Refine
Year of publication
Document Type
- Article (25)
- Part of a Book (7)
- Conference Proceeding (6)
- Doctoral Thesis (1)
- Habilitation (1)
Language
- German (25)
- English (14)
- Multiple languages (1)
Has Fulltext
- yes (40)
Is part of the Bibliography
- no (40)
Keywords
- wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) (25)
- Gewebetemperatur (21)
- Gewebedurchblutung (20)
- Wundheilung (20)
- Sauerstoffpartialdruck im Gewebe (19)
- Schmerzminderung (19)
- water-filtered infrared-A (wIRA) (18)
- Infektionsabwehr (16)
- reduction of pain (15)
- tissue oxygen partial pressure (15)
Institute
- Sportwissenschaften (40)
- Medizin (3)
Water-filtered infrared-A radiation (wIRA) is not implicated in cellular degeneration of human skin
(2007)
Background: Excessive exposure to solar ultraviolet radiation is involved in the complex biologic process of cutaneous aging. Wavelengths in the ultraviolet-A and -B range (UV-A and UV-B) have been shown to be responsible for the induction of proteases, e. g. the collagenase matrix metalloproteinase 1 (MMP-1), which are related to cell aging. As devices emitting longer wavelengths are widely used in therapeutic and cosmetic interventions and as the induction of MMP-1 by water-filtered infrared-A (wIRA) had been discussed, it was of interest to assess effects of wIRA on the cellular and molecular level known to be possibly involved in cutaneous degeneration.
Objectives: Investigation of the biological implications of widely used water-filtered infrared-A (wIRA) radiators for clinical use on human skin fibroblasts assessed by MMP-1 gene expression (MMP-1 messenger ribonucleic acid (mRNA) expression).
Methods: Human skin fibroblasts were irradiated with approximately 88% wIRA (780-1400 nm) and 12% red light (RL, 665-780 nm) with 380 mW/cm² wIRA(+RL) (333 mW/cm² wIRA) on the one hand and for comparison with UV-A (330-400 nm, mainly UV-A1) and a small amount of blue light (BL, 400-450 nm) with 28 mW/cm² UV-A(+BL) on the other hand. Survival curves were established by colony forming ability after single exposures between 15 minutes and 8 hours to wIRA(+RL) (340-10880 J/cm² wIRA(+RL), 300-9600 J/cm² wIRA) or 15-45 minutes to UV-A(+BL) (25-75 J/cm² UV-A(+BL)). Both conventional Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) and quantitative real-time RT-PCR techniques were used to determine the induction of MMP-1 mRNA at two physiologic temperatures for skin fibroblasts (30°C and 37°C) in single exposure regimens (15-60 minutes wIRA(+RL), 340-1360 J/cm² wIRA(+RL), 300-1200 J/cm² wIRA; 30 minutes UV-A(+BL), 50 J/cm² UV-A(+BL)) and in addition at 30°C in a repeated exposure protocol (up to 10 times 15 minutes wIRA(+RL) with 340 J/cm² wIRA(+RL), 300 J/cm² wIRA at each time).
Results: Single exposure of cultured human dermal fibroblasts to UV-A(+BL) radiation yielded a very high increase in MMP-1 mRNA expression (11 ±1 fold expression for RT-PCR and 76 ±2 fold expression for real-time RT-PCR both at 30°C, 75 ±1 fold expression for real-time RT-PCR at 37°C) and a dose-dependent decrease in cell survival. In contrast, wIRA(+RL) did not produce cell death and did not induce a systematic increase in MMP-1 mRNA expression (less than twofold expression, within the laboratory range of fluctuation) detectable with the sensitive methods applied. Additionally, repeated exposure of human skin fibroblasts to wIRA(+RL) did not induce MMP-1 mRNA expression systematically (less than twofold expression by up to 10 consecutive wIRA(+RL) exposures and analysis with real-time RT-PCR).
Conclusions: wIRA(+RL) even at the investigated disproportionally high irradiances does not induce cell death or a systematic increase of MMP-1 mRNA expression, both of which can be easily induced by UV-A radiation. Furthermore, these results support previous findings of in vivo investigations on collagenase induction by UV-A but not wIRA and show that infrared-A with appropriate irradiances does not seem to be involved in MMP-1 mediated photoaging of the skin. As suggested by previously published studies wIRA could even be implicated in a protective manner.
Case description: A patient with a Barrett oesophageal carcinoma and a resection of the oesophagus with gastric pull-up developed swallowing disorders 6 years and 2 months after the operation. Within 1 year and 7 months two recurrences of the tumor at the anastomosis were found and treated with combined chemoradiotherapy or chemotherapy respectively. 7 years and 9 months after the operation local tumor masses and destruction were present with no ability to orally drink or eat (full feeding by jejunal PEG tube): quality of life was poor, as saliva and mucus were very viscous (pulling filaments) and could not be swallowed and had to be spat out throughout the day and night resulting in short periods of sleep (awaking from the necessity to spit out). In total the situation was interpreted more as a problem related to a feeling of choking (with food or fluid) in the sense of a functional dysphagia rather than as a swallowing disorder from a structural stenosis.
At that time acetylcysteine (2 times 200 mg per day, given via the PEG tube) and irradiation with water-filtered infrared-A (wIRA), a special form of heat radiation, of the ventral part of the neck and the thorax were added to the therapy. Within 1 day with acetylcysteine saliva and mucus became less viscous. Within 2 days with wIRA (one day with 4 to 5 hours with irradiation with wIRA at home) salivation decreased markedly and quality of life clearly improved: For the first time the patient slept without interruption and without the need for sleep-inducing medication. After 5 days with wIRA the patient could eat his first soft dumpling although drinking of fluids was still not possible. After 2½ weeks with wIRA the patient could eat his first minced schnitzel (escalope).
Following the commencement of wIRA (with typically approximately 90–150 minutes irradiation with wIRA per day) the patient had 8 months with good quality of life with only small amounts of liquid saliva and mucus and without the necessity to spit out. During this period the patient was able to sleep during the night.
Discussion: The main physiological effects of water-filtered infrared-A (wIRA) are: wIRA increases tissue temperature, tissue oxygen partial pressure and tissue perfusion markedly.
The five main clinical effects of wIRA are: wIRA decreases pain, inflammation and exudation/hypersecretion, and promotes infection defense and regeneration, all in a cross-indication manner. Therefore there is a wide range of indications for wIRA.
The effects of wIRA are based on both its thermal effects (relying on transfer of heat energy) and thermic effects (temperature-dependent effects, occurring together with temperature changes) as well as on non-thermal and temperature-independent effects like direct effects on cells, cell structures or cell substances.
Conclusion: Besides in a variety of other indications for wIRA, in cases of swallowing disorders (functional dysphagia) and hypersalivation or hypersecretion of mucus the use of wIRA should be considered as part of the treatment regime for improving a patient’s quality of life.
Water-filtered infrared-A (wIRA), as a special form of heat radiation with a high tissue penetration and a low thermal load to the skin surface, can improve the healing of acute and chronic wounds both by thermal and thermic as well as by non-thermal and non-thermic effects. wIRA increases tissue temperature (+2.7°C at a tissue depth of 2 cm), tissue oxygen partial pressure (+32% at a tissue depth of 2 cm) and tissue perfusion. These three factors are decisive for a sufficient supply of tissue with energy and oxygen and consequently also for wound healing and infection defense.
wIRA can considerably alleviate pain (without any exception during 230 irradiations) with substantially less need for analgesics (52–69% less in the groups with wIRA compared to the control groups). It also diminishes exudation and inflammation and can show positive immunomodulatory effects. The overall evaluation of the effect of irradiation as well as the wound healing and the cosmetic result (assessed on visual analogue scales) were markedly better in the group with wIRA compared to the control group. wIRA can advance wound healing (median reduction of wound size of 90% in severely burned children already after 9 days in the group with wIRA compared to 13 days in the control group; on average 18 versus 42 days until complete wound closure in chronic venous stasis ulcers) or improve an impaired wound healing (reaching wound closure and normalization of the thermographic image in otherwise recalcitrant chronic venous stasis ulcers) both in acute and in chronic wounds including infected wounds. After major abdominal surgery there was a trend in favor of the wIRA group to a lower rate of total wound infections (7% versus 15%) including late infections following discharge from hospital (0% versus 8%) and a trend towards a shorter postoperative hospital stay (9 versus 11 days).
Even the normal wound healing process can be improved.
The mentioned effects have been proven in six prospective studies, with most of the effects having an evidence level of Ia/Ib.
wIRA represents a valuable therapy option and can generally be recommended for use in the treatment of acute as well as of chronic wounds.
Water-filtered infrared-A (wIRA) can act as a penetration enhancer for topically applied substances
(2008)
Background: Water-filtered infrared-A (wIRA) irradiation has been shown to enhance penetration of clinically used topically applied substances in humans through investigation of functional effects of penetrated substances like vasoconstriction by cortisone.
Aim of the study: Investigation of the influence of wIRA irradiation on the dermatopharmacokinetics of topically applied substances by use of optical methods, especially to localize penetrating substances, in a prospective randomised controlled study in humans.
Methods: The penetration profiles of the hydrophilic dye fluorescein and the lipophilic dye curcumin in separate standard water-in-oil emulsions were determined on the inner forearm of test persons by tape stripping in combination with spectroscopic measurements. Additionally, the penetration was investigated in vivo by laser scanning microscopy. Transepidermal water loss, hydration of the epidermis, and surface temperature were determined. Three different procedures (modes A, B, C) were used in a randomised order on three separate days of investigation in each of 12 test persons. In mode A, the two dyes were applied on different skin areas without water-filtered infrared-A (wIRA) irradiation. In mode B, the skin surface was irradiated with wIRA over 30 min before application of the two dyes (Hydrosun® radiator type 501, 10 mm water cuvette, orange filter OG590, water-filtered spectrum: 590–1400 nm with dominant amount of wIRA). In mode C, the two dyes were applied and immediately afterwards the skin was irradiated with wIRA over 30 min. In all modes, tape stripping started 30 min after application of the formulations. Main variable of interest was the ratio of the amount of the dye in the deeper (second) 10% of the stratum corneum to the amount of the dye in the upper 10% of the stratum corneum.
Results: The penetration profiles of the hydrophilic fluorescein showed in case of pretreatment or treatment with wIRA (modes B and C) an increased penetration depth compared to the non-irradiated skin (mode A): The ratio of the amount of the dye in the deeper (second) 10% of the stratum corneum to the amount of the dye in the upper 10% of the stratum corneum showed medians and interquartile ranges for mode A of 0.017 (0.007/0.050), for mode B of 0.084 (0.021/0.106), for mode C of 0.104 (0.069/0.192) (difference between modes: p=0.0112, significant; comparison mode A with mode C: p<0.01, significant). In contrast to fluorescein, the lipophilic curcumin showed no differences in the penetration kinetics, in reference to whether the skin was irradiated with wIRA or not. These effects were confirmed by laser scanning microscopy. Water-filtered infrared-A irradiation increased the hydration of the stratum corneum: transepidermal water loss rose from approximately 8.8 g m-2 h-1 before wIRA irradiation to 14.2 g m-2 h-1 after wIRA irradiation and skin hydration rose from 67 to 87 relative units. Skin surface temperature increased from 32.8°C before wIRA to 36.4°C after wIRA irradiation.
Discussion: The better penetration of the hydrophilic dye fluorescein after or during skin irradiation (modes B and C) can be explained by increased hydration of the stratum corneum by irradiation with wIRA.
Conclusions: As most topically applied substances for the treatment of patients are mainly hydrophilic, wIRA can be used to improve the penetration of substances before or after application of substances – in the first case even of thermolabile substances – with a broad clinical relevance as a contact free alternative to an occlusive dressing.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) stellt eine spezielle Form der Infrarotstrahlung im Bereich von 780–1400 nm dar, die aufgrund ihrer sehr guten Verträglichkeit in der Medizin zur Prävention und Therapie verwendet wird.
wIRA steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. wIRA mindert indikationsübergreifend Schmerzen, Entzündung und vermehrte Sekretion und verbessert die Infektabwehr und Regeneration, insbesondere auch nach sportlicher Belastung. Zudem kann wIRA als kontaktfreies Verfahren simultan mit Bewegung und Training kombiniert werden.
Die klinische Anwendung von wIRA kann präventiv, therapeutisch, regenerativ oder rehabilitativ erfolgen.
Der hier vorliegenden Übersicht liegen u.a. 6 sportmedizinische Studien mit wIRA zugrunde.
So nahmen beispielsweise 25 Probanden an einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten Studie mit stufenweise ansteigender ausbelastender Fußkurbelergometrie teil, an einem Tag mit anschließender Bestrahlung der ventralen Oberschenkelmuskulatur mit wIRA (bzw. am Kontrolltag stattdessen Pause) in Ruhe über 20 Minuten. Am Tag mit Bestrahlung verbesserte sich das Befinden der belasteten Oberschenkelmuskulatur auf einer visuellen Analogskala (umsetzbar in 0–100) von 36 auf 71 signifikant mehr (p=0,0138) als am Kontrolltag in Ruhe ohne Bestrahlung (von 34 auf 54). Erstaunlicherweise erreichte das Befinden nach 20 Minuten Bestrahlung wieder den Ausgangswert vor der Ergometrie von 70. Nach den 20 Minuten Ruhe (mit Bestrahlung bzw. Pause) folgte eine zweite Ergometrie, in der die Leistungsfähigkeit am Tag mit Bestrahlung signifikant weniger (p=0,0128) als am Kontrolltag absank.
Es werden ausführlich die Anwendungsmöglichkeiten von wIRA in der Sport- und Präventivmedizin dargestellt.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) stellt eine spezielle Form der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) im Bereich von 780–1400 nm dar, die aufgrund ihrer sehr guten Verträglichkeit in der Medizin zur Prävention und Therapie verwendet wird. wIRA entspricht dem Großteil der in gemäßigten Klimazonen die Erdoberfläche wassergefiltert erreichenden Infrarotstrahlung der Sonne (Filterwirkung des Wassers und des Wasserdampfs der Erdatmosphäre). Durch die Wasserfilterung werden die Strahlungsanteile gemindert, die sonst durch Wechselwirkung mit Wassermolekülen in der Haut eine unerwünschte thermische Belastung der obersten Hautschicht hervorrufen würden. Technisch wird wIRA in speziellen Strahlern erzeugt, in denen die gesamte Strahlung eines Halogenstrahlers durch eine Wasser enthaltende Küvette hindurchtritt. wIRA wirkt beim Menschen über thermische und nicht thermische Effekte. Es steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. Wesentliche klinische Wirkungen sind – indikationsübergreifend – eine Minderung von Schmerzen, Entzündung und vermehrter Sekretion sowie eine Verbesserung der Infektabwehr und der Regeneration. wIRA kann eingesetzt werden zur Therapie von akuten und chronischen Wunden, bei verschiedenen Hauterkrankungen (vulgären Warzen, Herpes labialis, Herpes Zoster, Sklerodermie, Morphaea, Akne papulopustulosa), zur Resorptionsverbesserung topisch aufgetragener Substanzen, im Rahmen einer photodynamischen Therapie (PDT; zur Therapie aktinischer Keratosen), bei bewegungssystembezogenen Erkrankungen (muskulären Verspannungen, Myogelosen, Lumbago, rheumatischen Erkrankungen, Morbus Bechterew, Arthrose, Arthritis, Fibromyalgie), zur Regeneration nach Sport, zur lokalen Beeinflussung der Fettverteilung sowie zum Aufrechterhalten oder Erhöhen der Körpertemperatur (z.B. in der Neonatologie) einschließlich Kompensation einer Hypothermie. Außerdem kann wIRA zur lokalen oder systemischen Hyperthermie im Rahmen der Onkologie mit Strahlentherapie oder Chemotherapie kombiniert werden.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung. wIRA entspricht dem Großteil der in gemäßigten Klimazonen die Erdoberfläche wasserdampfgefiltert erreichenden Sonnenwärmestrahlung. wIRA vermag sowohl bei akuten Wunden als auch bei chronischen Wunden einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich zu mindern und eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung herabzusetzen sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen. wIRA kann die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern oder sogar ermöglichen. Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe als drei energetisch für Wundheilung wichtige Faktoren steigen. Selbst der normale Wundheilungsprozess kann durch wIRA verbessert werden. Die genannten Wirkungen sind durch sechs prospektive Studien belegt. Drei Studien wurden bei akuten Wunden durchgeführt: randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien der chirurgischen Universitätsklinik Heidelberg bei frischen abdominalen Operationswunden mit 111 Patienten und der Kinderchirurgie Kassel bei 45 schwerbrandverletzten Kindern sowie der Dermatologie der Charité Berlin bei 12 Probanden mit experimentellen Wunden. Drei Studien betreffen chronische venöse Unterschenkel-Ulzera: randomisierte, kontrollierte Studie in Basel mit 40 Patienten sowie prospektive Studie der Universität Tromsø/Norwegen und des Krankenhauses in Hillerød/Dänemark mit 10 Patienten mit u.a. aufwändiger Verlaufskontrolle mit Thermographie und derzeit durchgeführte randomisierte, kontrollierte, verblindete Studie der Universitätshautklinik Freiburg mit einem geplanten Umfang von ca. 50 Patienten.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Penetrationsvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung vermag über thermische und nicht-thermische Effekte wesentliche, auch energetisch bedeutsame Faktoren der Wundheilung - messtechnisch belegt - zu verbessern.
wIRA kann sowohl bei akuten Wunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien der chirurgischen Universitätsklinik Heidelberg bei frischen abdominellen Op-Wunden, n=94, und der Kinderchirurgie Kassel bei schwerbrandverletzten Kindern, n=45) als auch bei chronischen Wunden und Problemwunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie in Basel, n=40, sowie prospektive Studie der Universität Tromsø/Norwegen in Hillerød/Dänemark mit u. a. auch aufwendiger thermographischer Verlaufskontrolle, n=10, in beiden Studien chronische venöse Unterschenkel-Ulzera) einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich mindern und die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern sowie eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung mindern. Insbesondere ist auch ohne Wundheilungsstörung eine positive Beeinflussung der Wundheilung möglich. Bei chronischen Wunden werden vollständige Abheilungen erreicht, die zuvor nicht erreicht wurden.
wIRA ist ein kontaktfreies, verbrauchsmaterialfreies, leicht anzuwendendes, als angenehm empfundenes Verfahren mit guter Tiefenwirkung, das der Sonnenwärmestrahlung auf der Erdoberfläche in gemäßigten Klimazonen nachempfunden ist. Die Bestrahlung der unbedeckten Wunde erfolgt typischerweise aus ca. 25 cm Abstand mit einem wIRA-Strahler.
Wundheilung und Infektionsabwehr (z.B. Granulozytenfunktion einschließlich antibakterieller Sauerstoffradikalbildung der Granulozyten) hängen ganz entscheidend von einer ausreichenden Energieversorgung (und von ausreichend Sauerstoff) ab.
Die klinisch gute Wirkung von wIRA auf Wunden und auch auf Problemwunden und Wundinfektionen lässt sich u. a. über die Verbesserung sowohl der Energiebereitstellung pro Zeit (Steigerung der Stoffwechselleistung) als auch der Sauerstoffversorgung (z.B. für die Granulozytenfunktion) erklären. wIRA bewirkt als thermischen Effekt eine Verbesserung aller drei entscheidender Faktoren Sauerstoffpartialdruck im Gewebe, Gewebetemperatur und Gewebedurchblutung. Daneben wurden auch nicht-thermische Effekte von Infrarot A im Sinne einer Reizsetzung auf Zellen und zelluläre Strukturen mit Reaktionen der Zellen beschrieben.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) bezeichnet eine spezielle Form der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) im Bereich von 780 bis 1.400 nm, die aufgrund ihrer sehr guten Verträglichkeit in der Medizin zur Prävention und Therapie verwendet wird. wIRA steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. Wesentliche klinische Wirkungen von wIRA sind – indikationsübergreifend – eine ausgeprägte Minderung von Schmerzen, Entzündung und vermehrter Flüssigkeitsabgabe sowie eine Verbesserung der Infektabwehr und der Regeneration.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) stellt eine spezielle Form der Infrarotstrahlung im Bereich von 780–1400 nm dar, die aufgrund ihrer sehr guten Verträglichkeit in der Medizin zur Prävention und Therapie verwendet wird. wIRA steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. wIRA mindert indikationsübergreifend Schmerzen, Entzündung und vermehrte Sekretion und verbessert die Infektabwehr und Regeneration. wIRA hat in den letzten 20 Jahren eine deutliche Verbreitung in der Medizin gefunden. So wird wIRA z. B. in 1045 (ca. 28%) von 3767 erfassten dermatologischen Praxen oder Versorgungszentren in Deutschland genutzt (Stand: Februar 2012). wIRA-Strahler werden auch bei Patienten zu Hause eingesetzt...