मिथिलीन ब्लू आणि प्रकाशाचा संपर्क: तरंगलांबी, विकिरण तीव्रता आणि उपचाराची भूमिती

दोन शोधनिबंधांमध्ये मिथिलीन ब्लूला 10 J per square cm इतक्या प्रकाशाच्या संपर्कात आणल्याचे नोंदवले आहे. एका प्रयोगात जीवाणू नष्ट होतात. दुसऱ्यात मोजता येण्याजोगा कोणताही परिणाम होत नाही. केवळ मात्रांची तुलना करणारा वाचक या संशोधनक्षेत्रात विसंगती असल्याचा निष्कर्ष काढतो. प्रत्यक्षात हे क्षेत्र सुसंगत आहे. प्रकाशाची मात्रा म्हणजे संपूर्ण प्रकाश-संपर्क कधीच नव्हता.

प्रकाश-संपर्क म्हणजे एकत्र काम करणाऱ्या मापदंडांची एक छोटी प्रणाली: तरंगलांबी, विकिरण तीव्रता, कालावधी, त्यातून मिळणारा फ्लुएन्स, ऑक्सिजनची उपलब्धता, रंगद्रव्याची सांद्रता आणि एकत्रीकरणाची अवस्था, रंगद्रव्य देणे आणि प्रकाश देणे यांतील वेळ, तसेच प्रकाश नमुन्यातून प्रत्यक्ष प्रवास करताना घेतो तो प्रकाशीय मार्ग. यांपैकी एक बदलला तरी प्रकाशरसायनशास्त्रीय प्रक्रिया बदलते. या लेखात प्रत्येक मापदंड समजावून घेतला आहे आणि त्यानंतर निकट-अवरक्त फोटोबायोमॉड्युलेशन व रंगद्रव्याचे थेट प्रकाश-सक्रियण यांतील फरक स्पष्ट केला आहे, कारण या दोन प्रक्रिया सर्वाधिक वेळा एकमेकींत गोंधळल्या जातात.

रंगद्रव्याचा सहभाग होईल की नाही हे तरंगलांबी ठरवते

पाण्यातील मिथिलीन ब्लू एकल रेणूच्या, म्हणजे मोनोमरच्या, रूपात लाल प्रकाशाचे जोरदार शोषण करते. त्याचे शोषण-शिखर 664 ते 665 nm जवळ असते, तर 610 nm जवळ कमी तरंगलांबीच्या बाजूला एक दुय्यम उभार असतो. रंगद्रव्याचे द्विरेणू आणि मोठे रेणू-समूह तयार होत जातात तसा हा उभार वाढतो. शिखराजवळ मोलर विलोपन गुणांक साधारण 65,000 ते 85,000 M-1 cm-1 असतो, त्यामुळे मायक्रोमोलर द्रावणेही गडद निळी दिसतात. DNA आणि जैविक पदार्थांसोबत मिथिलीन ब्लूच्या प्रकाशरसायनशास्त्राचा सुरुवातीचा आढावा हे शोषण-वर्तन आणि त्यानंतरच्या उत्तेजित अवस्थेतील रासायनिक प्रक्रिया नोंदवतो: शोषणामुळे अल्पायुषी सिंग्लेट अवस्था निर्माण होते, त्यातून अधिक दीर्घायुषी ट्रिप्लेट अवस्थेत संक्रमण होते. या संक्रमणाचा नोंदवलेला उत्पन्नांश सुमारे 0.5 आहे. हवायुक्त द्रावणात ऑक्सिजन सुमारे 2 मायक्रोसेकंदांत ही ट्रिप्लेट अवस्था शमवतो.

या शमनाच्या टप्प्यावर दोन प्रकाशरासायनिक मार्ग वेगळे होतात. Type II प्रक्रियेत ट्रिप्लेट अवस्थेतील रंगद्रव्य मूल अवस्थेतील ऑक्सिजनला ऊर्जा हस्तांतरित करते आणि सिंग्लेट ऑक्सिजन निर्माण करते; यासाठी साधारण 0.52 उत्पन्नांश उद्धृत केला जातो. Type I प्रक्रियेत ट्रिप्लेट अवस्था त्याऐवजी एखाद्या अभिक्रियाधाराला इलेक्ट्रॉन किंवा हायड्रोजन हस्तांतरित करते आणि सुपरऑक्साइड व हायड्रॉक्सिल प्रकारांसह मुक्त मूलके निर्माण करते. दोन्ही प्रक्रिया एकाच वेळी घडू शकतात, आणि Type I चे योगदान असले तरी पारंपरिक फोटोडायनॅमिक परिणाम ऑक्सिजनवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून राहतो.

मिथिलीन ब्लूसाठी तरंगलांबी निवडताना यावरून एक सोपा नियम मिळतो. साधारण 630 ते 680 nm मधील लाल प्रकाश रंगद्रव्याच्या शोषण-पट्ट्याशी जुळतो, आणि 660 ते 665 nm हे मोनोमरच्या कमाल शोषणाजवळ येते. त्यामुळे जिथे लक्षणीय प्रमाणात रंगद्रव्य असते तिथे हा प्रकाश प्रकाशसंवेदकाच्या रासायनिक प्रक्रिया चालवू शकतो. 810 nm वरील निकट-अवरक्त प्रकाश मूल अवस्थेतील शोषण-पट्ट्याच्या खूप बाहेर येतो, त्यामुळे रंगद्रव्याच्या थेट उत्तेजनासाठी ती तरंगलांबी योग्य नाही. सांद्रतेमुळे चित्रात एक वास्तविक गुंतागुंत येते: सांद्रता वाढल्यावर अधिक रंगद्रव्य द्विरेणू आणि एकत्रित रेणू-समूहांच्या स्वरूपात असते. ही रूपे 610 nm च्या दिशेने शोषण करतात आणि प्रत्येक रेणूमागे कमी कार्यक्षमतेने प्रकाशसंवेदन घडवतात. म्हणून रंगद्रव्य दुप्पट केल्याने परिणाम दुप्पट होत नाही. मिथिलीन ब्लू आणि लाल प्रकाश उपचाराचा पूरक आढावा कोणत्याही प्रकाशसंवेदित अभिक्रियेसाठी हा शोषणाचा नियम पूर्वअट मानतो.

विकिरण तीव्रता, कालावधी आणि फ्लुएन्स हे तीन मापदंड आहेत, एक नाही

J per square cm मध्ये व्यक्त केलेला फ्लुएन्स म्हणजे विकिरण तीव्रता आणि वेळ यांचा गुणाकार. केवळ फ्लुएन्स नोंदवल्यास ऊर्जा किती वेगाने पोहोचली हे लपून राहते, आणि तो वेग महत्त्वाचा असतो.

कमी वेळासाठी दिलेली उच्च विकिरण तीव्रता आणि दीर्घकाळ दिलेली कमी विकिरण तीव्रता यांत फ्लुएन्स समान असू शकतो, पण रासायनिक प्रक्रिया वेगळ्या असू शकतात. उच्च विकिरण तीव्रतेमुळे विरघळलेला ऑक्सिजन प्रसरणातून पुन्हा पुरवला जाण्यापेक्षा वेगाने वापरला जातो. त्यामुळे प्रकाश-संपर्क सुरू असतानाच ऑक्सिजनवर अवलंबून असलेला Type II मार्ग मंदावतो. त्यातून उष्णताही जमा होते. तापमान वाढल्यावर ऊतकांतील रक्तप्रवाह बदलतो, ज्यामुळे ऑक्सिजनपुरवठा आणि रंगद्रव्याचे वितरण दोन्ही बदलतात. दीर्घकाळ कमी विकिरण तीव्रता दिल्यास ऑक्सिजनचा पुरवठा टिकतो, पण त्याच प्रकाश-संपर्काच्या कालावधीत दुरुस्ती आणि पुन्हा ऑक्सिजनपुरवठा होण्याच्या प्रक्रियांनाही वेळ मिळतो. केवळ एकूण मात्रा महत्त्वाची असते या गृहीतकाला प्रकाशरसायनशास्त्राच्या पाठ्यपुस्तकांत परस्परपूरकतेचा नियम म्हणतात. ऑक्सिजन, उष्णता किंवा जैविक प्रक्रिया सहभागी झाल्या की हे गृहीतक लागू पडत नाही; ऊतकांमध्ये याचा अर्थ जवळजवळ नेहमीच असा होतो.

मानवांतील मिथिलीन ब्लूसह प्रतिजैविक फोटोडायनॅमिक प्रकाश-संपर्कात साधारण 6 ते 18 J per square cm वापरले जाते. ही मूल्ये फोटोबायोमॉड्युलेशनच्या मूल्यांशी जुळतात. त्यामुळे केवळ फ्लुएन्सवरून प्रक्रियेचा प्रकार ओळखता येत नाही. रंगद्रव्य असलेल्या ऊतकांना 660 nm वर 10 J per square cm प्रकाश देणे ही प्रकाशसंवेदकामुळे चालणारी प्रकाशरासायनिक प्रक्रिया आहे. अगदी तोच फ्लुएन्स 810 nm वर, अत्यल्प रंगद्रव्य असलेल्या ऊतकांना दिल्यास ती पूर्णपणे वेगळी प्रक्रिया असते. संख्या जुळते. संकल्पना वेगळी असते.

प्रकाशाला काय भेटेल हे प्रकाशीय मार्ग आणि नमुन्याची भूमिती ठरवतात

बिअर–लॅम्बर्ट नियमानुसार नमुन्याच्या पुढील भागाला मागील भागापेक्षा खूप अधिक प्रकाश मिळतो. काही दहा मायक्रोमोलर सांद्रतेचे रंगद्रव्य असलेल्या क्युवेटमध्ये पहिला मिलिमीटरच पडणारा बहुतांश लाल प्रकाश शोषू शकतो, त्यामुळे खोल थरांना प्रत्यक्षात प्रकाश मिळत नाही. तेच द्रावण कमी घनफळात उथळ वेलमध्ये ठेवल्यास प्रकाश-संपर्क जवळजवळ एकसमान होतो. रंगद्रव्य तेच, दिवा तोच, पृष्ठभागावरील फ्लुएन्स तोच, पण परिणाम वेगळा.

ऊतकांमध्ये शोषणाबरोबरच प्रकीर्णनही होते. 660 nm जवळचा लाल प्रकाश साधारण काही मिलिमीटर खोल पोहोचतो. नेमकी खोली रक्ताचे प्रमाण, वर्णद्रव्य आणि ऊतकांचा प्रकार यांवर ठरते. वेलमुळेही प्रयोगजन्य विकृती निर्माण होतात: द्रवाच्या वक्र पृष्ठभागामुळे भिंगासारखा परिणाम होणे, भिंतींवरून परावर्तन, कडेच्या वेलवर सावली पडणे आणि प्रकाशस्रोताखाली कमी घनफळातील द्रावण गरम होणे. दिव्याची समान सेटिंग नोंदवणाऱ्या दोन प्रयोगशाळांनी वेगवेगळ्या प्रकारच्या प्लेट, वेगवेगळे घनफळ किंवा प्रकाशस्रोतापासून वेगवेगळे अंतर वापरले असेल, तर त्यांनी वेगवेगळे प्रयोग केलेले असतात.

अंतरावर विशेष भर देणे आवश्यक आहे, कारण ते सर्वाधिक वेळा न नोंदवला जाणारा चल घटक असतो. समांतर किरणपुंज नसलेल्या प्रकाशस्रोतापासून अंतर वाढल्यास विकिरण तीव्रता झपाट्याने कमी होते. त्यामुळे प्लेटच्या वरचा दिवा 2 cm वरून 5 cm वर नेल्यास विकिरण तीव्रता कित्येक पटींनी कमी होऊ शकते, तरी पद्धतीच्या विभागातील वर्णन तसेच राहू शकते. नमुन्याच्या पृष्ठभागावर विकिरण तीव्रता मोजलेली नसेल, तर उत्पादकाने दिलेल्या शक्तीच्या मूल्यांवरून गणना केलेले प्रकाशित फ्लुएन्स हे अंदाज असतात, मोजमाप नव्हे.

टिपांसह मापदंड मार्गदर्शक: प्रकाश-संपर्क पुनरुत्पादनीय कशामुळे होतो

या पृष्ठासाठी तयार केलेली मूळ सामग्री म्हणजे एक तपासणीसूची आहे. अभ्यासातील प्रकाश-संपर्काच्या नोंदीत यांपैकी तपशील गाळले असतील, तर ठळकपणे दिलेली मात्रा कितीही सारखी दिसली तरी त्याची दुसऱ्या अभ्यासाशी तुलना करता येत नाही.

1. तरंगलांबी आणि पट्ट्याची रुंदी. शिखर आणि पूर्ण रुंदी द्यावी, केवळ रंगाचे नाव नव्हे. लाल LED चा पट्टा 630 ते 680 nm व्यापतो, आणि या पट्ट्यात रंगद्रव्याचे शोषण खूप वेगवेगळे असते.
2. नमुन्याच्या पृष्ठभागावर मोजलेली विकिरण तीव्रता, mW per square cm मध्ये. उत्पादकाने दिलेली वॅटमधील शक्ती म्हणजे विकिरण तीव्रता नव्हे.
3. कालावधी आणि स्पंदन पद्धत. प्रकाश सतत दिला की स्पंदनांत दिला, तसेच लागू असेल तिथे स्पंदन वारंवारता आणि ड्युटी सायकल.
4. वरील मोजलेल्या दोन मूल्यांवरून गणना केलेला फ्लुएन्स, J per square cm मध्ये.
5. रंगद्रव्याची सांद्रता, सूत्रीकरण आणि एकत्रीकरणाची अवस्था. 664 nm जवळील मोनोमर 610 nm जवळील रेणू-समूहांपेक्षा वेगळ्या प्रकारे प्रकाशसंवेदन घडवतो.
6. औषध–प्रकाश अंतराल. रंगद्रव्य देणे आणि प्रकाश देणे यांतील काही मिनिटांपासून काही तासांपर्यंतचा अवधी; प्रकाश पोहोचतो तेव्हा रंगद्रव्य कुठे असेल हे त्यावर ठरते.
7. ऑक्सिजनपुरवठा. हवायुक्त द्रावणाच्या तुलनेत ऑक्सिजन कमी असलेले ऊतक Type I आणि Type II यांचे संतुलन थेट बदलते.
8. भूमिती. नमुन्याची खोली, घनफळ, पात्राचा प्रकार, प्रकाशस्रोताचे अंतर व कोन आणि ऊतकांतील लक्ष्याची खोली.

शोधनिबंध वाचताना एक उपयुक्त सवय: सर्वप्रथम औषध–प्रकाश अंतराल तपासा. त्यातून उद्देश स्पष्ट होतो. फोटोडायनॅमिक प्रयोगरचनेत रंगद्रव्य असलेल्या ऊतकांना जाणीवपूर्वक प्रकाश दिला जातो. खालील उदाहरणांप्रमाणे, संयुक्त प्रयोगरचनेत या दोन्ही गोष्टी मुद्दाम वेगळ्या वेळांना केल्या जाऊ शकतात.

निकट-अवरक्त फोटोबायोमॉड्युलेशन म्हणजे रंगद्रव्याचे प्रकाश-सक्रियण नव्हे

फोटोबायोमॉड्युलेशन, ज्याचे संक्षिप्त रूप सहसा PBM असे असते, प्रकाशसंवेदक न घालता शरीरांतर्गत संकेतप्रक्रियांमध्ये बदल करण्यासाठी लाल किंवा निकट-अवरक्त प्रकाश वापरते. फोटोडायनॅमिक उपचार, ज्याचे संक्षिप्त रूप सहसा PDT असे असते, तीन घटक एकत्र वापरतात: संवेदकाला शोषता येणारा प्रकाश, स्वतः संवेदक आणि ऑक्सिजन. यातून लक्ष्याला हानी पोहोचवणाऱ्या अभिक्रियाशील घटकांची एकदम निर्मिती होते. मज्जासंरक्षणाचे लक्ष्य म्हणून मायटोकॉन्ड्रियाचा आढावा मिथिलीन ब्लू आणि PBM यांचा एकत्र विचार करतो, कारण ते वेगवेगळ्या मार्गांनी पेशीय श्वसनप्रक्रियेवर परिणाम करतात: रंगद्रव्य इलेक्ट्रॉन प्रवाहाला आधार देणारे उत्प्रेरकी रेडॉक्स चक्रक म्हणून काम करते, तर PBM कॉम्प्लेक्स IV मधील सायटोक्रोम c ऑक्सिडेजपासून प्रतिबंधक नायट्रिक ऑक्साइड वेगळा होण्यास चालना देते, असे गृहीतक आहे. ही विकराशी संबंधित यंत्रणा गृहीतक म्हणूनच नमूद केली पाहिजे.

उंदरांवरील सर्वाधिक उद्धृत केलेल्या दोन संयुक्त अभ्यासांत 810 nm प्रकाश वापरला आहे, आणि म्हणूनच ते रंगद्रव्याचे प्रकाश-सक्रियण दर्शवत नाहीत. झोपेपासून वंचित ठेवण्यापूर्वीच्या पूर्वउपचाराच्या अभ्यासात उंदरांना झोपेपासून वंचित ठेवण्याआधी दररोज 0.5 mg per kg मिथिलीन ब्लू, एक दिवसाआड 810 nm स्पंदित लेसर किंवा हे दोन्ही दिले गेले. संयुक्त पूर्वउपचाराने स्मरणाशी संबंधित वर्तन आणि हिप्पोकॅम्पसमधील सिनॅप्टिक प्रथिनांचे संरक्षण केले, तर स्वतंत्र उपचार बहुतांश अपयशी ठरले. दीर्घकालीन ताणावरील समांतर उपचाराच्या अभ्यासात उंदरांना दररोज 0.5 mg per kg रंगद्रव्यासोबत 8 J per square cm इतके 810 nm PBM दिले गेले. रंगद्रव्य असलेल्या ऊतकांना प्रकाश देणे टाळण्यासाठीच लेसर प्रथम दिला गेला आणि रंगद्रव्याचे इंजेक्शन दोन तासांनी दिले गेले. तिन्ही उपचार गटांत शिकण्यातील कमतरता उलटल्या; अतिरिक्त संयुक्त लाभ मुख्यतः रक्तद्रवातील कॉर्टिसोल आणि मेंदूतील अभिक्रियाशील ऑक्सिजन घटकांसाठी दिसला. हे निष्कर्ष मायटोकॉन्ड्रियावर परिणाम करणाऱ्या दोन हस्तक्षेपांचा एकत्रित वापर तपासतात. फोटोडायनॅमिक अभ्यासांचा संग्रह प्रत्येक वापराच्या संदर्भासाठी तरंगलांबी नोंदवून हा फरक स्पष्ट ठेवतो.

त्वचेसंबंधी पुरावे दुसऱ्या बाजूला येतात. मानवांमध्ये मिथिलीन ब्लू आणि प्रकाशाच्या त्वचेवरील वापराचा डेटा मुख्यतः 630 ते 680 nm पट्ट्यातील आहे. त्यात रंगद्रव्य त्वचेवर लावलेले किंवा त्वचेतील विकृत भागात दिलेले असते, आणि उद्देश ऊतक नष्ट करणे किंवा त्यांची पुनर्रचना करणे हा असतो; व्याख्येनुसार हे PDT आहे. त्या अभ्यासांत विकृत भाग नाहीसे झाल्याचा दाखला देऊन रंगद्रव्य PBM वाढवते असे म्हणणे, किंवा 810 nm वापरलेल्या उंदरांच्या अभ्यासातील सुधारणा दाखवून 660 nm पॅनेल आणि रंगद्रव्य यांचे संयोजन हा संज्ञानासाठीचा प्रोटोकॉल आहे असे म्हणणे, म्हणजे या वेगळ्या प्रक्रियांची सरमिसळ करणे होय. मात्रा आणि औषधशास्त्राचा संदर्भ, तसेच सुरक्षितता आणि परस्परक्रियांचा मार्गदर्शक, या विषयातील सांद्रता आणि वापर निषिद्ध असलेल्या परिस्थितींचे पैलू अधिक विस्ताराने मांडतात.

संख्यांची तुलना करण्याआधी संकल्पना स्पष्ट करा. रंगद्रव्य शोषण करेल की नाही हे तरंगलांबी ठरवते. त्या शोषणातून रासायनिक प्रक्रिया काय करतील हे विकिरण तीव्रता आणि कालावधी ठरवतात. नमुन्याच्या कोणत्या भागाला यापैकी काहीही अनुभवायला मिळेल हे भूमिती ठरवते. एका मापदंडावर जुळणारे पण इतर मापदंडांवर वेगळे असलेले दोन प्रकाश-संपर्क म्हणजे वेगवेगळे प्रयोग आहेत. त्यांना एकमेकांच्या जागी वापरण्याजोगे समजण्याची चूक टाळण्यासाठीच हा मार्गदर्शक आहे. यातून घरच्या घरी वापरण्याचा कोणताही प्रोटोकॉल निष्पन्न होत नाही; रंगद्रव्याच्या शोषणाशी सुसंगत तरंगलांबीचा प्रकाश आणि शरीरभर पोहोचणारे रंगद्रव्य एकत्र आल्यास, एरवी केवळ जैविक प्रक्रियांमध्ये बदल घडवणारा प्रकाश-संपर्क प्रकाशसंवेदकामुळे चालणाऱ्या प्रकाशरासायनिक प्रक्रियेत बदलतो. अशा प्रक्रियांचे संचालन वैद्यकीय व्यावसायिकांकडेच असले पाहिजे.