Wie Photonen durch die Haut gehen: Eintauchen in die Gewebeoptik

Licht tut weit mehr, als nur von unserer Haut reflektiert zu werden. Bei bestimmten Wellenlängen dringt es in die Haut ein, durchdringt die Gewebeschichten und interagiert in überraschender Tiefe mit unseren Zellen. Wer dieses Phänomen versteht, versteht auch, warum die Photobiomodulation (PBM) im Bereich des Wohlbefindens auf wachsendes Interesse stößt.

Was die Haut im Licht wirklich tut

Die Haut ist keine homogene Oberfläche. Sie besteht aus mehreren Schichten, von denen jede ihre eigenen optischen Eigenschaften aufweist: die Epidermis, die Dermis, die Hypodermis und darunter die Muskeln sowie tiefer liegende Strukturen. Wenn ein Photon auf die Hautoberfläche trifft, treten mehrere Phänomene gleichzeitig auf.

Ein Teil des Lichts wird direkt reflektiert, wie bei jedem anderen Objekt auch. Ein weiterer Teil wird bereits in den ersten Schichten von den dort vorhandenen Molekülen absorbiert: Melanin, Hämoglobin, Wasser. Der Rest – und genau hier wird die Photobiomodulation interessant – breitet sich auf einem komplexen und zufälligen Weg durch das Gewebe aus.

Die Streuung ist das vorherrschende Phänomen in biologischen Geweben. Ein Photon bewegt sich im Inneren der Haut nicht geradlinig fort. Es wird an jeder Grenzfläche zwischen zwei Strukturen unterschiedlicher Dichte reflektiert, abgelenkt und ändert seine Richtung. Dieses unregelmäßige Verhalten verlängert zwar seinen effektiven Weg, ermöglicht es ihm aber auch, Bereiche zu erreichen, die auf direktem Weg nicht zugänglich wären.

Wellenlängen: Nicht alle Gewebe reagieren gleich

Die Fähigkeit eines Photons, in die Haut einzudringen, hängt direkt von seiner Wellenlänge ab. Dies ist die entscheidende Variable in der Gewebeoptik.

Kurzwellige Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich, wie Blau oder Grün, werden stark von Melanin und Hämoglobin absorbiert. Sie werden schnell abgehalten, oft bereits in der Epidermis oder der oberflächlichen Dermis. Rotes Licht im Bereich von 630 bis 700 Nanometern dringt deutlich besser durch. Es wird von diesen Chromophoren weniger stark absorbiert und erreicht die tiefe Dermis oder sogar das subkutane Gewebe.

Der Großteil der PBM-Protokolle (Photobiomodulation) liegt im sogenannten „optischen Therapiebereich“: zwischen etwa 600 und 1100 Nanometern. In diesem Bereich ist die Absorption minimal und die Streuung bleibt günstig. Nahinfrarotlicht, jenseits von 800 Nanometern, dringt noch tiefer ein als rotes Licht. Es kann je nach Gewebedicke Muskeln, Sehnen und sogar bestimmte Knochenstrukturen erreichen.

Wie berechnet sich die Eindringtiefe?

In der Gewebephysik wird der Begriff „effektive Eindringtiefe“ verwendet, der der Entfernung entspricht, in der die Lichtintensität auf etwa 37 % ihres Ausgangswertes abfällt. Jenseits dieser Grenze ist das Licht zu diffus und zu schwach, um nennenswerte zelluläre Effekte auszulösen.

Bei rotem Licht mit einer Wellenlänge von 660 nm beträgt diese Eindringtiefe im Weichgewebe einige Millimeter. Bei Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 830–850 nm kann sie einen Zentimeter überschreiten. Diese Werte variieren je nach Körperregion, Pigmentierung, Hautdicke und Art der durchdrungenen Gewebestrukturen.

Die Pioniere der Photobiomodulation, darunter Endre Mester bereits in den 1960er Jahren und in jüngerer Zeit Forscher wie Tianhong Dai oder Luc Benichou, haben dazu beigetragen, diese Wechselwirkungen zwischen Licht und Gewebe zu erforschen. Ihre Arbeiten legten den Grundstein für das heutige Verständnis der zellulären Wirkungen von Licht.

Was auf zellulärer Ebene geschieht

Wenn ein Photon sein Ziel erreicht, kann es von einem spezifischen zellulären Chromophor absorbiert werden. Das in der Photobiomodulation (PBM) am besten untersuchte Molekül ist die Cytochrom-Oxidase, ein Schlüsselenzym der mitochondrialen Atmungskette. Die Absorption eines Photons durch dieses Molekül kann die zelluläre Energieproduktion in Form von ATP anregen, die Zellregeneration fördern und das Verhalten der Zelle vorübergehend verändern.

Dieser Mechanismus erklärt die beobachteten Wirkungen auf die Haut, die lokale Durchblutung oder auch das Nachwachsen der Haare auf der Kopfhaut. Das Licht wirkt nicht durch Wärme: Geräte für die LED-Phototherapie oder die Low-Level-Lasertherapie (LLLT) geben nicht-thermische Energie ab. Die Wirkung ist photochemischer, nicht physikalischer Natur.

Die NASA hat dazu beigetragen, diese Forschungsergebnisse bekannt zu machen, indem sie die Auswirkungen von LED-Licht auf die Zellregeneration im Weltraum untersuchte und damit den Weg für zahlreiche Anwendungen im Bereich des Wohlbefindens auf der Erde ebnete.

LED-Phototherapie und Low-Level-Lasertherapie: zwei Ansätze derselben physikalischen Grundlage

Rotes und infrarotes Licht kann von zwei großen Gruppen von Lichtquellen für die Photobiomodulation (PBM) erzeugt werden.

Laser mit geringer Intensität, die manchmal auch als „Kaltlaser“ oder „Low-Level-Lasertherapie“ bezeichnet werden, erzeugen kohärentes und hochkonzentriertes Licht. Diese Kohärenz ermöglicht eine präzise Tiefenwirkung, die sich besonders für die gezielte Behandlung bestimmter Bereiche eignet. Die Laser werden häufig zur Behandlung chronischer Schmerzen oder für lokale Anwendungen auf der Kopfhaut im Rahmen von Haarwuchsbehandlungen eingesetzt.

LED-Phototherapiegeräte hingegen erzeugen kein kohärentes, sondern diffuses Licht, das größere Flächen abdeckt. Bei einer Photobiomodulationssitzung mit LEDs kann ein ausgedehnter Hautbereich gleichzeitig bestrahlt werden, was diese Methode besonders für das tägliche Wohlbefinden geeignet macht. Der Unterschied in der Eindringtiefe zwischen Laser und LED bei identischer Wellenlänge ist in der Praxis gering: Vor allem die abgegebene Energiedichte und die Dauer der Sitzungen beeinflussen die Ergebnisse.

Warum werden rotes Licht und Infrarotlicht so häufig eingesetzt?

Rotes Licht und Infrarotstrahlung dominieren die Anwendungen in der Licht- und Lasertherapie aus einem einfachen Grund: Sie entsprechen dem optischen Fenster des menschlichen Gewebes. Rotes Licht ist sichtbar, praktisch und wird vom Cytochrom-Oxidase-Enzym gut absorbiert. Nahinfrarotstrahlung dringt tiefer ein und erreicht innere Strukturen, die für sichtbares Licht unzugänglich sind.

Diese Komplementarität erklärt, warum viele Photobiomodulationsgeräte (PBM) beide Wellenlängen kombinieren. Zur Linderung tiefer sitzender Schmerzen wird ein Infrarot-Protokoll bevorzugt. Für die Behandlung der Haut oder der oberflächlichen Durchblutung reicht Rotlicht oft aus. Die Wellness-Behandlungssitzungen werden je nach zu behandelnder Körperzone an diese Parameter angepasst.

Häufig gestellte Fragen

Dringt das Licht wirklich durch die gesamte Haut?

Rotes und infrarotes Licht dringt je nach Wellenlänge und Körperregion tatsächlich mehrere Millimeter bis über einen Zentimeter tief in das Gewebe ein. Es durchdringt zwar nicht den gesamten Körper, erreicht jedoch Strukturen, die weit unter der sichtbaren Oberfläche liegen.

Was ist der Unterschied zwischen einer Photobiomodulationssitzung und einer einfachen Rotlichtlampe?

Bei der Photobiomodulation (PBM) kommen bestimmte Wellenlängen, eine kalibrierte Energiedichte und eine festgelegte Behandlungsdauer zum Einsatz. Eine gewöhnliche rote Haushaltslampe bietet in der Regel keine solchen kontrollierten Parameter, wodurch ihre Wirkung auf zellulärer Ebene begrenzt ist.

Ist Cytochromoxidase im gesamten Körper vorhanden?

Die Cytochrom-Oxidase ist ein universelles Enzym der mitochondrialen Atmungskette, das in fast allen Zellen des menschlichen Körpers vorkommt. Aus diesem Grund lassen sich die Wirkungen der Photobiomodulation in sehr unterschiedlichen Geweben beobachten.

Gibt es Nebenwirkungen bei der LED-Lichttherapie?

In der Fachliteratur werden Nebenwirkungen bei LED-Phototherapiegeräten mit geringer Leistung nur selten beschrieben und sind in der Regel harmlos (leichte, vorübergehende Rötung, Wärmegefühl). Wellnessgeräte halten sich an Expositionswerte, die für eine regelmäßige Anwendung unbedenklich sind.

Wie viele Sitzungen sind nötig, um eine Wirkung zu bemerken?

Die Anzahl der Sitzungen hängt von den Zielen und der jeweiligen Person ab. Wellness-Programme auf Basis der Photobiomodulation empfehlen in der Regel mehrere Sitzungen, die über einige Wochen verteilt sind, wobei eine regelmäßige Anwendung die Verstärkung der zellulären Effekte begünstigt.

Licht – eine Sprache, die die Zelle versteht

Die Gewebeoptik offenbart eine faszinierende Tatsache: Unser Körper ist für Licht nicht undurchlässig. Er filtert es, streut es, lenkt es, und einige seiner Zellen nutzen es als Signal, um ihre Funktionsweise anzupassen. Die Photobiomodulation (PBM) stützt sich auf diese natürliche Biologie – ohne Zwang, ohne Wärme und ohne das Gewebe zu verändern.

Wenn man versteht, wie Photonen die Haut durchdringen, versteht man auch, warum die Wahl der Wellenlängen, die abgegebene Leistung und die Regelmäßigkeit der Sitzungen genauso wichtig sind wie die Technologie selbst. Es ist diese Präzision, die einen seriösen Wellness-Ansatz von einem bloßen Lichteffekt unterscheidet.

Lesen Sie auch:

• https://www.the-pbm.info/applications-photobiomodulation/
• https://www.the-pbm.info/materiel-et-technologie-photobiomodulation/