Ультрафиолет поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав воды и воздуха, что исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции и обеззараживания воды.
Достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами.
Что это за излучение
Ультрафиолетовое излучение, ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 400-10 нм. Вся область УФ-излучения условно делится на ближнюю (400-200 нм) и далёкую, или вакуумную (200-10 нм); последнее название обусловлено тем, что УФ-излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.
Естественные источники УФ-излучения - Солнце, звёзды, туманности и др. космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть УФ-излучения - 290 нм достигает земной поверхности. Более коротковолновое УФ-излучение поглощается озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на высоте 30-200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах.
Искусственные источники УФ-излучения. Для различных применений УФ-излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для УФ-излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и т.д.) является мощным источником УФ-излучения.
Несмотря на то, что ультрафиолет нам дан самой природой, он небезопасен
Ультрафиолет бывает трех типов: «А»; «B»; «С». Озоновый слой предотвращает попадание на поверхность земли Ультрафиолета «С». Свет в спектре ультрафиолета «А» имеет длину волн от 320 до 400 нм, свет в спектре ультрафиолет «В» имеет длину волн от 290 до 320 нм. УФ-излучение обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках.
Энергия ультрафиолетовой компоненты солнечного света вызывает повреждения микроорганизмов на клеточном и генетическом уровнях, тот же самый ущерб наносится людям, но он ограничен кожей и глазами. Солнечные ожоги вызываются воздействием ультрафиолета «В». Ультрафиолет «А» проникает гораздо глубже, чем ультрафиолет «В» и способствует преждевременному старению кожи. Кроме того, воздействие ультрафиолета «А» и «В» приводит к раку кожи.
Из истории ультрафиолетовых лучей
Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей было обнаружено около 100 лет назад. Первые лабораторные испытания УФИ в 1920х годах были настолько многообещающими, что полное уничтожение воздушно-капельных инфекций казалось возможным в самое ближайшее время. УФИ стало активно применяться с 1930х годов и в 1936 г. было впервые использовано для стерилизации воздуха в хирургической операционной комнате. В 1937 г. первое применение УФИ в вентиляционной системе одной из американских школ впечатляюще снизило уровень заболеваемости учащихся корью и другими инфекциями. Тогда казалось, что найдено замечательное средство для борьбы с воздушно-капельными инфекциями. Однако, дальнейшее изучение УФИ и опасных побочных действий серьезно сузило возможности его использования в присутствии людей.
Сила проникновения ультрафиолетовых лучей невелика и распространяются они только по прямой, т.е. в любом рабочем помещении образуется множество затенённых зон, которые не подвержены бактерицидной обработке. По мере удаления от источника ультрафиолетого излучения биоцидность его действия резко снижается. Действие лучей ограничивается поверхностью облучаемого предмета, и его чистота имеет большое значение.
Бактерицидное действие ультрафиолета
Обеззараживающий эффект УФ излучения, в основном, обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК. Помимо ДНК ультрафиолет действует и на другие структуры клеток, в частности, на РНК и клеточные мембраны. Ультрафиолет как высокоточное оружие поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав среды, что имеет место для химических дезинфектантов. Последнее свойство исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции.
Применение ультрафиолета
Ультрафиолет используется в настоящее время в различных областях: медицинских учреждениях (больницы, поликлиники, госпитали); пищевой промышленности (продукты, напитки); фармацевтической промышленности; ветеринарии; для обеззараживания питьевой, оборотной и сточной воды.
Современные достижения свето- и электротехники обеспечили условия для создания крупных комплексов УФ-обеззараживания. Широкое внедрение УФ-технологии в муниципальные и промышленные системы водоснабжения позволяют обеспечить эффективное обеззараживание (дезинфекцию) как питьевой воды перед подачей в сети горводопровода, так и сточных вод перед их выпуском в водоемы. Это позволяет исключить применение токсичного хлора, существенно повысить надежность и безопасность систем водоснабжения и канализации в целом.
Обеззараживание воды ультрафиолетом
Одной из актуальных задач при обеззараживании питьевой воды, а также промышленных и бытовых стоков после их осветления (биоочистки) является применение технологии, не использующей химические реагенты, т. е. технологии, не приводящей к образованию в процессе обеззараживания токсичных соединений (как в случае применения соединений хлора и озонирования) при одновременном полном уничтожении патогенной микрофлоры.
Различают три участка спектра ультрафиолетового излучения, имеющего различное биологическое воздействие. Слабое биологическое воздействие имеет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 390-315 нм. Противорахитичным действием обладают УФ-лучи в диапазоне 315-280 нм, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны 280-200 нм обладает способностью убивать микроорганизмы.
Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 им действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волн 264 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод. Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи. Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробы.
Оценка бактерицидного действия производится в единицах, называемых бактами (б). Для обеспечения бактерицидного эффекта ультрафиолетового облучения достаточно примерно 50 мкб мин/см2. УФ-облучение наиболее перспективный метод обеззараживания воды с высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам, не приводящий к образованию вредных побочных продуктов, чем иногда грешит озонирование.
УФ-облучение идеально для обеззараживания артезианских вод
Точка зрения, что подземные воды считаются свободными от микробных загрязнений в результате фильтрации воды через почву, не совсем верна. Исследования показали, что подземные воды свободны от крупных микроорганизмов, таких как протоза или гельминты, но более мелкие микроорганизмы, например, вирусы, могут проникать сквозь почву в подземные источники воды. Даже если бактерии не обнаружены в воде, оборудование для обеззараживания должно служить барьером от сезонных или аварийных заражений.
УФ-облучение должно применяться для обеспечения обеззараживания воды до нормативного качества по микробиологическим показателям, при этом необходимые дозы выбираются на основании требуемого снижения концентрации патогенных и индикаторных микроорганизмов.
УФ-облучение не образует побочных продуктов реакции, его доза может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность, как по бактериям, так и по вирусам. Известно, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор, поэтому применение ультрафиолета при подготовке питьевой воды позволяет, в частности, во многом решить проблему удаления вирусов гепатита А, которая не всегда решается при традиционной технологии хлорирования.
Использование УФ-облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа. Эффект обеззараживания воды контролируют, определяя общее число бактерий в 1 см3 воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды после ее обеззараживания.
На сегодняшний день широкое распространение получили УФ-лампы проточного типа. Основным элементом данной установки является блок облучателей состоящий из ламп УФ-спектра в количестве, определяемом необходимой производительностью по обработанной воде. Внутри лампа имеет полость для протока. Контакт с УФ-лучами происходит через специальные окошечки внутри лампы. Корпус установки выполнен из металла, защищающего от проникновения лучей в окружающую среду.
Вода, подающаяся на установку должна соответствовать следующим требованиям:
- общее содержание железа – не более 0,3 мг/л, марганца – 0,1 мг/л;
- содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л;
- мутность – не более 2 мг/л по каолину;
- цветность – не более 35 град.
Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование):
- УФ облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;
- обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;
- в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
- в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;
- время обеззараживания при УФ облучении составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;
- достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ комплексов. Современные УФ лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;
- для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и, тем более, озонировании эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования;
- отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;
- ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ.
Обеззараживание с помощью УФ-ламп я помню с детства – в садике, санатории и даже в летнем лагере стояли несколько пугающие конструкции, которые светились красивым фиолетовым светом в темноте и от которых нас отгоняли воспитатели. Так что же такое на самом деле ультрафиолетовое излучение и зачем оно нужно человеку?
Пожалуй, первый вопрос, на который нужно ответить – что такое вообще ультрафиолетовые лучи и как они работают. Обычно так называют электромагнитное излучение, которое находится в диапазоне между видимым и рентгеновским излучением. Ультрафиолет характеризуется длиной волны от 10 до 400 нанометров.
Открыли его еще в 19 веке, и произошло это благодаря открытию инфракрасного излучения. Обнаружив ИК-спектр, в 1801 г. И.В. Риттер обратил внимание на противоположный конец светового диапазона в процессе опытов с хлоридом серебра. А затем сразу несколько ученых пришли к выводу о неоднородности ультрафиолета.
Сегодня его разделяют на три группы:
- УФ-А излучение – ближний ультрафиолет;
- УФ-Б – средний;
- УФ-С – дальний.
Такое разделение во многом обусловлено именно воздействием лучей на человека. Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.
Искусственные источники ультрафиолета создаются и используются в медицине, сельском хозяйстве, косметологии и различных санитарных учреждениях. Генерирование ультрафиолетового излучения возможно несколькими способами: температурой (лампы накаливания), движением газов (газовые лампы) или металлических паров (ртутные лампы). При этом мощность таких источников варьируется от нескольких ватт, обычно это небольшие мобильные излучатели, до киловатта. Последние монтируются в объемные стационарные установки. Сферы применения УФ-лучей обусловлены их свойствами: способностью ускорять химические и биологические процессы, бактерицидным эффектом и люминесценцией некоторых веществ.
Ультрафиолет широко применяется для решения самых различных задач. В косметологии использование искусственного УФ-излучения используется прежде всего для загара. Солярии создают довольно мягкий ультрафиолет-А согласно введенным нормам, а доля УФ-В в лампах для загара составляет не более 5%. Современные психологи рекомендуют солярии для лечения «зимней депрессии», которая в основном вызвана дефицитом витамина D, так как он образуется под влиянием УФ-лучей. Также УФ-лампы используют в маникюре, так как именно в этом спектре высыхают особо стойкие гель-лаки, шеллак и подобные им.
Ультрафиолетовые лампы используют для создания фотоснимков в нестандартных ситуациях, например, для запечатления космических объектов, которые невидимы в обычный телескоп.
Широко применяется ультрафиолет в экспертной деятельности. С его помощью проверяют подлинность картин, так как более свежие краски и лаки в таких лучах выглядят темнее, а значит можно установить реальный возраст произведения. Криминалисты также используют УФ-лучи для обнаружения следов крови на предметах. Кроме того, ультрафиолет широко используется для проявления скрытых печатей, защитных элементов и нитей, подтверждающих подлинность документов, а также в световом оформлении шоу, вывесок заведений или декораций.
В медицинских учреждениях ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации хирургических инструментов. Помимо этого, все еще широко распространено обеззараживание воздуха с помощью УФ-лучей. Существует несколько видов такого оборудования.
Так называют ртутные лампы высокого и низкого давления, а также ксеноновые импульсные лампы. Колба такой лампы изготавливается из кварцевого стекла. Основной плюс бактерицидных ламп – долгий срок службы и мгновенная способность к работе. Примерно 60% их лучей находятся в бактерицидном спектре. Ртутные лампы достаточно опасны в эксплуатации, при случайном повреждении корпуса необходима тщательная очистка и демеркуризация помещения. Ксеноновые лампы менее опасны при повреждении и отличаются более высокой бактерицидной активностью. Также бактерицидные лампы разделяют на озоновые и безозоновые. Первые характеризуются наличием в своем спектре волны длиной 185 нанометров, которая взаимодействует с находящимся в воздухе кислородом и превращает его в озон. Высокие концентрации озона опасны для человека, и использование таких ламп строго ограничено во времени и рекомендуется только в проветриваемом помещении. Все это привело к созданию безозоновых ламп, на колбу которых нанесено специальное покрытие, не пропускающее волну в 185 нм наружу.
Вне зависимости от вида бактерицидные лампы имеют общие недостатки: они работают в сложной и дорогостоящей аппаратуре, средний ресурс работы излучателя – 1,5 года, а сами лампы после перегорания должны храниться упакованными в отдельном помещении и утилизироваться специальным образом согласно действующим нормативам.
Состоят из лампы, отражателей и других вспомогательных элементов. Такие устройства бывают двух видов – открытые и закрытые, в зависимости от того, проходят УФ-лучи наружу или нет. Открытые выпускают ультрафиолет, усиленный отражателями, в пространство вокруг, захватывая сразу практически всю комнату, если установлены на потолке или стене. Проводить обработку помещения таким облучателем в присутствии людей строго запрещено.
Закрытые облучатели работают по принципу рециркулятора, внутри которого установлена лампа, а вентилятор втягивает в прибор воздух и выпускает уже облученный наружу. Их размещают на стенах на высоте не менее 2 м от пола. Их возможно использовать в присутствии людей, однако длительное воздействие не рекомендуется производителем, так как часть УФ-лучей может проходить наружу.
Из недостатков таких приборов можно отметить невосприимчивость к спорам плесени, а также все сложности утилизации ламп и строгий регламент использования в зависимости от типа излучателя.
Бактерицидные установки
Группа облучателей, объединенная в один прибор, использующийся в одном помещении, называется бактерицидной установкой. Обычно они достаточно крупногабаритные и отличаются высоким энергопотреблением. Обработка воздуха бактерицидными установками производится строго в отсутствие людей в комнате и отслеживается по Акту ввода в эксплуатацию и Журналу регистрации и контроля. Используется только в медицинских и гигиенических учреждениях для обеззараживания как воздуха, так и воды.
Недостатки ультрафиолетового обеззараживания воздуха
Помимо уже перечисленного, использование УФ-излучателей имеет и другие минусы. Прежде всего, сам ультрафиолет опасен для человеческого организма, он может не только вызывать ожоги кожи, но и сказываться на работе сердечно-сосудистой системы, опасен для сетчатки глаза. Кроме того, он может вызывать появление озона, а с ним и присущие этому газу неприятные симптомы: раздражение дыхательных путей, стимуляция атеросклероза, обострение аллергии.
Эффективность работы УФ-ламп достаточно спорная: инактивация болезнетворных микроорганизмов в воздухе разрешенными дозами ультрафиолета происходит только при статичности этих вредителей. Если микроорганизмы двигаются, взаимодействуют с пылью и воздухом, то необходимая доза облучения возрастает в 4 раза, чего не может создать обычная УФ-лампа. Поэтому эффективность работы облучателя рассчитывается отдельно с учетом всех параметров, и крайне сложно подобрать подходящие для воздействия на все типы микроорганизмов сразу.
Проникновение УФ-лучей относительно неглубокое, и если даже неподвижные вирусы находятся под слоем пыли, верхние слои защищают нижние, отражая от себя ультрафиолет. А значит, после уборки обеззараживание нужно проводить еще раз.
УФ-облучатели не могут фильтровать воздух, они борются только с микроорганизмами, сохраняя все механические загрязнители и аллергены в первозданном виде.
Ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников в зависимости от длины волны делят на три диапазона:
- - область А – длина волны 400-320 нм (длинноволновое ультрафиолетовое излучение УФ-А);
- - область Б – длина волны 320-275 нм (средневолновое ультрафиолетовое излучение УФ-В);
- - область С – длина волны 275-180 нм (коротковолновое ультрафиолетовое излучение УФ-С).
В действии длинно, средне и коротковолнового излучения на клетки, ткани и организм имеются существенные различия.
Область А (УФ-А) длинноволновое излучение оказывает разнообразное биологическое действие, вызывает пигментацию кожи и флуоресценцию органических веществ. УФ-А – лучи обладают наибольшей проникающей способностью, что позволяет некоторым атомам и молекулам тела избирательно поглощать энергию УФ-излучения и переходить в неустойчивое возбужденное состояние. Последующий переход в исходное состояние сопровождается выделением квантов света (фотонов), способных инициировать различные фотохимические процессы, прежде всего затрагивающие ДНК, РНК, белковые молекулы.
Фототехнические процессы вызывают реакции и изменения со стороны различных органов и систем, которые составляют основу физиологического и лечебного действия УФ – лучей. Происходящие в облученном УФ – лучами организме сдвиги и эффекты (фотоэритема, пигментация, десенсибилизация, бактерицидный эффект и др.) имеют четкую спектральную зависимость (рис. 1), что и служит основой дифференцированного применения различных участков УФ – спектра.
Рисунок 1 - Спектральная зависимость важнейших биологических эффектов ультрафиолетового излучения
Облучение средневолновыми УФ-лучами вызывает фотолиз белка с образованием биологически активных веществ, а воздействие коротковолновыми лучами чаще приводит к коагуляции и денатурации белковых молекул. Под воздействием УФ-лучей диапазонов В и С, особенно в больших дозировках, происходят изменения в нуклеиновых кислотах, в результате чего возможно возникновение клеточных мутаций.
В то же время длинноволновые лучи приводят к образованию специфического фермента фотореактивации, способствующего восстановлению нуклеиновых кислот.
- Наиболее широко УФ-излучение используется с лечебными целями.
- Используются УФ-лучи также для стерилизации и дезинфекции воды, воздуха, помещений, предметов и т. д.
- Весьма распространено их применение с профилактическими и косметическими целями.
- Применяют УФ-излучение и с диагностическими целями, для определения реактивности организма, в люминисцентных методах.
УФ-излучение – жизненно необходимый фактор, а его длительный недостаток ведет к развитию своеобразного симптомокомплекса, имеющего «световым голоданием» или «УФ-недостаточностью». Наиболее часто он проявляется развитием авитаминоза D, ослаблением защитных иммунобиологических реакций организма, обострением хронических заболеваний, функциональными расстройствами нервной системы и т. д.К контингентам, испытывающим «УФ-недостаточность», относятся рабочие шахт, рудников, метро, люди работающие в бесфонарныхи безоконных цехах, машинных отделениях и на Крайнем Севере.
Ультрафиолетовое облучение
Ультрафиолетовое облучение производится различными искусственными изделиями с отличными друг от друга длинами волн λ. Поглощение УФ-лучей сопровождается рядом первичных фотохимических и фотофизических процессов, которые зависят от их спектрального состава и определяют физиологическое и лечебное действие фактора на организм.
Длинноволновые ультрафиолетовые (ДУФ) лучи стимулируют пролиферацию клеток мальпигиевого слоя эпидермоса и декарбоксилирование тирозина с последующим образованием в клетках шиповидногослоя. Далее идет стимулирование синтеза АКТГ и других гармонов и т. д. Получаются различные иммунологические сдвиги.
ДУФ-лучи оказывают более слабое, чем другие УФ-лучи биологическое, в том числе и эритемообразующее действие. Для усиления чувствительности кожи к ним используют фотосенсибилизаторы, чаще всего соединения фурокумаринового ряда (пувален, бероксан, псорален, амминофурин и др.)
Это свойство длинноволнового излучения позволяет его применять при лечении кожных заболеваний. Метод ПУВА-терапии (используется и салициловый спирт).
Таким образом можно выделить основные характеристики лечебных эффектов ДУФ-лучей:
- Лечебными эффектами являются
- - фотосенсибилизирующий,
- - пигментообразующий,
- - иммуностимулирующий.
- ДУФ-лучи, как и другие области УФ-излучения вызывают изменение функционального состояния ЦНС и ее высшего отдела коры головного мозга. За счет рефлекторной реакции улучшается кровообращение, усиливается секторная активность органов пищеварения и функциональное состояние почек.
- ДУФ-лучи влияют на обмен веществ, прежде всего минеральный и азотный.
- Широко применяют местные аппликации фотосенсибилизаторов при ограниченных формах псориаза. В последнее время с успехом в качестве сенсибилизатора используют УФ-В как обладающее большей биологической активностью. Комбинированное облучение УФ-А и УФ-В называют селективным облучением.
- ДУФ-лучи используют как для местных, так и для общих облучений. Основными показаниями для их применения являются:
- - кожные заболевания (псориаз, экзема, витилиго, себорея и др.)
- - хронические воспалительные заболевания внутренних органов (особенно органов дыхания)
- - заболевания органов опоры и движения различной этнологии
- - ожоги, отморожения
- - вялозаживающие раны и язвы, косметические цели.
Протвопоказания
- - острые противовоспалительные процессы,
- - заболевания печени и почек с выраженным нарушением их функций,
- - гипертиреоз,
- - повышенная чувствительность к ДУФ-излучениям.
Средневолновое ультрафиолетовое (СУФ) излучение обладает выраженным и разносторонним биологическим действием.
При поглощении квантов СУФ-излучения в коже образуются низкомолекулярные продукты фотолиза белка и продукты перекисного окисления липидов. Они вызывают изменения ультраструктурной организации биологических мембран, белково-липидных комплексов, мембранных ферментов и их важнейших физико-химических и функциональных свойств.
Продукты фотораспада активируют систему мононуклеарных фагоцитов и вызывают дегрануляцию лаброцитов и базофилов. В результате в облученной области и прилежащих тканях происходит выделение биологически активных веществ (кининн, простогландинн, гепарин, лейкотриены, тромбоксаны и др.) и вазоактивных медиаторов (ацетилхолин, гистамин), которые существенно увеличивают проницаемость и тонус сосудов, а также способствуют расслаблению гладкой мускулатуры. Вследствие гумаральных механизмов увеличивается количество функционирующих капилляров кожи, нарастает скорость местного кровотока, что ведет к формированию эритомы.
Повторные СУФ-облучения могут привести к появлению быстро исчезающей пигментации, способствующей повышению барьерной функции кожи, повышают ее холодовую чувствительность и резистентность к действию токсических веществ и неблагоприятных факторов.
Как эритемная реакция, так и другие сдвиги, вызываемые СУФ-лучами зависят не только от длины волны, но и от дозировки. В фототерапии его применяют в эритемных и субэритемных дозах.
Облучение СУФ-лучами в субэритемных дозировках способствует образованию в коже витамина D, который после его биотрансформации в печени и почках участвует в регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме. СУФ-облучение способствует образованию не только витамина D1, но и его изомера – эргокальцифемина (витамина D2). Последний обладает антирахитическим действием, стимулирует аэробный и анаэробный пути клеточного дыхания. СУФ-лучи в небольших дозировках также модулируют обмен других витаминов (А и С) вызывают активизацию метаболических процессов в облученных тканях. Под их влиянием активируется адаптационно-трофическая функция симпатической нервной системы, нормализуются нарушенные процессы различных видов обмена веществ, сердечнососудистая деятельность.
Таким образом СУФ-излучение обладает выраженным биологическим действием. В зависимости от фазы облучения можно получить эритему на коже и слизистых оболочках или проводить лечение в дозе, не вызывающей ее. Механизм лечебного действия эритемных и безэритемных доз СУФ различный, следовательно будут различными и показания к применению ультрафиолетового излучения.
Ультрафиолетовая эритема появляется на месте облучения УФ-В через 2-8 ч и связана с гибелью клеток эпидермиса. Продуты фотолиза белков поступают в ток крови и вызывают расширение сосудов, отек кожи, миграцию лейкоцитов, раздражение многочисленных рецепторов, ведущие к возникновению ряда рефлекторных реакций организма.
Кроме того, продукты фотолиза, попадающие в ток крови, оказывают гуморальное действие на отдельные органы, нервную и эндокринную системы организма. Явления асептического воспаления постепенно стихают к седьмому дню, оставляя после себя пигментацию кожи на месте облучения.
Основные лечебные эффекты СУФ-илучения:
- СУФ –излучения являются витаминно образующий, трофостимулирующий, иммуномодулирующий – это субэритемные дозы.
- Протиивовоспалиительный, анальгетический, десенсибилизирующий – это эритемная доза.
- Бронхиальные болезни, астма, закаливание – это безэритемная доза.
Показания к местному применению УФ-В (субэритемные и эритемные дозы):
- - острый неврит
- - острый меозит
- - гнойничковые заболевания кожи (фурукул, карбункул, сикоз и др)
- - рожа
- - трофические язвы
- - вялозаживающие раны
- - пролежни
- - воспалительные и посттравматические заболевания суставов
- - ревматоидный артрит
- - бронхиальная астма
- - острый и хронический бронхит
- - острые респературные заболевания
- - воспаления придатков матки
- - хронический тонзиллит.
Безэритемные зоны ультрафиолетового излучения спектра В при общих облучениях организма ликвидируют явления Д-гиповитаминоза, связанного с недостатком солнечного света. Нормализует фосфорно-кальциевый обмен, стимулируют функцию симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем, повышают механическую прочность костной ткани и стимулируют образование костной мозоли, повышают сопротивляемость кожи организма и организма в целом к вредным факторам внешней среды. Уменьшаются аллергические и экссудативные реакции, повышается умственная и физическая работоспособность. Ослабляются другие нарушения в организме, вызванные солнечным голоданием.
Показания к общему применению УФ-В (безэритемные дозы):
- - D-гиповитаминоз
- - нарушение обмена веществ
- - предрасположенность к гнойничковым заболеваниям
- - нейродермит
- - псориаз
- - переломы костей и нарушение образования костной мозоли
- - бронхиальная астма
- - хронические заболевания бронхиального аппарата
- - закаливание организма.
Противопоказания:
- - злокачественные новообразования
- - наклонность к кровотечениям
- - системные заболевания крови
- - тиреотоксикоз
- - активный туберкулез
- - язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки в стадии обострения
- - гипертоническая болезнь II и III стадии
- - далекозашедший атеросклероз артерий головного мозга и коронных артерий.
Коротковолновый ультрафиолетовый спектр излучения (КУФ) излучения.
УФ-излучение коротковолнового диапазона является активным физическим фактором, т. к. его кванты обладают наибольшим запасом энергии. Оно способно вызывать денатурацию и фотолиз нуклеиновых кислот и белков за счет избыточного поглащения энергии его квантов различными молекулами, в первую очередь ДНК и РНК.
При действии на микроорганизмы, на клетки это приводит к инактивации их генома и денатурации белка, что ведет к их гибели.
При излучении КУФ-лучей возникает бактерицидный эффект, т. к. прямое попадание их на белок гибельно для клеток вирусов, микроорганизмов и грибов.
КУФ-лучи вызывают после кратковременного спазма расширение кровеносных сосудов, прежде всего субкапелярных вен.
Показания к применению КУФ-излучений:
- - облучение раневых поверхностей
- - пролежни и миндалевидных ниш после тонзиллэктомин с бактерицидной цепью
- - санация носоглотки при острых распиратурных заболеваниях
- - лечение наружного отита
- - обеззараживание воздуха в операционных, процедурных, ингаляториях, реанимационных отделениях, палатах больных, детских учреждениях и в школах.
Кожа и ее функция
Кожа человека составляет 18% от массы тела человека и имеет общую площадь 2м2. Состоит кожа из трех анатомически и физиологически тесно взаимосвязанных слоев:
- - эпидермиса или надкожницы
- - дермы (собственно кожа)
- - гиподерма (подкожно жировая подкладка).
Эпидермис построен из различных по форме и строению, послойно расположенных эпителиальных клеток (эпитермоцитов). При этом каждая вышележащая клетка происходит из нижележащей, отражая определенную фазу ее жизни.
Слои эпидермиса распологаются в следующей последовательности (с низу в верх):
- - базальный (Д) или зародышевый;
- - слой шиповатых клеток;
- - слой кератогиалиновых или зернистых клеток;
- - эпейдиновый или блестящий;
- - роговой.
Кроме эпидермоцитов в эпидермисе (в базальном слое) располагаются клетки, способные вырабатывать меланин (меланоциты), клетки Лагерганса, Гринстейна и др.
Дерма располагается непосредственно под эпидермисом и отделяется от него основной мембраной. В дерме различают сосочковый и сетчатый слои. Она состоит из коллагеновых, эластических и ретикулиновых (аргирофильных) волокон, между которыми располагается основное вещество.
В дерме, собственно, в коже находится сосочковый слой, богато снабженный кровеносными и лимфатическими сосудами. Здесь же имеются сплетения нервных волокон, дающие начало многочисленным нервным окончаниям в эпидермисе и дерме. В дерме заложены на различных уровнях потовый и сальные железы, волосяные фолликулы.
Подкожная жировая клетчатка является самым глубоким слоем кожи.
Функции кожи сложны и многообразны. Кожа выполняет барьерно - защитную, терморегуляторную, выделительную, обменную, рецепторную и т. д.
Барьерно – защитная функция, считающаяся главнейшей функцией кожи человека и животных, осуществляется за счет различных механизмов. Так, прочный и эластичный роговой слой кожи противостоит механическим влияниям и уменьшает вредное действие химических веществ. Роговой слой, являясь плохим проводником, предохраняет глубжележащие слои от высыхания, охлаждения и действия электрического тока.
Рисунок 2 – Строение кожи
Кожное сало, продукт секреции потовых желез и чешуйки отшелушивающегося эпителия образуют на поверхности кожи эмульсионную пленку (защитную мантию), играющую важную роль в предохранении кожи от воздействия химических, биологических и физических агентов.
Кислая реакция водно-липидной мантии и поверхностных слоев кожи, а также бактерицидные свойства кожного секрета являются важным барьерным механизмом для микроорганизмов.
В защите от световых лучей определенную роль играет пигмент меланин.
Электрофизиологический барьер является основным препятствием проникновения веществ в глубь кожи, в том числе и при электрофорезе. Он располагается на уровне базального слоя эпидермиса и представляет собой электрический слой с разнородными слоями. Наружный слой вследствие кислой реакции имеет «+» заряд, а обращенный внутрь «-». следует иметь в виду, что, с одной стороны, барьерно-защитная функция кожи ослабляет действие физических факторов на организм, а с другой стороны – физические факторы могут стимулировать защитные свойства кожи и тем самым реализовывать лечебные действие.
Физическая терморегуляция организма также является одной из важнейших физиологических функций кожи и имеет непосредственное отношение к механизму действия водолечебных факторов. Она осуществляется кожей путем теплоизлучения в виде инфракрасных лучей (44%) теплопроведения (31%) и испарения воды с поверхности кожи (21%). Важно отметить, что кожа с ее терморегуляторными механизмами играет большую роль в акклиматизации организма.
Секретно-экскреторная функция кожи связана с деятельностью потовых и сальных желез. Она играет важную роль в поддержании гомеостаза организма, в выполнении кожей барьерных свойств.
Дыхательная и резорбционная функция тесно взаимосвязаны. Дыхательная функция кожи, состоящая в поглощении кислорода и выделении углекислоты, в общем балансе дыхания для организма большого значения не имеет. Однако дыхание через кожу может значительно возрастать в условиях высокой температуры воздуха.
Резорбционная функция кожи, ее проницаемость имеют большое значение не только в дерматологии и токсикологии. Значение ее для физиотерапии определяется тем, что химический компонент действия многих лечебных факторов(лекарственных, газовых и минеральных ванн, грязелечения и др.) зависит от проникновения их составных ингредиентов через кожу.
Обменная функция кожи имеет специфические особенности. С одной стороны, в коже происходят только ей присущие обменные процессы (образование кератина, меланина, витамина D и др.), с другой – она принимает активное участие в общем обмене веществ в организме. Особенно велика ее роль в жировом, минеральном, углеводном и витаминном обменах.
Кожа является также местом синтеза биологически активных веществ (гепарина, гистамина, серотонина и др.).
Рецепторная функция кожи обеспечивает ее связь с внешней средой. Эту функцию кожа осуществляет в виде многочисленных условных и безусловных рефлексов благодаря наличию в ней упомянутых выше различных рецепторов.
Считают, что на 1 см2 кожи 100-200 болевых точек 12-15 холодовых, 1-2 тепловые, 25 точек давления.
Взаимосвязь с внутренними органами связана теснейшим образом – изменения кожи отражаются на деятельности внутренних органов, а нарушения со стороны внутренних органов сопровождаются сдвигами в коже. Эта взаимосвязь особенно четко проявляется при внутренних болезнях в виде так называемых рефлексогенных, или болевых, зон Захарина-Геда.
Захарьина-Геда зоны определенные области кожи, в которых при заболеваниях внутренних органов часто появляются отраженные боли, а также болевая и температурная гиперестезия.
Рисунок 3 – Расположение Захарьина-Геда зоны
Такие зоны при заболеваниях внутренних органов выявлены также в области головы. Например, боли в лобно-носовой области соответствует поражению верхушек легких, желудка, печени, устья аорты.
Боли в среднеглазичной области поражению легких, сердца, восходящей аорты.
Боли в лобно-височной области поражению легких, сердца.
Боли в теменной области поражению привратника и верхней части кишечника и т. д.
Зона комфорта область температурных условий внешней среды, вызывающих у человека субъективно хорошее теплоощущение без признаков охлаждения или перегрева.
Для обнаженного человека 17,3 0С – 21,7 0С
Для одетого человека 16,7 0С – 20,6 0С
Импульсная ультрафиолетовая терапия
НИИ энергетики машиностроения МГТУ им. Н. Э. Баумана (Шашковский С. Г. 2000 г) разработал портативный аппарат «Мелитта 01» для локального облучения пораженных поверхностей кожных покрытий, слизистых оболочек высокоэффективным импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра в диапазоне 230-380 нм.
Режим работы данного аппарата импульсный-периодический с частотой 1 Гц. В аппарате предусмотрена автоматическая генерация 1, 4, 8, 16, 32 импульсов. Выходная импульсная плотность мощности на расстоянии 5 см от горелки 25 Вт/см2
Показания:
- - гнойно-воспалительные заболевания кожи и подкожной клетчатки (фурункул, карбункул, гидраденит) в начальный период гидратации и после хирургического вскрытия гнойной полости;
- - обширные гнойные раны, раны после некрэктомии, раны перед и после проведения аутодермопластики;
- - гранулирующие раны после ожогов термических, химических, радиационных;
- - трофические язвы и вялозаживающие раны;
- - рожистое воспаление;
- - герпетическое воспаление кожи и слизистых оболочек;
- - облучение ран перед первичной хирургической обработке и после нее с целью профилактики развития гнойных осложнений;
- - обеззараживание воздуха помещений, салона автомобиля, автобуса и автомобиля скорой помощи.
Импульсная магнитная терапия с вращающимся полем и изменяющейся частотой повторения импульсов автоматически.
В основе лечебного действия лежат известные физические законы. На электрический заряд, движущиеся по кровеносному сосуду в магнитном поле, действует сила Лоренца, перпендикулярная вектору скорости заряда, постоянная в постоянном и знакопеременная, в переменном, вращающемся магнитном поле. Это явление реализуется на всех уровнях организма (атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой).
Действие импульсной магнитной терапии низкой интенсивности оказывает активное влияние на глубоко расположенную мышечную, нервную, костную ткань, внутренние органы, улучшая микроциркуляцию, стимулируя обменные процессы и регенерацию. Электрические токи большой плотности, индуцированные импульсным магнитным полем, активизирую миелинизированные толстые волокна нервов, вследствие чего блокируется афферентная импульсация из болевого очага по спинальному механизму «воротного блока». Болевой синдром ослабляется или устраняется полностью уже во время процедуры или после первых процедур. По степени выраженности обезболивающего эффекта импульсная магнитная терапия сильно превосходит другие виды магнитной терапии.
Благодаря импульсным вращающимся магнитным полям появляется возможность индицирования в глубине тканей без их повреждений электрических полей и токов, значительной интенсивности. Это позволяет получить выраженный терапевтический противоотечный, обезболивающий, противовоспалительный, стимулирующий процессы регенерации, биостимулирующий эффекты действия, которые по степени выраженности превосходят в несколько раз лечебные эффекты, получаемые от всех известных аппаратов низкочастотной магнитотерапии.
Аппараты импульсной магнитной терапии являются современным эффективным средством лечения травматических повреждений, воспалительных, дегеративно-дистрофических заболеваний нервной и опорно-двигательной системы.
Лечебные эффекты импульсной магнитной терапии: анальгетический, противоотечный, противовоспалительный, вазоактивный, стимулирующий процессы регенерации в поврежденных тканях, нейростимулирующий, миостимулирующий.
Показания:
- – заболевания и травматические повреждения ЦНС (ишемический инсульт головного мозга, преходящее нарушение мозгового кровообращения, последствия черепно-мозговой травмы с двигательными расстройствами, закрытые травмы спинного мозга с двигательными на рушениями, детский церебральный паралич, функционально истерические параличи),
- - травматические повреждения опорно-двигательной системы (ушибы мягких тканей, суставов, костей, растяжение связок, закрытые переломы костей и суставов при иммобилизации, в стадии репаративной регенерации, открытые переломы костей, суставов, ранения мягких тканей при иммобилизации,в стадии репаративной регенерации, гипотрофия, атрофия мышц в результате гиподинамии, вызванной травматическими повреждениями опорно-двигательной системы),
- - воспалительные дегенеративно-дистрофические повреждения опорно-двигательной системы (деформирующий остеоартроз суставов с явлениями синовита и без явлений синовита, распространенный остеохондроз, деформирующий спондилез позвоночника с явлениями вторичного корешкового синдрома, шейный радикулит с явлениями плечелопаточного переатрита, грудной радикулит, пояснично-крестцовый радикулит, анкилозирующий спондилоатрит, сколиотическая болезнь у детей),
- - хирургические воспалительные заболевания (послеоперационный период после оперативных вмешательств на опорно-двигательном аппарате, коже и подкожной клетчатке, вялозаживающие раны, трофические язвы, фурункулы, карбункулы, флегмоны после хирургического вмешательства, маститы),
- - заболевания бронхолегочной системы (бронхиальная астма легкой и средней степени тяжести, хронический бронхит),
- - заболевания органов пищеварения (гипомоторно-эвакуаторные нарушения функции желудка после желудка и ваготомии, гипомоторная дисфункция толстой кишки, желудка и желчного пузыря, хронический гепатит с умеренным нарушением функции печени, хронический панкреатит с секреторной недостаточностью),
- - заболевания сердечно-сосудистой системы (оккклюзионные поражения переферических артерий атеросклеротического генеза),
- - урологические заболевания (камень в мочеточнике, состояние после литотрипсии, атония мочевого пузыря, слабость сфинкера и детрузора, простатит),
- - гинекологические заболевания (воспалительные заболевания матки и придатков, заболевания, обусловленные гипофункцией яичников),
- - хронический простатит и сексуальные расстройства у мужчин,
- - стоматологические заболевания (пародонтоз, пломбировочные боли).
Противопоказания:
- - выраженная гипотония,
- - системные заболевания крови,
- - наклонности к кровотечениям,
- - тромбофлебит,
- - тромбоэмболическая болезнь, переломы костей до иммобилизации,
- - беременность,
- - тиреотоксикоз и узловой зоб,
- - абсцесс, флегмоны (до вскрытия и дренирования полостей),
- - злокачественные новообразования,
- - лихорадочное состояние,
- - желчекаменная болезнь,
- - эпилепсия.
Предупреждение:
Импульсную магнитную терапию нельзя применять при наличии имплантированного кардиостимулятора, так как индуцированные электропотенциалы могут нарушать его работу; при различных металлических свободно лежащих в тканях организма предметах (например, осколки при ранениях), если они находятся на расстоянии менее 5 см от индукторов, поскольку при прохождении импульсов магнитного поля предметы из электропроводных материалов (сталь, медь и др.) могут совершать движения и вызывать повреждения окружающих тканей. Воздействовать на область головного мозга, сердца и глаза не допускается.
Большой интерес представляет создание импульсных магнитных аппаратов низкой интенсивности (20-150 мТл) с частотой следования импульсов, приблизительно совпадающей с частотой собственных биопотенциалов органов (2-4-6-8-10-12 Гц). Это позволило бы оказывать биорезонансное воздействие на внутренние органы (печень, поджелудочная железа, желудок, легкие) импульсным магнитным полем и положительно влиять на их функцию. Уже известно, что положительно ИМП влияет на частоте 8-10 Гц на функцию печени у больных с токсическим (алкогольным) гепатитом.
Ультрафиолетовое излучение (УФИ) - электромагнитное излучение оптического диапазона, которое условно подразделяется на коротковолновое (УФИ С - с длиной волны 200-280 нм), средневолновое (УФИ В - с длиной волны 280-320 нм) и длинноволновое (УФИ А - с длиной волны 320-400 нм).
УФИ генерируют как естественные, так и искусственные источники. Основной естественный источник УФИ - Солнце. До поверхности Земли доходит УФИ в диапазоне 280-400 нм, так как более короткие волны поглощаются в верхних слоях стратосферы.
Искусственные источники УФИ широко применяются в промышленности, медицине и др.
Фактически любой материал, нагретый до температуры, превышающей 2500 еК, генерирует УФИ. Источниками УФИ является сварка кислородно-ацетиленовыми, кислородно-водородными, плазменными горелками.
Источники биологически эффективного УФИ можно подразделить на газоразрядные и флюоресцентные. К газоразрядным относятся ртутные лампы низкого давления с максимумом излучения на длине волны 253,7 нм, т.е. соответствующие максимуму бактерицидной эффективности, и высокого давления с длинами волн 254, 297, 303, 313 нм. Последние широко используются в фотохимических реакторах, в печатном деле, для фототерапии кожных заболеваний. Ксеноновые лампы применяются для тех же целей, что и ртутные. Оптические спектры импульсных ламп зависят от используемого в них газа - ксенон, криптон, аргон, неон и др.
В люминесцентных лампах спектр зависит от использованного ртутного люминофора.
Избыточному воздействию УФИ могут подвергаться работники промышленных предприятий и медицинских учреждений, где используются выше перечисленные источники, а также люди, работающие на открытом воздухе за счет солнечной радиации (сельскохозяйственные, строительные, железнодорожные рабочие, рыбаки и др.).
Установлено, что как недостаток, так и избыток УФИ отрицательно сказываются на состоянии здоровья человека. При недостаточности УФИ у детей развивается рахит вследствие нехватки витамина Д и нарушения фосфорно-кальциевого обмена, снижается активность защитных систем организма, в первую очередь - иммунной, что делает его более уязвимым к воздействию неблагоприятных факторов.
Критическими органами к восприятию УФИ являются кожа и глаза. Острые поражения глаз, так называемые электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют собой острые конъюнктивиты. Заболеванию предшествует латентный период, продолжительность которого около 12 часов. С хроническими поражениями глаз связывают хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика.
Поражения кожи протекают в форме острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться общетоксические явления. В дальнейшем наблюдаются гиперпигментация и шелушение. Хронические изменения кожных покровов, вызванных УФИ, выражаются в старении кожи, развитии кератоза, атрофии эпидермиса, возможны злокачественные новообразования.
В последнее время интерес к укреплению здоровья населения путем профилактического ультрафиолетового облучения значительно возрос. Действительно, ультрафиолетовое голодание, наблюдаемое обычно в зимнее время года и особенно у жителей Севера России, ведет к значительному снижению защитных сил организма и повышению уровня заболеваемости. В первую очередь страдают дети.
Наша страна является родоначальницей движения за компенсацию ультрафиолетовой недостаточности у населения с исполь- зованием искусственных источников ультрафиолетовой радиации, спектр которых приближается к естественному. Опыт использования искусственных источников ультрафиолетовой радиации требует соответствующей коррекции в отношении дозы и методов использования.
Территория России с юга на север простирается от 40 до 80? с.ш. и условно делится на пять климатических районов страны. Оценим естественный ультрафиолетовый климат двух крайних и одного среднего географических районов. Это районы Севера (70? с.ш. - Мурманск, Норильск, Дудинка и др.), Средней полосы (55? с.ш. - Москва и др.) и Юга (40? с.ш. - Сочи и др.) нашей страны.
Напомним, что по биологическому действию спектр ультрафиолетового излучения Солнца делится на две области: «А» - излучение с длиной волны 400-315 нм, и «В» - излучение с длиной волны менее 315 нм (до 280 нм). Однако практически земной поверхности лучи короче 290 нм не достигают. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 280 нм, которое имеется только в спектре искусственных источников, относится к области «C» ультрафиолетовой радиации. У человека отсутствуют рецепторы, которые срочно (с малым латентным периодом) реагируют на ультрафиолетовую радиацию. Особенностью естественного УФ-излучения является его способность вызывать (с относительно длинным латентным периодом) эритему, являющуюся специфической реакцией организма на действие УФ-радиации солнечного спектра. В наибольшей степени образовывать эритему способна УФ-радиация с длиной волны максимум 296,7 нм (табл. 10.1).
Таблица 10.1. Эритемная эффективность монохроматического УФ-излучения
Как видно из табл. 10.1, излучение с длиной волны 285 нм в 10 раз, а лучи с длиной волны 290 нм и 310 нм в 3 раза менее активно образуют эритему, чем излучение с длиной волны 297 нм.
Приход суточной УФ-радиации солнца для указанных выше районов страны в летний период (табл. 10.2) относительно высок 35- 52 эр-ч/м -2 (1 эр-ч/м -2 = 6000 мкВт-мин/см 2). Однако в другие периоды года имеется существенное различие, и зимой, особенно на Севере, естественная радиация солнца отсутствует.
Таблица 10.2. Среднее распределение эритемной радиации области (эр-ч/м -2)
Северная широта | Месяц |
|||
III | VI | IX | XII |
|
18,2 | ||||
26,7 | 46,5 | |||
Величина суммарной радиации в различных широтах отражает суточный приход излучения. Однако при учете количества излуче- ния, поступающего в среднем не за 24, а лишь за 1 час, выявляется следующая картина. Так, в июне на широте 70? с.ш. за сутки поступает 35 эр-ч/м -2 . Солнце при этом все 24 часа не уходит с небосвода, следовательно, в час эритемная радиация будет составлять 1,5 эр-ч/м -2 . В этот же период года на широте 40? Солнце излучает 77 эр-ч/м -2 и сияет 15 часов, следовательно, часовая эритемная облученность составит 5,13 эр-ч/м -2 , т.е. величину в 3 раза большую, чем на широте 70?. Для определения режима облучения целесообразно проводить оценку прихода суммарной УФ солнечной радиации не за 24, а за 15 часов, т.е. за период бодрствования человека, так как в конечном итоге нас интересует количество естественной радиации, влияющей на человека, а не количество энергии Солнца, падающей на поверхность Земли вообще.
Важной особенностью действия на человека естественной УФрадиации является способность предупреждать так называемую D-витаминную недостаточность. В отличие от обычных витаминов, витамин D фактически не содержится в естественных продуктах питания (исключение составляют печень некоторых рыб, особенно трески и палтуса, а также яичный желток и молоко). Этот витамин синтезируется в коже под воздействием УФ радиации.
Недостаточное воздействие УФ-излучения без одновременного действия видимой радиации на организм человека приводит к разно- образным проявлениям D-авитаминоза.
В процессе D-витаминной недостаточности в первую очередь нарушаются трофика центральной нервной системе и клеточное дыхание, как субстрат нервной трофики. Это нарушение, ведущее к ослаблению окислительно-восстановительных процессов, следует, очевидно, считать основным, в то время как все остальные многообразные проявления будут вторичными. Наиболее чувствительны к отсутствию УФ-радиации маленькие дети, у которых в результате D-авитаминоза может развиться рахит и, как следствие рахита, - близорукость.
Способностью предупреждать и излечивать рахит в наибольшей степени обладает УФ-излучение области В.
Процесс синтеза витамина D под воздействием УФ-излучения довольно сложен.
В нашей стране витамин D был получен синтетическим путем в 1952 г. Исходным сырьем для синтеза послужил холестерин. В процессе превращения холестерина в провитамин образовывалась двойная связь в кольце В стерина путем последовательного бромирования. Полученный бензонат 7-дегидрохолестерина омыляется в Г-дегидрохолестерин, который уже под воздействием УФ-излучения превращается в витамин. Сложные процессы перехода провитамина в витамин зависят от спектрального состава УФ-радиации. Так, лучи с длиной волны максимум 310 нм способны превращать эргостерин в люмистерин, который переходит в техистерин, и, наконец, под действием лучей с длиной волны 280-313 нм техистерин превращается в витамин D.
Витамин D в организме осуществляет регуляцию содержания кальция и фосфора в крови. При недостаточности этого витамина нарушается фосфорно-кальциевый обмен, тесно связанный с процессами окостенения скелета, кислотно-щелочным равновесием, свертываемостью крови и т.д.
При рахите нарушается условно-рефлекторная деятельность, при этом образование условных рефлексов происходит медленнее, чем у здоровых людей, и они быстро исчезают, т.е. возбудимость коры головного мозга у детей, страдающих рахитом, значительно понижена. При этом клетки коры функционируют слабо и легко истощаются. Кроме того, наблюдается расстройство тормозной функции больших полушарий.
Торможение в течение длительного времени может широко распространяться по коре мозга.
Совершенно ясно, что необходимо проводить соответствующие профилактические мероприятия, т.е. использовать полноценный УФ-климат.
Тип источника | Мощность, Вт | Облученность в энергетических единицах на расстоянии 1 м |
|||||
УФ-радиация область А | УФ-радиация область В | УФ-радиация область С |
|||||
мкВт/см 2 | % | мкВт/см 2 | % | мкВт/см 2 | % |
||
ПРК-7 (ДРК-7) | 1000 | ||||||
ЛЭР-40 | 28,6 | 22,6 | |||||
Однако следует заметить, что спектральный состав искусственного радиационного климата, имеющий место в условиях фотария с лампой типа ПРК, значительно отличается от естественного наличием коротковолновой УФ-радиации.
С выпуском в нашей стране эритемных люминесцентных ламп небольшой мощности стало возможным использование искусст- венных источников УФ-радиации в условиях фотария и в системе общего освещения.
Доза профилактического УФ-облучения. Несколько слов из истории. Профилактическое облучение шахтеров было начато в 30-х годах ХХ столетия. В то время не было соответствующего опыта и необходимой теоретической базы в отношении выбора дозы именно
профилактического облучения. Было решено использовать опыт лечебный, применяемый в физиотерапевтической практике при лечении разного рода заболеваний. Заимствованы были не только источники УФ-радиации, но и схема облучения. Биологический эффект облучения лампами ПРК, в спектре которых имеется бактерицидное излучение, был весьма сомнителен. Так, нами установлено, что соотношение биологической активности областей «В» и «С», участвующих в образовании эритемы, составляет 1:8. Первые методические указания по эксплуатации фотариев были разработаны преимущественно физиотерапевтами. В дальнейшем вопросами профилактического облучения занимались гигиенисты, биологи. В 50-х годах прошлого столетия проблема профилактического облучения приобрела гигиеническую направленность. Были проведены многочисленные исследования в разных городах и климатических районах России, которые позволили по-новому подойти к дозе профилактического УФ-облучения.
Установление профилактической дозы УФ-радиации является весьма трудной задачей, ибо следует решать и учитывать ряд связанных между собой факторов, таких как:
Источник УФ-радиации;
Способ его использования;
Площадь облучаемой поверхности;
Сезон начала облучения;
Фоточувствительность кожи (биодоза);
Интенсивность облучения (облученность);
Время облучения.
В работе использовались эритемные лампы, в спектре которых отсутствует бактерицидное УФ-излучение. Эритемная биодоза
Таблица 10.4. Взаимосвязь физических и приведенных единиц для
выражения дозы УФ-радиации области В (280-350 нм)
мкВт/см 2 | мЭр-ч/м 2 | мкЭр-ч/см 2 | мЭр-мин/м 2 |
|
мкВт/см 2 | 0,0314 | |||
мЭр-ч/м 2 | ||||
мкЭр-ч/м 2 | 0,157 | |||
мЭр-мин/м 2 | 0,0157 |
выражена в физических (мкВт/см 2) или приведенных (мкЭр/см 2) величинах, соотношения которых представлены в табл. 10.4.
Следует особо подчеркнуть, что облученность эритемного потока УФ излучения оценивать в эффективных (или приведенных) еди- ницах - эрах (Эр - эритемный поток излучения с длиной волны 296,7 нм мощностью 1 Вт) можно лишь при излучении области «В».
Для выражения облученности участка «В» УФ-спектра в эрах следует его облученность, выраженную в физических единицах (Вт), умножить на коэффициент эритемной чувствительности кожи. Коэффициент эритемной чувствительности кожи для лучей с длиной волны 296,7 нм принят в 1935 г. Международной комиссией по освещению за единицу.
Используя лампы ЛЭР, мы приступили к нахождению оптимальной профилактической дозы УФ-радиации и оценке «метода облучения», под которым имеется в виду главным образом длительность ежедневного облучения, продолжающегося от минуты до нескольких часов.
В свою очередь длительность профилактического облучения зависит от способа использования искусственных излучателей (исполь- зования излучателей в системе общего освещения или в условиях фотария) и от фоточувствительности кожи (от значения эритемной биодозы).
Разумеется, что при разных способах применения искусственных излучателей облучению подвергаются разные по площади поверхности тела. Так, при использовании люминесцентных ламп в системе общего освещения облучаются лишь открытые части тела - лицо, руки, шея, волосистая часть головы, а в фотарии - практически все тело.
УФ-облученность в помещении при использовании эритемных ламп небольшая, отсюда длительность облучения составляет 6-8 ч, тогда как в фотарии, где облученность достигает значительной величины, действие радиации не превышает 5-6 мин.
При нахождении оптимальной дозы профилактического облучения следует руководствоваться тем, что начальная дозы профилактического облучения должна быть ниже биодозы, т.е. субэритемной. В противном случае возможен ожог кожи. Профилактическая доза УФ-составляющей должна выражаться в абсолютных величинах.
Постановка вопроса о выражении профилактической дозы в абсолютных физических (приведенных) величинах отнюдь не
означает отказа от необходимости определения индивидуальной чувствительности кожи к УФ-радиации. Определение биодозы перед началом облучения необходимо, но лишь для того, чтобы выяснить, не меньше ли она рекомендуемой профилактической дозы. Практически при определении биодозы (по Горбачеву) можно использовать биодизиметр, имеющий не 8 или 10 отверстий, как это имеет место в лечебной практике, а значительно меньше или даже одно, которое может быть облучено дозой, равной профилактической. Если облучаемый участок кожи покраснел, т.е. биодоза меньше профилактической, то начальная доза облучения должна быть уменьшена, а облучение проводится возрастающими дозами при начальной дозе равной биодозе.
Сравнительный анализ таких физиологических показателей, как эритемная биодоза, фагоцитарная активность лейкоцитов крови, ломкость капилляров, активность щелочной фосфотазы свидетельствовал о том, что дополнительное искусственное облучение УФ-радиацией эритемными лампами, проводимое зимой, вызывая весьма положительное действие, не способствует в полной мере поддержанию изучаемых физиологических реакций на том уровне, который наблюдается осенью после длительного воздействия природной УФ-радиации.
Анализ уровней физиологических показателей облучающихся дозой УФ-радиации при разном методе облучения, обусловленном способом использования искусственных излучателей, позволил сделать заключение, что биологический эффект воздействия УФ-радиации не зависит от примененных методов облучения.
Динамика чувствительности кожи к УФ-радиации известным образом отражает процессы, происходящие в организме в результате длительного отсутствия природной УФ-радиации.
При профилактическом УФ-облучении необходимо учитывать климатические особенности местности, где проживают облучаемые (для определения сроков облучения), среднее значение их эритемной биодозы (для выбора начальной дозы облучения) и то, что профилактическая доза облучения, нормируемая в абсолютных величинах, не должна быть ниже 2000 мкВт-мин/см 2 (60-62 мЭр-ч/м 2).
Профилактические мероприятия по предупреждению острого конъюнктивита при воздействии УФИ сводятся к применению светозащитных очков или щитков при электросварочных и других работах с источниками УФИ. Для защиты кожи от УФИ используются
защитная одежда, противосолнечные экраны (навесы), специальные кремы.
Основная роль в профилактике неблагоприятного воздействия УФИ на организм принадлежит гигиеническим нормативам. В настоящее время действуют «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях» СН? 4557-88. Нормируемой величиной является облученность, Вт/м1. Указанные нормативы регламентируют допустимые величины УФИ для кожи с учетом длительности облучения в течение рабочей смены и площади облучаемой поверхности кожи.
Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9·1014 - 3·1016 Герц).
Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.
Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Македонио Меллони и др.
Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:
|
Наименование |
Аббревиатура |
Длина волны в нанометрах |
Количество энергии на фотон |
|
Ближний |
400 нм - 300 нм |
3.10 - 4.13 эВ |
|
|
Средний |
300 нм - 200 нм |
4.13 - 6.20 эВ |
|
|
Дальний |
200 нм - 122 нм |
6.20 - 10.2 эВ |
|
|
Экстремальный |
121 нм - 10 нм |
10.2 - 124 эВ |
|
|
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон |
400 нм - 315 нм |
3.10 - 3.94 эВ |
|
|
Ультрафиолет B, средневолновой |
315 нм - 280 нм |
3.94 - 4.43 эВ |
|
|
Ультрафиолет С, коротковолновой |
280 нм - 100 нм |
4.43 - 12.4 эВ |
Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения.
Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.
Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:
Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)
УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)
Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)
Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.
Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.
Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.
Длительное воздействие ультрафиолетового излучения может способствовать развитию меланомы и преждевременному старению.
Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).
Природные источники
Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:
от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)
от высоты Солнца над горизонтом
от высоты над уровнем моря
от атмосферного рассеивания
от состояния облачного покрова
от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)
Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.
Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях.
Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.
Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.
Применение: Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей, Дезинфекция питьевой воды, Химический анализ, УФ - спектрометрия, Анализ минералов, Качественный хроматографический анализ, Ловля насекомых, Искусственный загар и «Горное солнце», реставрация.