Methylene blue ทำงานอย่างไร: การถ่ายโอนอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนไปลงที่ใด

ขวดปิดจุกที่วางอยู่บนโต๊ะทดลองคือคำอธิบายที่ตรงไปตรงมาที่สุดว่า methylene blue ทำงานอย่างไร ภายในมีน้ำ กลูโคส sodium hydroxide เล็กน้อย และสีย้อมในปริมาณมากพอที่จะทำให้ของเหลวเป็นสีน้ำเงินเข้มที่เห็นได้ชัด รอสักครู่ สีน้ำเงินจะค่อย ๆ จางหายไปจนขวดดูเหมือนมีแต่น้ำ เขย่าขวด แล้วสีก็กลับมาทันที จากนั้นก็จางลงอีก และวงจรนี้จะเกิดซ้ำต่อไปตราบใดที่ยังมีกลูโคสพร้อมให้อิเล็กตรอนและออกซิเจนพร้อมรับอิเล็กตรอนเหล่านั้น

สิ่งเดียวที่เปลี่ยนไปในสีย้อมคือจำนวนอิเล็กตรอนที่มันกำลังถืออยู่ เมื่ออยู่ในรูปออกซิไดซ์ มันเป็นสีน้ำเงิน เมื่ออยู่ในรูปรีดิวซ์ มันไม่เป็นสีน้ำเงิน เนื้อหาแทบทั้งหมดในงานวิจัยและวรรณกรรมด้านการรักษาที่เกี่ยวกับโมเลกุลนี้สืบเนื่องมาจากขั้นตอนที่ย้อนกลับได้นี้ เพราะโมเลกุลที่สามารถรับอิเล็กตรอนจากคู่หนึ่งแล้วส่งต่อให้อีกคู่หนึ่งได้ทำหน้าที่เป็นตัวกลาง และตัวกลางไม่ทำอะไรได้ด้วยตัวมันเอง สิ่งที่มันทำขึ้นอยู่ทั้งหมดกับสิ่งที่อยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของมัน

สองรูปแบบ และเหตุใดคู่นี้จึงสำคัญ

รูปออกซิไดซ์เป็นระบบวงแหวนแบนที่มีประจุบวก รูปร่างที่แบนและมีประจุนี้เป็นเหตุผลที่มันเรียงซ้อนกับกรดนิวคลีอิก จับกับโครงสร้างที่มี sialylation บนเยื่อหุ้มเซลล์ และดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้อย่างมากในช่วงประมาณ 600 ถึง 700 nanometres ซึ่งเป็นส่วนของสเปกตรัมที่ตามนุษย์มองเห็นเป็นสีน้ำเงิน

รูปรีดิวซ์มีคุณสมบัติแตกต่างออกไป มันไม่มีประจุ ละลายในไขมันแทนน้ำ และไม่มีสี ระดับการแตกตัวเป็นไอออนของมันต่ำมากที่ค่า pH ภายในร่างกาย โดยอยู่ในระดับเพียงไม่กี่ per cent ดังนั้นโมเลกุลในรูปรีดิวซ์จึงแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ง่าย และเมื่อเข้าไปภายในซึ่งมีสภาวะออกซิไดซ์มากกว่า มันสามารถถูกออกซิไดซ์กลับและถูกกักอยู่ภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบวงแหวนของรูปออกซิไดซ์มีลักษณะแบน ส่วนรูปรีดิวซ์สามารถบิดตัวได้ ผลเชิงโครงสร้างเหล่านี้ รวมถึงการเปลี่ยนสีเอง เป็นส่วนสำคัญของเรื่องราวของทั้งสองรูปแบบ และมีอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมใน การเปรียบเทียบ methylene blue กับ leucomethylene blue

การรับอิเล็กตรอน

สีย้อมในรูปออกซิไดซ์สามารถรับอิเล็กตรอนได้จากผู้ให้อิเล็กตรอนหลายชนิด กลูโคสในขวดสาธิตเป็นหนึ่งในนั้น ภายในเซลล์ reduced pyridine nucleotides และองค์ประกอบของ mitochondrial electron transport chain ก็เป็นแหล่งอื่นเช่นกัน เมื่อ methylene blue ถูกรีดิวซ์ในเนื้อเยื่อที่มีออกซิเจน วงจรที่เกิดขึ้นจะใช้ทั้งสารรีดิวซ์และออกซิเจน และสร้าง reactive oxygen species โดยส่วนใหญ่เป็น hydrogen peroxide เมื่อจบรอบ สีย้อมกลับออกมาโดยไม่เปลี่ยนแปลง พร้อมเข้าสู่วงจรอีกครั้ง

ประเด็นสุดท้ายนี้อธิบายความขัดแย้งที่มิฉะนั้นอาจดูเหมือนการใช้คำอย่างไม่ระมัดระวัง ในวรรณกรรม methylene blue ถูกอธิบายทั้งว่าเป็น pro-oxidant และ antioxidant และทั้งสองคำอธิบายมีเหตุผลรองรับ มันสามารถลดการสร้าง superoxide ได้โดยทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนเทียม เบี่ยงการไหลของอิเล็กตรอนออกจากตำแหน่งของเอนไซม์ที่มิฉะนั้นออกซิเจนจะถูกเปลี่ยนเป็นอนุมูล superoxide ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ตับ มีรายงานว่ามันกระตุ้นเอนไซม์ป้องกัน antioxidant ระยะที่ 2 รวมถึง thioredoxin reductase 1 และ NADPH quinone oxidoreductase คุณจะเห็นคุณสมบัติด้านใดขึ้นอยู่กับว่าปลายด้านใดของตัวกลางกำลังขาดอิเล็กตรอนในขณะนั้น คำถามอย่าง "methylene blue เป็น antioxidant หรือไม่" ยังเป็นคำถามที่ไม่สมบูรณ์จนกว่าจะระบุว่าอยู่ในระบบใด ที่ความเข้มข้นเท่าใด และมีสิ่งอื่นใดอยู่ร่วมด้วย

การส่งต่ออิเล็กตรอน

เมื่อสีย้อมถืออิเล็กตรอนส่วนเกินแล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปมีได้สามแบบที่แตกต่างกันมาก และมักถูกอธิบายรวมอยู่ภายใต้หัวข้อเดียว ทั้งสามอย่างไม่ควรถูกรวมเข้าด้วยกัน

มันสามารถส่งอิเล็กตรอนไปยังศูนย์กลางโลหะได้ กรณีที่ชัดเจนที่สุดคือ haemoglobin ที่ถูกออกซิไดซ์จากสถานะ ferrous เป็น ferric ในสถานะนั้นมันไม่สามารถขนส่งออกซิเจนได้ ภายในเม็ดเลือดแดง เอนไซม์ตัวหนึ่งจะรีดิวซ์สีย้อม จากนั้นสีย้อมในรูปรีดิวซ์จะส่งอิเล็กตรอนไปยังเหล็ก haem ที่ถูกออกซิไดซ์โดยไม่อาศัยเอนไซม์ ทำให้ haemoglobin กลับมาทำงานได้และทำให้สีย้อมกลับสู่รูปออกซิไดซ์ สีย้อมไม่ได้ถูกใช้หมดไปในกระบวนการนี้ แต่จะหมุนเวียนเป็นวงจร ประเด็นทางคลินิกที่อาศัยปฏิกิริยานี้เป็นเรื่องที่ใช้ในโรงพยาบาล และ คำอธิบายเกี่ยวกับ methylene blue ใน methemoglobinemia ครอบคลุมวิธีใช้และเหตุผลที่ต้องอยู่ภายใต้การดูแลอย่างใกล้ชิด

ข้อสังเกตที่ควรระบุอย่างตรงไปตรงมาเกี่ยวกับแหล่งข้อมูล: บททบทวนสองฉบับที่เป็นพื้นฐานของบทความนี้ไม่ได้ระบุ reducing cofactor ของขั้นตอนที่ใช้เอนไซม์ตรงกัน ฉบับหนึ่งระบุ NADH ส่วนอีกฉบับระบุ NADPH ความไม่ตรงกันนี้มีอยู่จริงและยังไม่ได้รับการแก้ไขในแหล่งข้อมูลที่ใช้ที่นี่ ดังนั้นคำอธิบายที่ปลอดภัยกว่าคือการระบุบทบาทของแต่ละส่วน แทนที่จะเลือกชื่อ cofactor เพียงชื่อเดียว

มันสามารถส่งพลังงานหรืออิเล็กตรอนไปยังออกซิเจนได้ หากมีแสง เส้นทางนี้เกิดขึ้นได้เฉพาะภายใต้การส่องแสง สีย้อมที่ถูกกระตุ้นจะเข้าสู่ triplet state และจากจุดนั้นมีกลไกที่เป็นไปได้สองแบบ แบบแรก สีย้อมที่ถูกกระตุ้นทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโมเลกุลข้างเคียง โดยดึงไฮโดรเจนหรือถ่ายโอนอิเล็กตรอน ทำให้เกิดอนุมูล การทำปฏิกิริยากับน้ำในลักษณะนี้สร้าง hydroxyl radicals แบบที่สอง พลังงานกระตุ้นถูกส่งให้ออกซิเจนโดยตรง ทำให้เกิด singlet oxygen ซึ่งเป็นชนิดที่มีความเป็น electrophilic สูง สลายตัวภายในระดับ microseconds และโดยทั่วไปยอมรับกันว่าเป็นเส้นทางหลักที่ methylene blue ภายใต้แสงใช้ทำลายเซลล์จุลชีพ ปฏิกิริยากับไขมันและเปปไทด์ในเยื่อหุ้มเซลล์ รวมถึงกับเบส guanine ใน DNA เป็นผลลัพธ์บางส่วนที่มีการบันทึกไว้

ผลในทางปฏิบัติของเส้นทางนี้คือ การส่องแสงสามารถเปลี่ยนค่าต่าง ๆ ได้หลาย orders of magnitude ในข้อมูลที่รวบรวมโดย Wainwright และ Crossley ค่า minimum bactericidal concentration ของ methylene blue ต่อ Pseudomonas aeruginosa อยู่ที่ประมาณ 500 micromolar ในความมืด และประมาณ 25 micromolar ภายใต้ปริมาณแสง 12 joules per square centimetre สำหรับสายพันธุ์หนึ่งของ Staphylococcus aureus ค่าในความมืดและภายใต้แสงเท่ากันที่ 5 micromolar กล่าวอีกอย่างคือ การที่โมเลกุลนี้จะนับว่ามีฤทธิ์ต้านจุลชีพหรือไม่นั้นไม่ใช่คุณสมบัติของโมเลกุลเพียงอย่างเดียว แต่เป็นคุณสมบัติของโมเลกุลร่วมกับแสง

มันสามารถออกฤทธิ์โดยตรงที่ตำแหน่งของเอนไซม์ โดยไม่ผ่านตัวกลาง Methylene blue ออกซิไดซ์เหล็ก ferrous ที่จับอยู่กับ nitric oxide synthase ทำให้เอนไซม์หยุดทำงาน มันยับยั้ง soluble guanylate cyclase และช่วง 1 ถึง 10 micromolar เป็นความเข้มข้นที่ใช้เป็นประจำในห้องปฏิบัติการเพื่อจุดประสงค์นี้ มันยับยั้ง monoamine oxidase type A โดยมี IC50 ระหว่าง 27 ถึง 180 nanomolar ซึ่งเป็นกลไกที่อยู่เบื้องหลังปฏิกิริยาระหว่างยาที่มีการบันทึกไว้อย่างชัดเจนกับ serotonin reuptake inhibitors และเป็นเหตุผลที่ ปฏิกิริยาระหว่างยาของ methylene blue ควรถูกพิจารณาเป็นหัวข้อเฉพาะของมันเอง

เส้นทางทั้งสามนี้แตกต่างกันในเชิงเคมี การรวมทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นคำกล่าวเดียวว่า methylene blue ทำงานผ่าน redox cycling คือเหตุผลหลักที่งานเขียนจำนวนมากเกี่ยวกับมันฟังดูทั้งมั่นใจและคลุมเครือในเวลาเดียวกัน

ความแตกต่างสี่ประการที่กำหนดว่าคำอธิบายกลไกมีความหมายหรือไม่

รูปแบบใด สีย้อมในรูปรีดิวซ์ไม่สามารถใช้แทนสีย้อมในรูปออกซิไดซ์ได้ การยับยั้ง acetylcholinesterase แสดงให้เห็นกับดักนี้ได้ดี: ในการบ่ม in vitro เป็นเวลานาน methylene blue จะค่อย ๆ ถูกรีดิวซ์เป็นรูปไม่มีสี และการยับยั้งจะลดลง เพราะโมเลกุลในรูปรีดิวซ์ไม่ยับยั้งเอนไซม์นั้น การทดสอบที่ดำเนินนานพอจนรูปของสารเปลี่ยนไปจะรายงานผลที่อ่อนลงและนำไปสู่คำอธิบายที่ผิด

ความเข้มข้นใด ช่วงที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อยับยั้ง soluble guanylate cyclase คือ 1 ถึง 10 micromolar การยับยั้ง glutamate-mediated transmission ในชิ้นเนื้อ hippocampus ของหนูต้องใช้ 5 ถึง 50 micromolar มีรายงานผลเป็นพิษในการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่สูงกว่า 100 micromolar สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การทดลองเดียวกัน และกลไกที่ยืนยันได้ที่ 50 micromolar ไม่ได้หมายความว่าจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติในผู้ป่วยที่มีความเข้มข้นในพลาสมาเพียงเศษหนึ่งของค่านั้น

เส้นทางใด absolute oral bioavailability อยู่ที่ประมาณ 72 per cent และ terminal plasma half-life อยู่ที่ 5 ถึง 7 hours การให้ทางปากทำให้มีความเข้มข้นสูงกว่าในลำไส้และตับ ส่วนการให้ทางหลอดเลือดดำทำให้มีความเข้มข้นสูงกว่าในสมอง เส้นทางการให้เป็นตัวกำหนดว่าเนื้อเยื่อใดจะสัมผัสกับอิเล็กตรอน

แบบจำลองใด และเปิดไฟอยู่หรือไม่ วรรณกรรมด้านกลไกจำนวนมากมาจากการเพาะเลี้ยงเซลล์และงานในสัตว์ฟันแทะ และผล in vitro ของโมเลกุลนี้ขึ้นอยู่กับการได้รับแสง ศักย์ของเยื่อหุ้มเซลล์ และสถานะรีดอกซ์ของเซลล์ เพราะเพียงแสงจากกล้องจุลทรรศน์ก็เพียงพอที่จะทำให้มันเกิด photosensitisation ได้ ระหว่าง 65 ถึง 85 per cent ของปริมาณที่ให้จะถูกรีดิวซ์เป็นรูปไม่มีสีในเม็ดเลือดแดงและเนื้อเยื่อส่วนปลาย ตัวแปรทุกตัวเหล่านี้อยู่ระหว่างกลไกที่ดูชัดเจนในจานทดลองกับข้อกล่าวอ้างเกี่ยวกับมนุษย์

เหตุใดคำถามเรื่องความบริสุทธิ์จึงเป็นคำถามทางเคมี

การส่องแสงทำให้ methylene blue เกิด demethylation ผลิตภัณฑ์แรกคือ Azure B จากนั้นเป็น Azure A แล้วจึงเป็น thionin และความเข้มของแสงที่สูงกว่าจะทำให้เกิดการสลายตัวมากกว่าความเข้มต่ำ โมเลกุลที่มีประโยชน์เพราะสามารถรับและให้อิเล็กตรอนได้ จึงเป็นโมเลกุลที่ผลิตภัณฑ์สลายตัวที่มีแนวโน้มเกิดขึ้นเป็นญาติทางเคมีที่ใกล้เคียงและยังคงอยู่ในสารละลายเดียวกัน องค์ประกอบของสิ่งที่อยู่ในภาชนะจึงไม่ใช่รายละเอียดด้านรูปลักษณ์

นี่คือเหตุผลที่การสอดคล้องกับข้อกำหนด USP เป็นการทดสอบที่มีความหมายสำหรับผู้ซื้อ ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ผ่านข้อกำหนดนั้นเป็นสีย้อม และสีย้อมอาจมีสิ่งเจือปน รวมถึง Azure B โลหะหนัก และตัวทำละลายตกค้าง ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่ผู้บริโภคต้องการกลืนเข้าไป กับดักเพิ่มเติมคือผู้ขายที่ทดสอบเฉพาะโลหะหนักแล้วนำผลนั้นมาเสนอราวกับเป็นการปฏิบัติตามข้อกำหนดทั้งหมด Blupreme ได้ร่วมมือกับผู้ผลิต methylene blue ระดับเภสัชกรรมและทดสอบตามข้อกำหนดทั้งหมด ได้แก่ เอกลักษณ์ ความบริสุทธิ์ สิ่งเจือปนอินทรีย์ ตัวทำละลายตกค้าง สิ่งเจือปนธาตุ residue on ignition ขีดจำกัดจุลชีพ และ bacterial endotoxins เอกสารผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการของแต่ละล็อต มีการเผยแพร่ และ การเลือกผู้จัดจำหน่าย ส่วนใหญ่เป็นเรื่องของการตรวจสอบว่าเอกสารนั้นมีอยู่หรือไม่ และครอบคลุมการทดสอบอะไรบ้าง

คู่ที่ย้อนกลับได้หนึ่งคู่ มีหลายเส้นทางที่แยกออกจากมัน และเส้นทางที่เกิดขึ้นเป็นตัวกำหนดว่าคำกล่าวอ้างใดรองรับได้ :::