Метиленско сино и изложување на светлина: бранова должина, ирадијанса и геометрија на третманот

Два научни труда наведуваат изложување на метиленско сино на светлина со доза од 10 J по квадратен cm. Во едниот, изложувањето убива бактерии. Во другиот, не предизвикува ништо мерливо. Читателот што ја споредува само дозата заклучува дека областа е недоследна. Областа е доследна. Дозата никогаш не го опишувала целосното изложување.

Изложувањето на светлина е мал систем од параметри што дејствуваат заедно: бранова должина, ирадијанса, времетраење, добиената флуенца, достапност на кислород, концентрација и состојба на агрегација на бојата, временскиот интервал меѓу бојата и светлината и оптичката патека што светлината навистина ја минува низ примерокот. Променете еден параметар и се менува фотохемијата. Оваа статија го разгледува секој параметар, а потоа ја разграничува фотобиомодулацијата со блиска инфрацрвена светлина од директната фотоактивација на бојата, бидејќи овие два режима најчесто се мешаат.

Брановата должина одредува дали бојата учествува

Метиленското сино во вода силно апсорбира црвена светлина како мономер, со максимум близу 664 до 665 nm и рамо на апсорпцискиот спектар на пократка бранова должина, близу 610 nm, кое се зголемува кога бојата се агрегира во димери и поголеми наслаги од молекули. Моларниот коефициент на екстинкција близу максимумот е од редот на 65,000 до 85,000 M-1 cm-1, па дури и микромоларните раствори имаат интензивна сина боја. Раниот фотохемиски преглед на метиленското сино со ДНК и биолошки супстрати го документира ова апсорпциско однесување и последователната хемија на возбудените состојби: апсорпцијата доведува до краткотрајна синглетна состојба, со премин во подолготрајна триплетна состојба со пријавени приноси близу 0.5, која во аериран раствор се гаси со кислород во рок од околу 2 микросекунди.

Токму при овој чекор на гасење се раздвојуваат двете фотохемиски патеки. Во хемијата од тип II, бојата во триплетна состојба пренесува енергија на кислородот во основна состојба и создава синглетен кислород, со често наведувани приноси близу 0.52. Во хемијата од тип I, триплетната состојба наместо тоа пренесува електрон или водород на супстрат, создавајќи радикали, вклучително и супероксидни и хидроксилни видови. Двете патеки може да се одвиваат истовремено, а конвенционалниот фотодинамички ефект останува силно зависен од кислородот дури и кога придонесува тип I.

Од ова произлегува едноставно правило за изборот на бранова должина за метиленско сино. Црвената светлина од околу 630 до 680 nm се преклопува со апсорпциската лента на бојата, при што 660 до 665 nm е близу максимумот на мономерот, па може да поттикне фотосензибилизаторска хемија секаде каде што е присутно значително количество боја. Блиската инфрацрвена светлина на 810 nm е далеку надвор од апсорпциската лента на основната состојба, па оваа бранова должина е слабо погодна за директно возбудување на бојата. Концентрацијата ја усложнува сликата на еден јасен начин: со зголемувањето на концентрацијата, поголем дел од бојата е во димерни и агрегирани форми што апсорбираат кон 610 nm и имаат помала ефикасност на фотосензибилизација по молекула, па удвојувањето на бојата не го удвојува ефектот. Придружниот преглед на метиленското сино со терапија со црвена светлина го третира ова правило за апсорпција како предуслов за секоја фотосензибилизирана реакција.

Ирадијансата, времетраењето и флуенцата се три параметри, а не еден

Флуенцата, во J по квадратен cm, е ирадијансата помножена со времето. Пријавувањето само на флуенцата ја прикрива брзината со која пристигнувала енергијата, а таа брзина е важна.

Висока ирадијанса применета накратко и ниска ирадијанса применета долго може да дадат иста флуенца со различна хемија. Високата ирадијанса го троши растворениот кислород побрзо отколку што дифузијата го надоместува, што ја ограничува кислородно зависната патека од тип II во текот на изложувањето. Таа внесува и топлина, а ткивото реагира на загревањето со промени во крвотокот што ги менуваат и оксигенацијата и распределбата на бојата. Ниската ирадијанса при долго изложување го одржува снабдувањето со кислород, но им дава време на процесите на поправка и повторна оксигенација да дејствуваат за време на самото изложување. Учебниците по фотохемија ја нарекуваат претпоставката дека е важна само вкупната доза реципроцитет. Таа не важи кога учествуваат кислородот, загревањето или биологијата, што кај ткивото значи речиси секогаш.

Антимикробните фотодинамички изложувања со метиленско сино кај луѓе вообичаено користат 6 до 18 J по квадратен cm, што се преклопува со вредностите за фотобиомодулација. Затоа, само флуенцата не може да го одреди режимот. Изложување од 10 J по квадратен cm на 660 nm во ткиво со акумулирана боја е фотохемија поттикната од фотосензибилизатор. Истата флуенца на 810 nm во ткиво со боја во траги е нешто сосема друго. Бројката се совпаѓа. Концептот се разликува.

Оптичката патека и геометријата на примерокот одредуваат на што ќе наиде светлината

Однесувањето според законот на Бер–Ламберт значи дека предниот дел од примерокот прима многу повеќе светлина од задниот. Во кивета со боја во концентрација од десетици микромоли, првиот милиметар може да го апсорбира најголемиот дел од упадната црвена светлина, оставајќи ги подлабоките слоеви практично неизложени. Ако истиот раствор се смести во плитко бунарче со мал волумен, изложувањето станува речиси рамномерно. Иста боја, иста светилка, иста флуенца на површината, различен резултат.

Ткивото, покрај апсорпцијата, внесува и расејување. Црвената светлина близу 660 nm продира до длабочина од редот на милиметри, а точната длабочина ја одредуваат содржината на крв, пигментацијата и видот на ткивото. Бунарчињата внесуваат сопствени артефакти: дејство на менискусот како леќа, рефлексија од ѕидовите, засенчување на крајните бунарчиња и загревање на малите волумени под изворот. Две лаборатории што пријавуваат идентични поставки на светилката, но различни видови плочи, волумени или растојанија од изворот, извршиле различни експерименти.

Растојанието заслужува посебно внимание бидејќи е најчестата непријавена променлива. Ирадијансата брзо опаѓа со растојанието од неколимиран извор, па поместувањето на светилката од 2 cm на 5 cm над плочата може да ја намали ирадијансата неколкукратно, додека описот во делот за методи останува ист. Без измерена ирадијанса на површината на примерокот, објавените флуенци пресметани од номиналната моќност наведена од производителот се процени, а не мерења.

Водич за параметрите со објаснувања: што го прави изложувањето репродуцибилно

Оригиналниот материјал за оваа страница е контролна листа. Секое изложување на светлина во студија што ги изоставува овие ставки не може да се споредува со друго, колку и да изгледа слична истакнатата доза.

1. Бранова должина и спектрална ширина. Максимум и целосна ширина, а не назив на боја. Црвена LED опфаќа 630 до 680 nm, каде што апсорпцијата на бојата значително се разликува.
2. Измерена ирадијанса на површината на примерокот, во mW по квадратен cm. Моќноста во вати наведена од производителот не е ирадијанса.
3. Времетраење и пулсирање. Континуирана наспроти пулсна примена, вклучувајќи ги фреквенцијата на пулсовите и работниот циклус кога се применливи.
4. Флуенца пресметана од измерениот пар параметри погоре, во J по квадратен cm.
5. Концентрација, формулација и состојба на агрегација на бојата. Мономерот близу 664 nm фотосензибилизира поинаку од агрегатите близу 610 nm.
6. Интервал меѓу лекот и светлината. Минути до часови меѓу примената на бојата и озрачувањето, што одредува каде се наоѓа бојата кога пристигнува светлината.
7. Оксигенација. Аериран раствор наспроти хипоксично ткиво директно ја менува рамнотежата меѓу тип I и тип II.
8. Геометрија. Длабочина на примерокот, волумен, вид на сад, растојание и агол на изворот и длабочина на целното ткиво.

Корисна навика при читање научни трудови: прво проверете го интервалот меѓу лекот и светлината. Тој ја открива намерата. Фотодинамичките експериментални дизајни намерно озрачуваат ткиво со акумулирана боја. Комбинираните дизајни може намерно да ги раздвојуваат двете, како во примерите подолу.

Фотобиомодулацијата со блиска инфрацрвена светлина не е фотоактивација на бојата

Фотобиомодулацијата, обично скратена како PBM, користи црвена или блиска инфрацрвена светлина за да ја модулира ендогената сигнализација без додавање фотосензибилизатор. Фотодинамичката терапија, обично скратена како PDT, користи три компоненти заедно: светлина што фотосензибилизаторот ја апсорбира, самиот фотосензибилизатор и кислород, за да создаде нагло зголемување на реактивни видови што ја оштетуваат целта. Еден преглед на митохондриите како цел за невропротекција го поврзува метиленското сино со PBM бидејќи дејствуваат врз клеточното дишење преку различни патишта: бојата дејствува како катализатор што циклично преминува меѓу редокс-состојби и го поддржува текот на електроните, додека се претпоставува дека PBM го поттикнува одвојувањето на инхибиторниот азотен моноксид од цитохром c оксидазата во комплекс IV. Овој ензимски механизам треба и понатаму да се означува како хипотеза.

Двете најцитирани студии за комбинирана примена кај глувци користат светлина на 810 nm, што е токму причината зошто не демонстрираат фотоактивација на бојата. Во студија за преттретман пред лишување од сон, глувците примале метиленско сино секој ден во доза од 0.5 mg по kg, пулсен ласер на 810 nm секој втор ден или двете заедно пред лишувањето од сон. Комбинираниот преттретман ги зачувал однесувањата поврзани со меморијата и хипокампалните синаптички протеини, додека поединечните третмани главно не успеале. Во студија за хроничен стрес со истовремен третман, глувците примале PBM на 810 nm со 8 J по квадратен cm заедно со секојдневна примена на боја во доза од 0.5 mg по kg, при што прво бил применет ласерот, а бојата била инјектирана два часа подоцна, конкретно за да се избегне озрачување на ткиво со акумулирана боја. Во сите три групи се повлекле дефицитите во учењето, со адитивна корист главно за серумскиот кортизол и реактивните кислородни видови во мозокот. Овие резултати испитуваат две митохондриски интервенции применети заедно, разлика што збирката фотодинамички студии ја задржува јасно видлива со евидентирање на брановата должина за секоја индикација.

Доказите за кожата се на другата страна. Податоците кај луѓе за метиленско сино во комбинација со светлина врз кожата се концентрирани во опсегот од 630 до 680 nm, со топикална или интралезиска примена на бојата и со намера за уништување или ремоделирање, што по дефиниција е PDT. Наведувањето на тоа отстранување на лезиите како доказ дека бојата ја засилува PBM, или наведувањето на подобрување кај глувци со 810 nm како доказ дека панел на 660 nm со боја е протокол за когниција, ги меша режимите. Референтниот материјал за дозирање и фармакологија и водичот за безбедност и интеракции дополнително ги разработуваат деловите од оваа тема што се однесуваат на концентрацијата и контраиндикациите.

Именувајте го концептот пред да ги споредувате бројките. Брановата должина одредува дали бојата апсорбира. Ирадијансата и времетраењето одредуваат што прави хемијата со таа апсорпција. Геометријата одредува кој дел од примерокот воопшто е подложен на тие процеси. Две изложувања што се совпаѓаат по еден параметар, а се разликуваат по останатите, се различни експерименти, а нивното третирање како меѓусебно заменливи е грешката што овој водич треба да ја спречи. Од ништо од ова не произлегува протокол за домашна употреба; светлина со бранова должина компатибилна со бојата, заедно со системски применета боја, претвора изложување што инаку би било модулаторно во фотохемија поттикната од фотосензибилизатор, која треба да биде во рацете на клинички професионалци.