PowerPoint-Pr

1
Szemelvények a fény biológiai hatásaiból
Alapfogalmak
2
A fény és rokonai
Elektromágneses sugárzások
mobil telefon
infravörös
gamma sugárzás
rádióhullám
látható
röntgen
ultraibolya
mikrohullám
frekvencia
ionizáló sugárzás
nem ionizáló sugárzás
3
A fény tartományai
látható fény
zöld
narancs
sárga
vörös
ibolya
cián
kék
infravörös fény
UV-B 280-315 nm
UV-C 200-280 nm
UV-A 315-400 nm
ultraibolya fény
4
A biológiai hatást befolyásolják
fényforrás
szövetek
molekulák
Mit bocsát ki?
Mit enged át?
Mit nyel el?
5
röntgen
gamma
rádió hullámok
fény
500 km
200 km
100 km
Optikai ablak
Távközlési ablak
ózon
Behatolási mélység
10 km
6
A biológiai hatás kialakulásának lépései
Fotofizikai folyamat (fényabszorpció)
Fotokémiai reakció
Fotobiológiai következmény
A fény elnyelodése a fotobiológiai hatás
kialakulásának feltétele
7
Fényabszorpció feltétele
megfelelo hullámhosszúságú fény
elnyelo atom/molekula
a ketto találkozása
8
A fény behatolási mélysége a borben
A behatolási mélység hullámhosszfüggo (abszorpció,
reflexió)
A legnagyobb a vörös tartományban
9
Behatolási mélység
Lézer(?) d
CO2(10.6 ?m) 0.1-0.2 mm
Holmium (2.9 ?m) 0.4-0.6 mm
Ar (488, 514 nm) 0.5-2 mm
NdYAG (1064 nm) 2-6 mm

• d az a távolság ahol a beeso intenzítás 37 -ra
  csökken
• d függ a szövet vérellátottságától
• d függ a jelenlévo kromofóroktól
• d legnagyobb 800-1300 nm tartományban

10
A fény behatolási mélysége a szemben
A behatolási mélység hullámhosszfüggo (abszorpció,
reflexió)
11
Fényt elnyelo molekulák (kromofórok) az emberi
szervezetben
Endogén kromofórok
Exogén kromofórok
pl. ételfestékek kozmetikumok
gyógyszerek
pl. nukleinsavak fehérjék melanin
12
Endogén kromofórok abszorpciós spektruma (1)
DNS purin és pirimidin bázisai
Relatív optikai denzitás
Hullámhossz (nm)
13
Endogén kromofórok abszorpciós spektruma (2)
DNS purin és pirimidin bázisai
Relatív optikai denzitás
fehérjék aromás aminósavai
Hullámhossz (nm)
14
Endogén kromofórok abszorpciós spektruma (3)
hemoglobin
b-karotin
Relatív optikai denzitás
Hullámhossz (nm)
15
Endogén kromofórok abszorpciós spektruma (4)
hemoglobin
b-karotin
Relatív optikai denzitás
Melanin
Hullámhossz (nm)
16
Fényabszorpció következménye gerjesztett állapot
a gerjesztett állapot megszünése
Fényemisszió
Fotokémiai reakció
Termikus átmenet
hn
A
B
Kvantumhatásfok (F) az egy B keletkezéséhez
szükséges
elnyelt fotonok számának a reciproka
SF1
17
Az elektronátmenetek egyszerusített Jablonsky
diagramja
gerjesztés (1) sugárzás nélküli átmenet
(2) fluoreszcencia (3) intersystem crossing
(4) foszforeszcencia (5)
18
Fotokémiai reakciók
Indirekt vagy szenzibilizált
Direkt
Az elnyelo molekula elektron vagy
energia átadásában vesz részt
Az elnyelo molekula új kémiai kötések kialakításáb
an vesz részt
19
Direkt fotokémiai reakció (1)
Cikloaddíció pl. pirimidin dimerek kialakulása
a DNS-ben
UVB - UVC
Timin
Timin dimer
20
Direkt fotokémiai reakció (2)
Lineáris addíció pl. vízaddició a DNS-ben
Hidratációs termék
21
Direkt fotokémiai reakció (2)
Lineáris addíció DNS fehérje keresztkötés
Timin
cisztein
22
Direkt fotokémiai reakció (3)
Izomerizáció pl. urokánsav transz cisz
izomerizációja
UVB - UVC
cisz-urokánsav
transz-urokánsav
23
Direkt fotokémiai reakció (4)
Fragmentáció
UV - VIS
H
riboflavin
lumiflavin
24
Direkt fotokémiai reakció (5)
Oxidáció
H2
H2
H2
H3C
C
H2
C
H3C
C
CH3
C
CH3
C
C
CH3
CH
CH3
C
C
CH
H2
H2
H3C
CH3
H3C
CH3
O2 h?
OOH
3ß-Hydroxy-5?-hydroperosy-?6-cholestene
cholesterol
25
Indirekt fotokémiai reakciók
Elektronátadás
Termék reaktív szabadgyök
Energiaátadás
Termék szinglet oxigén
26
Elektronátadással járó kölcsönhatások termékei
27
Ultraibolya fény mutagén hatása az E. coli
baktériumon
DNS relatív abszorpciója
A hatásosság hullámhosszfüggo
A hatást feltehetoen a DNS-ben elnyelodo fotonok
okozzák
28
Hatásspektrum egy adott biológiai folyamat
kiváltásának hullámhossz szerinti
eloszlása

• a hatás mértéke a hullámhossz függvényében
  felületegységre
• eso azonos energia esetén

-azonos hatás kiváltásához szükséges,
felületegységre eso energia reciproka a
hullámhossz függvényében
Hatáskeresztmetszet s m2/J
Ha a kvantumhatásfok független a hullámhossztól,
akkor egy molekula abszorpciós spektruma és az
általa kiváltott fotobiológiai folyamat
hatásspektruma párhuzamos egymással
29
Az E. coli baktériumon fotoinaktivációjanak
hatásspektruma
Hatáskeresztmetszet (cm2/J)
Hullámhossz (nm)
30
Fény által indukált folyamatok a szövetekben









Fény elnyelodése












Sugárzás




Sugárzásmentes átmenet
Szöveti autofluoreszcencia Exigén
kromofórok fluoreszcenciája
































-

Fotoabláció
Fotodiszrupció
Hohatás
Plazama által indukált abláció
Fotokémiai reakció















Szövetek fragmentálódás, szétválása mechanikai
hatásra


Sejtszerkezet direkt destrukciója






Koaguláció, Vaporizáció, Karbonizáció



















Nagy intezítású UV sugárzás hatására









Nagy intenzitású fényimpulzus okozta lökéshullám























































31
Autofluoreszcencia

• Endogén fluorfórok jelenléte a sejben vagy az
• extracelluláris matrixban)
• Szövettol és lokalizációtól függo Different
  fluoreszcencia spektrum
• Eltéro fluoreszcencia spektrum normális,
  premalignus és malignus szövetben
• NADH fluoreszkál, NAD nem

32
Hohatás

• Vibrációs relaxáció energiájából
• Nem specifikus , gyenge ?-függés
• 1, Koaguláció t gt 60oC
• 2, Vaporizátió tgt100oC (termikus) abláció
• 3, Karbonization, tgt150oC
• 4, Melting (Olvadás) nagy I impulzus lézerbol

33
Fotoabláció

• UV lézer impulzus (10MW/cm2 - 10 GW/cm2)
• Excimer lézerek (193 nm-351 nm), 10-20 ns
  impulzus
• Refraktív kornea sebészet, szövet contoruing
  (sculpting)

34
Fotodiszrupció

• Lágy szövetekben v. testfolyadékokban nagy
  irradianci hatására
• Plasma ablation localized photodisruption
  spreads due to shock waves emanating
• ns- os impulzusok
• ps-os impulzusok diszrupció és abláció
• Felhasználás -gtminimally intrusive sebészet
• Post-katarakta sebészet lencse posterior
  capsulotomy
• laser-induced lithotripsy of urinary calculi