Индукцияланєан сјулелену. Лазер.

Атом ішіндегі їрдістерге байланысты люминесценция бґлінеді:

а) спонтанды, б)еріксіз, в) рекомбинациялы.

Спонтанды люминесценция кезінде сјулелену ќозудыѕ ізінше тікелей орындалады. Ќозєан деѕгейден негізгіге ґту біртўтас болуы мїмкін (сурет 1,а). Осы кездегі сјулелену резонансты жјне баспалдаќты деп аталады (сурет 1,б). Баспалдаќты жаєдайда кейбір деѕгейлер сјулеленумен сїйемелденбейді, яєни сјулелену болмайды (сурет 1, в).

Белгілі бір заттарда фотондардыѕ сјулелену жолымен энергетикалыќ деѕгейлерден негізгі деѕгейге ґтулерініѕ ыќтималдыєы тґмен болатын деѕгейлер болады, яєни баяу жјне біртіндеп ґтеді, сол себепті ќозєан атомдар осы деѕгейлерде жеткілікті ўзаќ кідіруі мїмкін. Осындай деѕгейлер метастабильді (тўраќты) деп аталады. Ќозу їрдісі кезінде осы деѕгейде атомдардыѕ едјуір шоєырлануы орындалады.

Метастабильді деѕгейден негізгі деѕгейге ґту атомдарєа ќандай да бір энергетикалыќ јсер ету арќылы їдетілуі мїмкін, мысалы осындай толќын ўзындыќты сјулелену кванттарымен јсер ету. Осы кездегі жасанды сјулелену еріксіз (индукцияланєан не ынталандырушы) деп аталады, ал ќўбылыстыѕ ґзі еріксіз люминесценция деп аталады. Индукцияланєан сјулеленуді ќолдануєа негізделген ќўрал оптикалыќ кванттыќ генератор деп аталады. Оныѕ аєылшынша ќысќаша айтылуы- лазер. Ол Light Ampluficaation by Stimulated Emission Radiation сґйлемінен ќысќартылып алынєан.

Бўл индукцияланєан сјуле шыєарудыѕ кґмегімен жарыќты кїшейту дегенді білдіреді.

1960 жылы жўмыстыќ заты рубин болып табылатын кґрінетін диапазондаєы алєашќы оптикалыќ кванттыќ генератор жасалды, мўнда импульсті сјулелену алынєан жјне атомдардыѕ ќозуы арнайы лампы арќылы орындалады. Газды лазерлер де бар. Ќўралдыѕ негізгі бґлігі жоєары ќысымды газ ќоспасымен толтырылєан (мысалы, неон жјне гелиймен) кварц тїтігінен тўрады (сурет 2).

.

Т їтікшелер ўштарында ќатаѕ тїрде параллель айналар (З) орналасады (біреуі жартылай мґлдір), осы айналар резонаторды ќўрайды. Тїтікшеніѕ сыртына орналасќан электродтардыѕ (Э) кґмегімен жјне жоєары ќысымды генератордыѕ кґмегімен газда јлсіз разряд пайда болады. Осы кезде гелий атомдары ќозып, Е деѕгейіне ґтеді (сурет 3).

Серпімсіз соќтыєысу їрдісі кезінде олар энергиясын неон атомдарына береді, неон атомдары жаќын орналасќан метастабильді деѕгейде (R) шоєырланады, осы деѕгейден аралыќ деѕгейге (s) ґту кезінде толќын ўзындыєы 632,8 нм болатын еріксіз сјулелену пайда болады. Лазердіѕ кеѕ тараєан тїрі газды (гелий- неонды) лазер.

Газды лазердіѕ еріксіз сјуле шыєаруы жоєары когерентті, монохроматты, жазыќ поляризацияланєан, жоєары баєытталєан, жоєары ќуатты болып табылады.

Лазер инфраќызыл, кґрінетін диапазондардаєы 30- єа дейінгі толќын ўзындыќты сјулелерді сјулелендіре алады. Интерференция салдарынан тек бір толќын ўзындыєы їшін єана ќажетті шаєылу коэффициентін жасау їшін резонатордыѕ айналары кґп ќабатты болып жасалады.

Лазер сјулесініѕ биологиялыќ ўлпаларєа јсер ету механизмі.

Лазер сјулесініѕ биологиялыќ ўлпалармен јсерлесуініѕ сипатына ќарай оныѕ фотобиологиялыќ јсерін їш тїрге бґлуге болады:

1) фотодеструктивті јсері, осы кезде жарыќтыѕ жылулыќ, гидродинамикалыќ, фотохимиялыќ эффектілері ўлпалардыѕ бўзылуын (деструкциясын) тудырады. Лазермен јсерлесуініѕ осы тїрі лазерлі хирургияда ќолданылады.

2) фотофизикалыќ жјне фотохимиялыќ јсері, осы кезде биоўлпалармен жўтылєан жарыќ оныѕ атомдары мен молекулаларын ќоздырады, фотохимиялыќ жјне фотофизикалыќ реакциялар тудырады. Осы лазер сјулесі терапевтік сјуле ретінде ќолданылады.

3) ауытќушылыќ тудырмайтын јсері, осы кезде биосубстанция жарыќпен јсерлесу їрдісі кезінде ґзініѕ ќасиеттерін ґзгертпейді. Бўл шашырау, шаєылу, ену сияќты эффектілер. Осы їшінші тїрі диагностикада (лазерлі спектроскопия) ќолданылады.

Фотобиологиялыќ эффектілер лазер сјулесініѕ параметрлеріне байланысты: толќын ўзындыєына, жарыќ энергиясы аєыныныѕ интенсивтілігіне, биоўлпаларєа јсер ету уаќытына. Лазерлі терапияда 100 мВт/ см² – тан артыќ болмайтын тґменгі интенсивті жарыќ аєыны ќолданылады. Бўл ашыќ кїнгі Жер бетіндегі Кїн сјулесініѕ интенсивтілігіндей. Сондыќтан оны тґменгі интенсивті лазер сјулесі (ТИЛС) деп атайды.

Спектрдіѕ ультракїлгін, кґрінетін, инфраќызыл аймаќтарындаєы жарыќќа фотобиологиялыќ белсенділік тјн. Фотобиологиялыќ їрдістердіѕ негізіне жарыќтыѕ јсерінен пайда болатын фотохимиялыќ жјне фотофизикалыќ реакциялар жатады.

Фотофизикалыќ реакциялар обьектіні тїрлі дјрежеге (0,1- 0,3⁰ С аймаєында)дейін ќыздырумен, жылудыѕ биоўлпаларда таралуымен аныќталады. Биомембраналарда температураныѕ айырмашылыєы айќын білінеді, бўл жјне иондарыныѕ ќарсы аєысына, аќуыз арналарыныѕ ашылуына, молекулалар мен иондар тасымалыныѕ артуына јкеліп соєады.

Фотохимиялыќ реакциялар жарыќты жўтатын заттыѕ атомдарындаєы электрондардыѕ ќозуымен аныќталады. Молекулалыќ деѕгейде бўл заттыѕ иондануы тїрінде, оныѕ ќалпына келуі, фотототыєу тїрінде, молекулалардыѕ диссоциациясы тїрінде ґрнектеледі.

Лазер сјулесі жасушадаєы бояєыш заттармен таѕдамалы жўтылады. Меланин (ќара- ќоѕыр тїсті) пигменті (аєзадаєы бояєыш зат) кїлгін аймаќтаєы жарыќты жаќсы жўтады, порфирин мен оныѕ туындылары ќызыл аймаќтаєы жарыќты жаќсы жўтады.

Лазер энергиясын жўтылуы ерекше пигменттері, фотобиологиялыќ нысанасы болмайтын тїрлі молекулалыќ ќўрылымдар да жўтады. Су спектрдіѕ кґрінетін жарыєы мен ќызыл бґлігін жўтады. Бўл мембрананыѕ су ќабатыныѕ ќўрылымыныѕ ўйымдасуын ауыстырып, мембрананыѕ термолабильді арналарыныѕ ќызметін ґзгертеді.

Аєзаныѕ биологиялыќ ќўрылымында меншікті электромагниттік ґрістері мен еркін зарядтары болады. Олар лазер сјулесініѕ јсерінен ќайтадан їлестіріледі.

Бірінші ретті химиялыќ реакциялар еркін радикалдардыѕ пайда болуымен, биосубстраттардыѕ тотыєу їрдісініѕ басталуымен сїйемелденеді. ТИЛС жасушаныѕ метаболалыќ белсенділігіне тїрткі береді, ґмір сїру мен регенерация (ќалпына келу) їрдістеріне јсер етеді, адамныѕ жасушаларындаєы ядроларда ДНЌ мен РНЌ-ѕ мґлшерініѕ артуына јкеліп соєады, ќарсы мутагендік (мутация тудыратын заттар немесе тўќым ќуалайтын ґзгергіштік) эффект тудырады, ДНЌ-ѕ бірігуін (синтез) белсендіреді, радиацияєа ўшыраєан жасушалардаєы ќалпына келу їрдістерін їдетеді. Бўл ТИЛС-н онкологияда, зиянды ґндірісте, јскери медицинада ќолдануєа мїмкіндік береді.

ТИЛС-і митохондриялардаєы АЇФ энергиясыныѕ универсалды кґзініѕ ґндірілуіне тїрткі болады, митохондрияныѕ тыныс алу тізбегініѕ жўмыс істеу эффективтілігін арттырады. Митохондрия мембранасында ќайта ќўрулар жїреді. Лазерлі терапия кезінде ќаныќќан жјне ќаныќпаєан липидтердіѕ ќатынасы, мембрананыѕ липидті ќўраушысыныѕ тўтќырлыєы ґзгереді, бўл мембранадаєы ќўрылымныѕ ќайта ќўрылуына, оныѕ функционалдыќ кїйіне, мембранамен байланысќан ферменттердіѕ белсенділігіне јсер етеді.

ТИЛС-і метаболизмі бўзылєан патологиялыќ ґзгерген ўлпаларда энергиямен байланысты їрдістердіѕ жеделденуін, маѕызды ферменттердіѕ белсенділігініѕ артуын, олардыѕ энергиямен байытылуын, митохондрияныѕ белсенділігініѕ артуымен ўлпалардыѕ оттегіні пайдалануыныѕ тґмендеуін, олардыѕ энергиямен байытылуын, ўлпалардаєы гликолиз интенсивтілігініѕ кїшеюін тудырады.

Екінші ретті эффектілер бейімделу мен компенсаторлы реакциялардыѕ жиынтыєы болып табылады. ТИЛС-і орталыќ жїйке жїйесінде дисбалансты (аєзаєа керекті заттардыѕ кірісі мен шыєысы араќатынасыныѕ бўзылуы) жояды. Лазер сјулесініѕ дозасы тїрткі беруші жјне езіп- жаншушы эффектілерді аныќтайды, бўл лазерді јлсізденген науќастар їшін, педиатрияда, созылмалы аурулар кезінде таѕдап ќолдануєа мїмкіндік береді.

Зат жарыќ квантын жўтќан кезде тґменгі энергетикалыќ деѕгейдегі электронныѕ бірі жоєарєы энергетикалыќ деѕгейге ґтіп, атом не молекуланы ќозєан (синглетті не триплетті) кїйге аударады. Сыртќы фотоэффект кезінде электрон фотонды жўтып, затты тастап кетеді. Біраќ жарыќтыѕ биообьектімен јсері кезінде осы кґрініс аса аз- маз айќындалєан. Жартылай ґткізгіштер мен диэлектриктерде (аєза ўлпалары осылар сияќты) электрон фотонды ќармап алып, затта ќалады жјне аса жоєарєы энергетикалыќ деѕгейлерге ґтеді (синглетті не триплетті). Осы ішкі фотоэффект деп аталады. Ол жарыќтыѕ јсерінен жартылай ґткізгіштіктіѕ электр ґткізгіштігінен (фото ґткізгіштік ќўбылысы), жарыќтандырылатын обьектініѕ тїрлі бґліктері арасында потенциалдар айырмасыныѕ пайда болуынан (фото ќозєаушы кїштіѕ – фотоЭЌК) кґрінеді. Осы ќўбылыстар заряд тасымалдаушылар- ґткізгіштік электрондары мен кемтіктердіѕ пайда болуымен аныќталады. Сјулелендірілетін обьектініѕ біраз атомдары мен молекулаларыныѕ ќозєан кїйге ґтулері нјтижесінде осы заттыѕ диэлектрлік ґтімділігі ґзгереді (фотодиэлектрлік эффект).

Фотоґткізгіштік концентрациялыќ жјне ќозєалєыштыќ болып бґлінеді. Концентрациялыќ заряд тасымалдаушылардыѕ концентрациясы ґзгерген кезде пайда болады. Ал ќозєалєыштыќ салыстырмалы кіші энергиясы бар фотондарды жўтќан кезде пайда болады жјне электрондардыѕ ґткізгіштік аймаєыныѕ шекарасында ґтулерімен байланысты. Осындай ґтулер кезінде тасымалдаєыштар саны ґзгермейді, біраќ бўл олардыѕ ќозєалєыштыєын ґзгертеді. Электрондыќ ќозєан кїйлердіѕ пайда болуы жасуша мембранасыныѕ энергетикалыќ белсенділігініѕ, сўйыќ кристалды ќўрылымныѕ пішінініѕ ґзгеруіне, аєзаныѕ сўйыќ ортасыныѕ ќўрылымдыќ альтерациясына (ўлпа ќўрылымыныѕ бўзылуы), фотолиз ґнімдерініѕ тїзілуіне, ортаныѕ рН-ѕ ґзгеруіне јкеліп соєады.

Жасушаныѕ барлыќ ќызметінде тура жјне маѕызды ќатысатын биомембраналардыѕ энергетикалыќ белсенділігініѕ артуы биологиялыќ їрдістердіѕ ґзгеруіне, химиялыќ жјне электрохимиялыќ потенциалдыѕ градиентіне ќарама- ќарсы баєытта жїретін мембрана арќылы заттыѕ тасымалыныѕ артуына јкеліп соєады, негізгі биоэнергетикалыќ їрдістерді кїшейтеді, јсіресе тотыєу фософрлау. Тґменгі энергиялы лазер сјулесініѕ јсерінен жасуша мембранасыныѕ липидті ќос ќабатты пішіні ґзгереді, бўл липидтер бастарыныѕ баєытыныѕ ґзгеруіне јкеліп соєады. t= 37 ⁰С жуыќ кезде, яєни ґте орныќсыз кїйде липидті ќос ќабат фазалыќ алмасу нїктесіне тікелей жаќын болады, сол себепті лазермен јсер еткендегі ќосымша энергия жасуша мембранасыныѕ фазалыќ алмасуын ынталандырады, ґйткені ол сўйыќ кристалды болып табылады. Заќымдалєан ўлпаєа лазер сјулесімен јсер ету жасуша ішіндегі ісікті кішірейтеді, бўл ўлпалардаєы ќан аєысыныѕ артуымен, зат тасымалыныѕ жеделденуімен байланысты.

Лазерлі терапияны дербес јдіс тїрінде де, дјрмектік емдеумен (гормональді емдеумен, физиотерапия јдістерімен) комплексті тїрде де жїргізуге болады. ТИЛС-і емдеу їрдісі кезінде дјрілік заттарєа сезімталдыќты ґзгертуі мїмкін.

Барлыќ фотобиологиялыќ їрдістерде жарыќ энергиясы химиялыќ тїрлендірулердіѕ жеделді бґгеттерін жеѕу їшін ќажет. Осы їрдістер мынадай кезеѕдерден тўрады: ўлпа фотоакцепторыныѕ жарыќтыѕ жўтып, энергия миграциясыныѕ электрондыќ- ќозєан кїйініѕ ќўрылуы, бірінші ретті фотофизикалыќ јрекет, аралыќ кезеѕдердіѕ фото ґнімдерініѕ пайда болуы, бірінші ретті химиялыќ ґнімдердіѕ тїзілуі, физиологиялыќ- биохимиялыќ їрдістер, аќырєы фотобиологиялыќ эффект.

ТИЛС-ѕ биообьектіге ґту жолында еѕ бірінші тері жамылєысы жатыр. Терініѕ оптикалыќ диапазондаєы электромагниттік толќындарды шаєылыстыру мен ґткізу коэффициенті тїрлі себептерге байланысты: јсер ету бґлігініѕ салќындауына, жынысына, жасына, сјуленіѕ тїсу бўрышына, тері жамылєысыныѕ тїсі мен реѕденуіне.

Жарыќ энергиясын жўтќан кезде тїрлі физикалыќ їрдістер пайда болады, солардыѕ негізгілері ішкі жјне сыртќы фотоэффект, молекулалар мен трїлі комплекстердіѕ электролиттік диссоциациясы болып табылады.

ТИЛС-і тек атомдыќ- молекулалыќ жјне жасушалыќ деѕгейде єана јсер етіп ќоймайды, сонымен ќатар мїшелер деѕгейінде де:

- рецептативті сезімталдыќтыѕ тґмендеуі;

- ќабыну фазасыныѕ ўзаќтылыєыныѕ кемуі;

- ісіктер мен ўлпалар кїштенуініѕ тґмендеуі;

- ўлпалардыѕ оттегіні жўтуыныѕ артуы;

- ќанаєысы жылдамдыєыныѕ артуы;

- ќантамырыныѕ ќабырєасы арќылы зат тасымалыныѕ жеделденуі;

Клиникалыќ эффектілерді де тудырады:

- ќабынуєа ќарсы;

- ауырсыздандыру;

- регенераторлы (ќалпына келуі);

- денсенсибильдеуші;

- иммунді реттеуші;

- жергілікті ќанайналымды жаќсарту;

- бактерицидті жјне бактериостатикалыќ.