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Aim of the study: Investigation, whether water-filtered infrared-A (wIRA) irradiation during moderate bicycle ergometer endurance exercise has effects especially on local fat reduction and on weight reduction beyond the effects of ergometer exercise alone.
Methods: Randomised controlled study with 40 obese females (BMI 30-40 (median: 34.5), body weight 76-125 (median: 94.9) kg, age 20-40 (median: 35.5) years, isocaloric nutrition), 20 in the wIRA group and 20 in the control group. In both groups each participant performed 3 times per week over 4 weeks for 45 minutes bicycle ergometer endurance exercise with a constant load according to a lactate level of 2 mmol/l (aerobic endurance load, as determined before the intervention period). In the wIRA group in addition large parts of the body (including waist, hip, and thighs) were irradiated during all ergometries of the intervention period with visible light and a predominant part of water-filtered infrared-A (wIRA), using the irradiation unit “Hydrosun® 6000” with 10 wIRA radiators (Hydrosun® Medizintechnik, Müllheim, Germany, radiator type 500, 4 mm water cuvette, yellow filter, water-filtered spectrum 500-1400 nm) around a speed independent bicycle ergometer.
Main variable of interest: change of “the sum of circumferences of waist, hip, and both thighs of each patient” over the intervention period (4 weeks). Additional variables of interest: body weight, body mass index BMI, body fat percentage, fat mass, fat-free mass, water mass (analysis of body composition by tetrapolar bioimpedance analysis), assessment of an arteriosclerotic risk profile by blood investigation of variables of lipid metabolism (cholesterol, triglycerides, high density lipoproteins HDL, low density lipoproteins LDL, apolipoprotein A1, apolipoprotein B), clinical chemistry (fasting glucose, alanin-aminotransferase ALT (= glutamyl pyruvic transaminase GPT), gamma-glutamyl-transferase GGT, creatinine, albumin), endocrinology (leptin, adiponectin (= adipo Q), homocysteine, insulin). All variables were at least measured before and after the intervention period. Ergometry (ECG, blood pressure behaviour, lactate curve with power at 2, 3 and 4 mmol/l) before the intervention period. In addition: nutrition training ahead of and during the intervention period with a nutrition protocol over one week for assessment of the daily energy intake; calculation of basic metabolic rate and total energy requirement. Assessment of undesired effects.
Only methods of non-parametric statistics were used, both descriptive (median, percentiles of 25 and 75 (= interquartile range), minimum, maximum) and confirmatory (two-sided Mann-Whitney U test for unpaired samples for the only one main variable of interest). Total error probability: .05 (5%). An intention to treat analysis ITT with last observed carry forward method was used preferably (presented results) and in addition an on treatment analysis OT. Only 2 (treatment group) and 4 (control group) drop-outs occurred (mostly due to lack of time).
Results: The “sum of circumferences of waist, hip, and both thighs of each patient” decreased during the 4 weeks significantly more (p<.001) in the wIRA group than in the control group: medians and interquartile ranges: -8.0 cm (-10.5 cm/-4.1 cm) vs. -1.8 cm (-4.4 cm/0.0 cm).
As well “body weight of each patient” decreased during the 4 weeks markedly more in the wIRA group than in the control group: medians and interquartile ranges: -1.9 kg (-4.0 kg/0.0 kg) vs. 0.0 kg (-1.5 kg/+0.4 kg); median of body weight changed from 99.3 kg to 95.6 kg (wIRA) vs. 89.9 kg to 89.6 kg (control). A similar effect showed the body mass index BMI.
Blood variables of interest remained unchanged or showed some slight improvements during the treatment period, concerning most variables with no obvious differences between the two groups; insulin showed a slight trend to decrease in the wIRA group and to increase in the control group.
Undesired effects of the treatment were not seen.
Discussion: The results of the study suggest, that wIRA – during moderate bicycle ergometer endurance exercise as lipolytic stimulus – increases local lipolysis with a local fat reduction (thighs) in the otherwise bradytrophic fatty tissue. The presumably underlying mechanisms of wIRA have already been proven: wIRA acts both by thermal effects and by non-thermal effects. Thermal effects of wIRA are the generation of a therapeutic field of warmth with the increase of tissue temperature, tissue oxygen partial pressure, and tissue blood flow, and by this regional metabolism. As fatty tissue normally has a slow metabolism (bradytrophic and hypothermic tissue) with a low rate of lipolysis, wIRA can increase lipolysis in fatty tissue and the mobilized fats are burned in musculature during the ergometer exercise.
Conclusion: The results of the study indicate, that wIRA irradiation during moderate ergometer endurance exercise can be used – in combination with an appropriate nutrition – to improve body composition, especially local fat distribution, and the reduction of fat and body weight in obese persons.
Aim of the study: Investigation, whether water-filtered infrared-A (wIRA) irradiation during moderate bicycle ergometer endurance exercise has effects especially on local fat reduction and on weight reduction beyond the effects of ergometer exercise alone.
Methods: Randomised controlled study with 40 obese females (BMI 30-40 (median: 34.5), body weight 76-125 (median: 94.9) kg, age 20-40 (median: 35.5) years, isocaloric nutrition), 20 in the wIRA group and 20 in the control group. In both groups each participant performed 3 times per week over 4 weeks for 45 minutes bicycle ergometer endurance exercise with a constant load according to a lactate level of 2 mmol/l (aerobic endurance load, as determined before the intervention period). In the wIRA group in addition large parts of the body (including waist, hip, and thighs) were irradiated during all ergometries of the intervention period with visible light and a predominant part of water-filtered infrared-A (wIRA), using the irradiation unit “Hydrosun® 6000” with 10 wIRA radiators (Hydrosun® Medizintechnik, Müllheim, Germany, radiator type 500, 4 mm water cuvette, yellow filter, water-filtered spectrum 500-1400 nm) around a speed independent bicycle ergometer.
Main variable of interest: change of “the sum of circumferences of waist, hip, and both thighs of each patient” over the intervention period (4 weeks). Additional variables of interest: body weight, body mass index BMI, body fat percentage, fat mass, fat-free mass, water mass (analysis of body composition by tetrapolar bioimpedance analysis), assessment of an arteriosclerotic risk profile by blood investigation of variables of lipid metabolism (cholesterol, triglycerides, high density lipoproteins HDL, low density lipoproteins LDL, apolipoprotein A1, apolipoprotein B), clinical chemistry (fasting glucose, alanin-aminotransferase ALT (= glutamyl pyruvic transaminase GPT), gamma-glutamyl-transferase GGT, creatinine, albumin), endocrinology (leptin, adiponectin (= adipo Q), homocysteine, insulin). All variables were at least measured before and after the intervention period. Ergometry (ECG, blood pressure behaviour, lactate curve with power at 2, 3 and 4 mmol/l) before the intervention period. In addition: nutrition training ahead of and during the intervention period with a nutrition protocol over one week for assessment of the daily energy intake; calculation of basic metabolic rate and total energy requirement. Assessment of undesired effects.
Only methods of non-parametric statistics were used, both descriptive (median, percentiles of 25 and 75 (= interquartile range), minimum, maximum) and confirmatory (two-sided Mann-Whitney U test for unpaired samples for the only one main variable of interest). Total error probability: .05 (5%). An intention to treat analysis ITT with last observed carry forward method was used preferably (presented results) and in addition an on treatment analysis OT. Only 2 (treatment group) and 4 (control group) drop-outs occurred (mostly due to lack of time).
Results: The “sum of circumferences of waist, hip, and both thighs of each patient” decreased during the 4 weeks significantly more (p<.001) in the wIRA group than in the control group: medians and interquartile ranges: -8.0 cm (-10.5 cm/-4.1 cm) vs. -1.8 cm (-4.4 cm/0.0 cm).
As well “body weight of each patient” decreased during the 4 weeks markedly more in the wIRA group than in the control group: medians and interquartile ranges: -1.9 kg (-4.0 kg/0.0 kg) vs. 0.0 kg (-1.5 kg/+0.4 kg); median of body weight changed from 99.3 kg to 95.6 kg (wIRA) vs. 89.9 kg to 89.6 kg (control). A similar effect showed the body mass index BMI.
Blood variables of interest remained unchanged or showed some slight improvements during the treatment period, concerning most variables with no obvious differences between the two groups; insulin showed a slight trend to decrease in the wIRA group and to increase in the control group.
Undesired effects of the treatment were not seen.
Discussion: The results of the study suggest, that wIRA – during moderate bicycle ergometer endurance exercise as lipolytic stimulus – increases local lipolysis with a local fat reduction (thighs) in the otherwise bradytrophic fatty tissue. The presumably underlying mechanisms of wIRA have already been proven: wIRA acts both by thermal effects and by non-thermal effects. Thermal effects of wIRA are the generation of a therapeutic field of warmth with the increase of tissue temperature, tissue oxygen partial pressure, and tissue blood flow, and by this regional metabolism. As fatty tissue normally has a slow metabolism (bradytrophic and hypothermic tissue) with a low rate of lipolysis, wIRA can increase lipolysis in fatty tissue and the mobilized fats are burned in musculature during the ergometer exercise.
Conclusion: The results of the study indicate, that wIRA irradiation during moderate ergometer endurance exercise can be used – in combination with an appropriate nutrition – to improve body composition, especially local fat distribution, and the reduction of fat and body weight in obese persons.
Keywords: water-filtered infrared-A (wIRA), weight reduction, local fat reduction, bicycle ergometer endurance exercise, lipolysis, randomised controlled study, intervention trial, body weight, body mass index BMI, analysis of body composition, tetrapolar bioimpedance analysis, lactate, lipid metabolism, cholesterol, triglycerides, high density lipoproteins HDL, low density lipoproteins LDL
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Eindringvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung fördert die Heilung akuter und chronischer Wunden sowohl über thermische und temperaturabhängige als auch über nichtthermische und temperaturunabhängige Effekte. Wassergefiltertes Infrarot A steigert die Temperatur (+2,7°C in einer Gewebetiefe von 2 cm) und den Sauerstoffpartialdruck im Gewebe (+32% in einer Gewebetiefe von 2 cm) und die Gewebedurchblutung. Diese 3 Faktoren sind entscheidend für eine ausreichende Versorgung des Gewebes mit Energie und Sauerstoff und deshalb auch für Wundheilung und Infektionsabwehr. Wassergefiltertes Infrarot A hilft sowohl bei der normalen als auch bei der gestörten Wundheilung, indem es Entzündungsreaktionen und erhöhte Wundsekretion mindert, Infektionsabwehr und Regeneration fördert und Wundschmerzen lindern helfen kann. Die genannten Effekte wurden in insgesamt 7 prospektiven Studien (davon 6 randomisierten kontrollierten Studien) belegt, die meisten mit einem Evidenzgrad von Ia bzw. Ib. Die hier zusätzlich dargestellten Fallbeispiele komplizierter Wundheilungsverläufe illustrieren die belegten Wirkungen von wIRA. Nicht nur in den hier gezeigten 6 Fällen wendeten die Bestrahlungen mit wIRA komplizierte Wundheilungsverläufe zum Besseren und ermöglichten nach ganz unterschiedlich langen Gesamtdauern der Bestrahlungen (in den 6 Fällen: von 51–550 h) und nach verschieden langen Gesamtdauern der Wundpflege, meist nach Transplantation von Spalthautgittern, die Heilung der Wunden. Bei komplizierten Wundheilungsverläufen ersetzt wIRA nicht den Rat und ggf. auch die Behandlung eines erfahrenen plastischen Chirurgen und eines Chirurgen mit der Spezialisierung in septischer Chirurgie. Mit dieser Einschränkung kann wIRA als wertvolle Ergänzung der Behandlung von akuten und chronischen Wunden empfohlen werden.
Einleitung Welche Methoden der Leistungssteigerung gibt es eigentlich im Sport? Von körperlicher Aktivität und Training (mit einer Fülle positiver Wirkungen) über Ernährung und Nahrungsergänzungsmittel bis zu unerlaubten Mitteln. Welche Methoden wirken? Was ist sinnvoll? Was ist erlaubt? Was ist überflüssig? Wo kann der einzelne mit seinen eigenen Erwartungshaltungen dazu beitragen, zum Beispiel unrealistischen Leistungsdruck gegenüber Sporttreibenden und damit eine potentielle Dopingproblematik im Ursprung zu vermeiden? Diese Fragen wollte die Veranstaltung „Leistungssteigerung im Sport - Ursachen, Methoden, Bewertungen, Lösungen“ des Arbeitskreises Sportmedizin der Akademie für ärztliche Fortbildung und Weiterbildung der Landesärztekammer Hessen (Prof. Dr. med. Gerd Hoffmann, Prof. Dr. med. Ingeborg Siegfried) und des Hessischen Ärzteblattes (Prof. Dr. med. Toni Graf-Baumann) in Zusammenarbeit mit der Sektion Breiten-, Freizeit- und Alterssport der Deutschen Gesellschaft für Sportmedizin und Prävention (DGSP), der Verbände mit besonderer Aufgabenstellung, Verbände für Wissenschaft und Bildung und Förderverbände (VmbAWBF) im Deutschen Sportbund (DSB) und dem FIFA Medical Assessment and Research Center (F-MARC) in einer bevölkerungsoffenen Informationsveranstaltung am 09.05.2003 und einer Fort- und Weiterbildungsveranstaltung am 10.05.2003 beantworten. Bericht über die Beiträge - Eröffnung - Ursachen für Leistungssteigerung im Sport und Lösungsansätze (Dr. med. Udo Schreiber) - Training, Übertraining, Regeneration, Rehabilitation - Grundsätzliche Überlegungen unter spezieller Berücksichtigung des Bewegungssystems (Dr. med. Udo Schreiber) - Training, Übertraining, Regeneration, Rehabilitation - sportmedizinisch-internistische Aspekte: Wirkung körperlicher Aktivität auf verschiedene Organsysteme (Prof. Dr. med. Gerd Hoffmann) - Muskulatur und Muskelphysiologie (Dr. med. Udo Schreiber) - Auswirkungen körperlicher Aktivität auf das Immunsystem (Prof. Dr. med. Reinhard Bretzel) - Sport trotz Medikamenten und Medikamente wegen Sport (Prof. Dr. med. Bernd Waldecker) - Ernährung und Sport einschließlich sportartspezifischer und trainingsphasenspezifischer Aspekte (Prof. Dr. med. Gerd Hoffmann) - Flüssigkeitssubstitution im Sport (Diplom-Oecotrophologin Dr. Annette Hauenschild) - Nahrungsergänzungsmittel zur Leistungssteigerung im Sport (Dr. med. Kurt-Reiner Geiß) - Leistungssteigernde Mittel und Methoden im Sport; Grenzen zur verbotenen Leistungssteigerung im Sport - Doping im Sport (Prof. Dr. med. Eide-Dittmar Lübs) - Ethische und rechtliche Aspekte verbotener Leistungssteigerung (Prof. Dr. med. Toni Graf-Baumann) - Brauchen wir leistungssteigernde Verfahren? Lösungsansätze (Dr. med. Dierk Heimann)
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Eindringvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung. wIRA wirkt sowohl über thermische und temperaturabhängige als auch über nicht-thermische und temperaturunabhängige Effekte. wIRA erzeugt ein therapeutisch nutzbares Wärmefeld im Gewebe und steigert Temperatur und Sauerstoffpartialdruck im Gewebe sowie die Gewebedurchblutung. Diese drei Faktoren sind entscheidend für eine ausreichende Versorgung des Gewebes mit Energie und Sauerstoff und deshalb auch für alle Prozesse der Regeneration und Heilung, wie Wundheilung und Infektionsabwehr. wIRA vermag Schmerzen deutlich zu mindern (mit bemerkenswert niedrigerem Analgetikabedarf) und eine erhöhte Sekretion (bei Wunden oder z.B. tracheal/bronchial) und Entzündung herabzusetzen sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen. wIRA kann sowohl bei akuten als auch bei chronischen Wunden einschließlich infizierter Wunden die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern. Selbst der normale Wundheilungsprozess kann verbessert werden. wIRA kann zur Therapie von hartnäckigen vulgären Hand- und Fußwarzen (ein Therapiezyklus mit kontinuierlicher Keratolyse mit Salizylsäurepflaster, unblutiger Kürettage, einer wIRA-Bestrahlung von 30 Minuten pro Woche für 6-9 Wochen), bei Herpes labialis, Herpes zoster, Condylomata acuminata, Sklerodermie, Morphea und Akne papulopustulosa eingesetzt werden. wIRA kann zur Resorptionsverbesserung topischer Dermatika und Substanzen (wie Cortison oder lokaler Anästhetika) als Alternative zu einem Okklusivverband verwendet werden. wIRA kann im Rahmen einer photodynamischen Therapie zusammen mit einer oder mehreren Wirkbanden im sichtbaren Bereich und einem topisch aufgetragenen Photosensibilisator bei aktinischen Keratosen eingesetzt werden. Im Rahmen von Physiotherapie, Sportmedizin und Orthopädie kann die klinische Anwendung von wIRA präventiv, therapeutisch, regenerativ oder rehabilitativ erfolgen. wIRA kann eingesetzt werden bei muskulären Verspannungen, Myogelosen, Lumbago, Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises, M. Bechterew, Arthrosen, Arthritiden, Kontusionen, Fibromyalgie (vorzugsweise wIRA in Kombination mit Bewegung, d.h. wIRA mit leichter Ergometerarbeit), zur Regeneration nach Sport (wIRA allein oder wIRA in Kombination mit Bewegung), zur postoperativen Rehabilitation und zur Förderung der Lipolyse (wIRA in Kombination mit Bewegung). In der Neonatologie kann wIRA zur Aufrechterhaltung oder Erhöhung der Körpertemperatur und zum Erzeugen eines "Wärmedepots" vor einem erforderlichen Transport des Neugeborenen verwendet werden. In der Onkologie kann wIRA für eine (lokale oder systemische) Hyperthermie in Kombination mit Strahlentherapie oder Chemotherapie eingesetzt 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.
Principles and working mechanisms of water-filtered infrared-A (wIRA) in relation to wound healing
(2007)
The experience of the pleasant heat of the sun in moderate climatic zones arises from the filtering of the heat radiation of the sun by water vapor in the atmosphere of the earth. The filter effect of water decreases those parts of infrared radiation (most parts of infrared-B and -C and the absorption bands of water within infrared-A), which would cause – by reacting with water molecules in the skin – only an undesired thermal load to the surface of the skin. Technically water-filtered infrared-A (wIRA) is produced in special radiators, whose full spectrum of radiation of a halogen bulb is passed through a cuvette, containing water, which absorbs or decreases the described undesired wavelengths of the infrared radiation. Within infrared the remaining wIRA (within 780-1400 nm) mainly consists of radiation with good penetration properties into tissue and therefore allows – compared to unfiltered heat radiation – a multiple energy transfer into tissue without irritating the skin, similar to the sun’s heat radiation in moderate climatic zones. Typical wIRA radiators emit no ultraviolet (UV) radiation and nearly no infrared-B and -C radiation and the amount of infrared-A radiation in relation to the amount of visible light (380-780 nm) is emphasized. Water-filtered infrared-A as a special form of heat radiation with a high tissue penetration and with a low thermal load to the skin surface acts both by thermal (related to heat energy transfer) and thermic (temperature depending, with a relevant change of temperature) as well as by non-thermal (without a relevant transfer of heat energy) and non-thermic (not depending on temperature, without a relevant change of temperature) effects. wIRA produces a therapeutically usable field of heat in the tissue and increases tissue temperature, tissue oxygen partial pressure, and tissue perfusion. These three factors are vital for a sufficient tissue supply with energy and oxygen. As wound healing and infection defense (e.g. granulocyte function including their antibacterial oxygen radical formation) depend decisively on a sufficient supply with energy and oxygen, one explanation for the good clinical effect of wIRA on wounds and wound infections can be the improvement of both the energy supply per time (increase of metabolic rate) and the oxygen supply. In addition wIRA has non-thermal and non-thermic effects, which are based on putting direct stimuli on cells and cellular structures. wIRA can considerably alleviate the pain (with remarkably less need for analgesics) and diminish an elevated wound exudation and inflammation and can show positive immunomodulatory effects. wIRA can advance wound healing or improve an impaired wound healing both in acute and in chronic wounds including infected wounds. Even the normal wound healing process can be improved. wIRA is contact-free, easily applied, without discomfort to the patient, with absent consumption of material and with a good effect in the depth. The irradiation of the typically uncovered wound is carried out with a wIRA radiator.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) wird erfolgreich in der Wundbehandlung, selbst bei chronischen Problemwunden, eingesetzt. Prof. Dr. Gerd Hoffmann, Facharzt für Innere Medizin, Sportmedizin und Notfallmedizin, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt a. M., erklärt, was bei diesem Verfahren passiert.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung ist ein kontaktfreies, verbrauchsmaterialfreies, leicht anwendbares, als angenehm empfundenes Verfahren mit guter Tiefenwirkung, das der Sonnenwärmestrahlung auf der Erdoberfläche in gemäßigten Klimazonen (Filterwirkung des Wasserdampfs der Erdatmosphäre) nachempfunden ist. Durch die Wasserfilterung werden die Strahlungsanteile des Infrarot gemindert (sogenannte Wasserbanden innerhalb des Infrarot A sowie die meisten Teile des Infrarot B und C), die sonst durch Wechselwirkung mit Wassermolekülen in der Haut eine unerwünschte thermische Belastung der obersten Hautschicht bewirken würden. Anwendung: Die Bestrahlung der unbedeckten Haut oder Wunde erfolgt typischerweise aus ca. 25 cm Abstand senkrecht zur Haut mit einem Bestrahlungsabstand, der mindestens der Distanzstablänge des Strahlers entsprechen sollte (abhängig vom Strahlertyp z.B. ca. 25 cm), mit einem wIRA-Strahler täglich ein- bis zweimal über 20-30 Minuten oder länger. Bei Patienten mit gestörtem Sensorium (z.B. diabetischer Polyneuropathie) oder gestörter Rückäußerungsfähigkeit, bei kaltem oder schlecht durchblutetem Gewebe oder geringem Unterhautgewebe (z.B. Schienbeinkante) ist ein größerer Bestrahlungsabstand (geringere Bestrahlungsstärke) zu wählen. Wirkungsweise: wIRA hat ein hohes Penetrationsvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung und vermag über thermische und nicht-thermische Effekte wesentliche, auch energetisch bedeutsame Faktoren der Wundheilung zu verbessern. Die klinische Wirkung von wIRA auf Wunden einschließlich Problemwunden und Wundinfektionen lässt sich unter anderem 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 der drei entscheidenden Faktoren für die Wundheilung: der Gewebetemperatur, des Sauerstoffpartialdrucks im Gewebe und der Gewebedurchblutung. Zu den thermischen Effekten gehört der Aufbau eines therapeutischen Wärmefelds über das Erreichen hautoberflächennaher Kapillarbereiche durch die Infrarot-A-Strahlung (Primärerwärmung), Wärmeabtransport durch das Blut (Kühlung hautoberflächennaher Gewebebereiche, Wärmetransport in die Tiefe), Erhöhung der Kapillardurchblutung mit Ausweitung der der Strahlung zugänglichen Durchblutungsbereiche, Gewebewärmeleitung in die Tiefe und sekundäre Energiefreisetzung durch Stoffwechselanregung (Stoffwechselsteigerung) infolge Temperatursteigerung (gemäß der Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel bedeuten z. B. 3°C mehr Temperatur ca. 30% mehr Reaktionsgeschwindigkeit und damit mehr Energiebereitstellung im Gewebe) bei relativ hoher primärer Tiefenwirksamkeit von wIRA. Daneben wurden auch nicht-thermische Effekte von Infrarot A auf Zellen und zelluläre Strukturen mit Reaktionen der Zellen im Sinne einer Reizsetzung zum Teil auch bei sehr kleinen Bestrahlungsintensitäten beschrieben, wie zielgerichtetes Plasmodienwachstum, Beeinflussung der Cytochrom-c-Oxidase, zielgerichtetes Wachstum von Neuronen sowie zellschützende Effekte von Infrarot A und wassergefiltertem Infrarot A (wIRA). Eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht und wassergefiltertem Infrarot A (VIS+wIRA) wirkt vermutlich mit endogenem Protoporphyrin IX (oder Protoporphyrin IX von Bakterien) quasi als milde Photodynamische Therapie (endogener PDT-ähnlicher Effekt) zellregenerationsfördernd und damit wundheilungsfördernd und wahrscheinlich auch infektionspräventiv bzw. antibakteriell (mögliche wIRA-bedingte Verstärkung der Photoinaktivierung von Bakterien durch sichtbares Licht). Von der klinischen Erfahrung werden unter Bestrahlung mit VIS+wIRA einfache Wundinfektionen zum Teil ohne Antibiotikum oder Antiseptikum binnen Tagen überwunden. Verträglichkeit: Für wIRA in angemessenen therapeutischen Bestrahlungsstärken und -dosen konnte nicht nur gezeigt werden, dass es für menschliche Haut unbedenklich ist (unter anderem keine Induktion von Matrix-Metalloproteinasen), sondern dass es zellschützende Effekte gegen die durch UV-Strahlung hervorgerufenen Schäden hat. Technische Erzeugung: In speziellen Strahlern tritt die gesamte Strahlung eines 3000-Kelvin-Halogen-Strahlers durch eine Wasser enthaltende Küvette hindurch, so dass die unerwünschten Strahlungsanteile gemindert oder herausgefiltert werden. Das verbleibende wassergefilterte Infrarot A (wIRA, im Bereich 780-1400 nm) besteht hauptsächlich aus Strahlung mit gutem Eindringvermögen ins Gewebe und erlaubt deshalb gegenüber ungefiltertem Infrarot einen mehrfachen Energieeintrag in das Gewebe bei geringerer thermischer Belastung der Hautoberfläche. Indikationsbereich: Wassergefiltertes Infrarot A kann sowohl bei akuten Wunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien bei frischen abdominellen Op-Wunden und bei schwerbrandverletzten Kindern) als auch bei chronischen Wunden und Problemwunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie sowie prospektive Studie bei chronischen venösen Unterschenkel-Ulzera mit unter anderem aufwendiger thermographischer Verlaufskontrolle) einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich mindern, 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. Weiterhin kann wIRA auch bei Wunden zur Resorptionsverbesserung und damit Wirkungsverstärkung topisch aufgetragener Substanzen eingesetzt werden.
Water-filtered infrared-A (wIRA) as a special form of heat radiation with a high tissue penetration and with a low thermal load to the skin surface acts both by thermal and thermic as well as by non-thermal and non-thermic effects. wIRA produces a therapeutically usable field of heat in the tissue and increases tissue temperature, tissue oxygen partial pressure, and tissue perfusion. These three factors are decisive for a sufficient tissue supply with energy and oxygen and consequently as well for wound healing and infection defense.
wIRA can considerably alleviate the pain (with remarkably less need for analgesics) and diminish an elevated wound exudation and inflammation and can show positive immunomodulatory effects. wIRA can advance wound healing or improve an impaired wound healing both in acute and in chronic wounds including infected wounds. Even the normal wound healing process can be improved.
A prospective, randomized, controlled, double-blind study with 111 patients after major abdominal surgery at the University Hospital Heidelberg, Germany, showed with 20 minutes irradiation twice a day (starting on the second postoperative day) in the group with wIRA and visible light VIS (wIRA(+VIS), approximately 75% wIRA, 25% VIS) compared to a control group with only VIS a significant and relevant pain reduction combined with a markedly decreased required dose of analgesics: during 230 single irradiations with wIRA(+VIS) the pain decreased without any exception (median of decrease of pain on postoperative days 2-6 was 13.4 on a 100 mm visual analog scale VAS 0-100), while pain remained unchanged in the control group (p<0.001). The required dose of analgesics was 57-70% lower in the subgroups with wIRA(+VIS) compared to the control subgroups with only VIS (median 598 versus 1398 ml ropivacaine, p<0.001, for peridural catheter analgesia; 31 versus 102 mg piritramide, p=0.001, for patient-controlled analgesia; 3.4 versus 10.2 g metamizole, p=0.005, for intravenous and oral analgesia). During irradiation with wIRA(+VIS) the subcutaneous oxygen partial pressure rose markedly by approximately 30% and the subcutaneous temperature by approximately 2.7°C (both in a tissue depth of 2 cm), whereas both remained unchanged in the control group: after irradiation the median of the subcutaneous oxygen partial pressure was 41.6 (with wIRA) versus 30.2 mm Hg in the control group (p<0.001), the median of the subcutaneous temperature was 38.9 versus 36.4°C (p<0.001). The overall evaluation of the effect of irradiation, including wound healing, pain and cosmesis, assessed on a VAS (0-100 with 50 as indifferent point of no effect) by the surgeon (median 79.0 versus 46.8, p<0.001) or the patient (79.0 versus 50.2, p<0.001) was markedly better in the group with wIRA compared to the control group. This was also true for single aspects: Wound healing assessed on a VAS by the surgeon (median 88.6 versus 78.5, p<0.001) or the patient (median 85.8 versus 81.0, p=0.040, trend) and cosmetic result assessed on a VAS by the surgeon (median 84.5 versus 76.5, p<0.001) or the patient (median 86.7 versus 73.6, p=0.001). In addition there was a trend in favor of the wIRA group to a lower rate of total wound infections (3 of 46, approximately 7%, versus 7 of 48, approximately 15%, p=0.208) including late infections after discharge, caused by the different rate of late infections after discharge: 0 of 46 in the wIRA group and 4 of 48 in the control group. And there was a trend towards a shorter postoperative hospital stay: 9 days in the wIRA group versus 11 days in the control group (p=0.037). The principal finding of this study was that postoperative irradiation with wIRA can improve even a normal wound healing process.
A prospective, randomized, controlled, double-blind study with 45 severely burned children at the Children’s Hospital Park Schönfeld, Kassel, Germany, showed with 30 minutes irradiation once a day (starting on the first day, day of burn as day 1) in the group with wIRA and visible light VIS (wIRA(+VIS), approximately 75% wIRA, 25% VIS) compared to a control group with only VIS a markedly faster reduction of wound size. On the fifth day (after 4 days with irradiation) decision was taken, whether surgical debridement of necrotic tissue was necessary because of deeper (second degree, type b) burns (11 of 21 in the group with wIRA, 14 of 24 in the control group) or non-surgical treatment was possible (second degree, type a, burns). The patients treated conservatively were kept within the study and irradiated till complete reepithelialization. The patients in the group with wIRA showed a markedly faster reduction of wound area: a median reduction of wound size of 50% was reached already after 7 days compared to 9 days in the control group, a median reduction of wound size of 90% was already achieved after 9 days compared to 13 days in the control group. In addition the group with wIRA showed superior results till 3 months after the burn in terms of the overall surgical assessment of the wound, cosmesis, and assessment of effects of irradiation compared to the control group.
In a prospective, randomized, controlled study with 12 volunteers at the University Medical Center Charité, Berlin, Germany, within each volunteer 4 experimental superficial wounds (5 mm diameter) as an acute wound model were generated by suction cup technique, removing the roof of the blister with a scalpel and a sterile forceps (day 1). 4 different treatments were used and investigated during 10 days: no therapy, only wIRA(+VIS) (approximately 75% wIRA, 25% VIS; 30 minutes irradiation once a day), only dexpanthenol (= D-panthenol) cream once a day, wIRA(+VIS) and dexpanthenol cream once a day. Healing of the small experimental wounds was from a clinical point of view excellent with all 4 treatments. Therefore there were only small differences between the treatments with slight advantages of the combination wIRA(+VIS) and dexpanthenol cream and of dexpanthenol cream alone concerning relative change of wound size and assessment of feeling of the wound area. However laser scanning microscopy with a scoring system revealed differences between the 4 treatments concerning the formation of the stratum corneum (from first layer of corneocytes to full formation) especially on the days 5-7: fastest formation of the stratum corneum was seen in wounds treated with wIRA(+VIS) and dexpanthenol cream, second was wIRA(+VIS) alone, third dexpanthenol cream alone and last were untreated wounds. Bacterial counts of the wounds (taken every 2 days) showed, that wIRA(+VIS) and the combination of wIRA(+VIS) with dexpanthenol cream were able to inhibit the colonisation with physiological skin flora up to day 5 when compared with the two other groups (untreated group and group with dexpanthenol cream alone). At any investigated time, the amount of colonisation under therapy with wIRA(+VIS) alone was lower (interpreted as more suppressed) compared with the group with wIRA(+VIS) and dexpanthenol cream.
During rehabilitation after hip and knee endoprosthetic operations the resorption of wound seromas and wound hematomas was both clinically and sonographically faster and pain was reduced by irradiation with wIRA(+VIS).
wIRA can be used successfully for persistent postoperative pain e.g. after thoracotomy.
As perspectives for wIRA it seems clinically prudent to use wIRA both pre- and postoperatively, e.g. in abdominal and thoracic operations. wIRA can be used preoperatively (e.g. during 1-2 weeks) to precondition donor and recipient sites of skin flaps, transplants or partial-thickness skin grafts, and postoperatively to improve wound healing and to decrease pain, inflammation and infections at all mentioned sites. wIRA can be used to support routine pre- or intraoperative antibiotic administration or it might even be discussed to replace this under certain conditions by wIRA.
