1. Định nghĩa được các khái niệm cơ bản của quang sinh học theo thuyết sóng điện từ và thuyết lượng tử. 2. Liệt kê được các tác dụng của ánh sáng lên phản ứng sinh lý của sự sống và tác dụng quang động lực lên hoạt động sống. 3. Trình bày được cơ chế hấp thụ ánh sáng, phát sáng và các dạng phát quang. 4. Tóm tắt được tính chất tia laser và phân loại laser. 5. Diễn giải được cơ chế hình thành tia laser, các ứng dụng của tia tử ngoại, hồng ngoại và laser trong y học.
19-Jun-21 QUANG SINH HỌC Ths.Ds Từ Minh Thành MỤC TIÊU Định nghĩa khái niệm quang sinh học theo thuyết sóng điện từ thuyết lượng tử Liệt kê tác dụng ánh sáng lên phản ứng sinh lý sống tác dụng quang động lực lên hoạt động sống Trình bày chế hấp thụ ánh sáng, phát sáng dạng phát quang Tóm tắt tính chất tia laser phân loại laser Diễn giải chế hình thành tia laser, ứng dụng tia tử ngoại, hồng ngoại laser y học 19-Jun-21 NỘI DUNG I ĐẠI CƯƠNG ÁNH SÁNG II LASER III QUANG SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG ĐẠI CƯƠNG ÁNH SÁNG Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng Thuyết lượng tử chất ánh sáng Cơ chế hấp thụ ánh sáng phát sáng Sự di chuyển lượng hệ sinh vật 19-Jun-21 “ THUYẾT ĐIỆN TỪ Ánh sáng xạ điện từ trường lan truyền không gian với vận tốc vơ lớn Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng ▸ ” Ánh sáng chia thành vùng : + Vùng khả kiến, λ = 400 – 700 nm + Vùng tử ngoại, λ = 200 – 400 nm ▸ + Vùng hồng ngoại, λ = 700 – 1000 nm Trong hệ sinh vật, lồi có vùng khả kiến khơng giống 19-Jun-21 “ THUYẾT LƯỢNG TỬ Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng ▸ ” Mỗi photon có mang giá trị lượng: E = h.f ▹ ▹ ▹ ▹ ▹ E= h.v λ E: lượng photon f: tần số ánh sáng số dao động ánh sáng 1s v: vận tốc ánh sáng 300 000 km/s λ: bước sóng ánh sáng h: số Planck 6,62.10-27 erg.s ▸ Đơn vị dùng xác định lượng photon electron vôn (eV) Kcal ▸ eV = 1,602.10-12 erg Kcal = 4,2.1010 erg 19-Jun-21 Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng ▸ Công thức nào? CT1: 𝐸= ℎ𝑐 6,62.10−27 (erg.s) 3.105(𝑘𝑚/𝑠) = λ λ CT2: 𝐸= ℎ𝑐 6,62.10−34 (J.s) 3.108(𝑚/𝑠) = λ λ 10 Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng ▸ ▸ Erg: nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp (Ergon), nghĩa công Là đơn vị đo lượng công học số đơn vị hệ centimetre gram second (CGS) ▸ Là đơn vị nhỏ, tương đương với công thực lực dyne khoảng cách cm Erg = dyne.cm = g.cm2/s = 10-7 joule = 6,2415.1011 eV ▸ ▸ dyne = 10-5 Newton 19-Jun-21 11 Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng ▸ Công thức chuyển đổi đơn vị đo lượng: ▸ eV = 1,602.10-12 erg Kcal = 4,2.1010 erg Năng lượng mol lượng tử tính theo đơn vị Kcal tính theo cơng thức: 28650 E = 𝜆 (𝑛𝑚) (Kcal/M) “ HẤP THỤ ÁNH SÁNG & PHÁT SÁNG ” 19-Jun-21 13 Cơ chế hấp thụ phát sáng ▸ Phản ứng hóa sinh ↔ Sự hấp thụ & phát xạ nhiệt ▸ Giải thích chế hấp thụ phát sáng → Sơ đồ lượng nguyên tử Trạng thái kích thích Tích lũy lượng (lượng tử, xạ nhiệt) Giải phóng nặng lượng (nhiệt, lượng tử) Trạng thái 14 Cơ chế hấp thụ phát sáng ▸ Trạng thái bản: S0 ▸ Trạng thái kích thích: Singlet (S), Triplet (T) Singlet (S) ▸ ▸ ▸ Trạng thái lớp điện tử Tất spin điện tử tạo cặp Tổng moment spin Triplet (T) ▸ ▸ Trạng thái ứng với mức lượng cấm Không phải điện tử tạo cặp, hình chiếu tổng mơmen spin phương cho trước nhận giá trị +1,0,-1 19-Jun-21 15 Cơ chế hấp thụ phát sáng ▸ So: mức lượng ứng với ▸ trạng thái S0*,S1*,S2*, : mức lượng ứng với trạng thái kích thích Singlet ▸ T: mức lượng ứng với trạng thái kích thích Triplet “ HUỲNH QUANG & LÂN QUANG ” 19-Jun-21 17 Huỳnh quang & Lân quang ▸ Huỳnh quang ▸ Lân quang Bức xạ lượng tử ánh sáng điện tử chuyển từ trạng thái kích thích Singlet xuống trạng thái Bức xạ lượng tử ánh sáng phân tử phát chúng chuyển từ trạng thái kích thích Triplet xuống trạng thái ▸ ▸ Phát quang hóa học Xảy phân tử tương tác với sinh lượng tử lượng Phát quang sinh học Phát quang hóa học chất q trình enzym 18 Huỳnh quang & Lân quang Huỳnh quang Lân quang ▸ S0 → S0*,S1*,S2* → S0 ▸ t* = 10-9 - 10-8 s → tồn ▸ ▸ ▸ ▸ ▸ S0 → S0*,S1*,S2* → T → S0 ▸ t* > 10-6 s → tồn sau khoảng thời gian chiếu sáng vật nguồn kích thích tắt, vài giây đến vài tùy chất Thường chất khí, lỏng ▸ Thường chất rắn c c h.fkt = h.fpq + ΔE ΔE = h.fkt − h.fpq=h λ − h λ kt pq h.fkt > h.fpq λpq > λkt ΔE: Năng lượng cho q trình khơng phải quang học Chú ý: Tia hồng ngoại gây tượng phát quang 19-Jun-21 19 Sự di chuyển lượng hệ sinh vật Năng lượng lượng tử phân tử hấp thụ ▸ ▸ Giải phóng dạng phát xạ (phát lượng tử) Truyền từ phân tử sang phân tử khác, hay từ hệ phân tử sang phân tử khác với khoảng cách xa 20 LASER Khái niệm Nguồn gốc tia Laser Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy phát tia Laser Phân loại tia Laser Tính chất chùm tia Laser 10 19-Jun-21 55 Sinh tổng hợp sắc tố & vitamin ▸ ▸ ▸ ▸ Các phản ứng quang hóa tham gia vào chuỗi phản ứng sinh tổng hợp sắc tố vitamin Có tầm quan trọng lớn tồn phát triển sống Năng lượng ánh sáng cần thiết để cung cấp lượng cho phản ứng không dẫn đến dự trữ lượng sản phẩm phản ứng q trình quang hợp Giai đoạn quang hố thường xảy cuối chuỗi sinh tổng hợp chất không đồng biểu lâm sàng phức tạp 56 Sinh tổng hợp sắc tố & vitamin Ví dụ: Sinh tổng hợp vitamin D ▸ Dưới tác dụng lượng tử ánh sáng tiền chất số ergosterol, lumisterol, taxisterol, pre-ergocalcipherol dẫn đến tạo thành vitamin D ▸ Bản chất phản ứng quang hoá phá vỡ liên kết đồng hố trị C-C vòng benzol nguyên tử carbon 10 ergosterol lumisterol tác dụng ánh sáng tử ngoại 28 19-Jun-21 57 Phản ứng thông tin (Thông tin cảm thụ ánh sáng) Ánh sáng mang thơng tin mơi trường ngồi đến cho sinh vật ▸ Hoa hướng dương hướng theo mặt trời ▸ Hàng loạt loài hoa nở theo khoảng thời gian xác định ngày ▸ Hàng loạt vi khuẩn phản ứng chiếu sáng ▸ Mắt quan hoàn chỉnh để tiếp nhận ánh sáng (Cường độ, bước sóng ) tạo xung động thần kinh dẫn lên não giúp ta nhận thức môi trường xung quanh 58 Tác dụng quang động lực ▸ Tác dụng quang động lực lên protid acid nucleic ▸ ▸ ▹ Làm giảm tính kích hoạt men ức chế tính kháng nguyên chúng ▹ Làm giảm khả hoà tan làm tăng độ nhớt Protein sắc tố Globulin máu ▹ Làm giảm đáng kể độ nhớt khả lắng acid nucleic Tác dụng quang động lực lên thể sinh vật ▹ Chất hoạt hóa phản ứng quang động lực gây rối loạn trình quang hợp, xạm da, loét da, ung thư Tác dụng quang động lực lên dược chất 29 19-Jun-21 59 Tác dụng quang động lực ▸ Tác dụng quang động lực lên dược chất ▹ Trong điều trị người ta thường dùng nhiều loại thuốc, có chứa thành phần chất hoạt hố Ví dụ ▹ Tác dụng phụ loại Sulfonamid làm tăng lượng Porphyrin máu Khi chiếu ánh sáng vào da gây rối loạn thần kinh ▹ Một số loại thuốc ngủ (Several, Luminal, ) chứa hoạt chất Barbiturat Khi sử dụng thuốc người bệnh phải kiêng nắng, tác dụng ánh sáng mặt trời chất porphyrin gây nên rối loạn enzym, triệu chứng bị nhiễm độc chì, rối loạn da, thần kinh “ ỨNG DỤNG Tia tử ngoại ” 30 19-Jun-21 61 Ứng dụng tia tử ngoại Tia tử ngoại chia vùng ▸ Vùng sóng ngắn (100 →280 nm): Có tác dụng diệt trùng ▸ Vùng sóng trung (280 → 320 nm): Chống cịi xương, tạo sắc tố, ▸ Vùng sóng dài (320 → 400 nm): Hiệu ứng sinh vật yếu, gây phát quang số chất 62 Ứng dụng tia tử ngoại – Điều trị chỗ ▸ ▸ ▸ ▸ ▸ ▸ Bệnh vảy nến: liều cao từ đầu 4–6 LHS, giảm liều dần tùy theo tiến triển vết thương đến vùng da khơng cịn vảy Bệnh bạch biến: liều tăng từ lên 3–4 LHS đến vùng da bình thường Rụng tóc: liều tăng từ lên 2–3 LHS Điều trị vết thương hoại tử, vết loét nông, …: liều 1-2 LSH tăng dần 4–5 LSH Khi vết sâu dùng liều cao 6–10 LSH Dùng liều thấp ½ LSH: kích thích liền sẹo 31 19-Jun-21 63 Ứng dụng tia tử ngoại – Tắm tử ngoại toàn thân ▸ Điều trị cho trẻ em bị còi xương, chậm lớn ▸ Nâng cao sức đề kháng tăng cường sức khỏe cho người ▸ ▸ ốm dậy, bệnh nhân giai đoạn bình phục Rèn luyện sức chịu đựng thể Viêm khớp: chiếu toàn khớp đau – LSH, nghỉ vài ngày, đợt – lần: giảm đau, chống viêm,… 64 Ứng dụng tia tử ngoại – Chống định Chống định toàn thân: ▸ Bệnh nhân sốt cao, suy kiệt, lao, ung thư ▸ Các bệnh: suy tim, suy gan, suy thận, cường giáp ▸ Quá mẫn cảm với tia tử ngoại Chống định chỗ: ▸ Viêm da giai đoạn chảy nước diện rộng 32 19-Jun-21 “ ỨNG DỤNG Tia hồng ngoại 66 Ứng dụng tia hồng ngoại ” ▸ Bức xạ hồng ngoại tác dụng nhiệt ▸ ▹ Làm giãn mạch ▹ Đỏ da có tác dụng giảm đau ▹ Chống viêm mãn tính Phát tăng thân nhiệt từ xa 33 19-Jun-21 67 Ứng dụng tia hồng ngoại Các loại đèn hồng ngoại điều trị ▸ Đèn điện trở thuần: phần lớn điện biến thành nhiệt ▸ Đèn hồng ngoại dây tóc hợp kim có công suất 250, 500, 1000W Tiến hành điều trị ▸ Bệnh nhân nằm hay ngồi thoải mái Đèn để vị trí an tồn thuận lợi ▸ Điều chỉnh khoảng cách đèn, chiếu đèn thẳng góc với mặt da, tắt đèn hết thời gian, kiểm tra vùng điều trị 68 Ứng dụng tia hồng ngoại Bảo đảm an toàn ▸ Đề phịng bỏng q liều, nổ bóng đèn, không chiếu 15 phút ▸ Tránh va đụng vào bóng đèn nóng, tránh xa trẻ em ▸ Khơng nhìn trực tiếp vào đèn sáng gây hại mắt 34 19-Jun-21 “ Ứng dụng Laser Y học Chẩn đoán 70 Ứng dụng Laser Y học – Chẩn đoán ” ▸ Sử dụng laser nguồn sáng kích thích huỳnh quang ▸ chất khác tổ chức sống → Nghiên cứu phổ huỳnh quang → Chẩn đốn bệnh Ví dụ: ▹ Máy cắt lớp laser kết hợp với vi xử lý computer ▹ Phổ Doppler để đo dòng máu sử dụng nghiên cứu vi tuần hồn ▹ Phân tích vi phổ phát xạ kính hiển vi laser… 35 19-Jun-21 “ Ứng dụng Laser Y học Điều trị 72 Ứng dụng Laser Y học – Điều trị ” ▸ Các thiết bị laser điều trị gồm loại: ▸ ▹ Laser mềm → Kích thích quang sinh hố tổ chức sống giúp bệnh tự khỏi ▹ Laser cứng → Hoại tử, quang đông bốc bay tổ chức Các loại laser khác nhau, liều chiếu khác → Điều trị bệnh khác 36 19-Jun-21 73 Ứng dụng Laser Y học – Điều trị ▸ Laser chuyên khoa mắt ▸ Laser chuyên khoa da liễu ▸ Laser lĩnh vực ngoại khoa ▸ Laser lĩnh vực nội khoa ▸ Laser đông y chuyên ngành thần kinh ▸ Laser điều trị ung thư ▸ Các chuyên ngành khác: Sản khoa, bệnh học giới tính, RHM, TMH 74 Laser chuyên khoa mắt ▸ Công nghệ hàn bong võng mạc chữa bệnh glaucoma ▸ Laser Excimer → Chỉnh độ cong giác mạc ▸ Laser He-Ne → Điều trị bỏng nhiệt, bỏng hoá chất, loét giác mạc mắt 37 19-Jun-21 75 Laser chuyên khoa da liễu ▸ Laser công suất thấp (He-Ne) → Vết loét loạn dưỡng, dạng eczema, viêm bì da thần kinh, vảy nến, trứng cá đỏ ▸ Laser công suất cao (CO2) → U mạch nơng hồn tồn khơng sẹo Laser CO 2, laser Rubi (laser hồng ngọc) với chế độ xung cực ngắn xố nếp nhăn, nốt ruồi, mụn cơm, sẹo lồi, vết xăm, tàn nhang, trứng cá, sạm da, sùi mào gà 76 Laser ngoại khoa ▸ Laser CO2 có mật độ cơng suất cao thay cho dao mổ thông thường → ▸ ▸ ▸ Dao laser hay dao quang Laser Excimer → Kỹ thuật tạo hình tim mạch laser kết hợp với nội soi phẫu thuật YAG:Nd → Tạo hình van hàn lỗ thơng nhĩ, thơng liên thất Phịng điều trị nhiều loại nhiễm trùng ngoại khoa 38 19-Jun-21 77 Laser nội khoa ▸ ▸ Chiếu laser He-Ne phối hợp điều trị viêm phổi mãn làm tăng sinh hồng cầu, làm ổn định dần enzym làm bình thường hố q trình trao đổi lượng Chiếu laser nội khí quản cho trẻ em bị viêm phổi khơng đặc hiệu mãn tính có tác dụng tăng chuyển hố tế bào nhờ rút ngắn thời gian điều trị 78 Laser nội khoa ▸ Laser lượng thấp có tác dụng kích thích q trình tái tạo tổ chức hạt q trình biểu mơ hố có tác dụng chỗ điều trị tổn thương loét đường tiêu hoá ▸ Chiếu laser ánh sáng đỏ có tác dụng giảm đau chống viêm bệnh nhân bị bệnh thấp khớp 39 19-Jun-21 79 Laser đông y & chuyên ngành thần kinh Laser châm cứu ▸ Hiệu phương pháp dùng kim thông thường ▸ Chệch huyệt xảy ▸ Không bị đau mà hiệu lại cao ▸ Chiếu nhiều huyệt lúc 80 Laser đông y & chuyên ngành thần kinh ▸ Laser châm cứu → Đau dây thần kinh tam thoa, viêm khớp, đau đầu, ngủ năng, đau lưng năng, hen suyễn, phế quản ▸ Laser He – Ne nội mạch → Điều trị đau dây thần kinh toạ, liệt dây thần kinh VII, bệnh Parkinson tai biến mạch máu não 40 19-Jun-21 81 Laser điều trị ung thư ▸ Biện pháp điều trị: Quang động lực 82 Laser điều trị ung thư ▸ Chiếu chùm laser có bước ▸ sóng thích hợp vào mơ quan để hoạt hóa hố chất đưa vào trước → Có tác dụng diệt bào kìm hãm phát triển tế bào Điều trị ung thư phương pháp → Laser màu, laser vàng 41 19-Jun-21 83 CÁM ƠN Các bạn lắng nghe ý theo dõi! 42 ... chuyển từ trạng thái kích thích Triplet xuống trạng thái ▸ ▸ Phát quang hóa học X? ?y phân tử tương tác với sinh lượng tử lượng Phát quang sinh học Phát quang hóa học chất q trình enzym 18 Huỳnh quang. .. laser vật lý trị liệu) 22 19-Jun-21 45 QUANG SINH HỌC & ỨNG DỤNG “ Khái niệm Một số trình quang sinh ứng dụng Tác dụng tia tử ngoại hồng ngoại lên thể sống Ứng dụng Laser Y học QUANG SINH HỌC ”... tác dụng ánh sáng mà kết là: g? ?y bệnh lý, g? ?y đột biến di truyền g? ?y tử vong 25 19-Jun-21 “ Một số trình QUANG SINH 52 Một số trình quang sinh ” ▸ Quang hợp ▸ Sinh tổng hợp sắc tố & vitamin ▸