Metilen mavisi və işıq təsiri: dalğa uzunluğu, şüalanma gücü sıxlığı və müalicə həndəsəsi

İki məqalədə metilen mavisinin hər kvadrat cm üçün 10 J işığa məruz qoyulduğu bildirilir. Birində bakteriyalar məhv olur. Digərində ölçülə bilən heç bir dəyişiklik baş vermir. Yalnız dozanı müqayisə edən oxucu bu sahədə nəticələrin ziddiyyətli olduğu qənaətinə gəlir. Əslində, sahədə ziddiyyət yoxdur. Doza heç vaxt işıq təsirinin bütün mənzərəsini əks etdirməyib.

İşıq təsiri birlikdə işləyən parametrlərdən ibarət kiçik bir sistemdir: dalğa uzunluğu, şüalanma gücü sıxlığı, müddət, bunlardan yaranan flüens, oksigenin mövcudluğu, boyanın konsentrasiyası və aqreqasiya vəziyyəti, boyanın tətbiqi ilə işıq arasında vaxt intervalı və işığın nümunə daxilində həqiqətən keçdiyi optik yol. Bunlardan birini dəyişdikdə fotokimya da dəyişir. Bu məqalədə hər bir parametr nəzərdən keçirilir, sonra yaxın infraqırmızı fotobiomodulyasiya boyanın birbaşa fotoaktivləşdirilməsindən fərqləndirilir, çünki ən çox qarışdırılan iki rejim bunlardır.

Dalğa uzunluğu boyanın prosesdə iştirak edib-etməyəcəyini müəyyən edir

Suda metilen mavisi monomer şəklində qırmızı işığı güclü udur; udulma zirvəsi təxminən 664–665 nm-də, daha qısa dalğa uzunluğundakı çiyin isə təxminən 610 nm-də yerləşir. Boya dimerlər və daha iri yığınlar şəklində aqreqasiya etdikcə bu çiyin böyüyür. Zirvə yaxınlığında molyar ekstinksiya təxminən 65,000–85,000 M-1 cm-1 səviyyəsindədir, buna görə mikromolyar məhlullar belə artıq tünd mavi rəngdə olur. Metilen mavisinin DNT və bioloji substratlarla fotokimyasına dair erkən icmal bu udulma xüsusiyyətlərini və ardınca gələn həyəcanlanmış hal kimyasını təsvir edir: udulma qısaömürlü sinqlet halı yaradır, sonra təxminən 0.5 çıxımla daha uzunömürlü triplet hala keçid baş verir; hava ilə doyurulmuş məhlulda bu hal təxminən 2 mikrosaniyə ərzində oksigen tərəfindən söndürülür.

İki fotokimyəvi yol məhz bu söndürülmə mərhələsində ayrılır. Tip II kimyasında triplet halındakı boya enerjini əsas haldakı oksigenə ötürür və sinqlet oksigen yaradır; bunun üçün tez-tez göstərilən çıxım təxminən 0.52-dir. Tip I kimyasında isə triplet halı elektronu və ya hidrogeni substrata ötürərək superoksid və hidroksil növləri də daxil olmaqla radikallar yaradır. Hər iki yol eyni vaxtda işləyə bilər və Tip I-in töhfəsi olduqda belə ənənəvi fotodinamik təsir oksigendən güclü şəkildə asılı qalır.

Metilen mavisi üçün dalğa uzunluğu seçiminə dair nəticə sadə bir qaydadır. Təxminən 630–680 nm arasındakı qırmızı işıq boyanın udulma zolağı ilə üst-üstə düşür; 660–665 nm monomerin maksimumuna yaxındır. Buna görə nəzərəçarpan miqdarda boya olan hər yerdə fotosensibilizator kimyasını işə sala bilər. 810 nm-də yaxın infraqırmızı işıq əsas halın udulma zolağından xeyli kənardadır, buna görə boyanın birbaşa həyəcanlandırılması üçün əlverişsiz dalğa uzunluğudur. Konsentrasiya mənzərəni konkret bir şəkildə mürəkkəbləşdirir: konsentrasiya artdıqca boyanın daha böyük hissəsi 610 nm-ə yaxın dalğaları udan və hər molekul üzrə daha az səmərəli fotosensibilizasiya yaradan dimer və aqreqat formalarında olur. Buna görə boyanın miqdarını ikiqat artırmaq təsiri ikiqat artırmır. Metilen mavisi və qırmızı işıq terapiyasına dair tamamlayıcı icmal bu udulma qaydasını hər hansı fotosensibilizasiya reaksiyasının ilkin şərti kimi qəbul edir.

Şüalanma gücü sıxlığı, müddət və flüens bir deyil, üç parametrdir

Hər kvadrat cm üçün J ilə ifadə olunan flüens şüalanma gücü sıxlığının zamana hasilidir. Yalnız flüensin bildirilməsi enerjinin hansı sürətlə çatdırıldığını gizlədir, halbuki bu sürət əhəmiyyətlidir.

Qısa müddətdə yüksək şüalanma gücü sıxlığı və uzun müddətdə aşağı şüalanma gücü sıxlığı fərqli kimyəvi proseslərlə eyni flüensi verə bilər. Yüksək şüalanma gücü sıxlığı həll olmuş oksigeni diffuziyanın onu bərpa etməsindən daha sürətlə sərf edir və beləliklə, işıq təsiri davam edərkən oksigendən asılı Tip II yolunu məhdudlaşdırır. O, həmçinin istilik yaradır; toxuma qızmaya qan axınını dəyişməklə cavab verir, bu isə həm oksigenləşməni, həm də boyanın paylanmasını dəyişdirir. Aşağı şüalanma gücü sıxlığı ilə uzunmüddətli işıq təsiri oksigen təchizatını saxlayır, lakin bərpa və yenidən oksigenləşmə proseslərinə işıq təsirinin öz gedişində fəaliyyət göstərmək üçün vaxt verir. Fotokimya dərsliklərində yalnız ümumi dozanın əhəmiyyət daşıdığı fərziyyə qarşılıqlılıq prinsipi adlanır. Oksigen, qızma və ya bioloji proseslər iştirak etdikdə bu prinsip pozulur; toxumada isə bu, demək olar ki, həmişə baş verir.

İnsanlarda metilen mavisi ilə antimikrob fotodinamik işıq tətbiqlərində adətən hər kvadrat cm üçün 6–18 J istifadə olunur və bu, fotobiomodulyasiya dəyərləri ilə üst-üstə düşür. Buna görə yalnız flüens rejimi müəyyən edə bilməz. Boya ilə yüklənmiş toxumaya 660 nm-də hər kvadrat cm üçün 10 J işıq verilməsi fotosensibilizatorun idarə etdiyi fotokimyadır. İz miqdarda boya olan toxumaya 810 nm-də eyni flüensin verilməsi isə tamamilə başqa bir prosesdir. Rəqəm eynidir. Anlayış fərqlidir.

Optik yol və nümunənin həndəsəsi işığın nə ilə qarşılaşacağını müəyyən edir

Beer–Lambert qanununa görə nümunənin ön hissəsi arxa hissəsindən xeyli çox işıq alır. Onlarla mikromolyar boya olan küvetdə ilk millimetr düşən qırmızı işığın böyük hissəsini uda bilər və daha dərin qatlar faktiki olaraq işıq təsirindən kənarda qalar. Eyni məhlulun həcmini azaldıb dayaz bir yuvaya yerləşdirdikdə işıq təsiri demək olar ki, bərabər olur. Eyni boya, eyni lampa, səthdə eyni flüens, amma fərqli nəticə.

Toxumada udulmaya səpilmə də əlavə olunur. Təxminən 660 nm-də qırmızı işıq millimetr səviyyəsində nüfuz edir; dəqiq dərinlik qan miqdarından, piqmentasiyadan və toxuma növündən asılıdır. Yuvalar da öz artefaktlarını yaradır: meniskin linza effekti, divarlardan əksolunma, kənar yuvaların kölgələnməsi və mənbənin altında kiçik həcmli nümunələrin isinməsi. Eyni lampa parametrlərini bildirən, lakin fərqli lövhə növlərindən, həcmlərdən və ya mənbə məsafələrindən istifadə edən iki laboratoriya fərqli təcrübələr aparmış olur.

Məsafə xüsusi vurğulanmalıdır, çünki ən çox nəzərdən qaçan dəyişən budur. Kollimasiya olunmamış mənbədən uzaqlaşdıqca şüalanma gücü sıxlığı sürətlə azalır. Buna görə lampanı lövhədən 2 cm yuxarıdan 5 cm yuxarıya qaldırmaq şüalanma gücü sıxlığını bir neçə dəfə azalda bilər, halbuki metodlar bölməsində təsvir dəyişməz qala bilər. Nümunə səthində şüalanma gücü sıxlığı ölçülmədən istehsalçının göstərdiyi güc dəyərləri əsasında hesablanıb dərc edilən flüenslər ölçmə deyil, təxmini qiymətləndirmədir.

İzahlı parametr bələdçisi: işıq təsirini nə təkrarlana bilən edir

Bu səhifənin orijinal materialı yoxlama siyahısıdır. Başlıqda göstərilən doza nə qədər oxşar görünsə də, bu məlumatları təqdim etməyən tədqiqatın işıq təsiri başqa tədqiqatla müqayisə edilə bilməz.

1. Dalğa uzunluğu və zolaq eni. Rəng adı deyil, zirvə və tam en. Qırmızı LED 630–680 nm diapazonunu əhatə edir və bu diapazonda boyanın udulması çox fərqlənir.
2. Nümunə səthində ölçülmüş şüalanma gücü sıxlığı, hər kvadrat cm üçün mW ilə. İstehsalçının göstərdiyi vatt gücü şüalanma gücü sıxlığı deyil.
3. Müddət və impuls rejimi. Fasiləsiz və ya impuls şəklində işıq verilməsi; tətbiq olunduqda impuls tezliyi və iş dövrü də daxil edilməlidir.
4. Yuxarıdakı ölçülmüş cütlükdən hesablanan flüens, hər kvadrat cm üçün J ilə.
5. Boyanın konsentrasiyası, formulasiyası və aqreqasiya vəziyyəti. Təxminən 664 nm-də monomer, təxminən 610 nm-dəki aqreqatlardan fərqli fotosensibilizasiya yaradır.
6. Dərmanla işıq arasındakı interval. Boyanın tətbiqi ilə şüalandırma arasında dəqiqələrdən saatlara qədər vaxt; bu, işıq çatanda boyanın harada olduğunu müəyyən edir.
7. Oksigenləşmə. Hava ilə doyurulmuş məhlul ilə hipoksik toxuma arasındakı fərq Tip I və Tip II balansını birbaşa dəyişir.
8. Həndəsə. Nümunənin dərinliyi, həcmi, qabın növü, mənbənin məsafəsi və bucağı, eləcə də toxumada hədəfin dərinliyi.

Məqalələri oxuyarkən faydalı bir vərdiş: əvvəlcə dərmanla işıq arasındakı intervalı yoxlayın. Bu, məqsədi üzə çıxarır. Fotodinamik tədqiqatlar boya ilə yüklənmiş toxumanı məqsədli şəkildə şüalandırır. Kombinə edilmiş tədqiqatlarda isə aşağıda göstərildiyi kimi, bu iki tətbiq qəsdən bir-birindən ayrıla bilər.

Yaxın infraqırmızı fotobiomodulyasiya boyanın fotoaktivləşdirilməsi deyil

Adətən PBM kimi qısaldılan fotobiomodulyasiya fotosensibilizator əlavə etmədən endogen siqnal proseslərini modulyasiya etmək üçün qırmızı və ya yaxın infraqırmızı işıqdan istifadə edir. Adətən PDT kimi qısaldılan fotodinamik terapiyada üç komponent birlikdə istifadə olunur: sensibilizatorun udduğu işıq, sensibilizatorun özü və hədəfi zədələyən reaktiv növlərin sürətli yaranması üçün oksigen. Neyroproteksiya hədəfi kimi mitoxondrilərə dair icmal metilen mavisini PBM ilə birgə nəzərdən keçirir, çünki onlar hüceyrə tənəffüsünə müxtəlif istiqamətlərdən təsir göstərir: boya elektron axınını dəstəkləyən katalitik redoks dövrləyicisi kimi fəaliyyət göstərir, PBM-in isə Kompleks IV-də sitoxrom c oksidazadan inhibəedici azot monoksidin ayrılmasını təşviq etdiyi fərz olunur. Bu ferment mexanizmi fərziyyə kimi qeyd edilməlidir.

Ən çox istinad edilən iki kombinə edilmiş siçan tədqiqatının hər ikisində 810 nm işıqdan istifadə olunur və məhz buna görə onlar boyanın fotoaktivləşdirilməsini nümayiş etdirmir. Yuxusuzluqdan əvvəl tətbiqlərə dair tədqiqatda siçanlara yuxudan məhrum edilməzdən əvvəl gündəlik hər kg üçün 0.5 mg metilen mavisi, günaşırı 810 nm impuls lazeri və ya hər ikisi tətbiq edilmişdi. Birgə ilkin tətbiq yaddaşla bağlı davranışları və hipokampın sinaptik zülallarını qorudu, ayrı-ayrı tətbiqlər isə əsasən nəticə vermədi. Eyni dövrdə müalicə tətbiq olunan xroniki stress tədqiqatında siçanlara gündəlik hər kg üçün 0.5 mg boya ilə yanaşı, hər kvadrat cm üçün 8 J səviyyəsində 810 nm PBM verilmişdi. Məhz boya ilə yüklənmiş toxumanın şüalandırılmasının qarşısını almaq üçün əvvəlcə lazer tətbiq edilmiş, boya isə iki saat sonra inyeksiya olunmuşdu. Hər üç tədqiqat qolu öyrənmə pozuntularını aradan qaldırdı; əlavə fayda əsasən serum kortizolu və beyindəki reaktiv oksigen növləri üzrə müşahidə olundu. Bu nəticələr birlikdə istifadə olunan iki mitoxondrial müdaxiləni sınaqdan keçirir. Fotodinamik tədqiqatlar toplusu hər göstəriş üzrə dalğa uzunluğunu qeyd etməklə bu fərqi aydın saxlayır.

Dəriyə dair sübutlar isə digər rejimə aiddir. İnsanlarda metilen mavisi və işığın dəriyə təsiri barədə məlumatlar əsasən 630–680 nm diapazonunda, yerli və ya zədələnmə ocağı daxilinə tətbiq edilən boya ilə, dağıdıcı və ya yenidən formalaşdırıcı məqsədlər ətrafında cəmlənir. Bu, tərif etibarilə PDT-dir. Belə aradan qalxma nəticələrini boyanın PBM-i gücləndirdiyinə sübut kimi göstərmək və ya siçanlarda 810 nm ilə funksiyanın bərpasını 660 nm panel ilə boyanın koqnitiv protokol olduğuna sübut kimi təqdim etmək rejimləri qarışdırmaqdır. Dozalama və farmakologiya üzrə istinad materialı, eləcə də təhlükəsizlik və qarşılıqlı təsirlər üzrə bələdçi bu mövzunun konsentrasiya və əks-göstərişlərlə bağlı hissələrini daha ətraflı izah edir.

Rəqəmləri müqayisə etməzdən əvvəl anlayışı adlandırın. Dalğa uzunluğu boyanın işığı udub-udmadığını müəyyən edir. Şüalanma gücü sıxlığı və müddət bu udulma nəticəsində kimyəvi proseslərin necə getdiyini müəyyən edir. Həndəsə isə nümunənin hansı hissəsinin bunlardan hər hansı birinə məruz qaldığını müəyyən edir. Bir parametr üzrə uyğun gələn, digərləri üzrə fərqlənən iki işıq təsiri fərqli təcrübələrdir. Onları bir-birini əvəz edən təsirlər kimi qəbul etmək bu bələdçinin qarşısını almaq üçün hazırlandığı səhvdir. Bunların heç birindən evdə tətbiq protokolu çıxmır; dalğa uzunluğu baxımından uyğun işıqla sistemik boyanın birgə istifadəsi, başqa halda modulyasiyaedici olan işıq təsirini fotosensibilizatorun idarə etdiyi fotokimyaya çevirir və bu, klinik mütəxəssislərin nəzarətində olmalıdır.