Ультрафиолетовое излучение в медицине, приборы, показания, методика. Влияние на организм человека ультрафиолетового излучения

ультрафиолетовое излучение

Открытие инфракрасного излучения побудило немецкого физика Иоганна Вильгельма Риттера начать изучение противоположного конца спектра, прилегающего к его фиолетовой области. Очень скоро обнаружилось, что там располагается излучение с весьма сильной химической активностью. Новое излучение получило название ультрафиолетовых лучей.

Что же такое ультрафиолетовое излучение? И каково его влияние на земные процессы и действие на живые организмы?

Отличие ультрафиолетового излучения от инфракрасного

Ультрафиолетовое излучение, как и инфракрасное, представляет собой электромагнитные волны. Именно эти излучения ограничивают спектр видимого света с двух сторон. Оба вида лучей не воспринимаются органами зрения. Имеющиеся отличия в их свойствах вызвано разницей в длине волны.

Диапазон ультрафиолетового излучения, располагающегося между видимым и рентгеновским излучением, - достаточно широк: от 10 до 380 микрометра (мкм).

Основное свойство инфракрасного излучения - это его тепловое действие, тогда как важнейшей особенностью ультрафиолета является его химическая активность. Именно благодаря этой особенности ультрафиолетовое излучение оказывает огромное влияние на организм человека.

Влияние ультрафиолетового излучения на человека

Биологический эффект, оказываемый различными длинами ультрафиолетовых волн, имеет существенные различия. Поэтому биологи разделили весь УФ диапазон на 3 участка:

• УФ-A лучи, это ближний ультрафиолет;
• УФ-B - средний;
• УФ-C - дальний.

Окутывающая нашу планету атмосфера, является своеобразным щитом, защищающим Землю от мощного потока ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца.

Причём УФ-C лучи поглощаются озоном, кислородом, водяным паром и углекислым газом почти на 90%. Поэтому поверхности Земли в основном достигает радиация, содержащая УФ-A и небольшую долю УФ-В.

Наиболее агрессивным является коротковолновое излучение. Биологическое действие коротковолнового УФ-излучения при попадании на живые ткани могло бы оказывать достаточно разрушительное влияние. Но к счастью, озоновый щит планеты уберегает нас от его воздействия. Однако, не следует забывать, что источниками лучей именно этого диапазона являются ультрафиолетовые лампы и сварочные аппараты.

Биологическое действие длинноволнового УФ-излучения заключается преимущественно в эритемном (вызывающим покраснение кожи) и загарном действии. Эти лучи достаточно мягко воздействуют на кожу и ткани. Хотя существует индивидуальная зависимость кожи от воздействия УФ.

Также при воздействии интенсивного ультрафиолета могут пострадать глаза.

О влиянии ультрафиолетового излучения на человека знают все. Но в основном - это поверхностные сведения. Попробуем детальнее осветить эту тему.

Как влияет ультрафиолет на кожу (ультрафиолетовый мутагенез)

Хроническое солнечное голодание ведёт ко многим негативным последствиям. Точно так же, как и другая крайность - желание приобрести «красивый, шоколадный цвет тела» за счёт длительного пребывания под палящими солнечными лучами. Как и почему влияет ультрафиолет на кожу? Чем грозит неконтролируемое пребывание на солнце?

Естественно, что покраснение кожи, далеко не всегда приводит к шоколадному загару. Потемнение кожи происходит как результат выработки организмом красящего пигмента - меланина, как свидетельство борьбы нашего организма с травмирующим действием УФ части солнечного излучения. При этом, если покраснение - это временное состояние кожи, то потеря её эластичности, разрастание клеток эпителия в виде веснушек и пигментных пятен - это стойкий косметический дефект. Ультрафиолет, глубоко проникая в кожные покровы, может стать причиной ультрафиолетового мутагенеза, то есть повреждения клеток кожи на генном уровне. Самым грозным его осложнением является меланома - опухоль кожи. Метастазирование меланомы может привести к летальному исходу.

Защита кожи от УФ-излучения

Существует ли защита кожи от УФ-излучения? Чтобы защитить кожу от солнца, особенно на пляже, достаточно придерживаться нескольких правил.

Для защиты кожи от ультрафиолетового излучения необходимо использовать и специально подобранную одежду.

Как влияет ультрафиолет на глаза (электроофтальмия)

Ещё одним проявлением негативного воздействия ультрафиолетового излучения на организм человека является электроофтальмия, то есть повреждение структур глаза под воздействием интенсивного ультрафиолета.

Поражающим фактором при этом процессе является средневолновой диапазон ультрафиолетовых волн.

Часто это происходит при следующих условиях:

• во время наблюдения за солнечными процессами без специальных приспособлений;
• при яркой, солнечной погоде на море;
• во время пребывания в горном, заснеженном районе;
• при кварцевании помещений.

При электроофтальмии имеет место ожёг роговицы. Симптомами такого поражения являются:

• усиленное слезотечение;
• резь;
• светобоязнь;
• покраснение;
• отёк эпителия роговицы и век.

К счастью, обычно глубокие слои роговицы не поражаются, и после заживления эпителия зрение восстанавливается.

Первая помощь при электроофтальмии

Описанные выше симптомы могут доставить человеку не только дискомфорт, но и настоящие страдания. Как оказать первую помощь при электроофтальмии?

Помогут следующие действия:

• промывание глаз чистой водой;
• закапывание увлажняющих капель;
• солнцезащитные очки.

Компрессы из влажных пакетиков чёрного чая и сырого, тёртого картофеля отлично снимают резь в глазах.

Если помощь не возымела действия, обратитесь к врачу. Он назначит терапию, направленную на восстановление роговицы.

Всех этих неприятностей можно было бы избежать, используя солнцезащитные очки со специальной маркировкой - UV 400, которые полностью защитят глаза от всех видов ультрафиолетовых волн.

Применение ультрафиолетового излучения в медицине

В медицине существует термин «ультрафиолетовое голодание». Это состояние организма возникает при отсутствии или недостаточном воздействии солнечного света на организм человека.

Чтобы избежать возникающих при этом патологий, используют искусственные источники УФ-излучения. Их дозированное использование помогает справиться с зимним дефицитом витамина D в организме и повысить иммунитет.

Наряду с этим ультрафиолетовая терапия широко применяется для лечения суставов, дерматологических и аллергических заболеваний.

Ультрафиолетовое облучение также помогает:

• поднять гемоглобин и понизить уровень сахара;
• улучшить работу щитовидной железы;
• восстановить работу дыхательной и эндокринной систем;
• обеззараживающее действие УФ-лучей широко применяется для дезинфекции помещений и хирургических инструментов;
• весьма полезны его бактерицидные свойства для лечения больных с тяжёлыми, гнойными ранами.

Как и при любом серьёзном воздействии на человеческий организм необходимо учитывать не только пользу, но и возможный вред от ультрафиолетового излучения.

Противопоказаниями для ультрафиолетовой терапии являются острые воспалительные и онкологические заболевания, кровотечения, II и III стадия гипертонической болезни, активная форма туберкулёза.

Каждое научное открытие несёт для человечества как потенциальные опасности, так и огромные перспективы его использования. Познание последствий воздействия ультрафиолета на человеческий организм, позволило не только минимизировать его негативное влияние, но и в полной мере применить ультрафиолетовое излучение в медицине и других сферах жизни.

Ультафиолетовый диапазон электромагнитного излучения располагается за фиолетовым (коротковолновым) краем видимого спектра.

Ближний ультрафиолет от Солнца проходит сквозь атмосферу. Он вызывает на коже загар и необходим для выработки витамина D. Но чрезмерное облучение чревато развитием рака кожи. УФ излучение вредно для глаз. Поэтому на воде и особенно на снегу в горах обязательно нужно носить защитные очки.

Более жесткое УФ излучение поглощают в атмосфере молекулы озона и других газов. Наблюдать его можно только из космоса, и поэтому его называют вакуумным ультрафиолетом.

Энергии ультрафиолетовых квантов достаточно для разрушения биологических молекул, в частности ДНК и белков. На этом основан один из методов уничтожения микробов. Считается, что пока в атмосфере Земли не было озона, поглощающего значительную часть ультрафиолета, жизнь не могла выйти из воды на сушу.

Ультрафиолет испускают объекты с температурой от тысяч до сотен тысяч градусов, например, молодые горячие массивные звезды. Однако УФ излучение поглощается межзвездными газом и пылью, поэтому часто нам видны не сами источники, а подсвеченные ими космические облака.

Для сбора УФ излучения используют зеркальные телескопы, а для регистрирации служат фотоэлектронные умножители, а в ближнем УФ, как и в видимом свете - ПЗС-матрицы.

Источники

Свечение возникает, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами атмосферы Юпитера. Большинство частиц под действием магнитного поля планеты входит в атмосферу вблизи ее магнитных полюсов. Поэтому сияние возникает в относительно небольшой области. Аналогичные процессы идут на Земле и на других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл» .

Приемники

Космический телескоп «Хаббл»

Обзоры неба

Обзор построен орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE, 1992–2001). Линейчатая структура изображения соответствует орбитальному движению спутника, а неоднородность яркости отдельных полос связана с изменениями в калибровке аппаратуры. Черные полосы - участки неба, которые не удалось пронаблюдать. Незначительное число деталей на этом обзоре связано с тем, что источников жесткого ультрафиолета относительно мало и, кроме того, ультрафиолетовое излучение рассеивается космической пылью.

Земное применение

Установка для дозированного облучения тела ближним ультрафиолетом для загара. Ультрафиолетовое излучение приводит к выделению в клетках пигмента меланина, который меняет цвет кожи.

Медики делят ближний ультрафиолет на три участка: UV-A (400–315 нм ), UV-B (315–280 нм ) и UV-C (280–200 нм ). Самый мягкий ультрафиолет UV-A стимулирует освобождение меланина, запасенного в меланоцитах - клеточных органеллах, где он вырабатывается. Более жесткий ультрафиолет UV-B запускает производство нового меланина, а также стимулирует выработку в коже витамина D. Модели соляриев различаются по мощности излучения в этих двух участках УФ-диапазона.

В составе солнечного света у поверхности Земли до 99% ультрафиолета приходится на участок UV-A, а остальное - на UV-B. Излучение в диапазоне UV-C обладает бактерицидным действием; в солнечном спектре его намного меньше, чем UV-A и UV-B, кроме того, большая его часть поглощается в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение вызывает иссушение и старение кожи и способствует развитию раковых заболеваний. Причем излучение в диапазоне UV-A увеличивает вероятность самого опасного вида рака кожи - меланомы.

Излучение UV-B практически полностью блокируется защитными кремами, в отличие от UV-A, которое проникает через такую защиту и даже частично через одежду. В целом считается, что очень небольшие дозы UV-B полезны для здоровья, а остальной ультрафиолет вреден.

Ультрафиолетовое излучение применяется для определения подлинности денежных купюр. В купюры впрессовываются полимерные волокна со специальным красителем, который поглощает ультрафиолетовые кванты, а потом испускает менее энергичное излучение видимого диапазона. Под действием ультрафиолета волокна начинают светиться, что и служит одним из признаков подлинности.

Ультрафиолетовое излучение детектора невидимо для глаза, синее свечение, заметное при работе большинства детекторов, связано с тем, что применяемые источники ультрафиолета излучают также и в видимом диапазоне.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) - электромагнитное излучение оптического диапазона, которое условно подразделяется на коротковолновое (УФИ С - с длиной волны 200-280 нм), средневолновое (УФИ В - с длиной волны 280-320 нм) и длинноволновое (УФИ А - с длиной волны 320-400 нм).

УФИ генерируют как естественные, так и искусственные источники. Основной естественный источник УФИ - Солнце. До поверхности Земли доходит УФИ в диапазоне 280-400 нм, так как более короткие волны поглощаются в верхних слоях стратосферы.

Искусственные источники УФИ широко применяются в промышленности, медицине и др.

Фактически любой материал, нагретый до температуры, превышающей 2500 еК, генерирует УФИ. Источниками УФИ является сварка кислородно-ацетиленовыми, кислородно-водородными, плазменными горелками.

Источники биологически эффективного УФИ можно подразделить на газоразрядные и флюоресцентные. К газоразрядным относятся ртутные лампы низкого давления с максимумом излучения на длине волны 253,7 нм, т.е. соответствующие максимуму бактерицидной эффективности, и высокого давления с длинами волн 254, 297, 303, 313 нм. Последние широко используются в фотохимических реакторах, в печатном деле, для фототерапии кожных заболеваний. Ксеноновые лампы применяются для тех же целей, что и ртутные. Оптические спектры импульсных ламп зависят от используемого в них газа - ксенон, криптон, аргон, неон и др.

В люминесцентных лампах спектр зависит от использованного ртутного люминофора.

Избыточному воздействию УФИ могут подвергаться работники промышленных предприятий и медицинских учреждений, где используются выше перечисленные источники, а также люди, работающие на открытом воздухе за счет солнечной радиации (сельскохозяйственные, строительные, железнодорожные рабочие, рыбаки и др.).

Установлено, что как недостаток, так и избыток УФИ отрицательно сказываются на состоянии здоровья человека. При недостаточности УФИ у детей развивается рахит вследствие нехватки витамина Д и нарушения фосфорно-кальциевого обмена, снижается активность защитных систем организма, в первую очередь - иммунной, что делает его более уязвимым к воздействию неблагоприятных факторов.

Критическими органами к восприятию УФИ являются кожа и глаза. Острые поражения глаз, так называемые электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют собой острые конъюнктивиты. Заболеванию предшествует латентный период, продолжительность которого около 12 часов. С хроническими поражениями глаз связывают хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика.

Поражения кожи протекают в форме острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться общетоксические явления. В дальнейшем наблюдаются гиперпигментация и шелушение. Хронические изменения кожных покровов, вызванных УФИ, выражаются в старении кожи, развитии кератоза, атрофии эпидермиса, возможны злокачественные новообразования.

В последнее время интерес к укреплению здоровья населения путем профилактического ультрафиолетового облучения значительно возрос. Действительно, ультрафиолетовое голодание, наблюдаемое обычно в зимнее время года и особенно у жителей Севера России, ведет к значительному снижению защитных сил организма и повышению уровня заболеваемости. В первую очередь страдают дети.

Наша страна является родоначальницей движения за компенсацию ультрафиолетовой недостаточности у населения с исполь- зованием искусственных источников ультрафиолетовой радиации, спектр которых приближается к естественному. Опыт использования искусственных источников ультрафиолетовой радиации требует соответствующей коррекции в отношении дозы и методов использования.

Территория России с юга на север простирается от 40 до 80? с.ш. и условно делится на пять климатических районов страны. Оценим естественный ультрафиолетовый климат двух крайних и одного среднего географических районов. Это районы Севера (70? с.ш. - Мурманск, Норильск, Дудинка и др.), Средней полосы (55? с.ш. - Москва и др.) и Юга (40? с.ш. - Сочи и др.) нашей страны.

Напомним, что по биологическому действию спектр ультрафиолетового излучения Солнца делится на две области: «А» - излучение с длиной волны 400-315 нм, и «В» - излучение с длиной волны менее 315 нм (до 280 нм). Однако практически земной поверхности лучи короче 290 нм не достигают. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 280 нм, которое имеется только в спектре искусственных источников, относится к области «C» ультрафиолетовой радиации. У человека отсутствуют рецепторы, которые срочно (с малым латентным периодом) реагируют на ультрафиолетовую радиацию. Особенностью естественного УФ-излучения является его способность вызывать (с относительно длинным латентным периодом) эритему, являющуюся специфической реакцией организма на действие УФ-радиации солнечного спектра. В наибольшей степени образовывать эритему способна УФ-радиация с длиной волны максимум 296,7 нм (табл. 10.1).

Таблица 10.1. Эритемная эффективность монохроматического УФ-излучения

Как видно из табл. 10.1, излучение с длиной волны 285 нм в 10 раз, а лучи с длиной волны 290 нм и 310 нм в 3 раза менее активно образуют эритему, чем излучение с длиной волны 297 нм.

Приход суточной УФ-радиации солнца для указанных выше районов страны в летний период (табл. 10.2) относительно высок 35- 52 эр-ч/м -2 (1 эр-ч/м -2 = 6000 мкВт-мин/см 2). Однако в другие периоды года имеется существенное различие, и зимой, особенно на Севере, естественная радиация солнца отсутствует.

Таблица 10.2. Среднее распределение эритемной радиации области (эр-ч/м -2)

Величина суммарной радиации в различных широтах отражает суточный приход излучения. Однако при учете количества излуче- ния, поступающего в среднем не за 24, а лишь за 1 час, выявляется следующая картина. Так, в июне на широте 70? с.ш. за сутки поступает 35 эр-ч/м -2 . Солнце при этом все 24 часа не уходит с небосвода, следовательно, в час эритемная радиация будет составлять 1,5 эр-ч/м -2 . В этот же период года на широте 40? Солнце излучает 77 эр-ч/м -2 и сияет 15 часов, следовательно, часовая эритемная облученность составит 5,13 эр-ч/м -2 , т.е. величину в 3 раза большую, чем на широте 70?. Для определения режима облучения целесообразно проводить оценку прихода суммарной УФ солнечной радиации не за 24, а за 15 часов, т.е. за период бодрствования человека, так как в конечном итоге нас интересует количество естественной радиации, влияющей на человека, а не количество энергии Солнца, падающей на поверхность Земли вообще.

Важной особенностью действия на человека естественной УФрадиации является способность предупреждать так называемую D-витаминную недостаточность. В отличие от обычных витаминов, витамин D фактически не содержится в естественных продуктах питания (исключение составляют печень некоторых рыб, особенно трески и палтуса, а также яичный желток и молоко). Этот витамин синтезируется в коже под воздействием УФ радиации.

Недостаточное воздействие УФ-излучения без одновременного действия видимой радиации на организм человека приводит к разно- образным проявлениям D-авитаминоза.

В процессе D-витаминной недостаточности в первую очередь нарушаются трофика центральной нервной системе и клеточное дыхание, как субстрат нервной трофики. Это нарушение, ведущее к ослаблению окислительно-восстановительных процессов, следует, очевидно, считать основным, в то время как все остальные многообразные проявления будут вторичными. Наиболее чувствительны к отсутствию УФ-радиации маленькие дети, у которых в результате D-авитаминоза может развиться рахит и, как следствие рахита, - близорукость.

Способностью предупреждать и излечивать рахит в наибольшей степени обладает УФ-излучение области В.

Процесс синтеза витамина D под воздействием УФ-излучения довольно сложен.

В нашей стране витамин D был получен синтетическим путем в 1952 г. Исходным сырьем для синтеза послужил холестерин. В процессе превращения холестерина в провитамин образовывалась двойная связь в кольце В стерина путем последовательного бромирования. Полученный бензонат 7-дегидрохолестерина омыляется в Г-дегидрохолестерин, который уже под воздействием УФ-излучения превращается в витамин. Сложные процессы перехода провитамина в витамин зависят от спектрального состава УФ-радиации. Так, лучи с длиной волны максимум 310 нм способны превращать эргостерин в люмистерин, который переходит в техистерин, и, наконец, под действием лучей с длиной волны 280-313 нм техистерин превращается в витамин D.

Витамин D в организме осуществляет регуляцию содержания кальция и фосфора в крови. При недостаточности этого витамина нарушается фосфорно-кальциевый обмен, тесно связанный с процессами окостенения скелета, кислотно-щелочным равновесием, свертываемостью крови и т.д.

При рахите нарушается условно-рефлекторная деятельность, при этом образование условных рефлексов происходит медленнее, чем у здоровых людей, и они быстро исчезают, т.е. возбудимость коры головного мозга у детей, страдающих рахитом, значительно понижена. При этом клетки коры функционируют слабо и легко истощаются. Кроме того, наблюдается расстройство тормозной функции больших полушарий.

Торможение в течение длительного времени может широко распространяться по коре мозга.

Совершенно ясно, что необходимо проводить соответствующие профилактические мероприятия, т.е. использовать полноценный УФ-климат.

Однако следует заметить, что спектральный состав искусственного радиационного климата, имеющий место в условиях фотария с лампой типа ПРК, значительно отличается от естественного наличием коротковолновой УФ-радиации.

С выпуском в нашей стране эритемных люминесцентных ламп небольшой мощности стало возможным использование искусст- венных источников УФ-радиации в условиях фотария и в системе общего освещения.

Доза профилактического УФ-облучения. Несколько слов из истории. Профилактическое облучение шахтеров было начато в 30-х годах ХХ столетия. В то время не было соответствующего опыта и необходимой теоретической базы в отношении выбора дозы именно

профилактического облучения. Было решено использовать опыт лечебный, применяемый в физиотерапевтической практике при лечении разного рода заболеваний. Заимствованы были не только источники УФ-радиации, но и схема облучения. Биологический эффект облучения лампами ПРК, в спектре которых имеется бактерицидное излучение, был весьма сомнителен. Так, нами установлено, что соотношение биологической активности областей «В» и «С», участвующих в образовании эритемы, составляет 1:8. Первые методические указания по эксплуатации фотариев были разработаны преимущественно физиотерапевтами. В дальнейшем вопросами профилактического облучения занимались гигиенисты, биологи. В 50-х годах прошлого столетия проблема профилактического облучения приобрела гигиеническую направленность. Были проведены многочисленные исследования в разных городах и климатических районах России, которые позволили по-новому подойти к дозе профилактического УФ-облучения.

Установление профилактической дозы УФ-радиации является весьма трудной задачей, ибо следует решать и учитывать ряд связанных между собой факторов, таких как:

Источник УФ-радиации;

Способ его использования;

Площадь облучаемой поверхности;

Сезон начала облучения;

Фоточувствительность кожи (биодоза);

Интенсивность облучения (облученность);

Время облучения.

В работе использовались эритемные лампы, в спектре которых отсутствует бактерицидное УФ-излучение. Эритемная биодоза

Таблица 10.4. Взаимосвязь физических и приведенных единиц для

выражения дозы УФ-радиации области В (280-350 нм)

выражена в физических (мкВт/см 2) или приведенных (мкЭр/см 2) величинах, соотношения которых представлены в табл. 10.4.

Следует особо подчеркнуть, что облученность эритемного потока УФ излучения оценивать в эффективных (или приведенных) еди- ницах - эрах (Эр - эритемный поток излучения с длиной волны 296,7 нм мощностью 1 Вт) можно лишь при излучении области «В».

Для выражения облученности участка «В» УФ-спектра в эрах следует его облученность, выраженную в физических единицах (Вт), умножить на коэффициент эритемной чувствительности кожи. Коэффициент эритемной чувствительности кожи для лучей с длиной волны 296,7 нм принят в 1935 г. Международной комиссией по освещению за единицу.

Используя лампы ЛЭР, мы приступили к нахождению оптимальной профилактической дозы УФ-радиации и оценке «метода облучения», под которым имеется в виду главным образом длительность ежедневного облучения, продолжающегося от минуты до нескольких часов.

В свою очередь длительность профилактического облучения зависит от способа использования искусственных излучателей (исполь- зования излучателей в системе общего освещения или в условиях фотария) и от фоточувствительности кожи (от значения эритемной биодозы).

Разумеется, что при разных способах применения искусственных излучателей облучению подвергаются разные по площади поверхности тела. Так, при использовании люминесцентных ламп в системе общего освещения облучаются лишь открытые части тела - лицо, руки, шея, волосистая часть головы, а в фотарии - практически все тело.

УФ-облученность в помещении при использовании эритемных ламп небольшая, отсюда длительность облучения составляет 6-8 ч, тогда как в фотарии, где облученность достигает значительной величины, действие радиации не превышает 5-6 мин.

При нахождении оптимальной дозы профилактического облучения следует руководствоваться тем, что начальная дозы профилактического облучения должна быть ниже биодозы, т.е. субэритемной. В противном случае возможен ожог кожи. Профилактическая доза УФ-составляющей должна выражаться в абсолютных величинах.

Постановка вопроса о выражении профилактической дозы в абсолютных физических (приведенных) величинах отнюдь не

означает отказа от необходимости определения индивидуальной чувствительности кожи к УФ-радиации. Определение биодозы перед началом облучения необходимо, но лишь для того, чтобы выяснить, не меньше ли она рекомендуемой профилактической дозы. Практически при определении биодозы (по Горбачеву) можно использовать биодизиметр, имеющий не 8 или 10 отверстий, как это имеет место в лечебной практике, а значительно меньше или даже одно, которое может быть облучено дозой, равной профилактической. Если облучаемый участок кожи покраснел, т.е. биодоза меньше профилактической, то начальная доза облучения должна быть уменьшена, а облучение проводится возрастающими дозами при начальной дозе равной биодозе.

Сравнительный анализ таких физиологических показателей, как эритемная биодоза, фагоцитарная активность лейкоцитов крови, ломкость капилляров, активность щелочной фосфотазы свидетельствовал о том, что дополнительное искусственное облучение УФ-радиацией эритемными лампами, проводимое зимой, вызывая весьма положительное действие, не способствует в полной мере поддержанию изучаемых физиологических реакций на том уровне, который наблюдается осенью после длительного воздействия природной УФ-радиации.

Анализ уровней физиологических показателей облучающихся дозой УФ-радиации при разном методе облучения, обусловленном способом использования искусственных излучателей, позволил сделать заключение, что биологический эффект воздействия УФ-радиации не зависит от примененных методов облучения.

Динамика чувствительности кожи к УФ-радиации известным образом отражает процессы, происходящие в организме в результате длительного отсутствия природной УФ-радиации.

При профилактическом УФ-облучении необходимо учитывать климатические особенности местности, где проживают облучаемые (для определения сроков облучения), среднее значение их эритемной биодозы (для выбора начальной дозы облучения) и то, что профилактическая доза облучения, нормируемая в абсолютных величинах, не должна быть ниже 2000 мкВт-мин/см 2 (60-62 мЭр-ч/м 2).

Профилактические мероприятия по предупреждению острого конъюнктивита при воздействии УФИ сводятся к применению светозащитных очков или щитков при электросварочных и других работах с источниками УФИ. Для защиты кожи от УФИ используются

защитная одежда, противосолнечные экраны (навесы), специальные кремы.

Основная роль в профилактике неблагоприятного воздействия УФИ на организм принадлежит гигиеническим нормативам. В настоящее время действуют «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях» СН? 4557-88. Нормируемой величиной является облученность, Вт/м1. Указанные нормативы регламентируют допустимые величины УФИ для кожи с учетом длительности облучения в течение рабочей смены и площади облучаемой поверхности кожи.

Энергия Солнца представляет собой электромагнитные волны, которые подразделяются на несколько частей спектра:

• рентгеновские лучи - с самой короткой длиной волны (ниже 2 нм);
• длина волны ультрафиолетового излучения составляет от 2 до 400 нм;
• видимая часть света, которая улавливается глазом человека и животных (400-750 нм);
• теплое окислительное (свыше 750 нм).

Каждая часть находит свое применение и имеет большое значение в жизни планеты и всей ее биомассы. Мы же рассмотрим, что представляют собой лучи в диапазоне от 2 до 400 нм, где они используются и какую роль играют в жизни людей.

История открытия УФ-излучения

Первые упоминания относятся еще к XIII веку в описаниях философа из Индии. Он писал о невидимом глазу фиолетовом свете, который был им обнаружен. Однако технических возможностей того времени явно недоставало, чтобы подтвердить это экспериментально и изучить подробно.

Удалось же это пять веков спустя физику из Германии Риттеру. Именно он проводил опыты над хлоридом серебра по распаду его под воздействием электромагнитного излучения. Ученый увидел, что быстрее данный процесс идет не в той области света, которая была к тому времени уже открыта и называлась инфракрасной, а в противоположной. Выяснилось, что это новая область, до сих пор не исследованная.

Таким образом, в 1842 году было открыто ультрафиолетовое излучение, свойства и применение которого в последствии подверглись тщательному разбору и изучению со стороны разных ученых. Большой вклад в это внесли такие люди, как: Александр Беккерель, Варшавер, Данциг, Македонио Меллони, Франк, Парфенов, Галанин и другие.

Общая характеристика

Что же представляет собой применение которого на сегодняшний день столь широко в различных отраслях деятельности человека? Во-первых, следует обозначить, что появляется данный света только при очень высоких температурах от 1500 до 2000 0 С. Именно в таком интервале УФ достигает пика активности по воздействию.

По физической природе это электромагнитная волна, длина которой колеблется в довольно широких пределах - от 10 (иногда от 2) до 400 нм. Весь диапазон данного излучения условно делится на две области:

1. Ближний спектр. Доходит до Земли через атмосферу и озоновый слой от Солнца. Длина волны - 380-200 нм.
2. Далекий (вакуумный). Активно поглощается озоном, кислородом воздуха, компонентами атмосферы. Исследовать удается только специальными вакуумными устройствами, за что и получил свое название. Длина волны - 200-2 нм.

Существует своя классификация видов, которые имеет ультрафиолетовое излучение. Свойства и применение находит каждый из них.

1. Ближний.
2. Дальний.
3. Экстремальный.
4. Средний.
5. Вакуумный.
6. Длинноволновой черный свет (УФ-А).
7. Коротковолновой гермицидный (УФ-С).
8. Средневолновой УФ-В.

Длина волны ультрафиолетового излучения у каждого вида своя, но все они находятся в общих уже обозначенных ранее пределах.

Интересным является УФ-А, или, так называемый, черный свет. Дело в том, что данный спектр имеет длину волны от 400-315 нм. Это находится на границе с видимым светом, который человеческий глаз способен улавливать. Поэтому такое излучение, проходя через определенные предметы или ткани, способно переходить в область видимого фиолетового света, и люди различают его как черный, темно-синий или темно-фиолетовый оттенок.

Спектры, которые дают источники ультрафиолетового излучения, могут быть трех типов:

• линейчатые;
• непрерывные;
• молекулярные (полосные).

Первые характерны для атомов, ионов, газов. Вторая группа - для рекомбинационного, тормозного излучения. Источники третьего типа чаще всего встречаются при изучении разреженных молекулярных газов.

Источники ультрафиолетового излучения

Основные источники УФ-лучей делятся на три большие категории:

• естественные или природные;
• искусственные, созданные человеком;
• лазерные.

Первая группа включает в себя единственный вид концентратора и излучателя - Солнце. Именно небесное светило дает мощнейший заряд данного типа волн, которые способны проходить через и достигать поверхности Земли. Однако не всей своей массой. Учеными выдвигается теория о том, что жизнь на Земле зародилась только тогда, когда озоновый экран стал защищать ее от избыточного проникновения вредного в больших концентрациях УФ-излучения.

Именно в этот период стали способны существовать белковые молекулы, нуклеиновые кислоты и АТФ. До сегодняшнего дня слой озона вступает в тесное взаимодействие с основной массой УФ-А, УФ-В и УФ-С, обезвреживая их, и не давая пройти через себя. Поэтому защита от ультрафиолетового излучения всей планеты - исключительно его заслуга.

От чего зависит концентрация проникающего на Землю ультрафиолета? Есть несколько основных факторов:

• озоновые дыры;
• высота над уровнем моря;
• высота солнцестояния;
• атмосферное рассеивание;
• степень отражения лучей от земных природных поверхностей;
• состояние облачных паров.

Диапазон ультрафиолетового излучения, проникающего на Землю от Солнца, колеблется в пределах от 200 до 400 нм.

Следующие источники - это искусственные. К ним можно отнести все те приборы, устройства, технические средства, которые были сконструированы человеком для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Это было сделано с целью получать ультрафиолетовое излучение, применение которого может быть крайне полезным в разных областях деятельности. К искусственным источникам относятся:

1. Эритемные лампы, обладающие способностью активизировать синтез витамина D в коже. Это предохраняет от заболеваний рахитом и лечит его.
2. Аппараты для соляриев, в которых люди получают не только красивый естественный загар, но и лечатся от заболеваний, возникающих при недостатке открытого солнечного света (так называемая, зимняя депрессия).
3. Лампы-аттрактанты, позволяющие бороться с насекомыми в условиях помещений безопасно для человека.
4. Ртутно-кварцевые устройства.
5. Эксилампа.
6. Люминесцентные устройства.
7. Ксеноновые лампы.
8. Газоразрядные устройства.
9. Высокотемпературная плазма.
10. Синхротронное излучение в ускорителях.

Еще один тип источников - лазеры. Их работа основана на генерации различных газов - как инертных, так и нет. Источниками могут быть:

• азот;
• аргон;
• неон;
• ксенон;
• органические сцинтилляторы;
• кристаллы.

Совсем недавно, около 4 лет назад, был изобретен лазер, работающий на свободных электронах. Длина ультрафиолетового излучения в нем равна той, которая наблюдается в условиях вакуума. Лазерные поставщики УФ используются в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и так далее.

Биологическое воздействие на организмы

Действие ультрафиолетового излучения на живых существ двояко. С одной стороны, при его недостатке могут возникать заболевания. Это выяснилось только в начале прошлого столетия. Искусственное облучение специальным УФ-А в необходимых нормах способно:

• активизировать работу иммунитета;
• вызвать образование важных сосудорасширяющих соединений (гистамин, например);
• укрепить кожно-мышечную систему;
• улучшить работу легких, повысить интенсивность газообмена;
• повлиять на скорость и качество метаболизма;
• повысить тонус организма, активизировав выработку гормонов;
• увеличить проницаемость стенок сосудов на коже.

Если УФ-А в достаточном количестве попадает в организм человека, то у него не возникает таких заболеваний, как зимняя депрессия или световое голодание, а также значительно снижается риск развития рахита.

Влияние ультрафиолетового излучения на организм бывает следующих типов:

• бактерицидное;
• противовоспалительное;
• регенерирующее;
• болеутоляющее.

Эти свойства во многом объясняют широкое применение УФ в медицинских учреждениях любого типа.

Однако, помимо перечисленных плюсов, есть и отрицательные стороны. Существует ряд заболеваний и недугов, которые можно приобрести, если не дополучать или, напротив, принимать в избыточном количестве рассматриваемые волны.

1. Рак кожи. Это самое опасное воздействие ультрафиолетового излучения. Меланома способна образоваться при избыточном влиянии волн от любого источника - как природного, так и созданного людьми. Это особенно касается любителей загара в солярии. Во всем необходима мера и осторожность.
2. Разрушительное действие на сетчатку глазных яблок. Другими словами, может развиться катаракта, птеригиум или ожег оболочки. Вредное избыточное воздействие УФ на глаза было доказано учеными уже давно и подтверждено экспериментальными данными. Поэтому при работе с такими источниками следует соблюдать На улице оградить себя можно при помощи темных очков. Однако в этом случае следует опасаться подделок, ведь если стекла не снабжены УФ-отталкивающими фильтрами, то разрушающее действие будет еще сильнее.
3. Ожоги на коже. В летнее время их можно заработать, если долгое время неконтролируемо подвергать себя воздействию УФ. Зимой же можно получить их из-за особенности снега отражать практически полностью данные волны. Поэтому облучение происходит и со стороны Солнца, и со стороны снега.
4. Старение. Если люди долгое время находятся под воздействием УФ, то у них начинают очень рано проявляться признаки старения кожи: вялость, морщины, дряблость. Это происходит от того, что защитные барьерные функции покровов ослабевают и нарушаются.
5. Воздействие с последствиями во времени. Заключаются в проявлениях негативных воздействий не в молодом возрасте, а ближе к старости.

Все эти результаты являются последствиями нарушения дозировок УФ, т.е. они возникают, когда использование ультрафиолетового излучения проводится нерационально, неправильно, и без соблюдения мер безопасности.

Ультрафиолетовое излучение: применение

Основные области использования отталкиваются от свойств вещества. Это справедливо и для спектральных волновых излучений. Так, главными характеристиками УФ, на которых базируется его применение, являются:

• химическая активность высокого уровня;
• бактерицидное воздействие на организмы;
• способность вызывать свечение различных веществ разными оттенками, видимыми глазом человека (люминесценция).

Это позволяет широко использовать ультрафиолетовое излучение. Применение возможно в:

• спектрометрических анализах;
• астрономических исследованиях;
• медицине;
• стерилизации;
• обеззараживании питьевой воды;
• фотолитографии;
• аналитическом исследовании минералов;
• УФ-фильтрах;
• для ловли насекомых;
• для избавления от бактерий и вирусов.

Каждая из перечисленных областей использует определенный тип УФ со своим спектром и длиной волны. В последнее время данный тип излучения активно используется в физических и химических исследованиях (установление электронной конфигурации атомов, кристаллической структуры молекул и различных соединений, работа с ионами, анализ физических превращений на различных космических объектах).

Есть еще одна особенность воздействия УФ на вещества. Некоторые полимерные материалы способны разлагаться под воздействием интенсивного постоянного источника данных волн. Например, такие, как:

• полиэтилен любого давления;
• полипропилен;
• полиметилметакрилат или органическое стекло.

В чем выражается воздействие? Изделия из перечисленных материалов теряют окраску, трескаются, тускнеют и, в конечном итоге, разрушаются. Поэтому их принято называть чувствительными полимерами. Эту особенность деградации углеродной цепи при условиях солнечной освещенности активно используют в нанотехнологиях, рентгенолитографии, трансплантологии и прочих областях. Делается это в основном для сглаживания шероховатостей поверхности изделий.

Спектрометрия - основная область аналитической химии, которая специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. Получается, что спектры уникальны для каждого вещества, поэтому можно их классифицировать по результатам спектрометрии.

Также применение ультрафиолетового бактерицидного излучения осуществляется для привлечения и уничтожения насекомых. Действие основано на способности глаза насекомого улавливать невидимые человеку коротковолновые спектры. Поэтому животные летят на источник, где и подвергаются уничтожению.

Использование в соляриях - специальных установках вертикального и горизонтального типа, в которых человеческое тело подвергается воздействию УФ-А. Делается это для активизации выработки в коже меланина, придающего ей более темный цвет, гладкость. Кроме того, при этом подсушиваются воспаления и уничтожаются вредные бактерии на поверхности покровов. Особое внимание следует уделять защите глаз, чувствительных зон.

Медицинская область

Применение ультрафиолетового излучения в медицине основано также на его способностях уничтожать невидимые глазу живые организмы - бактерии и вирусы, и на особенностях, происходящих в организме во время грамотного освещения искусственным или естественным облучением.

Основные показания к лечению УФ можно обозначить в нескольких пунктах:

1. Все виды воспалительных процессов, ран открытого типа, нагноений и открытых швов.
2. При травмах тканей, костей.
3. При ожогах, обморожениях и кожных заболеваниях.
4. При респираторных недугах, туберкулезе, бронхиальной астме.
5. При возникновении и развитии различных видов инфекционных заболеваний.
6. При недугах, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями, невралгии.
7. Заболевания горла и носовой полости.
8. Рахиты и трофическая
9. Стоматологические заболевания.
10. Регуляция давления кровяного русла, нормализация работы сердца.
11. Развитие раковых опухолей.
12. Атеросклероз, почечная недостаточность и некоторые другие состояния.

Все эти заболевания могут иметь весьма серьезные последствия для организма. Поэтому лечение и профилактика использованием УФ - это настоящее медицинское открытие, спасающее тысячи и миллионы людских жизней, сохраняющее и возвращающее им здоровье.

Еще один вариант использования УФ с медицинской и биологической точки зрения - это обеззараживание помещений, стерилизация рабочих поверхностей и инструментов. Действие основано на способности УФ угнетать развитие и репликацию молекул ДНК, что приводит к их вымиранию. Бактерии, грибки, простейшие и вирусы гибнут.

Основной проблемой при использовании такого излучения для стерилизации и обеззараживания помещения является область освещения. Ведь организмы уничтожаются только при непосредственном воздействии прямых волн. Все, что остается за пределами, продолжает свое существование.

Аналитическая работа с минералами

Способность вызывать у веществ люминесценцию позволяет применять УФ для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. В этом плане очень интересными бывают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. Каких только оттенков они не дают при облучении их катодными волнами! Очень интересно об этом писал Малахов, знаменитый геолог. В его труде рассказывается о наблюдениях за свечением цветовой палитры, которое способны давать минералы в разных источниках облучения.

Так, например, топаз, который в видимом спектре имеет красивый насыщенный голубой цвет, при облучении высвечивается ярко-зеленым, а изумруд - красным. Жемчуг вообще не может дать какой-то определенный цвет и переливается многоцветьем. Зрелище в результате получается просто фантастическое.

Если в состав исследуемой породы входят примеси урана, то высвечивание покажет зеленый цвет. Примеси мелита дают синий, а морганита - сиреневый или бледно-фиолетовый оттенок.

Использование в фильтрах

Для использования в фильтрах также применяется ультрафиолетовое бактерицидное излучение. Типы таких структур могут быть разные:

• твердые;
• газообразные;
• жидкие.

Основное применение такие устройства находят в химической отрасли, в частности, в хроматографии. С их помощью можно провести качественный анализ состава вещества и идентифицировать его по принадлежности к тому или иному классу органических соединений.

Обработка питьевой воды

Обеззараживание ультрафиолетовым излучением питьевой воды является одним из самых современных и качественных методов ее очистки от биологических примесей. Преимущества этого метода следующие:

• надежность;
• эффективность;
• отсутствие посторонних продуктов в воде;
• безопасность;
• экономичность;
• сохранение органолептических свойств воды.

Именно поэтому на сегодняшний день такая методика обеззараживания идет в ногу с традиционным хлорированием. Действие основано на тех же особенностях - разрушение ДНК вредоносных живых организмов в составе воды. Используют УФ с длиной волны около 260 нм.

Помимо прямого воздействия на вредителей, ультрафиолет используется также для разрушения остатков химических соединений, которые применяются для смягчения, очищения воды: таких, как, например, хлор или хлорамин.

Лампа черного света

Такие устройства снабжены специальными излучателями, способными давать волны большой длинны, близкой к видимому. Однако они все равно остаются неразличимы для человеческого глаза. Используются такие лампы в качестве устройств, читающих тайные знаки из УФ: например, в паспортах, документах, денежных купюрах и так далее. То есть, такие метки могут быть различимы только под действием определенного спектра. Таким образом построен принцип работы детекторов валюты, устройств для проверки натуральности денежных купюр.

Реставрация и определение подлинности картины

И в этой области находит применение УФ. Каждый художник использовал белила, содержащие в каждый эпохальный промежуток времени разные тяжелые металлы. Благодаря облучению возможно получение так называемых подмалевков, которые дают информацию о подлинности картины, а также о специфической технике, манере письма каждого художника.

Кроме того, лаковая пленка на поверхности изделий относится к чувствительным полимерам. Поэтому она способна стареть под воздействием света. Это позволяет определять возраст композиций и шедевров художественного мира.

Теоретически вопрос «Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых? » мог бы заинтересовать любого человека. Ведь и те, и другие лучи входят в состав солнечного спектра – а воздействию Солнца мы подвергаемся ежедневно. На практике же его чаще всего задают себе те, кто собирается приобрести устройства, известные как инфракрасные обогреватели, и хотел бы убедиться в том, что подобные приборы абсолютно безопасны для здоровья человека.

Чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых с точки зрения физики

Как известно, кроме семи видимых цветов спектра за его пределами имеются и невидимые глазу излучения. Помимо инфракрасных и ультрафиолетовых, к ним относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны.

Инфракрасные и УФ-лучи сходны в одном: и те, и другие относятся к той части спектра, который не видим невооруженному глазу человека. Но этим и ограничивается их сходство.

Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. Стоит отметить, что почти половина солнечной радиации – это именно инфракрасное излучение. Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.
Излучение этого вида подразделяется на три области по такому параметру, как длина волны:

• от 0,75 до 1,5 мкм – ближняя область;
• от 1,5 до 5,6 мкм – средняя;
• от 5,6 до 100 мкм – дальняя.

Нужно понимать, что инфракрасное излучение является не продуктом всевозможных современных технических устройств, к примеру, ИК-обогревателей. Это фактор природной окружающей среды, который постоянно действует на человека. Наше тело непрерывно поглощает и отдает инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовое излучение

Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году. Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм, однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм.
Ученые считают, что ультрафиолету принадлежит значительная роль в образовании первых на Земле органических соединений. Однако воздействие этого излучения носит и отрицательный характер, приводя к распаду органических веществ.
При ответе на вопрос, чем инфракрасное излучение отличается от ультрафиолетового , необходимо обязательно рассмотреть воздействие на организм человека. И здесь основное отличие заключается в том, что эффект инфракрасных лучей ограничивается преимущественно тепловым действием, в то время как ультрафиолетовые лучи способны оказывать еще и фотохимическое воздействие.
УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.

Воздействие ИК и УФ-излучения на кожу

Когда человек подвергается воздействию солнечных лучей, на поверхность его тела оказывают влияние и инфракрасные, ультрафиолетовые лучи. Но результат этого воздействия будет различным:

• ИК-лучи вызывают прилив крови к поверхностным слоям кожи, повышение ее температуры и покраснение (калорическая эритема). Этот эффект исчезает сразу же, как только действие облучения прекращается.
• Воздействие УФ-излучения имеет скрытый период и может проявляться через несколько часов после облучения. Длительность ультрафиолетовой эритемы составляет от 10 часов до 3-4 дней. Кожа краснеет, может шелушиться, затем окраска ее становится более темной (загар).

Доказано, что избыточное воздействие ультрафиолета может привести к возникновению злокачественных заболеваний кожи. В то же время в определенных дозах УФ-излучение полезно для организма, что позволяет применять его для профилактики и лечения, а также для уничтожения бактерий в воздухе помещений.

Безопасно ли инфракрасное излучение?

Опасения людей по отношению к такому виду устройств, как инфракрасные обогреватели, вполне понятно. В современном обществе уже сформировалась устойчивая тенденция с изрядной долей опасения относиться ко многим видам излучения: радиация, рентгеновские лучи и др.
Рядовым потребителям, которые собираются приобрести устройства, основанные на использовании инфракрасного излучения, важнее всего знать следующее: инфракрасные лучи совершенно безопасны для здоровья человека. Именно это стоит подчеркнуть, рассматривая вопрос, чем инфракрасные лучи отличаются от ультрафиолетовых .
Исследованиями доказано: длинноволновое ИК-излучение не только полезно для нашего тела – оно ему совершенно необходимо. При недостатке ИК-лучей страдает иммунитет организма, а также проявляется эффект его ускоренного старения.


Положительное воздействие инфракрасного излучения уже не вызывает сомнений и проявляется в различных аспектах.