Загальні дані про люмінесценцію

 

Люмінесценція - особливий вид світіння речовин без підвищення температури - відома ще з глибокої старовини. Однак пройшло багато століть, перш ніж людині вдалось цілком розкрити її природу.

Наукову розробку цього питання починають В. В. Петров, Стоці, Беккерель.

Термін "люмінесценція" і класифікацію типів світіння вперше запропонував німецький фізик Видеманн..

При люмінесцентному аналізі в хірургії в основному приходиться мати справа з фотолюмінісценцією, одержуваної під дією ультрафіолетових променів.

При фотолюмінісценції частка починає інтенсивно світитися в результаті захоплення квантів активуючого світла. Причому, повертаючись до вихідного стану, він віддає отриману енергію у виді світла, довжина хвилі якого більша довжини хвилі джерела порушення.

Тарьян вважав, що порушення, чи іонізація електронів, завжди є первинним процесом виникнення люмінесценції. Розрізняють два типи люмінесценції - флуоресценцію і фосфоресценцію.

Флуоресценція - це світіння, що спостерігається під час активації, а фосфоресценція - світіння, що продовжується деякий час після припинення активації. В медицині надають більшу перевагу флуоресценції.

В.А. Юсін виділяє три види люмінесценції: вільну, або первинну, масковану та вторинну, або експериментальну.

Вільна, люмінесценція відзначається в тому випадку, коли в досліджуваному матеріалі вже маються активні флуорохроми. Маскована люмінесценція спостерігається тоді, коли під впливом хімічних процесів раніше неактивні флуорохроми переходять в активні. Вторинна, чи експериментальна, люмінесценція має місце, коли в організм або у досліджуваний матеріал попередньо вводять флуорохроми (офарбовують його).

2. Історія питання

Історія люмінесцентного аналізу пов'язана з розвитком навчання про люмінесценцію взагалі.

Початок розвитку цього методу відноситься до глибокої старовини. Віками люди спостерігали за світінням у темряві гнилого дерева, комах, однак природа цього явища тривалий час залишалася нерозкритої. Рукописні зведення про люмінесценцію починаються з Каскаріоло, що у 1604 р. синтезував першу штучну речовину здатну до люмінесценції (болонский фосфор).

Пізніше алхіміки відкрили цілий ряд мінералів, що світяться в темряві. Досвід обмежувався якісними спостереженнями і складанням хімічних рецептів фосфорів.

Перший крок у дослідженні люмінесценції зробив російський академік В.В. Петров. Він вивчав біологічну тканину (гниюче м'ясо, рибу та ін.) і підійшов до проблеми світіння винятково з хімічної точки зору. На підставі цих дослідів В.В. Петрову вдалося відокремити хемілюмінесценцію від фотолюмінісценції.

Гершель у 1800 р. відкрив інфрачервоні промені. Це навело на думку про те, що до фіолетової частини спектра примикає область невидимих променів, що незабаром були виділені і названі ультрафіолетовими. В.В.Петров у 1802 р. винайшов дугову лампу, що являлася могутнім джерелом ультрафіолетових променів. Наприкінці XІХ ст. з'являються перші дисертаційні роботи з застосування люмінесцентного аналізу, що стосуються вивчення біологічних об'єктів.

У 1903 р. Вуд запропонував виділяти потрібний для люмінесценції спектр променів, використовуючи для цього спеціальний фільтр. Користуючись цим фільтром, автор вивчав флуоресценцію шкіри, волосся, зубів. У 1918 р. він описав флуоресценцію кришталика ока людини.

Справжнім поштовхом до практичного застосування люмінесцентного аналізу в медицині і біології варто вважати введення в методику дослідження скляних фільтрів, поява кварцових ламп, а згодом і винахід зручної аналітичної лампи. Перший патент на ртутну лампу низького тиску отриманий російським професором Рєп’євим. У 1925 р. фірма "Hanay" використовувала чорне скло в аналітичній кварцовій лампі. Вітчизняна промисловість випустила кольорові скельця марки УФС, призначені для виділення ультрафіолетового випромінювання.

Із створенням компактної апаратури різко збільшилося число робіт з люмінесцентного аналізу в біології і медицині. Метод виявився особливо коштовним у тих випадках, коли характер завдань, що вирішуються, вимагав використовувати специфічні переваги люмінесцентного аналізу й у першу чергу його велику чутливість.

З 20-х років ХХ ст. посилено розвивається наукове вивчення власного світіння (первинної люмінесценції) біологічних тканин.

У цей період дослідники користалися найбільш простим і легко доступним прийомом - безпосереднім спостереженням люмінесценції досліджуваного об'єкту.

Оскільки теоретичні уявлення про люмінесценцію ще тільки формувались, те і розвиток люмінесцентного аналізу в хірургії йшло в основному методом експериментів. У цей період широко вивчається власне світіння тканин і органів, вилучених при операції. Відкрите положення і доступність зовнішніх покривів дозволили досліджувати патологічні процеси, що локалізуються в шкірі.

Вторинна люмінесценція з'являється після фарбування тканин організму спеціальними барвниками - флуорохромами. Флуорохром, уведений в досліджуваний об'єкт у незначних кількостях, значно підсилює світіння і додає йому характерний колір. Вторинна люмінесценція відкриває великі перспективи для дослідження багатьох захворювань людини, хімічних компонентів клітки і міжклітинної речовини.

У 50-х роках зникли сумніву щодо надійності люмінесцентного методу. Конкретні методики стали розроблятися на високому теоретичному рівні з використанням сучасної апаратури, виявилися можливості і перспективи цього методу в медицині. Висловлено позитивні думки про застосування вторинної люмінесценції в різних галузях хірургії.

Успіх сучасного люмінесцентного дослідження значною мірою пов'язаний із застосуванням флуоресцеїну, а ефективність люмінесцентного дослідження – з можливістю створення достатньої концентрації флуорохрому в ураженій тканині. Останнє ж залежить від способів уведення флуорохрому, тому що кожний з них у неоднаковому ступені забезпечує досягнення необхідної концентрації препарату у вогнищі ураження й у крові.

Варто сказати, що в різні періоди часу хірурги використовували при вивченні вторинної люмінесценції місцеве зрошення флуорохромом досліджуваних поверхонь для виявлення поверхневих виразок, пероральне і парентеральне введення препарату. Флуорохроми вводили в просвіт порожнистих органів, у тканину, у спинномозковий канал.

На початку ХХ ст. дослідники вивчали фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі піддослідних тварин, і анатомічну будову нормальних органів. Потім в експерименті намагалися моделювати патологічні явища.

У 40-і роки дослідження в області застосування вторинної люмінесценції поширилися на вивчення фізіологічного стану органів і систем у людини, вивчалися тканини й органи, вилучені під час операції, але з прижиттєвим флуорохромуванням їх.

У 70-і роки вітчизняні і закордонні дослідники показали, що стійкі результати з найбільшою діагностичною значимістю для хірурга можуть бути отримані лише при проведенні прижиттєвих люмінесцентних досліджень.

Якщо люмінесцентні дослідження відкритих частин тіла у хворих з хірургічною патологією (варикозне розширення вен нижніх кінцівок) створювали враження, що питання про діагностичну значимість методу вирішене, то в останні десятиліття виникла одна із серйозних проблем - вивчення застосування люмінесцентного методу дослідження як інтраопераційного методу діагностики.

Використвння в медицині

Люмінесцентний аналіз найбільш ефективний у діагностиці і при визначенні прогнозу судинних захворювань кінцівок. Ланге і Бойд, Крізмон і Фурман, а також С.М. Луценко, використовуючи внутрішньовенне введення флуоресцеїну, вивчали кровопостачання в хворих облітеріруючим ендартеріїтом.

Введення флуоресцеїну в стегнову артерію дозволяє також значно краще визначити ступінь порушення кровопостачання кінцівок при облітеріруючому ендартеріїиті й атеросклерозі, діагностувати артеріальну емболію, передбачючи можливість розвитку гангрени, прогнозувати доцільність і ефективність симпатектомії.

При варикозному розширенні вен нижніх кінцівок і тромбофлебітах люмінесцентний метод використовується для дослідження коллатерального кровообігу й умов кровообігу в області трофічних варикозних виразок, визначення точних границь активованих навколишніх тканин при поверхневих тромбофлебітах.

Метод з успіхом застосовується в нейрохірургії: у діагностиці запальних процесів головного мозку і мозкових оболонок. Г.М. Локтіонов, а також закордонні вчені використовували прижиттєве флуорохромірування для виявлення пухлин мозку під час операції. Г.Д. Князєва й ін. вивчали стан гемато-энцефалічного бар'єру при повітряній емболії мозку під час операції на серце, використовуючи флуоресцентний індикатор. Хофман і ін. повідомили про механізм проникнення флуоресцеїну через гемато-энцефалічний бар'єр.

Після операцій шкірної пластики люмінесцентний метод допомагає визначити повноцінність кровопостачання на ранньому етапі.

Показана ефективність люмінесцентного методу при ранньому визначенні некрозу тканин і його глибини при відмороженні. Так, М.Л.Лущицкий встановлював границю некротичних тканин у середньому на 3-4 дня раніш, ніж це вдається клінічно.

У грудній хірургії люмінесцентний метод здобуває практичне значення при операціях на легені і у визначенні зон ішемії при інфаркті міокарда.

У лор-хірургії люмінесцентний аналіз знайшов дуже широке застосування в діагностиці цілого ряду патологічних процесів.

Вивчаються можливості люмінесцентного методу в індикації пухлин.

У 1966 р. з'явилися наші публікації, що стосуються люмінесцентних операційних досліджень порожнистих органів черевної порожнини.

Були приведені дані досліджень, що відбивають фізичні основи і розробку технічних прийомів люмінесцентних досліджень під час операцій.

Вперше в літературі були опубліковані результати люмінесцентних досліджень порожнистих органів, що дозволили застосувати в наступному метод у клініці з діагностичною метою.

Серед інших досліджень заслуженим успіхом стала користуватися люмінесцентна мікроскопія, що відноситься до більш тонких методів вивчення структури, біофізико-хімічного і функціонального стану клітки.

Люмінесцентний метод дозволяє виявляти кислі мукополісахариди і різні компоненти тканин, зокрема альдегіди і кетони, глікоген, жир, кальцій.

Люмінесцентний аналіз набув широкого застосування в санітарії і гігієні, судовій медицині, а також у фармакології.

Апаратура

Апаратура для макролюмінесцентних досліджень повинна бути портативної, зручний, повинна забезпечувати проведення діагностичних спостережень у будь-яких умовах, мати оптико-світлотехнічну систему для концентрації випромінювання на визначену ділянку досліджуваної поверхні тіла хворого. Були виготовлені люмінесцентні освітлювачі, придатні для дослідження різних анатомічних областей.

При анатомо-експериментальних дослідженнях застосували люмінесцентний освітлювач, що складається з джерела ультрафіолетового випромінювання з приладом включення і світлофільтра. Апарат зміцнювався на штативі. Як джерело ультрафіолетового світла використовувалася пряма ртутно-кварцова лампа високого тиску ПРК-4.

Протягом перших 10 хв. після включення такої лампи електричні параметри її змінюються (несталий режим), а потім стабілізуються (сталий режим) при постійній напрузі мережі. Лампа при горінні знаходиться в горизонтальному положенні, відхилення не перевищували 15°, при великих відхиленнях перегріваються катоди і скорочуються терміни горіння лампи.

Лампу поміщали в кожух з дюралюмінію зі спеціальним тубусом, що має вікно для світлофільтра. Кожух із ртутно-кварцовою лампою зміцнювали на довгому чи короткому штативі.

Експлуатувалася лампа тільки з приладом включення. Прилад включення взятий від настільної ртутно-кварцової лампи. Щоб уникнути перегріву лампи і світлофільтра прилад періодично виключали для охолодження. Повторні включення лампи можливі тільки через 10-15 хв. Швидкість охолодження лампи залежить від температури навколишнього повітря.

Використовували світлофільтри УФС-3 і УФС-4, що затримують видиме світло і пропускають визначений спектр ультрафіолетових променів. УФС-3 виділяє промені в спектрі від 320 до 390 ммк, а УФС-4 - 340-390 ммк. Світлофільтр закриває вікно висувного тубуса і розташовується на відстані 25 див від лампи. Розмір скелець 100x100 мм, товщина скла 5 мм.

Створена установка виявилася зручної і для дослідження хірургічних об'єктів, тому що давала вузький пучок фільтрованого ультрафіолетового світла, направляється легко на операційне поле. Несприятливого впливу на зір установка не робила: металевий кожух на лампі захищає шкірні покриви й очі людини.

У результаті широкого впровадження люмінесцентних досліджень у клініці стало необхідним використовувати більш могутні джерела ультрафіолетового випромінювання, щоб рівномірно висвітлювати великі поверхні досліджуваного об'єкта. Для цього в клініці загальної хірургії змонтували люмінесцентний освітлювач на базі ртутно-кварцового випромінювач ОРК-21.

При застосуванні люмінесцентного дослідження зустрілися в клініці з рядом технічних труднощів. Вони були обумовлені насамперед глибоким анатомічним розташуванням такого органа, як підшлункова залоза.

Аналогічні труднощі були при необхідності проведення люмінесцентного дослідження в піддіафрагмальному просторі чи просторі в малому тазі.

Тому був запропонований операційний люміноскоп, позбавлений цих недоліків.

Операційний люміноскоп складається з ебонітового корпуса рефлектора діаметром 6 см. У корпусі рефлектора установлений відбивач, виточений з алюмінієвого сплаву, і світлофільтр з увіолевого скла, що пропускає ультрафіолетові промені і поглинає видимі. Як джерело випромінювання застосована люмінесцентна ртутна лампа ЛУФ-4.

Запропонований операційний люмінескоп дозволяє одержувати вузький пучок фільтрованого ультрафіолетового світла і здійснювати люмінесцентне дослідження як підшлункової залози, так і інших органів і важкодоступних відділів черевної порожнини.

Фотолюмінофори

Метод люмінесцентного аналізу в медицині став більш успішно розроблятися з розвитком вивчення вторинної люмінесценції. Остання представляє світіння, що виникає після фарбування тканин спеціальними барвниками - фотолюмінофорами. Органічні фотолюмінофори, що випромінюють під дією ультрафіолетових чи променів видимої частини спектра, часто називають флуоресцентними барвниками, чи флуорохромами.

Розглядаючи численні роботи з люмінесцентного аналізу в медицині, прийшли до висновку, що основним і самим коштовної флуорохромом є флуоресцеїн.

Флуоресцеїн (диоксифлуоран) (C20H12O5) – органічну сполуку, барвник групи трифенілметанових, червоний кристалічний порошок, розчиняється в спирті, ефірі і водяних лугах. Назва "флуоресцеїн" дано сполуці тому, що в лужних розчинах він має сильну флуоресценцію (у концентраціях до 1: 2000000).

Отримують флуоресцеїн при нагріванні фталевого ангідриду з резорцином. У лужному середовищі оптимальна концентрація його 0,8 г/л, колір флуоресценції жовто-зелений, відносна яскравість 0,26 нт.

Флуоресцеїн майже нерозчинний у воді, тому для парентерального введення цього препарату застосовують його натрієву сіль.

Флуоресцеїн - один з найбільше яскраво світних флуорохромів. Енергетичний вихід світіння при кімнатній температурі у флуоресцеина досягає 70-71%. Препарат не токсичний і усебічно вивчений експериментаторами і клініцистами. Він допущений для застосування в клініці Міжнародною фармакопеєю, фармацевтами США, Великобританії й інших країн.

Однак, даючи повну й об'єктивну характеристику препарату, слід зазначити, що він має побічні ефекти, що часом небажані і вимагають своєчасного усунення. Нудота і рвота – найбільш часті ускладнення, що виникають при люмінесцентному дослідженні з флуоресцеїном, особливо при внутрішньовенному і внутріартеріальному введенні препарату. Однак вони легко знімаються зменшенням дози препарату, уповільненням швидкості введення його в судинне русло

 

 

Методична розробка для організації самостійної роботи студентів

№ Т₁₂ (5.2)

Дисципліна Основи біологічної фізики та медична апаратура

 

Тема: Роль мікрохвильової резонансної терапії (МРТ) в лікуванні захворювань – 2 години.

Викладач Палій Л.В.

Курс 1 семестр 2 спеціальність Сестринська справа

 

1. Актуальність теми: В медицині все більше застосовують новітні технології лікування, такі, як мікрохвильова резонансна терапія (МРТ) та КВЧ – терапія.

 

2. Навчальні цілі:

 

· знати: Роль мікрохвильової резонансної терапії (МРТ) в лікуванні захворювань

· вміти: Допомагати лікарю під час проведення мікрохвильової резонансної терапії

3. Матеріали до аудиторної та аудиторної самостійної роботи