Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
7
Тема: Солнечная радиация, ее общебиологическое и гигиеническое значение.
План
1. Солнечная радиация и световой климат.
Различные излучения являются обязательным и необходимым фактором существования всего живого на земле. Человек живет в мире излучений. Излучения являются важнейшим фактором окружающей человека среды, оказывают существенное воздействие на эволюцию, индивидуальное развитие, здоровье, самочувствие всех без исключения людей, вне зависимости от национальной, территориальной, профессиональной принадлежности.
Предметом изучения гигиены, как медицинской профилактической дисциплины являются прежде всего ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное излучения. (Здесь мы не рассматриваем другие виды излучений – гамма-, рентгеновское, микроволновое, радиочастотное и др., которые будут рассмотрены в разделах радиационной и промышленной гигиены).
Излучение – это свойство материи. Источником излучения является любое тело, нагретое выше абсолютного нуля (- 2730C). Для процессов, происходящих на Земле (физических, химических, биологических) важнейшее значение имеет излучение Солнца. Из этого источника Земля получает около 99% энергии.
Под солнечной радиацией понимают испускаемый солнцем интегральный поток радиации, который представляет собой электромагнитное излучение.
Спектральный состав излучения солнца колеблется в широком диапазоне - от километровых радиоволн до волн длинной в десятые доли нм (нанометра)
Оптическая часть солнечного спектра разделяется на три диапазона: инфракрасные лучи с длиной волн от 2,8 тыс. до 760 нм, видимая часть — от 760 до 400 нм и ультрафиолетовая часть — от 400 до 280 нм
Суммарная энергия солнечного излучения не постоянна во времени и зависит от солнечной активности. Солнечная активность – это явления, наблюдаемые на солнце – образование солнечных пятен, солнечных факелов, вспышек на солнце, возмущений в солнечной короне. Солнечная активность подчинена определенным закономерностям, в частности, 11-летним, 33-летним и вековым циклам. Это – солнечные циклы.
Еще в древности люди обратили внимание на цикличность стихийных бедствий, природных катастроф, эпидемий и т.д. Однако только в 30-е годы XX века Александр Леонидович Чижевский, поставивший задачу выяснить зависимость циклической активности солнца с возникновением эпидемий, проанализировал в хронологическом аспекте крупные эпидемии пандемии чумы, начиная с 430 года до нашей эры и заканчивая 1899 годом. Он установил совпадение по времени периодов активности Солнца со вспышками чумных эпидемий. Аналогичные совпадения установлены и для эпидемий холеры (по статистике распространения холеры в России с 1830 по 1923 годы). Подобная корреляция (соответствие) установлена и для других эпидемий и вспышек заболеваний, а также для гелиометеотропных реакций. Например, отмечается взаимозависимость между повышением солнечной активности (11-летние циклы) и ростом числа заболеваний раком кожи.
Вывод: биосфера Земли есть прямое порождение солнечного тепла и света. Человек – часть биосферы, поэтому он находится в прямой зависимости от такого базового фактора внешней среды, как Солнце. Поэтому для врачей всех специальностей, особенно лечебного профиля, необходимо изучение и прогнозирование данного фактора. Кстати, периоды максимальной солнечной активности приходились на 1968, 1979/80, 1991, 2001/2002 годы. Высокий уровень солнечной активности прогнозируется и на 2003 год.
Световой климат той или иной местности определяется количеством солнечного излучения, доходящего до земной поверхности и зависит от целого ряда природных и антропогенных факторов. К ним относятся факторы, определяющие высоту стояния солнца над горизонтом: географическая широта местности, сезон года, время суток. На световой климат влияют также загрязнения атмосферного воздуха, климат, погода, отражательная способность земной поверхности (альбедо).
Таким образом, одной из важных причин, определяющих мощность общего потока солнечного излучения на земной поверхности является толщина слоя атмосферы, через которую оно проходит.
Зависимость энергии излучения областей электромагнитного спектра Солнца от высоты стояния его над горизонтом
|
Высота стояния |
Энергия излучения области спектра, % |
||
|
Солнца |
ультрафиолетовая |
видимая |
инфракрасная |
|
У горизонта |
0 |
28 |
72 |
|
60° |
3 |
44 |
53 |
|
В зените при 90° |
4 |
46 |
50 |
Таким образом, в атмосфере происходят процессы поглощения и рассеяния солнечного света, причем в большой мере это отражается на ультрафиолетовом излучении. На уровне земной поверхности ультрафиолетовая часть солнечного света колеблется от 0,6 до 4 % и на 70 —75 % состоит из рассеянного излучения и на 25 —30% — из прямого.
В пределах атмосферы Активнее всего рассеиваются коротковолновые лучи: голубые, фиолетовые и ультрафиолетовые. Причина этого заключена в форме, величине и плотности распределения частиц атмосферы, которые изменяются в пространстве и во времени. Газы, постоянно входящие в состав атмосферы, вода и пыль избирательно поглощают излучение в отдельных, довольно узких, участках спектра: азот поглощает небольшие количества ультрафиолетового излучения, большую роль в этом играет кислород, интенсивно поглощающий более короткие составляющие ультрафиолетового излучения; еще большее значение имеет озон, который поглощает излучение в полосе длин волн ниже 290-300 нм.
В поглощении длинноволнового (инфракрасного) излучения наиболее активную роль играют пары воды, оксид углерода (IV) и в меньшей степени озон. Значительную роль в ослаблении солнечного излучения играют частицы пыли, образующие аэрозоли. В результате действия всех перечисленных факторов спектр излучения, достигающего поверхности Земли, приобретает довольно сложный вид.
Одной из главных химических реакций, происходящих в атмосфере под воздействием энергии излучения Солнца, является образование озона. Озон образуется в стратосфере под воздействием солнечного коротковолнового излучения (λ < 240 нм). Этот фотохимический процесс имеет огромное значение, так как в первую очередь определяет поглощение большей части губительного ультрафиолетового излучения (УФИ) в диапазоне длин волн 200 — 300 нм. Таким образом, озон действует как защитный экран. Без него жизнь на Земле была бы быстро нарушена.
В термическом смысле атмосфера является защитной оболочкой для Земли. Это явление задерживания и последующего возврата атмосферой значительной части длинноволнового излучения Земли известно под названием тепличного эффекта. Тепличный эффект существенным образом влияет на тепловой баланс Земли, вследствие чего ее тепловые потери значительно уменьшаются. Благодаря этому средняя температура поверхности Земли составляет 15°С, тогда как при отсутствии вторичного излучения атмосферы она бы составила -23 °С.
Солнечная радиация является мощным лечебным и профилактическим фактором. Она оказывает воздействие на все физиологические процессы в организме, изменяя обмен веществ, общий тонус и работоспособность.
Все виды солнечного излучения, достигающие поверхности Земли (инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения) имеют одинаковую физическую природу (электромагнитные волны), но отличаются длиной волны (рис. 1.2). Именно это различие обусловливает особенности биологического действия каждой составляющей солнечного потока. Дело в том, что между энергией квантов любого электромагнитного излучения и частотой колебаний или длины волны существует определенная зависимость, выраженная формулой Планка: е = hf, где е — энергия кванта; f — частота колебаний; h — квантовая постоянная.
Из этой формулы следует, что чем больше частота колебаний (или чем меньше длина волны), тем больший запас энергии несет квант излучения и тем больше будет выражена степень воздействия (в том числе повреждающего действия) такого излучения на организм. Разные энергии электромагнитных излучений определяют и различие в их биологическом действии на организм.
Реакции организмов зависит от типа излучения, от длины электромагнитных волн, от поглощения этих волн тканями. Действие излучения связано непосредственно с квантами энергии, проникающими внутрь клеток. Кванты энергии, не превосходящие одного электрон-вольта, не изменяют химических свойств молекул, а вызывают лишь их колебания, в результате чего энергия излучения преобразуется в тепловую. Кванты с большой энергией, особенно превышающие 5 эВ, могут вызвать перемещения или даже отрыв электронов или протонов от химических соединений и тем самым разрывать химические связи в молекулах. Величина кванта энергии излучения зависит от длины электромагнитной волны.
Самые короткие волны — ультрафиолетовые, имеют максимальную энергию 5 — 100 эВ, излучение видимого света — 1 — 5 эВ, а инфракрасное излучение — самое слабое с энергетической точки зрения (энергия фотонов – менее 1 Эв)
Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая у поверхности земли представлена потоком волн в диапазоне от 290 до 400 нм. Интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности земли непостоянна и зависит от широты местности, времени года, состояния погоды, степени прозрачности атмосферы. При облачной погоде интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности земли может снижаться на 80%; за счет запыленности атмосферного воздуха эта потеря составляет до 50%.
Ультрафиолетовые лучи, попадая на кожу с ее обширной рецепторной поверхностью, не только вызывают местные сдвиги в коллоидном состоянии клеточных и тканевых белков, но и рефлекторным путем влияют на весь организм. Под действием ультрафиолетовых лучей в коже вследствие ферментативного расщепления денатурированного и коагулированного белков образуются продукты расщепления белковых молекул типа гистамина, холина и др. Являясь неспецифическим стимулятором физиологических функций, ультрафиолетовые лучи оказывают благоприятное влияние на белковый, жировой, углеводный и минеральный обмены. Облучение ультрафиолетовыми лучами вызывает сдвиги также в иммунобиологическом состоянии организма, способствует усилению реакции фагоцитоза, что приводит к повышению защитных сил.
До появления антибиотиков с помощью УФИ лечили некоторые формы кожного туберкулеза и кожных инфекционных болезней. В настоящее время лечение с помощью УФИ ограничивается лечением кожных болезней, таких, как псориаз, угри, атопический дерматит и рецидивирующий фурункулез.
УФИ подразделяют на 3 основных компонента, оказывающих различное биологическое воздействие: УФ-А (А –излучение) с длиной волн 400—320 нм (синонимы: длинноволновое УФИ, ближнее УФИ); УФ-В—с длиной волн 320—280 нм (синонимы: средневолновое УФИ, загарная радиация); УФ-С—от 280 до 200 нм (синонимы: коротковолновое УФИ, бактерицидная радиация). Волны <200 им не оказывают существенного биологического воздействия, так как радиация этого диапазона («вакуумное УФИ») поглощается в атмосферном воздухе.
Кроме общебиологического влияния на все системы и органы, УФ-излучение оказывает и специфическое действие, свойственное определенному диапазону волн. Известно, что ультрафиолетовая радиация с диапазоном волн от 400 до 320 нм вызывает эритемно-загарное действие (область А, УФ-А), с диапазоном волн от 320 до 275 нм — антирахитическое и слабобактерицидное действие (область В, УФ-В), а коротковолновая ультрафиолетовая радиация с диапазоном волн от 275 до 180 нм (область С, УФ-С) оказывает повреждающее действие на биологическую ткань (Но по данным ВОЗ, воздействие области УФ-С (длина волн 200—280 нм) на кожные покровы и органы зрения вызывает неприятные ощущения, но не причиняет серьезного ущерба. По тем же данным, излучение УФ-В (280—320 им) оказывает весьма вредное воздействие на живые организмы - основная причина рака кожи, что же касается биологического воздействия излучения УФ-А (320—400 нм), то оно может усилить биологическое воздействие УФ-В, а дозы УФ-А, которые сами по себе не оказывают биологического влияния, в совокупности с определенными химическими веществами могут вызывать повреждение тканей (фототоксичность, фотоаллергия, активизация фотоканцерогенеза).
Из всего спектра ультрафиолетовой радиации у поверхности земли наибольший удельный вес имеет ультрафиолетовая радиация, оказывающая эритемно-загарное действие (УФ-А: 320—400 нм). Ультрафиолетовая эритема обладает рядом особенностей по сравнению с эритемой, полученной от инфракрасной радиации. Так, ультрафиолетовая эритема имеет строго очерченные контуры, ограничивающие участок воздействия ультрафиолетовых лучей, возникает по прошествии некоторого инкубационного периода и, как правило, переходит в загар. Эритема же от инфракрасной тепловой радиации появляется тотчас после ее воздействия, имеет размытые края и в загар не переходит.
Механизм возникновения ультрафиолетовой эритемы недостаточно изучен. Полагают, что он связан с сосудорасширяющим эффектом гистамина и гистаминоподобных веществ, образующихся при ультрафиолетовом облучении.
Самой мягкой формой солнечной эритемы, больше известной под названием «солнечного ожога», является покраснение кожи, которое появляется через 1—6 ч после воздействия эритемогенного УФИ и постепенно уменьшается через 1—3 дня. Более тяжелые формы эритемы выражаются в воспалении кожи, появлении волдырей, и шелушении; это сопровождается потемнением кожи, которое становится заметным после 2—3 дней облучения.
Естественная защита от ультрафиолетового излучения, вызывающего эритему. Загарное или пигментобразующее действие проявляется образованием пигмента меланина в клетках нижнего слоя эпидермиса — меланобластах из некоторых аминокислот и миграцией меланина в поверхностные слои кожи.
Меланин — основной пигмент человека, который придает (краску волосам, ресницам, радужной оболочке глаза, определи цвет кожи, защищает ядра клеток кожи, а потом и внут-ренние органы от перегревания инфракрасным излучением, которое глубоко проникает под кожу.
Потемнение кожи в процессе и в результате солнечного воздействия является одним из важнейших защитных механизмов кожи от дальнейшего повреждения ультрафиолетовыми лучами.
Меланин действует в качестве нейтрального фильтра интенсивности и уменьшает количество радиации, которая может достигнуть нижнего слоя кожи, содержащего жизнеспособные кератиноциты, или проникнуть в дерму и поразить кровеносные сосуды. С увеличением пигментации увеличивается и доза УФИ, необходимая для развития эритемы.
Солнечный эластоз и другие дермалъные последствия
Солнечные лучи оказывают на кожу разнообразное воздействие, и одним из наиболее важных из них с клинической и косметической точки зрения является старение. Заметными простым глазом изменениями в нарушенной коже являются появление сухости, огрубление, появление морщин и различные пигментные изменения. У пожилых и даже у некоторых молодых светлокожих людей часто наблюдается резкая разница между обнаженными кожными поверхностям, и участками, защищенными одеждой.
Ультрафиолетовая радиация в диапазоне волн от 320 до 275 нм оказывает специфическое антирахитическое действие, что проявляется в участии ультрафиолетовой радиации этого диапазона в синтезе витамина D.
В странах, крупные группы населения которых живут в арктических условиях, длительная недостаточность УФИ может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма. Отсутствие солнечной радиации может привести к развитию патологического состояния, известного как «световое голодание». (Механизм этого следующий: эффектом УФ-облучения кожи является преобразование 7-дегидрохолестерина в витамин D3. Но длительное ограничение или полное отсутствие воздействия радиации на кожу человека делает невозможной естественную активацию витамина D. Наиболее частым проявлением этого заболевания («светового голодания») является нарушение минерального (фосфорно-кальциевого) обмена и развитие и рахита у детей, что сопровождается резким снижением сопротивляемости организма и делает его уязвимым по отношению к неблагоприятным условиям окружающей среды. Страдает также нервная система, паренхиматозные органы и система кроветворения, снижаются окислительно-восстановительные процессы, нарушается стойкость капилляров, уменьшается работоспособность и сопротивляемость факторам внешней среды. У детей, как говорилось, возникает рахит, у взрослых нарушение фосфорно-кальциевого обмена на почве гиповитаминоза D выражается в плохом срастании костей при переломах, ослаблении связочного аппарата суставов, в быстрой разрушаемости эмали зубов.
Как уже говорилось, ультрафиолетовая радиация антирахитического спектра действия относится к коротковолновой радиации, вследствие чего наиболее легко поглощается и рассеивается в условиях интенсивного загрязнения атмосферного воздуха. В связи с этим жители промышленных городов, где атмосферный воздух загрязняется выбросами промышленных предприятий, также испытывают «ультрафиолетовое голодание». Недостаточность естественного ультрафиолетового излучения испытывают и рабочие угольной и горнорудной промышленности, лица, работающие в темных помещениях, и т. д. Для восполнения недостаточности естественного солнечного облучения необходимо дополнительно облучать этих людей искусственными источниками ультрафиолетовой радиации.
Большое общебиологическое значение имеет бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей. Под влиянием естественного ультрафиолетового облучения бактерицидного спектра происходит санация воздушной среды, воды, почвы. Бактерицидным эффектом обладают лучи с короткой длиной от 275—180 нм, максимум этого эффекта приходится на волны в диапазоне от 253,7 до 265,4 нм. Слабое бактерицидное действие оказывает солнечная радиация в диапазоне волн от 280 до 310 нм.
Эффективность бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей, доходящих до поверхности земли, снижена, так как диапазон волн ультрафиолетовой радиации этого вида действия ограничен длиной 290— 291 нм.
Под влиянием ультрафиолетового облучения в теле бактерий происходят фотохимические процессы, которые приводят к коллоидно-химическим изменениям, влекущим за собой деструктивные изменения и гибель бактерий.
Разные группы бактерий обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовому облучению. Кишечная палочка и стафилококк погибают при ультрафиолетовом облучении в течение 45 минут, а возбудитель брюшного тифа — в течение 60 минут.
Бактерицидный эффект ультрафиолетовой радиации используется с практическими целями. Для этого применяются бактерицидные лампы, дающие поток лучей бактерицидного спектра. Таким образом проводится санация воздушной среды в операционных, микробиологических боксах, помещениях для приготовления стерильных лекарств и т. д. Бактерицидные лампы могут применяться для обеззараживания молока, безалкогольных напитков, что увеличивает сроки хранения продуктов и их свежесть.
Бактерицидное действие искусственного ультрафиолетового излучения используется также для обеззараживания питьевой воды, что наряду с высокой эффективностью обеззараживания (99,8%) имеет ряд положительных свойств. При этом не изменяются органолептические свойства воды, в нее не вносятся посторонние химические вещества.
Кроме уже упомянутых видов повреждающего действия УФ-спектра на организм необходимо отметить и такие, как поражением глаз при воздействии ультрафиолетовых лучей, следствием чего является фотоофтальмия
Видимая часть солнечного спектра занимает диапазон волн от 400 до 760 нм. Видимая солнечная радиация определяется в средней полосе России освещенностью в июле около 65 тыс. лк, а в декабре — 4 тыс. л к и менее.
Видимый свет оказывает значительное общебиологическое действие. Это проявляется не только в специфическом воздействия на функции зрения, но и в определенном влиянии на функциональное состояние центральной нервной системы и через нее на все органы и системы организма. Организм реагирует не только на ту или иную степень освещенности, но и на цветовую гамму солнечного света.
Уже в 1878 г. Н. Г. Введенский отметил повышенную возбудимость лапки лягушки на освещенной стороне. В. М. Бехтерев в 1916 г. установил успокаивающее действие голубого и возбуждающее действие красного цвета на больных с психическими расстройствами.
Свет оказывает психофизиологическое воздействие на здоровый организм. Так, оранжево-красная часть спектра вызывает возбуждение и усиливает чувство тепла, а холодные тона (сине-фиолетовая часть спектра) усиливают тормозные процессы в центральной нервной системе. Желто-зеленые цвета оказывают успокаивающее влияние. Свет играет ведущую роль в процессах восприятия окружающего мира, в образовании суточного ритма, представляющего собой закономерное чередование периодов покоя и мышечной активности, процессов возбуждения и торможения
Особое гигиеническое значение света заключается в его влиянии на функции зрения.
При низкой освещенности быстро наступает зрительное утомление и снижается работоспособность. Например, при 3-часовой зрительной работе и освещенности 30—50 лк (люкс) устойчивость ясного видения снижается на 37%, а при освещенности 100—200 лк только на 10—15%, Поэтому гигиеническое нормирование уровней освещенности рабочих мест устанавливается в соответствии с физиологическими особенностями зрительных функций. Создание достаточного уровня естественной освещенности в помещениях имеет большое гигиеническое значение.
В естественном освещении помещений играет роль не только прямое солнечное облучение, но и рассеянный свет от небосвода и земной поверхности.
Наряду с ультрафиолетовым излучением в состав солнечного спектра входит инфракрасное излучение, которое оказывает на организм тепловое воздействие.
По биологической активности инфракрасные лучи делятся на коротковолновые с диапазоном волн от 760 до 1400 нм и длинноволновые с диапазоном волн от 1500 до 25000 нм. Воздействие инфракрасных лучей на организм в значительной мере определяется степенью их поглощения кожей.
Поглощение инфракрасных лучей кожей определяется длиной волны. Лучи с длиной волны от 1500 до 3000 нм поглощаются поверхностным слоем кожи, лучи с длиной волны 1000 нм проходят через эпидермис; более короткие инфракрасные лучи достигают подкожной клетчатки. Проникая менее глубоко, длинноволновая инфракрасная радиация вызывает ощущение жжения кожи. Коротковолновые инфракрасные лучи проникают в более глубокие слои кожи; при этом ощущение тепла менее выражено, хотя поражающий эффект может быть сильнее.
Детально изучено проникание инфракрасного излучения в среде глаза. Лучи с длиной волны 1500—1700 нм достигают роговицы и передней камеры, более короткие лучи с длиной волны 1300 нм проникают до хрусталика. Короткие инфракрасные лучи проходят через мозговую оболочку и воздействуют на рецепторы мозга.
При длительном облучении инфракрасной радиацией повышается температура ткани легких, головного мозга, почек и мышц. Облучение инфракрасными лучами влияет на иммунобиологическую реактивность организма, что в первую очередь отражается на состоянии фагоцитарной активности лейкоцитов.
Наиболее выраженное неблагоприятное воздействие инфракрасной радиации наблюдается в производственных условиях, где мощность излучения может во много раз превышать уровень инфракрасной радиации в естественных условиях. У рабочих горячих цехов, стеклодувов и других, имеющих контакт с мощными потоками инфракрасной радиации, понижается электрическая чувствительность глаз, увеличивается скрытый период зрительной реакции, ослабевает условно-рефлекторная реакция сосудов. Инфракрасная радиация при длине волны менее 1400 нм вызывает тяжелые изменения роговицы в виде катаракты.
Рекомендуемая литература