レーザーの原理と疼痛治療への応用 The Principle of Laser and Its Application to Pain Treatment 東邦大学医療センター佐倉病院麻酔学研究室准教授井手康雄 Yasuo Ide レーザー（light amplification of stimulated emission of radiation：LASER）とは「放射の誘導放出による光の増幅」の意で，同一波長，同一位相の光を発生させる．水の吸収波長とヘモグロビンの吸収波長の谷間の波長（790〜904nm）が疼痛治療に最適と考えられている．組織に可逆性変化をもたらす光作用により，神経に対する直接的抑制作用と血流増加作用による発痛物質の洗い出し効果，交感神経過緊張に対する交感神経正常化効果などで鎮痛効果をもたらす．治療対象疾患は，整形外科的疾患，血流障害，神経障害性疼痛などである．危険な副作用はない．使用上の注意は，保護メガネの着用である．即効性に乏しいが，有効性が高くしかも安全性も高い治療法であり一層の普及が望まれる治療法である．レーザーの原理 E3 レーザー（light amplification of stimulated emission E2 励起準位 of radiation：LASER）は，日本語に訳すと「放射の誘導放出による光の増幅」となり，その原理は原子核の周 E1 囲の電子の持つエネルギーを変化させて同一波長，同一位相で同一方向に進む光線を発振させることである1, 2）．光エネルギー原子核の周囲を回る電子は，エネルギーの低い基底準位励起から，エネルギーを吸収して高エネルギーの励起準位に移る．このとき，励起準位は不連続的な値しかとれない E0 ことが知られている（図 1 ）1）．外からのエネルギーを吸収して励起状態になった原子は短時間でエネルギーを光子として放出し，基底状態に戻る（自然放出）．励起状態に 56 （2280） Basics 図1 基底準位基底準位と励起準位と光エネルギーによる電子の励起ある原子に自然放出による光子がぶつかると，同じ位相，レーザー光は，単一波長で，指向性が高く，エネルギー同じ周波数の光子を 2 個放出する（誘導放出）（図 2 ）．密度が高い，という特徴がある．鏡で光を反射し，対抗する位置に部分反射鏡を置いて反現在疼痛治療に使用される低出力レーザー治療器は，射させるようにする．外部からエネルギーを加えて励起半導体でレーザー光を発生させている．使用される半導状態の原子を多くすると，誘導放出で生じた光子が他の体は，ガリウム（Ga），アルミニウム（Al），ヒ素（As）を原子と衝突して光子を増やす形となり，同一波長，同一用い，N型および P 型Ga-Al-AsによってGa-Asの活性領位相で鏡に直角に進む光が増幅されることになる 1, 2）．域が挟まれた構造になっている（図 3 ）1, 2）．N型側に−， P 型側に＋の電圧をかけて電流を流すと，屈折率の高い活性領域で発生したレーザー光は電極と平行に進行し，両端が鏡面のため反射されて増幅されることになる1, 2）．（a）疼痛治療に使用されるレーザーの波長と出力生体のレーザーへの反応は，エネルギーが増すにつれ，光作用，凝固，炭化，蒸散と変化してゆく．最も弱いエネルギーレベルの光作用が，疼痛治療に利用されている．光の波長に関しては，なるべく吸収されず組織の奥（b）まで到達することが望ましいため，水の吸収波長とヘモグロビンの吸収波長の谷間にあたる近赤外領域の波長．（790〜904nm）が最適と考えられている（図 4 ） Ga-Al-As半導体レーザーは830nm前後の波長の近赤外光を発振するので，疼痛治療への利用に適している1, 2）．可逆的な光作用の利用なので，強いエネルギーは使用（c）できないため，数10mW単位の連続出力型のものが使用されていた．有効性を高めるために，深達力が必要だが，深達力はエネルギー密度に比例する．このため，徐々に出力の大きな機種が発売されるようになり，連続出力型として最高出力は1000mWの製品があった．現在（d）では，ピーク出力10W×20ms，休止時間180ms，平均出力1000mWという安全かつ深達力の強いレーザー光をパルスとして出力する機種が利用されている．＋電極原子核電子基底状態励起状態光エネルギークラッド層（p-Ga2Al1-x As）活性層（p-GaAs）レーザー光図2 −電極原子での電子の状態と光エネルギーの関係（文献 1より引用・改変）（a）基底状態の電子を持つ原子，（b）励起状態の電子を持つ原子，（c）自然放出を起こした原子，（d）誘導放出を起こした原子クラッド層（n-GaAl1-x As）図3 基板結晶（n-GaAs）半導体レーザー発振器の構造（文献 1より引用・改変） Anesthesia 21 Century Vol.12 No.1-36 2010 （2281） 57 疼痛治療に使用されるレーザーの生理的作用片岡は，膜電位の過分極と膜抵抗の減少が生じることからK＋チャネルの開口によるK＋の透過性の増大によって低出力レーザーの作用には，神経に対する直接作用と起こると述べている6）．神経障害性疼痛に対する効果，血流に対する効果，交感神経系に対する効果，およびその他の効果が知られている． 3. 血流に対するレーザー光の効果 1. 神経に対するレーザー光の直接効果 Maegawaら7）は，ラットの腸間膜動脈に低出力レー Tsuchiyaら3）は，ラットの伏在神経に半導体レーザーザー光を照射して，血管径，赤血球速度，血流の全てが光を照射して，Aδおよび C 線維の活動を選択的に照射増加することを報告した．この変化にはある程度のエネ時間依存的に抑制すると報告した．さらに，Tsuchiya ルギーが必要であり，作用機序としては初期の血管拡張ら4）は，ピンチ刺激，寒冷刺激や熱刺激による神経興奮にはNOが関与しているが，主なメカニズムは血管平滑が伏在神経への半導体レーザー光照射によって抑制され筋細胞内のCa2＋を減少させることであると報告した．たが，ブラシ刺激による神経興奮は抑制されなかったこ 4. 交感神経系に対するレーザー光の効果とを報告した．交感神経系に対する効果について，吉澤ら8）は，ヘリ 2. 炎症性疼痛モデルに対するレーザー光の効果ウム（He）-ネオン（Ne）レーザー光を星状神経節近傍に 4） Tsuchiyaらは，さらにテレピン油の皮内投与のもた照射し，上肢の痛み，しびれ，冷感の強い患者の上肢皮らす一次痛覚過敏による自発発射の増加が同側の腓腹神膚温の有意な上昇がみられたが，健常人ではそのような経への半導体レーザー光照射のみによって抑止されるこ変化がみられなかったことを報告した．現在，レーザーとを報告した．そしてこのレーザー光照射は，カプサイ光による疼痛治療において交感神経系の過緊張は正常化シン処理されたラットにテレピン油の皮内投与の効果にされるが，それ以上の交感神経抑制効果はないという説影響しないことから，侵害受容性神経活動のみを選択的が一般的である．に抑制すると結論づけた． 5. その他の効果 Satoら5）も，テレピン油の皮内投与による腓腹神経の自発発射増加に対する同側半導体レーザー光照射の抑止整形外科的有痛性疾患に対しては，二重盲検試験に効果を報告した．さらに，神経伝達速度による検討で，よってその有効性を確認した報告がある9, 10, 11）．原田ら9）一次痛覚過敏によるAδ，Aδ/C，C 線維の有意な増加とは，1000mW半導体レーザーを変形性膝関節症，脊椎症，その増加がレーザー光照射によって正常化されることを肩関節周囲炎などに使用して，二重盲検試験で73.5％の報告した．有効率を報告した．また，Chowら10）は，300mW，830nm のレーザー光を慢性頸部痛の患者に照射し二重盲検試験このような神経の興奮抑制効果の作用機序について，吸収係数に等価（mmol/g） 100 最適な発振波長域 830 nm 50 水の吸収波長域ヘモグロビンの吸収波長域 790nm 904nm 0 400 600 800 1,000 波 58 （2282） Basics 1,200 長（nm） 1,400 1,600 図4 水の吸収波長とヘモグロビンの吸収波長と望ましい低出力レーザーの波長の関係（文献 2 より引用・改変）でその有効性を確認したと報告した．佐伯ら11）は，10W 半導体パルスレーザー照射装置を骨・筋肉の有痛性疾患細川 12）は帯状疱疹関連痛の治療における低出力レーザーの使用法について，に使用し，二重盲検試験で有意な鎮痛効果がみられ，有 ①疼痛部位および神経の走行に沿って照射する．効率は79％であったと報告した． ②顔面，頸部，上肢，上部胸椎レベルでは，星状神経節近傍照射を併用する．疼痛治療には，神経に対する直接的抑制作用と血流増加作用による発痛物質の洗い出し効果による鎮痛効果と，交感神経過緊張性疼痛に対する交感神経正常化効果を作用機序とした鎮痛効果とが期待できる． ③胸郭，腹部，下肢には1000mW，10Wパルスレーザーの場合は神経根領域も照射するとよい． ④ブロックと異なり即効性に乏しいので患者によく説明する必要がある．などの具体的な使用法を述べている．疼痛治療への使用法治療の対象疾患は，一般的には整形外科的疾患，血流その他の有痛性疾患についても同様の方法で使用すればよいと考えられる．障害，神経障害性疼痛など多岐にわたる．副作用としては，局所の軽度熱傷，ふらつき，倦怠感程度であり，20 以上，レーザーの原理と疼痛治療への応用について述年以上の臨床使用経験から重篤な合併症を起こすことはべた．今後抗血小板療法などで神経ブロックが禁忌となないと考えられている．使用上の注意としては，光線がる患者数は増えると考えられる．また，即効性に乏しい直接目に入ると危険なので保護メガネを使用することがが，有効性が高くしかも安全性も高い治療法であり一層重要である．の普及が望まれる治療法である． ■ 参考文献 1）劔物修：レーザーとは, 図説半導体レーザーと痛みの治療. 劔物編. 東京, メジカルビュー社, 1996, 14-23 2）佐伯茂：レーザー治療器. ペインクリニック 30：301 - 312, 2009 3）Tsuchiya K, Kawatani M, Takeshige C, et al.： Diode laser irradiation selectively diminishes slow component of axonal volleys to dorsal roots from the saphenous nerve in the rat. Neurosci Lett 161： 65 - 68, 1993 4）Tsuchiya K, Kawatani M, Takeshige C, et al.：Laser irradiation abates neuronal responses to nociceptive stimulation of rat-paw skin. Brain Res Bull 34： 369 - 374, 1994 5）Sato T, Kawatani M, Takeshige C, et al.：Ga-Al-As laser irradiation inhibits neuronal activity associated with inflammation. Acupunct Electrother Res 19：141 - 151, 1994 6）片岡洋祐：神経組織における低反応レベルレーザーの作用機 8）吉澤明孝, 峯島孝雄, 関誠：低出力レーザー, 直線偏光近赤外線による星状神経節近傍への照射効果について. 理学診療 5： 13-18, 1994 9）原田孝, 鶴岡広, 遠藤剛，他：1W半導体レーザーの使用経験 ―二重盲検試験を中心に―. 運動・物理療法 9：99 - 103, 1998 10）Chow RT, Heller GZ, Barnsley L：The effect of 300mW, 830nm laser on chronic neck pain：A double-blind, randomized, placebo-controlled study. Pain 124：201 - 210, 2006 11）佐伯茂, 小川節郎, 中村卓, 他：10W半導体パルスレーザー治療器（メディレーザソフトパルス10：MLD-1006）の疼痛患者への応用. ペインクリニック 28：690 - 698, 2007 12）細川豊史：帯状疱疹の痛みと帯状疱疹後神経痛に対する低反応レベルレーザー照射療法. ペインクリニック 28：956 - 964, 2007 序. ペインクリニック 30：53 - 58, 2009 7）Maegawa Y, Itoh T, Hosokawa T, et al.：Effects of nearinfrared low-level laser irradiation on microcirculation. Lasers Surg Med 27： 427 - 437, 2000 Anesthesia 21 Century Vol.12 No.1-36 2010 （2283） 59