Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый
380-440
790-680
2,82-3,26
Синий
440-485
680-620
2,56-2,82
Голубой
485-500
620-600
2,48-2,56
Зеленый
500-565
600-530
2,19-2,48
Желтый
565-590
530-510
2,10-2,19
Оранжевый
590-625
510-480
1,98-2,10
Красный
625-740
480-405
1,68-1,98
Поглощение ультрафиолетового излучения клетками ткани приводит к расщеплению молекул белка и нуклеиновых кислот. Образовавшиеся продукты (гистамин, витамин D и др.) являются биологически активными веществами. В нуклеиновых кислотах образуются атипичные молекулярные связи, нарушающие кодирующие свойства ДНК. Значительные изменения претерпевают ароматические аминокислоты: фенилаланин, тирозин и триптофан. Выраженной деструкции подвергается цистеин. Инактивируются некоторые клеточные энзимы.
По результату конечного действия на организм УФ-излучение делится на три области: УФ-С - от 200 до 280 нм, УФ-В - от 280 до 315 нм и УФ-А - от 315 до 400 нм. Наибольшей биологической активностью обладает УФ-В. 24
Наиболее характерная реакция организма на воздействие УФизлучения с длиной волн 315-400 нм - развитие пигментации, которая наступает без предварительного покраснения кожи. Специфической реакцией организма на действие УФ-радиации является развитие эритемы (покраснения). Ультрафиолетовая эритема имеет ряд отличий от инфракрасной. Так, ультрафиолетовой эритеме свойственны строго очерченные контуры, ограничивающие участки воздействия ультрафиолетовых лучей, она возникает через некоторое время после облучения и, как правило, переходит в загар. Инфракрасная эритема возникает тотчас после теплового воздействия, имеет размытые края и не переходит в загар. В настоящее время имеются факты, свидетельствующие о значительной роли центральной нервной системы в развитии ультрафиолетовой эритемы. Так, при нарушении проводимости периферических нервов или после введения новокаина эритема на данном участке кожи слабая или совсем отсутствует.
Ультрафиолетовая радиация в диапазоне волн от 315 до 280 нм оказывает специфическое антирахитическое действие, что проявляется в фотохимических реакциях ультрафиолетовой радиации этого диапазона в синтезе витамина D. При недостаточном облучении ультрафиолетовыми лучами антирахитического спектра страдают фосфорно-кальциевый обмен, нервная система, паренхиматозные органы, система кроветворения, снижаются окислительно-восстановительные процессы, нарушается стойкость капилляров, снижаются работоспособность и сопротивляемость простудным заболеваниям. У детей возникает рахит с определенными клиническими симптомами, у взрослых нарушается фосфорно-кальциевый обмен на почве гиповитаминоза D, что проявляется в плохом срастании костей при переломах, ослаблении связочного аппарата суставов, быстром разрушении эмали зубов.
Ультрафиолетовая радиация антирахитического спектра легко поглощается и рассеивается в запыленном атмосферном воздухе. В связи с этим жители промышленных городов, где атмосферный воздух загрязнен различными выбросами, испытывают «ультрафиолетовое голодание». Недостаточность естественного ультрафиолетового излучения испытывают также жители Крайнего Севера, рабочие угольной и горнорудной промышленности, лица, работающие в темных помещениях, и т.д. Для восполнения естественного солнечного облучения этих контингентов людей дополнительно облучают искусственными источниками ультрафиолетовой радиации либо
в специальных фотариях, либо путем комбинации осветительных ламп с лампами, дающими излучение в спектре, близком к естественному ультрафиолетовому излучению.
Бактерицидное действие УФ-радиации (лучей с длиной волн от 180 до 275 нм) используется в медицине при санации воздушной среды операционных, асептических блоках аптек, микробиологических блоках и т.д. Бактерицидные лампы с указанным выше спектром применяются для обеззараживания молока, дрожжей, безалкогольных напитков, лекарств и др.
Электрическое состояние воздушной среды.Под собирательным термином «атмосферное электричество» обычно понимают целый комплекс явлений, включающий ионизацию воздуха, электрические и магнитные поля атмосферы.
Под ионизацией воздуха понимают распад молекул и атомов с образованием аэроионов. В результате происходит отрыв электрона от молекулы и она становится положительно заряженной, а оторвавшийся свободный электрон, присоединившись к одной из нейтральных молекул, сообщает ей отрицательный заряд. Именно поэтому в атмосфере образуется пара противоположно заряженных частиц - отрицательные и положительные ионы.
Физическая сущность ионизации воздуха заключается в действии на молекулы воздуха различных ионизирующих факторов (радиоактивных элементов, космического, ультрафиолетового излучения, электрических, грозовых разрядов, баллоэлектрического эффекта, аэроионизаторов). 25
Молекулярные комплексы (10-15 молекул) с одним элементарным зарядом называют нормальными, или легкими, ионами. Они имеют размеры 10-8 см и обладают сравнительно большой подвижностью. Сталкиваясь с постоянно присутствующими в атмосфере более крупными частицами, легкие ионы оседают на них и сообщают им свой заряд. Возникают вторичные ионы, включающие средние (10-6 см) и тяжелые (10-5 см) аэроионы.
Ионный состав воздуха - важный гигиенический показатель. Умеренное повышение концентрации легких ионов (особенно с преобладанием отрицательного знака) может рассматриваться как положительное явление. Воздействие на человека легких отрицательных аэроионов характеризуется благоприятным биологическим действием. Наоборот, чрезмерно высокие концентрации ионов положительного знака, особенно тяжелых, свидетельствуют о низком гигиеническом качестве воздуха.
Отношением числа тяжелых ионов к числу легких ионов определяется ионизационный режим воздушной среды. Для характеристики ионизации воздуха используется коэффициент униполярности, показывающий отношение числа положительных ионов к числу отрицательных. Чем более загрязнен воздух, тем выше этот коэффициент.
Количество легких ионов зависит от географических, геологических условий, погоды, уровня радиоактивности окружающей среды, загрязнения атмосферного воздуха. С увеличением влажности воздуха возрастает количество тяжелых ионов из-за рекомбинации ионов с каплями влаги. Понижение атмосферного давления способствует выходу из почвы эманации радия, что приводит к увеличению количества легких ионов. Ионизирующее действие распыляемой воды проявляется в усилении ионизации воздуха, что особенно заметно у фонтанов, по берегам бурных рек, у водоемов
Земля имеет электрическое и магнитное поля. В целом ей присущи свойства отрицательно заряженного проводника, а атмосфера - положительно заряженного. В результате происходит перемещение ионов обоих знаков и возникает вертикальный электроток.
С увеличением атмосферного давления, уменьшением прозрачности воздуха и образованием туманов электрическое поле может возрастать в 2-5 раз. Естественно, что столь большие изменения могут оказывать отрицательное влияние на самочувствие больных и ослабленных людей.
Быстрое изменение магнитного поля (магнитные возмущения и бури) возникают в связи с усилением притока заряженных частиц с поверхности Солнца в период повышения его активности. Установлено, что эти изменения могут оказывать влияние на функциональное состояние центральной нервной системы, вызывают усиление процессов торможения. В период магнитных бурь резко возрастает частота обострений нервно-психических заболеваний.
Радиоактивность воздушной среды.При гигиенической характеристике радиоактивности воздушной среды необходимо, прежде всего, остановиться на естественной радиоактивности, из-за которой человек и все живые существа всегда подвергаются воздействию небольших доз ионизирующего излучения. Источники этого излучения - космические лучи, радиоактивные вещества, содержащиеся в воздухе, почве, горных породах и воде.
Естественная радиоактивность атмосферы зависит от наличия в ней таких газов, как радон, актинон и торон, являющиеся продуктом распада радия, актиния и тория. В воздухе содержатся тритий-3,
углерод-14, аргон-41, фтор-18, ряд других изотопов, образуемых в результате бомбардировки атомов водорода, азота и кислорода потоками частиц космического излучения.
Переходя к оценке искусственного радиоактивного загрязнения биосферы, следует подчеркнуть, что эта проблема возникла в связи с испытанием атомного оружия, авариями на АЭС и широким использованием источников ионизирующих излучений (ИИИ) в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и других отраслях науки и техники. 26
Химический состав атмосферного воздуха.Атмосферный воздух является смесью многих газообразных веществ. Основную массу воздуха составляют кислород и азот, кроме того, в нем содержатся углекислый газ, аргон, неон, гелий и другие газы.
Кислород - важнейшая составная часть атмосферного воздуха (примерно 21%). Организм человека очень чувствителен к недостатку кислорода. Уменьшение его содержания в воздухе до 17% приводит к учащению пульса, дыхания. При концентрации кислорода 11-13% отмечается выраженная кислородная недостаточность, ведущая к резкому снижению работоспособности. Содержание в воздухе 7-8% кислорода несовместимо с жизнью. Наряду с процессами потребления непрерывно протекают и обратные процессы - восстановление кислорода в воздухе благодаря выделению его зелеными частями растений, поэтому содержание кислорода в атмосферном воздухе остается почти постоянным. Для организма важно парциальное2 давление кислорода, а не его абсолютное содержание во вдыхаемом воздухе, так как переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а из нее - в ткани происходит под влиянием разницы в парциальном давлении. Парциальное давление кислорода уменьшается с увеличением высоты местности над уровнем моря.
Падение парциального давления вызывает у человека и животных явления кислородного голодания (уменьшение насыщения крови кислородом), при этом нарушаются окислительные процессы в тканях, ухудшается общее самочувствие, наблюдается учащенное дыхание. Кислородное голодание наблюдается, например, при подъеме в горы и т.д. Даже подъем на высоту 3000 м может вызвать горную, или высотную, болезнь. Однако длительная тренировка или постоян-
2 Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое имел бы газ, если бы он один занимал весь объем, который занимает смесь.
ное проживание в высотной местности делает организм менее чувствительным в недостатку кислорода.
Азот - главная составная часть атмосферного воздуха, составляющая примерно 78% его объема. Он играет важную биологическую роль, участвуя в круговороте азотистых веществ. Кроме того, азот служит разбавителем кислорода, так как жизнь в чистом кислороде невозможна.
Углекислый газ, или диокись углерода, присутствует в атмосферном воздухе в небольшом количестве. Процессы жизнедеятельности живых организмов, процессы горения, гниения, брожения сопровождаются его выделением. Однако, несмотря на многочисленные источники образования углекислого газа, значительного его увеличения в атмосферном воздухе не происходит. Это объясняется тем, что углекислый газ усваивается растениями, причем углерод участвует в построении органических веществ, а кислород снова поступает в атмосферу. В воздухе промышленных городов содержание углекислого газа несколько больше, чем в воздухе загородной местности, что объясняется поступлением его с дымовыми газами промышленных предприятий и коммунальных объектов, с выхлопными газами автотранспорта и т.п. Углекислый газ является физиологическим возбудителем дыхательного центра, поэтому увеличение его содержания (свыше 4%) вызывает учащение дыхания. В природных условиях наблюдаются случаи, когда углекислый газ накапливается в больших, даже опасных для жизни концентрациях (например, в заброшенных колодцах, шахтах, подвалах и т.п.). Однако обычные концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе не имеют гигиенического значения.
Другие инертные газы не участвуют ни в каких реакциях и в тех концентрациях, в которых их обнаруживают в атмосфере, не оказывают неблагоприятного действия на человека.
В числе непостоянных природных примесей к атмосферному воздуху - аммиак, который поступает в воздух в результате процессов распада азотистых органических веществ, и сероводород, попадающий в воздух в результате гниения белковых веществ, в состав которых входит сера, а также водяные пары и пыль.
Загрязнение атмосферы - это образование в ней физико-химических соединений, агентов или веществ, обусловленное как природными (естественными), так и искусственными (антропогенными) факторами (табл. 2).
Таблица 2.Источники загрязнения воздуха