Laser

Warunkiem koniecznym do emisji światła jest uprzednie wzbudzenie atomów lub cząsteczek , tz, przeniesienie w nich elektronów na wyższy niż podstawowy poziom energetyczny . Można tego dokonać dostarczając układowi energii .

Stan wzbudzony atomu jest nietrwały . Przechodząc z powrotem do stanu podstawowego ( proces emisji ) , atom wysyła nadmiar energii w postaci kwantów promieniowania.!!!!!!!!! Przejście to przebiega w sposób samorzutny i nie uporządkowany - nosi nazwę spontanicznej emisji promieniowania. Wyemitowane fotony mają energię zależną od wartości różnic poziomów energetycznych . Charakter widma emisyjnego ( układy linii czy pasm ) zależy od rozkładów poziomów energetycznych atomów i cząsteczek , pobudzonych do świecenia.!!!!!!!!!!

Jeżeli podziałamy na wzbudzony atom zewnętrznym bodźcem w postaci kwantu promieniowania o energii hv , odpowiadającej różnicy poziomów energetycznych E2-E1 , to spowodujemy przejście atomu do stanu podstawowego , czemu będzie towarzyszyć emisja kwantu promieniowania hv o takiej samej energii , a więc różnicy poziomów E2-E1 . Ten rodzaj emisji nazywa się wymuszoną lub stymulowaną emisją promieniowania .

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = LASER

Jeden pojedynczy kwant promieniowania o odpowiedniej energii wymusza ze wzbudzonego atomu emisje drugiego kwantu o takiej samej energii. Czyli do układu doprowadzono jeden kwant podczas z układu emitowane są 2 kwanty = wzmocnienie promieniowania

Dostarczanie układowi energii w celu podniesienia jego stanów na wyższy poziom energetyczny nosi nazwę pompowania optycznego , jest to przygotowanie układu do akcji laserowej.

Wytwarzane światło przez laser znacznie różni się od zwykłego światła , które jest mieszaniną bezładnych ,krótkich ciągów fal, interferujących ze sobą w sposób chaotyczny i przypadkowy są to fale niespójne .

Laser wytwarza światło o najważniejszej zalecie jaką jest spójność tz że emitowane fotony są identyczne co do energii częstotliwości, fazy i kierunku drgań.

Właściwości promieniowania laserowego:!!!!!!!

- spójność

-duża monochromatyczność ( np. dla rubidu szerokość spektralna linii emisyjnej o długości 694,300 wynosi 0,002 nm, podczas gdy ta sama wielkość w przypadku fluorescencji rozważanej substancji wzrasta aż do 0,540 nm. )

- ściśle równoległa wiązka promieniowania

-duża gęstość mocy np. energia zgromadzona ,w wyniku pompowania w rubinie =10J . przy czasie 0,0005 s moc promieniowania osiąga wartość zbliżoną do 20kW. Niemalże równoległą wiązkę przekroju 1 cm2 można zogniskować , otrzymując małą plamkę o powierzchni 0,0001 cm2 co prowadzi do wzrostu gęstości mocy z 20- 200000 kW/cm2.

Dalsze zwiększenie tej wielkości uzyskuje się dzięki technice otrzymywania impulsów promieniowania spójnego o bardzo krótkim czasie.

Typy laserów stosowanych w medycynie

W zależności od tego czy lasery pracują w sposób ciągły czy impulsywny wytwarzają moc wyrażaną w watach lub energię w dżulach . W obu przypadkach istotne znaczenie ma także długość generowanej fali , która wpływa na przebieg zjawiska absorpcji promieniowania przez obiekty biologiczne.

L.P.	Typ lasera	Rodzaj pracy	Długość fali (nm)	Energia (J)	Moc (W)
1	Rubinowy	impulsowa	694,3 694,3	0,01-2000 0,01-100
2	Neodymowy	impulsowa	1060 1060	0,01-10000 0,01-1000
3	Granat itrowo-glinowy	Ciągła Impulsowa	1060 1060	0,01-1000	Do 1000
4	Argonowy	ciągła	488-514		Do 150
5	Helowo-neonowy	Ciągła	632,8		Do 1
6	Molekularny CO2	Ciągła impulsowa	10600 10600	1-20	Do 90000
7	Barwnikowy	Ciągła impulsowa	350-900 350-900	0,001-100	Do 4
8	Ekscymerowy	Impulsowa	126-351	0,001-2

Ad 6 duża sprawność przetwarzania energii, stosunkowo małe rozmiary, wysoka niezawodność, Promieniowanie podczerwone prawie całkowicie pochłaniane przez tkanki . Duża moc emitowanych wiązek, które można zogniskować na małym obszarze ( 0,1 mm) , pozwala to na uzyskiwaniu gęstości energii wystarczającej do odparowania tkanek .

Ad.7 możliwość zmiany długości fali w sposób ciągły od 350 900nm., ich małe przez długi czas moce wykorzystywane są np. do diagnostyki i terapii nowotworów.

Ad.8 Wytwarzają promieniowanie ultrafioletowe. Charakteryzują się dożą gęstością mocy, i nieznaczną rozbieżnością.

Wpływ promieniowania laserowego na tkanki. !!!!

Na podstawie badań laboratoryjnych ustalono że promieniowanie laserowe z zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni ( 600-900 nm) i gęstościach mocy nie przekraczających 50 mW/cm2 wywołują następujące komórkowe efekty fotobiochemiczne :

1. Wzrost wymiany elektrolitów między komórką a jej otoczeniem

2.działanie antymutagenne

3.przyspieszenie mitozy

4. zmiany strukturalne błon biologicznych

5. wzrost aktywności enzymów

6. zwiększenie syntezy ATP i DNA

7. promieniowanie powyższe jest pochłaniane przez składniki łańcucha oddechowego ( cytochromy, flawiny)

Zmiany na poziomie komórkowym prowadzą do korzystnych efektów biostymulacyjnych w tkankach :!!!!!!!!!!!!!!

1.poprawa mikrokrążenia

2. pobudzenie angiogenezy

3.działanie imunomodulacyjne

4. wzrost amplitudy potencjałów czynnościowych włókien nerwowych

5.zwiększenie niektórych hormonów

6. działanie hipokoagulacyjne

W wyniku oddziaływania z tkankami wiązka promieniowania laserowego ulega podziałowi na :

- część odbitą i rozproszoną , które nie mają istotnego znaczenia w terapii chyba że są przyczyną niepożądanych uszkodzeń tkanek sąsiednich

- część pochłoniętą i przechodzącą , które dają efekty termiczne (1) w postaci ogrzania lub odparowania tkanek , oraz efekty nieliniowe (2) obejmujące powstanie fal mechanicznych i procesów fotochemicznych

Ad 1. Charakter oddziaływania cieplnego promieniowania widzialnego i podczerwonego zależy od chwilowej gęstości mocy . Po przekroczeniu punktu krytycznego w miejscu padania zogniskowanej wiązki rozpoczyna się proces odparowania tkanki . Tkanki miękkie , dobrze uwodnione mają właściwości cieplne zbliżone do wody. Tz że aby odparować 1 gram tkanki potrzebne jest 2000 J. ( równania bilansu cieplnego). Jeżeli chwilowo zwiększymy gęstość mocy, zastosuje się pracę impulsową lasera, przy jednoczesnym obniżeniu jej wartości średniej to dochodzi do wzrostu współczynnika absorpcji i gradientu temperatury w napromieniowanym obiekcie. Pozwala to odparować ściśle określoną tkankę nie niszcząc sąsiedniej

Odwrotnie jest przy obniżeniu poniżej punktu krytycznego dochodzi do całkowitego zatrzymania odparowania i wzrostu temperatury opisywanego obszaru . powoduje to w nim denaturacje białek i rozległych uszkodzeń termicznych.

W zależności od obserwowanych zjawisk termicznych wyróżnia się fotopirolizę - odparowanie głównych składników tkanek stałych, fotohipertermii- 37-43stC, fotokoagulacji-43-60stC, fotokarbonizacji - 80-300stC

Ad 2. W przypadku ultrafioletowego napromieniowania laserowego najważniejsze znaczenie ma zimny proces oddziaływania tkankowego zwany ablacją fotodekompozycyjną Zachodzi ona w materiale organicznym pod wpływem absorpcji kwantów o dużej mocy. W wyniku tego zjawiska dochodzi do rozerwania wiązań chemicznych w molekułach i powstanie lotnych fragmentów. Dzięki temu jest możliwe precyzyjne usuwanie tkanek, bez termicznego uszkodzenia przyległego obszaru. Wówczas lepiej łączą i goją się tkanki niż w przypadku odparowania za pomocą promieniowania widzialnego lub podczerwonego.

W zależności od zmiany gęstości mocy w granicach10do6-10do12 wyróżnia się odpowiednio zjawiska efekty fotojonizacji, fotoablacji, fale uderzeniowe, fotofragmentacji, fotorozrywanie tkanek

W przypadkowej ekspozycji najbardziej narażone na uszkodzenie są oko i skóra . Niebezpieczeństwo wynika przed wszystkim z bezpośredniego działania lasera o dużej gęstości mocy !!!!!!!. Dla oka szczególnie niekorzystne jest działania ultrafioletu i poczerwieni. Poza ustaleniem bezpiecznej wartości gęstości energii i mocy istotny jest fakt że w procesie widzenia ogniskowanie światła przez soczewkę powoduje wielokrotny wzrost tych wartości na siatkówce w stosunku do rogówki . może wówczas dojść do uszkodzenia siatkówki , w skrajnych przypadkach do eksplozji i wyrzucenia barwnika do ciałka szklistego i powstania pęcherzyków pary oraz krwotoków w ciele szklistym.

Całkowicie bezpieczne dla oka są wartości 10do -8 J/cm2 i 10do-6 W/cm2 w przypadku odpowiedni impulsywnej i ciągłej pracy lasera !!!!!!

Dla skóry 3x 10do-3 do 10do-1 J/cm2 .!!!!!!!!!

Pierwsza dotyczy nadfioletu o długości fali 200-280nm druga podczerwieni z zakresu 3000-10000nm. !!!!!!!

Zalecane okulary to zbiór płytek odbijających i pochłaniających promieniowanie laserowe oddzielone powietrzem .

Zastosowanie laserów w medycynie !!!!!!

Dziedzina medycyny	Wykorzystanie promieniowania laserowego w terapii	Typ lasera
Onkologia	Naświetlanie, resekcja tkanek dotkniętych nowotworzeniem	CO2 barwnikowy Ekscymerowy
Chirurgia	Bezkrwawe usuwanie tkanek miękkich i miąższowych , zakażonych i martwiczych	Nd:YAG , argonowy, CO@,
angiochirurgia	Łączenie przerwanych naczyń krwionośnych Usuwanie zatorów w układzie krążenia	Argonowy, ekscymerowy
Oftalmologia	Odwarstwienie siatkówki i naczyniówki Schorzenia zapalne i degeneracyjne Schorzenia naczyniowe Jaskra Schorzenia zewnętrznych powierzchni oka	Rubinowy argonowy,Nd:YAG
Dermatologia	Usuwanie tatuaży lub barwników Obliteracja nieprawidłowych naczyń krwionośnych Naświetlanie trudno gojących się owrzodzeń	Rubinowy argonowy
Urologia	Kruszenie kamieni dróg moczowych Fotokoagulacja naczyniaków i brodawczaków	Argonowy Nd:YAG CO2
Ginekologia	Endometrioza i krwawienie z dróg rodnych	Nd: YAG
Stomatologia	Odparowywanie zmian próchniczych Usuwanie kamienia nazębnego	CO2 Rubinowy
Gastroenterologia	Fotokoagulacja naczyniaków i brodawczaków Zatrzymanie krwawienia z naczyniaków i wrzodów	Nd:YAG Argonowy
Ortopedia	Przecinanie , drążenie tkanki kostnej	CO2
Otolaryngologia	Uporczywe krwawienia i przewlekłe przerostowe zapalenia błon śluzowych Zabiegi destrukcyjne bębenka i splotu bębenkowego	Rubinowy argonowy

We wszystkich niemal przypadkach wiązka promieniowania laserowego pełni rolę chirurgicznego narzędzia tnącego i koagulującego . Ma ona wiele zalet:!!!!!!!!!!!

1. przenikania tylko do chorych tkanek bez uszkodzenia warstw zewnętrznych

2. cięcia tkanek przy baraku bezpośredniego kontaktu noża laserowego z ich powierzchnią

3. skrócenie czasu zabiegu , bo ograniczenie krwawienia ( koagulacja naczyń i osocza)

4. zmniejszenie liczby zakażeń, bo eliminacja martwicy, brak krwiaków

5. cięcie i koagulowanie zakażonych tkanek - dezynfekcja wysokich temperatur

6. skrócenie procesu gojenia

7. endoskopowe wprowadzanie noża laserowego do wewnątrz ciała

Przykłady :!!!!!!!!!!

1. usuwanie nowotworów mózgu bez traumatyzowania tkanki otaczającej . Odparowanie i koagulacja naczyń otaczających zmniejsza zagrożenie rozrostu nowotworu

2. endoskopowe- za pomocą cystoskopu , usuwanie nowotworów pęcherza moczowego. Znieczulenie tylko miejscowe

3.chirurgia dużych naczyń , po zabiegach laserowych stwierdza się że włókna kolagenowe operowanych miejsc są identycznie ułożone jak w miejscach nie operowanych , zapewnia to dużą trwałość łączenia

4.usuwanie bez skutków ubocznych blaszek miażdżycowych

5.zszywanie, sklejanie odwarstwionej siatkówki np. w retinopatii wcześniaków

6.laserowa korekcja wad wzroku polega na laserowym wykonaniu nacięć rogówki wytwarzając zmianę naprężenia korygujące jej kształt a tym samym zmianę załamania padającego światła

7. opanowywanie krwawień z macicy poprzez światłowodowe wprowadzenia źródła promieniowania laserowego bez konieczności laparotomii

Diagnostyka medyczna z wykorzystaniem promieniowania laserowego!!

Dziedzina medycyny	Wykorzystanie promienia laserowego	Typ lasera
onkologia	Określenie rozmiarów guza	Barwnikowy Escymerowy
Oftalmologia	Badanie wad refrakcji oka Lokalizacja zmian chorobowych	Hel,-neonowy
Endoskopia	Obserwacja wnętrza układu pokarmowego Obserwacja wnętrza układu moczowego Obserwacja wnętrza serca i układu naczyniowego	Argonowy Nd:YAG
Foniatria	Wykrywanie przyczyn wadliwej mowy	rubinowy

W celu określenia guza wstrzykuje się dożylnie hematoporfirynę lub pochodną , które gromadzą się tylko w tkance nowotworu. Substancja ta charakteryzuje się dużą fluorescencją o długość fali 405 nm. Nowotwór świeci na czerwono .jest to szczególnie przydatna metoda gdy guza nie można wykryć tomografią komputerową.

W endoskopii znaczącą rolę odgrywa holografia.- inaczej trójwymiarowe wytwarzanie obrazów , które polega na rejestrowaniu i odtwarzaniu czoła fali , ukształtowanego w wyniku oddziaływania światła spójnego na wybrany narząd wewnętrzny. W metodzie tej pierwsza wiązka promieniowania laserowego - zwana rozproszoną , po ugięciu na elementach narządu pada na płytę fotograficzną , tam interferuje z drugą odbitą od zwierciadła wiązką odniesienia . W wyniku tego zjawiska powstaje hologram w postaci prążków , który zawiera pełną informację o natężeniu i fazie fali wytworzonej przez wszystkie oświetlone fragmenty narządu .

Powstają dwa obrazy w których występuje efekt paralaksy który polega na odtwarzaniu szczegółów w perspektywie zależnej od kierunku patrzącego. Dzięki temu można oglądać narząd z każdej dowolnej strony.

Ćwiczenia z biofizyki

Promieniowaniem niejonizujacym nazywamy promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu optycznej części widma tego promieniowania :

- nadfioletowe ( ultrafioletowe UV)

- światło

- promieniowanie podczerwone

Zajmuje się nim optyka,

Z nazwy wynika że jest to promieniowanie które nie jonizuje materii przez którą przenika.!!!

Rodzaje promieniowania

nr	Rodzaj promieniowania	Zakres długości fali N m	Zakres energii fotonów 10 do minus 10J	Hv/kT
1	Elektromagnetyczne promieniowanie jonizujące ( promienie rentgenowskie , promienie gamma)	<20	>9,94	>10 do 3
2	Promieniowanie nadfioletowe ( UV): UV próżniowe UV-C UV-B UV-A Światło Promieniowanie podczerwone	20-400 20-200 200-280 280-320 320-400 400-760 760- 10do6	0,50-9,94 0,26-0,50 0,26-0,0002	<10do3 >1
3	Pole elektromagnetyczne (PEM): mikrofale, fale radiowe, pola elektromagnetyczne o niskiej i bardzo niskiej częstotliwości , stałe pole elektryczne i magnetyczne			<1

Z każdych z 3 wyróżnionych zakresów widma promieniowania elektromagnetycznego z uwagi na specyficzność wywoływanych zjawisk fizycznych , chemicznych i biologicznych , związane są odrębne dziedziny biologii, czy biofizyki czy chemii

Promieniowanie jonizujące - radiochemia - radiobiologia

Promieniowanie niejonizujace - fotochemia - fotobiologia

Pole elektromagnetyczne - elektromagnetobiologia !!!!!!!!!

Są trzy kryteria , które zwracają uwagę na specyficzność promieniowania elektromagnetycznego :

- mechanizm jego generacji

- sposób jego oddziaływania na materię

-stosunek energii kwantu promieniowania do energii ruchów cząsteczek . Przy bardzo dużych wartościach tego stosunku absorpcja kwantów promieniowania pociąga za sobą rozrywanie wiązań i jonizację !!!!!!!!!!!

Charakteryzując promieniowanie elektromagnetyczne posługuje się następującymi wielkościami : - v- częstotliwość

- v - prędkość

-n - współczynnik załamania światła

- v/v… długość fali

- zbiór kwantów o określonej energii i mocy

Źródłem promieniowania niejonizującego są atomy i cząsteczki we wzbudzonym stanach elektronowych.. Ich przejście do stanów o niższej energii towarzyszy emisja fotonów o określonej energii.

W zależności od sposobu wzbudzania atomów lub cząsteczek , tz od czynnika , który przeprowadza elektrony , cząsteczki na wyższe poziomy energetyczne rozróżnia się dwa promieniowania niejonizujące

- promieniowanie termiczne - gdy termiczne ( przez ogrzanie) jest wzbudzenie

- promieniowanie nietermiczne - zjawisko luminescencji

W zależności od czynnika wzbudzającego luminescencję wyróżnia się:

- katodoluminescencję - ( elektrony)

-radioluminescencje - ( promieniowanie jonizujące)

-rentgenoluminescencja - ( promieniowanie rentgenowskie)

-elektroluminescencja - ( pole elektryczne)

-bioluminescencja - (świecenie niektórych bakterii, grzybów, owadów)

-fotoluminescencją - ( fotony)!!!!!!!!!!!

Pierwotnym zjawiskiem jest absorpcja fotonów odpowiedniego promieniowania

W cząsteczkach oprócz energii elektronowej może być jeszcze energia oscylacyjna i rotacyjna , są one skwantowane co oznacza że przyjmują energię o ściśle określonej wartości i tak :

Wzbudzenie elektronowe , cząstek powstanie- gdy zaabsorbowane będą fotony promieniowania nadfioletowego, światła, lub promieniowania z zakresu bliskiej podczerwieni

Wzbudzenie oscylacyjne -gdy będzie to promieniowanie podczerwone ( środkowy zakres podczerwieni 3500-12500nm )

Wzbudzenie rotacyjne - gdy będzie to promieniowanie z dalekiej podczerwieni ( 40-125 mikm)

Należy podkreślić że absorpcja fotonu odbywa się bardzo szybko- w czasie 10 do -15 sek

W stanie wzbudzenia też jest bardzo krótko bo 10 do-8 sek

Potem mogą zachodzić różne alternatywne procesy:

Fotoluminescencja ( fluorescencja , fosforescencja , różnica polega na opóźnieniu w świeceniu , w przypadku fosforescencji jest dłuższy od >10 do -8 i może trwać nawet do kilku sek, wartość energii fotonu fluorescencji jest mniejsza , co najwyżej równa wartości energii fotonu absorbowanego ), procesy bezpromieniste oraz reakcje chemiczne zwane fotochemicznymi .

Fotochemia to chemia cząsteczek wzbudzonych elektronowo ( cząsteczki o dużej reaktywności ) - jest to przedmiot badań fotobiologii.

Przykłady reakcji fotochemicznych :

1 fotodimeryzacja tyminy.!!!!!!!!!!

W cząsteczce DNA , cząsteczkami absorbującymi fotony ( promieniowanie niejonizujące- zakres nadfioletu o długości fal ok. 260nm) są zasady purynowe i pirymidynowe .

Najważniejszą reakcją fotochemiczną jest dimeryzacja tyminy . Może do tego dojść gdy cząsteczki leżą obok siebie lub blisko siebie .

W wyniku tej reakcji dochodzi do inaktywacji mikroorganizmów . Nadfiolet o długości fali 260 wytwarzany jest przez lampy rtęciowe = bakteriobójcze , które instaluje się w pomieszczeniach gdzie wymagana jest duża sterylność

Fotodimeryzacja tyminy jest reakcją odwracalną -dochodzi do fotodysocjacji gdy dimer tyminy zaabsorbuje krótsze fale nadfioletowe niż 250 nm

2. Wytwarzanie witaminy D3!!!!!!!!!

Prowitamina Wit D3 leży w skórze . Pod wpływem promieniowania nadfioletowego UV-B dochodzi do rozerwania wiązania kowalencyjnego pomiędzy atomami C9 a C10 prowadząc do powstania formy aktywnej wit D3

3. Reakcja fotochemiczna zachodząca w procesie widzenia !!!!!!!!!!

W receptorach światła w oku ( pręcikach ) znajduje się chromoproteid - rodopsyna ( purpura wzrokowa ). Stanowi ona połączenie białka ( opsyny) z pochłaniającą światło cząsteczką chromoforem - retinalem ( 11- cis- retinal).

W wyniku absorpcji światła 11-cis-retinal przechodzi w 11-trans-retinal . Towarzysz temu zmiana konformacji opsyny , jej odłączenie od 11-trans- retinalu i powstanie impulsu nerwowego . Reakcja ta zaszeregowana jest do tzw reakcji fotoizomeryzacji .

Uważana jest przez fotobiologów za najważniejszą obok fotosyntezy, reakcję fotochemiczną jaka zachodzi w przyrodzie

4 . Reakcje fotochemiczne związane z ozonem atmosferycznym!!!!!!!!!!!!

Ozon ( O3) występuje w górnych częściach atmosfery - 25 km -( warstwa ozonowa) . Zabezpiecza ona żywe organizmy żyjące na Ziemi przed szkodliwym działaniem promieniowania nadfioletowego ( UV-C) wytwarzanego przez Słońce.

Ozon absorbuje promieniowanie UV długościach fal mniejszych 300nm ( UV -C i częściowo UV- B) . Określa się że Ozon jest globalnym fotoprotektorem .

Fotoprotekcyjne działanie ozonu wiąże się z fotodysocjacją jego cząsteczek

O3+ hv = O2 +O

O3 powstaje na wysokości 20 km nad ziemią O2 + hv = O +O ( 240 nm)

O2+ O +M = O3+ M

M cząsteczka zapewniająca trwałość , bez niej O3 by się rozpadł

Ozon niszczony jest przez freony 11 i 12 stosowane w dezodorantach i chłodziarkach

Melanina jako indywidualny fotoprotektor

Melanina wytwarzana jest przez melanocyty, warstwy komórek podstawnych skóry .Substancją wyjściową jest tyrozyna, enzymem katalizującym jest oksydaza ( kiedyś zwana tyrozynazą) .

Pigment melanina chroni skórę przed szkodliwym działaniem promieniowania nadfioletowego na 3 sposoby :

- pochłania promieniowanie

-wychwytuje i dezaktywuje wolne rodniki powstałe w skórze pod wpływem jego działania

-wiąże jony żelaza które katalizują reakcje wolnorodnikowe , również peroksydację lipidów

Wyróżnia się 2 procesy pigmentacji skóry:

Pigmentacja bezpośrednia - powstaje natychmiast po naświetleniu widmem o długości fal 300-700nm, max 400-480 nm.

Pigmentacja pośrednia - powstaje na 2-3 dni po naświetleniu o max 13-21 dniu , znika po kilku miesiącach , wywołuje ją UV-B

Fotomedycyna

Fotomedycyna zajmuje się terapeutycznym zastosowaniem promieniowania niejonizującego , a także patofizjologicznymi następstwami jego działania na człowieka .

W widmie promieniowania nadfioletowego wyróżniono 3 rodzaje tego promieniowania różniących się działaniem biologicznym :.

- UV-A 320-400nm, wywołuje pigmentację skóry

- UV-B 280-320nm wywołuje rumień fotochemiczny, syntezę wit D3

- UV-C 200-280nm działa bakteriobójczo i mutagennie

Ogólnie wiadomo że światło przenika tylko przez warstwę naskórka , przez skórę przenika w bardzo małym stopniu , im krótsza fala tym dociera płyciej .

Promieniowanie nadfioletowe przenika przez naskórek do skóry właściwej i tam jest całkowicie absorbowane.

Fotochemioterapia

1903- leczenie gruźlicy skóry

Leczenie łuszczycy- poprzez działanie na skórę psolarenu i promieniowania UV-A .

Efekt leczniczy uzyskuje się w 80-95 % .

Fototerapia !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Fototerapia stosowana w leczeniu żółtaczki fizjologicznej u noworodków .

Powstała bilirubina posiada wiązania wodorowe które powodują że jest ona słabo rozpuszczalna w wodzie . Bilirubina absorbuje światło fioletowe i niebieskie .Pod wpływem światła niebieskiego, fioletowego, lub długofalowego nadfioletowego wiązania wodorowe ulegają rozpadowi mogą się wiązać z wodą co powoduje że powstała bilirubina ( forma izomer cis-trans) jest rozpuszczalna w wodzie i może być wydalana z moczem .

Fototerapia i fotochemioterapia są reakcjami zachodzącymi na skórze lub w niej , możemy więc mówić o bezpośrednim działaniu światła na skórę.

Pośrednio światło , promieniowanie działa na CUN .

Fotoreceptory absorbują promieniowanie , w wyniku reakcji chemicznych pobudzane są neurony , wyzwalane hormony , które drogą krwi pobudzoną kaskadę reakcji przenoszą do CUN gdzie wyzwalane są substancje psychogennych . Poznanie tego mechanizmu pomogło w zastosowaniu fototerapii w leczeniu jesienno - zimowych depresji.

Fotokancerogenoza!!!!!!!!!!!

Rak skóry wywodzi się z trzech typów komórek :

-podstawnych

-płaskonabłonkowych

-melanocytów ( najgroźniejszy czerniak , najrzadszy)

Światło indukuje mutacje w komórkach skóry we wczesnym okresie zycia. Mutacja dotyczy genu p53.

Promieniowanie UV wywołuje mutacje tam gdzie jedna z zasad pirymidynowych ( cytozyna lub tymina) sąsiaduje z drugą zasadą pirymidynową .

Stwierdzono że 3,4 benzopiren jest substancją kancerogenną - zwiększa prawdopodobieństwo indukcji raka skóry jest fotouczulaczem

Fotodynamiczna terapia nowotworów.!!!!!!!!!!!

Wykorzystuje się właściwości fotouczulaczy do leczenia. Oparta jest na nich fotodynamiczna metoda leczenia małych powierzchniowych nowotworów .

Efekt terapeutyczny polega na synergistycznym działaniu światła , uczulacza i tlenu. Polega on na niszczeniu , w reakcjach utleniania cząsteczek ważnych dla życia komórek nowotworowych. W leczeniu tym stosuje się światło, promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni o długości fal zbliżonych do maksimum absorpcji fotouczulacza , równocześnie uwzględniając budowę tkanki nowotworowej .

Założenie jest takie, by fotony były absorbowane tylko przez cząsteczkę fotouczulacza znajdującą się w tkance a nie przez nią samą .

Cechy fotouczulacza:

A stabilność , nie może ulegać fotoprzemianom w komórce

B duża selektywność , magazynowanie się tylko w komórkach nowotworowych

C duża wydajność fluorescencji ważna z punktu widzenia diagnostyki . Komórki nowotworowe powinny silnie fluoryzować -świecić w odróżnieniu od komórek zdrowych

D duża wydajność w wytwarzaniu tz tlenu singletowego , czyli duża wydajność w przekazywaniu cząsteczkom tlenu energii wzbudzenia

E możliwie najmniejsza toksyczność dla zdrowych komórek i szybkie wypłukiwanie go z nich

By cząsteczka fotouczulacza szybko zaabsorbowała foton a następnie szybko wyemitowała foton fluorescencji albo przekazała energię cząsteczce tlenu, trzeba zastosować promieniowanie laserowe o odpowiedniej powierzchniowej gęstości mocy promieniowania ( 30-100mW/cm2), da to odpowiednią terapeutycznie gęstość zaabsorbowanych w tkance fotonów ( 10 do 19potegi fotonów w 1 cm3 tkanki).

---