Metýlenblátt og ljósútsetning: bylgjulengd, geislunarstyrkur og rúmfræði meðferðar

Tvær greinar lýsa því að metýlenblátt hafi verið útsett fyrir 10 J á fersentimetra af ljósi. Í annarri drepast bakteríur. Í hinni gerist ekkert mælanlegt. Lesandi sem ber aðeins saman skammtinn ályktar að ósamræmi sé á rannsóknarsviðinu. Sviðið er samræmt. Skammturinn lýsti aldrei allri útsetningunni.

Ljósútsetning er lítið kerfi breyta sem verka saman: bylgjulengd, geislunarstyrkur, tímalengd, geislunarorka á flatareiningu sem af þessu leiðir, aðgengi að súrefni, styrkur litarefnis og samsöfnunarástand þess, tímasetning litarefnis miðað við ljós og sú ljósleið sem ljósið fer í raun um sýnið. Ef einni breytu er breytt breytast ljósefnafræðilegu viðbrögðin. Í þessari grein er farið yfir hverja breytu og síðan gerður greinarmunur á ljóslíffræðilegri mótun með nær-innrauðu ljósi og beinni ljósvirkjun litarefnis, því þessum tveimur verkunarháttum er oftast ruglað saman.

Bylgjulengd ræður því hvort litarefnið tekur þátt

Metýlenblátt í vatni gleypir rautt ljós sterkt á einliðuformi, með hámark nálægt 664 til 665 nm og öxl við styttri bylgjulengd nálægt 610 nm sem stækkar þegar litarefnið safnast saman í tvíliður og stærri stafla. Mólgleypnistuðullinn nálægt hámarkinu er á bilinu 65,000 til 85,000 M-1 cm-1, svo lausnir með styrk á míkrómólarskala eru þegar ákaflega bláar. Hin snemmkomna yfirlitsgrein um ljósefnafræði metýlenblás með DNA og líffræðilegum hvarfefnum lýsir þessari gleypni og efnafræði örvaðra ástanda sem fylgir: gleypnin færir sameindir í skammlíft singlettástand, þaðan sem þær fara yfir í langlífara triplettástand með tilkynntar heimtur nálægt 0.5. Í loftaðri lausn afvirkjar súrefni þetta ástand innan um það bil 2 míkrósekúndna.

Það er við þetta afvirkjunarskref sem ljósefnafræðilegu leiðirnar tvær skiljast að. Í efnafræði af gerð II flytur litarefnið í triplettástandi orku til súrefnis í grunnástandi og myndar singlettsúrefni, með heimtur nálægt 0.52 samkvæmt algengum tilvísunum. Í efnafræði af gerð I flytur triplettástandið þess í stað rafeind eða vetni til hvarfefnis og myndar stakeindir, þar á meðal súperoxíð og hýdroxýltegundir. Báðar leiðirnar geta verið virkar samtímis og hefðbundin ljósaflfræðileg verkun er áfram mjög háð súrefni, jafnvel þegar gerð I leggur sitt af mörkum.

Af þessu leiðir einföld regla um val á bylgjulengd fyrir metýlenblátt. Rautt ljós frá um 630 til 680 nm skarast við gleypniband litarefnisins, og 660 til 665 nm er nálægt hámarki einliðunnar. Það getur því knúið efnafræðileg viðbrögð ljósnæmingarefnis þar sem umtalsvert magn litarefnis er til staðar. Nær-innrautt ljós við 810 nm liggur langt utan gleypnibands grunnástandsins og er því óhentug bylgjulengd til að örva litarefnið beint. Styrkur flækir myndina á einn skýran hátt: þegar styrkur eykst er stærri hluti litarefnisins á tvíliðuformi eða í stærri samsöfnum sem gleypa nær 610 nm og valda ljósnæmingu með minni skilvirkni á hverja sameind. Tvöföldun á magni litarefnis tvöfaldar því ekki áhrifin. Tengda yfirlitsgreinin um metýlenblátt og meðferð með rauðu ljósi fjallar um þessa gleypnireglu sem forsendu allra ljósnæmdra efnahvarfa.

Geislunarstyrkur, tímalengd og geislunarorka á flatareiningu eru þrjár breytur, ekki ein

Geislunarorka á flatareiningu, í J á fersentimetra, er geislunarstyrkur margfaldaður með tíma. Ef aðeins er greint frá geislunarorku á flatareiningu er hraðinn sem orkan barst á falinn, og hraðinn skiptir máli.

Mikill geislunarstyrkur í stuttan tíma og lítill geislunarstyrkur í langan tíma geta skilað sömu geislunarorku á flatareiningu en ólíkum efnafræðilegum viðbrögðum. Mikill geislunarstyrkur eyðir uppleystu súrefni hraðar en sveimun endurnýjar það. Það hægir á súrefnisháðu leiðinni af gerð II þegar nokkuð er liðið á útsetninguna. Hann skilar einnig varma, og vefur bregst við hitun með breytingum á blóðflæði sem breyta bæði súrefnisbúskap og dreifingu litarefnis. Lítill geislunarstyrkur við langa útsetningu viðheldur súrefnisframboði en gefur viðgerðarferlum og endurnýjun súrefnis tíma til að verka á meðan útsetningin sjálf stendur yfir. Í kennslubókum um ljósefnafræði er sú forsenda að aðeins heildarskammturinn skipti máli nefnd gagnkvæmnisreglan. Hún bregst þegar súrefni, hitun eða líffræðileg ferli koma við sögu, sem er nær alltaf í vefjum.

Í ljósaflfræðilegri örverudrepandi meðferð með metýlenbláu hjá mönnum er algengt að nota 6 til 18 J á fersentimetra, sem skarast við gildi í ljóslíffræðilegri mótun. Geislunarorka á flatareiningu ein og sér getur því ekki skilgreint verkunarháttinn. Útsetning fyrir 10 J á fersentimetra við 660 nm í vef sem inniheldur mikið litarefni felur í sér ljósefnafræði knúna af ljósnæmingarefni. Sama geislunarorka á flatareiningu við 810 nm í vef með snefilmagni litarefnis er allt annað. Talan er sú sama. Hugtakið er annað.

Ljósleið og rúmfræði sýnis ráða því hvað ljósið mætir

Samkvæmt lögmáli Beer–Lambert fær fremsti hluti sýnis mun meira ljós en sá aftasti. Í mælikúvettu með litarefni í styrk sem nemur tugum míkrómóla á lítra getur fyrsti millimetrinn gleypt mest af innfallandi rauðu ljósi, þannig að dýpri lög verða í reynd ekki fyrir ljósútsetningu. Ef sama lausn er sett í lítið rúmmál í grunnum brunni verður útsetningin næstum jöfn. Sama litarefni, sami lampi, sama geislunarorka á flatareiningu við yfirborðið, en önnur niðurstaða.

Í vefjum bætist dreifing ljóss við gleypnina. Rautt ljós nálægt 660 nm smýgur um millimetra inn í vef, en nákvæm dýpt ræðst af blóðinnihaldi, litarefnum og vefjagerð. Brunnar bæta við eigin skekkjuáhrifum: linsuáhrifum vökvaborðsins, endurkasti frá veggjum, skuggum á jaðarbrunnum og hitnun lítils rúmmáls undir ljósgjafanum. Tvær rannsóknarstofur sem gefa upp sömu stillingar lampa en nota ólíkar plötugerðir, rúmmál eða fjarlægðir frá ljósgjafa hafa framkvæmt ólíkar tilraunir.

Ástæða er til að leggja áherslu á fjarlægð, því hún er algengasta breytan sem ekki er tilgreind. Geislunarstyrkur minnkar hratt með fjarlægð frá ljósgjafa sem gefur ekki samsíða geisla. Lampi sem er færður úr 2 cm í 5 cm fyrir ofan plötuna getur því minnkað geislunarstyrk margfalt þótt aðferðakaflinn sé enn óbreyttur. Án mælingar á geislunarstyrk við yfirborð sýnisins eru birt gildi geislunarorku á flatareiningu, reiknuð út frá afltölum framleiðanda, áætlanir en ekki mælingar.

Leiðarvísir um breytur með skýringum: hvað gerir útsetningu endurtakanlega

Sérútbúna efnið fyrir þessa síðu er gátlisti. Ekki er hægt að bera ljósútsetningu í rannsókn saman við aðra ef þessi atriði vantar, hversu svipaður sem uppgefinn heildarskammtur virðist vera.

1. Bylgjulengd og bandbreidd. Hámark og full breidd, ekki litaheiti. Rautt LED-ljós nær yfir 630 til 680 nm þar sem gleypni litarefnis er mjög mismunandi.
2. Mældur geislunarstyrkur við yfirborð sýnisins, í mW á fersentimetra. Afl í vöttum samkvæmt framleiðanda er ekki geislunarstyrkur.
3. Tímalengd og púlsar. Samfelld lýsing eða púlsalýsing, þar á meðal púlstíðni og hlutfall tímans sem ljósið er virkt, þar sem við á.
4. Geislunarorka á flatareiningu reiknuð út frá mældu stærðunum tveimur hér að ofan, í J á fersentimetra.
5. Styrkur litarefnis, samsetning og samsöfnunarástand. Einliða nálægt 664 nm veldur annars konar ljósnæmingu en samsöfn nálægt 610 nm.
6. Tímabil milli lyfjagjafar og lýsingar. Mínútur til klukkustundir milli gjafar litarefnis og lýsingar, sem ræður því hvar litarefnið er þegar ljósið berst.
7. Súrefnisbúskapur. Loftuð lausn samanborið við súrefnissnauðan vef breytir beint jafnvægi milli gerðar I og gerðar II.
8. Rúmfræði. Dýpt sýnis, rúmmál, gerð íláts, fjarlægð og horn ljósgjafa og dýpt marksvæðis í vef.

Góð venja við lestur greina er að athuga fyrst tímabilið milli lyfjagjafar og lýsingar. Það sýnir tilganginn. Í ljósaflfræðilegum rannsóknarsniðum er vefur sem inniheldur mikið litarefni lýstur af ásetningi. Í samsettum rannsóknarsniðum kann þessu tvennu að vera haldið aðskildu af ásetningi, eins og hér að neðan.

Ljóslíffræðileg mótun með nær-innrauðu ljósi er ekki ljósvirkjun litarefnis

Ljóslíffræðileg mótun, yfirleitt skammstöfuð PBM, notar rautt eða nær-innrautt ljós til að móta innræn boðferli án þess að bæta við ljósnæmingarefni. Ljósaflfræðileg meðferð, yfirleitt skammstöfuð PDT, notar þrjá þætti saman: ljós sem ljósnæmingarefnið gleypir, ljósnæmingarefnið sjálft og súrefni, til að mynda skyndilega mikið af hvarfgjörnum efnaformum sem skaða markið. Yfirlitsgrein um hvatbera sem mark fyrir taugavernd tengir metýlenblátt við PBM vegna þess að þau hafa áhrif á frumuöndun eftir ólíkum leiðum: litarefnið virkar sem hvati í oxunar- og afoxunarhringrás sem styður rafeindaflæði, en tilgátan um PBM er að það stuðli að losun hamlandi nituroxíðs frá cýtókróm c oxídasa í komplex IV. Þennan verkunarhátt ensímsins ber áfram að merkja sem tilgátu.

Þær tvær músarannsóknir á samsettri meðferð sem oftast er vitnað í nota báðar 810 nm ljós, og einmitt þess vegna sýna þær ekki fram á ljósvirkjun litarefnis. Í rannsókn á formeðferð fyrir svefnsviptingu fengu mýs daglega metýlenblátt í magni sem nam 0.5 mg á kg, 810 nm púlsalaser annan hvern dag eða hvort tveggja fyrir svefnsviptingu. Samsett formeðferð verndaði minnistengda hegðun og taugamótaprótein í dreka, en meðferðirnar hvor í sínu lagi brugðust að mestu. Í rannsókn á langvarandi streitu með samhliða meðferð fengu mýs 810 nm PBM með 8 J á fersentimetra samhliða daglegri gjöf litarefnis í magni sem nam 0.5 mg á kg. Laserinn var notaður fyrst og litarefninu sprautað tveimur klukkustundum síðar, sérstaklega til að forðast lýsingu á vef sem innihéldi mikið litarefni. Allir þrír meðferðarhóparnir sneru við skerðingu á námi, með samlegðarávinningi aðallega fyrir kortisól í sermi og hvarfgjörn súrefnisform í heila. Þessar niðurstöður prófa tvær íhlutanir sem beinast að hvatberum og eru notaðar saman. Safnið yfir ljósaflfræðilegar rannsóknir heldur þessum greinarmun sýnilegum með því að skrá bylgjulengd fyrir hverja ábendingu.

Gögn um húð eru hinum megin við þennan greinarmun. Gögn úr rannsóknum á mönnum um metýlenblátt ásamt ljósi á húð safnast á bilinu 630 til 680 nm, með litarefni borið á húð eða gefið innan meinsemdar og með það að markmiði að eyða eða endurmóta vef. Það er PDT samkvæmt skilgreiningu. Að vísa til slíkrar eyðingar meinsemda sem sönnunar þess að litarefni auki áhrif PBM, eða að vísa til bata í músum við 810 nm sem sönnunar þess að 660 nm ljósaplata ásamt litarefni sé meðferðarferli fyrir vitræna getu, blandar saman verkunarháttunum. Tilvísunarritið um skömmtun og lyfjafræði og leiðarvísirinn um öryggi og milliverkanir fjalla nánar um þá þætti þessa máls sem varða styrk og frábendingar.

Skilgreinið hugtakið áður en tölur eru bornar saman. Bylgjulengd ræður því hvort litarefnið gleypir ljósið. Geislunarstyrkur og tímalengd ráða því hvað efnafræðin gerir við þá gleypni. Rúmfræði ræður því hvaða hluti sýnisins verður fyrir einhverju af þessu. Tvær útsetningar sem eru eins hvað eina breytu varðar en ólíkar að öðru leyti eru ólíkar tilraunir. Að meðhöndla þær sem jafngildar er sú villa sem þessum leiðarvísi er ætlað að koma í veg fyrir. Ekkert af þessu leiðir til meðferðarferlis til heimanotkunar; ljós með bylgjulengd sem litarefnið gleypir, ásamt litarefni sem er gefið þannig að það berist um líkamann, breytir útsetningu sem annars hefði mótandi áhrif í ljósefnafræði knúna af ljósnæmingarefni, sem á heima í höndum klínískra sérfræðinga.