Nhà khoa học người Đan Mạch Niels Ryberg Finsen là người đầu tiên sử dụng phương pháp trị liệu bằng tia cực tím (UV) để tiêu diệt vi khuẩn và điều trị bệnh lao da, mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực y học.

Niels Ryberg Finsen (1860-1904) và thiết bị đèn Finsen chiếu tia UV. Ảnh: Wellcome Collection
Niels Ryberg Finsen (1860-1904) và thiết bị đèn Finsen chiếu tia UV. Ảnh: Wellcome Collection

Tính chất diệt khuẩn của ánh sáng Mặt trời

Trong bài báo với tiêu đề “Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự phát triển của vi khuẩn” được công bố trên tạp chí Naturevào ngày 12/7/1877, các chuyên gia y tế công cộng Arthur Downes và Thomas P. Blunt là những người đầu tiên chứng minh một cách có hệ thốngrằng ánh sáng Mặt trời có khả năng tiêu diệt vi khuẩn trong dung dịch muối Pasteur.

Báo cáo của họ đã gây ra một làn sóng nghiên cứu mới về vấn đề này. John Tyndall, nhà vật lý là thành viên của Hội Hoàng gia Anh, đã mang các bình kín chứa dung dịch chiết xuất từ dưa chuột và củ cải lên dãy Alps. Ông phát hiện các bình tiếp xúc với ánh sáng Mặt trời cường độ mạnh không có dấu hiệu sinh sôi của vi khuẩn. Nhưng khi ông chuyển các bình đến một căn phòng ấm, vi khuẩn bắt đầu phát triển.Điều này khiến ông kết luận rằng ánh sáng Mặt trời chỉ ức chế sự phát triển của vi khuẩn chứ không tiêu diệt hoàn toàn chúng.

Trong hai thập kỷ tiếp theo, Downes và Blunt tiếp tục chứng minh rằng hiệu quả của ánh sáng trong việc vô hiệu hóa vi khuẩn phụ thuộc vào cường độ, thời gian và bước sóng ánh sáng.

Đèn Finsen điều trị bệnh lao da


Trải nghiệm cá nhân của Finsen với bệnh tật đã thúc đẩy ông nghiên cứu các đặc tính chữa bệnh của ánh sáng sau khi tốt nghiệp y khoa tại Đại học Copenhagen (Đan Mạch) vào năm 1890.Sau khi tốt nghiệp, ông đảm nhận công việc chuẩn bị mẫu vật cho các lớp học giải phẫu tại ngôi trường này, nhưng ông đã nghỉ việc vào năm 1893 để tập trung cho nghiên cứu của mình.

Khi ở độ tuổi 20, Finsen mắc bệnh Niemann-Pick, một rối loạn di truyền hiếm gặp ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa chất béo của cơ thể, với các triệu chứng ban đầu bao gồm thiếu máu và mệt mỏi. Trước khi qua đời vào năm 44 tuổi, ông thậm chí phải ngồi xe lăn. Bởi vì ông sống trong một ngôi nhà hướng về phía Bắc, ông tự hỏi liệu việc tiếp xúc nhiều hơn với ánh sáng Mặt trời có giúp ích cho việc điều trị bệnh hay không. Nhưng là một người học ngành y, ông cũng nghĩ rằng không nên áp dụng một lý thuyết nếu nó không dựa trên căn cứ khoa học. Vì vậy, ông quyết định thực hiện các nghiên cứu với ánh sáng Mặt trời và ánh sáng nhân tạo để giải đáp thắc mắc của mình.

Finsen bắt đầu bằng việc nghiên cứu tác động của ánh sáng Mặt trời lên côn trùng và động vật lưỡng cư. Ông xuất bản một số bài báo về vấn đề này vào các năm 1893 và 1894, nhưng ông nhanh chóng chuyển hướng nghiên cứu sang tia cực tím nhân tạo [hoặc tia UV]. Các tia này nằm ngoài dải quang phổ nhìn thấy được và gần với quang phổ màu xanh-tím.

Finsen nghĩ rằng nhiều tình trạng bệnh có thể cải thiện nhờ tia UV, chẳng hạn như bệnh đậu mùa, thương hàn, bệnh than và nhiều căn bệnh khác. Năm 1895, Finsen đã sử dụng phòng thí nghiệm của Công ty Copenhagen Electric Light Works (Đan Mạch) để thực hiện các nghiên cứu của mình. Một trong những kỹ sư của công ty tên là Niels Mogensen mắc bệnh lao da (lupus vulgaris), tình trạng bệnh dẫn đến các tổn thương biến dạng trên cổ và mặt, do cùng một loại vi khuẩn gây ra bệnh lao phổi gây nên. Sau khi đã thử các phương pháp điều trị bằng thuốc và phẫu thuật mà không hiệu quả, Mogensen đồng ý làm đối tượng thử nghiệm của Finsen. Chỉ sau bốn ngày điều trị bằng tia UV, tình trạng bệnh của Mogensen đã có sự cải thiện.

Finsen công bốkết quả thử nghiệm vào năm 1896 sau khi tiến hành thêm các thí nghiệm bổ sung trên 11 bệnh nhân khác cũng mắc bệnh lao da. Một số nhà phê bình nhận xét kích thước mẫu nghiên cứu quá nhỏ, nhưng Finsen phản bác rằng vì phương pháp điều trị của ông chỉ tập trung vào một khu vực da cụ thể trong thời gian cố định, nên mối liên hệ nguyên nhân–kết quả rất rõ ràng

Để thuận tiện hơn cho việc trị liệu, Finsen đã chế tạo một loại đèn điện hồ quang carbon gọi là “đèn Finsen”. Ban đầu, ông sử dụng thủy tinh thông thường làm thấu kính, nhưng sau đó thay thế bằng thấu kính thạch anh nóng chảy để giúp truyền tia UV đồng đều hơn. Một chiếc đèn Finsen có thể bao gồm từ bốn đến tám ống dẫn, mỗi ống trông giống như một chiếc kính viễn vọng. Các ống này có thể hướng tia UV tới nhiều bệnh nhân cùng lúc.

Khi tiến hành điều trị, cả bệnh nhân và bác sĩ đều phải đeo kính đen để bảo vệ mắt. Quá trình điều trị diễn ra hằng ngày, kéo dài từ 1 đến 2 giờ mỗi ngày. Các bệnh nhân lao da xuất hiện triệu chứng nhẹ có thể bình phục trong vài tuần, nhưng thời gian điều trị trung bình kéo dài khoảng bảy tháng.

Với sự giúp đỡ của thị trưởng thành phố Copenhagen (Đan Mạch) và một số nhà hảo tâm, Finsen đã thành lập Viện Ánh sáng Y khoa [sau này đổi tên thành Viện Finsen] để điều trị bệnh lao da. Vào ngày 12/8/1896, viện đã đón nhận hai bệnh nhân đầu tiên. Đến năm 1901, viện đã điều trị cho 804 bệnh nhân và tuyên bố tỷ lệ chữa khỏi khá ấn tượng, ở mức khoảng 83%. Trong vòng vài năm, Finsen đã thành lập tổng cộng 40 trung tâm điều trị tương tự tại châu Âu và Mỹ.

Năm 1903, Finsen được trao giải Nobel Y học về công trình nghiên cứu sử dụng ánh sáng cực tím (UV) tiêu diệt vi khuẩn và ứng dụng điều trị bệnh lao da. Ông đã quyên góp gần như toàn bộ tiền thưởng cho Viện Finsen và một viện điều dưỡng khác dành cho các bệnh nhân mắc bệnh tim và gan.

Không lâu sau, Bệnh viện Hoàng gia Londonbắt đầu sử dụng đèn Finsen để điều trị bệnh còi xương. Các hình thức trị liệu bằng ánh sáng khác – dựa trên ánh sáng Mặt trời và ánh sáng nhân tạo – cũng dần trở nên phổ biến, hỗ trợ điều trị bệnh rối loạn tuần hoàn, giãn tĩnh mạch, thể trạng yếu và một số căn bệnh khác.

Đến thập niên 1930, William F. Wells, một giảng viên tại Trường Y tế Công cộng Harvard (Mỹ), đã khởi xướng một hướng nghiên cứu mới, đó là tiêu diệt vi khuẩn trong môi trường trước khi chúng có cơ hội lây nhiễm cho bất kỳ ai. Ông cho rằng tia UV có thể loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh bay lơ lửng trong không khí bằng đèn cực tím và quá trình lưu thông không khí thích hợp. Nhờ đó, hệ thống thông gió tích hợp đèn UV đã được lắp đặt trong các trường học và doanh trại tại Mỹ với hy vọng kiểm soát sự lây lan của bệnh lao và bệnh sởi.

Sau này, các nhà khoa học cũng phát hiện đèn UV có khả năng khử trùng nước uống và tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt. Nhiều công ty bắt đầu sử dụng tia UV trong công nghệ xử lý nước sạch trên quy mô thương mại vào những năm 1950,và công nghệ này trở nên thịnh hành kể từ năm 1998 sau khi các nhà khoa học chứng minh tia UV có hiệu quả cao trong việc tiêu diệt động vật nguyên sinh kháng clo, chẳng hạn như giardia và cryptosporidium.

Theo IEEE Spectrum