赤色光と近赤外線の違いとは？
光療法について調べたり、ウェルネス習慣に取り入れる機器を比較したりすると、赤色光、近赤外線（NIR）、660 nm、810 nm、850 nmなど、わかりにくい用語や数値が混在していることに気づくでしょう。これらの用語は頻繁にまとめて扱われるため、自然と「赤色光と近赤外線は同じものなのか？」という疑問が生じます。
短く答えると、いいえ。同じものではありません。どちらも電磁スペクトル上で隣り合う領域にあり、基礎となる科学的原理にも共通点がありますが、互換性があるわけではありません。それぞれの異なる物理的特性によって、人体との相互作用の仕方が変わります。
これらの技術がどのように機能するのかを本当に理解するには、赤色光と近赤外線を分ける要素、波長が重要な理由、そしてどちらも単純に「普遍的に優れている」とは言えない理由を理解する必要があります。
光のスペクトル：可視光と不可視光
赤色光と近赤外線の違いを理解するには、まず光がどのように測定されるかを見てみましょう。光は波として伝わり、その波の山と山の間の距離を波長と呼びます。波長はナノメートル（nm）で測定され、この測定値によって、特定の種類の光が電磁スペクトル上のどこに位置するかが決まります。
赤色光はスペクトルの可視光領域にあり、通常は約600 nmから700 nmの範囲です。可視光スペクトルに含まれるため、人間の目にはこれらの波長が赤色として認識されます。研究でよく使用される波長には660 nmと670 nmがあり、網膜のエネルギー代謝などの分野で盛んに研究されています。
近赤外線（NIR）は可視光スペクトルのすぐ外側に位置し、約700 nmから1,100 nmまでの範囲です。人間の目には近赤外線を見ることができません。NIRを発する機器は完全に暗く見えたり、かすかな光しか発しないように見えたりすることがありますが（多くの場合、LEDから二次的に発生する可視光によるものです）、光エネルギーは存在し、作用しています。近赤外線でよく使用される波長には810 nmと850 nmがあります。
基本的な違いは単純です。赤色光は可視光であり、近赤外線は不可視光です。しかし、この波長の変化は目に見えるものを変えるだけではありません。光が生体組織に当たったときの挙動を根本的に変化させます。
光と人体の相互作用：吸収と散乱
光が皮膚に当たっても、表面で単純に止まるわけではありません。光は組織内に入り、そこで主に2つの光学的現象、すなわち吸収と散乱を経験します。
吸収とは、生体構造（例：水、メラニン、ヘモグロビン、特定の細胞成分）が光のエネルギーを吸収することです。散乱とは、光が細胞や構造物に跳ね返り、組織内を進む際に方向を変えて広がることです。
波長によって、光線がどの程度吸収または散乱されるかが決まります。フォトバイオモジュレーション（PBM）の科学において、赤色光と近赤外線の波長は、研究者が組織の「光学的窓」と呼ぶ領域に位置します。この特定の範囲（およそ600 nmから1,100 nm）では、水やメラニンによる吸収が比較的少ないため、光は皮膚層で直ちに遮られることなく、体内に入りやすくなります。
ただし、赤色光とNIRは、組織内をまったく同じように進むわけではありません。
可視赤色光の波長（660 nmなど）は、血液（具体的にはヘモグロビン）やメラニンによる散乱と吸収の度合いが高くなります。光はより速く吸収・散乱されるため、表面近くにとどまりやすくなります。
近赤外線の波長（810 nmや850 nmなど）は、散乱が大幅に少なくなります。干渉が少ないため、NIR光はより直接的な経路を進むことができ、一般的に可視赤色光よりも生体組織の深部まで到達しやすくなります。
より深く届くことは「より優れている」という意味なのか？
近赤外線は一般的に組織のより深くまで到達するため、NIRは自動的に赤色光より「強い」または「優れている」という誤解がよく生じます。しかし、フォトバイオモジュレーションの効果は深さだけで決まるものではありません。
PBMの目的は、特定の標的に光エネルギーを届けることです。標的が皮膚、表在血管、浅い組織層などの表層にある場合、可視赤色光はこれらの領域で速やかに吸収されるため、非常に効率的です。標的組織を吸収されずにそのまま通り抜けてしまえば、目的を果たせません。
一方、研究対象が深部の筋肉、関節、骨などの深い構造に関わる場合は、散乱が少ないため、より多くの光子をその深さまで届けられる近赤外線がよく利用されます。
さらに、波長は非常に複雑な方程式の一部にすぎません。研究では、PBMの結果は、放射照度（光の強度）、総線量（時間をかけて届けられるエネルギー量）、具体的な照射条件など、その他の照射パラメーターにも大きく左右されることが一貫して示されています。深く届く波長でも、適切でない線量で照射すれば、最適な結果は得られません。
細胞の標的：両方の波長がどのように体を活性化するか
赤色光と近赤外線は、到達する深さに違いがある一方で、細胞に作用する仕組みには共通の基盤があります。PBMのメカニズムを説明する主要な研究分野では、しばしば細胞の発電所と呼ばれるミトコンドリアに注目しています。
ミトコンドリア内には、シトクロムcオキシダーゼ（CCO）と呼ばれる酵素があります。研究では、CCOは光受容体、つまり光の粒子（光子）を吸収できる分子として機能すると考えられています。可視赤色光と近赤外線の両方の波長がCCOに吸収されます。
この吸収が起こると、細胞内で一連の反応が刺激され、細胞のエネルギーであるアデノシン三リン酸（ATP）の産生が増加すると考えられています。この過程では、活性酸素種（ROS）が一時的に変化し、一酸化窒素（NO）が放出されることで、細胞修復や代謝に関連するさらなるシグナル伝達経路が引き起こされます。
CCOは重要で広く研究されているメカニズムですが、唯一のメカニズムではありません。特にNIRが細胞内の水構造とどのように相互作用するかに関わる、その他の光感受性タンパク質や経路も、活発に研究されています。重要な点は、赤色光とNIRの両方が生物学的に活性であり、こうした細胞反応を引き起こす能力を持つことです。ただし、それぞれ異なる深さと吸収率で作用します。
なぜシステムは赤色光と近赤外線を組み合わせるのか
最新のPBM機器や臨床研究の設定を見ると、赤色光と近赤外線の両方の波長を同時に使用するシステムがよく見られます。
これは、一方の波長の弱点をもう一方が補うということではなく、より広い範囲の組織をカバーすることを目的とした、工学的および研究上の理由によるものです。可視赤色光の波長（660 nmなど）と近赤外線の波長（850 nmなど）を組み合わせることで、機器は表層の受容体や皮膚層をすばやく標的にしながら、同時に深部組織にもエネルギーを届けることができます。
この組み合わせにより、組織全体により包括的に光エネルギーを分布させることができます。選択または組み合わせる波長は、具体的な研究目的や機器設計の想定用途に応じて決まります。
結論：波長を理解する
結局のところ、赤色光と近赤外線のどちらが普遍的に「優れているか」を決めることが重要なのではありません。波長は、光が生体組織をどのように進み、どのように相互作用するかを決めるものです。効果的なフォトバイオモジュレーションは、適切な放射照度と線量のもとで、適切な波長、または複数の波長の組み合わせを、標的組織に合わせることにかかっています。この違いを理解することで、光療法技術をより明確に評価し、自分の具体的なニーズに本当に合った方法を選べるようになります。
参考文献
[1] Jacques SL. 生体組織の光学特性：レビュー。Phys Med Biol.
[2] Zein R, Selting W, Hamblin MR. 光パラメーターとフォトバイオモジュレーションの有効性に関するレビュー：複雑性を掘り下げる。J Biomed Opt.
[3] de Freitas LF, Hamblin MR. フォトバイオモジュレーションまたは低出力光療法の作用機序に関する提案。IEEE J Sel Top Quantum Electron.
[4] Tsai SR, Hamblin MR. 赤外線の生物学的効果と医療用途。J Photochem Photobiol B.