Functional and cellular evaluation of the liver after low-power laser stimulation during surgery / Avaliação celular e funcional do fígado estimulada por laser de baixa potência no transoperatório

ABSTRACT Background: Partial hepatectomy is a surgical intervention of the liver that can trigger its regenerative process, where the residual lobes deflagrate a compensatory hyperplasia, causing its restoration almost to the original volume. Nevertheless, depending on the extent of liver damage its regeneration might be impaired. The low-power laser has been studied with beneficial results. Aim: To investigate the possible functional and mutagenic damage arising from the use of low-power laser used in liver regeneration after partial hepatectomy. Methods: Fifteen male adult Wistar rats were hepatectomizated in 70% and laser irradiated or not with dose of 70 J/cm2, 650 nm, 100 mW, directly on the remaining liver, during the perioperative period. These animals were divided into four groups: G1 (control, 7 days); G2 (laser, 7 days); G3 (control, 14 days); G4 (laser, 14 days). Were analyzed the liver weight; number of hepatocytes; deposition of collagen fibers; liver function tests: serum alanine aminotransferase, aspartate aminotransferase, alkaline phosphatase, gamma glutamyl transferase, bilirubin and micronucleus test in peripheral blood erythrocyte. Results: The liver weight was greater in G3 and G4 (p=0.001 and p=0.002) compared to other groups. The deposition of collagen fibers in G1 was statistically higher than the other groups (p=0.01). In tests of liver function and micronucleus test was not found significant differences between the studied groups. Conclusion: Low-power laser stimulation did not cause loss of liver function or mutagenic damage.

RESUMO Racional: A hepatectomia parcial é intervenção cirúrgica que pode desencadear processo regenerativo, onde os lobos residuais deflagram resposta de hiperplasia compensatória, ocasionando restauração próxima ao seu volume original. Contudo, dependendo da extensão das lesões hepáticas a regeneração pode ser prejudicada. O laser de baixa potência tem sido pesquisado com resultados benéficos no processo de regeneração hepática. Objetivo: Investigar os possíveis danos funcionais e mutagênicos decorrentes da utilização do laser de baixa potência utilizado na regeneração hepática após hepatectomia parcial. Métodos: Quinze ratos adultos Wistar foram hepatectomizados a 70%, irradiados ou não com laser, dose de 70 J/cm2, 650 nm,100 mW, de forma direta sobre o fígado remanescente, durante o período transoperatório. Os animais foram distribuídos em quatro grupos: G1 (controle, 7 dias); G2 (laser, 7 dias); G3 (controle 14 dias); G4 (laser,14 dias). Foram analisados o peso do fígado; número de hepatócitos; deposição de fibras colágenas; teste de função hepática: alanina aminotransferase, aspartato aminotransferase, fosfatase alcalina, gama glutamiltransferase, bilirrubinas e teste de micronúcleo em eritrócitos. Resultados: O peso do fígado apresentou-se aumentado nos grupos G3 e G4 (p=0,001 e p=0,002) comparados aos demais grupos. A deposição das fibras colágenas no G1 foi estatisticamente maior em relação aos demais grupos (p=0,01). Nos testes de função hepática e teste de micronúcleo não foram encontradas diferenças significativas entre os grupos. Conclusão: O laser de baixa potência não ocasionou perda de função hepática ou dano mutagênico.

Effect of laser on the remnant liver after the first 24 hours following 70 percent hepatectomy in rats / Efeito do laser no fígado remanescente nas primeiras 24 horas após hepatectomia a 70 por cento em ratos

PURPOSE: To evaluate the mitochondrial function of the remnant liver (RL) in the early phase of liver regeneration in rats after 70 percent partial hepatectomy (PH). METHODS: Sixty male Wistar rats (200-250g) submitted to 70 percent PH were divided into five groups according to the time of euthanasia and application or not of laser light: C = Control, time zero; 2 minutes, 4, 6 and 24 hours after PH. The dose of laser radiation was 22.5 J/cm², wavelength of 660 nm (visible/red), in the remnant liver. We studied the respiration activated by ADP (state 3), basal mitochondrial respiration (state 4), respiratory control ratio (RCR) and mitochondrial membrane potential (MMP). RESULTS: The mitochondrial function of RL changed at 4 and 6 hours after PH, with a significant increase in state 3 and a concomitant increase in state 4 and with maintenance of RCR. MMP differed significantly between the groups biostimulated with laser radiation and the control group 4 hours after HP, with a substantial reduction in the non-laser groups. CONCLUSION: The laser light at the dose used in this study did not induce additional damage to the RL and seems to have delayed the hepatocellular metabolic overload of the remnant liver.

OBJETIVO: Avaliar a função mitocondrial do fígado remanescente (FR) na fase precoce da regeneração hepática em ratos após hepatectomia parcial (HP) a 70 por cento. MÉTODOS: Sessenta ratos machos Wistar (200 - 250g) submetidos à HP a 70 por cento, foram distribuídos em cinco grupos de acordo com o tempo de eutanásia e com aplicação ou não de luz laser: C= Controle,tempo zero; 2 minutos, 4, 6 e 24 horas após HP. O laser foi utilizado na dose 22.5 J/cm², 660 nm, no FR.Estudou-se o estado 3 (respiração ativada por ADP), estado 4 (respiração mitocondrial basal), razão de controle respiratório,estado 3/estado 4 (RCR) e o potencial de membrana mitocondrial(PMM). RESULTADOS: A função mitocondrial do FR alterou-se no período de 4 e 6 horas após a HP com aumento significativo do estado 3 e aumento concomitante do estado 4, com manutenção da RCR. O PMM apresentou diferença significativa entre os grupos bioestimulados com laser e o controle a partir de 4 horas pós HP, com queda importante do grupo sem laser e tendência a equiparação dos valores após 24 horas. CONCLUSÃO: A luz laser, na dose utilizada no presente estudo, não induziu lesão adicional ao FR e parece ter retardado a sobrecarga hepatocelular do fígado remanescente.

The use of light-emitting diodes to stimulate mitochondrial function and liver regeneration of partially hepatectomized rats

The biostimulating effect of laser radiation has been observed in many areas of Medicine. However, there are still several questions to be answered, among them the importance of light coherence in the stimulatory process. In the present study, we used light-emitting diodes (LED) to promote the stimulation of liver regeneration after partial hepatectomy in rats. Fourteen male Wistar rats weighing 200-250 g were submitted to partial hepatectomy (70 percent) followed by LED light irradiation (630 nm) of the remaining part of the liver at two doses, i.e., 10 (N = 7) and 140 (N = 7) J/cm². A group irradiated with laser, 590 nm (N = 7, 15 J/cm²) was performed for the study of proliferating cell nuclear antigen-labeling index. Data are reported as mean ± SEM. Statistical comparisons of the groups were performed by analysis of variance for parametric measurements followed by the Bonferroni post-test, with the level of significance set at P < 0.05. Respiratory mitochondrial activity was increased in the irradiated groups (states 3 and 4; P < 0.05), with better results for the group exposed to the lower LED dose (10 J/cm²). The proliferating cell nuclear antigen-labeling index, by immunohistochemical staining, was similar for both LED-exposed groups (P > 0.05) and higher than for the control group (P < 0.05). The cell proliferation index obtained with LED and laser were similar (P > 0.05). In conclusion, the present results suggest that LED irradiation promotes biological stimulatory effects during the early stage of liver regeneration and that LED is as effective as laser light, independent of the coherence, divergence and cromaticity.

New photonic technologies for the treatment and diagnosis of hepatic diseases: an overview of the experimental work performed in collaboration, between Physics Institute of São Carlos and Ribeirão Preto Faculty of Medicine of the University of São Paulo / Novas tecnologias fotônicas no tratamento e diagnóstico de doenças hepáticas: uma revisão dos trabalhos experimentais realizados em colaboração, entre o Instituto de Física de São Carlos e a Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo

Recent advances in optical techniques have created a great range of possibilities for diagnosis and therapeutics in liver related diseases. With the uses of efficient light sources like lasers and LEDs (Light Emitting Diodes) it is possible to employ the light-tissue interaction to promote hepatic tissue regeneration after partial hepatectomy, to detect hepatocarcinoma and steatosis by utilizing optical fluorescence, to evaluate the metabolism of the liver during hepatic transplantation as well as to treat liver tumors. We present here an overview of the technique presently in development at the Ribeirâo Preto Faculty of Medicine - USP in cooperation with the Physics Institute of São Carlos -USP. The results obtained so far have been the subject of a list of publications and are here presented as an overview. A new perspective for modern application of optical techniques in different medical practices related to the liver is presented.

Recentes avanços em técnicas ópticas têm propiciado vasto campo de possibilidades tanto para o diagnóstico quanto para a terapêutica de doenças hepáticas.Com o uso de eficientes fontes de luz como o laser e Light emitting diodes (LED) é possível utilizar a interação luz-tecido para promover a regeneração hepática após hepatectomias parciais,detectar hepatocarcinoma, esteatose e outras alterações do fígado pelo uso da fluorescência óptica,para avaliar o metabolismo hepático durante o transplante de fígado e na abordagem diagnóstica e terapêutica de alterações hepatocelulares. Os autores apresentam uma ampla revisão de técnicas atualmente em desenvolvimento na Divisão de Gastroenterologia Cirúrgica da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo num trabalho cooperativo com o Instituto de Física de São Carlos da USP. Os resultados obtidos até agora têm sido motivo de lista de publicações que são aqui apresentados em forma de revisão. Uma nova perspectiva de moderna aplicação de técnicas ópticas em várias situações clínico-cirúrgicas relacionadas com o fígado é apresentada e amplamente discutida.

The effect of laser on remanescent liver tissue after 90 percent hepatectomy in rats / Efeito do laser no tecido hepático após hepatectomia a 90 por cento em ratos

PURPOSE: To evaluate the effect of laser beam on remanescent liver after partial hepatectomy 90 percent. METHODS: Wistar rats, (N= 42), were divided into six groups with seven specimens each. The partial hepatectomy (HP) was performed in all animals through exeresis of approximately 90 percent of the liver parenchyma. The animals from groups HP and Laser application, HPL24, HPL48 and HPL72 undertook laser irradiation carried out through application (dose of 22.5 J/cm²) in five different sites in the remanescent liver. The rats were then sacrificed 24, 48 and 72hours after HP procedure, for the liver regeneration analysis,using the Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA),and for dosage of serum aminotransferases. RESULTS: Were demonstrated an increase of the serum levels of alanine aminotransferase for the group of 24 hours and a decrease for the group of 72 hours exposed to laser. The index of marked cells had a considerable more improvement for the group of 72 hours exposed in laser compared to other groups. CONCLUSION: Laser did not cause hepatic injuries additional to the partial hepatectomy and perhaps led to a benefit by stimulating the proliferative activity.

OBJETIVO: Avaliar o efeito da luz laser em remanescentes hepáticos após hepatectomia a 90 por cento. MÉTODOS: Aplicou-se luz laser com comprimento de onda de 660 nm e potência de 30 mw, por 30 segundos, na dose de 22,5 J/cm² em cada um deles, repetidos em cinco pontos do fígado remanescente, após realizada a hepatectomia a 90 por cento. Os animais foram sacrificados para análise do fígado, contagem de hepatócitos em proliferação (Proliferating Cell Nuclear Antigen -PCNA), e coleta de sangue para dosagem serica das aminotransferases, após 24, 48 e 72 horas. RESULTADO: O índice de células marcadas teve significativo aumento no grupo de 72 horas irradiados com laser. CONCLUSÃO: A análise dos resultados demonstrou que o laser não causou lesões hepáticas adicionais à hepatectomia parcial e estimulou a atividade proliferativa hepatocelular.

Enzimatic changes after partial hepatectomy plus low-energy helium laser radiation

O objetivo do presente estudo foi determinar as alteraçöes enzimáticas em ratos submetidos a hepatectomia parcial (HP) mais radiaçäo hélio laser. Ratos Wistar machos foram estudados 24, 48 e 72 horas após HP. Os animais foram divididos em 3 grupos: animais submetidos a 70// de HP; animais submetidos a 70// de HP mais aplicaçäo de hélio laser; animais submetidos a cirurgia simulada (CS). Alanina aminotransferase (ALT) e aspartato aminotransferase (AST) estavam aumentadas somente 24 horas após 70// da HP mais radiaçöes laser quando comparados com os de 70// HP e CS. Logo, a radiaçäo hélio laser acelera a regeneraçäo hepatocitária em grandes alteraçöes da funçäo hepática com base dos níveis séricos de ALT e AST