Մեթիլեն կապույտը և լույսի ազդեցությունը․ ալիքի երկարություն, ճառագայթման խտություն և ազդեցության երկրաչափություն

Երկու հոդված հայտնում են, որ մեթիլեն կապույտը ենթարկվել է լույսի ազդեցության՝ յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով 10 J էներգիայով։ Մեկում բակտերիաները ոչնչանում են։ Մյուսում չափելի փոփոխություն չի լինում։ Միայն դոզան համեմատող ընթերցողը եզրակացնում է, որ ոլորտի արդյունքները հակասական են։ Ոլորտի արդյունքները համահունչ են։ Դոզան երբեք չի նկարագրել ամբողջ լուսային ազդեցությունը։

Լուսային ազդեցությունը միասին գործող պարամետրերի փոքր համակարգ է՝ ալիքի երկարություն, ճառագայթման հզորության մակերեսային խտություն, տևողություն, դրանցից ստացվող էներգիայի մակերեսային խտություն, թթվածնի հասանելիություն, ներկանյութի կոնցենտրացիա և ագրեգացման վիճակ, ներկանյութի կիրառման ու լուսավորման միջև ժամանակահատված և այն օպտիկական ուղին, որով լույսն իրականում անցնում է նմուշի միջով։ Դրանցից մեկը փոխելիս ֆոտոքիմիան նույնպես փոխվում է։ Այս հոդվածը հերթով դիտարկում է յուրաքանչյուր պարամետր, այնուհետև տարբերակում մերձինֆրակարմիր ֆոտոբիոմոդուլյացիան ներկանյութի ուղղակի ֆոտոակտիվացումից, քանի որ այս երկու ռեժիմներն ամենից հաճախ են շփոթվում։

Ալիքի երկարությունը որոշում է՝ արդյոք ներկանյութը մասնակցում է

Ջրում մեթիլեն կապույտը մոնոմերի ձևով ուժեղ կլանում է կարմիր լույսը․ կլանման գագաթը մոտ 664-ից 665 nm-ում է, իսկ ավելի կարճ ալիքի երկարության կողմում՝ մոտ 610 nm-ում, կա ուսաձև հատված, որն աճում է, երբ ներկանյութը ագրեգացվում է՝ առաջացնելով դիմերներ և ավելի խոշոր կուտակումներ։ Գագաթի մոտ մոլային կլանման գործակիցը մոտավորապես 65,000-ից 85,000 M-1 cm-1 է, ուստի նույնիսկ միկրոմոլային կոնցենտրացիայով լուծույթներն արդեն ինտենսիվ կապույտ են։ Մեթիլեն կապույտի՝ ԴՆԹ-ի և կենսաբանական սուբստրատների հետ ֆոտոքիմիայի վաղ ակնարկը փաստագրում է կլանման այս վարքը և դրան հաջորդող գրգռված վիճակների քիմիան․ կլանման արդյունքում առաջանում է կարճատև սինգլետ վիճակ, որից անցում է կատարվում ավելի երկարատև տրիպլետ վիճակի՝ հաղորդված մոտ 0.5 ելքով։ Օդով հագեցած լուծույթում թթվածինը մարում է այդ վիճակը մոտ 2 միկրովայրկյանի ընթացքում։

Մարման այս փուլում են բաժանվում երկու ֆոտոքիմիական ուղիները։ Type II քիմիայի դեպքում տրիպլետ վիճակում գտնվող ներկանյութը էներգիա է փոխանցում հիմնական վիճակում գտնվող թթվածնին և առաջացնում սինգլետ թթվածին՝ հաճախ նշվող մոտ 0.52 ելքով։ Type I քիմիայի դեպքում տրիպլետն այդ փոխարեն էլեկտրոն կամ ջրածին է փոխանցում սուբստրատին՝ առաջացնելով ռադիկալներ, այդ թվում՝ սուպերօքսիդային և հիդրօքսիլային մասնիկներ։ Երկուսն էլ կարող են ընթանալ միաժամանակ, իսկ սովորական ֆոտոդինամիկ ազդեցությունը շարունակում է խիստ կախված լինել թթվածնից, նույնիսկ երբ Type I ուղին նույնպես իր ներդրումն ունի։

Մեթիլեն կապույտի համար ալիքի երկարության ընտրության հետևանքը պարզ կանոն է։ Մոտ 630-ից 680 nm կարմիր լույսը համընկնում է ներկանյութի կլանման գոտու հետ, իսկ 660-ից 665 nm-ը մոտ է մոնոմերի առավելագույն կլանմանը։ Ուստի այն կարող է խթանել լուսազգայունացուցիչով պայմանավորված քիմիան ամենուր, որտեղ ներկանյութն առկա է նշանակալի քանակով։ 810 nm մերձինֆրակարմիր լույսը հիմնական վիճակի կլանման գոտուց բավական հեռու է, ուստի այդ ալիքի երկարությունը հարմար չէ ներկանյութի ուղղակի գրգռման համար։ Կոնցենտրացիան պատկերը բարդացնում է մեկ հստակ ձևով․ կոնցենտրացիայի աճին զուգահեռ ավելի շատ ներկանյութ է լինում դիմերային և ագրեգացված ձևերով, որոնք կլանում են դեպի 610 nm կողմը և յուրաքանչյուր մոլեկուլի հաշվով պակաս արդյունավետ են լուսազգայունացման գործում։ Այդ պատճառով ներկանյութի քանակը կրկնապատկելը չի կրկնապատկում ազդեցությունը։ Մեթիլեն կապույտի և կարմիր լույսով թերապիայի վերաբերյալ ուղեկից ակնարկը կլանման այս կանոնը դիտարկում է որպես լուսազգայունացմամբ ընթացող ցանկացած ռեակցիայի նախապայման։

Ճառագայթման հզորության խտությունը, տևողությունը և էներգիայի խտությունը երեք պարամետր են, ոչ թե մեկը

Էներգիայի մակերեսային խտությունը՝ J յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով, ճառագայթման հզորության մակերեսային խտության և ժամանակի արտադրյալն է։ Միայն էներգիայի խտությունը հաղորդելը թաքցնում է էներգիայի մատակարարման արագությունը, իսկ այդ արագությունը կարևոր է։

Կարճ ժամանակով բարձր հզորության խտությամբ և երկար ժամանակով ցածր հզորության խտությամբ ճառագայթումները կարող են տալ էներգիայի նույն մակերեսային խտությունը, բայց տարբեր քիմիական գործընթացներ։ Բարձր հզորության խտության դեպքում լուծված թթվածինը սպառվում է ավելի արագ, քան դիֆուզիան այն լրացնում է, ինչի պատճառով ազդեցության ընթացքում թթվածնից կախված Type II ուղին սահմանափակվում է։ Այն նաև ջերմություն է հաղորդում, իսկ հյուսվածքը տաքացմանը արձագանքում է արյան հոսքի փոփոխություններով, որոնք փոխում են թե՛ թթվածնով հագեցվածությունը, թե՛ ներկանյութի բաշխումը։ Երկարատև ազդեցության ընթացքում ցածր հզորության խտությունը պահպանում է թթվածնի մատակարարումը, բայց նաև ժամանակ է տալիս, որ վերականգնման և թթվածնով վերահագեցման գործընթացները գործեն հենց ազդեցության ընթացքում։ Ֆոտոքիմիայի դասագրքերում այն ենթադրությունը, թե միայն ընդհանուր դոզան է կարևոր, կոչվում է փոխադարձության սկզբունք։ Այն խախտվում է, երբ գործընթացին մասնակցում են թթվածինը, տաքացումը կամ կենսաբանական գործոնները, ինչը հյուսվածքներում տեղի է ունենում գրեթե միշտ։

Մարդկանց մոտ մեթիլեն կապույտով հակամանրէային ֆոտոդինամիկ ազդեցությունների համար սովորաբար կիրառվում է յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով 6-ից 18 J, ինչը համընկնում է ֆոտոբիոմոդուլյացիայի արժեքների հետ։ Հետևաբար միայն էներգիայի մակերեսային խտությամբ հնարավոր չէ որոշել ռեժիմը։ Ներկանյութ պարունակող հյուսվածքի վրա 660 nm-ում յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով 10 J ազդեցությունը լուսազգայունացուցիչով պայմանավորված ֆոտոքիմիա է։ Նույն էներգիայի խտությունը 810 nm-ում՝ ներկանյութի հետքային քանակներ պարունակող հյուսվածքի վրա, բոլորովին այլ բան է։ Թիվը համընկնում է։ Հասկացությունը՝ ոչ։

Օպտիկական ուղին և նմուշի երկրաչափությունը որոշում են, թե լույսն ինչի է հանդիպում

Բեր–Լամբերտի օրենքից հետևում է, որ նմուշի առջևի հատվածը շատ ավելի շատ լույս է ստանում, քան հետևի հատվածը։ Տասնյակ միկրոմոլային կոնցենտրացիայով ներկանյութ պարունակող կյուվետում առաջին միլիմետրը կարող է կլանել ընկնող կարմիր լույսի մեծ մասը՝ ավելի խոր շերտերը փաստացի թողնելով առանց լուսային ազդեցության։ Նույն լուծույթը փոքր ծավալով տեղադրեք մակերեսային փոսիկում, և ազդեցությունը կդառնա գրեթե միատեսակ։ Նույն ներկանյութը, նույն լամպը, մակերեսին էներգիայի նույն խտությունը, բայց տարբեր արդյունք։

Հյուսվածքում կլանմանը ավելանում է նաև ցրումը։ Մոտ 660 nm կարմիր լույսը ներթափանցում է միլիմետրերի կարգի խորությամբ, իսկ ճշգրիտ խորությունը որոշվում է արյան պարունակությամբ, պիգմենտացիայով և հյուսվածքի տեսակով։ Փոսիկներն առաջացնում են իրենց հատուկ արտեֆակտները՝ մենիսկի ոսպնյակային ազդեցություն, պատերից անդրադարձ, եզրային փոսիկների ստվերում և աղբյուրի տակ փոքր ծավալների տաքացում։ Երկու լաբորատորիա, որոնք հաղորդում են լամպի նույն կարգավորումները, բայց օգտագործում են տարբեր տեսակի թիթեղներ, ծավալներ կամ աղբյուրից հեռավորություններ, իրականում կատարել են տարբեր փորձեր։

Հեռավորությունն արժանի է հատուկ շեշտադրման, քանի որ այն ամենատարածված չնշված փոփոխականն է։ Ոչ կոլիմացված աղբյուրից հեռավորության աճին զուգահեռ ճառագայթման հզորության խտությունն արագ նվազում է, ուստի լամպը թիթեղից 2 cm բարձրությունից 5 cm բարձրություն տեղափոխելը կարող է այդ խտությունը մի քանի անգամ նվազեցնել, մինչդեռ մեթոդների բաժնի նկարագրությունը մնա նույնը։ Առանց նմուշի մակերեսին ճառագայթման հզորության խտությունը չափելու՝ արտադրողի նշած հզորությունից հաշվարկված և հրապարակված էներգիայի խտությունները գնահատականներ են, ոչ թե չափումներ։

Պարամետրերի բացատրություններով ուղեցույց․ ինչն է լուսային ազդեցությունը դարձնում վերարտադրելի

Այս էջի համար պատրաստված սկզբնական նյութը ստուգաթերթ է։ Հետազոտության ցանկացած լուսային ազդեցություն, որի նկարագրությունից բացակայում են այս կետերը, հնարավոր չէ համեմատել մեկ ուրիշի հետ, որքան էլ նման թվա հիմնական նշված դոզան։

1. Ալիքի երկարություն և սպեկտրային լայնություն։ Գագաթը և ամբողջ լայնությունը, ոչ թե գույնի անվանումը։ Կարմիր LED-ն ընդգրկում է 630-ից 680 nm տիրույթը, որտեղ ներկանյութի կլանումը խիստ տարբեր է։
2. Ճառագայթման հզորության մակերեսային խտությունը նմուշի մակերեսին՝ չափված և արտահայտված mW յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով։ Արտադրողի նշած հզորությունը ճառագայթման մակերեսային խտություն չէ։
3. Տևողություն և իմպուլսային ռեժիմ։ Անընդհատ կամ իմպուլսային մատակարարում՝ ներառյալ իմպուլսների հաճախականությունը և աշխատանքային ցիկլը, երբ կիրառելի է։
4. Վերը նշված չափված զույգից հաշվարկված էներգիայի մակերեսային խտությունը՝ J յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով։
5. Ներկանյութի կոնցենտրացիա, պատրաստուկի բաղադրություն և ագրեգացման վիճակ։ Մոտ 664 nm-ում կլանող մոնոմերի լուսազգայունացնող վարքը տարբերվում է մոտ 610 nm-ում կլանող ագրեգատների վարքից։
6. Դեղանյութի կիրառման և լուսավորման միջև ժամանակահատված։ Ներկանյութի ներմուծման և ճառագայթման միջև րոպեներից մինչև ժամեր տևող ընդմիջումը որոշում է, թե որտեղ է ներկանյութը լույսի հասնելու պահին։
7. Թթվածնով հագեցվածություն։ Օդով հագեցած լուծույթն ու հիպօքսիկ հյուսվածքն ուղղակիորեն տարբեր կերպ են ազդում Type I և Type II ուղիների հավասարակշռության վրա։
8. Երկրաչափություն։ Նմուշի խորություն, ծավալ, տարայի տեսակ, աղբյուրի հեռավորություն և անկյուն, ինչպես նաև հյուսվածքային թիրախի խորություն։

Հոդվածներ կարդալիս օգտակար սովորություն է նախ ստուգել դեղանյութի կիրառման և լուսավորման միջև ժամանակահատվածը։ Այն բացահայտում է նպատակը։ Ֆոտոդինամիկ փորձերի պլանավորումը նախատեսում է ներկանյութ պարունակող հյուսվածքի դիտավորյալ ճառագայթում։ Համակցված փորձերում այս երկուսը կարող են միտումնավոր տարանջատվել, ինչպես ստորև։

Մերձինֆրակարմիր ֆոտոբիոմոդուլյացիան ներկանյութի ֆոտոակտիվացում չէ

Ֆոտոբիոմոդուլյացիան, որը սովորաբար կրճատվում է որպես PBM, օգտագործում է կարմիր կամ մերձինֆրակարմիր լույս՝ էնդոգեն ազդանշանային գործընթացները մոդուլացնելու համար՝ առանց լուսազգայունացուցիչ ավելացնելու։ Ֆոտոդինամիկ թերապիան, որը սովորաբար կրճատվում է որպես PDT, միասին օգտագործում է երեք բաղադրիչ՝ լույս, որը կլանում է լուսազգայունացուցիչը, հենց լուսազգայունացուցիչը և թթվածին՝ թիրախը վնասող ռեակտիվ մասնիկների կարճատև ինտենսիվ առաջացում ապահովելու համար։ Միտոքոնդրիաները որպես նյարդապաշտպանության թիրախ դիտարկող ակնարկը մեթիլեն կապույտը զուգակցում է PBM-ի հետ, քանի որ դրանք տարբեր ուղղություններից ազդում են նույն շնչառական գործընթացների վրա․ ներկանյութը գործում է որպես կատալիտիկ օքսիդավերականգնման ցիկլ իրականացնող նյութ՝ աջակցելով էլեկտրոնների հոսքին, մինչդեռ ենթադրվում է, որ PBM-ը նպաստում է արգելակող ազոտի մոնօքսիդի անջատմանը IV համալիրի ցիտոքրոմ c օքսիդազից։ Ֆերմենտի այդ մեխանիզմը պետք է շարունակի ներկայացվել որպես վարկած։

Մկների վրա կատարված երկու ամենաշատ մեջբերվող համակցված հետազոտություններն էլ օգտագործում են 810 nm լույս, և հենց այդ պատճառով դրանք չեն ցուցադրում ներկանյութի ֆոտոակտիվացում։ Քնի զրկումից առաջ կիրառվող նախնական միջամտության հետազոտությունում մկները մինչև քնի զրկումը ամեն օր ստացել են մեթիլեն կապույտ՝ 0.5 mg յուրաքանչյուր kg-ի հաշվով, երկու օրը մեկ ենթարկվել են 810 nm իմպուլսային լազերի ազդեցության կամ ստացել են երկուսը միասին։ Համակցված նախնական միջամտությունը պահպանել է հիշողության հետ կապված վարքային ցուցանիշները և հիպոկամպի սինապսային սպիտակուցները, մինչդեռ առանձին միջամտությունները հիմնականում չեն տվել այդ արդյունքը։ Քրոնիկ սթրեսի պայմաններում զուգահեռ միջամտությունների հետազոտությունում մկները ստացել են 810 nm PBM՝ 8 J յուրաքանչյուր քառակուսի cm-ի հաշվով, և ամենօրյա ներկանյութ՝ 0.5 mg յուրաքանչյուր kg-ի հաշվով։ Լազերը կիրառվել է առաջինը, իսկ ներկանյութը ներարկվել է երկու ժամ անց՝ հատուկ ներկանյութ պարունակող հյուսվածքի ճառագայթումից խուսափելու համար։ Բոլոր երեք խմբերում վերացվել են ուսուցման խանգարումները, իսկ գումարային օգուտը հիմնականում վերաբերել է շիճուկային կորտիզոլին և ուղեղի թթվածնի ռեակտիվ տեսակներին։ Այս արդյունքները ստուգում են միասին կիրառվող երկու միտոքոնդրիալ միջամտություն․ տարբերություն, որը ֆոտոդինամիկ հետազոտությունների հավաքածուն հստակ պահպանում է՝ յուրաքանչյուր ցուցման համար գրանցելով ալիքի երկարությունը։

Մաշկին վերաբերող տվյալները մյուս կողմում են։ Մարդկանց մաշկի վրա մեթիլեն կապույտի և լույսի համակցման տվյալները հիմնականում վերաբերում են 630-ից 680 nm տիրույթին՝ տեղային կամ անմիջապես ախտահարված հատվածում կիրառված ներկանյութով և քայքայման կամ վերակառուցման նպատակով, ինչը սահմանման համաձայն PDT է։ Այդ մաքրման արդյունքը որպես ապացույց մեջբերելը, թե ներկանյութն ուժեղացնում է PBM-ը, կամ մկների մոտ 810 nm-ով վերականգնման արդյունքը որպես ապացույց մեջբերելը, թե 660 nm լուսային վահանակն ու ներկանյութը ճանաչողական գործառույթների արձանագրություն են, նշանակում է խառնել ռեժիմները։ Դոզավորման և դեղաբանության տեղեկատուն, ինչպես նաև անվտանգության և փոխազդեցությունների ուղեցույցը ավելի մանրամասն են անդրադառնում այս թեմայի՝ կոնցենտրացիային և հակացուցումներին վերաբերող մասերին։

Թվերը համեմատելուց առաջ անվանեք հասկացությունը։ Ալիքի երկարությունը որոշում է՝ արդյոք ներկանյութը կլանում է լույսը։ Ճառագայթման հզորության խտությունն ու տևողությունը որոշում են, թե քիմիական գործընթացներն ինչ են անում այդ կլանման հետ։ Երկրաչափությունը որոշում է, թե նմուշի որ հատվածն է ընդհանրապես ենթարկվում այդ ազդեցությանը։ Երկու լուսային ազդեցություն, որոնք համընկնում են մեկ պարամետրով և տարբերվում մնացածով, տարբեր փորձեր են, և դրանք փոխարինելի համարելն այն սխալն է, որը կանխելու համար է ստեղծված այս ուղեցույցը։ Այս ամենից տնային կիրառման որևէ արձանագրություն չի բխում․ ներկանյութի կլանմանը համապատասխան ալիքի երկարությամբ լույսը՝ համակարգային կերպով կիրառված ներկանյութի հետ միասին, այլապես մոդուլացնող ազդեցությունը վերածում է լուսազգայունացուցիչով պայմանավորված ֆոտոքիմիայի, որը պետք է իրականացվի կլինիկական մասնագետների վերահսկողությամբ։