قياس الضوء الطيفي: كيف يساعد في التحاليل الطبية؟

قياس الضوء الطيفي، أو القياس الطيفي الضوئي، تقنية تدرس مقدار الضوء الذي تمتصه العينة أو تسمح بمروره عند طول موجي محدد أو عبر نطاق من الأطوال الموجية. وقد يستخدم الجهاز الضوء المرئي أو الأشعة فوق البنفسجية بحسب المادة المراد قياسها. والهدف في كثير من التطبيقات الطبية هو تقدير تركيز مادة معينة داخل سائل.

بعض المواد تمتص الضوء بطبيعتها، بينما تحتاج مواد أخرى إلى التفاعل مع كاشف كيميائي ينتج لونًا يمكن قياسه. ويقارن الجهاز الإشارة الناتجة بمعايرة معروفة، ثم يحولها إلى نتيجة. لذلك لا يكون اللون وحده دليلًا على وجود مرض، بل جزءًا من عملية تحليل مضبوطة.

يتكون الجهاز عادةً من مصدر ضوء، ووحدة لاختيار الطول الموجي، وموضع توضع فيه العينة داخل وعاء مناسب، وكاشف يقيس الضوء الواصل إليه. وقد تكون هذه الأجزاء مدمجة في جهاز آلي ينفذ عدة تحاليل متتابعة، دون أن يظهر للمريض اسم التقنية في التقرير.

• يُختار الطول الموجي الملائم للمادة أو للتفاعل الكيميائي المستخدم.
• تُقاس عينة مرجعية أو محلول فارغ لتصحيح مساهمة الوعاء والمذيب والكواشف.
• يمر الضوء عبر العينة، ويُقاس مقدار ما وصل منه إلى الكاشف.
• تُقارن القراءة بمعايرات وضوابط جودة قبل اعتماد التركيز المحسوب.

في ظروف محددة، ترتبط زيادة الامتصاص بزيادة تركيز المادة وبطول المسار الذي يقطعه الضوء داخلها، وفق مبدأ يعرف بقانون بير–لامبرت. لكن العلاقة ليست صالحة بلا حدود؛ فقد تتطلب العينة شديدة التركيز التخفيف، وقد تجعل العكارة أو التفاعلات غير المكتملة القراءة غير موثوقة.

طريقة النفاذية

النفاذية هي نسبة الضوء الذي يعبر العينة إلى الضوء الساقط عليها. وهي ما يُقصد غالبًا بطريقة التخلل في بعض الشروح. إذا امتصت المادة قدرًا أكبر من الضوء، تقل النفاذية عادةً، مع الانتباه إلى أن تشتت الضوء قد يقلل الضوء الواصل إلى الكاشف أيضًا.

طريقة الامتصاص

الامتصاصية مقياس لوغاريتمي يُحسب من النفاذية، وتستخدم بكثرة لتقدير التراكيز في السوائل. ويمكن متابعة تغيرها مع الزمن لقياس سرعة تفاعل معين، مثل بعض اختبارات نشاط الإنزيمات. ولا يمكن مقارنة الامتصاصية بين عينتين بصورة مفيدة إلا مع مراعاة ظروف القياس والطول الموجي.

طريقة الانعكاس

تعتمد على قياس الضوء المرتد عن سطح بدلًا من الضوء المار خلاله. وتناسب بعض المواد المعتمة وشرائط التحليل التي يتغير لونها بعد ملامسة العينة. وتستخدم بعض أجهزة قراءة الشرائط هذا المبدأ، لكن ليست كل الشرائط أو أجهزة القياس المنزلية معتمدة على الضوء؛ فبعضها يعمل بتقنيات كهروكيميائية.

في القياسات البصرية، قد يشير هذا التعبير إلى استخدام كرة تكاملية: تجويف كروي ذو سطح داخلي عاكس يجمع الضوء المتشتت في اتجاهات متعددة. يساعد ذلك على قياس الانعكاس أو النفاذية الكلية، وقد يُستخدم أيضًا في توصيف الضوء الصادر من مصادر مثل المصابيح الكهربائية.

هذه أداة متخصصة وليست خطوة أساسية في كل تحليل طبي. كما أن تعبير التجويف قد يصف ترتيبات بصرية أخرى في البحث العلمي، لذلك لا يكفي الاسم وحده لمعرفة وظيفة الجهاز. وللمريض، الأهم هو اسم الفحص المطلوب والعينة المستخدمة، لا تصميم المسار البصري داخل الجهاز.

يدخل القياس الطيفي الضوئي في كثير من اختبارات الكيمياء السريرية، مع اختلاف الطريقة والكواشف من مختبر إلى آخر. ومن تطبيقاته الشائعة:

• قياس الجلوكوز والكوليسترول والدهون الثلاثية بطرق إنزيمية ينتج عنها تغير قابل للقياس ضوئيًا.
• تقدير البروتين الكلي والألبومين والبيليروبين في عينات الدم بطرق مناسبة لكل مادة.
• قياس نشاط بعض الإنزيمات من خلال متابعة تغير الامتصاص بمرور الوقت.
• تقدير الهيموجلوبين ضمن طرق مخبرية محددة، وقياس الأحماض النووية أو البروتينات في المختبرات المتخصصة.

وجود التقنية في هذه الفحوص لا يجعلها اختبارًا شاملًا يكشف جميع الأمراض. فكل تحليل يحتاج إلى تفاعل وانتقائية ومعايرة خاصة به. كما قد تُقاس المادة نفسها بتقنية مختلفة إذا كانت أنسب للسؤال الطبي أو أكثر قدرة على تقليل التداخلات.

يحدث التباس بين القياس الطيفي المستخدم لتحليل العينات، وعلم قياس الضوء الذي يصف الإضاءة كما تستشعرها العين البشرية. حساسية العين ليست متساوية لكل الأطوال الموجية، وتتغير مع ظروف الرؤية النهارية والليلية. لذلك تستخدم القياسات الضوئية دوال حساسية معيارية تعبّر عن الاستجابة النسبية للرؤية.

أما قياس الإشعاع فيصف الطاقة الفيزيائية للإشعاع دون ترجيحها بحسب حساسية العين. ويقيس التحليل الطيفي استجابة العينة عند أطوال موجية مختارة، ولا يعتمد بالضرورة على كيفية رؤية الإنسان للون. وهذا يفسر إمكان استخدامه في نطاق فوق بنفسجي لا تراه العين.

• اللومن: وحدة الفيض الضوئي، أي القدرة الضوئية الموزونة بحسب حساسية الرؤية.
• الكانديلا: وحدة الشدة الضوئية في اتجاه محدد.
• اللوكس: وحدة الاستضاءة على سطح، ويساوي لومنًا واحدًا لكل متر مربع.
• كانديلا لكل متر مربع: وحدة النصوع، وتستخدم لوصف الضوء الصادر أو المنعكس من سطح باتجاه معين.
• الواط: وحدة القدرة الإشعاعية، وهي تختلف عن الفيض الضوئي المقاس باللومن.

وتوجد وحدات للاستضاءة مثل قدم شمعة والفوت، لكنها ليست وحدات لتركيز المواد في الدم. أما الامتصاصية فلا وحدة لها، والنفاذية نسبة قد تُعرض مئويًا. ويظهر تركيز المادة في تقرير المختبر بوحدات تخص التحليل، مثل مليمول لكل لتر.

قد يغير تكسّر خلايا الدم لون العينة ومكوناتها، وقد تسبب الدهون عكارة تشتت الضوء. كذلك يمكن للبيليروبين أو بعض الأدوية والمواد الأخرى أن تتداخل مع تفاعلات معينة. ويتوقف حجم التأثير واتجاهه على طريقة التحليل، فلا يعني وجود أحد هذه العوامل أن جميع النتائج خاطئة.

وتشمل العوامل الأخرى تخزين العينة أو تأخير تحليلها، وتلوث وعاء القياس، ووجود فقاعات، وعدم ملاءمة المعايرة. يستخدم المختبر ضوابط لاكتشاف المشكلات، وقد يطلب عينة جديدة أو يضيف تعليقًا إلى التقرير. ولا يلزم الصيام لمجرد استخدام الضوء؛ اتبع تعليمات الفحص المحدد، ولا توقف دواءً من نفسك.

راجع الطبيب إذا ظهرت نتيجة خارج المجال المرجعي، أو تكررت نتائج غير معتادة، أو استمرت أعراض مثل التعب غير المفسر أو الاصفرار أو العطش والتبول الزائدين. لا تشخّص نفسك من رقم منفرد؛ فقد تتغير دلالته بحسب العمر والحالة الصحية والأدوية وبقية الفحوص.

أما ألم الصدر الشديد أو ضيق التنفس الحاد أو الإغماء أو التشوش المفاجئ، فتستدعي تقييمًا عاجلًا دون انتظار تحليل. وإذا أبلغك المختبر بوجود نتيجة حرجة، فاتبع توجيهاته فورًا. قياس الضوء وسيلة لإنتاج معلومة طبية، بينما القرار الصحي يحتاج إلى تفسيرها ضمن الصورة الكاملة.