મિથિલીન બ્લુ અને પ્રકાશનો સંપર્ક: તરંગલંબાઈ, વિકિરણ તીવ્રતા અને ઉપચારની ભૂમિતિ

બે સંશોધનપત્રોમાં મિથિલીન બ્લુને 10 J per square cm પ્રકાશના સંપર્કમાં મૂક્યાનું નોંધાયું છે. એકમાં બૅક્ટેરિયા નાશ પામે છે. બીજામાં માપી શકાય તેવી કોઈ અસર થતી નથી. માત્ર માત્રાની સરખામણી કરતો વાચક તારણ કાઢે છે કે આ ક્ષેત્રમાં સુસંગતતા નથી. ક્ષેત્ર સુસંગત છે. માત્રા ક્યારેય પ્રકાશના સંપૂર્ણ સંપર્કનું વર્ણન કરતી નહોતી.

પ્રકાશનો સંપર્ક એ સાથે કામ કરતાં પરિમાણોની એક નાની પ્રણાલી છે: તરંગલંબાઈ, વિકિરણ તીવ્રતા, સમયગાળો, તેમાંથી મળતું ફ્લુએન્સ, ઑક્સિજનની ઉપલબ્ધતા, રંગદ્રવ્યની સાંદ્રતા અને એકત્રીકરણની સ્થિતિ, રંગદ્રવ્ય અને પ્રકાશ વચ્ચેનો સમય તથા પ્રકાશ ખરેખર નમૂનામાંથી જે પ્રકાશીય માર્ગે પસાર થાય છે તે. આમાંથી એક પરિમાણ બદલો તો પ્રકાશરસાયણ બદલાય છે. આ લેખ દરેક પરિમાણ સમજાવે છે અને પછી નિકટ-ઇન્ફ્રારેડ ફોટોબાયોમોડ્યુલેશનને રંગદ્રવ્યના સીધા પ્રકાશ-સક્રિયકરણથી અલગ પાડે છે, કારણ કે આ બે પ્રકારની પ્રક્રિયાઓ વચ્ચે સૌથી વધુ ગૂંચવણ થાય છે.

તરંગલંબાઈ નક્કી કરે છે કે રંગદ્રવ્ય ભાગ લે છે કે નહીં

પાણીમાં મિથિલીન બ્લુ મોનોમર સ્વરૂપે લાલ પ્રકાશનું પ્રબળ શોષણ કરે છે. તેનો શોષણશિખર લગભગ 664 થી 665 nm પર હોય છે અને લગભગ 610 nm પર ટૂંકી તરંગલંબાઈ તરફ એક ગૌણ ઉભાર હોય છે, જે રંગદ્રવ્ય ડાઇમર અને વધુ મોટા અણુસમૂહોમાં એકત્રિત થતાં વધે છે. શિખર નજીક મોલર વિલોપન ગુણાંક લગભગ 65,000 થી 85,000 M-1 cm-1 જેટલો હોય છે, તેથી માઇક્રોમોલર દ્રાવણો પણ ઘેરા વાદળી હોય છે. પ્રારંભિક DNA અને જૈવિક સબસ્ટ્રેટ સાથે મિથિલીન બ્લુની પ્રકાશરાસાયણિક સમીક્ષા આ શોષણ વર્તન અને તેના પછી થતા ઉત્તેજિત અવસ્થાના રસાયણનું વર્ણન કરે છે: શોષણથી અણુઓ અલ્પજીવી સિંગ્લેટ અવસ્થામાં જાય છે અને ત્યાંથી વધુ લાંબું ટકતી ટ્રિપ્લેટ અવસ્થામાં સંક્રમણ થાય છે, જેની નોંધાયેલી ઉપજ લગભગ 0.5 છે. હવાયુક્ત દ્રાવણમાં ઑક્સિજન લગભગ 2 microsecondsમાં આ અવસ્થાને નિષ્ક્રિય કરે છે.

આ નિષ્ક્રિયકરણના પગલાંથી બે પ્રકાશરાસાયણિક માર્ગ અલગ પડે છે. પ્રકાર II રસાયણમાં ટ્રિપ્લેટ અવસ્થાનું રંગદ્રવ્ય મૂળ અવસ્થાના ઑક્સિજનને ઊર્જા આપે છે અને સિંગ્લેટ ઑક્સિજન ઉત્પન્ન કરે છે, જેની સામાન્ય રીતે ઉલ્લેખાતી ઉપજ લગભગ 0.52 છે. પ્રકાર I રસાયણમાં ટ્રિપ્લેટ તેના બદલે સબસ્ટ્રેટને ઇલેક્ટ્રોન અથવા હાઇડ્રોજન આપે છે અને સુપરઑક્સાઇડ તથા હાઇડ્રોક્સિલ પ્રજાતિઓ સહિતના મુક્તમૂલકો ઉત્પન્ન કરે છે. બંને પ્રક્રિયાઓ એકસાથે ચાલી શકે છે, અને પ્રકાર Iનું યોગદાન હોય ત્યારે પણ પરંપરાગત ફોટોડાયનેમિક અસર ઑક્સિજન પર ખૂબ નિર્ભર રહે છે.

મિથિલીન બ્લુ માટે તરંગલંબાઈની પસંદગી અંગે આનો નિષ્કર્ષ એક સરળ નિયમ છે. લગભગ 630 થી 680 nmનો લાલ પ્રકાશ રંગદ્રવ્યના શોષણપટ્ટા સાથે મેળ ખાય છે, અને 660 થી 665 nm મોનોમરના મહત્તમ શોષણની નજીક છે. તેથી જ્યાં નોંધપાત્ર રંગદ્રવ્ય હાજર હોય ત્યાં તે પ્રકાશસંવેદક આધારિત રસાયણને ચલાવી શકે છે. 810 nmનો નિકટ-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ મૂળ અવસ્થાના શોષણપટ્ટાથી ઘણો બહાર આવે છે, તેથી રંગદ્રવ્યના સીધા ઉત્તેજન માટે તે અનુકૂળ તરંગલંબાઈ નથી. સાંદ્રતા આ ચિત્રને એક વાસ્તવિક રીતે જટિલ બનાવે છે: સાંદ્રતા વધતાં વધુ રંગદ્રવ્ય ડાઇમર અને એકત્રિત સ્વરૂપોમાં રહે છે, જે 610 nm તરફ શોષણ કરે છે અને અણુદીઠ ઓછું કાર્યક્ષમ પ્રકાશસંવેદન કરે છે. તેથી રંગદ્રવ્ય બમણું કરવાથી અસર બમણી થતી નથી. મિથિલીન બ્લુ અને લાલ પ્રકાશ ઉપચારની પૂરક સમીક્ષા આ શોષણના નિયમને કોઈપણ પ્રકાશસંવેદિત પ્રતિક્રિયાની પૂર્વશરત તરીકે લે છે.

વિકિરણ તીવ્રતા, સમયગાળો અને ફ્લુએન્સ ત્રણ પરિમાણો છે, એક નહીં

J per square cmમાં દર્શાવાતું ફ્લુએન્સ એટલે વિકિરણ તીવ્રતા અને સમયનો ગુણાકાર. માત્ર ફ્લુએન્સ નોંધવાથી ઊર્જા કયા દરે પહોંચી હતી તે છુપાઈ જાય છે, અને આ દર મહત્વનો છે.

થોડા સમય માટે આપવામાં આવેલી ઊંચી વિકિરણ તીવ્રતા અને લાંબા સમય માટે આપવામાં આવેલી ઓછી વિકિરણ તીવ્રતા એકસરખું ફ્લુએન્સ આપી શકે છે, પરંતુ રસાયણ અલગ હોઈ શકે છે. ઊંચી વિકિરણ તીવ્રતા દ્રાવણમાં ઓગળેલા ઑક્સિજનનો વપરાશ, પ્રસરણ તેને ફરી પૂરું પાડે તેના કરતાં વધુ ઝડપથી કરે છે. આથી પ્રકાશના સંપર્ક દરમિયાન જ ઑક્સિજન પર નિર્ભર પ્રકાર II માર્ગ મંદ પડી જાય છે. તે ગરમી પણ જમા કરે છે, અને ગરમીના પ્રતિભાવમાં પેશીમાં રક્તપ્રવાહ બદલાય છે, જે ઑક્સિજનની ઉપલબ્ધતા અને રંગદ્રવ્યના વિતરણ બંનેને બદલે છે. લાંબા સંપર્ક દરમિયાન ઓછી વિકિરણ તીવ્રતા ઑક્સિજનનો પુરવઠો જાળવે છે, પરંતુ સંપર્ક દરમિયાન જ સમારકામ અને ફરી ઑક્સિજન પૂરો પાડતી પ્રક્રિયાઓને કાર્ય કરવાનો સમય પણ આપે છે. પ્રકાશરસાયણના પાઠ્યપુસ્તકોમાં માત્ર કુલ માત્રા જ મહત્વની છે એવી ધારણાને પારસ્પરિકતા કહે છે. જ્યારે પણ ઑક્સિજન, ગરમી અથવા જૈવિક પ્રક્રિયાઓ ભાગ લે છે ત્યારે આ ધારણા નિષ્ફળ જાય છે; પેશીમાં તેનો અર્થ લગભગ હંમેશાં એવો થાય છે.

માનવોમાં મિથિલીન બ્લુ સાથેના સૂક્ષ્મજીવવિરોધી ફોટોડાયનેમિક પ્રકાશના સંપર્કમાં સામાન્ય રીતે 6 થી 18 J per square cm વપરાય છે, જે ફોટોબાયોમોડ્યુલેશનના મૂલ્યો સાથે મેળ ખાય છે. તેથી માત્ર ફ્લુએન્સથી પ્રક્રિયાનો પ્રકાર ઓળખી શકાય નહીં. રંગદ્રવ્ય ધરાવતી પેશીને 660 nm પર 10 J per square cmનો સંપર્ક આપવો એ પ્રકાશસંવેદક દ્વારા ચાલતું પ્રકાશરસાયણ છે. રંગદ્રવ્યના અલ્પ અંશ ધરાવતી પેશીને 810 nm પર એટલું જ ફ્લુએન્સ આપવું એ સંપૂર્ણપણે જુદી બાબત છે. આંકડો સરખો છે. ખ્યાલ જુદો છે.

પ્રકાશીય માર્ગ અને નમૂનાની ભૂમિતિ નક્કી કરે છે કે પ્રકાશ શેને મળે છે

બીયર–લૅમ્બર્ટ વર્તનનો અર્થ એ છે કે નમૂનાના આગળના ભાગને પાછળના ભાગ કરતાં ઘણો વધુ પ્રકાશ મળે છે. દસીઓ માઇક્રોમોલર રંગદ્રવ્ય ધરાવતી ક્યુવેટમાં પ્રથમ મિલિમીટર જ મોટા ભાગનો આપાત લાલ પ્રકાશ શોષી શકે છે, જેથી ઊંડાં સ્તરો વ્યવહારમાં પ્રકાશના સંપર્કમાં આવતાં જ નથી. એ જ દ્રાવણને ઓછા આયતન સાથે છીછરા કૂવામાં મૂકો તો સંપર્ક લગભગ એકસરખો બને છે. એ જ રંગદ્રવ્ય, એ જ દીવો, સપાટી પર એ જ ફ્લુએન્સ, પરંતુ પરિણામ અલગ.

પેશીમાં શોષણની સાથે વિખેરણ પણ ઉમેરાય છે. લગભગ 660 nmનો લાલ પ્રકાશ મિલિમીટરના ક્રમમાં અંદર પ્રવેશે છે; ચોક્કસ ઊંડાઈ લોહીની માત્રા, રંગદ્રવ્યતા અને પેશીના પ્રકારથી નક્કી થાય છે. કૂવા પોતાની પ્રાયોગિક વિકૃતિઓ ઉમેરે છે: મેનિસ્કસની લેન્સ જેવી અસર, દીવાલો પરથી પરાવર્તન, ધાર પરના કૂવા પર પડછાયો અને પ્રકાશસ્રોત નીચે ઓછા આયતનનું ગરમ થવું. દીવાની એકસરખી ગોઠવણી નોંધતી, પરંતુ અલગ પ્લેટ પ્રકાર, આયતન અથવા પ્રકાશસ્રોતથી અંતર વાપરતી બે પ્રયોગશાળાઓએ અલગ પ્રયોગો કર્યા છે.

અંતર પર ખાસ ભાર મૂકવો જરૂરી છે, કારણ કે તે સૌથી સામાન્ય અનોંધાયેલ ચલ છે. સમાંતર કિરણો ન આપતા પ્રકાશસ્રોતથી અંતર વધતાં વિકિરણ તીવ્રતા ઝડપથી ઘટે છે. તેથી પ્લેટથી 2 cm ઉપરનો દીવો 5 cm ઉપર ખસેડવાથી વિકિરણ તીવ્રતા અનેક ગણી ઘટી શકે છે, જ્યારે પદ્ધતિ વિભાગનું વર્ણન હજી એ જ રહે છે. નમૂનાની સપાટી પર વિકિરણ તીવ્રતા માપ્યા વિના ઉત્પાદકના પાવર રેટિંગ પરથી ગણાયેલા પ્રકાશિત ફ્લુએન્સના મૂલ્યો અંદાજ છે, માપ નથી.

ટિપ્પણીઓ સહિત પરિમાણ માર્ગદર્શિકા: પ્રકાશનો સંપર્ક પુનરુત્પાદિત કરી શકાય એવો શાથી બને છે

આ પૃષ્ઠની મૂળ સામગ્રી એક ચકાસણી યાદી છે. કોઈ અભ્યાસમાં પ્રકાશના સંપર્કનું વર્ણન આ વિગતો છોડે તો તેની બીજા અભ્યાસ સાથે સરખામણી કરી શકાય નહીં, ભલે મુખ્ય રીતે દર્શાવેલી માત્રા કેટલીય સરખી લાગે.

1. તરંગલંબાઈ અને પટ્ટાની પહોળાઈ. શિખર અને સંપૂર્ણ પહોળાઈ, માત્ર રંગનું નામ નહીં. લાલ LED 630 થી 680 nmને આવરી લે છે, જેમાં રંગદ્રવ્યનું શોષણ ઘણું બદલાય છે.
2. નમૂનાની સપાટી પર માપેલી વિકિરણ તીવ્રતા, mW per square cmમાં. ઉત્પાદક દર્શાવતું વૉટેજ વિકિરણ તીવ્રતા નથી.
3. સમયગાળો અને પલ્સિંગ. સતત પ્રકાશ સામે પલ્સમાં આપેલો પ્રકાશ; જ્યાં લાગુ પડે ત્યાં પલ્સની આવૃત્તિ અને ડ્યુટી સાઇકલ સહિત.
4. ઉપરની માપેલી જોડી પરથી ગણાયેલું ફ્લુએન્સ, J per square cmમાં.
5. રંગદ્રવ્યની સાંદ્રતા, ફોર્મ્યુલેશન અને એકત્રીકરણની સ્થિતિ. લગભગ 664 nm પરનો મોનોમર લગભગ 610 nm પરના અણુસમૂહો કરતાં અલગ રીતે પ્રકાશસંવેદન કરે છે.
6. દવા અને પ્રકાશ વચ્ચેનો સમયગાળો. રંગદ્રવ્ય આપવાથી પ્રકાશ આપવાની વચ્ચે મિનિટોથી કલાકો સુધીનો સમય, જે પ્રકાશ પહોંચે ત્યારે રંગદ્રવ્ય ક્યાં છે તે નક્કી કરે છે.
7. ઑક્સિજનની ઉપલબ્ધતા. હવાયુક્ત દ્રાવણ સામે ઓછા ઑક્સિજનવાળી પેશી પ્રકાર I અને પ્રકાર IIનું સંતુલન સીધું બદલે છે.
8. ભૂમિતિ. નમૂનાની ઊંડાઈ, આયતન, પાત્રનો પ્રકાર, પ્રકાશસ્રોતનું અંતર અને કોણ તથા પેશીમાં લક્ષ્યની ઊંડાઈ.

સંશોધનપત્રો વાંચતી વખતે એક ઉપયોગી ટેવ: પહેલાં દવા અને પ્રકાશ વચ્ચેનો સમયગાળો તપાસો. તે હેતુ સ્પષ્ટ કરે છે. ફોટોડાયનેમિક પ્રયોગોની રચનામાં રંગદ્રવ્ય ધરાવતી પેશીને ઇરાદાપૂર્વક પ્રકાશ આપવામાં આવે છે. સંયુક્ત પ્રયોગોની રચનામાં બંનેને જાણીજોઈને અલગ રાખી શકાય છે, જેમ નીચે દર્શાવ્યું છે.

નિકટ-ઇન્ફ્રારેડ ફોટોબાયોમોડ્યુલેશન એ રંગદ્રવ્યનું પ્રકાશ-સક્રિયકરણ નથી

ફોટોબાયોમોડ્યુલેશન, જેનું સામાન્ય સંક્ષિપ્ત રૂપ PBM છે, પ્રકાશસંવેદક ઉમેર્યા વિના શરીરની અંદરના સંકેતોને મોડ્યુલેટ કરવા લાલ અથવા નિકટ-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ વાપરે છે. ફોટોડાયનેમિક ઉપચાર, જેનું સામાન્ય સંક્ષિપ્ત રૂપ PDT છે, ત્રણ ઘટકો સાથે વાપરે છે: સંવેદક શોષી શકે એવો પ્રકાશ, સંવેદક પોતે અને ઑક્સિજન. તેનાથી પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓનો તીવ્ર ઉછાળો સર્જાય છે, જે લક્ષ્યને નુકસાન કરે છે. ચેતાતંત્રના રક્ષણ માટેના લક્ષ્ય તરીકે માઇટોકોન્ડ્રિયાની સમીક્ષા મિથિલીન બ્લુને PBM સાથે જોડે છે, કારણ કે તેઓ જુદી દિશાઓથી કોષીય શ્વસન પર એકત્રિત થાય છે: રંગદ્રવ્ય ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને ટેકો આપતા ઉત્પ્રેરક રેડોક્સ ચક્રકાર તરીકે કામ કરે છે, જ્યારે PBM કોમ્પ્લેક્સ IVમાં સાયટોક્રોમ c ઑક્સિડેઝથી અવરોધક નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડનું વિયોજન પ્રોત્સાહિત કરે છે એવી પરિકલ્પના છે. આ એન્ઝાઇમ પ્રક્રિયાને પરિકલ્પના તરીકે જ ઓળખાવવી જોઈએ.

ઉંદરો પરના સૌથી વધુ ઉલ્લેખાતા બે સંયુક્ત અભ્યાસો બંને 810 nm પ્રકાશ વાપરે છે, અને આ જ ચોક્કસ કારણ છે કે તેઓ રંગદ્રવ્યનું પ્રકાશ-સક્રિયકરણ દર્શાવતા નથી. ઊંઘથી વંચિત કરતા પહેલાંના ઉપચારના અભ્યાસમાં, ઉંદરોને ઊંઘથી વંચિત કરતા પહેલાં દરરોજ 0.5 mg per kg મિથિલીન બ્લુ, દર બીજા દિવસે 810 nm પલ્સવાળો લેઝર અથવા બંને આપવામાં આવ્યાં. સંયુક્ત પૂર્વઉપચારે સ્મૃતિસંબંધિત વર્તનો અને હિપ્પોકેમ્પસના સિનેપ્ટિક પ્રોટીનનું રક્ષણ કર્યું, જ્યારે એકલા ઉપચારો મોટાભાગે નિષ્ફળ રહ્યા. સાથેસાથે ઉપચાર આપતા દીર્ઘકાલીન તણાવના અભ્યાસમાં, ઉંદરોને દરરોજ 0.5 mg per kg રંગદ્રવ્યની સાથે 8 J per square cm પર 810 nm PBM આપવામાં આવ્યું. રંગદ્રવ્ય ધરાવતી પેશીને પ્રકાશ ન મળે તે માટે ખાસ કરીને પહેલાં લેઝર આપવામાં આવ્યો અને બે કલાક પછી રંગદ્રવ્યનું ઇન્જેક્શન અપાયું. ત્રણેય અભ્યાસ જૂથોમાં શીખવાની ખામીઓ દૂર થઈ, અને સંયુક્ત ઉપયોગનો વધારાનો લાભ મુખ્યત્વે સીરમ કોર્ટિસોલ તથા મગજની પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પ્રજાતિઓમાં જોવા મળ્યો. આ પરિણામો એકસાથે વપરાતા બે માઇટોકોન્ડ્રીયલ હસ્તક્ષેપોની કસોટી કરે છે. ફોટોડાયનેમિક અભ્યાસોનો સંગ્રહ દરેક ઉપયોગના હેતુ માટે તરંગલંબાઈ નોંધીને આ ભેદ સ્પષ્ટ રાખે છે.

ત્વચા અંગેના પુરાવા બીજી બાજુ છે. માનવોમાં મિથિલીન બ્લુ અને પ્રકાશના સંયુક્ત ઉપયોગના ત્વચાસંબંધિત આંકડા મુખ્યત્વે 630 થી 680 nm પર કેન્દ્રિત છે, જેમાં રંગદ્રવ્ય ત્વચા પર અથવા અસરગ્રસ્ત ભાગની અંદર આપવામાં આવે છે અને હેતુ નાશ અથવા પુનઃરચનાનો હોય છે. વ્યાખ્યા પ્રમાણે આ PDT છે. તેમાં મળેલા અસરગ્રસ્ત ભાગના નિવારણને રંગદ્રવ્ય PBMને વધારે છે તેના પુરાવા તરીકે ટાંકવું, અથવા 810 nm પર ઉંદરોમાં થયેલા સુધારાને 660 nm પેનલ અને રંગદ્રવ્યનું સંયોજન જ્ઞાનાત્મક કાર્ય માટેનો પ્રોટોકોલ છે તેના પુરાવા તરીકે ટાંકવું, આ જુદી પ્રક્રિયાઓને ભેળવી દે છે. માત્રા અને ઔષધવિજ્ઞાનનો સંદર્ભ તથા સલામતી અને પરસ્પરક્રિયાની માર્ગદર્શિકા આ વિષયના સાંદ્રતા અને ઉપયોગ ન કરવો જોઈએ તેવી પરિસ્થિતિઓ વિશેના ભાગોને વધુ વિસ્તારે છે.

આંકડાઓની સરખામણી કરતાં પહેલાં ખ્યાલ ઓળખો. તરંગલંબાઈ નક્કી કરે છે કે રંગદ્રવ્ય શોષણ કરે છે કે નહીં. વિકિરણ તીવ્રતા અને સમયગાળો નક્કી કરે છે કે આ શોષણથી રસાયણ શું કરે છે. ભૂમિતિ નક્કી કરે છે કે નમૂનાનો કયો ભાગ આમાંથી કંઈપણ અનુભવે છે. એક પરિમાણમાં સરખા અને બાકીનાંમાં જુદા એવા બે પ્રકાશના સંપર્કો અલગ પ્રયોગો છે. તેમને પરસ્પર સમકક્ષ ગણવા એ જ ભૂલ અટકાવવા આ માર્ગદર્શિકા છે. આમાંથી ઘેર ઉપયોગ માટેનો કોઈ પ્રોટોકોલ મળતો નથી; રંગદ્રવ્ય સાથે સુસંગત તરંગલંબાઈનો પ્રકાશ અને આખા શરીરમાં પહોંચાડેલું રંગદ્રવ્ય, અન્યથા માત્ર મોડ્યુલેશન કરતો પ્રકાશનો સંપર્ક બદલીને પ્રકાશસંવેદક દ્વારા ચાલતા પ્રકાશરસાયણમાં ફેરવે છે, જેનું સંચાલન તબીબી વ્યાવસાયિકો દ્વારા થવું જોઈએ.