Метилен көгі және жарық әсері: толқын ұзындығы, сәулелену қарқындылығы және сәулелендіру геометриясы

Екі ғылыми мақалада метилен көгіне бір шаршы cm-ге 10 J жарық энергиясы түсірілгені айтылады. Бірінде бактериялар жойылады. Екіншісінде өлшенетін өзгеріс болмайды. Тек дозаны салыстырған оқырман бұл саладағы нәтижелер бір-біріне қайшы деген қорытындыға келеді. Бірақ саладағы заңдылықтар бірізді. Доза ешқашан жарық әсерін толық сипаттаған емес.

Жарық әсері — бірге әрекет ететін параметрлердің шағын жүйесі: толқын ұзындығы, сәулелену қарқындылығы, ұзақтығы, соның нәтижесіндегі флюенс, оттегінің қолжетімділігі, бояғыш концентрациясы мен агрегация күйі, бояғышты енгізу мен жарық түсіру арасындағы уақыт және жарықтың үлгі ішінде нақты жүріп өтетін оптикалық жолы. Біреуін өзгертсеңіз, фотохимия да өзгереді. Бұл мақалада әр параметр талданып, содан кейін жақын инфрақызыл фотобиомодуляция бояғыштың тікелей фотоактивациясынан ажыратылады, өйткені осы екі режимді жиі шатастырады.

Толқын ұзындығы бояғыштың реакцияға қатысатынын анықтайды

Судағы метилен көгі мономер күйінде қызыл жарықты күшті жұтады: жұтылу шыңы шамамен 664–665 nm маңында болады, ал қысқа толқын жағындағы 610 nm маңындағы иық бояғыш димерлер мен одан ірі қабаттасқан агрегаттарға біріктіккен сайын ұлғаяды. Шың маңындағы молярлық экстинкция шамамен 65,000–85,000 M-1 cm-1 деңгейінде, сондықтан микромолярлық ерітінділердің өзі қанық көк түсті болады. Ертеректегі метилен көгінің ДНҚ-мен және биологиялық субстраттармен фотохимиясына шолу осы жұтылу ерекшеліктерін және одан кейінгі қозған күй химиясын сипаттайды: жұтылу қысқа өмір сүретін синглеттік күйді туындатады, одан ұзақ өмір сүретін триплеттік күйге ауысу жүреді; оның шығымы шамамен 0.5 деп көрсетілген. Ауа қатысқан ерітіндіде бұл күйді оттегі шамамен 2 микросекунд ішінде сөндіреді.

Осы сөндіру сатысында екі фотохимиялық жол ажырайды. II типті химияда триплеттік күйдегі бояғыш негізгі күйдегі оттегіге энергия беріп, синглеттік оттегі түзеді; жиі келтірілетін шығым шамамен 0.52. I типті химияда триплеттік күй субстратқа электрон немесе сутегі беріп, супероксид пен гидроксил түрлерін қоса алғанда, радикалдар түзеді. Екі жол бір мезгілде жүруі мүмкін, ал дәстүрлі фотодинамикалық әсер I типтің үлесі болғанның өзінде оттегіге қатты тәуелді болып қалады.

Осыдан метилен көгі үшін толқын ұзындығын таңдаудың қарапайым ережесі шығады. Шамамен 630–680 nm аралығындағы қызыл жарық бояғыштың жұтылу жолағымен қабаттасады, ал 660–665 nm мономердің жұтылу максимумына жақын. Сондықтан бояғыш жеткілікті мөлшерде бар жерде ол фотосенсибилизаторға негізделген химиялық реакцияларды іске қоса алады. 810 nm жақын инфрақызыл жарық негізгі күйдегі жұтылу жолағынан едәуір тыс орналасқан, сондықтан бояғышты тікелей қоздыруға нашар сәйкес келеді. Концентрация бұл көріністі нақты бір жолмен күрделендіреді: концентрация артқан сайын бояғыштың көбірек бөлігі 610 nm жағына қарай жұтатын димерлік және агрегаттық пішіндерде болады, олардың әр молекулаға шаққандағы фотосенсибилизация тиімділігі төмен. Сондықтан бояғыш мөлшерін екі еселеу әсерді екі еселемейді. Метилен көгі мен қызыл жарық терапиясы туралы қосымша шолуда бұл жұтылу ережесі кез келген фотосенсибилизацияланған реакцияның алғышарты ретінде қарастырылады.

Сәулелену қарқындылығы, ұзақтық және флюенс — бір емес, үш параметр

Бір шаршы cm-ге шаққандағы J бірлігімен өлшенетін флюенс — сәулелену қарқындылығы мен уақыттың көбейтіндісі. Тек флюенсті көрсету энергияның қандай жылдамдықпен түскенін жасырады, ал бұл жылдамдық маңызды.

Қысқа уақыттағы жоғары қарқындылық пен ұзақ уақыттағы төмен қарқындылық бірдей флюенс берсе де, химиялық нәтижелері әртүрлі болуы мүмкін. Жоғары қарқындылық еріген оттегіні диффузия оның орнын толтырғаннан жылдамырақ жұмсайды. Бұл сәулелендіру барысында оттегіге тәуелді II типті жолды баяулатады. Ол сондай-ақ жылу бөледі, ал тін қызуға қан ағымын өзгерту арқылы жауап береді; бұл оттегімен қамтамасыз етілуге де, бояғыштың таралуына да ықпал етеді. Ұзақ уақыттағы төмен қарқындылық оттегінің жеткізілуін сақтайды, бірақ сәулелендірудің өзінде қалпына келу және қайта оттегімен қанығу процестеріне уақыт береді. Фотохимия оқулықтары тек жалпы доза маңызды деген жорамалды өзара алмастырылу қағидасы деп атайды. Оттегі, қызу немесе биология араласқан сайын бұл қағида орындалмайды, ал тінде бұл дерлік әрдайым болады.

Адамдарда метилен көгімен жүргізілетін микробқа қарсы фотодинамикалық сәулелендіруде көбіне бір шаршы cm-ге 6–18 J қолданылады. Бұл фотобиомодуляция мәндерімен қабаттасады. Сондықтан тек флюенске қарап режимді анықтау мүмкін емес. Бояғышпен қаныққан тінге 660 nm кезінде бір шаршы cm-ге 10 J түсіру — фотосенсибилизаторға негізделген фотохимия. Бояғыштың іздік мөлшері бар тінге 810 nm кезінде дәл сондай флюенс түсіру — мүлде басқа құбылыс. Сан бірдей. Ұғым басқа.

Оптикалық жол мен үлгі геометриясы жарықтың немен кездесетінін анықтайды

Бугер–Ламберт–Бер заңы бойынша үлгінің алдыңғы бөлігі артқы бөлігіне қарағанда әлдеқайда көп жарық алады. Бояғыш концентрациясы ондаған микромоляр болатын кюветада алғашқы миллиметр түскен қызыл жарықтың басым бөлігін жұтып, тереңірек қабаттарды іс жүзінде сәулелендірмей қалдыруы мүмкін. Сол ерітіндіні көлемі аз, таяз ұяшыққа орналастырсаңыз, жарық әсері дерлік біркелкі болады. Бояғыш та, шам да, беттегі флюенс те бірдей, бірақ нәтиже басқа.

Тінде жұтылуға қоса шашырау да болады. 660 nm маңындағы қызыл жарық шамамен миллиметрлік тереңдікке өтеді; нақты тереңдік қан мөлшеріне, пигментацияға және тін түріне байланысты. Ұяшықтар да өз артефактілерін қосады: менискінің линза тәрізді әсері, қабырғалардан шағылу, шеткі ұяшықтардың көлеңкеленуі және жарық көзі астындағы шағын көлемдердің қызуы. Шамның бірдей баптауларын көрсеткенімен, планшет түрі, көлемі немесе жарық көзіне дейінгі қашықтығы әртүрлі екі зертхана әртүрлі тәжірибе жүргізген болады.

Қашықтыққа ерекше назар аудару керек, өйткені ол — ең жиі ескерусіз қалатын айнымалы. Коллимацияланбаған жарық көзінен алыстаған сайын сәулелену қарқындылығы тез төмендейді. Сондықтан планшет үстіндегі шамды 2 cm-ден 5 cm-ге алыстату қарқындылықты бірнеше есе азайтуы мүмкін, ал әдістер бөлімі өзгеріссіз қалуы ықтимал. Үлгі бетіндегі қарқындылық өлшенбесе, өндірушінің қуат көрсеткіштерінен есептеліп жарияланған флюенстер өлшем емес, бағалау ғана болады.

Түсіндірмелі параметрлер нұсқаулығы: жарық әсерін қайталанатын ететін не?

Бұл беттің арнайы материалы — тексеру тізімі. Зерттеудегі жарық әсерінің сипаттамасында осы тармақтар болмаса, негізгі доза қаншалықты ұқсас көрінсе де, оны басқа зерттеумен салыстыру мүмкін емес.

1. Толқын ұзындығы мен жолақ ені. Түс атауы емес, шыңы мен толық ені көрсетілуі керек. Қызыл LED 630–680 nm аралығын қамтиды, ал бұл аралықта бояғыштың жұтылуы айтарлықтай өзгереді.
2. Үлгі бетіндегі өлшенген сәулелену қарқындылығы, бір шаршы cm-ге шаққандағы mW бірлігімен. Өндіруші көрсеткен қуат сәулелену қарқындылығы емес.
3. Ұзақтық пен импульстік режим. Үздіксіз немесе импульстік беру, қажет болғанда импульс жиілігі мен толтыру коэффициентін қоса көрсету.
4. Жоғарыдағы өлшенген екі шамадан есептелген флюенс, бір шаршы cm-ге шаққандағы J бірлігімен.
5. Бояғыш концентрациясы, құрамы және агрегация күйі. 664 nm маңындағы мономердің фотосенсибилизациясы 610 nm маңындағы агрегаттардан өзгеше.
6. Препаратты енгізу мен жарық түсіру арасындағы аралық. Бояғышты енгізу мен сәулелендіру арасындағы минуттардан сағаттарға дейінгі уақыт жарық түскен сәтте бояғыштың қайда болатынын анықтайды.
7. Оттегімен қамтамасыз етілу. Ауа қатысқан ерітінді мен гипоксиялық тін арасындағы айырмашылық I және II типтердің арақатынасына тікелей әсер етеді.
8. Геометрия. Үлгінің тереңдігі, көлемі, ыдыс түрі, жарық көзіне дейінгі қашықтық пен оның бұрышы және тіндегі нысана тереңдігі.

Ғылыми мақалаларды оқығанда пайдалы әдет: алдымен препаратты енгізу мен жарық түсіру арасындағы аралықты тексеріңіз. Ол зерттеу мақсатын аңғартады. Фотодинамикалық зерттеу сызбалары бояғышпен қаныққан тінді әдейі сәулелендіреді. Ал біріктірілген сызбалар төменде көрсетілгендей, осы екі әрекетті әдейі бөлуі мүмкін.

Жақын инфрақызыл фотобиомодуляция бояғыштың фотоактивациясы емес

Әдетте PBM деп қысқартылатын фотобиомодуляция фотосенсибилизатор қоспай, эндогендік сигналдық процестерді модуляциялау үшін қызыл немесе жақын инфрақызыл жарықты қолданады. Әдетте PDT деп қысқартылатын фотодинамикалық терапия үш құрамдасты бірге пайдаланады: сенсибилизатор жұтатын жарық, сенсибилизатордың өзі және оттегі. Бұлар нысананы зақымдайтын реактивті түрлердің қарқынды түзілуін туындатады. Митохондрияларды нейропротекция нысанасы ретінде қарастыратын шолуда метилен көгі PBM-мен бірге қарастырылады, өйткені олар жасушалық тыныс алуға әртүрлі бағыттан ықпал етеді: бояғыш электрондар ағынын қолдайтын каталитикалық тотығу-тотықсыздану цикліне қатысады, ал PBM IV кешендегі цитохром c оксидазадан тежеуші азот тотығының ажырауын күшейтеді деген болжам бар. Бұл ферменттік механизм болжам ретінде белгіленіп қалуы керек.

Тышқандардағы біріктірілген әсерге арналған ең жиі дәйексөз келтірілетін екі зерттеуде де 810 nm жарық қолданылған. Дәл осы себептен олар бояғыштың фотоактивациясын көрсетпейді. Ұйқыдан айыру алдындағы алдын ала әсер ету зерттеуінде тышқандарға ұйқыдан айыруға дейін күн сайын әр kg-ға 0.5 mg метилен көгі берілген, күнара 810 nm импульстік лазер қолданылған немесе екеуі бірге жүргізілген. Біріктірілген алдын ала әсер жадыға байланысты мінез-құлық пен гиппокамптағы синапстық ақуыздарды сақтаған, ал жеке әсерлер көбіне нәтиже бермеген. Қатар жүргізілген емдеуі бар созылмалы стресс зерттеуінде тышқандарға күн сайын әр kg-ға 0.5 mg бояғышпен қатар, бір шаршы cm-ге 8 J мөлшерінде 810 nm PBM қолданылған. Бояғышпен қаныққан тінді сәулелендірмеу үшін алдымен лазер қолданылып, бояғыш екі сағаттан кейін енгізілген. Үш топтың бәрінде үйрену қабілетінің бұзылыстары кері қайтқан; қосымша пайда негізінен қан сарысуындағы кортизол мен мидағы оттегінің реактивті түрлеріне қатысты байқалған. Бұл нәтижелер бірге қолданылған екі митохондриялық ықпалдың әсерін тексереді. Фотодинамикалық зерттеулер жинағы әр көрсетілім үшін толқын ұзындығын тіркеу арқылы осы айырмашылықты анық көрсетеді.

Теріге қатысты деректер басқа режимге жатады. Адамдарда метилен көгі мен жарықтың теріге әсері жөніндегі деректер негізінен 630–680 nm аралығына шоғырланған; бояғыш жергілікті немесе зақым ошағының ішіне енгізіледі, ал мақсат — бұзу немесе қайта құрылымдау. Бұл анықтамасы бойынша PDT. Осындай жойылуды бояғыш PBM әсерін күшейтетінінің дәлелі ретінде келтіру немесе тышқандардағы 810 nm кезіндегі қалпына келуді 660 nm панель мен бояғыштың танымдық функцияларға арналған хаттама екенін дәлелдеу үшін пайдалану — екі режимді араластыру. Дозалау мен фармакология жөніндегі анықтамалық және қауіпсіздік пен өзара әрекеттесу нұсқаулығы осы тақырыптың концентрация мен қарсы көрсетілімдерге қатысты бөліктерін тереңірек қарастырады.

Сандарды салыстырмас бұрын ұғымды атаңыз. Толқын ұзындығы бояғыштың жарықты жұтатынын анықтайды. Сәулелену қарқындылығы мен ұзақтығы сол жұтылудан кейін қандай химиялық процестер жүретінін анықтайды. Геометрия осының бәрін үлгінің қай бөлігі бастан өткеретінін анықтайды. Бір параметрі сәйкес келіп, қалғандары өзгеше болатын екі жарық әсері — екі түрлі тәжірибе. Оларды өзара алмастырылатын деп қабылдау — осы нұсқаулық алдын алуға арналған қате. Бұлардың ешқайсысынан үй жағдайына арналған хаттама шықпайды; толқын ұзындығы сәйкес жарықты жүйелік енгізілген бояғышпен біріктіру өзге жағдайда модуляциялық болатын әсерді фотосенсибилизаторға негізделген фотохимияға айналдырады, ал мұндай жұмыс клиникалық мамандардың құзыретінде болуы тиіс.