Биологическое действие солнечной радиации

Биологическое действие солнечной радиации на организм слагается из совокупного воздействия всех областей оптического излучения: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой.

ИНФРАКРАСНАЯ РАДИАЦИЯ. Инфракрасные лучи были открыты Гершелем в 1800 г. Основное действие – тепловое. Доля инфракрасной радиации в общем потоке Солнца увеличивается при уменьшении высоты его над горизонтом. Так, на

экваторе при 90 – 48,8% от общего потока,

а при 50° – до 67,9%. При подъеме на высоту интенсивность интегрального потока резко возрастает. ИК-радиация состоит из короткой (до 1,5 мк) и длинной (>1,5 мк) частей.

Длинные ИК-лучи задерживаются главным образом в эпидермисе кожи и вызывают нагревание ее поверхности, раздражают рецепторы (жжение). Инфракрасная эритема образуется за счет расширения капилляров кожи, разлитая, без четких границ. Короткие ИК-лучи проникают на глубину 2,5-4 см, вызывают глубокое прогревание, причем субъективные ощущения значительно меньше.

В настоящее время большинство исследователей признает не только тепловое, но и фотохимическое действие ИК-лучей на организм. Отмечается поглощение ИК-лучей белками крови и активация ферментных процессов. Общее действие ИК-лучей — нагревание с образованием выраженной разлитой эритемы, с выделением ряда физиологически активных веществ (например, ацетилхолина), которые поступают в общий круг кровообращения и вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от мест облучения тканях и органах. Общая реакция организма выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов в периферической крови, повышении общей сопротивляемости организма.

Действие на центральную нервную систему (ЦНС), особенно на вегетативную НС. Наблюдается снижение тонуса симпатической НС и, соответственно, ваготония.

Действие на сердечно-сосудистую систему и другие органы. Под действием инфракрасных лучей наблюдается: перераспределение крови, учащение пульса, повышение максимального и понижение минимального АД, повышение температуры тела, усиление потоотделения. Рефлекторно увеличивается теплообразование в других органах, стимулируется функция почек, расслабляется мускулатура. В результате наблюдается ускорение регенеративных процессов, уменьшение болевых ощущений,

Действие на орган зрения. Экспериментально установлено, что через глаз проходит 27% общего потока лучистой энергии. Наиболее частым поражением является катаракта (помутнение хрусталика).

Особая роль ИК в теплообмене. Ч еловек сам является излучателем ИК- лучей (5-15 мк). Человек теряет в процессе теплоизлучения примерно 45% тепла. С одной стороны, при переохлаждении кожных покровов, когда организм испускает ИК-лучи, создаются условия для возникновения заболеваний (фурункулезы, ревматизм, простудные заболевания). С другой стороны, возможно перегревание организма, солнечный удар, ожоги. Умеренное использование ИК-лучей солнечной радиации тренирует терморегуляционные механизмы.

Искусственные источники ИК-излучения: 1. Общее облучение - ИК-ванна: 2. Местное - Лампа Соллюкс Лампа Минина

ВИДИМЫЕ ЛУЧИ. Занимая промежуточное положение между УФ и ИК, видимые лучи обладают специфическим действием на орган зрения, для которого они являются адекватным раздражителем, фоточувствительные клетки глаза воспринимают и преобразуют энергию света, в результате чего организм получает необходимую информацию о состоянии окружающей среды.

Кроме того, они оказывают тепловое (более мягкая энергия) и общебиологическое действие на кожу. Наблюдается определенное соотношение биологических ритмов организма и ритмов солнечного излучения: органы живут согласно "внутренним часам", т.е. у человека вырабатывается четкий динамический стереотип. Ломка его происходит, когда человек за несколько часов переносится на расстояние в тысячи километров. В настоящее время изучением этих вопросов занимается хронобиология.

Пример. После перелета Париж – Нью-Йорк человеку требуется несколько дней для восстановления ритма "сон - бодрствование", неделя – для восстановления температурного ритма, несколько недель для того, чтобы началось нормальное функционирование желез внутренней секреции (Конгресс Юнеско "Солнце на службе человека", Париж, 1973 г.). Кроме того, хронобиология изучает изменения в восприимчивости человеческого организма к лекарствам и вредным веществам в различное время суток.

Пример. Смертность крыс, которым сделали инъекции никотина, колебалась в зависимости от времени суток: в 18.00 – 83%, в 13.00 – 8%. Инъекции пенициллина наиболее благоприятно делать в период: с 19.00 до 4.00. Видимые лучи действуют тонизирующе на весь организм. Следует выделить влияние на организм в зависимости от длины волны.

Красные лучи приближаются по своему действию к ИК, производя тепловой эффект. Они повышают возбудимость нервной системы, стимулируют деятельность гипофиза и других желез внутренней секреции. Так, Жак Бенуа доказал, что красные и оранжевые лучи солнечного света стимулируют половые железы, вызывая ускоренное созревание гонад.

Фиолетовые лучи обладают выраженным фотохимическим действием (образуют загар). Для получения от видимых лучей загарного эффекта нужна большая энергия, чем от Уф-лучей. Наиболее нейтральным цветом является зеленый (человек в течение многовекового эволюционного развития был окружен зеленой растительностью). Другие цвета будут возбуждать или угнетать нервную систему.

Красно-желтые цвета оказывают бодрящее действие и производят впечатление теплых тонов.

Сине-фиолетовые цвета оказывают успокаивающее действие и производят впечатление холодных тонов.

Душевное настроение меланхоликов улучшается при помещении их в комнату с красным освещением. Для неуравновешенных людей желательно синее освещение. Бехтерев В.М. рекомендовал лиц с психическим возбуждением помещать в палаты голубого цвета, а с психическим угнетением – в палаты с розовыми стенами. В настоящее время установлено, что окраска стен и станков существенно влияет на работоспособность людей. Поэтому рекомендуются светло-желтые, зеленые, оранжевые станки, кабины.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ (0-400 нм). В зависимости от длины волны ультрафиолетовое излучение делят на:

– ближний диапазон с длиной волн 200-400 нм

– дальний или вакуумный – с длиной волн 10-200 нм.

Ультрафиолетовые лучи обладают наибольшей биологической активностью и требуют к себе особого внимания, т. к. при ограничении или лишении ультрафиолетового облучения развиваются патологические процессы, получившие название "светового голодания" или ультрафиолетовой недостаточности.

В естественных условиях основным источником УФ-излучения является Солнце, в спектре которого до поверхности Земли доходят только волны ближнего диапазона, что связано с поглощением волн дальнего диапазона озоном и кислородом в атмосфере. Кванты УФ-излучения разных диапазонов несут различную энергию, которая определяет характер их биологического действия.

Условно весь ультрафиолетовый спектр, достигающий поверхности планеты или излучаемый искусственными источниками, делят на 3 области:

А — 400-320 нм (преимущественное эритемное и загарное действие);

В — 320-280 нм (преимущественное антирахитическое действие);

С — 280-200 нм (преимущественное бактерицидное действие).

Механизмы действия Уф на организм:

1. Непосредственное.

2. Гуморальное.

3. Рефлекторное.

4. Витаминизирующее.

1. Непосредственное действие УФ-излучения на клетки живого организма связано со сложными фотохимическими процессами и, в первую очередь, с повреждающим действием на живую клетку и денатурацией белков. В результате такого физического воздействия Уф-лучей в коже происходит:

а) расшатывание белковых связей в клетке и появление осколков белковых молекул;

б) клеточные ферменты, включаясь, ликвидируют поврежденные белковые вещества;

в) накапливаются продукты клеточного распада с последующим выходом гистамина и гистаминоподобных веществ;

г) развивается местная реакция – УФ-эритема – асептическое воспаление со всеми признаками, характеризующими любой воспалительный процесс: покраснение, боль, припухлость и даже нарушение функций и повышение температуры.

Процесс возникновения эритемы сложен. Несмотря на то, что это местная реакция, ее возникновение невозможно без участия нервной системы.

Был проведен эксперимент:подопытному была сделана новокаиновая блокада, затем проведено облучение УФ-лучами – эритема не возникала.

Гистологическая картина: Через 1-2-3 часа период, необходимый для накопления вышеперечисленных веществ, в коже:

1) набухание клеток;

2) небольшое увеличение просвета сосудов;

3) количество слоев эпидермиса не увеличено;

4) ядра клеток без изменения.

Через 6 часов:

1) эпидермис утолщен (набухание клеток и увеличение слоев);

2) появляются отек и инфильтрация лейкоцитами кожи.

Через 24 часа:

1) эпидермис значительно утолщен (6-7 слоев);

2) утолщение рогового слоя;

3) ядра клеток набухают с последующими вакуолизацией и кариорексисом;

4) резко увеличивается число лейкоцитоз. Это острый период развития эритемы. Деятельность организма направлена на преодоление повреждающего действия УФ-излучения.

Через 72 часа:

1) клетки принимают нормальный вид;

2) эпидермис утолщен;

3) появляется пигментация.

Эти остаточные явления на месте эритемы служат примером приспособления к действию Уф-лучей.

2. Гуморальное воздействие связано с появлением гистамина и гистаминоподобных веществ,

Появление легкой эритемы сопровождается разрушением 12 млн. клеток, при этом разрушение 1 мг белка сопровождается выходом 1 мкг гистамина. Гистамин является физиологическим антагонистом адреналина и норадреналина. Поэтому становится понятным значение гистамина как стимулятора симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем, играющих большую роль в приспособительных и компенсаторных реакциях организма.

3. Рефлекторное действие. Эритема – мощный источник раздражения, автоматически включающий вегетативные защитные реакции преодоления и приспособления. Известно использование рефлекторного действия УФ - излучения с целью повышения тонуса центральной нервной системы, а также для активация физиологических процессов в отдаленных органах и системах. В эксперименте доказано, что УФ-излучение стимулирует симпатическую нервную систему, что может приводить к усилению выведения холестерина из организма. Кроме того, УФ-лучи изменяют прямую и непрямую возбудимость поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры. Так, наблюдается усиление моторики кишечника, спазм бронхов, сужение просвета сосудов. УФ-облучение влияет на физическую выносливость, изменяя возбудимость поперечно-полосатых мышц, увеличивая скорость мышечных реакций. Эритема резко очерчена, т.к. гистаминоподобных продуктов недостаточно для развития ее вне зоны облучения, а защитная реакция симпато-адреналовой системы, препятствующей распространению этих продуктов, приводит к сужению капилляров вокруг.

4. Витаминизирующее действие. 250 тысяч сальных желез кожи ежедневно выделяют около 20 г жировой смазки. В ней содержится 7,8- дегидрохолестерин-провитамин Д. Под действием Уф-лучей (главным образом 290-313 нм) происходит разрыв кольца и превращение провитамина в витамин Д3.

При гиповитаминозе Д происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена. В анализах крови наблюдаются биохимические сдвиги:

1) гипофосфатемия — снижение неорганического фосфора до 3-1,5 мг %;

2) не изменяется или наблюдается очень небольшое снижение (до 8,5 мг%) кальция в крови. При 6-7 мг % Са в крови – тетания, при 4-5 мг% - кома и смерть. Поэтому, несмотря на снижение усвоения кальция, паращитовидные железы поддерживают его минимальную концентрацию в крови за счет вымывания из костей;

3) повышение активности щелочной фосфатазы (до 30-60 вместо максимальных 15 единиц по Боданскому или 1,5-2,0 вместо 0,5 единиц по Кею).

Следует отметить, что затрудняется усвоение кальция и фосфора из пищи. Обычно из желудочно-кишечного тракта неусвоенными выводятся 20-40% кальция и 15% фосфора. При авитаминозе Д кальций не усваивается до 90-100% и до 70% - фосфор. Проявления гиповитаминоза Д могут быть самыми разнообразными:

1. Рахит, остеопороз, остеомаляция.

2. Увеличение склонности к простудным, инфекционным заболеваниям.

3. Замедление заживления ран и переломов.

4. Снижение содержания кальция в нервной ткани сопровождается нарушением тормозных процессов, снижением умственной и физической работоспособности (снижение успеваемости у школьников, появление раздражительности и т.д.).

5. Могут развиваться остеомаляция и тяжелые токсикозы у беременных.

6. Наблюдается чаще развитие кариеса зубов.

Табл. 5.1 – Процент заболевания кариесом

	Городские дети	Сельские дети
хороший световой режим	67,4%	25,4%
плохой световой режим	95,4%	65,4%

7. Имеется опасность вспышки туберкулеза в результате нарушения обызвествления очагов. Ультрафиолетовая терапия имеет преимущества перед приемом препаратов витамина Д:

1) исключено токсическое действие, вызываемое введением в организм чрезмерно больших доз витамина Д;

2) вырабатывается эндогенный витамин Д₃.

Известно, что для нормальной регуляции фосфорно-кальциевого обмена необходимо наличие не только экзогенного (поступающего с продуктами питания), но и эндогенного витамина Д₃.

3) УФ-облучение в целом благотворно влияет на организм человека.

УФ-излучение, воздействуя на организм человека через кожный покров, нервно-гуморальные пути, при соответствующей локализации и дозировке оказывает благотворное влияние.

Положительное действие Уф-лучей:

1. Усиление обмена веществ и ферментативных процессов.

2. Повышение тонуса центральной нервной системы и стимулирующее влияние на симпатическую нервную систему с последующей регуляцией холестеринового обмена.

3. Повышение иммунобиологической реактивности организма связано с увеличением глобулиновой фракции крови и фагоцитарной активности лейкоцитов. Отмечается также увеличение количества эритроцитов и содержания гемоглобина.

4. Изменение активности эндокринной системы:

1) стимулирующее действие на симпато-адреналовую систему (увеличение адреналиноподобных веществ и сахара в крови);

2) угнетение функции поджелудочной железы.

5. Специфическое образование витамина Д₃.

6. Отмечают увеличение сопротивляемости организма к действию ионизирующего излучения.

7. Бактерицидное – губительное действие на микроорганизмы.

Отрицательные стороны Уф-облучения:

1. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз (развитие фотоофтальмии). Действие УФ-радиации на глаза подобно эритеме, т.к. оно связано с разложением протеинов в клетках роговой и слизистой оболочек глаза. Живые клетки кожи человека защищены от деструктивного действия Уф-лучей "мертвыми" клетками рогового слоя кожи. Глаза лишены этой защиты, поэтому при значительной дозе облучения глаз после скрытого периода развивается воспаление роговой оболочки (кератит) и слизистой оболочки глаз (конъюнктивит). Клинически это выражается появлением светобоязни, обильного слезотечения, острой боли, ощущением постороннего тела. Длительность – 1-2 дня. Этот эффект обусловлен радиацией с длиной волны короче 310 нм.

2. Бластомогенное действие УФ- радиации, приводит к развитию рака кожи. В эксперименте было доказано, что ежедневное многочасовое интенсивное УФ-облучение крыс и мышей в течение многих месяцев вызвало почти у всех животных образование злокачественных опухолей, локализованных главным образом на безволосистых частях головы. К бластомогенным относятся УФ-лучи с длиной волны 290-330 нм, особенно 301-303 нм. Рак кожи распространен у всех народов Земного шара, живущих в разных климатических условиях. Однако частота заболеваний раком кожи среди населения разных стран далеко не одинакова. Так, в Австралии число таких больных составляет более половины общего числа всех онкологических больных. Клинические наблюдения показывают, что чаще рак кожи развивается у людей со светлой кожей. Так, на Гавайских островах рак кожи среди белых встречается в 42 раза чаще, чем среди негров. В Казахстане казахи болеют раком кожи в 10 раз реже, чем приезжие. Механизм бластомогенного действия УФ-радиации пока неясен.

Многие люди находятся в условиях недостаточного облучения или, как принято говорить, солнечного или светового голодания. И в наибольшей степени это относится к УФ-недостаточности. Наиболее серьезное влияние оказывает световое голодание на жителей крайнего Севера и Заполярья, пребывающих в период длительной, полярной ночи в неблагоприятных свето-климатических условиях. Уже на широте 69° (Мурманск) полярная ночь длится 52 дня. Кроме того, существует довольно большой контингент людей, которые систематически лишены естественного света. К ним относятся:

1) рабочие угольной, горнорудной промышленности;

2) работники метрополитенов;

3) рабочие безоконных или "бесфонарных" производств;

4) жители крупных городов.

В городах недостаток солнечного света связан с загрязнением атмосферного воздуха пылью, дымом, газами, задерживающими в основном ультрафиолетовую часть солнечного спектра. По данным Куличковой: в пригороде потери УФ – 23% в городе – 26-42% (в Лос-Анджелесе – 35%). Проникновение Уф-лучей вглубь помещения сопровождается резким уменьшением интенсивности радиации. При южной ориентации окон интенсивность внутри помещения зависит от глубины помещения. Даже при открытых окнах:

1. На подоконнике – 51% УФ от исходной интенсивности потока Уф-лучей.

2. На расстоянии 1 м – уменьшается еще на 20-25%.

3. На расстоянии 1,5 м остается только 5-8% от падающего потока Уф-лучей.

Двойное остекление снижает количество УФ - лучей в 5-6 раз. Даже лучшее оконное стекло не пропускает УФ-лучи короче 310 нм. Увиолевые стекла пропускают лучи с длиной волны до 254,4 нм. Резко снижают ультрафиолетовый поток загрязнение стекол и применение занавесей. Тюлевые занавески снижают УФ-радиацию на 20%. Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая "биологическая полутьма". В первую очередь страдают дети. В дореволюционной России на Севере 100% детей болело рахитом. Существует 2 подхода ликвидации ультрафиолетовой недостаточности:

1. Максимальное использование естественного УФ-излучения.

2. Применение искусственных источников.

Дозируют УФ-облучение в эритемных дозах.

Количество УФ-радиации, вызывающее через 6-10 часов едва заметное покраснение кожи незагорелого человека, называется эритемной или пороговой дозой. 2-3 дозы дают яркую эритему, 5 доз — болезненный ожог. 10 доз — ожог с образованием волдырей.

Фоточувствительность зависит от:

1) возраста (особенно чувствительны дети до 1 года);

2) повторяемости;

3) цвета кожи и волос (блондины более чувствительны, чем брюнеты), пола (мужчины менее чувствительны, чем женщины);

4) заболеваний печени (увеличивают чувствительность);

5) применения лекарственных средств (хинин, сульфаниламиды и др. повышают чувствительность); наркоз, сон и опьянение (уменьшают чувствительность к Уф-лучам);

6) от длительного УФ-голодания (в крови и моче появляется гематопорфирин).

Считают, что появление гематопорфирина сопровождается снижением устойчивости организма и к другим повреждающим факторам (химическим, бактериологическим, механическим). Внутривенное введение 0,2 г гематопорфирина с одновременным Уф-облучением в эксперименте вызывает появление глубоких некрозов в коже. Известно, что годовое количество солнечной радиации и ее распределение по отдельным сезонам зависят от географической широты.

Например, на широте 60° (Ленинград) можно получить 630 эритемных доз естественной УФ-радиации в год, человеку же нужно их всего 45. Следовательно, в условиях чистой атмосферы человек может получить их в 14 раз больше необходимого количества. Если принять годовое количество ультрафиолетового излучения за 100, то при равномерном его распределении на каждый месяц придется 8,3%.

В действительности дело обстоит иначе: Так, в Санкт-Петербурге на 4 летних месяца (май-август) приходится 75% общегодовой УФ-радиации, в том числе:

апрель - 11%

сентябрь - 8%

октябрь - 3-4%

март - 1%

ноябрь - 1%

январь-декабрь - нет.

Пороговая эритема в ясный день летнего месяца при открытом горизонте может быть получена на юге Средней Азии за 8-9 мин, в Крыму – за 10-12 мин, в Москве – за 40 мин, на Крайнем Севере – за 60 мин. Как показывает опыт, для борьбы с ультрафиолетовой недостаточностью особенно эффективно применение комплекса гигиенических мероприятий:

Борьба за чистоту атмосферы.

1. В северных районах страны необходимо больше применять архитектурно-планировочные приемы, обеспечивающие проникновение внутрь здания Уф-лучей.

2. Следует больше использовать в строительстве увиолевое стекло, ацетил-целлюлозные пленки, целлофан (армированный капрон), пропускающие УФ-лучи.

3. Широко проводить санитарно-просветительную работу.

4. Так, в средней полосе в июле около 260 часов солнечного сияния. Это время надо использовать для естественного УФ-облучения.

5. Применение соляриев, состоящих из кабин, покрытых полиэтиленовой пленкой, с целью продления приема солнечных ванн и защиты от сильного ветра. Пленка обычная толщиной 100-200 мкм. Надо учитывать, что пленки оптически стареют. Лучше применять в холодное время, т.к. температура внутри кабины выше на 10-12°, чем снаружи.

Дата добавления: 2014-01-14