Low-level laser (light) therapy (LLLT) on muscle tissue: performance, fatigue and repair benefited by the power of light

The use of low level laser (light) therapy (LLLT) has recently expanded to cover areas of medicine that were not previously thought of as the usual applications such as wound healing and inflammatory orthopedic conditions. One of these novel application areas is LLLT for muscle fatigue and muscle injury. Since it is becoming agreed that mitochondria are the principal photoacceptors present inside cells, and it is known that muscle cells are exceptionally rich in mitochondria, this suggests that LLLT should be highly beneficial in muscle injuries. The ability of LLLT to stimulate stem cells and progenitor cells means that muscle satellite cells may respond well to LLLT and help muscle repair. Furthermore the ability of LLLT to reduce inflammation and lessen oxidative stress is also beneficial in cases of muscle fatigue and injury. This review covers the literature relating to LLLT and muscles in both preclinical animal experiments and human clinical studies. Athletes, people with injured muscles, and patients with Duchenne muscular dystrophy may all benefit

Can biowarfare agents be defeated with light?

Biological warfare and bioterrorism is an unpleasant fact of 21st century life. Highly infectious and profoundly virulent diseases may be caused in combat personnel or in civilian populations by the appropriate dissemination of viruses, bacteria, spores, fungi, or toxins. Dissemination may be airborne, waterborne, or by contamination of food or surfaces. Countermeasures may be directed toward destroying or neutralizing the agents outside the body before infection has taken place, by destroying the agents once they have entered the body before the disease has fully developed, or by immunizing susceptible populations against the effects. A range of light-based technologies may have a role to play in biodefense countermeasures. Germicidal UV (UVC) is exceptionally active in destroying a wide range of viruses and microbial cells, and recent data suggests that UVC has high selectivity over host mammalian cells and tissues. Two UVA mediated approaches may also have roles to play; one where UVA is combined with titanium dioxide nanoparticles in a process called photocatalysis, and a second where UVA is combined with psoralens (PUVA) to produce “killed but metabolically active” microbial cells that may be particularly suitable for vaccines. Many microbial cells are surprisingly sensitive to blue light alone, and blue light can effectively destroy bacteria, fungi, and Bacillus spores and can treat wound infections. The combination of photosensitizing dyes such as porphyrins or phenothiaziniums and red light is called photodynamic therapy (PDT) or photoinactivation, and this approach cannot only kill bacteria, spores, and fungi, but also inactivate viruses and toxins. Many reports have highlighted the ability of PDT to treat infections and stimulate the host immune system. Finally pulsed (femtosecond) high power lasers have been used to inactivate pathogens with some degree of selectivity. We have pointed to some of the ways light-based technology may be used to defeat biological warfare in the future

Time response of increases in ATP and muscle resistance to fatigue after low-level laser (light) therapy (LLLT) in mice

Recently, low-level laser (light) therapy has been used to increase muscle performance in intense exercises. However, there is a lack of understanding of the time response of muscles to light therapy. The first purpose of this study was to determine the time response for light-emitting diode therapy (LEDT)-mediated increase in adenosine triphosphate (ATP) in the soleus and gastrocnemius muscles in mice. Second purpose was to test whether LEDT can increase the resistance of muscles to fatigue during intense exercise. Fifty male Balb/c mice were randomly allocated into two equal groups: LEDT-ATP and LEDT-fatigue. Both groups were subdivided into five equal subgroups: LEDT-sham, LEDT-5 min, LEDT-3 h, LEDT-6 h, and LEDT-24 h. Each subgroup was analyzed for muscle ATP content or fatigue at specified time after LEDT. The fatigue test was performed by mice repeatedly climbing an inclined ladder bearing a load of 150 % of body weight until exhaustion. LEDT used a cluster of LEDs with 20 red (630 ± 10 nm, 25 mW) and 20 infrared (850 ± 20 nm, 50 mW) delivering 80 mW/cm[superscript 2] for 90 s (7.2 J/cm[superscript 2]) applied to legs, gluteus, and lower back muscles. LEDT-6 h was the subgroup with the highest ATP content in soleus and gastrocnemius compared to all subgroups (P < 0.001). In addition, mice in LEDT-6 h group performed more repetitions in the fatigue test (P < 0.001) compared to all subgroups: LEDT-sham and LEDT-5 min (~600 %), LEDT-3 h (~200 %), and LEDT-24 h (~300 %). A high correlation between the fatigue test repetitions and the ATP content in soleus (r = 0.84) and gastrocnemius (r = 0.94) muscles was observed. LEDT increased ATP content in muscles and fatigue resistance in mice with a peak at 6 h. Although the time response in mice and humans is not the same, athletes might consider applying LEDT at 6 h before competition.National Institutes of Health (U.S.) (grant R01AI050875

Efficacy of electrical Russian current stimulation after end-to-side neurorrhaphy of the common fibular nerve: electroneuromyography and muscle strength analysis

Peripheral nerve injury leads to a high functional loss of muscle tissue. Thus, many studies have investigated surgical techniques, such as neurorraphies, and therapeutic resources, such as electrical stimulation, to improve the functionality of reinnervated muscle after peripheral injury. This study aims to investigate the effects of electrical stimulation with Russian Current (2,500Hz, 4ms, 10:20 sec contraction/relaxation, modulated at 10Hz and 100Hz) in the functional recovery after section and end-to-side neurorrhaphy of the peroneal nerve distal stump common to the lateral face of the tibial nerve in rats. In this study, 25 male Wistar rats with 80 days of life were used, provided by the Universidade Sagrado Coração (USC), Bauru, SP, Brazil. The animals were randomly divided into five groups: Initial Control Group (ICG), Final Control Group (FCG), Untreated Experimental Group (UEG), Endto-Side Neurorrhaphy with Russian Stimulation Group (ENRSG), and Denervated Control Group (DCG). The Russian Current was started 5 days after neurorrhaphy and applied to the cranial tibial muscle of the ENRSG, 3 times a week, totaling 36 sessions. We observed that the electrical stimulation with Russian Current (ENRSG) was effective to increase amplitude (mV) and to decrease the latency (ms) of the reinnervated muscle, besides increasing the muscle strength when compared with the denervated control group. Therefore, we concluded that the average frequency electrical stimulation (Russian current) was efficient in the functional recovery of the cranial tibial muscle after the end-lateral neurorrhaphy of the common fibular nerve.Lesões de nervos periféricos levam a perda funcional elevada no tecido muscular. Assim, muitas pesquisas têm investigado técnicas cirúrgicas, como neurorrafias, e recursos terapêuticos, como eletroestimulação, para melhorar a funcionalidade de um músculo reinervado após lesão periférica. Este estudo tem como objetivo investigar os efeitos da eletroestimulação com corrente russa (2.500Hz, 4ms, 10 seg. de contração por 20 seg. de relaxamento, modulação de 10Hz e 100 Hz) na recuperação funcional após secção e neurorrafia término-lateral do coto distal do nervo fibular comum à face lateral do nervo tibial em ratos. Foram utilizados 25 ratos Wistar, machos, com 80 dias de vida, fornecidos pelo Biotério Central da Universidade Sagrado Coração (Bauru, SP, Brasil). Os animais foram divididos aleatoriamente em cinco grupos: grupo-controle Inicial (GCI), grupo-controle final (GCF), grupo experimental não tratado (GENT), grupo neurorrafia término-lateral com estimulação russa (GNTLER) e grupocontrole desnervado (GCD). A corrente russa foi iniciada cinco dias após neurorrafia e aplicada no músculo tibial cranial do GNTLER, 3 vezes por semana, totalizando 36 sessões. A estimulação elétrica foi eficaz para aumentar a amplitude e diminuir a latência do músculo reinervado, além de aumentar a força muscular em comparação ao GCD. Diante disso, conclui-se que a eletroestimulação de média frequência (corrente russa) foi eficiente na recuperação funcional do músculo tibial cranial após neurorrafia término-lateral do nervo fibular comum.Las lesiones de los nervios periféricos ocasionan una elevada pérdida funcional en el tejido muscular. De esta manera, en muchos estudios se han investigado técnicas quirúrgicas, como neurorrafias, y recursos terapéuticos, como la electroestimulación, para mejorar la funcionalidad del músculo reinervado tras una lesión periférica. El presente estudio tiene como objetivo investigar los efectos de la electroestimulación con corrente rusa (2.500Hz, 4ms, 10 seg. de contracción por 20 seg. de relajación, modulación de 10Hz y 100Hz) en la recuperación funcional tras la sección y neurorrafia términolateral del muñón distal del nervio fibular común en la parte lateral del nervio tibial en ratas. Se utilizaron 25 ratas Wistar, machos, con 80 días de vida, proporcionadas por el Biotério Central de la Universidade do Sagrado Coração (Bauru, SP, Brasil). Se dividieron aleatoriamente los animales en cinco grupos: grupo de control inicial (GCI), grupo de control final (GCF), grupo experimental no tratado (GENT), grupo de neurorrafia término-lateral con estimulación rusa (GNTLER) y grupo de control denervado (GCD). La corriente rusa se inició cinco días tras la neurorrafia, siendo que la aplicó al músculo tibial craneal del GNTLER 3 veces a la semana, con un total de 36 sesiones. La estimulación eléctrica se mostró efectiva para aumentar la amplitud y disminuir la latencia del músculo reinervado, además de aumentar la fuerza muscular en comparación con el GCD. Por lo tanto, se concluye que la estimulación eléctrica de frecuencia media (corriente rusa) fue eficaz en la recuperación funcional del músculo tibial craneal tras la neurorrafia término-lateral del nervio fibular común

Light-emitting diode therapy (LEDT) before matches prevents increase in creatine kinase with a light dose response in volleyball players

Low-level laser (light) therapy (LLLT) has been applied over skeletal muscles before intense exercise (muscular pre-conditioning) in order to reduce fatigue and muscle damage (measured by creatine kinase, CK) in clinical trials. However, previous exercise protocols do not exactly simulate the real muscle demand required in sports. For this reason, the aim of this randomized and double-blind placebo-controlled trial was to investigate whether light-emitting diode therapy (LEDT) applied over the quadriceps femoris muscles, hamstrings, and triceps surae of volleyball players before official matches could prevent muscle damage (CK) with a dose response, establishing a therapeutic window. A professional male volleyball team (12 athletes) was enrolled in this study, and LEDT was applied before 4 matches during a national championship. LEDT used an array of 200 light-emitting diodes (LEDs) arranged in 25 clusters of 4 infrared LEDs (850 ± 20 nm; 130 mW) and 25 clusters of 4 red LEDs (630 ± 10 nm; 80 mW). Athletes were randomized to receive one of four different total doses over each muscle group in a double-blind protocol: 105 J (20 s), 210 J (40 s), 315 J (60 s), and placebo (no light for 30 s). CK in blood was assessed 1 h before and 24 h after each match. LEDT at 210 J avoided significant increases in CK (+10 %; P = 0.993) as well as 315 J (+31 %, P = 0.407). Placebo (0 J) allowed a significant increase in CK (+53 %; P = 0.012) as well as LEDT at 105 J (+59 %; P = 0.001). LEDT prevented significant increases of CK in blood in athletes when applied before official matches with a light dose response of 210–315 J, suggesting athletes might consider applying LEDT before competition.National Institutes of Health (U.S.) (Grant R01AI050875

Fototerapia aplicada à motricidade orofacial e corporal: novas perspectivas

Tecnologias fototerapêuticas, como lasers (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) e LEDs (diodos emissores de luz), são utilizadas para recuperação funcional do sistema osteoneuromioarticular, pois podem promover o aumento da síntese de adenosina trifosfato (ATP) e a regeneração celular, com ação anti-inflamatória e analgésica A luz age no metabolismo energético celular por meio de mecanismos químicos com ativação do potencial redox de componentes da cadeia respiratória da mitocôndria, principalmente o citocromo C-oxidase e o NADH desidrogenase, bem como através de mecanismos estruturais que possibilitam a formação de mitocôndrias gigantes. Paralelamente, a atividade motora tamb6m gera adaptaq6es estruturais e metabólicas na mitocôndria. Então, recentemente, a fototerapia passou a ser utilizada em associação com a motricidade orofacial e corporal para evitar a fadiga muscular e sobrecarga articular, bem como, para acelerar o process0 de reabilitação que resulta em diversos efeitos terapêuticos, entre eles, aumento da força muscular, redução da fadiga, acelerada reparação de lesões teciduais e redução da dor

Fototerapia aplicada à motricidade orofacial e corporal: novas perspectivas

Tecnologias fototerapêuticas, como lasers (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) e LEDs (diodos emissores de luz), são utilizadas para recuperação funcional do sistema osteoneuromioarticular, pois podem promover o aumento da síntese de adenosina trifosfato (ATP) e a regeneração celular, com ação anti-inflamatória e analgésica A luz age no metabolismo energético celular por meio de mecanismos químicos com ativação do potencial redox de componentes da cadeia respiratória da mitocôndria, principalmente o citocromo C-oxidase e o NADH desidrogenase, bem como através de mecanismos estruturais que possibilitam a formação de mitocôndrias gigantes. Paralelamente, a atividade motora tamb6m gera adaptaq6es estruturais e metabólicas na mitocôndria. Então, recentemente, a fototerapia passou a ser utilizada em associação com a motricidade orofacial e corporal para evitar a fadiga muscular e sobrecarga articular, bem como, para acelerar o process0 de reabilitação que resulta em diversos efeitos terapêuticos, entre eles, aumento da força muscular, redução da fadiga, acelerada reparação de lesões teciduais e redução da dor

Desempenho e a expressão gênica do músculo esquelético humano sob treinamento físico de força e fotoestimulado por laser de baixa intensidade

Universidade Federal de Minas GeraisContexto e Objetivos: Com base na especificidade do treinamento e das formas de sua avaliação, os ganhos de desempenho muscular dos exercícios em cadeia cinética fechada (CCF) podem não serem transferidos com a mesma proporção para outra atividade física em cadeia cinética aberta (CCA). Assim, nossos objetivos foram quantificar a transferência dos ganhos de desempenho muscular de um programa de treinamento físico de força em CCF (leg press), para a atividade de extensão do joelho (CCA) em dinamometria isocinética. Também identificar as correlações entre a 1 repetição máxima em leg press (1RMleg) e o desempenho muscular em dinamometria isocinética (DMDI) para predizê-los por meio de regressões lineares. Desenho do estudo/Materiais e métodos: Participaram 20 sujeitos do gênero masculino; clinicamente saudáveis; com padrão de atividade física iniciante ou moderada. Os sujeitos foram alocados aleatoriamente em dois grupos distintos: grupo controle (GC) e grupo treinamento (GT), o qual foi submetido a um programa de treinamento físico de força por 12 semanas em leg press. Testes de 1RMleg e DMDI avaliaram o desempenho muscular do quadríceps femoral e isquiotibiais dos grupos GT e GC no início e final da pesquisa. Testes de correlações produto-momento de Pearson e regressões lineares estabeleceram, respectivamente, as correlações e as predições da 1RMleg e DMDI. Resultados: O programa de treinamento aumentou a 1RMleg em 26% (p<0,001) mas não transferiu significativamente (p>0,05) esse ganho para o DMDI. As correlações variaram de moderadas a fortes entre 1RMleg e o DMDI. As predições variaram de 15% a 46% para o DMDI e foi de 67% para a 1RMleg. Conclusão: Apesar de identificadas correlações moderadas a fortes entre as atividades em CCF e CCA, os ganhos de desempenho muscular nas atividades de CCF podem não serem transferidos para outra atividade realizada em CCA

Uso das terapias laser e LED (Light-Emitting Diode) de baixa intensidade para aumentar o desempenho muscular: do in vitro e experimental ao uso clínico

Recent studies have used low-level laser therapy (LLLT) and LEDs (light-emitting diodes - LEDT) to increase muscle performance in experimental models and randomized clinical trials. However, the effects of these therapies on muscle tissue are not well understood, especially related to their mechanisms of action and clinical use. The objective of this thesis was to investigate the effects of LLLT and LEDT on muscle tissue through in vitro, experimental models and clinical trials to elucidate the main mechanisms of action of these therapies on muscle tissue submitted to fatigue tests and/ or strength training programs to guide the clinical practice. Among the mechanisms of action, we highlight a modulation of mitochondrial metabolism, synthesis of ATP (adenosine triphosphate) and glycogen, muscle cell proliferation, antioxidant defenses and a gene expression modulation quantified by real time polymerase chain reaction (RT-PCR) and microarrays (whole human genome). To accomplish these objectives, we conducted an in vitro study with muscle cell line culture, two experimental studies with animals submitted to fatigue tests and physical training, and five clinical studies that investigated the effects of LLLT and LEDT on muscular pre-conditioning (LLLT/ LEDT application before exercise) and post-exercise muscle recovery (LLLT/ LEDT application after exercise) in athletes, non-athletes and young men genetically comparable (identical twins) submitted to official games of volleyball, sub maximal and maximal tests of effort, and physical training programs, respectively. In vitro, experimental and clinical studies, added to an extensive literature review included in this thesis, allowed us to understand that there is a time-response to muscle cells absorb the energy of lasers/ LEDs and transform that energy into biochemical responses to increase muscle performance in muscular pre-conditioning regimen, or accelerate postexercise muscle recovery. In addition, LLLT/ LEDT applied over the muscle tissue shows also a pattern of dose-response which appears to be dependent of the objective, i.e., prevention of muscle damage or stimulation of energy metabolism, ATP synthesis, gene expression and improved muscle performance.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Recentes estudos têm utilizado as terapias por laser (LLLT) e LEDs (light-emitting diodes - LEDT) de baixa intensidade para o aumento de desempenho muscular em modelos experimentais e estudos clínicos randomizados. No entanto, os efeitos dessas terapias sobre o tecido muscular ainda não são bem compreendidos, principalmente em relação aos seus mecanismos de ação e utilização clínica. Assim, o objetivo dessa tese foi investigar os efeitos da LLLT e LEDT sobre o tecido muscular utilizando modelos in vitro, experimental e clínico para elucidar os principais mecanismos de ação dessas terapias sobre o tecido muscular submetido a testes de resistência à fadiga e/ou programas de treinamento físico para guiar a prática clínica. Dentre os mecanismos de ação, destacamos uma modulação do metabolismo mitocondrial, síntese de ATP (adenosina trifosfato) e glicogênio, proliferação de células musculares, defesas antioxidantes e uma modulação de expressão gênica quantificada por reação em cadeia da polimerase em tempo real (RT-PCR) e microarrays (todo o genoma humano). Para consecução desses objetivos, realizamos um estudo in vitro com cultura de células de linhagem muscular, dois estudos experimentais com animais submetidos a testes de fadiga e treinamento físico, e cinco estudos clínicos que investigaram os efeitos da LLLT e LEDT no pré-condicionamento muscular (aplicação antes do exercício físico) e na recuperação muscular pós-exercício (aplicação após os exercícios) em atletas, não atletas e homens jovens geneticamente comparáveis (gêmeos idênticos) submetidos a jogos oficiais de voleibol, testes de esforço submáximo, máximo, e programas de treinamento físico, respectivamente. Os estudos in vitro, experimental e clínicos, além da extensa revisão bibliográfica incluída nessa tese, nos permitiu entender que existe um tempo-resposta para as células musculares absorverem a energia dos lasers/ LEDs e transformarem essa energia em respostas bioquímicas para o aumento de desempenho muscular em regimes de pré-condicionamento muscular, ou acelerar a recuperação muscular pós-exercício. Também, a LLLT/ LEDT aplicada sobre o tecido muscular exibe um padrão de dose-resposta que parece ser dependente do objetivo da terapia, ou seja, prevenção de dano muscular ou estímulo ao metabolismo energético, síntese de ATP, expressão gênica e melhor desempenho muscular.FAPESP: 2010/07194-7FAPESP BEPE: 2012/05919-