Metilen ko‘ki va yorug‘lik ta’siri: to‘lqin uzunligi, nurlanish quvvati zichligi va ishlov berish geometriyasi

Ikki ilmiy maqolada metilen ko‘kiga har kvadrat cm uchun 10 J yorug‘lik ta’sir ettirilgani qayd etilgan. Birida bakteriyalar nobud bo‘ladi. Ikkinchisida o‘lchash mumkin bo‘lgan hech qanday o‘zgarish yuz bermaydi. Faqat dozani solishtirgan o‘quvchi bu sohada natijalar bir-biriga mos kelmaydi, degan xulosaga keladi. Aslida sohadagi natijalar izchil. Doza hech qachon ta’sirning barcha jihatlarini ifodalamagan.

Yorug‘lik ta’siri birgalikda ishlaydigan parametrlarning kichik tizimidir: to‘lqin uzunligi, nurlanish quvvati zichligi, davomiylik, ulardan hosil bo‘ladigan flyuens, kislorod mavjudligi, bo‘yoq konsentratsiyasi va agregatsiya holati, bo‘yoq berilishi bilan yorug‘lik ta’siri orasidagi vaqt hamda yorug‘lik namunadan o‘tayotganda bosib o‘tadigan haqiqiy optik yo‘l. Ulardan birini o‘zgartirsangiz, fotokimyo ham o‘zgaradi. Ushbu maqolada har bir parametr ko‘rib chiqiladi, so‘ng yaqin infraqizil fotobiomodulyatsiya bo‘yoqning bevosita fotoaktivatsiyasidan ajratiladi, chunki aynan shu ikki rejim eng ko‘p chalkashtiriladi.

To‘lqin uzunligi bo‘yoqning ishtirok etish-etmasligini belgilaydi

Suvdagi metilen ko‘ki monomer shaklida qizil yorug‘likni kuchli yutadi: yutilish cho‘qqisi 664 dan 665 nm gacha bo‘lgan oraliq yaqinida, qisqaroq to‘lqin uzunligidagi yelka esa 610 nm yaqinida joylashgan. Bo‘yoq dimerlar va kattaroq molekulyar uyumlarga birlashgani sari bu yelka kuchayadi. Cho‘qqi yaqinidagi molyar ekstinksiya koeffitsiyenti taxminan 65,000 dan 85,000 M-1 cm-1 gacha bo‘ladi, shu sababli mikromolyar eritmalar ham to‘q ko‘k rangga ega. Dastlabki metilen ko‘kining DNK va biologik substratlar bilan fotokimyosi haqidagi sharh ushbu yutilish xususiyatlarini va undan keyingi qo‘zg‘algan holat kimyosini bayon qiladi: yutilish qisqa yashovchi singlet holatni hosil qiladi, so‘ng uzoqroq yashovchi triplet holatga o‘tish yuz beradi; bu o‘tishning qayd etilgan chiqishlari 0.5 ga yaqin. Havo bilan to‘yintirilgan eritmada triplet holat kislorod tomonidan taxminan 2 mikrosekund ichida so‘ndiriladi.

Aynan shu so‘ndirish bosqichida ikki fotokimyoviy yo‘l ajraladi. II tur kimyosida triplet holatdagi bo‘yoq energiyani asosiy holatdagi kislorodga uzatib, singlet kislorod hosil qiladi; ko‘p keltiriladigan chiqish qiymatlari 0.52 ga yaqin. I tur kimyosida esa triplet holat substratga elektron yoki vodorod uzatadi va radikallar, jumladan superoksid hamda gidroksil zarrachalarini hosil qiladi. Ikkalasi bir vaqtda kechishi mumkin, va I tur ham hissa qo‘shganida odatiy fotodinamik ta’sir kislorodga kuchli bog‘liq bo‘lib qoladi.

Metilen ko‘ki uchun to‘lqin uzunligini tanlash bundan kelib chiqadigan oddiy qoidaga asoslanadi. Taxminan 630 dan 680 nm gacha bo‘lgan qizil yorug‘lik bo‘yoqning yutilish tasmasiga mos tushadi; 660 dan 665 nm gacha bo‘lgan oraliq monomer maksimumiga yaqin. Shu sababli bo‘yoq yetarli miqdorda mavjud bo‘lgan joyda bunday yorug‘lik fotosensibilizator kimyosini ishga tushirishi mumkin. 810 nm dagi yaqin infraqizil yorug‘lik asosiy holatdagi yutilish tasmasidan ancha tashqarida yotadi, shuning uchun bo‘yoqni bevosita qo‘zg‘atish uchun mos to‘lqin uzunligi emas. Konsentratsiya manzarani muhim bir jihatdan murakkablashtiradi: konsentratsiya oshgani sari bo‘yoqning ko‘proq qismi 610 nm tomonda yutadigan dimer va agregat shakllarda bo‘ladi; ular har bir molekula hisobida kamroq samarali fotosensibilizatsiya qiladi. Demak, bo‘yoq miqdorini ikki baravar oshirish ta’sirni ikki baravar oshirmaydi. Metilen ko‘ki va qizil yorug‘lik terapiyasi haqidagi turdosh sharh ushbu yutilish qoidasini har qanday fotosensibilizatsiyalangan reaksiya uchun dastlabki shart sifatida ko‘radi.

Nurlanish quvvati zichligi, davomiylik va flyuens — bitta emas, uchta parametr

Har kvadrat cm uchun J bilan ifodalanadigan flyuens nurlanish quvvati zichligining vaqtga ko‘paytmasidir. Faqat flyuensni ko‘rsatish energiya qanday tezlikda yetkazilganini yashiradi, bu tezlik esa muhim.

Qisqa vaqt davomida berilgan yuqori nurlanish quvvati zichligi va uzoq vaqt davomida berilgan past nurlanish quvvati zichligi bir xil flyuens berishi, ammo turli kimyoviy jarayonlarga olib kelishi mumkin. Yuqori nurlanish quvvati zichligi erigan kislorodni diffuziya orqali uning o‘rni to‘lishidan tezroq sarflaydi; bu ta’sir davomida kislorodga bog‘liq II tur yo‘lini cheklaydi. U issiqlik ham hosil qiladi, to‘qima esa qizishga qon oqimini o‘zgartirish bilan javob beradi; bu kislorod bilan ta’minlanishga ham, bo‘yoq taqsimotiga ham ta’sir qiladi. Uzoq ta’sir davomida past nurlanish quvvati zichligi kislorod ta’minotini saqlaydi, biroq tiklanish va kislorod bilan qayta to‘yinish jarayonlariga ta’sirning o‘zidayoq ishlash uchun vaqt beradi. Fotokimyo darsliklarida faqat umumiy doza ahamiyatli degan faraz retsiproklik deb ataladi. Kislorod, qizish yoki biologik jarayonlar ishtirok etganda bu faraz ishlamaydi; to‘qimada esa bu deyarli har doim sodir bo‘ladi.

Odamlarda metilen ko‘ki bilan mikroblarga qarshi fotodinamik ta’sirda odatda har kvadrat cm uchun 6 dan 18 J gacha qo‘llanadi; bu fotobiomodulyatsiya qiymatlari bilan ustma-ust tushadi. Shu sababli flyuensning o‘zi rejimni aniqlab bera olmaydi. Bo‘yoq singdirilgan to‘qimaga 660 nm da har kvadrat cm uchun 10 J ta’sir ettirish — fotosensibilizator boshqaradigan fotokimyodir. Bo‘yoqning iz miqdori mavjud to‘qimaga 810 nm da xuddi shu flyuensni berish esa mutlaqo boshqa jarayon. Raqam bir xil. Tushuncha boshqa.

Optik yo‘l va namuna geometriyasi yorug‘lik nimaga duch kelishini belgilaydi

Ber–Lambert qonuniga ko‘ra, namunaning old qismiga orqa qismidagiga qaraganda ancha ko‘p yorug‘lik yetib boradi. Bo‘yoq konsentratsiyasi o‘nlab mikromolyar bo‘lgan kyuvetada dastlabki millimetr tushayotgan qizil yorug‘likning katta qismini yutishi mumkin; natijada chuqurroq qatlamlar amalda yorug‘lik ta’siridan chetda qoladi. Xuddi shu eritmani kichik hajmli sayoz uyachaga joylashtirsangiz, ta’sir deyarli bir tekis bo‘ladi. Bo‘yoq bir xil, lampa bir xil, yuzadagi flyuens bir xil, natija esa boshqa.

To‘qimada yutilishga sochilish ham qo‘shiladi. 660 nm yaqinidagi qizil yorug‘lik taxminan millimetrlar miqyosida kirib boradi; aniq chuqurlik qon miqdori, pigmentatsiya va to‘qima turiga bog‘liq. Uyachalar ham o‘z artefaktlarini qo‘shadi: meniskning linza kabi ta’siri, devorlardan qaytish, chekka uyachalarning soyada qolishi va manba ostidagi kichik hajmlarning qizishi. Lampa sozlamalarini bir xil deb ko‘rsatgan, ammo planshet turi, hajmlar yoki manbagacha masofalari turlicha bo‘lgan ikki laboratoriya aslida turli tajribalarni o‘tkazgan bo‘ladi.

Masofani alohida ta’kidlash kerak, chunki u eng ko‘p e’tibordan chetda qoladigan o‘zgaruvchidir. Kollimatsiyalanmagan manbadan uzoqlashgan sari nurlanish quvvati zichligi tez pasayadi. Shuning uchun lampani planshet ustida 2 cm balandlikdan 5 cm balandlikka ko‘tarish nurlanish quvvati zichligini bir necha baravar kamaytirishi mumkin, usullar bo‘limidagi bayon esa o‘zgarmay qoladi. Namuna yuzasida nurlanish quvvati zichligi o‘lchanmasa, ishlab chiqaruvchi ko‘rsatgan quvvat qiymatlaridan hisoblangan va nashr etilgan flyuenslar o‘lchov emas, taxmin bo‘ladi.

Izohli parametrlar qo‘llanmasi: ta’sirni takrorlash imkonini nima beradi

Ushbu sahifaning asosiy materiali — tekshiruv ro‘yxati. Quyidagi bandlarni ko‘rsatmagan har qanday tadqiqotdagi yorug‘lik ta’sirini, asosiy doza qanchalik o‘xshash ko‘rinmasin, boshqa tadqiqot bilan solishtirib bo‘lmaydi.

1. To‘lqin uzunligi va spektral tasma kengligi. Rang nomi emas, cho‘qqi va to‘liq kenglik kerak. Qizil LED 630 dan 680 nm gacha bo‘lgan oraliqni qamrab oladi; bu oraliqda bo‘yoqning yutilishi juda turlicha.
2. Namuna yuzasida o‘lchangan nurlanish quvvati zichligi, har kvadrat cm uchun mW da. Ishlab chiqaruvchi ko‘rsatgan quvvat nurlanish quvvati zichligi emas.
3. Davomiylik va impulslar. Uzluksiz yoki impulsli yetkazish; tegishli hollarda impuls chastotasi va ish sikli ham ko‘rsatiladi.
4. Yuqoridagi o‘lchangan ikki kattalikdan hisoblangan flyuens, har kvadrat cm uchun J da.
5. Bo‘yoq konsentratsiyasi, formulatsiyasi va agregatsiya holati. 664 nm yaqinidagi monomer 610 nm yaqinidagi agregatlardan boshqacha fotosensibilizatsiya qiladi.
6. Preparat berilishi bilan yorug‘lik ta’siri orasidagi vaqt. Bo‘yoq berilganidan nurlantirishgacha bo‘lgan daqiqalar yoki soatlar yorug‘lik kelganda bo‘yoq qayerda bo‘lishini belgilaydi.
7. Kislorod bilan ta’minlanish. Havo bilan to‘yintirilgan eritma va gipoksik to‘qima o‘rtasidagi farq I tur va II tur muvozanatini bevosita o‘zgartiradi.
8. Geometriya. Namuna chuqurligi, hajmi, idish turi, manba masofasi va burchagi hamda to‘qimadagi nishon chuqurligi.

Ilmiy maqolalarni o‘qishda foydali odat: avval preparat berilishi bilan yorug‘lik ta’siri orasidagi vaqtni tekshiring. Bu tadqiqotning maqsadini ochib beradi. Fotodinamik tadqiqotlarda bo‘yoq singdirilgan to‘qima ataylab nurlantiriladi. Quyida ko‘rsatilganidek, kombinatsiyalangan tadqiqotlarda esa bu ikki ta’sir ataylab ajratilishi mumkin.

Yaqin infraqizil fotobiomodulyatsiya bo‘yoq fotoaktivatsiyasi emas

Odatda PBM deb qisqartiriladigan fotobiomodulyatsiya fotosensibilizator qo‘shmasdan, endogen signal uzatish jarayonlarini modulyatsiya qilish uchun qizil yoki yaqin infraqizil yorug‘likdan foydalanadi. Odatda PDT deb qisqartiriladigan fotodinamik terapiya uchta tarkibiy qismni birga qo‘llaydi: sensibilizator yutadigan yorug‘lik, sensibilizatorning o‘zi va nishonga zarar yetkazuvchi reaktiv zarrachalarning keskin hosil bo‘lishini ta’minlaydigan kislorod. Mitoxondriyalarni neyroproteksiya nishoni sifatida ko‘rib chiqadigan sharh metilen ko‘kini PBM bilan birga ko‘radi, chunki ular hujayra nafas olishiga turli yo‘llar orqali ta’sir qiladi: bo‘yoq elektron oqimini qo‘llab-quvvatlaydigan katalitik oksidlanish-qaytarilish sikli vositachisi sifatida ishlaydi, PBM esa IV kompleksdagi sitoxrom c oksidazadan tormozlovchi azot oksidining ajralishini kuchaytiradi, degan faraz mavjud. Bu ferment mexanizmi faraz sifatida ko‘rsatilishi kerak.

Eng ko‘p iqtibos keltiriladigan ikkita kombinatsiyalangan sichqon tadqiqotining ikkalasida ham 810 nm yorug‘lik ishlatilgan. Aynan shu sababli ular bo‘yoq fotoaktivatsiyasini namoyish etmaydi. Uyqudan mahrum qilishdan oldingi ishlov tadqiqotida sichqonlarga uyqudan mahrum qilishdan oldin har kuni har kg uchun 0.5 mg metilen ko‘ki, kunora 810 nm impulsli lazer yoki ikkalasi birga qo‘llangan. Birgalikdagi oldindan ishlov xotira bilan bog‘liq xatti-harakatlarni va gippokampdagi sinaptik oqsillarni saqlagan, alohida ishlovlar esa asosan samara bermagan. Bir vaqtda davolash qo‘llangan surunkali stress tadqiqotida sichqonlarga har kuni har kg uchun 0.5 mg bo‘yoq bilan birga har kvadrat cm uchun 8 J miqdorida 810 nm PBM berilgan. Aynan bo‘yoq singdirilgan to‘qimani nurlantirmaslik uchun avval lazer qo‘llangan, bo‘yoq esa ikki soatdan keyin inyeksiya qilingan. Uchala tajriba guruhida ham o‘rganishdagi buzilishlar ortga qaytgan; qo‘shiluvchi foyda asosan qon zardobidagi kortizol va miyadagi reaktiv kislorod turlari bo‘yicha kuzatilgan. Bu natijalar birga qo‘llangan ikkita mitoxondrial ta’sir usulini tekshiradi. Fotodinamik tadqiqotlar to‘plami har bir qo‘llanish ko‘rsatmasi bo‘yicha to‘lqin uzunligini qayd etish orqali ushbu farqni ko‘rinadigan qilib saqlaydi.

Teri bo‘yicha dalillar esa boshqa tomonda turadi. Odamlarda metilen ko‘ki va yorug‘likning teriga ta’siri haqidagi ma’lumotlar asosan 630 dan 680 nm gacha bo‘lgan oraliqda, mahalliy yoki o‘choq ichiga yuborilgan bo‘yoq bilan, to‘qimani yemirish yoki qayta tuzish maqsadida olingan; bu ta’rifiga ko‘ra PDT hisoblanadi. Shu tarzdagi tozalanish natijasini bo‘yoq PBMni kuchaytirishiga dalil sifatida keltirish yoki sichqonlarda 810 nm bilan kuzatilgan tiklanishni 660 nm panel va bo‘yoq kombinatsiyasi kognitiv funksiyalar uchun protokol ekaniga dalil sifatida keltirish bu rejimlarni chalkashtirishdir. Dozalash va farmakologiya ma’lumotnomasi hamda xavfsizlik va o‘zaro ta’sirlar qo‘llanmasi ushbu mavzuning konsentratsiya va qarshi ko‘rsatmalarga oid jihatlarini batafsilroq yoritadi.

Raqamlarni solishtirishdan oldin qaysi tushuncha haqida gap ketayotganini aniqlang. To‘lqin uzunligi bo‘yoq yorug‘likni yutish-yutmasligini belgilaydi. Nurlanish quvvati zichligi va davomiylik bu yutilish natijasida kimyoviy jarayon qanday kechishini belgilaydi. Geometriya esa namunaning qaysi qismi bularning ta’sirini boshdan kechirishini belgilaydi. Bitta parametri bir xil, qolganlari esa turlicha bo‘lgan ikki ta’sir — ikki xil tajribadir; ularni o‘zaro almashtiriladigan deb hisoblash ushbu qo‘llanma oldini olishga qaratilgan xatodir. Bularning hech biridan uy sharoitida qo‘llash protokoli kelib chiqmaydi; to‘lqin uzunligi mos yorug‘likni tizimli ravishda berilgan bo‘yoq bilan birlashtirish aks holda modulyatsiyalovchi bo‘ladigan ta’sirni fotosensibilizator boshqaradigan fotokimyoga aylantiradi, bu esa klinik mutaxassislar vakolatiga kiradi.