Экологические факторы. физические факторы.
Влияние ультрафиолетового излучения на человека
Учебно-методическое пособие по радиационной и экологической медицине
для студентов 2 курса лечебного факультета
Гомель 2010
ВВЕДЕНИЕ
Рациональное использование солнечного излучения способствует укреплению здоровья, повышению его реактивности и устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды. И, наоборот, при недостаточной инсоляции, особенно при УФ-дефиците, у человека уровень здоровья снижается, повышается восприимчивость к инфекционным заболеваниям, у детей может развиться рахит.
Врачи любой специализации должны знать суть и роль в жизни человека солнечных излучений, обязаны уметь давать соответствующие рекомендации по рациональному использованию, как природных излучений, так и искусственных излучений для укрепления и сохранения здоровья.
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ
Научиться прогнозировать возможные последствия воздействия ультрафиолетового излучения на кожу человека.
ЗАДАЧИ ЗАНЯТИЯ
1. Ознакомиться с особенностями биологического действия ультрафиолетового излучения на организм человека.
2. Определить тип чувствительности кожи;
3. Усвоить методику оценки риска развития рака кожи;
4. Усвоить методику расчета времени солнечного воздействия, необходимого для обеспечения суточной потребности человека в витамине Д3.
ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ
Для полного усвоения темы необходимо повторить соответствующий материал из следующих дисциплин:
o физики – электромагнитное излучение, удельная мощность излучений, длина волны, энергия кванта;
o биологии – биологическое действие солнечной радиации;
o физиологии - нарушение физиологического равновесия в организме при недостатке солнечного света;
o биохимии – фотохимические реакции, происходящие в организме под воздействием ультрафиолетовых излучений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ
1. Классификация физических экологических факторов
2. Патогенетические механизмы действия физических факторов окружающей среды на организм человека.
3. Метеочувствительность: понятие, классификация по степени тяжести клинических проявлений и типам метеопатических реакций.
4. Влияние видимой области солнечного спектра и освещенности на человека. «Зимняя депрессия (аффективное сезонное расстройство)»: понятие, причины развития, клиническое проявление, профилактика и лечение
5. Определение понятия биологический ритм. Основные параметры. Классификация и проблема десинхронизации биологических ритмов. Динамические болезни.
6. Как подразделяется ультрафиолетовая часть спектра солнечного излучения по характеру биологического действия?
7. Какие существуют методы измерения УФ-составляющей солнечной радиации?
8. Что такое биодоза, минимальная суточная профилактическая доза, оптимальная доза? (Дать определение этих понятий).
9. В чем заключается ультрафиолетовая недостаточность, как осуществляется ее профилактика?
10. К чему приводит чрезмерное облучение организма лучами УФ спектра; как его предупредить?
УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ
Солнечному излучению обязана своим существованием вся органическая жизнь на Земле. Характер влияния солнечного излучения на организм и здоровье человека определяется его спектральным составом: видимое излучение обеспечивает функцию зрительного анализатора, инфракрасное - оказывает тепловое воздействие, ультрафиолетовое - общестимулирующее, биологическое, эритемное, антирахитическое, бактерицидное влияние. Рациональное использование солнечного излучения способствует укреплению здоровья, повышению его реактивности и устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды. И, наоборот, при недостаточной инсоляции, особенно при УФ-дефиците, у человека уровень здоровья снижается, повышается восприимчивость к инфекционным заболеваниям, у детей может развиться рахит.
Видимое излучение представляет собой узкий диапазон в спектре электромагнитного излучения Солнца (от 400 до 760 нм), но по физиологическому и гигиеническому значению оно занимает ведущее место среди факторов внешней среды. Дневной свет оказывает благоприятное влияние на организм, стимулирует его жизнедеятельность, улучшает психо-эмоциональное состояние человека (особенно больного). Под его воздействием усиливается обмен веществ в организме, активизируются процессы кроветворения, улучшается работа эндокринных желез и т.д. Режим освещенности играет существенную роль в регуляции биологических ритмов. Практически у всех живых существ от простейших до человека состояние и функции систем ритмично изменяются. Эти изменения часто соответствуют суточному ритму, связанному с вращением Земли, хотя существуют и другие периодические колебания, соответствующие приливно–отливному, лунному или годичному циклам. Биологические ритмы — колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций. В их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение "синхронизаторы", или "датчики времени". В природе биологического ритма, присущего каждому живому организму, присутствуют два компонента: экзогенный и эндогенный. Эндогенный компонент биоритма (суточный ритм физиологических функций) генетически закреплен и передается по наследству, экзогенный (любое воздействие внешних факторов) обусловлен внешними датчиками времени.
К внешним факторам относятся: изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений, приливы и отливы, сезонные и солнечно-лунные влияния; социальные влияния, характерные для человека.
К внутренним факторам относятся нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.
В естественной природе противоречий между компонентами суточного ритма не возникает. Искусственное нарушение экзогенного компонента ритма (искусственная освещенность, нарушение режима сна, работа в ночное время, переезд из одного временного пояса в другой) нередко является пусковым механизмом нарушения процессов адаптации организма к условиям окружающей среды. Поскольку эндогенные ритмы лишь приблизительно соответствуют суточному, их называют циркадианными (околосуточными) от латинских слов circa = около и dies = день. У человека более 100 различных физиологических параметров циклически изменяются с периодом 24 ч. Так, температура тела рано утром минимальна, а вечером достигает максимума, становясь примерно на 1–1,5°С выше. Наиболее выражен суточный цикл сон/бодрствование, поэтому многие функциональные изменения организма, обычно возникающие при наступлении сна (например, снижение температуры тела, частоты сокращений сердца и дыхания; см. рис.), считали с ним причинно связанными.
Инфракрасное (тепловое) излучение составляет большую часть (~ 58 %) солнечного электромагнитного спектра. Поверхности Земли достигает ИК-излучение с длиной волны 760- 3000 нм, более длинное задерживается атмосферой. ИК-излучение, встречая на пути молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные движения и тем самым вызывает тепловой эффект. Оно проникает сквозь атмосферу, толщу воды и почву, сквозь оконное стекло и одежду. Наиболее короткое ИК-излучение (с длиной волны 760- 1000 нм) проникает сквозь ткани тела, в том числе и сквозь кости черепа, на глубину 4 - 5 см. При локальном действии на ткани ИК-излучение несколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные и иммунобиологические процессы, рост клеток и регенерацию тканей, усиливает кровоток. Интенсивность прогрева подкожной клетчатки и внутренних органов снижается благодаря кровообращению. При дальнейшем воздействии ИК-излучения глубинное прогревание тканей усиливается, что может привести к тепловому (солнечному) удару.
Активные продукты распада, образующиеся под влиянием инфракрасного излучения на кожу, и нервные импульсы, идущие от нее, распространяют местное действие излучения на весь организм. При таком влиянии (гуморальном и нервном) нормализуется тонус вегетативной нервной системы, снимается чрезмерное напряжение, ослабевает тонус мышц, сосудов, достигается болеутоляющий и противовоспалительный эффект. Благодаря этому ИК-излучение используется в лечебной практике (физиотерапия).
Интенсивность теплового излучения в СИ измеряется в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж), мегаджоулях (мДж) на метр квадратный в час [мДж/(м2 · ч)]. Внесистемная (устаревшая) единица [кал/(см2 · мин)] встречается в старых руководствах, справочниках и на шкалах измерительных приборов – актинометров. Интенсивность суммарного теплового излучения Солнца на границе с атмосферой Земли (солнечная постоянная) составляет 4,87 мДж/(м2 · ч) [1,94 кал/(см2 · мин)]. На поверхности Земли в умеренных широтах оно не превышает 3,77 мДж/(м2 · ч) [1,5 кал/(см2 · мин)].
Шкала Галанина для субъективной оценки интенсивности тепловой радиации
| ИЗЛУЧЕНИЕ | ||
| ИНТЕНСИВНОСТЬ | ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЙСТВИЯ | |
| МДж/(м2 · час) | кал/(см2 · мин)]. | |
| 1 – 2,01 | 0,4 – 0,8 | Слабое, переносится неопределённо долго |
| 2,01 –3,77 | 0,8 – 1,5 | Умеренное, переносится 3 – 5 мин |
| 4,02 – 7,54 | 1,6 – 3,0 | Среднее, переносится 25 – 60 сек |
| 7,54 – 10,05 | 3,0 – 4,0 | Сильное, переносится 10 – 12 сек |
| > 12,56 | > 5 | Очень сильное, переносится 2 – 5 сек |
Ультрафиолетовая часть солнечного спектра наиболее активна в биологическом отношении. Интенсивность и спектральный состав ее постоянно меняются в зависимости от сезона года, состояния атмосферы, количества водяных паров, аэрозолей, высоты стояния Солнца над горизонтом, от уровня запыления и годового загрязнения атмосферного воздуха. Одна из основных характеристик - длина волны (от 200 до 400 нм.), кроме того существует деление на 3 группы, в зависимости от длины волн:
1) УФ-лучи группы А - 400-320 нм.
2) УФ-лучи группы В - 320-280 нм.
3) УФ-лучи группы С - 280-200 нм.
УФ- излучение обладает широким биологическим действием, проникая в ткани на глубину 0,5 - 1,0 мм, оно активно влияет на иммунологическую резистентность организма, повышая активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, приводит к активации биохимических процессов и, таким образом, оказывает влияние на метаболизм клеток. Повышается скорость химических процессов в организме, что в свою очередь улучшает обменные и трофические процессы, ускоряется рост и регенерация тканей организма, повышается сопротивляемость инфекции, кроме того, улучшается физическая и умственная работоспособность.
Под влиянием значительных доз УФ-лучей на коже возникает эритема , достигающая своего максимального развития через 18 - 20 часов. На месте которой к 7 - 9 дню возникает пигментация - загар. Процессы, происходящие при эритемообразовании лежат в основе обезболивающего, противовоспалительного, рассасывающего действия.
Специфическим биологическим действием УФ-излучения является образование эндогенного витамина D, которое происходит под в коже под влиянием небольших доз УФ-лучей группы А с длиной волны, равной 315-365 нм. Дегидрохолестерин, находящийся в коже, превращается в витамин D3. Последний принимает участие в регуляции фосфорно- кальциевого обмена в организме.
Важным свойством ультрафиолетовых лучей является бактерицидное действие. В его основе лежит непосредственное влияние этих лучей на микроорганизмы. При поглощении лучистой энергии в последних происходят сложные биохимические процессы, приводящие в конечном итоге к гибели микроорганизма.
Говоря о биологическом действии ультрафиолетового излучения, необходимо напомнить и о его возможных побочных эффектах. Так, при одноразовом избыточном УФ-облучении возможно:
· возникновение фотохимического ожога, который проявляется в виде эритемы, волдырей, головной боли, возможна фотоофтальмия. При этом происходит усиление ПОЛ, что ведет к повреждению клеточных мембран и гибели клеток.
· обосрение хронических заболеваний, таких как туберкулез, ревматизм и др., т. к. при усилении образования меланина увеличивается потребность в незаменимых аминокислотах, витаминах, солях кальция, что неблагоприятно сказывается на течении хронического процесса.
· при воздействии УФ-излучения группы С с длиной волны 200- 280 нм происходит инактивация холекальциферола в токсичные его производные.
При длительном воздействии избыточного УФ- излучения возможно:
· образование перикисных и эпоксидных веществ, обладающих мутагенным действием.
· индуцирование рака кожи.
· повышение фотосенсибилизации.
· возникновение у группы людей фотоаллергий.
· возникновение солнечного удара и осложнений, с ним связанных.