Durch die Bestrahlung mit rotem Licht können lokale Blutgefäße erweitert werden. Wenn rotes Licht in das Hautgewebe eindringt, kann es dazu führen, dass die Gefäßendothelzellen Stickstoffmonoxid (NO) freisetzen. NO ist ein wichtiger gefäßerweiternder Faktor, der die glatte Muskulatur der Blutgefäße entspannen und so den Innendurchmesser der Blutgefäße vergrößern kann. Beispielsweise kann in einigen Tierversuchen nach einer Rotlichttherapie der Durchmesser lokaler kleiner Arterien um etwa 15–20 % vergrößert werden.
Dieser gefäßerweiternde Effekt kann die Durchblutung steigern und die Durchblutung lokaler Gewebe verbessern. Bei Schmerzen, die durch eine schlechte Durchblutung verursacht werden, wie zum Beispiel Schmerzen in den Fingern von Patienten mit Raynaud-Krankheit (lokaler ischämischer Schmerz aufgrund von Gefäßkrämpfen), kann eine Rotlichttherapie die Symptome wirksam lindern.
Rotes Licht kann das Mikrozirkulationssystem verbessern. Es kann die autonome Bewegung von Mikrogefäßen verbessern und die Blutflussgeschwindigkeit von Mikrogefäßen beschleunigen. Unter normalen Umständen ist die Blutflussgeschwindigkeit in der Mikrozirkulation relativ langsam und neigt zur Stauung. Nach einer Rotlichttherapie wird die Aggregation roter Blutkörperchen reduziert und die hämorheologischen Eigenschaften verbessert, was eine effektivere Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen zu den Gewebezellen ermöglicht. Beispielsweise führt die Mikrozirkulationsstörung bei Patienten mit diabetischer peripherer Neuropathie zu Nervenischämie und Hypoxie und verursacht somit Schmerzen. Die Rotlichttherapie lindert die Schmerzen, indem sie die Mikrozirkulation verbessert und den ischämischen und hypoxischen Zustand der Nerven verringert.
Rotes Licht kann die Funktionen von Entzündungszellen regulieren. Während des Entzündungsprozesses setzen Zellen eine Vielzahl von Entzündungsmediatoren frei, wie zum Beispiel Prostaglandin E2 (PGE2), Interleukin-1 (IL-1) und Tumornekrosefaktor.α (TNF-α). Diese Entzündungsmediatoren stimulieren Nervenenden und führen zu Schmerzen. Nach der Bestrahlung mit rotem Licht kann es die Freisetzung dieser Entzündungsmediatoren durch Entzündungszellen (wie Makrophagen, Neutrophile usw.) hemmen. Im Synovialgewebe der Gelenke von Patienten mit Arthritis kann beispielsweise eine Rotlichttherapie die Freisetzungsmenge von PGE2 um etwa 30–50 % reduzieren.
Rotes Licht kann die Aufnahme von Exsudaten beschleunigen. Durch eine Entzündung treten in den Geweberäumen Ausscheidungen auf, die das umliegende Gewebe und die Nerven komprimieren und Schmerzen verursachen. Rotes Licht kann den Zellstoffwechsel fördern, die Aktivität von Phagozyten in lokalen Geweben steigern und die Phagozytose und Beseitigung von Exsudaten beschleunigen. Beispielsweise kann bei Weichteilentzündungen die Rotlichttherapie die Absorptionszeit von Exsudaten um etwa 2 bis 3 Tage verkürzen und dadurch Schwellungen und Schmerzen reduzieren.
Rotes Licht kann direkt auf Nervenenden wirken. Eine Bestrahlung mit rotem Licht geringer Intensität kann die Weiterleitung von Nervenimpulsen von Nozizeptoren hemmen. Aus neurophysiologischer Sicht basiert dies auf der „Gate-Control-Theorie“. Rotes Licht kann nicht schmerzempfindliche afferente Fasern stimulieren, das „Schmerztor“ im Hinterhorn des Rückenmarks schließen und die weitere Übertragung von Schmerzsignalen an das Zentralnervensystem verhindern. Beispielsweise kann bei Patienten mit postherpetischer Neuralgie eine Rotlichttherapie die Erregbarkeit der geschädigten Nerven verringern und die Übertragung von Schmerzsignalen verringern.
Eine Rotlichttherapie kann auch die Freisetzung endogener Opioidpeptide fördern. Der menschliche Körper kann selbst Opioidpeptidsubstanzen wie Endorphine und Enkephaline produzieren, die eine starke schmerzstillende Wirkung haben. Nach der Bestrahlung mit rotem Licht kann es das neuroendokrine System regulieren und den Körper zur Freisetzung endogener Opioidpeptide anregen. In einigen klinischen Beobachtungen war der Endorphinspiegel bei Patienten, die eine Rotlichttherapie erhielten, erhöht und die Schmerzschwelle entsprechend angehoben, wodurch das Schmerzempfinden verringert wurde.
