Фотосенсибилизирующие вещества и их действие¶

Фотосенсибилизирующее вещество — это химическое соединение, которое повышает чувствительность биологических тканей, материалов или химических систем к действию света, чаще всего ультрафиолетового и видимого диапазона. Поглощая квант света, такое вещество переходит в возбуждённое состояние и далее либо само вступает в химическую реакцию, либо передаёт энергию другим молекулам, инициируя фотохимические процессы. Явление, лежащее в основе действия таких соединений, называется фотосенсибилизацией.

¶Общий механизм

Процесс начинается с поглощения фотона молекулой сенсибилизатора. Возбуждённая молекула переходит в синглетное, а затем — через интеркомбинационную конверсию — в более долгоживущее триплетное состояние. Из триплетного состояния возможны два основных пути:

• Тип I (радикальный): возбуждённый сенсибилизатор отдаёт или принимает электрон, образуя радикалы, которые далее взаимодействуют с кислородом и субстратом.
• Тип II (кислородный): энергия передаётся молекулярному кислороду, который переходит в синглетное состояние — высокореактивную форму, способную окислять органические соединения.

Именно образование активных форм кислорода объясняет как лечебное, так и повреждающее действие фотосенсибилизаторов.

¶Классификация

Фотосенсибилизаторы различают по происхождению, спектру поглощения и области применения.

Отдельно выделяют эндогенные сенсибилизаторы — вещества, естественно присутствующие в организме (например, порфирины, рибофлавин), и экзогенные, попадающие извне с пищей, лекарствами или через кожу.

¶Фотосенсибилизация в медицине

¶Фотодинамическая терапия

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — метод лечения, при котором фотосенсибилизатор вводится в организм, накапливается в патологических тканях (опухолях, очагах воспаления) и активируется светом определённой длины волны. Возбуждённый сенсибилизатор генерирует активные формы кислорода, разрушающие клетки-мишени. Метод применяется в онкологии, дерматологии, офтальмологии. Типичные препараты — производные гематопорфирина, хлорины, фталоцианины.

¶Фототерапия

При псориазе, витилиго и некоторых дерматозах используют ПУВА-терапию: приём псораленов (фурокумаринов) в сочетании с облучением длинноволновым ультрафиолетом (UVA). Псоралены выступают классическими фотосенсибилизаторами, повышающими чувствительность кожи к свету.

¶Диагностика

Флуоресцентная диагностика основана на способности сенсибилизаторов избирательно накапливаться в опухолевой ткани и светиться при облучении. Это позволяет визуализировать границы новообразования.

¶Фотосенсибилизация в биологии и биохимии

В научных исследованиях фотосенсибилизаторы применяют для направленного повреждения клеточных структур, изучения мембранных процессов и фотомодификации биополимеров. Метод фотоаффинной метки позволяет определять участки связывания лигандов с белками. Сенсибилизированное окисление используется для изучения структуры нуклеиновых кислот.

¶Применение в технике и материаловедении

• Фотокатализ: диоксид титана и другие полупроводники сенсибилизируются красителями для разложения загрязнителей и получения водорода.
• Солнечные элементы: в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (ячейках Гретцеля) краситель поглощает свет и инжектирует электроны в полупроводник.
• Фотография и полиграфия: сенсибилизаторы расширяют спектральную чувствительность фотоматериалов.
• Полимеризация: фотоинициаторы запускают отверждение покрытий, стоматологических материалов, 3D-печати.

¶Неблагоприятное действие

Повышенная чувствительность к свету может быть вредной. Фотосенсибилизация лежит в основе:

• фотодерматозов — реакций кожи на солнечный свет после контакта с растениями (борщевик, зверобой) или лекарствами (тетрациклины, сульфаниламиды, некоторые диуретики);
• фототоксических и фотоаллергических реакций — покраснения, отёка, пигментации, ожогов;
• фотоокислительного повреждения клеточных мембран и ДНК.

Ряд заболеваний связан с нарушением обмена эндогенных порфиринов: при порфириях кожа становится крайне чувствительной к свету.

¶Факторы, влияющие на эффективность

Действие фотосенсибилизатора зависит от:

• длины волны и интенсивности света;
• спектра поглощения вещества и квантового выхода;
• концентрации кислорода в среде;
• локализации сенсибилизатора в клетке или материале;
• времени экспозиции и периода между введением и облучением.

¶Меры предосторожности

При использовании фотосенсибилизирующих препаратов пациентам рекомендуют избегать прямого солнечного света и ярких источников освещения в течение определённого периода. В промышленности и лабораториях работа с такими соединениями требует защиты от УФ-излучения. Растительные и лекарственные фотосенсибилизаторы учитывают при назначении терапии.