LED와 피부

생화학적인 효과는 광원의 파장, 조사량, 세기, 조사시간, 광 조사방법(연속 광 또는 펄스 광) 등 다양한 변수들에 의존한다. 

의학적으로는 광원의 조사 주기, 치료의 횟수 및 치료 주기 등에 의존한다. 따라서 피부질환 치료를 위한 LED 광원의 특성을 피부 특성에 맞게 조절하는 것이 중요하다.

LED 광원은 파장으로 구분된다. 다른 파장은 세포조직 내에서  다른 생화학 반응을 일으킨다. 일반적으로 장 파장의 광이 세포 내로 깊이 침투하기 때문이다. 세포조직의 종류에 따라 다르지만, 400nm 파장의 광은 1mm 이하의 투과 깊이를, 514nm 파장의 광은 0.5~2mm의 투과 깊이를, 630nm 파장의 광은 1~6mm의 투과 깊이를 갖고, 700~900nm 파장의 광은 더 깊이 침투할 수 있다.

세포와 세포조직은 각각의 고유한 광 흡수 특성을 갖고 있다. 즉, 특정 파장의 광만을 흡수하는 것이다. 광선요법의 최대 효율을 위해서는 광이 목적하는 세포나 세포조직까지 침투할 수 있는 파장을 선정 해야 한다. 

붉은색은 피부의 깊은 층에 있는 피지선 (sebaceous glad)의 활성화에 이용되고, 파란색은 PDT 방법을 이용해 표피(epidermis)에 있는 각질(keratoses)을 활성화하여 피부의 표면 상태를 조절 하는 데 이용될 수 있다.

LED 광원을 이용한 광선요법 적용을 위해서는 매우 깊은 침투 깊이를 갖는 파장의 광이 효과적이다. 예를 들어, 2.3mm의 투과 깊이를 갖는 660nm 파장의 광은 섬유아세포(fibroblast)에서부터 망상진피(reticular dermis)까지 효과를 발휘한다. LED 광원은 분자 색소포나 광수용기가 잘 흡수할 수 있는 파장대역 을 갖고 있어야 한다.

피부조직 내에는 수많은 내생적 색소포(endogenous chromophore)가 존재하므로 특정 피부질환 치료를 위한 적절한 LED 광원의 파장을 선별해야 한다. 또한 치료목적으로 세포나 피부세포에 외부적으로 더해지는 외생적 색소포(exogenous chromophore) 가 존재할 수 있으므로 이 또한 고려되어야 한다. 

LED 광원을 통해 피부 질환을 치료하는 데 있어서 다음 두 영역의 파장 대역은 사용에 주의해야 한다. 600nm 파장 이하의 광은 혈액내 헤모글로빈에 의해 잘 흡수되므로 피부 세포의 광자 흡수를 방해한다. 1000nm 이상의 장 파장 광원은 피부내 수분에 의해 잘 흡수되는데 이는 피부내 섬유아세포에 있는 색소포의 활성화를 방해한다.  

LED 광원의 피부 조사량(dose)에 따라 그 치료 효율은 달라질 수 있다. 광원의 조사량은 J/cm2으로 표현할 수 있고 여기에 시간을 곱한 것으로도 표현할 수 있다. 세기가 강한 광원을 짧은 시간 조사한 것과 세기가 약한 광원을 오랜 시간 조사하는 경우 동일한 조사량을 갖는다. 이를 호혜성(reciprocity)이라 한 다. 하지만, LLLT 방법과 LED 광원을 이용하는 피부질환 치료에서 호혜성이 정확히 적용되는지는 아직 논란의 여지가 많다. 

특히 상처치료에 있어 다양한 세기의 LED 광원을 서로 다른 시간 동안 조사하여 동일한 조사량을 상처에 노출시키는 경우, 반드시 치료 효율이 동일한 것은 아니다. 광원의 세기가 강한 경우 조사량 측면에서는 조사 시간을 줄일 수 있다.
하지만, 광저해(photoinhibition) 효과가 나타난다. 조사량 측면에서 LED 광원의 동작을 연속적으로 또는 펄스 형태로 조절할 수 있다. 펄스 형태의 경우 펄스의 주기, 반복시간, 간격, 점등시간, 점멸시간 등 다양한 변수를 통한 조사량 변화가 가능하다. 하지만, 이와 관련된 정확한 치료효율의 결과는 아직까지 명확히 밝혀지지 않았다. 

특별한 경우에 대해 살펴보면, 매우 짧은 펄스의 LED 광원은 연속조사의 경우보다 세포조직 내에서 깊이 침투할 수 있다. 이런 경우, 처음의 강한 펄스는 피부의 위층에 있는 세포조직을 여기 상태로 만들고 아래층의 세포조직까지 광이 투과할 수 있는 통로를 열어주는 역할을 하기 때문이다. 매우 긴 펄스는 세포탈진(cellular exhaustion)을 일으킬 수 있고, 매우 짧은 펄스는 세포조직내 생화학 반응을 일으키기에 불충분한 에너지를 전달할 수 있으므로 적절한 펄스 시간을 선별하는 것이 중요하다. 마지막으로 세포조직의 건강 상태에 따라서 LED 광원을 이용한 피부질환 치료 효율이 결정된다. 

건강하지 않은 상태의 세포조직은 건강한 세포조직에 비하여 보다 빨리 LED 광원에 반응한다. LED 광원에 조사되는 시점에 미숙한 상태에 있는 세포에 대해 광원은 보다 자극적인 세포 확산을 유도할 수 있다. 광의 조사는 전교원질(procollagen; 콜라겐) 생산과 저장을 유도하고 세포의 잠재력을 극대치로 끌어 올릴 수 있기 때문이다.