lekii_gigina / Лекция_излучения

12

ЛЕКЦИЯ

Тема: Солнечная радиация, ее общебиологическое и гигиеническое значение.

Человек живет в мире излучений. Различные излучения являются обязательным и необходимым фактором существования всего живого на земле. Излучения являются важнейшим фактором окружающей человека среды, оказывают существенное воздействие на эволюцию, индивидуальное развитие, здоровье, самочувствие всех без исключения людей, вне зависимости от национальной, территориальной, профессиональной принадлежности. Поэтому излучения, прежде всего ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, являются предметом изучения гигиены, как медицинской профилактической дисциплины. (Здесь мы не рассматриваем другие виды излучений – гамма-, рентгеновское, микроволновое, радиочастотное и др., которые будут рассмотрены в разделах радиационной и промышленной гигиены).

Излучение – это свойство материи. Источником излучения является любое тело, нагретое выше абсолютного нуля (- 273⁰ C). Для процессов, происходящих на Земле (физических, химических, биологических) важнейшее значение имеет излучение Солнца. Из этого источника Земля получает около 99% энергии.

Суммарная энергия солнечного излучения не постоянна во времени и зависит от солнечной активности. Солнечная активность – это явления, наблюдаемые на солнце – образование солнечных пятен, солнечных факелов, вспышек на солнце, возмущений в солнечной короне. Солнечная активность подчинена определенным закономерностям, в частности, 11-летним, 33-летним и вековым циклам. Это – солнечные циклы.

Еще в древности люди обратили внимание на цикличность стихийных бедствий, природных катастроф, эпидемий и т.д. Однако только в 30-е годы XX века Александр Леонидович Чижевский, поставивший задачу выяснить зависимость циклической активности солнца с возникновением эпидемий, проанализировал в хронологическом аспекте крупные эпидемии пандемии чумы, начиная с 430 года до нашей эры и заканчивая 1899 годом. Он установил совпадение по времени периодов активности Солнца со вспышками чумных эпидемий. Аналогичные совпадения установлены и для эпидемий холеры (по статистике распространения холеры в России с 1830 по 1923 годы). Подобная корреляция (соответствие) установлена и для других эпидемий и вспышек заболеваний, а также для гелиометеотропных реакций. Например, отмечается взаимозависимость между повышением солнечной активности (11-летние циклы) и ростом числа заболеваний раком кожи.

Вывод: биосфера Земли есть прямое порождение солнечного тепла и света. Человек – часть биосферы, поэтому он находится в прямой зависимости от такого базового фактора внешней среды, как Солнце. Поэтому для врачей всех специальностей, особенно лечебного профиля, необходимо изучение и прогнозирование данного фактора. Кстати, периоды максимальной солнечной активности приходились на 1968, 1979/80, 1991, 2001/2002 годы. Высокий уровень солнечной активности прогнозируется и на 2003 год.

Под солнечной радиацией понимают испускаемый солнцем интеграль­ный поток радиации. Солнечная радиация является источником света и тепла, ей обязана своим существованием вся органическая жизнь на Земле.

С физической точки зрения солнечная энергия представляет собой поток электромагнитных излучений, характеризующийся различной длиной волны. Спектральный состав излучения солнца колеблется в широком диапазоне - от километровых радиоволн до волн длинной в десятые доли нм (нанометра)

Вследствие поглощения, отражения и рассеяния лучистой энергии в ми­ровом пространстве на поверхности Земли солнечный спектр ограничен, осо­бенно в его коротковолновой части.

Если на границе земной атмосферы ультрафиолетовая часть солнечного спектра составляет 5%, видимая часть—52%, инфракрасная часть—43%, то у поверхности земли состав солнечной радиации иной: ультрафиолетовая часть - 1%, видимая - 40%, а инфракрасная часть - 59%

В пределах атмосферы состав излучения претерпевает значительные из­менения за счет поглощения и рассеяния. Активнее всего рассеиваются коротковолновые лучи: голубые, фио­летовые и ультрафиолетовые. Причина этого заключена в форме, величине и плотности распределения частиц атмосферы, которые изменяются в простран­стве и во времени. Газы, постоянно входящие в состав атмосферы, вода и пыль избирательно поглощают излучение в отдельных, довольно узких, участках спектра: азот поглощает небольшие количества ультрафиолетового излучения, большую роль в этом играет кислород, интенсивно поглощающий более корот­кие составляющие ультрафиолетового излучения; еще большее значение имеет озон, который поглощает излучение в полосе длин волн ниже 290-300 нм.

В поглощении длинноволнового (инфракрасного) излучения наиболее ак­тивную роль играют пары воды, оксид углерода (IV) и в меньшей степени озон. Значительную роль в ослаблении солнечного излучения играют частицы пыли, образующие аэрозоли. В результате действия всех перечисленных факторов спектр излучения, достигающего поверхности Земли, приобретает довольно сложный вид.

В термическом смысле атмосфера является защитной оболочкой для Зем­ли. Это явление за­держивания и последующего возврата атмосферой значительной части длинно­волнового излучения Земли известно под названием тепличного эффекта. Те­пличный эффект существенным образом влияет на тепловой баланс Земли, вследствие чего ее тепловые потери значительно уменьшаются. Благодаря этому средняя температура поверхности Земли составляет 15°С, тогда как при отсутствии вторичного излучения атмо­сферы она бы составила -23 °С.

Солнечная радиация является мощным лечебным и профилактическим фактором. Она оказывает воздействие на все физиологические процессы в ор­ганизме, изменяя обмен веществ, общий тонус и работоспособность.

Реакции организмов зависит от типа излучения, от длины электромагнит­ных волн, от поглощения этих волн тканями. Действие излучения связано непо­средственно с квантами энергии, проникающими внутрь клеток. Кванты энер­гии, не превосходящие одного электрон-вольта, не изменяют химических свойств молекул, а вызывают лишь их колебания, в результате чего энергия из­лучения преобразуется в тепловую. Кванты с большой энергией, особенно пре­вышающие 5 эВ, могут вызвать перемещения или даже отрыв электронов или протонов от химических соединений и тем самым разрывать химические связи в молекулах. Величина кванта энергии излучения зависит от длины электро­магнитной волны.

Самые короткие волны — ультрафиолетовые, имеют максимальную энергию 5 — 100 эВ, излучение видимого света — 1 — 5 эВ, а инфракрасное излучение — самое слабое с энергетической точки зрения (энергия фотонов – менее 1 Эв)

Ультрафиолетовая часть солнечного спектра

Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиоле­товая часть солнечного спектра, которая у поверхности земли представлена потоком волн в диапазоне от 290 до 400 нм. Интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности земли непостоянна и зависит от широты местности, времени года, состояния погоды, степени прозрачности атмосферы. При облач­ной погоде интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности земли может снижаться на 80%; за счет запыленности атмосферного воздуха эта потеря составляет до 50%.

Ультрафиолетовые лучи, попадая на кожу с ее обширной рецепторной поверхностью, не только вызывают местные сдвиги в коллоидном состоянии клеточных и тканевых белков, но и рефлекторным путем влияют на весь орга­низм. Под действием ультрафиолетовых лучей в коже вследствие ферментативного расщепления денатурированного и коагулированного белков образуются продукты расщепления белковых молекул типа гистамина, холина и др. Являясь неспецифическим стимулятором физиологических функций, ультрафиолетовые лучи оказывают благоприятное влияние на белковый, жиро­вой, углеводный и минеральный обмены. Облучение ультрафиолетовыми лучами вызывает сдвиги также в иммунобиологическом состоянии организма, способствует усилению реакции фагоцитоза, что приводит к повышению защитных сил.

До появления антибиотиков с помощью УФИ лечили некоторые формы кожного туберкулеза и кожных инфекционных болезней. В настоящее время лечение с помощью УФИ ограничивается лечением кожных болезней, таких, как псориаз, угри, атопический дерматит и рецидивирующий фурункулез.

УФИ подразделяют на 3 основных компонента, оказывающих различное биологическое воздействие: УФ-А с длиной волн 400—320 нм (синонимы: длинноволновое УФИ, ближнее УФИ); УФ-В—с длиной волн 320—280 нм (синонимы: средневолновое УФИ, загарная радиация); УФ-С—от 280 до 200 нм (синонимы: коротковолновое УФИ, бактерицидная радиация). Волны <200 им не оказывают существенного биологического воз­действия, так как радиация этого диапазона («вакуумное УФИ») поглощается в атмосферном воздухе.

Кроме общебиологического влияния на все системы и органы, УФ-излучение оказывает и специфическое действие, свойственное определенному диапазону волн. Известно, что ультрафиолетовая радиация с диапазоном волн от 400 до 320 нм вызывает эритемно-загарное действие (область А, УФ-А), с диапазоном волн от 320 до 275 нм — антирахитическое и слабобактерицид­ное действие (область В, УФ-В), а коротковолновая ультрафиолетовая радиа­ция с диапазоном волн от 275 до 180 нм (область С, УФ-С) оказывает повре­ждающее действие на биологическую ткань (Но по данным ВОЗ, воздействие области УФ-С (длина волн 200—280 нм) на кожные покровы и органы зрения вызывает неприятные ощущения, но не причиняет серьезного ущерба. По тем же данным, излучение УФ-В (280—320 им) оказывает весьма вредное воздей­ствие на живые организмы - основная причина рака кожи, что же касается био­логического воздействия излучения УФ-А (320—400 нм), то оно может усилить биологическое воздействие УФ-В, а дозы УФ-А, которые сами по себе не ока­зывают биологического влияния, в совокупности с определенными химически­ми веществами могут вызывать повреждение тканей (фототоксичность, фото­аллергия, активизация фотоканцерогенеза).

Из всего спектра ультрафиолетовой радиации у поверхности земли наи­больший удельный вес имеет ультрафиолетовая радиация, оказывающая эритемно-загарное действие (УФ-А: 320—400 нм). Ультрафиолетовая эритема об­ладает рядом особенностей по сравнению с эритемой, полученной от ин­фракрасной радиации. Так, ультрафиолетовая эритема имеет строго очерченные контуры, ограничивающие участок воздействия ультрафиолетовых лучей, возникает по прошествии некоторого инкубационного периода и, как правило, переходит в загар. Эритема же от инфракрасной тепловой радиации появляется тотчас после ее воздействия, имеет размытые края и в загар не переходит.

Механизм возникновения ультрафиолетовой эритемы недостаточно изучен. Полагают, что он связан с сосудорасширяющим эффектом гистамина и гистаминоподобных веществ, образующихся при ультрафиолетовом облучении.

Самой мягкой формой солнечной эритемы, больше известной под назва­нием «солнечного ожога», является покраснение кожи, которое появляется че­рез 1—6 ч после воздействия эритемогенного УФИ и постепенно уменьшается через 1—3 дня. Более тяжелые формы эритемы выражаются в воспалении ко­жи, появлении волдырей, и шелушении; это сопровождается потемнением кожи, которое становится заметным после 2—3 дней облучения.

Естественная защита от ультрафиолетового излучения, вызываю­щего эритему (Меланин)

Потемнение кожи в процессе и в результате солнечного воздействия яв­ляется одним из важнейших защитных механизмов кожи от дальнейшего повреждения ультрафиолетовыми лучами.

Меланин действует в качестве нейтрального фильтра интенсивности и уменьшает количество радиации, которая может достигнуть нижнего слоя ко­жи, содержащего жизнеспособные кератиноциты, или проникнуть в дерму и поразить кровеносные сосуды. С увеличением пигментации увеличивается и доза УФИ, необходимая для развития эритемы.

Солнечный эластоз и другие дермалъные последствия

Солнечные лучи оказывают на кожу разнообразное воздействие, и одним из наиболее важных из них с клинической и косметической точки зрения явля­ется старение. Заметными простым глазом изменениями в нарушенной коже являются появление сухости, огрубление, появление морщин и различные пиг­ментные изменения. У пожилых и даже у некоторых молодых светлокожих людей часто наблюдается резкая разница между обнаженными кожными поверх­ностям, и участками, защищенными одеждой.

Ультрафиолетовая радиация в диапазоне волн от 320 до 275 нм оказывает специфическое антирахитическое действие, что проявляется в участии ульт­рафиолетовой радиации этого диапазона в синтезе витамина D.

В странах, крупные группы населения которых живут в арктических ус­ловиях, длительная недостаточность УФИ может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма. Отсутствие солнечной радиации может привести к развитию патологического состояния, известного как «световое голодание». (Механизм этого следующий: эффектом УФ-облучения кожи является преобра­зование 7-дегидрохолестерина в витамин D₃. Но длительное ограничение или полное отсутствие воздействия радиации на кожу человека делает невозможной естественную активацию витамина D. Наиболее частым проявлением этого заболевания («свето­вого голодания») является нарушение минерального (фосфорно-кальциевого) обмена и развитие и рахита у детей, что сопрово­ждается резким снижением сопротивляемости организма и делает его уязвимым по отношению к неблагоприятным условиям окружающей среды. Страдает также нервная система, парен­химатозные органы и система кроветворения, снижаются окислительно-восстановительные процессы, нарушается стойкость капилляров, уменьшается работоспособность и сопротивляемость факторам внешней среды. У детей, как говорилось, возникает рахит, у взрослых нарушение фосфорно-кальциевого обмена на почве гиповитаминоза D выражается в плохом срастании костей при переломах, ослаблении связочного аппарата суставов, в быстрой разрушаемости эмали зубов.

Как уже говорилось, ультрафиолетовая радиация антирахитического спектра действия относится к коротковолновой радиации, вследствие чего наи­более легко поглощается и рассеивается в условиях интенсивного загрязнения атмосферного воздуха. В связи с этим жители промышленных городов, где атмосферный воздух загрязняется выбросами промышленных предприятий, также испытывают «ультрафиолетовое голодание». Недостаточность естественного ультрафиоле­тового излучения испытывают и рабочие угольной и горнорудной промышлен­ности, лица, работающие в темных помещениях, и т. д. Для восполнения недос­таточности естественного солнечного облучения необходимо до­полнительно облучать этих людей искусственными источни­ками ультрафиолетовой радиации.

Большое общебиологическое значение имеет бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей. Под влиянием естественного ультрафиолетового об­лучения бактерицидного спектра происходит санация воздушной среды, во­ды, почвы. Бактерицидным эффектом обладают лучи с короткой длиной от 275—180 нм, максимум этого эффекта приходится на волны в диапазоне от 253,7 до 265,4 нм. Слабое бактерицидное действие оказывает солнечная радиа­ция в диапазоне волн от 280 до 310 нм.

Эффективность бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей, до­ходящих до поверхности земли, снижена, так как диапазон волн ультрафиоле­товой радиации этого вида действия ограничен длиной 290— 291 нм.

Под влиянием ультрафиолетового облучения в теле бактерий происходят фотохимические процессы, которые приводят к коллоидно-химическим изме­нениям, влекущим за собой деструктивные изменения и гибель бактерий.

Разные группы бактерий обладают различной чувстви­тельностью к ультрафиолетовому облучению. Кишечная палочка и стафилококк погибают при ультрафиолетовом облучении в течение 45 минут, а возбудитель брюшного тифа — в течение 60 минут.

Бактерицидный эффект ультрафиолетовой радиации используется с прак­тическими целями. Для этого применяются бактерицидные лампы, дающие поток лучей бактерицидного спектра. Таким образом проводится са­нация воздушной среды в операционных, микробиологических боксах, поме­щениях для приготовления стерильных лекарств и т. д. Бактерицидные лампы могут применяться для обеззараживания молока, безалкоголь­ных напитков, что увеличивает сроки хранения продуктов и их свежесть.

Бактерицидное действие искусственного ультрафиолетового излучения используется также для обеззараживания питьевой воды, что наряду с высокой эффективностью обеззараживания (99,8%) имеет ряд положительных свойств. При этом не изменяются органолептические свойства воды, в нее не вносятся посторонние химические вещества.

Кроме уже упомянутых видов повреждающего действия УФ-спектра на организм необходимо отметить и такие, как поражением глаз при воздействии ультрафиолетовых лучей, следствием чего является фотоофтальмия. В этих случаях возникают гиперемия и отек конъюнктивы, появляются блефароспазм, слезотечение и светобоязнь. Подобные поражения наиболее часты при отраже­нии лучей солнца от поверхности снега в арктических и высокогорных районах («снеговая слепота»). Отрицательное хроническое воздействие на органы зре­ния выражается в развитии плоскоклеточного рака конъюнктивы и в ряде случаев катаракты.

Видимая часть солнечного спектра

Видимая часть солнечного спектра занимает диапазон волн от 400 до 760 нм.

Видимый свет оказывает значительное общебиологическое действие. Это проявляется не только в специфическом воздействия на функции зрения, но и в определенном влиянии на функциональное состояние центральной нервной системы и через нее на все органы и системы организма. Организм реагирует не только на ту или иную степень освещенности, но и на цветовую гамму солнечного света.

Уже в 1878 г. Н. Г. Введенский отметил повышенную возбудимость лап­ки лягушки на освещенной стороне. В. М. Бехтерев в 1916 г. установил успо­каивающее действие голубого и возбуждающее действие красного цвета на больных с психическими расстройствами.

Особое гигиеническое значение света заключается в его влиянии на функции зрения.

При низкой освещенности быстро наступает зрительное утомление и снижается работоспособность. Например, при 3-часовой зрительной работе и освещенности 30—50 лк (люкс) устойчивость ясного видения снижается на 37%, а при освещенности 100—200 лк только на 10—15%, Поэтому гигиеническое норми­рование уровней освещенности рабочих мест устанавливается в соответствии с физиологическими особенностями зрительных функций. Создание достаточно­го уровня естественной освещенности в помещениях имеет большое гигиениче­ское значение.

В естественном освещении помещений играет роль не только прямое солнечное облучение, но и рассеянный свет от небосвода и земной поверхно­сти.

Инфракрасное излучение

Наряду с ультрафиолетовым излучением в состав солнечного спектра входит инфракрасное излучение, которое оказывает на организм тепловое воздействие.

По биологической активности инфракрасные лучи делятся на коротко­волновые с диапазоном волн от 760 до 1400 нм и длинноволновые с диапазо­ном волн от 1500 до 25000 нм. Воздействие инфракрасных лучей на организм в значительной мере определяется степенью их поглощения кожей.

Поглощение инфракрасных лучей кожей определяется длиной волны. Лучи с длиной волны от 1500 до 3000 нм поглощаются поверхностным слоем кожи, лучи с длиной волны 1000 нм проходят через эпидермис; более короткие инфракрасные лучи достигают подкожной клетчатки. Проникая менее глубоко, длинноволновая инфракрасная радиация вызывает ощущение жжения кожи. Коротковолновые инфракрасные лучи проникают в более глубокие слои кожи; при этом ощущение тепла менее выражено, хотя поражающий эффект может быть сильнее.

Детально изучено проникание инфракрасного излучения в среде глаза. Лучи с длиной волны 1500—1700 нм достигают роговицы и передней камеры, более короткие лучи с длиной волны 1300 нм проникают до хрусталика. Корот­кие инфракрасные лучи проходят через мозговую оболочку и воздействуют на рецепторы мозга.

При длительном облучении инфракрасной радиацией повышается темпе­ратура ткани легких, головного мозга, почек и мышц. Облучение инфракрасными лучами влияет на иммунобиологическую реактивность организма, что в первую очередь отражается на состоянии фагоцитарной активности лейкоци­тов.

Наиболее выраженное неблагоприятное воздействие инфракрасной ра­диации наблюдается в производственных условиях, где мощность излучения может во много раз превышать уровень инфракрасной радиации в естественных условиях. У рабочих горячих цехов, стеклодувов и других, имеющих контакт с мощными потоками инфракрасной радиации, понижается электрическая чув­ствительность глаз, увеличивается скрытый период зрительной реакции, осла­бевает условно-рефлекторная реакция сосудов. Инфракрасная радиация при длине волны менее 1400 нм вызывает тяжелые изменения роговицы в виде ка­таракты.