Индукцияланєан сјулелену. Лазер.

Атом ішіндегі їрдістерге байланысты люминесценция бґлінеді:

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

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

Белгілі бір заттарда фотондардыѕ сјулелену жолымен энергетикалыќ деѕгейлерден негізгі деѕгейге ґту ыќтималдыєы аз болатын деѕгейлер болады, яєни осы деѕгейлерден ґту баяу жјне біртіндеп жїреді, сол себепті ќозєан атомдар осы деѕгейлерде жеткілікті ўзаќ кідіруі мїмкін. Осындай деѕгейлер метастабильді (тўраќты) деп аталады. Ќозу їрдісі кезінде осы деѕгейде атомдар кґп шоєырланады.

Метастабильді деѕгейден негізгі деѕгейге ґту атомдарєа ќандай да бір энергетикалыќ јсер ету арќылы їдетілуі мїмкін, мысалы осындай толќын ўзындыќты сјуле кванттарымен јсер ету. Осы кездегі жасанды сјулелену еріксіз (индукцияланєан) 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.

Лазердіѕ кеѕ тараєан тїрі газды (гелий- неонды) лазер.

Ќўралдыѕ негізгі бґлігі кварц тїтігі, ол жоєары ќысымды газ ќоспасымен толтырылєан (мысалы, неон жјне гелиймен) тўрады (сурет 2).

Т їтіктіѕ ўштарында ќатаѕ тїрде параллель айналар (З) орналасады (біреуіжартылай мґлдір), осы айналар резонаторды ќўрайды.Тїтікшеніѕ сыртына орналасќан электродтар (Э) мен жоєары ќысымды генератордыѕ арќылы газда јлсіз разряд пайда болады. Осы кезде гелий атомдары ќозып, Е деѕгейіне ґтеді (сурет 3).

Серпімсіз соќтыєысу кезінде олар энергиясын неон атомдарына береді, неон атомдары жаќын орналасќан метастабильді R деѕгейде шоєырланады, осы деѕгейден

а ралыќ S деѕгейге ґту кезінде толќын ўзындыєы 632,8 нм болатын еріксіз сјулелену туындайды. Интерференция салдарынан тек бір толќын ўзындыќ їшін єана ќажетті шаєылу коэффициентін жасау їшін резонатордыѕ айналары кґп ќабатты болып жасалады. Газды лазердіѕ еріксіз сјуле шыєаруы жоєары когерентті, монохроматты, жазыќ поляризацияланєан, жоєары баєытталєан, жоєары ќуатты болып табылады.

Лазер инфраќызыл, кґрінетін диапазондардаєы 30- єа дейінгі толќынзындыќтаєы сјулелерді сјулелендіре алады.

Лазер сјулесініѕ биологиялыќ ўлпаларєа јсер ету механизмі.

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

1) фотодеструктуралыќ јсері, осы кезде жарыќтыѕ жылулыќ, гидродинамикалыќ, фотохимиялыќ јсерінен ўлпалардыѕ ќўрылымы бўзылады (деструкция). 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 реакцияларды тудырады. Осы лазер сјулесі терапиялыќ сјуле ретінде ќолданылады.

3) ауытќушылыќ тудырмайтын јсері, осы кезде биосубстанция жарыќпен јсерлесу кезінде ґзініѕ ќасиеттерін ґзгертпейді. Яєни жарыќтыѕ шашырауы, шаєылуы, ґтуі сияќты јсерлері. 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 интенсивтілігі тґмен жарыќ аєыны ќолданылады. Бўл ашыќ кїнгі Жер бетіндегі Кїн сјулесініѕ интенсивтілігіндей. Сондыќтан оны тґменгі интенсивті лазер сјулесі (ТИЛС) деп атайды.

Ультракїлгін, кґрінетін, инфраќызыл диапазондаєы жарыќ фотобиологиялыќ активті болып саналады. 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, биоўлпаларда жылудыѕ 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 осындай їрдістерге жатады: заттыѕ фотоионизациясы (заттыѕ иондануы), оныѕ ќалпына келуі, фотототыєу, молекулалардыѕ фотодиссоциациясы, фотоизомеризация (молекулалардыѕ ќайта ќўрылуы).

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

Ерекше пигменттері болмайтын тїрлі молекулалыќ ќўрылымдар да лазер энергиясын жўтады. Су спектрдіѕ кґрінетін жарыєын жјне ќызыл бґлігін жўтады. Бўл мембранадаєы су ќабатыныѕ ќўрылымдыќ ўйымдасуын ґзгертеді, мембрананыѕ термолабильді арналарыныѕ ќызметін ґзгертеді.

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

Бірінші реттік химиялыќ реакциялар кезінде бос радикалдар пайда болады, биосубстраттарда тотыєу їрдісі басталады.

ТИЛС:

-жасушаныѕ метаболизмді белсенділігін арттырады,

- тіршілік жіне регенерация (ќалпына келу) їрдістеріне јсер етеді,

- адам жасушаларындаєы ядроларда ДНЌ мен РНЌ-ѕ мґлшерін арттырады,

- ќарсы мутагендік (мутация тудыратын заттар немесе тўќым ќуалайтын ґзгергіштік) эффект тудырады,

- ДНЌ синтезін белсендіреді,

- радиацияєа ўшыраєан жасушаларда ќалпына келу їрдістерін їдетеді. Бўл ТИЛС-н онкологияда, зиянды ґндірісте, јскери медицинада ќолдануєа мїмкіндік береді.

Сонымен ќатар ТИЛС:

-митохондриялардаєы АТФ энергиясыныѕ ґндірілуіне тїрткі болады,

- митохондрияныѕ тыныс алу тізбегініѕ жўмыс істеу этиімділігін арттырады.

Лазерлі терапия кезінде ќаныќќан жјне ќаныќпаєан липидтердіѕ ќатынасы, мембрананыѕ липидті ќўраушысыныѕ тўтќырлыєы ґзгереді, бўл мембранада ќўрылымыныѕ ќайта ќўрылуына, оныѕ функциялыќ кїйіне, мембранамен байланысќан ферменттердіѕ белсенділігіне јсер етеді.

ТИЛС маѕызды ферменттердіѕ белсенділігініѕ артуын, олардыѕ энергиямен байытылуын, митохондрияныѕ активтілігініѕ артуымен ўлпалардыѕ оттегіні пайдалануыныѕ тґмендеуін, олардыѕ энергиямен байытылуын, ўлпалардаєы гликолиз интенсивтілігініѕ кїшеюін тудырады.

Екінші реттік эффектілер бейімделу мен компенсаторлы (аєзаныѕ заќымдануы мен науќас кезінде пайда болады жјне ондай реакциялар бўзылєан реакциялардыѕ ќайта ќалпына келуіне баєытталєан) реакциялардыѕ жиынтыєы болып табылады. ТИЛС-і орталыќ жїйке жїйесінде дисбалансты (аєзаєа керекті заттардыѕ кірісі мен шыєысы араќатынасыныѕ бўзылуы) жояды. Лазер сјулесі дозасыныѕ тїрткі беруші жјне жоюшы эффектілері бар, 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 ґткізеді. Сыртќы фотоэффект кезінде электрон фотонды жўтып, затты тастап кетеді. Біраќ жарыќтыѕ биообьектімен јсері кезінде осы кґрініс аз айќындалєан. Жартылай ґткізгіштер мен диэлектриктерде (аєза ўлпалары) электрон фотонды ќармап алып, затта ќалады жјне аса жоєарєы энергетикалыќ деѕгейлерге ґтеді (синглетті не триплетті). Осы ішкі фотоэффект деп аталады. Оныѕ негізгі кґріністері- жарыќтыѕ јсерінен жартылай ґткізгіштіѕ электр ґткізгіштігі (фото ґткізгіштік ќўбылысы), сјулелендірілетін обьектініѕ тїрлі бґліктері арасында потенциалдар айырмасыныѕ пайда болуы (фото ќозєаушы кїштіѕ – фотоЭЌК-ѕ пайда болуы). Осы ќўбылыстар заряд тасымалдаушылар- ґткізгіштік электрондар 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 ќозєалмалы болып бґлінеді. Концентрациялыќ фотоґткізгіштік заряд тасымалдаушылардыѕ концентрациясы ґзгерген кезде пайда болады. Ал ќозєалєыштыќ фотоґткізгіштік салыстырмалы аз энергиясы бар фотондарды жўтќан кезде пайда болады жјне электрондардыѕ ґткізгіштік аймаєыныѕ шекарасында ґтулерімен байланысты. Осындай ґтулер кезінде заряд тасымалдаушылар саны ґзгермейді, біраќ бўл олардыѕ ќозєалєыштыєын ґзгертеді. Электрондыќ ќозєан кїйлердіѕ пайда болуы жасуша мембранасыныѕ энергетикалыќ белсенділігініѕ, сўйыќ кристалды ќўрылымныѕ пішінініѕ ґзгеруіне, аєзаныѕ сўйыќ ортасыныѕ ќўрылымыныѕ бўзылуына, фотолиз ґнімдерініѕ тїзілуіне, ортаныѕ ќышќылдыєыныѕ (рН-ѕ) ґзгеруіне јкеліп соєады.Осылар биофизикалыќ жјне биохимиялыќ їрдістер кешенініѕ жїруіне тїрткі болады.

Жасушаныѕ барлыќ ќызметіне тура жјне маѕызды ќатынасатын 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 фосфорлану. Тґменгі энергиялы лазер сјулесініѕ јсерінен жасуша мембранасыныѕ липидті ќос ќабатты пішіні ґзгереді, бўл липидтер бастарыныѕ баєытыныѕ ґзгеруіне јкеліп соєады. t =+ 37 ⁰С-ќа жаќын кезде, липидті ќос ќабат фазалыќ алмасу нїктесіне жаќын болады, ґте орныќсыз кїйде 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, дјрімен емдеумен (гормонды емдеумен, физиотерапия јдістерімен) комплексті тїрде де жїргізуге болады. ТИЛС-і емдеу їрдісі кезінде дјрілік заттарєа сезімталдыќты ґзгертуі мїмкін.

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 жїреді, олардыѕ негізгілері ішкі жјне сыртќы фотоэффект, молекулалар мен тїрлі комплекстердіѕ электролиттік диссоциациясы болып табылады.

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

- рецепторлы сезімталдыќтыѕ тґмендеуі;

- ќабыну фазасыныѕ ўзаќтылыєыныѕ кемуі;

- ісіктердіѕ кішіреюі;

- ўлпалардыѕ оттегіні жўтуыныѕ артуы;

- ќанаєысы жылдамдыєыныѕ артуы;

- ќантамырыныѕ ќабырєасы арќылы зат тасымалыныѕ жеделденуі;

Клиникалыќ эффектілерді де тудырады:

- ќабынуєа ќарсы;

- ауырсыздандыру;

- регенераторлы (ќалпына келуі);

- иммунды реттеуші;

- жергілікті ќанайналымды жаќсарту;

- бактерицидті.