Физиологическое влияние ультрафиолета
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. В.Н. ТАТИЩЕВА»
Биологический факультет
Кафедра биотехнологии,
зоологии и аквакультуры
Очная форма обучения
ДОКЛАД
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Направление 06.03.01 Биология
Направленность / профиль «Гидробиология и аквакультура»
Дьяченко Максим Геннадьевич
Научный руководитель:
к.б.н., доцент
Касимова Сауле Куаншевна
Астрахань – 2023
Наибольшей биологической активностью обладают ультрафиолетовые лучи. В естественных условиях самым пагубным источником ультрафиолетовых лучей является солнце.
Ультрафиолетовое излучение – это невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн от 400 до 10 нм.
Взаимодействия электромагнитных полей с биологическим объектом определяется следующими критериями:
- параметрами излучения (частотой или длиной волны, когерентностью колебания, скоростью распространения, поляризацией волны);
- физическими и биохимическими свойствами биологического объекта, как среда распространения электромагнитных полей
Чувствительность биологических систем к внешним электромагнитным полям зависит от диапазона частот и интенсивности излучений.
Практический интерес представляет отдельная часть УФ спектра, которую в соответствии с рекомендациями Международного конгресса по физиотерапии и фотобиологии условно разделяют на три области: УФЛ-А (от 400 до 315 нм), УФЛ-В (от 315 до 280 нм) и УФЛ-С (от 280 до 100 нм). (Рис. 1)
Рисунок 1. Подтипы ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовая радиация в значительном количестве имеется в солнечном спектре (до 9% солнечного светового потока), однако у поверхности Земли в нем отсутствует излучение с длинами волн менее 290 нм, и от всей УФЛ-В радиации до поверхности Земли доходит не более 0,1%- Причина этого в том, что оно сильно поглощается азотом в атмосфере и слоем озона в стратосфере на высоте 20–25 км. Если бы радиация УФЛ-В и УФЛ-С не поглощалась, то она привела бы к гибели всего живого на Земле. (Рис. 2) [3]
Рисунок 2. Абсорбция ультрафиолетового излучения озоновым слоем. По горизонтальной оси отложена концентрация озона в единицах Добсона (DU) на километр высоты. По вертикальной оси — высота в километрах.
В основе биологического действия УФ излучения лежат фотохимические процессы молекул биополимеров, которые возникают в организмах при поглощении верхними слоями тканей растений или кожи животных и человека падающего излучения.
В зависимости от интенсивности и длины волны УФ излучение действует двояко на живые организмы. С одной стороны, малые дозы УФ облучения оказывают благотворное влияние на человека и животных, способствуя образованию витаминов группы D. С другой стороны, УФ облучение оказывает вредное (губительное) действие на живые организмы.
Учитывая большую энергию квантов УФ излучения и их способность вызывать деструкцию молекулярных и межмолекулярных связей, а также непосредственное влияние на внутриклеточные ткани с образованием радикалов. УФ лучи представляют серьезную опасность для клетки живого организма. Большие дозы УФ излучения могут вызывать ожоги кожи и канцерогенные реакции, повреждения глаз и другие нежелательные процессы. Кванты УФ диапазона непосредственно влияют на синтез пигментов, активность ферментов и гормонов, интенсивность процессов фотосинтеза. УФ излучение больших доз оказывает губительное воздействие на микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений.
УФ лучи с длиной волны 0,24 – 0,28 мкм особенно сильно оказывает летальное и мутагенное действие, так как этот спектр совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот ДНК и РНК. При поглощении кванта УФ диапазона происходит химическое изменение ДНК за счет образования димеров, которые препятствуют нормальному удвоению ДНК в процессе деления клетки. Это приводит к гибели клетки или изменению ее наследственных свойств, т.е. образованию мутаций. [5]
Дополнительно возможен процесс повреждению УФ излучения биологических мембран и последующего нарушения синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.
Большинство живых клеток обладает способностью восстанавливаться от повреждений, вызванных УФ излучением. Способность к выживанию в условиях сильной солнечной радиации на ранних стадиях эволюции у разных биологических объектов разная. Чувствительность разных клеток к УФ излучению резко отличается.
Мутация некоторых генов существенным образом влияют на чувствительность клеток к УФ излучению. Некоторые гены увеличивают чувствительность к УФ излучению, а некоторые мутации генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран. [1]
По статистике Cancer Research Uk Число случаев заболевания раком кожи увеличилось более чем в два раза по сравнению с началом 80-х годов ХХ века, ежегодно от рака кожи умирают более 2 000 человек. Согласно ВОЗ Ежегодно диагностируется примерно от 2 до З миллионов случаев немеланомных раковых заболеваний кожи (например, базальноклеточная и плоскоклеточная карцинома), а также ежегодно в мире регистрируется примерно 130 000 случаев заболеваний злокачественной меланомой. Следует сказать, что УФ-излучения могут подавлять клеточный иммунитет, увеличивая тем самым риск возникновения инфекционных болезней и ограничивая эффективность вакцинаций.
Однако стоит выделить то что ультрафиолетовое излучение применяют в медицине.
1. Нормализация газотранспортной функции, кислотно-основного состояния, реологических свойств крови, она обусловлена поглощение тканями УФ-излучения с достаточно высоким уровнем энергии, что приводит к появлению морфологических изменений в виде процессов фотолиза и денатурации белков при облучении СУФ и КУФ-лучами.
2. Нормализация протеолитической и антиоксидантной активности крови под влиянием УФ-облучения основана на повышении ферментативной активности ряда энзимов. Активация ферментативных реакций приводит к выделению биологически активных веществ (кининов, простагландинов, ацетилхолина), которые дополнительно оказывают сосудорасширяющий эффект.
3. Десенсибилизирующее действие достигается повторным воздействие ультрафиолета, которые приводят к снижению содержания гистамина, а главное – к выраженному повышению гистаминопектического индекса (показатель способности организма инактивировать гистамин.
4. Анальгезирующие действие обусловлено преобразованиями нервных рецепторно-эффекторных структур кожи, способствующих изменению кожной чувствительности под влиянием эритемных доз УФ-излучения.
5. Активация факторов неспецифической резистентности и коррекция клеточного и гуморального иммунитета под влиянием КУФ-облучения крови основаны на усилении выработки интерферона, лизоцима, активации системы комплемента, фагоцитарной активности лейкоцитов, увеличении титра иммуноглобулинов и ряда других показателей.
6. Витаминообразующее действие подразумевает образование холекальциферола – витамина D3, который образуется в результате ряда фотобиологических реакций под влиянием поглощения УФ-излучения, преимущественно длинноволнового спектра. [4]
Воздействие ультрафиолетового излучения на растения отличается от животных, так как растениям необходим свет для жизнедеятельности. Каждому участку спектра света специализирована собственная роль в жизнедеятельности растений. Ультрафиолетовое излучение менее 280 нм считается для растений гибельным. От 10–15 минут подобного влияния утрачивают структуру растительные белки и прекращают деятельность клетки. Внешне это проявляется в побурении и пожелтении листьев, скручивании стеблей и отмирании точек роста.
Длинные ультрафиолетовые лучи (315–380 нм) нужны для роста и обмена веществ растений. Они удерживают вытягивание стеблей, увеличивают содержание витамина C и других. Средние лучи (280–315 нм) воздействуют подобно сниженных температур, способствуя процессу закаливания растений и увеличивая их холодостойкость. [2]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Редько Д. В. Влияние солнечных лучей на организм человека // материалы международной научно–практической конференции студентов и аспирантов, Омск 2019 -345 с.
Мешкова А. В. Влияние УФ излучения на рост, развитие и урожай огурца; выпускная квалификационная работа; Челябинск 2017 – 58 с.
Мейер, А., Зейтц, Э. Ультрафиолетовое излучение // М.: Наука, 1982 - 63 с.
Маркевич П.С., Алехнович А.В., Кисленко А.М. Есипов А.А. Применение ультрафиолетового излучения в современной медицине // Лечебно-профилактические вопросы, 2019 – 36 с.
Галанин, Н. Ф. УФ энергия и ее гигиеническое значение // М.: Знание, 1991 - 45 с.
ГЛОССАРИЙ
Электромагнитное излучение — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.
Спектр — множество значений физической величины, или распределение их, согласно определённому параметру (например, значений энергии, частоты или массы).
Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением.
Когерентность нескольких колебательных или волновых процессов (в физике) — согласованность этих процессов во времени, проявляющаяся при их сложении.
Атмосфера — это газовая (воздушная) оболочка Земли.
Озон — состоящая из трёхатомных молекул O3, аллотропная модификация кислорода.
Стратосфера, слой атмосферы, лежащий между тропосферой и мезосферой на высотах от 7–16 км до 50–55 км над уровнем моря.
Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин.
Витамины — группа органических соединений разнообразной химической природы, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи.
Квант — неделимая часть какой-либо величины в физике.
Деструкция — разрушение клеток и тканей в ходе жизнедеятельности организма или после его смерти.
Синтез — процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.
Пигменты — окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов.
Ферменты, или энзимы — обычно сложные белковые соединения, РНК или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах.
Гормоны — биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь, связывающиеся с рецепторами клеток-мишеней и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.
Фотосинтез — сложный химический процесс преобразования энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов.
ДНК — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.
Мутация — стойкое изменение генома.
Меланома — злокачественная опухоль, развивающаяся из меланоцитов — пигментных клеток, продуцирующих меланины.
Иммунитет — способность организма поддерживать свою биологическую индивидуальность путём распознавания и удаления чужеродных веществ и клеток.
Фотолиз — химическая реакция, при которой молекулы химических соединений разлагаются под действием фотонов.
Денатурация белков — изменение нативной конформации белковой молекулы под действием различных дестабилизирующих факторов.
Десенсибилизирующие средства — лекарственные препараты, снижающие повышенную чувствительность организма к аллергенам.
Белки — сложные высокомолекулярные органические вещества, состоящие из L-аминокислот, соединенных пептидной связью в цепочку.