მეთილენის ლურჯი და სინათლის ზემოქმედება: ტალღის სიგრძე, ირადიანსი და ზემოქმედების გეომეტრია

ორ ნაშრომში აღწერილია მეთილენის ლურჯზე სინათლის ზემოქმედება დოზით 10 J თითო კვადრატულ cm-ზე. ერთ შემთხვევაში ბაქტერიები იღუპება. მეორეში გაზომვადი ცვლილება არ ხდება. მკითხველი, რომელიც მხოლოდ დოზებს ადარებს, ასკვნის, რომ ამ სფეროში შედეგები არათანმიმდევრულია. სინამდვილეში სფერო თანმიმდევრულია. დოზა არასოდეს ყოფილა ზემოქმედების სრული აღწერა.

სინათლის ზემოქმედება ერთობლივად მოქმედი პარამეტრების მცირე სისტემაა: ტალღის სიგრძე, ირადიანსი, ხანგრძლივობა, შედეგად მიღებული ფლუენსი, ჟანგბადის ხელმისაწვდომობა, საღებავის კონცენტრაცია და აგრეგაციის მდგომარეობა, საღებავის გამოყენებასა და დასხივებას შორის ინტერვალი და ოპტიკური გზა, რომელსაც სინათლე რეალურად გადის ნიმუშში. ერთი მათგანის შეცვლაც კი ფოტოქიმიას ცვლის. ეს სტატია თითოეულ პარამეტრს განიხილავს, შემდეგ კი ახლო ინფრაწითელ ფოტობიომოდულაციას საღებავის პირდაპირი ფოტოაქტივაციისგან განასხვავებს, რადგან სწორედ ეს ორი რეჟიმი ერევათ ყველაზე ხშირად ერთმანეთში.

ტალღის სიგრძე განსაზღვრავს, მონაწილეობს თუ არა საღებავი

წყალში მეთილენის ლურჯი მონომერის სახით ძლიერად შთანთქავს წითელ სინათლეს: პიკი დაახლოებით 664–665 nm-ზეა, ხოლო სპექტრის მოკლეტალღოვან მხარეს, დაახლოებით 610 nm-ზე, დამატებითი მხარი ჩნდება, რომელიც იზრდება საღებავის დიმერებად და უფრო დიდ სტეკებად აგრეგაციისას. პიკთან ახლოს მოლური ექსტინქციის კოეფიციენტი დაახლოებით 65,000–85,000 M-1 cm-1-ია, ამიტომ მიკრომოლარული ხსნარებიც უკვე ინტენსიურად ლურჯია. ადრეული მეთილენის ლურჯის, დნმ-ისა და ბიოლოგიური სუბსტრატების ფოტოქიმიური მიმოხილვა აღწერს შთანთქმის ამ თავისებურებას და მის შემდგომ აღგზნებული მდგომარეობის ქიმიას: შთანთქმა წარმოქმნის ხანმოკლე სინგლეტურ მდგომარეობას, საიდანაც ხდება გადასვლა უფრო ხანგრძლივ ტრიპლეტურ მდგომარეობაში, რომლისთვისაც აღწერილი გამოსავლიანობა დაახლოებით 0.5-ია; აერირებულ ხსნარში ამ მდგომარეობას ჟანგბადი დაახლოებით 2 მიკროწამში აქრობს.

სწორედ ამ ჩაქრობის ეტაპზე იყოფა ორი ფოტოქიმიური გზა. II ტიპის ქიმიაში ტრიპლეტურ მდგომარეობაში მყოფი საღებავი ენერგიას გადასცემს ძირითად მდგომარეობაში მყოფ ჟანგბადს და წარმოქმნის სინგლეტურ ჟანგბადს; ხშირად მითითებული გამოსავლიანობა დაახლოებით 0.52-ია. I ტიპის ქიმიაში კი ტრიპლეტური მდგომარეობა სუბსტრატს ელექტრონს ან წყალბადს გადასცემს და წარმოქმნის რადიკალებს, მათ შორის სუპეროქსიდულ და ჰიდროქსილურ ფორმებს. ორივე გზა შეიძლება ერთდროულად მიმდინარეობდეს, ხოლო ჩვეულებრივი ფოტოდინამიკური ეფექტი ჟანგბადზე ძლიერ დამოკიდებულებას ინარჩუნებს მაშინაც, როცა მასში I ტიპის გზაც მონაწილეობს.

მეთილენის ლურჯისთვის ტალღის სიგრძის შერჩევა ამგვარად მარტივ წესს ემყარება. დაახლოებით 630–680 nm-ის წითელი სინათლე საღებავის შთანთქმის ზოლს ემთხვევა, ხოლო 660–665 nm მონომერის მაქსიმუმთან ახლოსაა, ამიტომ მას ფოტოსენსიბილიზატორის ქიმიის წარმართვა შეუძლია ყველგან, სადაც საღებავი მნიშვნელოვანი რაოდენობითაა. ახლო ინფრაწითელი სინათლე 810 nm-ზე ძირითადი მდგომარეობის შთანთქმის ზოლისგან შორსაა, ამიტომ ეს ტალღის სიგრძე საღებავის პირდაპირი აღგზნებისთვის ნაკლებად შესაფერისია. კონცენტრაცია სურათს ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზით ართულებს: მისი მატებისას საღებავის მეტი ნაწილი დიმერულ და აგრეგირებულ ფორმებშია, რომლებიც დაახლოებით 610 nm-ისკენ შთანთქავს და თითო მოლეკულაზე ნაკლებად ეფექტიან ფოტოსენსიბილიზაციას იძლევა. ამიტომ საღებავის გაორმაგება ეფექტს არ აორმაგებს. მეთილენის ლურჯისა და წითელი სინათლის თერაპიის თანმხლები მიმოხილვა შთანთქმის ამ წესს ნებისმიერი ფოტოსენსიბილიზებული რეაქციის წინაპირობად განიხილავს.

ირადიანსი, ხანგრძლივობა და ფლუენსი სამი პარამეტრია და არა ერთი

ფლუენსი, გამოსახული J-ით თითო კვადრატულ cm-ზე, არის ირადიანსისა და დროის ნამრავლი. მხოლოდ ფლუენსის მითითება ფარავს ენერგიის მიწოდების სიჩქარეს, ამ სიჩქარეს კი მნიშვნელობა აქვს.

ხანმოკლე მაღალი ირადიანსი და ხანგრძლივი დაბალი ირადიანსი შეიძლება ერთსა და იმავე ფლუენსს იძლეოდეს, მაგრამ განსხვავებულ ქიმიას იწვევდეს. მაღალი ირადიანსი გახსნილ ჟანგბადს უფრო სწრაფად მოიხმარს, ვიდრე დიფუზია მის მარაგს აღადგენს, რაც ზემოქმედების მიმდინარეობისას ჟანგბადზე დამოკიდებულ II ტიპის გზას ზღუდავს. ის სითბოსაც გამოყოფს, ხოლო ქსოვილი გათბობაზე სისხლის ნაკადის ცვლილებით რეაგირებს, რაც ცვლის როგორც ჟანგბადით მომარაგებას, ისე საღებავის განაწილებას. ხანგრძლივი ზემოქმედებისას დაბალი ირადიანსი ჟანგბადის მიწოდებას ინარჩუნებს, მაგრამ აღდგენისა და ხელახალი ჟანგბადით მომარაგების პროცესებს უშუალოდ ზემოქმედების დროს მოქმედების საშუალებას აძლევს. ფოტოქიმიის სახელმძღვანელოებში დაშვებას, რომ მნიშვნელობა მხოლოდ ჯამურ დოზას აქვს, რეციპროციულობა ეწოდება. ეს დაშვება აღარ მოქმედებს, როცა პროცესში ჟანგბადი, გათბობა ან ბიოლოგია ერთვება, რაც ქსოვილში თითქმის ყოველთვის ხდება.

ადამიანებში მეთილენის ლურჯით ანტიმიკრობული ფოტოდინამიკური ზემოქმედებისას ხშირად გამოიყენება 6–18 J თითო კვადრატულ cm-ზე, რაც ფოტობიომოდულაციის მნიშვნელობებსაც ემთხვევა. ამიტომ მხოლოდ ფლუენსი რეჟიმს ვერ განსაზღვრავს. საღებავით დატვირთულ ქსოვილზე 660 nm-ზე 10 J თითო კვადრატულ cm-ზე ზემოქმედება ფოტოსენსიბილიზატორით წარმართული ფოტოქიმიაა. იგივე ფლუენსი 810 nm-ზე, ქსოვილში საღებავის კვალის რაოდენობის არსებობისას, სრულიად სხვა რამეა. რიცხვი ემთხვევა. კონცეფცია განსხვავდება.

ოპტიკური გზა და ნიმუშის გეომეტრია განსაზღვრავს, რას ხვდება სინათლე

ბერ–ლამბერტის კანონიდან გამომდინარე, ნიმუშის წინა ნაწილი გაცილებით მეტ სინათლეს იღებს, ვიდრე უკანა. კიუვეტაში, სადაც საღებავის კონცენტრაცია ათეულობით მიკრომოლარია, პირველივე მილიმეტრმა შეიძლება შემომავალი წითელი სინათლის უმეტესი ნაწილი შთანთქას და ღრმა ფენები ფაქტობრივად ზემოქმედების გარეშე დატოვოს. იგივე ხსნარი მცირე მოცულობით არაღრმა უჯრედში მოათავსეთ და ზემოქმედება თითქმის ერთგვაროვანი გახდება. იგივე საღებავი, იგივე ნათურა, იგივე ფლუენსი ზედაპირზე — განსხვავებული შედეგი.

ქსოვილში შთანთქმას გაფანტვაც ემატება. დაახლოებით 660 nm-ის წითელი სინათლე მილიმეტრების რიგის სიღრმეზე აღწევს; ზუსტი სიღრმე სისხლის შემცველობით, პიგმენტაციითა და ქსოვილის ტიპით განისაზღვრება. პლანშეტის უჯრედები საკუთარ არტეფაქტებსაც ამატებს: მენისკის ლინზისებრ ეფექტს, კედლებიდან არეკვლას, კიდის უჯრედების დაჩრდილვასა და წყაროს ქვეშ მცირე მოცულობების გათბობას. ორ ლაბორატორიას, რომლებიც ნათურის იდენტურ პარამეტრებს უთითებს, მაგრამ განსხვავებულ პლანშეტებს, მოცულობებს ან წყარომდე მანძილებს იყენებს, განსხვავებული ექსპერიმენტები აქვს ჩატარებული.

მანძილი განსაკუთრებულ ყურადღებას იმსახურებს, რადგან ის ყველაზე გავრცელებული დაუფიქსირებელი ცვლადია. არაკოლიმირებული წყაროდან დაშორებისას ირადიანსი სწრაფად მცირდება. ამიტომ პლანშეტის ზემოთ ნათურის 2 cm-დან 5 cm-მდე გადაწევამ შეიძლება ირადიანსი რამდენჯერმე შეამციროს, მაშინ როცა მეთოდების განყოფილება უცვლელი დარჩება. ნიმუშის ზედაპირზე გაზომილი ირადიანსის გარეშე, მწარმოებლის მიერ მითითებული სიმძლავრის მიხედვით გამოთვლილი და გამოქვეყნებული ფლუენსები შეფასებებია და არა გაზომვები.

პარამეტრების განმარტებითი გზამკვლევი: რა ხდის ზემოქმედებას გამეორებადს

ამ გვერდის ორიგინალური მასალა საკონტროლო სიაა. კვლევაში აღწერილი სინათლის ზემოქმედება, რომელიც ამ მონაცემებს არ მოიცავს, სხვას ვერ შეედრება, რაც უნდა მსგავსი ჩანდეს ძირითადი დოზა.

1. ტალღის სიგრძე და სპექტრული ზოლის სიგანე. პიკი და სრული სიგანე და არა ფერის დასახელება. წითელი LED მოიცავს 630–680 nm-ს, სადაც საღებავის შთანთქმა მნიშვნელოვნად განსხვავდება.
2. ნიმუშის ზედაპირზე გაზომილი ირადიანსი, mW-ით თითო კვადრატულ cm-ზე. მწარმოებლის მიერ ვატებში მითითებული სიმძლავრე ირადიანსი არ არის.
3. ხანგრძლივობა და იმპულსური რეჟიმი. უწყვეტი თუ იმპულსური მიწოდება, საჭიროების შემთხვევაში იმპულსების სიხშირისა და შევსების კოეფიციენტის ჩათვლით.
4. ზემოთ მითითებული გაზომილი წყვილის მიხედვით გამოთვლილი ფლუენსი, J-ით თითო კვადრატულ cm-ზე.
5. საღებავის კონცენტრაცია, ფორმულაცია და აგრეგაციის მდგომარეობა. დაახლოებით 664 nm-ზე მონომერის ფოტოსენსიბილიზაცია განსხვავდება დაახლოებით 610 nm-ზე აგრეგატების ფოტოსენსიბილიზაციისგან.
6. პრეპარატის გამოყენებასა და დასხივებას შორის ინტერვალი. საღებავის შეყვანიდან დასხივებამდე გასული წუთები ან საათები განსაზღვრავს, სად იქნება საღებავი სინათლის მიწოდებისას.
7. ჟანგბადით მომარაგება. აერირებული ხსნარი და ჰიპოქსიური ქსოვილი უშუალოდ ცვლის I და II ტიპის გზებს შორის ბალანსს.
8. გეომეტრია. ნიმუშის სიღრმე, მოცულობა, ჭურჭლის ტიპი, წყაროს მანძილი და კუთხე, აგრეთვე სამიზნე ქსოვილის სიღრმე.

ნაშრომების კითხვისას სასარგებლო ჩვევაა, პირველ რიგში პრეპარატის გამოყენებასა და დასხივებას შორის ინტერვალი შეამოწმოთ. ის კვლევის მიზანს ავლენს. ფოტოდინამიკურ კვლევებში საღებავით დატვირთულ ქსოვილს განზრახ ასხივებენ. კომბინირებულ კვლევებში კი ეს ორი ეტაპი შეიძლება მიზანმიმართულად განცალკევდეს, როგორც ქვემოთაა აღწერილი.

ახლო ინფრაწითელი ფოტობიომოდულაცია საღებავის ფოტოაქტივაცია არ არის

ფოტობიომოდულაცია, რომელიც ჩვეულებრივ PBM-ით აღინიშნება, წითელ ან ახლო ინფრაწითელ სინათლეს იყენებს ენდოგენური სიგნალიზაციის მოდულირებისთვის, ფოტოსენსიბილიზატორის დამატების გარეშე. ფოტოდინამიკური თერაპია, რომელიც ჩვეულებრივ PDT-ით აღინიშნება, სამ კომპონენტს ერთად იყენებს: სინათლეს, რომელსაც სენსიბილიზატორი შთანთქავს, თავად სენსიბილიზატორს და ჟანგბადს, რათა წარმოქმნას რეაქტიული ფორმების მოზღვავება, რომელიც სამიზნეს აზიანებს. მიტოქონდრიების, როგორც ნეიროპროტექციის სამიზნის, მიმოხილვა მეთილენის ლურჯს PBM-თან აერთიანებს, რადგან ისინი სუნთქვაზე სხვადასხვა მხრიდან მოქმედებს: საღებავი კატალიზურ ჟანგვა-აღდგენით ციკლში მონაწილეობს და ელექტრონების ნაკადს უწყობს ხელს, ხოლო PBM-ის შემთხვევაში არსებობს ჰიპოთეზა, რომ ის IV კომპლექსში ციტოქრომ c ოქსიდაზიდან დამთრგუნველი აზოტის მონოქსიდის დისოციაციას უწყობს ხელს. ეს ფერმენტული მექანიზმი კვლავ ჰიპოთეზად უნდა იყოს მონიშნული.

თაგვებზე ჩატარებული ორი ყველაზე ხშირად ციტირებული კომბინირებული კვლევა ორივე 810 nm-ის სინათლეს იყენებს, და სწორედ ამიტომ ისინი საღებავის ფოტოაქტივაციას არ ადასტურებს. ძილის დეფიციტამდე წინასწარი ჩარევის კვლევაში თაგვები ძილის შეზღუდვამდე იღებდნენ ყოველდღიურად მეთილენის ლურჯს 0.5 mg თითო kg-ზე, ყოველ მეორე დღეს 810 nm-ის იმპულსურ ლაზერს, ან ორივეს ერთად. კომბინირებულმა წინასწარმა ჩარევამ მეხსიერებასთან დაკავშირებული ქცევები და ჰიპოკამპის სინაფსური ცილები დაიცვა, მაშინ როცა ცალკეული ჩარევები უმეტესად უშედეგო იყო. ქრონიკული სტრესის კვლევაში თანმხლები მკურნალობით თაგვები იღებდნენ 810 nm-ის PBM-ს 8 J თითო კვადრატულ cm-ზე და ყოველდღიურად საღებავს 0.5 mg თითო kg-ზე. ჯერ ლაზერი გამოიყენებოდა, ხოლო საღებავი ორი საათის შემდეგ შეჰყავდათ, სპეციალურად იმისთვის, რომ საღებავით დატვირთული ქსოვილი არ დასხივებულიყო. სამივე ჯგუფში სწავლის დეფიციტი უკუგანვითარდა, ხოლო დამატებითი სარგებელი ძირითადად შრატის კორტიზოლისა და ტვინში ჟანგბადის რეაქტიული ფორმების მხრივ გამოვლინდა. ეს შედეგები ერთად გამოყენებულ ორ მიტოქონდრიულ ჩარევას ამოწმებს; ფოტოდინამიკური კვლევების კრებული ამ განსხვავებას თვალსაჩინოს ტოვებს თითოეული ჩვენებისთვის ტალღის სიგრძის მითითებით.

კანთან დაკავშირებული მტკიცებულებები მეორე მხარესაა. ადამიანებში მეთილენის ლურჯისა და სინათლის კომბინირებული გამოყენების კანის მონაცემები ძირითადად 630–680 nm-ის დიაპაზონშია თავმოყრილი, საღებავის ადგილობრივი ან დაზიანების კერაში შეყვანით და დესტრუქციული ან რემოდელირების მიზნით, რაც განსაზღვრებით PDT-ია. ამგვარი კერების გაქრობის მოშველიება იმის მტკიცებულებად, რომ საღებავი PBM-ს აძლიერებს, ან 810 nm-ზე თაგვებში ფუნქციის აღდგენის მოშველიება იმის დასამტკიცებლად, რომ 660 nm-ის პანელი საღებავთან ერთად კოგნიციის პროტოკოლია, ამ რეჟიმებს ერთმანეთში ურევს. დოზირებისა და ფარმაკოლოგიის ცნობარი და უსაფრთხოებისა და ურთიერთქმედებების გზამკვლევი ამ საკითხის კონცენტრაციასთან და უკუჩვენებებთან დაკავშირებულ მხარეებს უფრო ვრცლად განიხილავს.

რიცხვების შედარებამდე კონცეფცია დაასახელეთ. ტალღის სიგრძე განსაზღვრავს, შთანთქავს თუ არა საღებავი სინათლეს. ირადიანსი და ხანგრძლივობა განსაზღვრავს, რას აკეთებს ქიმია ამ შთანთქმის შედეგად. გეომეტრია განსაზღვრავს, ნიმუშის რომელი ნაწილი განიცდის ამ ყველაფერს. ორი ზემოქმედება, რომლებიც ერთი პარამეტრით ემთხვევა, დანარჩენებით კი განსხვავდება, სხვადასხვა ექსპერიმენტია; მათი ურთიერთჩანაცვლებადად მიჩნევა სწორედ ის შეცდომაა, რომლის თავიდან აცილებასაც ეს გზამკვლევი ემსახურება. აქედან სახლის პირობებში გამოსაყენებელი არანაირი პროტოკოლი არ გამომდინარეობს; შესაბამისი ტალღის სიგრძის სინათლე სისტემურად გამოყენებულ საღებავთან ერთად სხვაგვარად მოდულატორულ ზემოქმედებას ფოტოსენსიბილიზატორით წარმართულ ფოტოქიმიად გარდაქმნის, რომელიც კლინიკური სპეციალისტების ხელში უნდა დარჩეს.