СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ РОСТА ВОЛОС И МОДУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HAIR GROWTH MODULATION AND MODULATION APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу модуляции роста волос, при котором рост волос модулируется с помощью света, и к модулирующему устройству для модуляции роста волос в соответствии с упомянутым способом.
Предшествующий уровень техники
В области медицины известно удаление волос с помощью облучения светом. Оно содержит удаление волос посредством некроза, при котором клетки корней волос (и фолликулы волос) разрушаются, используя лазер высокой мощности (класса 4). Однако поскольку при этом легко возникают побочные эффекты, такие как ожоги и возрастные пятна, сопровождающие разрушение клеток, эта процедура может выполняться только врачами-специалистами.
Хотя было бы желательно иметь возможность удаления волос и регенерации волос таким образом, чтобы можно было легко выполнять эти процедуры дома, в настоящее время нет никакой технологии, способной отреагировать на этот спрос. Дополнительно, хотя существует инструмент для оказания помощи росту волос и генерации волос, описанный в японской патентной публикации № 2002-541906, который передает микровибрации на кожу головы при облучении светом, облучение светом в этом случае служит для помощи в проникновении тонизирующего средства для волос в кожу головы, которое доставляет питательные вещества сосочкам волос, и облучение светом не предназначено воздействовать на рост волос или регенерацию волос. Хотя японская патентная публикация № 2005-519692 предлагает способ подавления роста волос с помощью света малой мощности, адекватные эффекты невозможно получить только с помощью указанной в ней технологии.
Сущность изобретения
Учитывая сказанное выше, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа модуляции роста волос, способного модулировать рост волос с помощью облучения маломощным светом, не вызывая существенных неблагоприятных эффектов, и модулирующего устройства для осуществления этого способа.
2
2
Способ модуляции роста волос, заявляемый в настоящем изобретении, отличается тем, что рост волос модулируется посредством облучения участка вокруг корней волос человеческого тела модулирующим светом с длиной волны от 400 нм до 600 нм и энергией от 0,01 Дж/см до 1 Дж/см, так что модулирующий свет поглощается светопоглощающим компонентом человеческого тела, существующим вокруг корней волос.
При поглощении компонентами в теле, содержащими меланин вблизи корней волос, этот модулирующий свет вызывает следующие явления:
1) прерывание роста клеток и вызывание смерти клеток путем образования активного кислорода и других радикалов, приводящих в результате к денатурации ДНК, белков, клеточных мембран и т.п.;
2) вызывание смерти клеток из-за формирования белков реакции напряжения, относящихся к производимой теплоте (белки теплового удара);
3) прерывание роста волос за счет мобилизации или активации транскрипции регулирующих факторов в форме микологического белка и белка p53;
4) изменения толщины и длины волос, регенерированных вслед за снижением количества клеток волосяного матрикса;
5) подавление действий ферментов, которые предотвращают потерю допахинона и допахрома, происходящую в течение процесса формирования меланина в результате облучения светом пигментных клеток, и возникновение смерти клеток из-за потери цитотоксического допахинона, допахрома и т.п.;
6) выпадение волос; и
7) переход с периода роста к периоду покоя в цикле волос.
Таким образом, вместо разрушения клеток в манере традиционной терапевтической оптической технологии удаления волос рост волос модулируется, искусственно стимулируя нормальные клеточные изменения, которые происходят в теле, или физиологическую смерть клетки, которая обычно происходит в течение регрессивного периода цикла волос (апоптоз). Кроме того, поскольку компоненты, которые поглощают свет, не поступают снаружи тела, а скорее являются компонентами, такими как меланин, которым свойственно присутствие в теле, и вырабатываются, чтобы поглощать свет, существует мало неблагоприятных эффектов, относящихся к тепловым или химическим изменениям.
2
2
Кроме того, если излучаемая энергия модулированного света меньше 0,01 Дж/см, невозможно подтвердить, что в результате облучения возникают какие-либо последствия, в то время как, если излучаемая энергия превышает 1 Дж/см, существует беспокойство о возникновении воздействия на тело других эффектов.
Этот модулирующий свет предпочтительно выбирается таким, чтобы иметь длину волны, не попадающую в диапазон от 900 нм до 1500 нм. Поскольку этот диапазон длин волн соответствует диапазону поглощения воды, то посредством исключения этого диапазона длин волн поглощение оптической энергии в воде в теле исключается, делая, таким образом, возможным снизить вредные воздействия на тело.
Модулирующий свет предпочтительно излучается в течение периода времени не более 1 мс. Хотя энергия светового облучения является произведением мощности облучения на время облучения, в случае, когда время облучения превышает 1 мс, адекватные эффекты не могут быть получены из-за взаимозависимости с мощностью облучения.
Настоящее изобретение также обеспечивает устройство модуляции роста волос для осуществления способа модуляции роста волос, описанного выше.
В дополнение к световому излучателю, который излучает модулирующий свет с распределением в диапазоне длин волн от 400 нм до 600 нм, это модулирующее устройство роста волос предпочтительно обеспечивается измерительным средством для измерения спектра поглощения, который человеческое тело поглощает при облучении модулирующим светом, и средством управления для сравнения пикового значения коэффициента поглощения в измеренном спектре поглощения с коэффициентом поглощения на конкретной длине волны, и управления регулированием мощности модулирующего света и времени облучения. В соответствии с работой этого средства управления, соответствующее количество энергии может быть передано корням волос в течение периода роста или регрессивного периода цикла волос, рост волос может быть запрещен в течение периода роста цикла волос, и рост волос может стимулироваться в течение периода покоя цикла волос.
В этом случае средство управления, предпочтительно, по меньшей мере, управляет мощностью и временем облучения для излучения светового пучка с постоянной энергией.
Краткое описание чертежей
Фиг.1(A) - вид в поперечном сечении по ширине светового излучателя, используемого в настоящем изобретении, в то время как фиг.1(B) - вид в поперечном сечении по длине для того же самого;
Фиг.2(A), 2(B) и 2(C) - микрофотографии клеток волосяного матрикса после облучения светом в течение 10 часов;
Фиг.3 - микрофотографии клеток волосяного матрикса после облучения светом в течение 24 часов;
Фиг.4 - микрофотографии клеток волосяного матрикса, для которых выпадение волос произошло после облучения светом в течение 72 часов;
Фиг.5 - пояснительный чертеж кровеносных сосудов, окружающих орган, ответственный за формирование волоса в форме фолликула волоса;
Фиг.6 - пояснительный чертеж, показывающий коэффициенты передачи света, падающего на кожу;
Фиг.7 - пояснительный чертеж, показывающий результаты эксперимента с использованием мышей;
Фиг.8 - пояснительный чертеж цикла волос;
Фиг.9 - блок-схема модулирующего устройства роста волос, соответствующего настоящему изобретению;
Фиг.10 - блок-схема последовательности выполнения операций способа, объясняющая работу устройства, соответствующего настоящему изобретению;
Фиг.11 - электрическая схема устройства освещения, используемого в устройстве, соответствующем настоящему изобретению;
Фиг.12 - чертеж для объяснения настоящего изобретения, которое замедляет результаты измерения спектрального коэффициента отражения кожи на различных длинах волн света, используя выборки от трех человек; и,
Фиг.13 - чертеж для объяснения настоящего изобретения, показывающий зависимость между длиной волны света и поглощением только меланина.
Наилучший вариант осуществления изобретения
На фиг.1 показан излучатель 10 модулирующего света, используемый в настоящем изобретении. Этот излучатель 10 модулирующего света содержит источник света в форме ксеноновой лампы-вспышки 12 и обеспечивает на выходе проходящий через фильтр 14 модулирующий свет в форме вспышки света с длиной волны, например, от 400 нм до 600 нм. Поэтому излучатель 10 модулирующего света обеспечивается конденсатором 14, который накапливает заряд для излучения света ксеноновой лампой-вспышкой 12, и схемой 18 заряда/разряда, которая заряжает и разряжает конденсатор 16. Схема 18 заряда/разряда выполнена с возможностью заставлять ксеноновую лампу-вспышку 12 излучать свет в течение короткого времени, не более 1 мс, посредством разряда конденсатора одноразовым импульсом и вывода вспышки света в форме модулирующего света.
Модулирующий свет, излучаемый излучателем 10 модулирующего света, требуется для поглощения в коже, и при определении его длины волны спектральный коэффициент отражения кожи был измерен на каждой длине волны света, используя пробы от трех человек, как показано на фиг.12. Коэффициент отражения вблизи диапазона от 400 до 600 нм уменьшался во всех пробах, и было обнаружено, что кожа обладает свойствами, облегчающими поглощение света в этом диапазоне длин волн. Это происходит благодаря значительному действию меланина, присутствующего в коже. На фиг.13 показаны спектральные свойства поглощения одного меланина, и один только меланин поглощает 39% облучающего света в случае длины волны облучающего света, например, 567 нм. На основе этого волосы могут стимулироваться светом низкой мощности, используя свет в диапазоне длин волн от 400 до 600 нм, в который входит длина волны 567 нм, на которой свет легко поглощается кожей. Кроме того, ультрафиолетовый свет, имеющий длину волны не более 400 нм и вреден для кожи, ограничивается полосовым фильтром ультрафиолетового диапазона.
2
2
Модулирующий свет, излучаемый ксеноновой лампой-вспышкой, излучается, давая освещенность от 1 500 000 до 7 000 000 люкс при длительности вспышки (по половинному значению пиковой мощности) от 100 до 700 мкс, поскольку количество излучаемого света может быть определено как произведение освещенности и длительности вспышки, в данном случае от 150 люкс-секунд до 4900 люкс-секунд. Кроме того, энергия облучения (Дж/см) является произведением мощности облучения (Вт) и времени облучения (секунды), и посредством управления мощностью облучения (Вт) и временем облучения (секунды) таким образом, чтобы энергия облучения K равнялась, например, 0,1 Дж/см, возникновение неблагоприятных эффектов, связанных с облучением, может быть надежно подавлено. В дополнение к этому, при сравнении случая облучения светом один раз в день с интервалами в несколько дней и случая повторного облучения светом один раз в день в течение 5-10 следующих друг за другом дней, последний случай позволяет использовать источник света с меньшей мощностью.
Как известно, волосы (волосы на теле и волосы на коже головы) имеют цикл волос, в течение которого волосы изменяются циклами, состоящими из периода роста, регрессивного периода и периода покоя. Изобретатели настоящего изобретения экспериментально подтвердили, используя мышей, что, если свет облучает кожу при упомянутых выше условиях облучения, рост волос эффективно подавляется, не вызывая изменений в морфологии клеток, как это наблюдается при существующих терапевтических лазерах и т.п., и не вызывая разрушения клеток, если облучение светом производится в период роста цикла волос. Дополнительно, было подтверждено, что рост волос в течение периода роста цикла волос быстро продолжается, если облучение светом происходит в течение периода покоя цикла волос. Кроме того, было также подтверждено, что неблагоприятные эффекты, такие как ожоги, не происходят.
Хотя причина, по которой рост волос подавляется, когда волосы облучаются светом на уровне, который не вызывает изменений в морфологии клеток в течение периода роста, неясна, основываясь на результатах исследований на уровне РНК, активации воспалительных цитокинов, как представляется, это происходит в результате облучения светом, и результирующее подавление роста волос, как представляется, должно являться результатом активации воспалительных цитокинов.
Дополнительно, мощность облучения изменялась в соответствии со скоростью изменения спектрального коэффициента отражения (или коэффициента поглощения) кожи в облученном целевом месте, основанном на спектральном коэффициенте отражения в диапазоне от 500 нм до 600 нм, в котором происходили эффекты, вызывавшие изменения в цикле волос. Когда коэффициент отражения (или коэффициент поглощения) на конкретной длине волны, служащий в качестве точки отсчета, определяется как R0, коэффициент отражения (или коэффициент поглощения) облучаемой кожи определяется как R1, и мощность источника света, для которой активация воспалительных цитокинов была достигнута для наружного слоя с R0, определяется как P0, тогда мощность облучения P может быть определена как P = R1/R0×P0. Поскольку энергия, обладающая влиянием на цикл волос, является постоянной величиной, в случае, когда спектральный коэффициент отражения кожи высок, мощность облучения увеличивается, и время облучения сокращается.
Дополнительно, поскольку соответствующие длительности периода роста, регрессивного периода и период покоя цикла волос изменяются в соответствии с местоположением, таким как предплечье или кожа головы, свет излучается после того, как сначала определено, находится ли или нет цикл волос в периоде роста для местоположения, в котором желательно запрещение роста волос.
Как было описано ранее, хотя, как считается, имеется влияние на внутренние стенки кровеносных сосудов, так как область длины волны от 400 нм до 600 нм является длиной волны поглощения оксигемоглобина, то, поскольку энергия облучения низкая, эффекты модуляции роста волос могут быть эффективно получены при низком уровне энергии благодаря поглощению света меланином, без влияния на внутренние стенки кровеносных сосудов.
Смерть клеток, которая происходит в корнях волос при облучении упомянутым выше светом вблизи корней волос, для растущих волос показана на фиг.2. На фиг.2(A) показаны клетки через 10 часов после облучения. В это время появляется состояние, в котором компонент, вызывающий смерть клеток (апоптоз) в форме каспазы 3, активируется, и верхняя половина волосяного матрикса (сторона около поверхности кожи) активируется. Кроме того, подтверждение участков, где смерть клетки (апоптоз) происходит в волосяном матриксе, выявило, что смерть клетки может быть подтверждена около центра волосяного матрикса, как показано на фиг.2(B). Однако, как ясно из фиг.2(C), изображение морфологии клетки через 10 часов после облучения не содержит никаких морфологических изменений, указывая, таким образом, что внутри кожи разрушение клеток или ткани не происходит.
Когда цитокины были проанализированы через 10 часов и через 24 часа после облучения, воспалительные цитокины были подтверждены как активированные. Поскольку корни растущих волос имеют функцию, которая переносит меланин к волосам, и содержат большие количества меланина, облучение светом эффективно развивает модуляцию роста волос в корнях волос. Однако поскольку облучение светом происходит с верхней поверхности кожи, смерть клеток происходит только в верхней половине корней волос. Так как почти весь свет поглощается в верхней половине корней волос, смерть клеток в нижней половине не происходит. Кроме того, фиг.3 показывает, что активация деления клеток происходит вокруг корней волос через 24 часа после освещения светом (белые точки указывают клетки, в которых деление клетки активно), в то время как фиг.4 показывает, что выпадение волос происходит через 72 часа после освещения светом.
Далее приводится объяснение возможной причины возникновения описанных выше явлений. А именно, поглощение света меланином -> активация воспалительных цитокинов -> изменение отношения или конкретной деятельности белка p53 и микобелка -> вызывание смерти клеток вслед за началом активированного состояния p53, при котором p53 является доминантой (в пределах приблизительно 10 часов после облучения) -> аннулирование доминантности p53 и увеличение конкретной деятельности микобелка -> активация деления клеток (приблизительно через 24 часа после облучения) -> выпадение корней волос, в которых произошла смерть клеток, вместе с волосами (приблизительно через 72 часа после облучения).
При дальнейшем объяснении упомянутого выше процесса, как результата реакции, начинающейся с поглощения света меланином, приводящего в результате к возникновению фототепловых и фотохимических реакций, происходит изменение в балансе между p53 и микобелками. Хотя воспалительные цитокины активизируются до возникновения этого изменения в балансе, факторы, ответственные за его стимулирование, содержат локальное повышение температуры верхней половины волосяного матрикса, вызванное фототепловой реакцией меланина в волосяном матриксе, и изменение окислительно-восстановительного состояния. Таким образом, как предполагается, должны происходить регулирование транскрипции и эффекты молекулярного капюшона, сопровождающие формирование или активацию белка реакции напряжения в форме белка теплового удара.
Хотя p53 является белком, который стимулирует смерть клеток и обычно присутствует в клетках, активация p53 происходит как реакция на облучение светом. Хотя в нормальном состоянии в клетках поддерживается равновесие между p53 и микобелком, поскольку p53 становится доминирующим в результате облучения светом, это разбалансированное состояние аннулируется через несколько часов, приводя, таким образом, в результате к увеличению или активации микобелка. Следовательно, в отличие от смерти клеток, наблюдаемой через 10 часов после облучения, деятельность по росту клеток наблюдается после 24 часов.
Кроме того, световое облучение также эффективно против зрелых пигментных клеток (меланоциты), присутствующих в коже как другой фактор, стимулирующий смерть клеток. Хотя допа, допахром или дигидроксииндол и т.п. формируются в течение процесса, посредством которого меланин формируется в меланоцитах, являющихся клетками, формирующими меланин, эти компоненты являются цитотоксическими. Во время обычного процесса формирования, хотя ферменты функционируют так, чтобы запретить эту токсичность, когда процесс формирования облучается светом, и свет поглощается ранее сформированным меланином, действие ферментов перестает запрещаться, создавая, таким образом, ситуацию, в которой допахром или дигидроксииндол и т.п. воздействуют на клетки. В результате этого стимулируется смерть клеток.
Активный кислород является другим фактором, стимулирующим смерть клеток. Гемоглобин имеет структуру с Fe, расположенным в центре кольца тетрапиролл, и эта структура, как известно, формирует активный кислород, поглощая видимый свет. Вокруг растущих волос присутствуют кровеносные сосуды, и количество этих кровеносных сосудов больше в период роста, чем в периоде покоя цикла клетки, который будет описан позже: см. фиг.5, и гемоглобин, являющийся составной частью крови в этих кровеносных сосудах, производит активный кислород. Соответственно, клетки повреждаются из-за образования активного кислорода в результате разрешения гемоглобину в крови поглощать свет. Дополнительно, поскольку энергия используемого источника света поддерживается на низком уровне, этот эффект распространяется приблизительно на 4 мм вглубь кожи, где присутствует волосяной матрикс, и не воздействует на более глубокие кровеносные сосуды. На фиг.6 показаны коэффициенты пропускания света в направлении глубины ткани на разных длинах волн.
На фиг.7 показаны результаты облучения светом мышей. Места, где рост волос замедлился, являются областями, облученными светом. Эффекты этого светового облучения человеческого тела уже были подтверждены. Дополнительно, поскольку рост волос (длина и толщина) определяется в соответствии с количеством фолликулярных зародышевых клеток волос, и это количество коррелируется с количеством клеток волосяного матрикса в состоянии, в котором количество клеток волосяного матрикса уменьшилось за счет смерти клеток, следующие новые волосы, которые должны быть восстановлены, создаются из меньшего количества фолликулярных зародышевых клеток волос. Следовательно, стимулируя смерть клеток волосяного матрикса посредством облучения светом и снижая количество клеток волосяного матрикса перед выпадением волос, толщина вновь сформированных волос может уменьшаться, и период роста может сокращаться. Таким образом, повторяя эффекты снижения количества клеток волосяного матрикса, клеточный цикл может быть, в конечном счете, изменен до пухового типа цикла волос, при котором какие-либо волосы едва появляются на поверхности кожи.
Другими словами, хотя волосы (волосы тела), как известно, имеют цикл волос, в котором волосы изменяются с периода роста на регрессивный период и затем переходят к периоду покоя (см. фиг.8), в результате повторного облучения света, как описано выше, цикл волос имеет укороченный период роста, делая, таким образом, возможным преобразовать рост волос в состояние, в котором волосы на поверхности кожи являются тонкими и не растут столь сильно. Дополнительно, поскольку такой тип изменения цикла волос является просто изменением структуры цикла, и ряд изменений ткани, которые сопровождают цикл волос, является нормальным для тела, не существует никаких вредных влияний на тело человека.
На фиг.9 показано устройство модуляции роста волос, снабженное функцией, которая управляет облучением модулирующим светом целевого места. В дополнение к излучателю 10 модулирующего света, который использует ксеноновую лампу-вспышку в качестве источника света 12, это устройство снабжено блоком 26 установки времени облучения, который устанавливает время облучения модулирующим светом, блоком 28 установки мощности облучения, который устанавливает мощность облучения модулирующим светом, светодиод 20 белого цвета для проекции света при измерении отражающих свойств кожи, приемник 22 света, который принимает рассеянный отраженный свет с направления под углом 45° относительно направления падения света на кожу при проектировании света на кожу 9 через зеркало 27, и компаратор 24 сигнала RGB, который обрабатывает сигналы RGB различной яркости, полученные от приемника 22 света, имеющего соответствующие фильтры цветов RGB. Дополнительно, вместо цветных фильтров RGB может использоваться сложный анализатор типа измерительное устройство спектрального коэффициента отражения.
Компаратор 24 работает совместно с блоком 26 установки времени облучения и блоком 28 установки мощности облучения, чтобы принимать решение, облучает ли источник 10 света кожу светом на основе сигналов яркости, и определять время S облучения и мощность P облучения источника 10 света, когда источник 10 света облучает кожу светом. Здесь схема 18 освещения заставляет ксеноновую лампу-вспышку 12 излучать свет так, чтобы ксеноновая лампа-вспышка 12 облучала кожу модулирующим светом через полосовой пропускающий фильтр 14.
Блок-схема последовательности выполнения операций способа, показанная на фиг.10, показывает действия, касающиеся принятия решения, должно ли разрешаться облучение модулирующим светом, и определение режимов облучения устройства, описанного выше. В случае, если сумма Σ каждой яркости из числа принятых сигналов RGB ниже, чем заданное пороговое значение, может быть дана оценка, что кожа должна стать темной из-за дубления солнцем, приводящего в результате к уменьшению коэффициента отражения. В коже, которая стала темной из-за дубления солнцем, уровни меланина являются высокими и распространяются по всей коже. Поскольку это в результате приводит к состоянию, в котором свет легко поглощается, мощность облучения P уменьшается.
Далее проверяется отношение яркостей между R и G. Хотя отношение G/R обычно имеет в некоторой степени большое значение в случае кожи, которая не дубилась солнцем, для кожи, которая стала красной благодаря дублению солнцем, значение отношения G/R уменьшается. Если значение отношения G/R меньше заданного порогового значения, кожа в целевом месте оценивается как обладающая краснотой за счет дубления солнцем, и, поскольку внутри кожи возникает воспаление, облучение модулирующим светом прекращается.
Кроме того, в случае сравнения каждого из сигналов яркости R, G и B и когда яркость G не является минимальной, целевое место расценивается как место, отличное от кожи, которое не должно облучаться, такое как глазное яблоко, и это место не облучается.
Хотя облучение выполняется после прохождения этих этапов, чтобы подтвердить безопасность, в это время, в случае, если мощность P облучения больше порогового значения, заданного для яркости G, мощность увеличивается, чтобы повысить эффекты, и вместе с этим увеличением сокращается время облучения. Более определенно, в схеме освещения, показанной на фиг.11, значение индуктивности катушки 13, которая управляет временем облучения, изменяется, и это вызывает изменение емкости конденсатора.
Рост волос в период роста цикла волос был подтвержден на мышах и людях, чтобы, напротив, продолжаться быстро, если облучение светом происходит в течение периода покоя цикла волос. На основе этого облучение светом, как описано выше, не только прекращает рост волос, но также оказывает действие в отношении роста волос и регенерации волос. Поскольку продолжительности периода роста, регрессивного периода и периода покоя цикла волос изменяются в зависимости от места, такого как руки или кожа головы, облучение светом производится после определения, находится ли цикл волос в периоде покоя или в периоде роста, в зависимости от того, желательно ли стимулирование или запрет роста волос в облученном месте.