Чтобы органическое вещество было фотосенсибилизатором, его молекула непременно должна иметь в своем составе хромофорную группу атомов, которая способна поглощать свет в видимой или ближней ультрафиолетовой области спектра. Именно хромофоры (это слово происходит от греческого chroma — цвет) обеспечивают яркость красок в природе. Поглотив квант света, молекула получает дополнительную энергию и переходит в возбужденное состояние. При этом изменяется конфигурация ее электронного облака. Говоря упрощенно, один из двух электронов, находящихся на верхней заполненной молекулярной орбитали, перескакивает на более высокий уровень энергии. В зависимости от того, как взаимно ориентированы спины этих двух электронов, состояния называют синглетными или триплетными. Поглотив квант, молекула переходит из основного состояния в синглетное возбужденное. В таком состоянии она живет совсем не долго — не более нескольких микросекунд, то есть миллионные, а чаще всего лишь миллиардные доли секунды.

Что происходит дальше? Есть несколько путей. Молекула может излучить свет с другой длиной волны (это явление называют флуоресценцией), может рассеять энергию в тепло или же, например, просто развалиться на части. Но есть еще одна возможность, и именно она обычно реализуется в фотосенсибилизаторах — переход в триплетное состояние. Такой переход называется интеркомбинационной конверсией, при этом электрон меняет направление спина. Триплетные состояния — долгоживущие, разумеется по меркам микромира. Типичное время их жизни — это сотые и тысячные доли секунды, хотя в особых условиях, например в замороженном растворе, молекула может находиться в триплетном состоянии несколько секунд или даже десятков секунд. Для перехода из триплетного состояния в основное тоже есть несколько путей: тепловое рассеяние энергии, испускание света (фосфоресценция). Однако сотых долей секунды все же вполне достаточно, чтобы значительная часть возбужденных триплетных молекул успела передать свою энергию другим молекулам или вступить в химическую реакцию.

Наибольший интерес представляют те реакции, которые приводят к образованию свободных радикалов и активных форм кислорода. К примеру, возбужденный сенсибилизатор может оторвать атом водорода от молекулы белка. Белковая молекула превращается в радикал, и начинается цепочка окислительных реакций. Сам фотосенсибилизатор умудряется «выйти сухим из воды»: он позволяет кислороду оторвать уже не нужный ему водород и возвращается в исходное состояние, готовый поглотить очередную порцию света. Что касается кислорода, то он в результате превращается в очень активный анион-радикал, так называемый супероксид.

Если триплетная молекула сенсибилизатора напрямую сталкивается с молекулой кислорода, то кислород отбирает у сенсибилизатора энергию и сам переходит в возбужденное состояние. Кислород в синглетном возбужденном состоянии, как и супероксид, чрезвычайно активен: обе эти маленькие юркие частицы очень подвижны и способны окислить буквально все, что попадается у них на пути.

Фотосенсибилизаторы встречаются в природе довольно часто, они содержатся в организме человека и животных (например, порфирины — компоненты гемоглобина и других белков), входят в состав растений. Люди давно догадались, что растения, повышающие чувствительность к свету, можно использовать в медицине. Еще в ХIII веке арабские врачи применяли препараты из амми большой (семейство зонтичных) для лечения депигментации кожи (лейкодермии). Уже позднее выяснилось, что в состав амми входят фурокумарины — именно они и обеспечивают фотосенсибилизирующий эффект. Сейчас препараты на основе фурокумаринов в сочетании с облучением длинноволновым ультрафиолетом (320-390 нанометров) применяют для лечения псориаза, витилиго, микозов.

Но фурокумарины пригодны для применения только на поверхности кожи. Большая часть ультрафиолета поглощается в эпидермисе, то есть на глубине в одну десятую миллиметра. Слой кожи толщиной в два миллиметра почти полностью задерживает видимый свет в диапазоне 400-600 нанометров, и только красный свет с длинами волн 630-750 нанометров и инфракрасное излучение способны проникать в подкожные ткани. Кстати, в этом легко убедиться с помощью елочной гирлянды с миниатюрными разноцветными лампочками: прикройте кончиками пальцев синюю или зеленую лампочку и вы ничего не увидите, а вот свет от красной лампочки пройдет сквозь кожу и внутренние ткани, хотя и сильно ослабленный.

Поэтому для фотодинамической терапии раковых опухолей, активно развивающейся в последние десятилетия, используют сенсибилизаторы на основе порфиринов — они как раз поглощают красный свет. Кроме того, некоторые порфирины обладают замечательной способностью накапливаться именно в опухолевых клетках, что позволяет предотвратить или уменьшить повреждение здоровых клеток в процессе разрушения опухоли.

Окислительные процессы, которые «запускает» фотосенсибилизатор, для здоровых тканей вредны и опасны. К сожалению, среди широко распространенных лекарств много таких, которые обладают побочным фотосенсибилизирующим действием. Это фенотиазины, тетрациклины, сульфаниламиды, тиазиды, нестероидные противовоспалительные препараты, антибиотики на основе налидиксовой кислоты (фторхинолоны), пироксикам и некоторые другие. Поэтому тем, кто принимает эти препараты, не стоит проводить много времени на солнце — это может закончиться фотодерматитом или конъюнктивитом, а также увеличивает риск развития катаракты и рака кожи. Фотосенсибилизирующий эффект оказывают некоторые витамины, например рибофлавин (B₂) и пиридоксин (B₆).

Причиной повышенной чувствительности к свету могут стать и растения, причем совсем не экзотические, а самые обычные, например зверобой, в котором содержится сильный фотосенсибилизатор гиперицин. Из-за этого вещества иногда страдает домашний скот: если коровы случайно съедают много зверобоя, то после длительного пребывания на солнце на коже животных появляются краснота, волдыри, отеки. Известны случаи, когда фотодерматит возникал из-за контакта с соком зеленых частей петрушки, пастернака, сельдерея, которые содержат фурокумарины.

Источник: Наука и жизнь