Ультрафиолетовый излучатель. Ультрафиолетовое излучение: применение в медицине

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:

Ближний спектр. Доходит до Земли через атмосферу и озоновый слой от Солнца. Длина волны - 380-200 нм.
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.

Ближний.
Дальний.
Экстремальный.
Средний.
Вакуумный.
Длинноволновой черный свет (УФ-А).
Коротковолновой гермицидный (УФ-С).
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:

Эритемные лампы, обладающие способностью активизировать синтез витамина D в коже. Это предохраняет от заболеваний рахитом и лечит его.
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).
Лампы-аттрактанты, позволяющие бороться с насекомыми в условиях помещений безопасно для человека.
Ртутно-кварцевые устройства.
Эксилампа.
Люминесцентные устройства.
Ксеноновые лампы.
Газоразрядные устройства.
Высокотемпературная плазма.
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.

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.
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.
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.
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.
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:

Все виды воспалительных процессов, ран открытого типа, нагноений и открытых швов.
При травмах тканей, костей.
При ожогах, обморожениях и кожных заболеваниях.
При респираторных недугах, туберкулезе, бронхиальной астме.
При возникновении и развитии различных видов инфекционных заболеваний.
При недугах, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями, невралгии.
Заболевания горла и носовой полости.
Рахиты и трофическая
Стоматологические заболевания.
Регуляция давления кровяного русла, нормализация работы сердца.
Развитие раковых опухолей.
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.

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:

острые, вызванные большой дозой облучения, полученной за короткое время (например, солнечный ожог или острые фотодерматозы). Они происходят преимущественно за счет лучей УФ-В, энергия которых многократно превосходит энергию лучей УФ-А. Солнечная радиация распределяется неравномерно: 70% дозы лучей УФ-В, получаемых человеком, приходится на лето и полуденное время дня, когда лучи падают почти отвесно, а не скользят по касательной - в этих условиях поглощается максимальное количество излучения. Такие повреждения вызваны непосредственным действием УФ-излучения на хромофоры - именно эти молекулы избирательно поглощают УФ-лучи.

отсроченные, вызванные длительным облучением умеренными (субэритемными) дозами (например, к таким повреждениям относятся фотостарение, новообразования кожи, некоторые фотодерматиты). Они возникают преимущественно за счет лучей спектра А, которые несут меньшую энергию, но способны глубже проникать в кожу, и их интенсивность мало меняется в течение дня и практически не зависит от времени года. Как правило, этот тип повреждений - результат воздействия продуктов свободнорадикальных реакций (напомним, что свободные радикалы - это высокореактивные молекулы, активно взаимодействующие с белками, липидами и генетическим материалом клеток).
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 лампы
В 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:

Гинекологическим больным (ультрафиолет может усилить воспалительные явления).

Имеющих большое количество родимых пятен на теле, или участки скопления родимых пятен, или большие родимые пятна

Лечившимся от рака кожи в прошлом

Работающим в течение недели в помещении, а затем длительно загорающим в выходные дни

Живущим или отдыхающим в тропиках и субтропиках

Имеющим веснушки или ожоги

Альбиносам, блондинам, русоволосым и рыжеволосым людям

Имеющим среди близких родственников больных раком кожи, особенно меланомой

Живущим или отдыхающим в горах (каждые 1000 метров над уровнем моря прибавляют 4% - 5% солнечной активности)

Длительно пребывающим, в силу различных причин, на свежем воздухе

Перенесшим трансплантацию какого-либо органа

Страдающим некоторыми хроническими заболеваниями, например, системной красной волчанкой

Принимающим следующие лекарственные препараты: Антибактериальные (тетрациклины, сульфаниламиды и некоторые другие) Нестероидные противовоспалительные средства, например, напроксен Фенотиазиды, используемые в качестве успокаивающих и противотошнотных средств Трициклические антидепрессанты Мочегонные из группы тиазидов, например, гипотиазид Препараты сульфомочевины, таблетки, снижающие глюкозу в крови Иммунодепрессанты

Особенно опасно длительное неконтролируемое воздействие ультрафиолета для детей и подростков, поскольку может стать причиной развития во взрослом возрасте меланомы, наиболее быстро прогрессирующего рака кожи.

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.

Ультрафиолетовое излучение представляет собой электромагнитные волны длиной от 180 до 400 нм. Этот физический фактор оказывает на организм человека множество положительных эффектов и успешно применяется для лечения целого ряда заболеваний. О том, что же это за эффекты, о показаниях и противопоказаниях к применению ультрафиолетового излучения, а также об используемых приборах и методиках проведения процедур мы и поговорим в данной статье.

Ультрафиолетовые лучи проникают в кожу на глубину до 1 мм и вызывают в ней множество биохимических изменений. Различают длинноволновое (область А – длина волны составляет от 320 до 400 нм), средневолновое (область В – длина волны равна 275-320 нм) и коротковолновое (область С – длина волны находится в пределах от 180 до 275 нм) ультрафиолетовое излучение. Стоит отметить, что разные виды излучения (А, В или С) воздействуют на организм по-разному, поэтому и рассматривать их следует по отдельности.

Длинноволновое излучение

Одним из основных эффектов излучения данного вида является пигментирующий: попадая на кожу, лучи стимулируют возникновение определенных химических реакций, в результате которых образуется пигмент меланин. Гранулы этого вещества выделяются в клетки кожи и обуславливают ее загар. Максимальное количество меланина в коже определяется через 48-72 часа с момента облучения.

Вторым важным эффектом данного метода физиолечения является иммуностимулирующий: продукты фотодеструкции связываются с белками кожи и индуцируют цепь биохимических превращений в клетках. Результатом этого становится формирование через 1-2 суток иммунного ответа, то есть повышается местный иммунитет и неспецифическая сопротивляемость организма к множеству неблагоприятных факторов внешней среды.

Третий эффект ультрафиолетового облучения – фотосенсибилизирующий. Ряд веществ обладают способностью повышать чувствительность кожи больных к воздействию данного вида излучения и стимулировать образование меланина. То есть прием такого препарата и последующее ультрафиолетовое облучение приведут к отечности кожи и покраснению ее (возникновению эритемы) у лиц, страдающих дерматологическими заболеваниями. Результатом курса такого лечения станет нормализация пигментации и структуры кожи. Этот метод лечения получил название «фотохимиотерапия».

Из негативных эффектов избыточного длинноволнового ультрафиолетового облучения важно упомянуть угнетение противоопухолевых реакций, то есть повышение вероятности развития опухолевого процесса, в частности, меланомы – рака кожи.

Показания и противопоказания

Показаниями к лечению ультрафиолетовым длинноволновым излучением являются:

хронические воспалительные процессы в области органов дыхания;
заболевания костно-суставного аппарата воспалительной природы;
отморожения;
ожоги;
болезни кожи – псориаз, грибовидный микоз, витилиго, себорея и другие;
раны, плохо поддающиеся лечению;
трофические язвы.

При некоторых заболеваниях применение этого метода физиолечения не рекомендуется. Противопоказаниями являются:

острые воспалительные процессы в организме;
тяжелая хроническая почечная и печеночная недостаточность;
индивидуальная гиперчувствительность к ультрафиолету.

Приборы

Источники УФ-лучей делят на интегральные и селективные. Интегральные излучают УФ-лучи всех трех спектров, а селективные – только область А или области В+С. Как правило, в медицине используют селективное излучение, которое получают при помощи лампы ЛУФ-153 в облучателях УУД-1 и 1А, ОУГ-1 (для головы), ОУК-1 (для конечностей), ЭГД-5, ЭОД-10, PUVA, Psorymox и другие. Также длинноволновое УФ-излучение применяют в соляриях, предназначенных для получения равномерного загара.

Этот вид излучения может воздействовать сразу на все тело или же какую-либо его часть.

Если пациенту предстоит общее облучение, ему следует раздеться и 5-10 минут спокойно посидеть. На кожу не должны быть нанесены кремы или мази. Воздействию подвергают сразу все тело или же его части по очереди – это зависит от вида установки.

Пациент находится на расстоянии минимум 12-15 см от аппарата, а глаза его защищены специальными очками. Продолжительность облучения напрямую зависит от типа пигментации кожи – существует таблица со схемами облучения в зависимости от этого показателя. Минимальное время воздействия составляет 15 минут, а максимальное – полчаса.

Средневолновое ультрафиолетовое излучение

Этот вид УФ-излучения оказывает на организм человека следующие эффекты:

иммуномодулирующий (в субэритемных дозах);
витаминообразующий (способствует образованию в организме витамина D 3 , улучшает усвояемость витамина С, оптимизирует синтез витамина А, стимулирует обмен веществ);
обезболивающий;
противовоспалительный;
десенсибилизирующий (понижается чувствительность организма к продуктам фотодеструкции белков – в эритемных дозах);
трофостимулирующий (стимулирует ряд биохимических процессов в клетках, в результате чего возрастает количество функционирующих капилляров и артериол, улучшается кровоток в тканях – формируется эритема).

Показания и противопоказания

Показаниями к применению средневолнового ультрафиолетового излучения являются:

воспалительные заболевания органов дыхания;
посттравматические изменения опорно-двигательного аппарата;
воспалительные заболевания костей и суставов (артриты, артрозы);
вертеброгенные радикулопатии, невралгии, миозиты, плекситы;
солнечное голодание;
заболевания обмена веществ;
рожистое воспаление.

Противопоказаниями являются:

индивидуальная гиперчувствительность к УФ-лучам;
гиперфункция щитовидной железы;
хроническая почечная недостаточность;
системные заболевания соединительной ткани;
малярия.

Приборы

Источники излучения данного вида, как и предыдущего, делят на интегральные и селективные.

Интегральными источниками являются лампы типа ДРТ различной мощности, которые устанавливают в облучатели ОКН-11М (кварцевый настольный), ОРК-21М (ртутно-кварцевый), УГН-1 (для групповых облучений носоглотки), ОУН 250 (настольный). Другой вид ламп – ДРК-120 предназначен для полостных облучателей ОУП-1 и ОУП-2.

Селективным источником является люминесцентная лампа ЛЗ 153 для облучателей ОУШ-1 (на штативе), ОУН-2 (настольный). Эритемные лампы ЛЭ-15 и ЛЭ-30, изготовленные из стекла, которое пропускает УФ-лучи, также используют в настенных, подвесных и передвижных облучателях.

Дозируют ультрафиолетовое облучение, как правило, биологическим методом, который основан на способности УФ-лучей вызывать покраснение кожи после ее облучения – эритему. Единица измерения – 1 биодоза (минимальное время облучения ультрафиолетом кожи пациента на каком-либо участке его тела, обусловливающее появление в течение суток наименее интенсивной эритемы). Биодозиметр Горбачева имеет вид металлической пластины, на которой расположены 6 прямоугольных отверстий, закрывающихся заслонкой. Прибор фиксируют на теле пациента, направляют на него УФ-излучение и через каждые 10 секунд открывают поочередно 1 окно пластины. Выходит, что кожа под первым отверстием подвергается излучению в течение 1 минуты, а под последним – лишь 10 с. Через 12-24 часа возникает пороговая эритема, определяющая биодозу – время воздействия УФ-излучения на кожу под этим отверстием.

Различают следующие виды доз:

субэритемные (0.5 биодозы);
малые эритемные (1-2 биодозы);
средние (3-4 биодозы);
высокие (5-8 биодоз);
гиперэритемные (более 8 биодоз).

Методика проведения процедуры

Различают 2 методики – местную и общую.

Местное воздействие осуществляют на участке кожи, площадь которого не превышает 600 см 2 . Применяют, как правило, эритемные дозы излучения.

Процедуру проводят 1 раз в 2-3 дня, с каждым разом повышая дозу на 1/4-1/2 от предыдущей. Один участок может подвергаться воздействию не более 3-4 раз. Повторный курс лечения рекомендуют больному через 1 месяц.

При общем воздействии пациент находится в положении лежа; поверхности его тела облучают поочередно. Существует 3 схемы лечения – основная, ускоренная и замедленная, согласно которым в зависимости от номера процедуры определяют биодозу. Курс лечения составляет до 25 облучений и может быть повторен через 2-3 месяца.

Электроофтальмия

Этим термином называют негативное воздействие излучения средневолнового спектра на орган зрения, заключающееся в повреждении его структур. Такой эффект может возникнуть во время наблюдения за солнцем без использования защитных приспособлений, во время пребывания в заснеженном районе или при очень яркой, солнечной погоде на море, а также во время кварцевания помещений.

Суть электроофтальмии заключается в ожоге роговицы, который проявляется выраженным слезотечением, покраснением и режущими болями в глазах, светобоязнью и отеком роговицы.

К счастью, в подавляющем большинстве случаев это состояние кратковременно – как только эпителий глаза заживет, его функции восстановятся.

Чтобы облегчить свое состояние или состояние окружающих людей при электроофтальмии, следует:

промыть глаза чистой, желательно проточной водой;
закапать в них увлажняющие капли (препараты типа искусственной слезы);
надеть защитные очки;
если больной предъявляет жалобы на рези в глазах, можно облегчить его страдания при помощи компрессов из тертого сырого картофеля или пакетиков черного чая;
если вышеуказанные меры не дали желаемого эффекта, следует обратиться за помощью к специалисту.

Коротковолновое излучение

Оказывает на организм человека следующие эффекты:

бактерицидный и фунгицидный (стимулирует ряд реакций, в результате которых разрушается структура бактерий и грибов);
детоксикационный (под воздействием УФ-излучения в крови появляются вещества, которые нейтрализуют токсины);
метаболический (во время процедуры улучшается микроциркуляция, в результате чего органы и ткани получают больше кислорода);
корригирующие свертывающую способность крови (при УФ-облучении крови изменяется способность эритроцитов и тромбоцитов к формированию тромбов, нормализуются процессы свертывания).

Показания и противопоказания

Применение коротковолнового ультрафиолетового излучения эффективно при следующих заболеваниях:

заболевания кожи (псориаз, нейродермит);
рожистое воспаление;
риниты, тонзиллиты;
отиты;
раны;
туберкулез кожи;
абсцессы, фурункулы, карбункулы;
остеомиелит;
ревматическое поражение клапанов сердца;
эссенциальная гипертензия І-ІІ;
острые и хронические заболевания органов дыхания;
болезни органов пищеварения (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрит с повышенной кислотностью);
сахарный диабет;
длительно незаживающие язвы;
хронический пиелонефрит;
острый аднексит.

Противопоказанием к данному виду лечения является индивидуальная гиперчувствительность к УФ-лучам. Облучение крови противопоказано при следующих заболеваниях:

болезни психической сферы;
хроническая почечная и печеночная недостаточность;
порфирия;
тромбоцитопения;
каллезная язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
снижение свертывающей способности крови;
инсульты;
инфаркт миокарда.

Приборы

Интегральные источники излучения – лампа ДРК-120 для полостных облучателей ОУП-1 и ОУП-2, лампа ДРТ-4 для облучателя носоглотки.

Селективными источниками являются бактерицидные лампы ДБ различной мощности – от 15 до 60 Вт. Устанавливают их в облучателях типов ОБН, ОБШ, ОБП.

С целью проведения аутотрансфузий ультрафиолетом облученной крови используют аппарат МД-73М «Изольда». Источником излучения в нем является лампа ЛБ-8. Имеется возможность регулирования дозы и площади облучения.

Методика проведения процедуры

На пораженные участки кожи и слизистых воздействуют по схемам общего УФ-облучения.

При заболеваниях слизистой носа пациент находится в положении сидя на стуле, слегка запрокинув голову. Излучатель вводят на небольшую глубину поочередно в обе ноздри.

Облучая миндалины, используют специальное зеркало. Отражаясь от него, лучи направляются на левую и правую миндалины. Язык больного высунут, он удерживает его марлевой салфеткой.

Дозируют воздействия путем определения биодозы. При острых состояниях начинают с 1 биодозы, постепенно увеличивая ее до 3. Повторить курс лечения можно через 1 месяц.

Кровь облучают в течение 10-15 минут на протяжении 7-9 процедур с возможным повтором курса через 3-6 месяцев.

Общая характеристика ультрафиолетового излучения

Замечание 1

Ультрафиолетовое излучение открыл И.В. Риттер в $1842$ г. Впоследствии свойства этого излучения и его применение подверглись самому тщательному разбору и изучению. Такие ученые как А. Беккерель, Варшавер, Данциг, Франк, Парфенов, Галанин и многие другие внесли в это изучение большой вклад.

В настоящее время ультрафиолетовое излучение широко применяется в разных областях деятельности. Пик активности по воздействию ультрафиолет достигает в интервале высоких температур. Появляется этот вид спектра, когда температура доходит от $1500$ до $20000$ градусов.

Условно диапазон излучения делят на 2 области:

Ближний спектр , который от Солнца через атмосферу доходит до Земли и имеет длину волны $380$-$200$ нм;
Далекий спектр поглощается озоном, кислородом воздуха и другими компонентами атмосферы. Исследовать этот спектр можно при помощи специальных вакуумных устройств, поэтому его называют ещё вакуумным . Длина его волны $200$-$2$ нм.

Ультрафиолетовое излучение может быть ближним, дальним, экстремальным, средним, вакуумным, причем каждый его вид имеет свои свойства и находит свое применение. Каждый вид ультрафиолетового излучения имеет свою длину волны, но в обозначенных выше пределах.

Спектр ультрафиолетовых солнечных лучей , достигающих поверхности Земли, узок – $400$…$290$ нм. Получается, что Солнце не излучает свет с длиной волны короче $290$ нм. Так это или не так? Ответ на этот вопрос был найден французом А. Корню , установившим, что ультрафиолетовые лучи короче $295$ нм поглощаются озоном. На основании этого А.Корню предположил , что Солнце излучает коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Молекулы кислорода под его действием распадаются на отдельные атомы и образуют молекулы озона. Озон в верхних слоях атмосферы покрывает планету защитным экраном .

Предположение ученого подтвердилось тогда, когда человек сумел подняться в верхние слои атмосферы. Высота Солнца над горизонтом и количество ультрафиолетовых лучей, поступающих на земную поверхность, находятся в прямой зависимости. При изменении освещенности на $20$ % в $20$ раз уменьшится количество ультрафиолетовых лучей, дошедших до поверхности. Проведенные эксперименты показали, что на каждые $100$ м подъема на $3$-$4$ % увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения. В экваториальной области планеты, когда Солнце находится в зените, поверхность земли достигают лучи длиной $290$…$289$ нм. На земную поверхность за Полярным кругом поступают лучи с длиной волны $350$…$380$ нм.

Источники ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет свои источники:

Природные источники;
Источники, созданные человеком;
Лазерные источники.

Природным источником ультрафиолетовых лучей является единственный их концентратор и излучатель – это наше Солнце . Самая близкая к нам звезда излучает мощнейший заряд волн, способных пройти через озоновый слой и достичь земной поверхности. Многочисленные исследования позволили ученым выдвинуть теорию о том, что только с появлением озонового слоя на планете смогла зародиться жизнь. Именно этот слой защищает всё живое от вредного избыточного проникновения ультрафиолетового излучения. Способность к существованию белковых молекул, нуклеиновых кислот и АТФ стала возможна именно в этот период. Озоновый слой выполняет очень важную функцию, взаимодействуя с основной массой УФ-А, УФ-В, УФ-С, он обезвреживает их и не пропускает к поверхности Земли. Поступающее на поверхность земли ультрафиолетовое излучение имеет диапазон, который колеблется в пределах от $200$ до $400$ нм.

Концентрация ультрафиолета на Земле зависит от целого ряда факторов:

Наличия озоновых дыр;
Положения территории (высота) над уровнем моря;
Высота самого Солнца;
Способности атмосферы рассеивать лучи;
Отражающей способности подстилающей поверхности;
Состояния облачных паров.

Искусственные источники ультрафиолета, как правило, создаются человеком. Это могут быть сконструированные людьми приборы, устройства, технические средства. Создаются они для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Цель их создания заключается в том, чтобы полученное ультрафиолетовое излучение можно было с пользой применить в разных областях деятельности.

К источникам искусственного происхождения относятся:

Обладающие способностью активировать синтез витамина D в коже человека эритемные лампы . Они не только предохраняют от заболеваний рахитом, но и лечат это заболевание;
Специальные аппараты для соляриев , предупреждающие зимнюю депрессию и дающие красивый естественный загар;
Применяющиеся в помещениях для борьбы с насекомыми лампы-аттрактанты . Для человека они не представляют опасности;
Ртутно-кварцевые устройства;
Эксилампы;
Люминесцентные устройства;
Ксеноновые лампы;
Газоразрядные устройства;
Высокотемпературная плазма;
Синхротронное излучение в ускорителях.

К искусственным источникам ультрафиолета относятся лазеры , работа которых основана на генерации инертных и не инертных газов. Это может быть азот, аргон, неон, ксенон, органические сцинтилляторы, кристаллы. В настоящее время существует лазер , работающий на свободных электронах . В нем получают длину ультрафиолетового излучения равную той, которая наблюдается в вакуумных условиях. Лазерный ультрафиолет используется в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и др.

Применение ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет такие характеристики, которые позволяют его применять в разных сферах.

Характеристики УФ-излучения:

Высокий уровень химической активности;
Бактерицидное воздействие;
Способность вызывать люминесценцию, т.е. свечение различных веществ разными оттенками.

Исходя из этого, ультрафиолетовое излучение может широко использоваться, например, в спектрометрических анализах, астрономии, медицине, в обеззараживании питьевой воды, аналитическом исследовании минералов, для уничтожения насекомых, бактерий и вирусов. Каждая область использует свой тип УФ со своим спектром и длиной волны.

Спектрометрия специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. По результатам спектрометрии спектры для каждого вещества можно классифицировать, т.к. они являются уникальными. Уничтожение насекомых основано на том, что их глаза улавливают коротковолновые спектры, невидимые для человека. Насекомые летят на этот источник и подвергаются уничтожению. Специальные установки в соляриях подвергают тело человека воздействию УФ-А . В результате в коже происходит активизация выработки меланина, что придает ей более темный и ровный цвет. Здесь, конечно, важно защитить чувствительные зоны и глаза.

Медицина . Применение ультрафиолета в этой области тоже связано с уничтожением живых организмов – бактерий и вирусов.

Медицинские показания лечения ультрафиолетом:

Травма тканей, костей;
Воспалительные процессы;
Ожоги, обморожения, кожные заболевания;
Острые респираторные заболевания, туберкулез, астма;
Инфекционные заболевания, невралгии;
Заболевания уха, горла, носа;
Рахиты и трофические язвы желудка;
Атеросклероз, почечная недостаточность и др.

Это далеко не весь перечень заболеваний, для лечения которых используется ультрафиолет.

Замечание 2

Таким образом , ультрафиолет помогает медикам спасать миллионы человеческих жизней и возвращать им здоровье. Используется ультрафиолет и для обеззараживания помещений, стерилизации медицинских инструментов и рабочих поверхностей.

Аналитическая работа с минералами . Ультрафиолет вызывает у веществ люминесценцию и это дает возможность использовать его для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. Очень интересные результаты дают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. При облучении их катодными волнами, они дают удивительные и неповторимые оттенки. Голубой цвет топаза, например, при облучении высвечивается ярко-зеленым, изумруд – красным, жемчуг переливается многоцветьем. Зрелище потрясающее, фантастическое.