Единицы измерения интенсивности УФ радиации

Кафедра общей гигиены и физической культуры

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЕ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ.

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО УФ

В ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ЛЕЧЕБНОГО, ПЕДИАТРИЧЕСКОГО, СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТОВ

ВЛАДИКАВКАЗ 2012

Составители:

Кусова А.Р. – зав. кафедрой общей гигиены и физической культуры профессор д.м.н.;

Цилидас Е.Г.- доцент кафедры к.м.н.;

ассистенты:

к.м.н. Битарова И.К., Худалова Ф.К., Наниева А.Р.

Рецензенты:

Боциев И.Ф. – доцент кафедры химии и физики к.ф-м.н.,

Туаева И.Ш.- доцент кафедры общественного здоровья и здравоохранения с гигиеной МПФ

Утверждено ЦКУМС ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития России

Цель занятия- ознакомить студентов с биологическим действием солнечной радиации и использованием искусственного ультрафиолетового излучения в профилактических целях.

Студент должен знать:

а) биологическое действие солнечной радиации;

б) источники лучистой энергии на производстве и в быту, их влияние на организм человека;

в) основные симптомы проявления ультрафиолетовой недостаточности, меры профилактики.

г) показания и противопоказания к профилактическому облучению искусственным УФ источником;

д) понятие «биодоза».

Студент должен ознакомиться:

а) с устройством и правилами работы приборов для измерения солнечной радиации;

б) с устройством и правилами работы приборов для измерения лучистой энергии от искусственных источников.

в) с расчетом установок для санации воздуха помещений искусственными источниками коротковолнового УФ излучения – бактерицидными лампами из увиолевого стекла;

г) с расчетом установок профилактического облучения людей искусственными источниками длинноволнового УФ излучения.

Студент должен уметь:

а) измерять интенсивность УФ радиации;

б) определять биодозу;

в) давать оценку эффекта обеззараживания воздуха с помощью бактерицидных ультрафиолетовых лучей.

Перечень учебной литературы к занятию

Обязательная:

1. Гигиена / Под ред. Г.И. Румянцева. – М., 2000. – Гл. IV.

2.Пивоваров Ю.П., Королик В.В. Руководство к лабораторным

занятиям по гигиене и основам экологии человека. – М.,

2006. – Раздел 1.

3.Пивоваров Ю.П., Королик В.В, Зиневич Л.С. Гигиена и основы

экологии человека. – М., 2004. – Гл. I.

Дополнительная:

1. Госпитальная гигиена /Под ред. Ю.В. Лизунова. – СПБ: Изд. «Фолиант», 2004. – Гл.II.

2.Нормативные документы: МУ «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей с применением искусственных источников ультрафиолетового излучения» Минздравпром №5046-89.

Содержание обучения

Солнечная радиация – интегральный поток электромагнитных колебаний и корпускулярных частиц, включающий в себя лучи Рентгена, гамма лучи, световые (видимые), инфракрасные (тепловые) и ультрафиолетовые лучи, а также радиоволны.

Составляющими солнечного излучения являются:

- прямое (исходит непосредственно от солнца);

- рассеянное (от небесного свода);

- отражение (от поверхности различных предметов).

Атмосфера пропускает до поверхности Земли только оптическую часть спектра, в которую входят невидимые ультрафиолетовые (290-400 нм), видимые световые (400-760 нм) и невидимые инфракрасные лучи (760-2800 нм). У поверхности Земли ультрафиолетовая часть составляет 1%, видимая – 40%, инфракрасная – 59%.

Солнечная радиация оказывает влияние на обмен веществ в организме, его тонус и работоспособность, является мощным оздоровительным и профилактическим природным фактором. Помимо теплового эффекта и влияния на функции органа зрения она оказывает многообразное биологическое действие на весь организм.

Солнечная радиация имеет 2 характеристики:

1. Количественная – определяется интенсивностью (напряжением) радиации в калориях в минуту на 1 см поверхности, расположенной перпендикулярно к источнику излучения. Эталоном является солнечная постоянная- измеряется на границе атмосферы, где воздействие факторов, способствующих поглоще­нию, отражению и рассеиванию солнечных лучей, минимально. Этот показа­тель равен 1,94 кал/см²/мин и показывает максимальное напряжение солнечной энергии.

2. Качественная - определяется длиной волны различных видов лучистой энергии.

Факторы, определяющие напряжение солнечной радиации:

1. Состояние погоды (облака, осадки и т.д.);

2. Степень загрязнения атмосферного воздуха;

3. Высота стояния столба (массы воздуха);

4. Широта местности (определяет угол падения солнечных лучей (чем ближе к экватору, тем меньше рассеянная солнечная радиация);

5. Время суток, года.

Наибольшее значение для гигиенической оценки внешней среды имеет оптический спектр- инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые лучи.

Ультрафиолетовые, световые и инфракрасные лучи продуцируются нагретыми телами. В зависимости от температуры тел в общем потоке лучистой энергии преобладают лучи, имеющие то большую, то меньшую длину волны. Чем выше температура, тем больше максимум сдвигается в сторону коротковолнового излучения.

Например, солнце, имеющее температуру на поверхности около 6000°, продуцирует сложный комплекс лучистой энергии, начиная от длинноволновой, инфракрасной радиации и кончая коротковолновой, ультрафиолетовой. Тела, имеющие меньшую температуру (до 1600°), испускают только световые и инфракрасные или же только тепловые (до 650°) невидимые лучи (например, поверхность отопительных приборов).

Инфракрасное излучение (760-2800 нм)

Воздействует на молекулы и атомы различных веществ, вызывая тепловой эффект. Оказывает прямое влияние на климатические и погодные условия и опосредованное – не жизнедеятельность растений и животных, состояние и здоровье человека. Проникает сквозь атмосферу, толщу воды и почвы, сквозь оконное стекло, одежду.

Короткие волны (760-1400 нм) обладают большой энергией, большой проникающей способностью. Могут проникать в глубокие слои кожи, не вызывая ощущения тепла. Проникают сквозь ткани человека, в том числе и кости черепа, на глубину 4-5 см. При воздействии на рецепторы мозга возможно эритематозное воспаление. Под влиянием коротковолнового ИК излучения повышается температура тканей, что может привести к возникновению теплового удара. Изменения со стороны сердечно-сосудистой системы – тахикардия, повышение систолического и снижение диастолического давления. Инфракрасное излучение Солнца способствует развитию катаракты. Воздействие на хрусталик глаза возможно также в производственных условиях (профессиональная катаракта).

Длинные волны (1400-2800 нм) поглощаются поверхностными слоями кожи, вызывают ощущение жжения. Способствуют улучшению кровообращения, ослабляют условно-рефлекторную реакцию сосудов.

При локальном действии на ткани ИК излучение ускоряет биохимические реакции, ферментативные и иммунобиологические процессы, рост клеток и регенерацию тканей, усиливает биологическое действие ультрафиолетовых лучей.

Положительное общее действие проявляется в виде нормализации тонуса вегетативной нервной системы, болеутоляющего, противо­воспа­лительного действия. Эти свойства ИК излучения используют в физиотерапии с помощью искусственных источников. Для общего облучения применяют инфракрасные ванны; для местного – лампы Соллюкс и лампы Минина.

С целью профилактики возможного неблагоприятного воздействия ИК излучения на организм в условиях производства используют: экранирование, водяные души, средства индивидуальной защиты, профилактические осмотры, прием витаминов, минеральной воды.

Измерение напряжения (интенсивности) лучистой энергии солнца и других источников производится с помощью приборов актинометров. Они показывают напряжение радиации в малых калориях, получаемых в течение одной минуты на 1 см² поверхности, расположенной перпендикулярно к источнику лучей. Актинометрические приборы подразделяются на абсолютные, дающие показания непосредственно в малых калориях, и относительные, показания которых необходимо переводить в тепловые единицы с помощью разработанных переводных коэффициентов.

Методы измерения солнечной радиации

Актинометрические приборы, предназначенные для определения рассеянной и суммарной солнечной радиации (а по их разности – прямой радиации) называются пиранометрами. Для измерения интенсивности солнечной радиации используются пиранометры Янишевского, Носкова, актинометр Калитина, актинометр термоэлектрический (АТ-50), универсальный гелиограф (ГУ).

Пиранометр Янишевского. Приемной частью прибора является термобатарея, состоящая из константановых и ланганитовых тонких полосок, часть которых окрашена в черный, другая часть – в белый цвет. Черные поглощают лучистую энергию и нагреваются в большей степени, чем белые. В цепи возникает термоток, который регистрируется гальванометром. Для защиты от ветра, осадков и повреждений батарея закрыта стеклом. Прибор имеет небольшой черный диск, затеняющий приемную часть от прямых солнечных лучей. В этом случае измеряется только рассеянная радиация. При отсутствии затенения прибор реагирует на солнечную (прямую) и рассеянную радиацию.

Измерение лучистой энергии искусственных источников инфракрасной радиации.

Искусственными источниками инфракрасной радиации являются все нагретые тела (предметы), от температуры которых зависит длина волны излучения. Мощность этого излучения выражается в калориях на см² поверхности, расположенной перпендикулярно потоку лучей в одну минуту (кал/см² мин). Мощность излучения не зависит от окружающей среды, а определяется лишь состоянием тела (закон Прево-Кирхгофа). По закону Стефана-Больцмана, мощность излучения определяется температу­рой нагретого тела:

Е=К*Т⁴

где: Е - мощность излучения;

К - постоянная, равная 1,38*10^-12кал/см²сек (7,98*10^-11кал/см²мин);

Т - температура тела в градусах Кельвина.

Измерение потока лучистой энергии искусственных источников производится актинометром Ленинградского института гигиены труда и профессио­нальных болезней (ЛИОТ-Н). Прибор имеет широкий диапазон измерений. Его устройство основано на принципе термоэлектрического эффекта.

В качестве термоприемни­ка в актинометре использована термобатарея-пластинка, состоящая из ряда тер­моэлементов, спаянных между собой. Эти спаи поочередно имеют белый и черный цвет. При действии на такую пластинку инфракрасного излучения соседние спаи приобретают разную температуру вследствие разности поглощения лучистого тепла черным квадратиком и отражения его белым. Разность температур обуслов­ливает появление в батарее тока, который измеряется гальванометром в единицах тепловой радиации - калориях на см² в мин. Предел измерения - от 0 до 20 кал/см² мин.

Измерение инфракрасного излучения малой интенсивности

Для измерения инфракрасного излучения малой интенсивности, а также для измерения теплопотерь человека используется дифференциальный радиoметр А.Н. Сизякова. Воспринимающей частью радиометра является термостолбик, состоящий из медно-константановых термопар. Термостолбик соединен с гальванометром. Радиометр позволяет определить радиационный теплообмен между двумя телами (организмом человека и окружающими предметами). Интенсивность теплообмена выражается в кал на см² в час. Для того, чтобы получить данные о тепловом радиационном обмене, необходимо среднее значение трех показаний гальванометра уменьшить на градуировочный коэффициент прибора.

Величина радиационной теплоотдачи «человек-окружающие предметы» для жилых и общественных зданий в пределах 1-1,5 кал/см² час определяет состояние теплового комфорта человека.

Лучистая энергия солнца и в частности ее наиболее биологически активная область – ультрафиолетовая радиация, является постоянно действующим фактором внешней среды.

По характеру биологического действия ультрафиолетовую часть спектра условно делят на три области – А, В, С. Длинноволновая область А(320-400 нм) обладает преимущественно загарным действием, средневолновая область В (280-320 нм) – витаминообразующим действием, что позволяет применять этот вид излучения в качестве лечебного профилактического средства. При действии ультрафиолетового излучения области В провитамин 7, 8 – дегидрохолестерин в коже человека переходит в активную форму. Область С (200-280 нм) обладает преимущественно бактерицидным действием, в основе которого лежит нарушение жизнедеятельности микробных клеток, возникающее благодаря фотохимическому расщеплению белковых компонентов области.

Ультрафиолетовая часть солнечного спектра обладает наибольшей биологической активностью, является фактором внешней среды, имеющим большое значение для профилактики заболеваний и укрепления здоровья человека.

Отсутствие или длительный недостаток воздействия ультрафиолетового излучения на организм отрицательно влияет на здоровье людей и может привести к развитию патологического состояния – ультрафиолетовой недостаточности или светового голодания. Дефицит ультрафиолетовых лучей испытывают люди, работающие в метро, шахтах, подземных рудниках, проживающие на Севере в период полярной ночи. При облачной погоде интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности земли может снижаться до 80%, при загрязнении воздуха пылевыми аэрозолями на 11-50%. Однако интенсивность и спектральный состав УФ излучения солнца постоянно меняются. Эти показатели зависят от сезона, состояния атмосферы, количества водяных паров, аэрозолей, высоты стояния солнца над горизонтом, уровня запыления и годового загрязнения воздуха.

Ультрафиолетовая недостаточность отрицательно отражается на здоровье и проявляется снижением адаптационных возможностей организма, окислительно-восстановительных процессов, ухудшением регенерации тканей, нарушением фосфорно-кальциевого обмена, стойкости капилляров, поражением нервной системы, системы кроветворения, паренхиматозных органов, повышением утомляемости, снижением работоспособности и сопротивляемости организма к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам. Наиболее частым проявлением ультрафиолетовой недостаточности является гиповитаминоз или авитаминоз D. У взрослых нарушение фосфорно-кальциевого обмена на почве гиповитаминоза D проявляется в плохом срастании костей при переломах, ослаблении связочного аппарата суставов, в быстром разрушении эмали зубов. Ультрафиолетовая недостаточность у детей в условиях нормального питания является ведущим фактором экзогенного рахита.

Бороться с ультрафиолетовой недостаточностью следует, меняя комплекс гигиенических мероприятий, прежде всего используя облучение солнцем. Однако пребывать на открытом воздухе, пользоваться соляриями, пляжами можно не везде, не во все сезоны. Поэтому для компенсации недостатка солнечного света применяется искусственное ультрафиолетовое облучение.

Противопоказаниями для облучения человека искусственным УФ излучением являются заболевания активной формой туберкулеза, щитовидной железы, резко выраженный атеросклероз, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек, малярия, злокачественные новообразования.

Для профилактики ультрафиолетового голодания рекомендуется облучение искусственными источниками ультрафиолетового излучения в фотариях, а также обогащение светового потока источников искусственного освещения зрительной составляющей.

Искусственные ультрафиолетовые лучи образуются при электросварке, электроплавлении стали, в производстве радиоламп, при работе ртутно-кварцевых и бактерицидных ламп.

Чрезмерное использование ультрафиолетовых лучей как естественного, так и искусственного происхождения, негативно отражается на состоянии организма: поражаются глаза (фото- или электрофтальмия), кожа (эритема, фотосенсибилизация, рак кожи).

Ультрафиолетовые лучи, попадая на кожу, вызывают сдвиги в коллоидном состоянии белков, а также рефлекторно влияют на весь организм. Общебиологическое действие заключается в образовании путем фотохимических реакций биологически активных веществ (гистамин, ацетилхолин, витамин D и др.), стимулирующих обмен веществ, иммунную систему, укреплении организма.

Биологический эффект ультрафиолетовых лучей зависит от длины волны.

Зона А (320-400 нм) или длинноволновое излучение – обладает эритемно-загарным или пигментобразующим действием. В результате фотохимических реакций возникает резко очерченная эритема, переходящая в загар. Лучи этой зоны обладают флуоресцентным действием, что используется для диагностики в медицине.

Зона В (280-320 нм) или средневолновое излучение - оказывает специфическое антирахитическое (D-витаминообразующее) действие за счет образования в результате фотохимических реакций витамина D. При недостатке УФ радиации у детей возникает рахит, у взрослых - нарушение фосфорно-кальциевого обмена. Оказывает также слабое бактерицидное действие.

Зона С (200-280 нм) или коротковолновое излучение оказывает бактерицидное действие, убивает патогенные микробы, находящиеся в воздухе, воде, на поверхности почвы, способствуя самоочищению природной среды.

Коротковолновая ультрафиолетовая радиация повреждает биологическую ткань. Биологические объекты не подвергаются губительному действию коротковолновой ультрафиолетовой радиации, т.к. таких лучей до поверхности земли доходит мало в силу их рассеяния в верхних слоях атмосферы.

Абиогенное действие УФ радиации. При увеличении суммарной зрительной дозы происходит угнетение синтеза ДНК, торможение функции ЦНС, гипертрофия клеток надпочечников, нарушение обмена витаминов, лейкоцитоз, усиление онкогенеза. Это проявляется в виде ожогов, фотодерматоза, опухолей, фототоксикоза, фотоаллергии, кератоконъюнктивита, фотокератита, катаракты и др.

В настоящее время в связи с изменением озонового слоя атмосферы возрастает опасность ультрафиолетового онкогенеза.

Единицы измерения интенсивности УФ радиации

Измерение интенсивности ультрафиолетовой радиации производится в энергетических единицах или в биологических редуцированных единицах – биодозах. БИОДОЗА – величина эритемного потока, вызывающая эритему через 6-10 часов после облучения. Энергетическая единица выражается в миллиграмм-калориях на 1 см² в минуту. Биологически редуцированные единицы (биодозы) выражаются в «Эр» (обусловлена эритемным действием на кожу) и «бакт» (бактерицидным действием).

«Эр» - эритемный поток ультрафиолетовых лучей с длиной волны 296,7 нм мощностью 1 ватт на единицу площади. Производные величины мэр/м², мкэр/см².

Для получения эритемы необходимо от 330 до 1000 мкэр в минуту на см² (мкэр/мин см²).

«Бакт» бактерицидный поток излучения с длиной волны 253,7 нм мощностью 1 ватт. Производные: 1мб/м², 1 мкб/см².