Примеры ультрафиолетового излучения. Лечебное применение ультрафиолетового излучения
Наибольшей биологической активностью обладают ультрафиолетовые лучи. В естественных условиях мощным источником ультрафиолетовых лучей является солнце. Однако лишь длинноволновая его часть достигает земной поверхности. Более коротковолновая радиация поглощается атмосферой уже на высоте 30-50 км от поверхности земли.
Наибольшая интенсивность потока ультрафиолетовой радиации наблюдается незадолго до полудня с максимумом в весенние месяцы.
Как уже указывалось, ультрафиолетовые лучи обладают значительной фотохимической активностью, что широко используется в практике. Ультрафиолетовое облучение применяется при синтезе ряда веществ, отбеливании тканей, изготовлении лакированной кожи, светокопировании чертежей, получении витамина D и других производственных процессах.
Важным свойством ультрафиолетовых лучей является их способность вызывать люминесценцию.
При некоторых процессах имеет место воздействие на работающих ультрафиолетовых лучей, например электросварка вольтовой дугой, автогенная резка и сварка, производство радиоламп и ртутных выпрямителей, литье и плавка металлов и некоторых минералов, светокопировка, стерилизация воды и т. д. Этому же воздействию подвергаются медицинский и технический персонал, обслуживающий ртутно-кварцевые лампы.
Ультрафиолетовые лучи обладают способностью изменять химическую структуру тканей и клеток.
Длина волны ультрафиолетового излучения
Биологическая активность ультрафиолетовых лучей различной длины волны неодинакова. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 400 до 315 mμ . оказывают относительно слабое биологическое действие. Лучи с меньшей длиной волны отличаются большей биологической активностью. Ультрафиолетовые лучи длиной 315-280 mμ оказывают сильное кожное и антирахитическое действие. Особенно большой активностью обладает излучение с длиной волн 280-200 mμ . (бактерицидное действие, способность активно воздействовать на тканевые белки и липоиды, а также вызывать гемолиз).
В производственных условиях имеет место воздействие ультрафиолетовых лучей с длиной волны от 36 до 220 mμ ., т. е. обладающих значительной биологической активностью.
В отличие от тепловых лучей, основным свойством которых является развитие гиперемии в участках, подвергшихся облучению, действие на организм ультрафиолетовых лучей представляется значительно более сложным.
Ультрафиолетовые лучи относительно мало проникают через кожу и их биологическое действие связано с развитием многих нейрогуморальных процессов, обусловливающих сложный характер влияния их на организм.
Ультрафиолетовая эритема
В зависимости от интенсивности источника света и содержания в его спектре инфракрасных или ультрафиолетовых лучей изменения со стороны кожи будут неодинаковыми.
Воздействие ультрафиолетовых лучей на кожу вызывает характерную реакцию со стороны сосудов кожи - ультрафиолетовую эритему. Ультрафиолетовая эритема существенно отличается от тепловой эритемы, вызванной инфракрасным облучением.
Обычно при применении инфракрасных лучей выраженных изменений со стороны кожи не наблюдается, так как возникающее чувство жжения и боль препятствуют длительному воздействию этих лучей. Эритема, развивающаяся в результате действия инфракрасных лучей, возникает непосредственно после облучения, является нестойкой, держится недолго (30-60 минут) и носит главным образом гнездный характер. После длительного воздействия инфракрасных лучей появляется бурая пигментация пятнистого вида.
Ультрафиолетовая эритема появляется после облучения вслед за некоторым латентным периодом. Этот период колеблется у разных людей от 2 до 10 часов. Продолжительность латентного периода ультрафиолетовой эритемы находится в известной зависимости от длины волны: эритема от длинноволновых ультрафиолетовых лучей появляется позднее и держится дольше, чем от коротковолновых.
Эритема, вызванная ультрафиолетовыми лучами, имеет ярко-красную окраску с резкими границами, точно соответствующими участку облучения. Кожа становится несколько отечной и болезненной. Наибольшего развития эритема достигает через 6-12 часов после появления, держится в течение 3-5 дней и постепенно бледнеет, приобретая коричневый оттенок, причем происходит равномерное и интенсивное потемнение кожи вследствие образования в ней пигмента. В некоторых случаях в период исчезновения эритемы наблюдается небольшое шелушение.
Степень развития эритемы зависит от величины дозы ультрафиолетовых лучей и индивидуальной чувствительности. При прочих равных условиях, чем больше доза ультрафиолетовых лучей, тем интенсивнее воспалительная реакция кожи. Наиболее выраженная эритема вызывается лучами с длинами волн около 290 mμ . При передозировке ультрафиолетового облучения эритема приобретает синюшный оттенок, края эритемы становятся расплывчатыми, облученный участок отечен и болезнен. Интенсивное облучение может вызвать ожог с развитием пузыря.
Чувствительность различных участков кожи к ультрафиолету
Кожные покровы живота, поясницы, боковых поверхностей грудной клетки обладают наибольшей чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Наименее чувствительна кожа кистей рук и лица.
Лица с нежной, слабопигментированной кожей, дети, а также страдающие базедовой болезнью и вегетативной дистонией обладают большей чувствительностью. Повышенная чувствительность кожи к ультрафиолетовым лучам наблюдается весной.
Установлено, что чувствительность кожи к ультрафиолетовым лучам может изменяться в зависимости от физиологического состояния организма. Развитие эритемной реакции зависит в первую очередь от функционального состояния нервной системы.
В ответ на ультрафиолетовое облучение в коже образуется и откладывается пигмент, являющийся продуктом белкового обмена кожи (органическое красящее вещество - меланин).
Длинноволновые ультрафиолетовые лучи вызывают более интенсивный загар, чем коротковолновые. При повторном ультрафиолетовом облучении кожа становится менее восприимчивой к этим лучам. Пигментация кожи развивается нередко и без предварительно видимой эритемы. В пигментированной коже ультрафиолетовые лучи не вызывают фотоэритемы.
Положительное влияние ультрафиолета
Ультрафиолетовые лучи понижают возбудимость чувствительных нервов (болеутоляющее действие) и оказывают также антиспастическое и антирахитическое действие. Под влиянием ультрафиолетовых лучей происходит образование очень важного для фосфорно-кальциевого обмена витамина D (находящийся в коже эргостерин превращается в витамин D). Под воздействием ультрафиолетовых лучей усиливаются окислительные процессы в организме, увеличивается поглощение тканями кислорода и выделение углекислоты, активируются ферменты, улучшается белковый и углеводный обмен. Повышается содержание кальция и фосфатов в крови. Улучшаются кроветворение, регенеративные процессы, кровоснабжение и трофика тканей. Расширяются сосуды кожи, снижается кровяное давление, повышается общий биотонус организма.
Благоприятное действие ультрафиолетовых лучей выражается в изменении иммунобиологической реактивности организма. Облучение стимулирует выработку антител, повышает фагоцитоз, тонизирует ретикулоэндотелиальную систему. Благодаря этому повышается сопротивляемость организма к инфекциям. Важное значение в этом отношении имеет дозировка облучения.
Ряд веществ животного и растительного происхождения (гематопорфирин, хлорофилл и т. д.), некоторые химические препараты (хинин, стрептоцид, сульфидин и т. д.), особенно флуоресцирующие краски (эозин, метиленовая синька и т. д.), обладают свойством повышать чувствительность организма к свету. В промышленности у лиц, работающих с каменноугольной смолой, отмечаются заболевания кожи открытых частей тела (зуд, жжение, краснота), причем эти явления исчезают по ночам. Это связано с фотосенсибилизирующими свойствами содержащегося в каменноугольной смоле акридина. Сенсибилизация имеет место преимущественно в отношении видимых лучей и в меньшей степени в отношении ультрафиолетовых лучей.
Большое практическое значение имеет способность ультрафиолетовых лучей убивать различные бактерии (так называемое бактерицидное действие). Это действие особенно интенсивно выражено у ультрафиолетовых лучей с длинами волн менее (265 - 200 mμ). Бактерицидное действие света связано с влиянием на протоплазму бактерий. Доказано, что после ультрафиолетового облучения митогенетическое излучение в клетках и крови повышается.
По современным представлениям, в основе действия света на организм лежит главным образом рефлекторный механизм, хотя большое значение придается и гуморальным факторам. Особенно это относится к действию ультрафиолетовых лучей. Нужно также иметь в виду возможность действия видимых лучей через органы зрения на кору и вегетативные центры.
В развитии эритемы, вызванной светом, существенное значение придается влиянию лучей на рецепторный аппарат кожи. При воздействии ультрафиолетовых лучей в результате распада белков в коже образуются гистамин и гистаминоподобные продукты, которые расширяют кожные сосуды и повышают их проницаемость, что ведет к гиперемии и отечности. Образующиеся в коже при воздействии ультрафиолетовых лучей продукты (гистамин, витамин D и др.) поступают в кровь и вызывают те общие сдвиги в организме, которые имеют место при облучении.
Таким образом, развивающиеся в облученном участке процессы ведут нейрогуморальным путем к развитию общей реакции организма. Эта реакция определяется главным образом состоянием высших регулирующих отделов центральной нервной системы, которое, как известно, может меняться под влиянием различных факторов.
Нельзя говорить о биологическом действие ультрафиолетового облучения вообще, вне зависимости от длины волны. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение вызывает денатурацию белковых веществ, длинноволновое - фотолитический распад. Специфическое действие разных участков спектра ультрафиолетового излучения выявляется главным образом в начальной стадии.
Применение ультрафиолетового излучения
Широкое биологическое действие ультрафиолетовых лучей дает возможность в определенных дозах использовать их для профилактических и лечебных целей.
Для ультрафиолетового облучения пользуются солнечным светом, а также искусственными источниками облучения: ртутно-кварцевыми и аргонортутно-кварцевыми лампами. Спектр излучения ртутно-кварцевых ламп характеризуется наличием более коротких ультрафиолетовых лучей, чем в солнечном спектре.
Ультрафиолетовое облучение может быть общим или местным. Дозировка процедур производится по принципу биодоз.
В настоящее время ультрафиолетовое облучение широко используют, прежде всего, для профилактики различных заболеваний. С этой целью ультрафиолетовое облучение применяют для оздоровления окружающей человека внешней среды и изменения его реактивности (в первую очередь - повышения его иммунобиологических свойств).
С помощью специальных бактерицидных ламп может производиться стерилизация воздуха в лечебных учреждениях и жилых помещениях, стерилизация молока, воды и т. д. широко используется ультрафиолетовое облучение для предупреждения рахита, гриппа, в целях общего укрепления организма в лечебных и детских учреждениях, школах, физкультурных залах, фотариях при угольных шахтах, при тренировке спортсменов, для акклиматизации к условиям севера, при работах в горячих цехах (ультрафиолетовое облучение дает больший эффект в сочетании с воздействием инфракрасной радиации).
Ультрафиолетовые лучи особенно широко используются для облучения детей. В первую очередь такое облучение показано, ослабленным, часто болеющим детям, проживающим в северных и средних широтах. При этом улучшается общее состояние детей, сон, нарастает вес, снижается заболеваемость, уменьшается частота катаральных явлений и, длительность заболеваний. Улучшается общее физическое развитие, нормализуется кровь, проницаемость сосудов.
Значительное распространение получило также ультрафиолетовое облучение горнорабочих в фотариях, которые в большом количестве организованы на предприятиях горнорудной промышленности. При систематическом массовом облучении шахтеров, занятых на подземных работах, отмечается улучшение самочувствия, повышение трудоспособности, уменьшение утомляемости, снижение заболеваемости с временной утратой трудоспособности. После облучения шахтеров повышается процентное содержание гемоглобина, появляется моноцитоз, уменьшается число случаев гриппа, снижается заболеваемость опорно-двигательного аппарата, периферической нервной системы, реже наблюдаются гнойничковые заболевания кожи, катары верхних дыхательных путей и ангины, улучшаются показания жизненной емкости, легких.
Применение ультрафиолетового излучения в медицине
Применение ультрафиолетовых лучей с терапевтической целью базируется в основном на противовоспалительном, антиневралгическом и десенсибилизирующем действии этого вида лучистой энергии.
В комплексе с другими лечебными мероприятиями ультрафиолетовое облучение проводится:
1) при лечении рахита;
2) после перенесенных инфекционных заболеваний;
3) при туберкулезных заболеваниях костей, суставов, лимфатических узлов;
4) при фиброзном туберкулезе легких без явлений, указывающих на активацию процесса;
5) при заболеваниях периферической нервной системы, мышц и суставов;
6) при заболеваниях кожи;
7) при ожогах и отморожениях;
8) при гнойных осложнениях ран;
9) при рассасывании инфильтратов;
10) в целях ускорения регенеративных процессов при травмах костей и мягких тканей.
Противопоказаниями к облучению являются:
1) злокачественные новообразования (так как облучение ускоряет их рост);
2) резкое истощение;
3) повышенная функция щитовидной железы;
4) выраженные сердечно-сосудистые заболевания;
5) активный туберкулез легких;
6) заболевания почек;
7) выраженные изменения центральной нервной системы.
Следует помнить, что получение пигментации, особенно в короткий срок, не должно быть целью лечения. В ряде случаев хороший терапевтический эффект наблюдается и при слабой пигментации.
Негативное действие ультрафиолета
Длительное и интенсивное ультрафиолетовое облучение может оказать неблагоприятное влияние на организм и вызвать патологические изменения. При значительном облучении отмечаются быстрая утомляемость, головные боли, сонливость, ухудшение памяти, раздражительность, сердцебиение, понижение аппетита. Чрезмерное облучение может вызвать гиперкальциемию, гемолиз, задержку роста и понижение сопротивляемости инфекциям. При сильном облучении развиваются ожоги и дерматиты (жжение и зуд кожи, диффузная эритема, отечность). При этом отмечается повышение температуры тела, головная боль, разбитость. Ожоги и дерматиты, возникающие под воздействием солнечной радиации, связаны преимущественно с влиянием ультрафиолетовых лучей. У работающих на открытом воздухе под влиянием солнечной радиации могут возникнуть длительно и тяжело протекающие дерматиты. Необходимо помнить о возможности перехода описываемых дерматитов в рак.
В зависимости от глубины проникновения лучей различных участков солнечного спектра могут развиться изменения глаз. Под влиянием инфракрасных и видимых лучей возникает острый ретинит. Хорошо известна так называемая катаракта стеклодувов, развивающаяся в результате длительного поглощения инфракрасных лучей хрусталиком. Помутнение хрусталика происходит медленно, главным образом у рабочих горячих цехов со стажем работы 20-25 лет и больше. В настоящее время профессиональные катаракты в горячих цехах встречаются редко вследствие значительного улучшения условий труда. Роговица и конъюнктива реагируют главным образом на ультрафиолетовые лучи. Эти лучи (особенно с длиной волны менее 320 mμ .) вызывают в ряде случаев заболевание глаз, известное под названием фотоофтальмии или электроофтальмии. Это заболевание наиболее часто встречается у электросварщиков. В таких случаях часто наблюдается острый кератоконъюнктивит, который обычно возникает через 6-8 часов после работы, нередко ночью.
При электроофтальмии отмечается гиперемия и припухание слизистой, блефароспазм, светобоязнь, слезотечение. Часто обнаруживается поражение роговицы. Продолжительность острого периода болезни 1-2 дня. У работающих на открытом воздухе при ярком солнечном освещении широких покрытых снегом пространств фотоофтальмия протекает иногда в виде так называемой снежной слепоты. Лечение фотоофтальмии заключается в пребывании в темноте, применении новокаина и холодных примочек.
Средства защиты от ультрафиолетового излучения
Для защиты глаз от неблагоприятного действия ультрафиолетовых лучей на производствах пользуются щитками или шлемами со специальными темными стеклами, защитными очками, а для защиты остальных частей тела и окружающих лиц - изолирующими ширмами, переносными экранами, спецодеждой.
Ультрафиолетовое излучение – форма оптического излучения, не видимая человеческому глазу, характеризующаяся более короткой длиной и большей энергией фотонов по сравнению со светом. Ультрафиолетовые лучи охватывают на спектре интервал между видимым и рентгеновским излучениями, в интервале длин волн 400-10нм. При этом область излучения в диапазоне 200-10нм называют далекой или вакуумной, а область в интервале 400-200 нм — ближней.
Источники УФ-излучения
1 Естественные источники (звезды, Солнце и пр.)
Только длинноволновая часть ультрафиолетового излучения космических объектов (290-400нм) способна достигнуть поверхности Земли. В тоже время коротковолновое излучение полностью поглощается кислородом и другими веществами, находящимися в атмосфере, на высоте 30-200км от земной поверхности. УФ-излучение звёзд в диапазоне длин волн 90-20нм почти полностью поглощается.
2. Искусственные источники
Излучение твёрдых тел, нагретых до температуры 3 тыс. кельвинов включает определенную долю УФ-излучения, интенсивность которого заметно увеличивается с возрастанием температуры.
Мощным источником УФ-излучения является газоразрядная плазма.
В различных отраслях производства (пищевой, химической и др. отраслях) и медицине используют газоразрядные, ксеноновые, ртутнокварцевые и др. лампы, баллоны которых изготовляют из прозрачных материалов — обычно кварца. Значительное УФ-излучение испускают электроны в ускорителе и специальные лазеры в никелеподобном ионе.
Основные свойства ультрафиолетового излучения
Практическое применение ультрафиолет обусловлено его основными свойствами:
— значительной химической активностью (способствует ускорению протекания химических, биологических процессов);
— бактерицидным эффектом;
— возможностью вызывать люминесценцию веществ — свечение с разной окраской испускаемого света.
Исследование на современном оборудовании спектров испускания/ поглощения/ отражения в УФ-диапазоне предоставляет возможность устанавливать электронную структуру атомов, молекул, ионов.
УФ-спектры Солнца, звёзд и различных туманностей позволяют получать достоверную информацию о процессах, возникающих в этих объектах.
Также ультрафиолет способен нарушать и изменять химические связи в молекулах, в результате могут происходить различные реакции (восстановление, окисление, полимеризация и пр.), что служит базой для такой науки, как фотохимия.
УФ-излучение способно уничтожать бактерии и микроорганизмы. Так, ультрафиолетовые лампы широко используются для дезинфекции в местах массового нахождения людей (медицинские учреждения, детские сады, метро, вокзалы и пр.).
Определенные дозы УФ-излучения способствуют формированию на поверхности кожи человека витамина D, серотонина и др. веществ, оказывающих влияние на тонус и активность организма. Чрезмерное воздействие ультрафиолета приводит к ожогам, ускоряет процесс старения кожи.
Ультрафиолетовое излучение активно используется и в культурно-развлекательной сфере – для создания серии уникальных световых эффектов на дискотеках, сценах баров, театров и пр.
Ультрафиолет был открыт более 200 лет назад, но лишь с изобретением искусственных источников ультрафиолетового излучения человек смог использовать удивительные свойства этого невидимого света. Сегодня ультрафиолетовая лампа помогает бороться со многими заболеваниями и дезинфицирует, позволяет создавать новые материалы и используется криминалистами. Но для того чтобы приборы УФ спектра приносили пользу, а не вред, необходимо четко представлять, какими они бывают и для чего служат.
Что такое ультрафиолетовое излучение и каким оно бывает
Ты наверняка знаешь, что свет – это электромагнитное излучение. В зависимости от частоты цвет такого излучения изменяется. Низкочастотный спектр кажется нам красным, высокочастотный – синим. Если поднять частоту еще выше, то свет станет фиолетовым, а после совсем исчезнет. Точнее, исчезнет для твоего глаза. На самом деле излучение перейдет в область ультрафиолетового спектра, который мы не способны видеть из-за особенностей глаза.
Но если мы не видим ультрафиолетовый свет, то это не значит, что он на нас никак не воздействует. Ты же не будешь отрицать, что радиация безопасна, поскольку мы ее не можем увидеть. А радиация – не что иное, как такое же электромагнитное излучение, как свет и ультрафиолет, только более высокой частоты.
Но вернемся к ультрафиолетовому спектру. Он располагается, как мы выяснили, между видимым светом и радиационным излучением:
Зависимость типа электромагнитного излучения от его частоты
Отбросим свет с радиацией и рассмотрим ультрафиолетовое излучение поближе:
Разделение ультрафиолетового диапазона на поддиапазоны На рисунке хорошо видно, что весь УФ диапазон условно делится на два поддиапазона: ближний и дальний. Но на этом же рисунке сверху мы видим деление на УФА, УФВ и УФС. В дальнейшем мы будем пользоваться именно таким разделением – ультрафиолет А, В и С, поскольку оно четко разграничивает степень воздействия излучения на биологические объекты.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Задать вопрос экспертуКонечный участок дальнего диапазона никак не обозначен, поскольку не имеет особого практического значения. Воздух для ультрафиолетового излучения с длиной волны короче 100 нм (его еще называют жестким ультрафиолетовым) практически непрозрачен, поэтому его источники можно использовать только в вакууме.
Свойства ультрафиолета и воздействие его на живые организмы
Итак, в нашем распоряжении три ультрафиолетовых диапазона: А, В и С. Рассмотрим свойства каждого из них.
Ультрафиолет А
Излучение лежит в диапазоне 400 – 320 нм и называется мягким или длинноволновым ультрафиолетовым. Проникновение его в глубинные слои живых тканей минимально. При умеренном применении УФА не только не наносит вреда организму, но и полезен. Он укрепляет иммунитет, способствует выработке витамина D, улучшает состояние кожи. Именно под таким ультрафиолетом мы загораем на пляже.
Но при передозировке даже мягкий ультрафиолетовый диапазон может представлять определенную опасность для человека. Наглядный пример: добрался до пляжа, прилег на пару часиков и «сгорел». Знакомо? Безусловно. Но могло быть и еще хуже, если бы ты лежал часиков пять или с открытыми глазами и без качественных солнцезащитных очков. При длительном воздействии на глаза УФА способен вызвать ожог роговицы, а кожу сжечь буквально до волдырей.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВсе вышесказанное справедливо и для других биологических объектов: растений, животных, бактерий. Именно умеренный УФА в значительной степени провоцирует «цветение» воды в водоемах и порчу продуктов, подстегивая рост водорослей и бактерий. Передозировка его чрезвычайно вредна.
Ультрафиолет В
Средневолновый ультрафиолет, занимающий диапазон 320 – 280 нм. Ультрафиолетовое излучение с такой длиной волны способно проникать в верхние слои живых тканей и вызывать серьезные изменения их структуры вплоть до частичного разрушения ДНК. Даже минимальная доза УФВ способна вызвать серьезный и довольно глубокий радиационный ожог кожи, роговицы и хрусталика. Серьезную опасность такое излучение также представляет для растений, а для многих видов вирусов и бактерий ввиду их небольших размеров УФВ вообще смертелен.
Ультрафиолет С
Самый коротковолновый и самый опасный для всего живого диапазон, в который входит ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 280 до 100 нм. УФС даже в небольших дозах способно разрушать цепи ДНК, вызывая мутации. У человека, как правило, его воздействие вызывает рак кожи и меланому. Из-за способности достаточно глубоко проникать в ткани УФС может вызвать необратимый радиационный ожог сетчатки и глубокие повреждения кожного покрова.
Дополнительную опасность представляет способность ультрафиолетового излучения категории С ионизировать молекулы кислорода, находящиеся в атмосфере. В результате такого воздействия в воздухе образуется озон — трехатомный кислород, который является сильнейшим окислителем, а по степени опасности для биологических объектов относится к первой, самой опасной категории ядов.
Устройство ультрафиолетовой лампы
Человек научился создавать искусственные источники ультрафиолетового излучения, причем излучать они могут в любом заданном диапазоне. Конструктивно ультрафиолетовые лампы выполняются в виде колбы, заполненной инертным газом с примесью металлической ртути. По бокам колбы впаиваются тугоплавкие электроды, на которые подается напряжение питания прибора. Под действием этого напряжения в колбе начинается тлеющий разряд, который заставляет молекулы ртути испускать ультрафиолет во всех спектрах УФ диапазона.
Конструкция ультрафиолетовой лампы Изготавливая колбу из того или иного материала, конструкторы могут отсекать излучение определенной длины волны. Так, лампа из эритемного стекла пропускает только ультрафиолетовое излучение типа А, увиолевая колба уже прозрачна для УФВ, но не пропускает жесткое излучение УФС. Если же колбу сделать из кварцевого стекла, то прибор будет излучать все три вида ультрафиолетового спектра – А, В, С.
Все лампы ультрафиолетового света являются газоразрядными и должны включаться в сеть через специальное пускорегулирующее устройство (ЭПРА). В противном случае тлеющий разряд в колбе мгновенно перейдет в неуправляемый дуговой.
Электромагнитное (слева) и электронное пускорегулирующие устройства для газоразрядных ламп ультрафиолетового света Важно! Лампы накаливания с синим баллоном, которые мы часто используем для прогревания при ЛОР заболеваниях, не являются ультрафиолетовыми. Это обычные лампочки накаливания, а синяя колба служит лишь для того, чтобы ты не получил тепловой ожог и не повредил глаза ярким светом, держа довольно мощную лампу у самого лица.
Рефлектор Минина не имеет никакого отношения к ультрафиолетовому излучению и комплектуется обычной лампой накаливания из синего стекла Применение УФ ламп
Итак, ультрафиолетовые лампы существуют, и мы даже знаем, что у них внутри. Но для чего они нужны? Сегодня приборы ультрафиолетового света широко используются как в быту, так и на производстве. Вот основные области применения УФ ламп:
1. Изменение физических свойств материалов . Под действием ультрафиолетового излучения некоторые синтетические материалы (краски, лаки, пластики и пр.) могут менять свои свойства: твердеть, размягчаться, менять цвет и другие физические характеристики. Живой пример – стоматология. Специальная фотополимерная пломба пластична до тех пор, пока врач после ее установки не осветит полость рта мягким ультрафиолетовым светом. После такой обработки полимер становится прочнее камня. В косметических салонах тоже используют специальный гель, твердеющий под УФ лампой. С его помощью, к примеру, косметологи наращивают ногти.
После обработки ультрафиолетовой лампой мягкая, как пластилин, пломба приобретает исключительную прочность 2. Криминалистика и уголовное право . Полимеры, способные светиться в ультрафиолете, широко используются для защиты от подделки. Для интереса попробуй осветить купюру ультрафиолетовой лампой. Таким же образом можно проверить купюры почти всех стран, подлинность особо важных документов или печатей на них (так называемая защита «Цербер»). Криминалисты пользуются ультрафиолетовыми лампами для обнаружения следов крови. Она, конечно, не светится, зато полностью поглощает ультрафиолетовое излучение и на общем фоне будет казаться абсолютно черной.
Элементы защиты купюр, печатей и паспорта (Беларусь), видимые только в ультрафиолетовом излучении
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуЕсли ты смотрел фильмы про криминалистов, то наверняка заметил, что в них кровь под УФ лампой вопреки вышесказанному мной светится сине-белым. Чтобы достичь такого эффекта, специалисты обрабатывают предполагаемые пятна крови специальным составом, который взаимодействует с гемоглобином, после чего начинает флюоресцировать (светиться в ультрафиолетовом излучении). Такой метод не только более нагляден для зрителя, но и более эффективен.
3. При дефиците естественного ультрафиолета . Польза ультрафиолетовой лампы спектра А для биологических объектов была открыта почти одновременно с ее изобретением. При недостатке естественного ультрафиолетового излучения страдает иммунитет человека, кожа приобретает нездоровый бледный оттенок. Если растения и комнатные цветы выращивать за оконным стеклом или под обычными лампами накаливания, то и они чувствуют себя не лучшим образом – плохо растут и часто болеют. Все дело в отсутствии ультрафиолетового излучения спектра А, недостаток которого особенно вреден для детей. Сегодня УФА лампы используют для укрепления иммунитета и улучшения состояния кожи повсеместно, где не хватает естественного света.
Использование ультрафиолетовых ламп спектра А для восполнения дефицита естественного ультрафиолета На самом деле приборы, служащие для восполнения дефицита естественного ультрафиолетового света, излучают не только ультрафиолет А, но и В, хотя доля последнего в общем излучении чрезвычайно мала — от 0,1 до 2-3 %.
4. Для дезинфекции . Все вирусы и бактерии – тоже живые организмы, к тому же они настолько малы, что «перегрузить» их ультрафиолетовым светом совсем несложно. Жесткий ультрафиолет (С) в состоянии проходить некоторые микроорганизмы буквально насквозь, разрушая их структуру. Таким образом, лампы спектра В и С, получившие название антибактериальных или бактерицидных, можно использовать для обеззараживания квартиры, общественных заведений, воздуха, воды, предметов и даже для лечения вирусных инфекций. При использовании ламп УФС дополнительным дезинфицирующим фактором выступает озон, о котором я писал выше.
Использование ультрафиолетовых ламп для дезинфекции и антибактериальной обработки Ты наверняка слышал такой медицинский термин, как кварцевание. Эта процедура – не что иное, как обработка предметов или тела человека строго дозированным жестким ультрафиолетовым излучением.
Основные характеристики источников ультрафиолетового излучения
Какими характеристиками УФ лампы нужно руководствоваться, чтобы при ее использовании получить максимальный эффект и не нанести вреда здоровью своему и окружающих? Вот основные из них:
- Диапазон излучения.
- Мощность.
- Назначение.
- Срок службы.
Излучаемый диапазон
Это основной параметр. В зависимости от длины волны ультрафиолет действует по-разному. Если УФА опасен лишь для глаз, и при правильном использовании не представляет серьезной угрозы для организма, то УФВ в состоянии не только испортить глаза, но и спровоцировать глубокие, порой необратимые ожоги на коже. УФС отлично дезинфицирует, но может представлять смертельную опасность для человека, поскольку излучение такой длины волны разрушает ДНК и образует ядовитый газ озон.
С другой стороны, спектр УФА абсолютно бесполезен в качестве антибактериального средства. Пользы от такой лампы, к примеру, при очистке воздуха от микробов, практически не будет. Более того, некоторые виды бактерий и микрофлоры станут еще активнее. Таким образом, выбирая УФ лампу, необходимо четко представлять для чего она будет использоваться и какой спектр излучения она должна иметь.
Мощность
Имеется в виду сила создаваемого лампой УФ потока. Она пропорциональна потребляемой мощности, поэтому при выборе прибора ориентируются обычно на данный показатель. Бытовые ультрафиолетовые лампы обычно не превышают мощности 40-60, профессиональные устройства могут иметь мощность до 200-500 Вт и более. Первые обычно имеют низкое давление в колбе, вторые – высокое. Выбирая излучатель для тех или иных целей, нужно четко представлять, что в плане мощности больше — не всегда значит лучше. Для получения максимального эффекта излучение прибора должно быть строго дозированным. Поэтому при покупке лампы обращайте внимание не только на ее назначение, но и на рекомендуемую площадь помещения или производительность прибора, если он служит для очистки воздуха или воды.
Назначение и конструкция
По своему назначению ультрафиолетовые лампы делятся на бытовые и профессиональные. Вторые обычно имеют большую мощность, более широкий и жесткий спектр излучения и сложны по конструкции. Именно поэтому они требуют для своего обслуживания квалифицированного специалиста и соответствующих знаний. Если ты собираешься покупать ультрафиолетовую лампу для домашнего использования, то от профессиональных устройств лучше отказаться. В таком случае велика вероятность, что лампа, скорее, навредит, чем принесет пользу. Особенно это касается приборов, работающих в диапазоне УФС, излучение которых является ионизирующим.
По типу конструкции ультрафиолетовые лампы делятся на:
1. Открытые . Эти приборы излучают ультрафиолет непосредственно в окружающую среду. При неправильном применении представляют наибольшую опасность для организма человека, но позволяют провести качественное обеззараживание помещения, включая воздух и все находящиеся в нем предметы. Лампы открытой или полуоткрытой (узконаправленного излучения) конструкции используются также для медицинских целей: лечения инфекционных заболеваний и восполнения дефицита ультрафиолета (фитолампы, солярии).
Использование бактерицидных ламп для антибактериальной обработки помещений 2. Рециркуляторы или приборы закрытого типа. Лампа в них находится за полностью непрозрачным кожухом, а УФ изучение воздействует только на рабочую среду – газ или жидкость, прогоняемую специальным насосом сквозь облучаемую камеру. В быту рециркуляторы обычно используются для бактерицидной обработки воды или воздуха. Поскольку устройства не излучают ультрафиолет, при правильном использовании они полностью безопасны для человека и могут использоваться в его присутствии. Рециркуляторы могут быть как бытового, так и промышленного назначения.
Рециркулятор – стерилизатор для воды (слева) и для воздуха 3. Универсальные. Приборы этого типа могут работать как в режиме рециркуляции воздуха, так и прямого излучения. Конструктивно выполнены как рециркулятор с раскладным кожухом. В собранном виде это обычный рециркулятор, с открытыми шторками – бактерицидная лампа открытого типа.
Универсальная бактерицидная лампа в режиме рециркулятора (слева) Срок службы
Поскольку принцип работы и конструкция ультрафиолетовой лампы сходны с принципом и устройством люминесцентного осветительного прибора, логично предположить, что сроки службы у них одинаковы и могут достигать 8 000–10 000 ч. На практике это не совсем так. В процессе работы лампа «стареет»: ее световой поток уменьшается. Но если в обычной осветительной лампе этот эффект заметен визуально, то УФ лампу «на глаз» проверить невозможно. Поэтому производитель ограничивается гораздо меньшим сроком работы: от 1 000 до 9 000 часов в зависимости от мощности лампы, ее назначения и, конечно, качества материалов, комплектующих и бренда.
Если в паспорте на устройство не указана периодичность замены ламп или заявлен максимальный срок 20 тысяч часов и более, то от покупки такого устройства стоит отказаться. Также должна насторожить и слишком низкая стоимость прибора. Скорее всего, это низкокачественный товар либо вовсе подделка.
Ультрафиолетовые лучи имеют самую большую биологическую активность. Если учесть природные условия, то наиболее мощным кладезем таких лучей считается солнце. Поверхности земли касается лишь длинноволновая часть, а коротковолновую поглощает атмосфера. Помимо, естественных источников существуют искусственные, излучению которых можно подвергаться непроизвольно или же с целью лечения.
Общая характеристика
Ультрафиолетовое излучение – это излучение электромагнитного характера, имеющее длину волн от десяти до четырехсот нм. Их испускание, а также поглощение осуществляется различными квантами энергии. В медицине применяют лучи, длина которых равна 180-400 нм. Помимо этого, ультрафиолетовое излучение имеет отдельные спектры, имеющие лечебные свойства, например:
- А – от 315 до 400 нм;
- В – от 280 до 315 нм;
- С – от 180 до 280 нм.
Спектр А и В относят к длинноволновым лучам, а именно ДУФ, что касается группы С, то ее считают коротковолновой – КУФ.
УФ излучение владеет специфической активностью фотохимического характера, что активно и успешно применяют в медицине, а также на производстве. Облучение используют в процессе отбеливания тканей, синтезе конкретных веществ, получении витамина Д, производстве кожи лакированной, а также различных производственных манипуляциях. Важно учесть, что излучение имеет уникальные свойства, а именно – возможность организовать люминесценцию.
Ультрафиолетовое излучение оказывает влияние на следующий тип работников:
- медицинский персонал;
- сварщики;
- технические работники;
- в процессе стерилизации воды, а также светокопировки;
- при плавке, литье металлов;
- на производстве радиоламп.
Это важно! Ультрафиолетовые лучи способны изменять химическую структуру клеток, тканей.
Основные источники излучения
Ультрафиолетовое излучение имеет некоторые источники, а именно – естественные, искусственные. Что касается естественного источника, то к нему относятся солнечный свет, звезды, космические объекты и туманности. Земли достигает длинноволновая часть. Главный природный источник – солнце. Наибольшему воздействию подвержена та группа лиц, которая на протяжении длительного времени пребывает под солнечным светом.
Искусственные источники, оказывающие влияние на людей, подразделяются на несколько основных подгрупп:
Дуга сварки промышленной
Основным источником UVR экспозиции принято считать энергию оборудования для данной конструкции. УФ излучение достаточно высокое. Вызывает серьезное поражение кожного покрова, глаз, после 3-10 минут воздействия. Такое влияние возможно при нахождении в нескольких метрах от сварки. Именно поэтому работник, который занимается сваркой, обязан иметь специальную защиту для кожи, глаз.
Черный свет
Искусственный источник УФ излучений. Это специфическая лампа, которая занимается выработкой энергии ультрафиолетового диапазона. В основном их используют для испытаний порошков флуоресцентных с помощью адеструктивного способа, чтобы определить подлинность документов, банкнот и прочее. При воздействии на человеческий организм не причиняют существенного вреда.
Лампы рабочие и промышленные
UVR лампы – рабочие, промышленные. На производстве имеется множество процессов, которые используют указанную лампу. Например: фотохимический метод закрепления пластиков, чернил, красок. Воздействие на человека минимальное, так как применяется экранирование.
Лампа бактерицидная
Источник излучения – UVR лампа бактерицидная. В данной ситуации имеется УФ излучение, длина волн которого находится в диапазоне от 250 до 265 нм, что подходит для проведения дезинфекции, стерилизации. Их применение весьма удачно в медицинских учреждениях, цель которых – борьба с туберкулезом. Важно правильно установить такую лампу, а также воспользоваться защитой для глаз.
Загар косметический
Если человек пользуется услугами искусственного загара, то специальная кушетка может оказать воздействие на экспозицию кожного покрова УФ излучению. Кроме этого, работники таких салонов подвергаются постоянному влиянию низкочастотного ультрафиолета.
Освещение
На предприятиях, в домах и офисах широко используются лампы флуоресцентные, которые являются кладезем маленькой порции УФ излучения.
Как можно заметить, человек подвергается излучению не только на производстве, но и в домашних условиях.
Медицинское использование
Ультрафиолетовое излучение имеет широкое применение в современной медицине. Это обусловлено тем, что УФ лучи способны проводить болеутоляющий эффект, снижать повышенную возбудимость. Свойства излучений настолько уникальны, что благодаря им можно осуществить антирахитическое, а также антиспастическое воздействие. Под его влиянием наблюдается формирование витамина Д. В человеческом организме усиливается процесс окисления, ткани поглощают больше кислорода, что способствует выделению углекислоты. УФ излучение вызывает активацию ферментов, улучшение углеводного, белкового обмена, повышение уровня фосфатов и кальция в крови.
При правильном применении происходят следующие процессы:
- повышение тонуса организма;
- расширение сосудов;
- снижение артериального давления;
- улучшение циркуляции крови;
- происходят регенеративные процессы.
Применение УФ излучения в медицине основывается на оказании десенсибилизирующего, противовоспалительного воздействия, что вызывает значительные улучшения.
Используя комплекс мероприятий, УФ облучение проводят с лечебной целью:
- при заболеваниях кожного покрова;
- рахит;
- туберкулез суставов, костей, а также лимфатических узлов;
- отморожения, ожоги;
- болезни периферической нервной системы;
- фиброзный туберкулез;
- заживление травм;
- гнойные раны.
Важно учесть имеющиеся противопоказания к данной процедуре:
- быстрое истощение организма;
- заболевания сердечно-сосудистой системы;
- злокачественные опухоли;
- болезни почек;
- активная стадия легочного туберкулеза;
- нарушения в работе ЦНС.
Следует помнить о температуре излучений, так как это очень важно. Тело вступает в процесс генерации, когда температура УФ излучений достигает отметки 1200 градусов.
Негативное влияние УФ
УФ облучение на протяжении длительного времени, сказывается негативным образом на здоровье человека, так как провоцирует развитие патологий. Если облучение значительное, проявляются такие симптомы:
- вялость и апатия, быстрая утомляемость;
- мигрени;
- нарушение памяти;
- повышенная сонливость;
- отсутствие аппетита.
Чрезмерное влияние излучений ультрафиолета способно стать причиной:
- ожогов;
- дерматитов;
- отечности и зуда;
- гемолиза;
- гиперкальцемии;
- высокая температура тела;
- разбитость и подавленность;
- задержка в развитии и прочее.
Это важно! Помните о том, что любой дерматит может спровоцировать развитие онкологии.
Чтобы избежать негативных последствий, необходимо обеспечить себя специальной защитой. На производственных предприятиях стоит использовать шлемы, щитки и очки защитные, ширмы изолирующие, спецодежду, а также переносной экран. Что касается бытовых условий, то желательно пользоваться солнцезащитным кремом, спреем или лосьоном, а также носить очки с затемненными стеклами.
Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350...320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом.
В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений: 400...20 нм. Область излучения 180... 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.
Исследователи обнаружили тот факт, что спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной поверхности, очень узок - 400...290 нм. Неужели солнце не излучает свет с длиной волны короче 290 нм?
Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.
Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих земной поверхности, зависит от высоты Солнца над горизонтом. В течение периода нормального освещения освещенность изменяется на 20%, тогда как количество ультрафиолетовых лучей достигающих земной поверхности уменьшается в 20 раз.
Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни.
Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм.
Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу
Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне 400...180 нм. Внутри этого диапазона выделены три области:
А - 400...320 нм;
В - 320...275 нм;
С - 275...180нм.
В действии каждого из этих диапазонов на живой организм есть существенные различия. Ультрафиолетовые лучи действуют на вещество, в том числе и живое, по тем же законам, что и видимый свет. Часть поглощаемой энергии превращается в тепло, но тепловое действие ультрафиолетовых лучей не оказывает на организм заметного влияния. Другой способ передачи энергии - люминесценция.
Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.
Основная часть солнечной энергии достигает земли в качестве видимого света и инфракрасного излучения и лишь незначительная часть - в виде ультрафиолета. Максимальных значений поток УФ достигает в середине лета на Южном полушарии (Земля на 5% ближе к Солнцу) и 50% от суточного количества УФ поступает в течение 4-х полуденных часов. Diffey установил, что для географических широт с температурой 20-60° человек, загорающий с 10:30 до 11:30 и затем с 16:30 до заката, получит только 19% от суточной дозы УФ. В полдень, интенсивность УФ (300 нм) в 10 раз выше, чем тремя часами раньше или позже: незагорелому человеку достаточно 25 минут для получения легкого загара в полдень, однако для достижения этого же эффекта после 15:00, ему понадобится лежать на солнце не менее 2-х часов.
Ультрафиолетовый спектр в свою очередь разделяют на ультрафиолет-А (UV-A) с длиной волны 315-400 nm, ультрафиолет-В (UV-B) -280-315 nm и ультрафиолет-С (UV-С)- 100-280 nm которые отличаются по проникающей способности и биологическому воздействию на организм.
UV-A не задерживается озоновым слоем, проходит сквозь стекло и роговой слой кожи. Поток UV-A (среднее значение в полдень) в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе, так что абсолютное его значение больше в высоких широтах. Не отмечается и существенных колебаний в интенсивности UV-A в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% UV-A и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки.
Большая часть UV-B поглощается озоновым слоем, который "прозрачен" для UV-A. Так что доля UV-B во всей энергии ультрафиолетового излучения в летний полдень составляет всего около 3%. Он практически не проникает сквозь стекло, на 70% отражается роговым слоем, на 20% ослабляется при прохождении через эпидермис - в дерму проникает менее 10%.
Однако длительное время считалось, что доля UV-В в повреждающем действии ультрафиолета составляет 80%, поскольку именно этот спектр отвечает за возникновение эритемы солнечного ожога.
Необходимо учитывать и тот факт, что UV-В сильнее (меньшая длина волны) чем UV-А рассеивается при прохождении через атмосферу, что приводит и к изменению соотношения между этими фракциями с увеличением географической широты (в северных странах) и временем суток.
UV-С (200-280 нм) поглощается озоновым слоем. В случае использования искусственного источника ультрафиолета, он задерживается эпидермисом и не проникает в дерму.
Действие ультрафиолетового излучения на клетку
В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.Процессы фотолиза и денатурации белков идут параллельно и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.
Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.
Значение механизма действия на нуклеиновую кислоту объясняется тем, что каждая молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) уникальна. ДНК - это наследственная память клетки. В ее структуре зашифрована информация о строении и свойствах всех клеточных белков. Если любой белок присутствует в живой клетке в виде десятков и сотен одинаковых молекул, то ДНК хранит информацию об устройстве клетки в целом, о характере и направлении процессов обмена веществ в ней. Поэтому нарушения в структуре ДНК могут оказаться непоправимыми или привести к серьезному нарушению жизнедеятельности.
Действие ультрафиолетового излучения на кожу
Воздействие ультрафиолета на кожу заметно влияет на метаболизм нашего организма. Общеизвестно, что именно УФ-лучи инициируют процесс образования эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета. Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина - гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней на 7 % увеличивалось содержание серотонина - "гормона бодрости", участвующего в регуляции эмоционального состояния. Его дефицит может приводить к депрессии, колебаниям настроения, сезонным функциональным расстройствам. При этом количество мелатонина, обладающего тормозящим действием на эндокринную и центральную нервную системы, снижалось на 28%. Именно таким двойным эффектом объясняется бодрящее действие весеннего солнца, поднимающего настроение и жизненный тонус.Действие излучения на эпидермис - наружный поверхностный слой кожи позвоночных животных и человека, состоящий из многослойного плоского эпителия человека, представляет собой воспалительную реакцию называемую эритемой. Первое научное описание эритемы дал в 1889 г. А.Н. Макла-нов (Россия), который изучил также действие ультрафиолетовых лучей на глаз (фотоофтальмию) и установил, что в основе их лежат общие причины.
Различают калорическую и ультрафиолетовую эритему. Калорическая эритема обусловлена воздействием видимых и инфракрасных лучей на кожу и прилива к ней крови. Она исчезает почти сразу после прекращения действия облучения.
После прекращения воздействия УФ-облучения, через 2..8 часов появляется покраснение кожи (ультрафиолетовая эритема) одновременно с ощущением жжения. Эритема появляется после скрытого периода, в пределах облученного участка кожи, и сменяется загаром и шелушением. Длительность эритемы имеет продолжительность от 10... 12 часов до 3...4 дней. Покрасневшая кожа горяча на ощупь, чуть болезненна и кажется набухшей, слегка отечной.
По существу эритема представляет собой воспалительную реакцию, ожог кожи. Это особое, асептическое (Асептический - безгнилостный) воспаление. Если доза облучения слишком велика или кожа особенно чувствительна к ним, отечная жидкость, накапливаясь, отслаивает местами наружный покров кожи, образует пузыри. В тяжелых случаях появляются участки некроза (омертвения) эпидермиса. Через несколько дней после исчезновения эритемы кожа темнеет и начинает шелушиться. По мере шелушения слущивается часть клеток, содержащих меланин (Меланин - основной пигмент тела человека; придает цвет коже, волосам, радужной оболочке глаза. Он содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света), загар бледнеет. Толщина кожного покрова человека варьирует в зависимости от пола, возраста (у детей и стариков - тоньше) и локализации - в среднем 1..2 мм. Его назначение - защитить организм от повреждений, колебаний температуры, давления.
Основной слой эпидермиса прилегает к собственно коже (дерме), в которой проходят кровеносные сосуды и нервы. В основном слое идет непрерывный процесс деления клеток; более старые вытесняются наружу молодыми клетками и отмирают. Пласты мертвых и отмирающих клеток образуют наружный роговой слой эпидермиса толщиной 0,07...2,5 мм (На ладонях и подошвах, главным образом за счет рогового слоя, эпидермис толще, чем на других участках тела), который непрерывно слущивается снаружи и восстанавливается изнутри.
Если падающие на кожу лучи поглощаются мертвыми клетками рогового слоя, они не оказывают на организм никакого влияния. Эффект облучения зависит от проникающей способности лучей и от толщины рогового слоя. Чем короче длина волны излучения, тем меньше их проникающая способность. Лучи короче 310 нм не проникают глубже эпидермиса. Лучи с большей длиной волны достигают сосочкового слоя дермы, в котором проходят кровеносные сосуды. Таким образом, взаимодействие ультрафиолетовых лучей с веществом происходит исключительно в коже, главным образом в эпидермисе.
Основное количество ультрафиолетовых лучей поглощается в ростковом (основном) слое эпидермиса. Процессы фотолиза и денатурации приводят к гибели шиловидных клеток зародышевого слоя. Активные продукты фотолиза белков вызывают расширение сосудов, отек кожи, выход лейкоцитов и другие типичные признаки эритемы.
Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается.
Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.
Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.
С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250...255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.
Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.
Защитные функции организма
В естественных условиях вслед за эритемой развивается пигментация кожи - загар. Спектральный максимум пигментации (340 нм) не совпадает ни с одним из пиков эритемной чувствительности. Поэтому, подбирая источник излучения можно вызвать пигментацию без эритемы и наоборот.Эритема и пигментация не являются стадиями одного процесса, хотя они и следуют одна за другой. Это проявление разных, связанных друг с другом процессов. В клетках самого нижнего слоя эпидермиса - меланобластах - образуется кожный пигмент меланин. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты и продукты распада адреналина.
Меланин - не просто пигмент или пассивный защитный экран отгораживающий живые ткани. Молекулы меланина представляют собой огромные молекулы с сетчатой структурой. В звеньях этих молекул связываются и нейтрализуются осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь и внутреннюю среду организма.
Функция загара заключается в защите клеток дермы, расположенных в ней сосудах и нервах от длинноволновых ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей, вызывающих перегрев и тепловой удар. Ближние инфракрасные лучи и видимый свет, особенно его длинноволновая, "красная" часть, могут проникать в ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовые лучи, - на глубину 3...4 мм. Гранулы меланина - темно-коричневого, почти черного пигмента - поглощают излучение в широкой области спектра, защищая от перегрева нежные, привыкшие к постоянной температуре внутренние органы.
Оперативный механизм защиты организма от перегрева - прилив крови к коже и расширение кровеносных сосудов. Это приводит к увеличению теплоотдачи посредством излучения и конвекции (Общая поверхность кожного покрова взрослого человека составляет 1,6 м2). Если воздух и окружающие предметы имеют высокую температуру, вступает в действие еще один механизм охлаждения - испарение за счет потоотделения. Эти механизмы терморегуляции предназначены для защиты от воздействия видимых и инфракрасных лучей Солнца.
Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.
Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)
Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндоте-лиальную систему (Физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280...313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин D и всасываются в организм.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.
Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310...340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.
Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300...340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения
Нельзя не отметить и бактерицидную функцию УФ-лучей. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности оперблоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при очень сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной.
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253...267 нм наиболее эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм,- 0,01% максимальной.
Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе.
Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и непосредственно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели.
Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.
Негативное воздействие ультрафиолетового облучения
Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:Роль УФ-лучей спектра А в этиологии фотостарения доказана работами многих зарубежных и российских ученых, но тем не менее, механизмы фотостарения продолжают изучаться с использованием современной научно-технической базы, клеточной инженерии, биохимии и методов клеточной функциональной диагностики.
Слизистая оболочка глаза - коньюктива - не имеет защитного рогового слоя, поэтому она более чувствительна к уф-облучению, чем кожа. Резь в глазу, краснота, слезотечение, частичная слепота появляются в результате дегенерации и гибели клеток коньюктивы и роговицы. Клетки при этом становятся непрозрачными. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, в больших дозах могут вызвать его помутнение - катаракту.
Искусственные источники УФ-излучения в медицине
Бактерицидные лампыВ качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1.000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1.000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
В последние годы появилось новое поколение излучателей - короткоимпульсные, обладающие гораздо большей биоцидной активностью. Принцип их действия основан на высокоинтенсивном импульсном облучении воздуха и поверхностей УФ-излучением сплошного спектра. Импульсное излучение получают при помощи ксеноновых ламп, а также с помощью лазеров. Данные об отличии биоцидного действия импульсного УФ-излучения от такового при традиционном УФ-излучении на сегодняшний день отсутствуют.
Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути. Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозонные .
У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные "безозонные" лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
Бактерицидные лампы, отслужившие свой срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.
Бактерицидные облучатели.
Бактерицидный облучатель-это электротехническое устройство, в котором размещены: бактерицидная лампа, отражатель и другие вспомогательные элементы, а также приспособления для его крепления. Бактерицидные облучатели перераспределяют поток излучения в окружающее пространство в заданном направлении и подразделяются на две группы - открытые и закрытые.
Открытые облучатели используют прямой бактерицидный поток от ламп и отражателя (или без него), который охватывает широкую зону пространства вокруг них. Устанавливаются на потолке или стене. Облучатели, устанавливаемые в дверных проемах, называются барьерными облучателями или ультрафиолетовыми завесами, у которых бактерицидный поток ограничен небольшим телесным углом.
Особое место занимают открытые комбинированные облучатели. В этих облучателях, за счет поворотного экрана, бактерицидный поток от ламп можно направлять в верхнюю или нижнюю зону пространства. Однако эффективность таких устройств значительно ниже из-за изменения длины волны при отражении и некоторых других факторов. При использовании комбинированных облучателей бактерицидный поток от экранированных ламп должен направляться в верхнюю зону помещения таким образом, чтобы исключить выход прямого потока от лампы или отражателя в нижнюю зону. При этом облученность от отраженных потоков от потолка и стен на условной поверхности на высоте 1,5 м от пола не должна превышать 0,001 Вт/м2.
У закрытых облучателей (рециркуляторов) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном небольшом замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия рециркулятора. При применении приточно-вытяжной вентиляции бактерицидные лампы размещаются в выходной камере. Скорость воздушного потока обеспечивается либо естественной конвекцией, либо принудительно с помощью вентилятора. Облучатели закрытого типа (рециркуляторы) должны размещаться в помещении на стенах по ходу основных потоков воздуха (в частности, вблизи отопительных приборов) на высоте не менее 2 м от пола.
Согласно перечню типовых помещений, разбитых по категориям (ГОСТ), рекомендуется помещения I и II категорий оборудовать как закрытыми облучателями (или приточно-вытяжной вентиляцией), так и открытыми или комбинированными - при их включении в отсутствии людей.
В помещениях для детей и легочных больных рекомендуется применять облучатели с безозонными лампами. Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.
Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.
Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.
Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.
Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.
Кожа и глаза любого человека могут стать "мишенью" для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.
Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела
следует быть следующим категориям людей: