Elektromanyetik radyasyon-EMR aşağıdaki temsili görselde olduğu gibi dalga boylarına ve küçükten büyüğe doğru gamma ve X dalgaları, UV, görünür ışık-VL, infrared-IR, mikro dalgalar ve radyo dalgaları olarak tanımlanmış. Ancak EMR spektral sınırlarının temsili resimde olduğu gibi keskin sınsırlar ile ayrılamayacağı unutulmamalıdır. Bu radyasyonların fiziksel özellikleri ve biyolojik etkilieride keskin sınırlara sahip değil hatta geçiş bantlarında içi içe geçmiş. Örneğin görünür ışınımın 400 nm dalga boyu ile UVA biyolojik etkileri iç içe geçmiş durumda. EMR nin 10 nm-1mm dalga boyu arasındaki ultraviyole + görünür ışık + infrared  optik radyasyonu oluşturmakta ve buna  ışık denilmekte.

EMR kaynağının nerede ise tamamını güneşimiz oluşturmakta. Dünyadaki tüm biyolojik yaşam fromları için olduğu kadar insanlar üzerinde EMR nin biyolojik ve fiziksel etkileri bulunmakta. Vücut dış yüzeyimiz kaplayan derimiz üzerinde EMR nin etkileri dermatolojik açıdan önemli, özellikle ışık bölümü. Optik ışınımın görünür ışık-VL bölümünün ancak % 50 si dünya yüzeyine ulaşmakta. Ultraviyole radyasyonun-UVR ise ancak % 5 i hatta ekstrem UV-EUV ve UVC atmosferimiz tarafında filtre edilerek yeryüzüne hiç ulaşamamakta. Infrared radyasuonun- IR ancak % 45 i yeryüzüne ulaşmakta.

Başlangıçta dikkatler UV radyasyona ve infrared odaklanmış anacak son yıllarda 400-700 nm daga boylarındaki görünür ışınımınında önemi tartışılmaya başlanmış(görünür ışınım denilmesinin nedeni görünür olması yani insan gözünün bu dalga boyları tanımlayabilmesidir). 

 

Görünür ışınım - VL kaynağı sadece gündüz güneşimizin yeryüzüne ulaşan EMR si değil. Ayrıca teknolojimiz ile geliştiridiğimiz VL kaynaklarını gece-gündüz kullanmaktayız. Lazerlerden halojen lambalara,  ledlerden ark-flaş lambalara, floresanlarar kadar.  Bu yapay VL kaynaklarını günlük hayatımızda aydınlatmadan, televizyon-telefon monitörlerine, tedavi amaçlı sağlık merkezleri ve evlerde kullanılan sistemlere kadar. Yani 24 saatlik yaşantımız boyunca güneş ve yapay VL maruz kalıyoruz.

VL ve deri arasındaki ilişkiyi daha iyi tanımlayabilmek için VL hatta ışık ile ilgili kullanılan genel fiziksel tanımlamaları deri örneğinden hatırlayalım.

• ışığın dalga boyu; ışık basitçe dalga üzerinde hareket eden foton parçacıkları olarak tanımlanır ise, dalga boyu; ışınım dalgası üzerindeki fotonlar arasındaki mesafedir ve metrik birimi ile tanımlanır. 400 nm gibi.
• ışınım(güç yoğunluğu); belli bir yüzey alan birimine ulaşan ışığın gücüdür(enerji/saniye) ve watt/m² birimi ile tanımlanır.
• Işığın dozu; belirli bir süre boyunca bir yüzey alan birimine ulaşan ışığın enerji miktarıdır ve Joule/m²  birimi ile tanımlanır.
• ışığa maruz kalma süresi; derinin ışığa maruz kalma süresidir ve zaman, saniye birimi ile tanımlanır.
• ışığın pulse süresi; aralıklı-pulse çalışan bir ışık kaynağında(flaş gibi) ışığın açık kaldığı süredir ve zaman, saniye birimi ile tanımlanır.
• ışık demetinin çapı; ışığı farklı dalgalar üzerinde hereket eden foton demeti olarak düşünür isek bu demetin çapıdır ve metrik birimi ile tanımlanır.
• duty cycle(türkçeleştirmek anlamından çok uzaklaştırdığı için bu şekilde kullanıldı), pulse çalışan bir ışık kaynağında belli bir zaman aralığı boyunca ne kadar aktif kaldığının yüzde değeridir ve zaman birimi yüzde ile tanımlanır.
• parlaklık-luminance(tanımı tam parlaklık olmasada), insanların göz algısı için tanımlanmıştır ışığın yoğunluğudur ve Lux ile tanımlanır. 
• foton akışı; belli bir yüzeye belli bir zamanda ulaşna foton sayısı-younluğudur ve foton/metre/sn birimi ile tanımlanır.
• ışığın coherence; bir ışık demetindeki ışığın aynı dalga boyu ve enerjiye sahip olması 
• ışığın kolimasyonu-collimation; bir ışık demetindeki ışı dalgalarının birbirine paralel seyretmesi 

Güneş kaynaklı EMR nin atmosferimizdeki "güneş sabiti " olarak tanımlanan yoğunluğu 136 mW/ cm2 . Güneş sabitinin 53 mW/cm2 kısmını VL oluşturmakta. Güneş sabitinin ancak 100 mW/cm2 kadarı yeryüzüne ulaşmakta(yükseklik, zaman, atmosferik durumlar... bağlı değişmekte).

Dünya sağlık örgütü insan göz ve deri sağlığı açısından ışığın yoğunluğunu 100 mW/cm2(lazer ve ledeler gibi) zararlı bulmakta. Güneş kaynaklı VL bu sınrın altında kalmakta. Ancak problem günlük hayatımızda yada tedavi amaçlı kullanıdğımız VL ler ne kadar güvenli.

Işık deri ilişkisinde en önemlisi ışığın deride ne kadar yol aldığı, ne adar derine indiği, penetransı. bunu biraz anlatalım. VL deri yüzeyine ulaştığında yaklaşık olarak % 4-7 kadarı deri yüzeyinden yansımakta(VL dalga boyu, deri pigmentasyonu ve yapısından bağımsız olarak). Geri kalan VL deri içerisinde emilmekte, penetre olmakta yada doku içerisinde dağılmakta. VLnin deride emilimi, penetransı ve dağılımında rol oynayan yapıların başlıcaları keratin, kolejen, melanin ve hemoglobindir. Ayrıca deri yapısında bulunan çinko, iyon kanalları, NADH, bilirubin ve beta karotenler(A vitamini öncülleri) aynı etkiyi göstermekte.

Derinin epidermis ve dermis gibi yapısal farklıkları olan katmanlarını düşündüğümüzde; VL fotoni,k saçılma en fazla epidermisde melanin yoğunluğundan dolayı olmakta. Dermiste fotonik saçılmadan sorumlu olan ise kolajendir.  

Deride VL fotonlarında emilim ve saçılım oluşmasına neden olan tüm yapılar "kromofor" olarak tanımlanmakta. Her kromofor belli dalga boyunda VL daha< fazla memmete yada saçmakta. Ancak bu sırada kormofordada değişim olmakta, ara ürünler ortaya çıkmakta hatta ikincil uyarıları gelişmekte. Örneğin sitokrom C oksidaz(COX) enzimi uygun dalaga boyunda VL ile karşılaştığında reaktif oksijen örnekleri(ROS), serbest oksijen radikalleri, ATP, cAMP ve nitrik oksid ortaya çıkmakta. Bunlar deride inflamasyon, hücre çoğalması ve hücre onarımı gibi uyarılar demek(fotobiyomodülasyon olarak tanımlanır ve son yıllarda dermatolojik hastalıklarda VL yapılan fototedavilerin çıkış temelini oluşturmakta).

Fotobiyomodülasyonda ikinci düşünmemiz gereken, bunun hücre DNA sına hasar verme riski yani kanserojen yada teratojen etkisi. Yapılan çalışmalarda gözlemler DNA nın VL için bir kromofor olmadığı(sadece UV için kromofor) bu nedenle VL nin DNA da etki göstererek siklobutan pirimidin dimerleri(CPDs) ve 6-4 fotoürünlerini ortaya çıkarmadığı gösterilmiştir. Ancak VL DNA üzerinde direkt olmasada deride diğer kromoforlar üzerinde etklileri ile sonuç olduğu serbest oksijen radikalleri üzerinden olumsuz etki gösterebileceği unutulmamalıdır.

Epidermisde st. cormeumun % 15-20 sini, epidermisve dermisin % 70-75 ini su oluşturmakta. VL su tarafından düşük absorbe edilmekte(su infrared-IR aralığındaki dalga boyu için, infrared terapi ve CO2 lazer gibi, koromofor). 

VL da fotonların deride penetrasyonları etkileyen birinci faktör VL dalga boyları. VL dalga boyu arttıkça penetrasyon derinliği artmakta. VL nin enerjisi ile ters orantılıdır yani enerji ne kadar fazla ise o kadar az penetrasyon. Örneğin VL nin mavisi  kırmızıya göre daha yüksek enerji taşımakta ancak mavi deride kırmızıya göre daha az penetre olmakta. VL kırmızısı 6 -50 mm derine penetre olur iken, mavisi 0.5 -1 mm derine penetre olabilmekte. Bu penetrasyon derinliklerinde deri ölçüelrine bakıldığında epidermis 30 -100 μm kalınlığında epidermis + dermis 0.5-6 mm kalınlığında. Özet bilgi VL epidermisi tamamen ve tam olarak  penetre eder dermiside tam olarak ancak kısmı penetre eder. 

VL nin deride emilim ve penetrasyonu yukarda tanımladığımız gibi. Ancak deride ödem, eritem, pigmentasyon ve fibrozis gibi patolojiler olduğunda, bu daha fazla kromofor ve kromofor türünde değişim demek, VL deride davranışı değişecektir. 

Vl nin deride penetrasyonunu etkileyen diğer bir faktör ışık demetinin çapıdır(beam width). Örneğin VL da beam widht 1mm den 5 mm çıkarıldığında deride penetrasyon artmakta. Ancak çalışmalarda maksimum penetrasyon için maksimum beam widht 10 mm olarak değerlendirilmiştir. Bu sınırdan sonra beam widht artsa penetrasyon değişmemekte.

Özetle VL nin deride penetrasyonu VL ışınım çapına-beam widht, dalga boyuna ve gücüne bağlıdır. 

VL nin deriye ugulanabilirliği ve fotobiyomodülasyon etkileri için deride VL absorbsiyonun rol alan kromoforları biraz anlatalım.

Derinin VL ışınım dalga bpyuna göre başlıca kromoforları melanin, hemoglobin ve heme ve opsin (OPN) fotoreseptörleridir. Her kromofor farklı dalga boylarındaki ışığı daha yoğun absorbe ettiği için hedeflenen kromofora spesifik dalga boyu ve pulse süreleri seçilerek maksimum etki sağlanabilir. Kromofor tarafından ışığın emilimi kromoforda ısının ortaya çıkmasını sağlamakta. Eğer bu ısı çevre dokulara hasar vermeden sadece kromoforda hasar oluşturur ise seçici ısı hasarı -selective photothermolysis tanımlamakta. Kromoforda ışığın seçici emilimi ile ortaya çıkan ısı sadece ısı hasarı değil biyomodilasyonda yapabilmekte. Burada tanımlanan pulse süresi önemli. Çünkü kromoforda ortaya çıkan ısı çevre dokuarada istenmeyen hasara neden olabilir. Bu hasarın oluşmaması için pulse süresi kromoforda oluşan ısının yarı yarıya düşme süresi olan TRT- thermal relaxation time kısa olmalıdır. Fotobiyomodilasyonda derinin etkilenmesi ve gelişen sonuç süreçler biraz karışık.  Burada hormetik paradigmadana bahsedilmekte. Hormesis kormoforda gelişen ısı değişimine karşı hücrenin veya organizmanın cevabın tek fazlı olmadığını, iki uçlu (bifazik) hatta çoklu (multifazik) olduğunu anlatır. VL düşük enerjilerde dokularad uyarıcı etki gösterirken yüksek enerjilerde baskılayıcı, dokuya hasra verici olmakta. 

Her doku için taşıdığı kromoforlara göre bir ışığın dokuda etki gçsterebileceği "optik dalga boyu aralığı" tanımlanmıştır. Deri için bu aralık 600-1300 nm dir. Bu aralıkta melanin, hemoglobin ve su tarafından emilim en düşük VL ın kırmızı bölümü ve IR ise deride COX tarafından absorbe olmakta. Bu nedenle 600-1300 nm aralığında deride ısı hasarı olmakssızın fotobiyomodülasyon olmakta.

Derimizde dihidroksifenilalaninden sarı-kırmızı renkte feomelanin ve siyah-kahverengi ömelanin yapılmakta. Vl ın mavi renk spektromu yüksek enerjilidir, bu ışınım keratinositlerde ve melanositlerde bulunan opsin 3-OPN3 fotoreseptörleri  üzerinde tirozinaz enzim aktivitesi ile melanosit yapımını uyarmakta. Bu uyarımda kişinin derisindeki melanosit yoğunluğu(kişinin koyu tenli olması)  önemli çünkü mavi ışık açık tenlilerde melanosit artışına neden olmamakta. 

Melanin

Melanin kromofor yapısında ve ışığın absorbsiyon spekturumu 200-900 nm aralığında. Absorbisyon daha fazla VL nin kırmızı ışık tarafında ve IR aralığında daha yüksek. Melaninde TRT 70-250 ns. Bu bilgiler ışığında melanosit kromoforları seçici ısı hasarı uygulanacak ise ışık dalga boyu uzun, pulse süresi pico saniye düzeyinde ve düşük enerjiler seçilmelidir. Örneğin VL yerine IR spekturumunda 1064 nm Nd:YAG bu amaçla daha fazla tercih edilmeli. UVA maruz kalınması sonrası 3 saat IVB maruz kalınmasından hemen sonra dokuda serbest oksijen ve nitrojen radikalleri ortaya çıkmakta. Bunlarında DNA hasarı sonrası oluşan siklobutan pirimidin dimerleri(CPDs) yapımını sağladıkları gösterilmiştir. Melanosit taşıyan hücrelerin VL maruz kaldıklarında serbest oksijen ve nitrojen radikallerine neden olduklarını biliyoruz ancak daha henüz blimsel çalışmalar bu konuda yetersiz. 

Hemoglobin ve heme 

Eritrositlerde konsantre hemoglobinin ışığı absorbe etme peak spekturumları  mavi (418 nm), sarı(542 nm) ve turuncu (577 nm) dur. 

Hemoglubolini oluşturan hemeler tetrapirolin makromolekülleri olan porfirinlerden oluşmakta.

Pofirinlerin ışığı absorbe etme peak spekturumları 400- 405 nm dir ve bu "Soret band" olarak bilinmekte. 500-750 nm aralığında şığı absorbe etme özellikleri azalmakta.

Fotodinamik tedavilerin temel çalışma algoritması; porfirin öncüsü olan aminolevulinik asit gibi ışık duyarlandırıcı deride problemli alan uygulanır, bunlar deri hücrelerinde birikerek protoporfirin IX dönüşmekte. Bu alana VL' ın mavi ve kırmızı ışığı(ışık kaynağı, led, floresan yada halojen lamba olabilir) uygulanır. Dokuda serbet oksijen ve n,trojen radikkalleri oluşarak bunların hücrelerde sitolizis yapması hedeflenir. 

Heme ve bakır içeren proteinden oluşan COX hücrede mitokondrial elektron transferinden sorumludur ve hemeden dolayı VL ın kırmızısını ve IRA absorbe etmekte. Bu emilim COX üzerinden mitokondri içerisinde ikincil habercilerin  ATP, ROS, cAMP, Ca21 ve nitrik oksid üzerinden biyomodülasyon sağlamakta(gen yapımının değiştirilmesi, protein aktivitesi, inflamasyon ve metabolik değişiklikler gibi).

Opsinler

Opsinler fotoreseptörlerdir ve OPN1 ve 2 gözde retşnada yer alarak görme sinyalini yaratırlar. Ancak opsinler deride melanosit, keratinosit, fibroblasts ve saç folliküllerindeki kök hücrelerde bulunmakta. Bunlar ışığa göre vücut ritmi- circadian ritim, epidermal bariyer sistem ve melanogenezisten sorumludur. Özellikle VL ın mavi spekturumu OPN3 üzerinden koyu tenli kişilerde tirozinaz enzim aktivitesi üzerinden melanogenezisten sorumludur.

 

VL Deri Reaskiyonları ve Deri Hastalıklarında Etkileri

Hiperpigmentasyon

VL nin özellikle UVA ile birlikte sinerjik etki ile deri pigmentasyonunu artırdığını biliyoruz. Bu nedenle güneşten koruyucu içeriklerinin özellkle VL ve UVA 1 spkturumunu kapsaması gerektiği düşünülmekte.

% 97.5 VL, % 0.2 UVA ve % 0.8-2.4 IRA içeren geniş spekturumlu ışığın, 40- 80 J/cm2 yoğunlukta ve deri tipi III-VI olan koyu tenlil kişilerde pigmentasyona neden olduğunu ve bunun 2 hafta sürdüğünü biliyoruz. Bu aslında 15-30 dakika güneş ışınımına eşit. VL pigmentasdyon etkilerine bakıldığında VL nin mavi ışık spekturumu 58 ± 20 J/cm2 enerjilerde deri tipi III ve  IV olanlarda pigmentasyon neden olduğu ve bunun 21 gün sürdüğü, VL nin kırmızı ışık spekturumu  320 J/cm2 enerjilerde tüm deri tiplerinde pigmentasyona neden olduğu ve bunun 1 hafta-3 ay sürdüğü gösterilmiştir.  VL basal tabakadaki melaninin üst epidermiste dağılımını arttırdığı ve koyu tenlilerde OPN3 üzerinden melanogenesie neden olduğu bilinmekte.

Sarı ışığın 5-20 J/cm2 enerji yoğunluğunda melanogemnesisi baskıladığı gösterilmiştir. 

Fotodermatozlar

Fotodermatozlardan asıl sorumlu ışık spekturumu UV aralığında(fotodermatozlar ışığın arttırdığı immunolojik reaksiyonlar, deride endojen yada eksojen maddelere karşı ışığın reaksiyonları, derinin ışık hasarını düzenleyememesi gibi süreçler ile oluşmakta).  VL da solar ürtiker ve porfiria daetkisi yüksek iken polimorf ışık reaksiyonu ve kronik aktinik dermatitlerde etkinliği daha azdır.

Solar ürtiker nadir görülen ve mast hücrelerinin rol oyanadığı fotodermatozlar içerisinde yer almakta. Eritem, kaşıntı ve ürtiker klinik bulgular arasında. Solar urtikerde foto test yapıldığında olguların %14-90 ında VL tek başına yada VL + UVR birlikteliği görülmekte. Solar ürtiker tedavisi oldukça zor ve geniş koruma spekturumu olan tinted güneşten koruyucular kullanımalıdır. 

Porfirialar

Fototoksik ajanlar olan porfirinlerin birikmesi ile ortaya çıkan genetik hastalıklardır. deride su toplamaları şeklinde belirtilerden karın ağrısı, kusma ve kalp çarpıntısına kadar belirtiler değişkendir.Porfiria tedavisinde güneşten korunma, alkol gibi arttrıan faktörlerden uzak kalma, düzenli kan aldırma, düşük doz klorokinin kullanımı önerilmekte. Son yıllarda melanosit uyarıcı hormon alfa MSH analoğu olan afamelanotide (Scenesse) kullanılmakta.

Polimorf ışık reaksiyonu-PLE

Sıklıkla immunojk nedenler ile ortaya çıkmakta. Yoğun kaşıntılı iğne ucu boyutlarında küçük papüller, daha büyük veziküler, papüler, hemorajik, ekzamatöz döküntüler olabilmekte. Sıklıkla neden UVA, daha az neden UVB iken VL bağlı PLE gelişimi çok nadirdir. 

Kronik aktinik dermatitis

Işığa uzun süre maruz kalınan yerlerde ekzamatöz ve likenifiye lezyonların varlığı söz konusu. 141 - 313 J/cm2 enerjilerde VL deri reaksiyonları yapabilmekte yada SLE gibi hastalıklarda kliniklerindeki deri belirtilerini alevlendirebilmektedir.

Fotomedikal Fototedavi

Işık kaynaklı dopkuda ısı hasraı oluştrumadan fotobiyomodülasyon ile yapılan fototedavilerdir. Aşağıda yer alan bir çok dermatolojik durumda kullanılmakta. VL ışık kaynağı olarak lazer, led, floresan kullanılmakta.

Akne

Aknenin hafif ve orta klinik tablosunda VL ın mavi spektrumu-BL 400-445 nm dalga boylarında ve kırmızı spekturumu RL 625-700 nm dalga boylarında kullanılmakta. Cutibacterium acnes bakateri kolonizasyonu, deri gözenekleri ve inflamasyonu azaltarak etki göstermekte. 

Psoriasis

klinik çalışmalar sılıkla UVB ve UVA üzerinde olmakla birlikte psoriasiste VL özellikle BL ve RL kullanılabilmekte.

Kornik Yaralarda İyileşme

Bilimsel çalışmalar VL ın RL spekturumunun yara iyileşme zamanı kısaltığı ve yaranın boyutunu azalttığını göstermekte. Özellikle bu etki diyabetik ayak yaralarında etkili iken venöz yertmezlik yaralarında etkili değil.

Saç Uzaması

Klinik çalışmalar VL ın  RL spektrumunun saç yoğunluğunu, anajen faza geçişi ve büyüme hızını arttırdığı gösterilmiş. Bu etkileri ile androgenetik alopesiada kullanılmakta. Vl nin RL spektrumu ve near-IR fotobiyomodülasyon amaçlı 0.1-150 J/cm2 enerjilerde sa uzmasının hızlandırtılması için kullanılmakta. 

Cilt Yenileme ve Gençleştirme

Deride Ca, nitrik oksid, matrix metalloproteinazlar ve kolajen üzerinde fotobiyomodilasyon ile VL nın RL, BL ve sarı ışık deride cilt gençleştirme amaçlı kullanılmış.

Fototermolizis ile Fototedavi

Damarsal lezyonlar

Damarsal elzyonlarda PDL, KTP ve Nd YAG lazerler bullaunılmakta.

Dövme silme

Q anahtarlı lazerler nano, pico pulse düsreleri ile kulanılmakta.