont pas donné des résultats positifs. Ces résultats divergents peuvent être attribués à plusieurs facteurs, le plus important étant la dosimétrie[15]. Les longueurs d’ondes utilisées par l’ATP38 respectent une dosimétrie calibrée par rapport à un protocole défini et limité à une certaine puissance de façon à biostimuler les cellules[16].

Spectre[modifier | modifier le code]

Action des longueurs d'onde sur le derme

En ce qui concerne les longueurs d’onde, la PBM utilise principalement des longueurs d’onde au sein d’une fenêtre de lumière, entre 630 et 1000nm. La pénétration tissulaire est maximisée dans la plage IR. La NASA a réussi à démontrer qu’un rayon de 940nm peut pénétrer la peau jusqu’à 23 centimètres. Les longueurs d’onde courtes (lumière bleue, verte et jaune) sont préférées pour le traitement des tissus superficiels, tandis que les longueurs d’onde plus longues sont choisies pour les tissus plus profonds en raison de leur pénétration plus profonde dans les tissus. La lumière IR peut en effet pénétrer jusqu’à 4-5 cm de profondeur (au maximum 23), comparativement à 5-10 mm pour la lumière rouge. La lumière IR pourra donc être utilisée pour traiter une grande variété de lésions en profondeur[7].

L’utilisation de ces longueurs d’ondes correspondent à un champ d’action bien précis et une pathologie bien définie, tel que le démontre l’image à gauche. On voit sur l'image de gauche que la longueur d’onde du bleu agira sur l’épiderme, alors que la longueur d’onde du rouge atteindra le derme et sera donc préférée dans le cas d’une blessure plus profonde par exemple.

Domaines d’application[modifier | modifier le code]

Utilisation de l'ATP38 en médecine dentaire

La PBM intéresse toutes les spécialités médicales : cancérologie, neurologie, dermatologie, dentaire, infectiologie et la médecine du sport, parmi tant d’autres. Elle peut être utilisée dans tous les domaines où l’on peut tirer bénéfice de ses propriétés antalgiques, anti-inflammatoires et de cicatrisation des tissus. Les diodes laser et électroluminescentes (LED) sont utilisées dans presque tous les domaines de la dentisterie clinique[14]. L'efficacité de la PBM a été décrite et prouvée dans diverses thérapies dermatologiques, y compris le rajeunissement de la peau et les procédures de perte de graisse[14]. La PBM transcrânienne améliore le flux sanguin cérébral régional chez les personnes souffrant de lésions cérébrales traumatiques, ainsi que dans la dépression grave et la maladie de Parkinson. Une augmentation de la production d'ATP et une amélioration du flux sanguin cérébral régional sont des facteurs essentiels qui pourraient permettre une réparation plus rapide du système nerveux affecté[14]. Aussi, des études sur l'application de la PBM pour les patients diabétiques ont montré que celle-ci pourrait réduire le taux d'insuline de près des trois quarts ou permettre l'arrêt du traitement pendant six mois pour le diabète de type 1 et de type 2, respectivement[14].

La limite des applications de la PBM est d’ailleurs chaque jour repoussée. Il figure des exemples de prise en charge des effets secondaires des traitements anti-cancéreux, de traitements des nécroses et plaies aiguës ou chroniques notamment. Vecteur d’espoirs, l’utilisation de la PBM en neurologie ne cesse elle aussi de progresser. Un certain nombre de maladies dégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer ainsi que la maladie de Parkinson, s’y sont révélées répondeuses. Les troubles psychiatriques sont aussi susceptibles d’y être traités : dépression, anxiété, stress post-traumatique et troubles autistiques. La maladie n’est pas la seule cible de la PBM. Les bien-portants l’utilisent aussi. Les sportifs en font usage pour améliorer leur performance musculaire. La repousse des cheveux par le biais de la PBM est aussi une pratique bien connue, notamment outre-Atlantique[1].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a b c d et e Christine Noé, Photobiomodulation en dermatologie, Comprendre et utiliser les LED, DOIN, , 8 p. (ISBN 9782704014163)
  2. Hubert Guillemant, « LS », n°76,‎
  3. (en-US) « Photobiomodulation », sur Applied BioPhotonics Ltd. (consulté le )
  4. (en) « The Growth of Human Scalp Hair Mediated by Visible Red Light Laser and LED Sources in Males », Lasers in Surgery and Medicine 45,‎ , p. 487–495
  5. (en) « Effect of Light-Emitting Diode Irradiation on Wound Healing », Journal Of Clinical Laser Medicine & Surgery 19(6) : 305-14.,‎
  6. « WALT », sur waltza.co.za (consulté le )
  7. a et b WALT, 12th Internatinal Congress, , p. 33
  8. (en-US) « What beauty treatments do celebrities use? », sur Victorian Cosmetic Dermal Clinics, (consulté le )
  9. a et b Luc Benichou, Traiter, soulager, embellir avec la lumière, JCLattès,
  10. « K-laser Cube 4 », sur Centre paramédical de la Bassée (consulté le )
  11. (en) Ao, Jack & Wood, John & Chidlow, Glyn & Gillies, Mark & Casson, Robert., Retinal pigment epithelium in the pathogenesis of age‐related macular degeneration and photobiomodulation as a potential therapy?, Clinical & Experimental Ophthalmology,
  12. A Bancal, « Low level light therapy, étude d’un nouveau protocole dans la gestion de la douleur post-opératoire en chirurgie implantaire avec soulève de sinus », Université Claude Bernard Lyon 1,‎
  13. « L’ énergie réparatrice des photons », sur www.lagruyere.ch (consulté le )
  14. a b c d et e (en) Dompe, C. ; Moncrieff et autres, « Photobiomodulation—Underlying Mechanism and Clinical Applications », J. Clin. Med, 9,‎ , p. 10
  15. (en) J. A. Zecha, R. J. Bensadoun et al., « Low level laser therapy/photobiomodulation in the management of side effects of chemoradiation therapy in head and neck cancer : part 1: mechanisms of action, dosimetric, and safety », Support Care Cancer, vol. 24, no 6,‎ , p. 2781-2792 (PMID 26984240, DOI 10.1007/s00520-016-3152-z)
  16. « La photobiomodulation au service des soins dentaires »