Bluu ya methilini na kuangaziwa kwa mwanga: urefu wa wimbi, msongamano wa nguvu ya mwanga, na jiometria ya matibabu

Makala mbili za utafiti zinaripoti kuangazia bluu ya methilini kwa mwanga wa 10 J kwa kila cm ya mraba. Moja inaua bakteria. Nyingine haisababishi chochote kinachoweza kupimwa. Msomaji anayelinganisha kipimo pekee anahitimisha kwamba matokeo katika nyanja hii hayalingani. Nyanja hii ina uthabiti. Kipimo hakijawahi kueleza uangazaji wote.

Uangazaji wa mwanga ni mfumo mdogo wa vigezo vinavyofanya kazi pamoja: urefu wa wimbi, msongamano wa nguvu ya mwanga, muda, msongamano wa nishati ya mwanga unaotokana navyo, upatikanaji wa oksijeni, mkusanyiko wa rangi na hali yake ya kujikusanya, muda kati ya kutoa rangi na kuangazia mwanga, na njia ambayo mwanga hupitia hasa ndani ya sampuli. Badilisha kigezo kimoja na kemia ya mwanga hubadilika. Makala hii inachunguza kila kigezo, kisha inatofautisha fotobiomodulesheni ya mwanga wa karibu na infraradi na uanzishaji wa moja kwa moja wa rangi kwa mwanga, kwa sababu mifumo hiyo miwili ndiyo inayochanganywa mara nyingi zaidi.

Urefu wa wimbi huamua kama rangi inashiriki

Bluu ya methilini iliyo ndani ya maji hufyonza mwanga mwekundu kwa nguvu ikiwa katika umbo la monoma, ikiwa na kilele karibu na 664 hadi 665 nm na bega la ufyonzaji katika urefu mfupi zaidi wa wimbi karibu na 610 nm, ambalo hukua rangi inapojikusanya kuwa dima na mikusanyiko mikubwa zaidi iliyopangana. Mgawo wa ufyonzaji wa moli karibu na kilele ni takribani 65,000 hadi 85,000 M-1 cm-1, kwa hiyo miyeyusho yenye mkusanyiko wa kiwango cha mikromola tayari huwa na rangi ya bluu kali. Mapitio ya awali ya kemia ya mwanga ya bluu ya methilini pamoja na DNA na substrati za kibiolojia yanaeleza tabia hii ya ufyonzaji na kemia ya hali iliyosisimuliwa inayofuata: ufyonzaji huweka molekuli katika hali ya singleti yenye maisha mafupi, kisha huvuka kwenda katika hali ya tripleti yenye maisha marefu zaidi, huku mavuno yanayoripotiwa yakiwa karibu na 0.5. Katika myeyusho wenye hewa, hali hiyo huzimwa na oksijeni ndani ya takribani mikrosekunde 2.

Hatua hiyo ya kuzimwa ndiyo mahali njia mbili za kemia ya mwanga zinapotofautiana. Katika kemia ya Aina II, rangi iliyo katika hali ya tripleti huhamisha nishati kwenda kwa oksijeni iliyo katika hali ya msingi na kuzalisha oksijeni ya singleti, huku mavuno yanayonukuliwa mara nyingi yakiwa karibu na 0.52. Katika kemia ya Aina I, tripleti badala yake huhamisha elektroni au hidrojeni kwenda kwa substrati, na kuzalisha radikali zinazojumuisha aina za superoksidi na hidroksili. Njia zote mbili zinaweza kutokea kwa wakati mmoja, na athari ya kawaida ya fotodinamiki hubaki kutegemea sana oksijeni hata wakati Aina I inachangia.

Matokeo yake kwa uteuzi wa urefu wa wimbi kwa bluu ya methilini ni kanuni rahisi. Mwanga mwekundu wa takribani 630 hadi 680 nm unaingiliana na ukanda wa ufyonzaji wa rangi, huku 660 hadi 665 nm ikiwa karibu na kiwango cha juu cha monoma, kwa hiyo unaweza kuendesha kemia ya kichochezi cha mwanga popote penye kiasi cha kutosha cha rangi. Mwanga wa karibu na infraradi katika 810 nm uko mbali nje ya ukanda wa ufyonzaji wa hali ya msingi, kwa hiyo si urefu wa wimbi unaofaa kwa kusisimua rangi moja kwa moja. Mkusanyiko huongeza ugumu wa jambo hili kwa njia moja halisi: mkusanyiko unapoongezeka, rangi nyingi zaidi huwa katika maumbo ya dima na mikusanyiko inayofyonza kuelekea 610 nm na kuchochea michakato ya mwanga kwa ufanisi mdogo zaidi kwa kila molekuli, kwa hiyo kuongeza rangi mara mbili hakuongezi athari mara mbili. Mapitio yanayoambatana kuhusu bluu ya methilini pamoja na tiba ya mwanga mwekundu yanachukulia kanuni hii ya ufyonzaji kuwa sharti la awali la mmenyuko wowote unaochochewa na mwanga kupitia rangi.

Msongamano wa nguvu ya mwanga, muda, na msongamano wa nishati ni vigezo vitatu, si kimoja

Msongamano wa nishati ya mwanga, unaopimwa kwa J kwa kila cm ya mraba, ni msongamano wa nguvu ya mwanga uliozidishwa kwa muda. Kuripoti msongamano wa nishati pekee huficha kasi ambayo nishati ilifika, na kasi hiyo ina umuhimu.

Msongamano mkubwa wa nguvu ya mwanga unaotolewa kwa muda mfupi na msongamano mdogo unaotolewa kwa muda mrefu unaweza kutoa msongamano sawa wa nishati lakini ukasababisha kemia tofauti. Msongamano mkubwa wa nguvu ya mwanga hutumia oksijeni iliyoyeyuka kwa kasi kubwa kuliko kasi ambayo usambaaji huirudisha, na hivyo kupunguza mwendo wa njia ya Aina II inayotegemea oksijeni kabla uangazaji haujaisha. Pia huingiza joto, na tishu huitikia joto kwa mabadiliko ya mtiririko wa damu yanayobadilisha kiwango cha oksijeni na usambazaji wa rangi. Msongamano mdogo wa nguvu ya mwanga wakati wa uangazaji wa muda mrefu hudumisha ugavi wa oksijeni, lakini pia hutoa muda kwa michakato ya ukarabati na urejeshaji wa oksijeni kufanya kazi wakati wa uangazaji wenyewe. Vitabu vya kemia ya mwanga huita dhana kwamba kipimo cha jumla pekee ndicho muhimu kanuni ya uwiano wa kubadilishana. Kanuni hiyo hushindwa wakati wowote oksijeni, joto, au biolojia inapohusika, jambo ambalo katika tishu hutokea karibu kila wakati.

Uangazaji wa fotodinamiki dhidi ya vijidudu kwa binadamu unaotumia bluu ya methilini kwa kawaida hutumia 6 hadi 18 J kwa kila cm ya mraba, kiwango kinachoingiliana na viwango vya fotobiomodulesheni. Kwa hiyo msongamano wa nishati pekee hauwezi kutambulisha mfumo unaotumika. Uangazaji wa 10 J kwa kila cm ya mraba katika 660 nm kwenye tishu zilizo na rangi ni kemia ya mwanga inayoendeshwa na kichochezi cha mwanga. Msongamano huo huo wa nishati katika 810 nm kwenye tishu zenye kiasi kidogo sana cha rangi ni jambo tofauti kabisa. Namba inalingana. Dhana inatofautiana.

Njia ya mwanga na jiometria ya sampuli huamua mwanga unakutana na nini

Tabia ya Beer Lambert inamaanisha kwamba sehemu ya mbele ya sampuli hupokea mwanga mwingi zaidi kuliko sehemu ya nyuma. Katika kiveti chenye rangi ya mkusanyiko wa makumi ya mikromola, milimita ya kwanza inaweza kufyonza sehemu kubwa ya mwanga mwekundu unaoingia, na kuacha tabaka za ndani zaidi bila kuangaziwa kwa kiwango cha maana. Weka myeyusho huo huo kwa ujazo mdogo katika kisima kifupi cha sahani ya maabara, na uangazaji huwa karibu sawa kote. Rangi ileile, taa ileile, msongamano uleule wa nishati juu ya uso, lakini matokeo tofauti.

Tishu huongeza kutawanywa kwa mwanga pamoja na ufyonzaji. Mwanga mwekundu karibu na 660 nm hupenya kwa kina cha kiwango cha milimita, huku kina halisi kikitegemea kiasi cha damu, rangi asilia ya tishu, na aina ya tishu. Visima huongeza athari zake zisizotakiwa: meniskasi kufanya kazi kama lenzi, kuakisiwa kutoka kwenye kuta, kufunikwa kwa mwanga katika visima vya pembeni, na ujazo mdogo kupata joto chini ya chanzo. Maabara mbili zinazoripoti mipangilio sawa ya taa lakini zikitumia aina tofauti za sahani, ujazo tofauti, au umbali tofauti kutoka kwenye chanzo zimefanya majaribio tofauti.

Umbali unastahili kusisitizwa kwa sababu ndicho kigezo kinachopuuzwa mara nyingi zaidi. Msongamano wa nguvu ya mwanga hupungua haraka kadiri umbali kutoka kwenye chanzo chenye miale isiyo sambamba unavyoongezeka, kwa hiyo kuhamisha taa kutoka 2 cm hadi 5 cm juu ya sahani kunaweza kupunguza msongamano wa nguvu ya mwanga mara kadhaa, huku sehemu ya mbinu ikiendelea kuonekana sawa. Bila kupima msongamano wa nguvu ya mwanga kwenye uso wa sampuli, misongamano ya nishati iliyochapishwa na kukokotolewa kutokana na viwango vya nguvu vilivyotajwa na mtengenezaji ni makadirio, si vipimo.

Mwongozo wa vigezo wenye maelezo: nini hufanya uangazaji uweze kurudiwa

Nyenzo asilia ya ukurasa huu ni orodha ya ukaguzi. Uangazaji wowote wa mwanga katika utafiti unaoacha taarifa hizi hauwezi kulinganishwa na mwingine, hata kama kipimo kinachoangaziwa katika muhtasari kinaonekana kufanana.

1. Urefu wa wimbi na upana wa bendi. Kilele na upana kamili, si jina la rangi. LED nyekundu inajumuisha 630 hadi 680 nm, ambako ufyonzaji wa rangi hutofautiana sana.
2. Msongamano wa nguvu ya mwanga kwenye uso wa sampuli, uliopimwa, kwa mW kwa kila cm ya mraba. Nguvu ya wati inayotajwa na mtengenezaji si msongamano wa nguvu ya mwanga.
3. Muda na mapigo. Utoaji endelevu dhidi ya utoaji kwa mapigo, ikijumuisha marudio ya mapigo na uwiano wa muda wa kuwaka katika kila mzunguko inapohusika.
4. Msongamano wa nishati uliokokotolewa kutokana na jozi ya vipimo vilivyo hapo juu, kwa J kwa kila cm ya mraba.
5. Mkusanyiko wa rangi, uundaji wake, na hali yake ya kujikusanya. Monoma karibu na 664 nm huchochea michakato ya mwanga tofauti na mikusanyiko karibu na 610 nm.
6. Kipindi kati ya dawa na mwanga. Dakika hadi saa kati ya kutoa rangi na kuangazia, jambo linaloamua rangi ilipo mwanga unapofika.
7. Hali ya oksijeni. Myeyusho wenye hewa dhidi ya tishu zenye upungufu wa oksijeni hubadilisha moja kwa moja uwiano wa Aina I na Aina II.
8. Jiometria. Kina cha sampuli, ujazo, aina ya chombo, umbali na pembe ya chanzo, na kina cha tishu lengwa.

Tabia inayofaa wakati wa kusoma makala za utafiti: angalia kwanza kipindi kati ya dawa na mwanga. Kinaonyesha nia. Miundo ya fotodinamiki huangazia kwa makusudi tishu zilizo na rangi. Miundo ya mchanganyiko inaweza kutenganisha hatua hizo mbili kwa makusudi, kama ilivyo hapa chini.

Fotobiomodulesheni ya mwanga wa karibu na infraradi si uanzishaji wa rangi kwa mwanga

Fotobiomodulesheni, ambayo kwa kawaida hufupishwa kuwa PBM, hutumia mwanga mwekundu au wa karibu na infraradi kurekebisha utoaji wa ishara za ndani ya mwili bila kuongeza kichochezi cha mwanga. Tiba ya fotodinamiki, ambayo kwa kawaida hufupishwa kuwa PDT, hutumia sehemu tatu pamoja: mwanga unaofyonzwa na kichochezi, kichochezi chenyewe, na oksijeni ili kuunda mlipuko wa aina tendaji za kemikali zinazoharibu lengo. Mapitio ya mitokondria kama lengo la ulinzi wa mfumo wa neva yanaunganisha bluu ya methilini na PBM kwa sababu zote huathiri upumuaji wa seli kupitia njia tofauti: rangi hufanya kazi kama kichocheo kinachopitia mizunguko ya oksidesheni na reduksheni na kusaidia mtiririko wa elektroni, ilhali PBM inadhaniwa kuchochea kutengana kwa oksidi nitriki yenye athari ya kuzuia kutoka kwenye saitokromu c oksidesi katika Kompleksi IV. Utaratibu huo wa kimeng'enya unapaswa kuendelea kutajwa kama dhahania.

Tafiti mbili za mchanganyiko kwa panya zinazotajwa zaidi zote hutumia mwanga wa 810 nm, na hiyo ndiyo sababu hasa hazionyeshi uanzishaji wa rangi kwa mwanga. Katika utafiti wa matibabu ya awali kabla ya kunyimwa usingizi, panya walipewa bluu ya methilini kila siku kwa 0.5 mg kwa kg, leza ya mapigo ya 810 nm kila baada ya siku moja, au vyote viwili kabla ya kunyimwa usingizi. Matibabu ya awali ya mchanganyiko yalilinda utendaji wa kumbukumbu na protini za sinepsi katika hipokampasi, ilhali matibabu ya aina moja kwa kiasi kikubwa yalishindwa. Katika utafiti wa mfadhaiko sugu wenye matibabu yanayotolewa sambamba, panya walipokea PBM ya 810 nm kwa 8 J kwa kila cm ya mraba pamoja na rangi ya kila siku kwa 0.5 mg kwa kg, huku leza ikitumika kwanza na rangi ikidungwa saa mbili baadaye, hasa ili kuepuka kuangazia tishu zilizo na rangi. Makundi yote matatu yalirekebisha upungufu wa uwezo wa kujifunza, huku manufaa ya kujumlisha yakionekana hasa kwa kortisoli ya seramu na aina tendaji za oksijeni katika ubongo. Matokeo haya yanajaribu hatua mbili zinazolenga mitokondria zinazotumika pamoja, tofauti ambayo mkusanyiko wa tafiti za fotodinamiki huiweka wazi kwa kurekodi urefu wa wimbi kwa kila matumizi yanayochunguzwa.

Ushahidi kuhusu ngozi uko upande mwingine. Data za binadamu kuhusu bluu ya methilini pamoja na mwanga kwenye ngozi zinajikita katika 630 hadi 680 nm, kwa rangi inayowekwa juu ya ngozi au ndani ya kidonda na kwa nia ya kuharibu au kuunda upya tishu; huo ni PDT kwa ufafanuzi wake. Kutaja kuondolewa huko kwa vidonda kama uthibitisho kwamba rangi huongeza PBM, au kutaja urejeshaji wa utendaji kwa panya kwa 810 nm kama uthibitisho kwamba paneli ya 660 nm pamoja na rangi ni utaratibu wa kuboresha utambuzi, ni kuchanganya mifumo hiyo. Rejea ya vipimo na famakolojia pamoja na mwongozo wa usalama na mwingiliano zinaendeleza sehemu za maelezo haya zinazohusu mkusanyiko na hali zinazokataza matumizi.

Taja dhana kabla ya kulinganisha namba. Urefu wa wimbi huamua kama rangi inafyonza. Msongamano wa nguvu ya mwanga na muda huamua kemia inafanya nini kutokana na ufyonzaji huo. Jiometria huamua ni sehemu gani ya sampuli inayopitia yoyote kati ya michakato hiyo. Uangazaji wa aina mbili unaolingana katika kigezo kimoja lakini unatofautiana katika vingine ni majaribio tofauti, na kuuchukulia kuwa unaweza kubadilishana ni kosa ambalo mwongozo huu unalenga kuzuia. Hakuna utaratibu wa matumizi ya nyumbani unaotokana na haya; mwanga wenye urefu wa wimbi unaofaa pamoja na rangi inayotolewa kimfumo hubadilisha uangazaji ambao vinginevyo ungerekebisha ishara kuwa kemia ya mwanga inayoendeshwa na kichochezi cha mwanga, ambayo inapaswa kushughulikiwa na wataalamu wa kliniki.