Природа УФ-излучения

Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается. Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена довольно таки слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление. Н. Финзен (Дания) в первый раз, использовал ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается. С помощью искусственных источников излучения эритему получилось вызвать лучами диапазона 250 – 255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.

Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.

Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндотелиальную систему (физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.

Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин Д. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280 – 313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин Д и всасываются в организм.

Физиологическая роль витамина Д заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина Д у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.

Кроме естественных источников витамина Д используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин Д. В связи с данным обстоятельством с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90 – 95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310 – 340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, в частности УФ-излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды. Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300 – 340 нм. Следует иметь в виду, ҹто ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.

4. Применение УФ-излучения в качестве бактерицидного средства

УФ-излучение обладает и бактерицидными свойством. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности операционных блоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.

Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при довольно таки сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253 – 267 нм максимально эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм - 0,01% максимальной. Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе. Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и конкретно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.

5. Положительное и отрицательное воздействие УФ-лучей

В ХХ веке было в первый раз показано, почему УФ-излучение оказывает благотворное воздействие на человека. Физиологическое действие Уф-лучей было исследовано отечественными и зарубежными исследователями в середине прошлого столетия (Г. Варшавер, Г. Франк, Н. Данциг, Н. Галанин, Н. Каплун, А. Парфенов, Е. Беликова, В. Dugger, J. Hassesser, Н. Ronge, Е. Biekford). Было убедительно доказано в сотнях экспериментов, что УФ-излучение в области спектра (290 – 400 нм) повышает тонус симпатико-адреналиновой системы, активирует защитные механизмы, повышает уровень неспецифического иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов. Под воздействием УФ-излучения образуются гистамин и подобные ему вещества, которые обладают сосудорасширяющим действием, повышают проницаемость кожных сосудов. Изменяется углеводный и белковый обмен веществ в организме. Действие оптического излучения изменяет легочную вентиляцию – частоту и ритм дыхания; повышается газообмен, потребление кислорода, активизируется деятельность эндокринной системы. Особенно значительна роль УФ излучения в образовании в организме витамина Д, укрепляющего костно-мышечную систему и обладающего антирахитным действием. Особо следует отметить, что длительная недостаточность УФ-излучения может иметь неблагоприятные последствия для человеческого организма, называемые «световым голоданием». Наиболее частым проявлением этого заболевания является нарушение минерального обмена веществ, снижение иммунитета, быстрая утомляемость.

Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:

- острые, вызванные большой дозой  облучения, полученной за короткое  время (например, солнечный ожог или острые фотодерматозы). Они происходят преимущественно за счет лучей УФ-В, энергия которых многократно превосходит энергию лучей УФ-А. Солнечная радиация распределяется неравномерно: 70% дозы лучей УФ-В, получаемых человеком, приходится на лето и полуденное время дня, когда лучи падают практически отвесно, а не скользят по касательной – в этих условиях поглощается максимальное количество излучения. Такие повреждения вызваны непосредственным действием УФ-излучения на хромофоры – именно эти молекулы избирательно поглощают УФ-лучи.

- отсроченные, вызванные длительным облучением умеренными (субэритемными) дозами (например, к таким повреждениям относятся фотостарение, новообразования кожи, некоторые фотодерматиты). Они возникают преимущественно за счет лучей спектра А, которые несут меньшую энергию, но способны глубже проникать в кожу, и их интенсивность мало меняется в течение дня и практически не зависит от времени года. Как правило, этот тип повреждений – результат воздействия продуктов свободнорадикальных реакций (свободные радикалы – это высокоҏеактивные молекулы, активно взаимодействующие с белками, липидами и генетическим материалом клеток).

Роль УФ-лучей спектра А в этиологии фотостарения доказана работами многих зарубежных и российских ученых, но тем не менее, механизмы фотостарения продолжают изучаться с использованием современной научно-технической базы, клеточной инженерии, биохимии и методов клеточной функциональной диагностики.

Слизистая оболочка глаза – не имеет защитного рогового слоя, она более чувствительна к УФ-облучению, чем кожа. Резь в глазу, краснота, слезотечение, частичная слепота появляются в результате дегенерации и гибели клеток слизистой оболочки и роговицы. Клетки при этом становятся непрозрачными. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, в больших дозах могут вызвать его помутнение – катаракту.

6. Защита от УФ-излучения

Для защиты от избытка УФ-лучей применяют противосолнечные экраны, которые могут быть химическими (химические вещества и покровные кремы, содержащие ингредиенты, поглощающие УФ-лучи) и физическими (различные преграды, отражающие, поглощающие или рассеивающие лучи). Хорошим средством защиты является специальная одежда, изготовленная из тканей, наименее пропускающих УФ-излучение (например, из поплина). Для защиты глаз в производственных условиях используют светофильтры (очки, шлемы) из тёмного стекла. Полную защиту от УФ-излучения всех длин волн обеспечивает флинтглаз (стекло, содержащее окись свинца) толщиной 2 мм.

При устройстве помещений необходимо учитывать, что отражающая способность различных отделочных материалов для УФ-лучей другая, чем для видимого света. Хорошо отражают УФ-излучения полированный алюминий и медовая побелка, в то время как оксиды цинка и титана, краски на масляной основе - плохо.

7. Влияние УФ-излучения на микроорганизмы

Поверхности Земли достигает только часть ультрафиолетовой радиации, так как содержащиеся в атмосфере водяные пары, пыль, а также озон играют экранирующую роль. В воздух микроорганизмы попадают с поверхности Земли, но воздушная микрофлора все время подвергается отбору под влиянием ультрафиолетовых лучей. Наиболее устойчивыми к ним оказываются микроорганизмы, клетки которых содержат пигменты, и поэтому при анализе воздушной микрофлоры вырастает так много колоний бактерии и грибов, окрашенных в желтый, оранжевый, красный, зеленый, коричневый, фиолетовый или черный цвета.

Большинство пигментов относится к каротиноидам, реже к меланинам, обладающим способностью защищать клетки от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Полученные у этих культур бесцветные (апигментные) мутанты оказываются значительно менее устойчивыми к ультрафиолетовой радиации, чем исходные формы. Эти пигменты не выделяются из клетки в окружающую среду. Пигментные бактерии, образующие пигменты (главным образом феназиновые), выделяемые клеткой в жидкую питательную среду, неустойчивы к действию ультрафиолетовых лучей. Экранирующая, защитная роль пигментов подтверждается тем, что в высокогорных и пустынных почвах широко распространены грибы, образующие темные пигменты, а на глубине 4000 – 5000 м они являются единственными обитателями почвы. Пигмент защищает клетки от повышенной радиации, поглощая кванты света. Помимо пигментов протопласт клеток микроорганизмов и их клеточные стенки содержат вещества, также обладающие защитным действием. Так, 2%-ный водный раствор полисахарида, синтезируемого Bacillus mucilaginosum, полностью защищает клетки от губительного действия лучей.

К физическим факторам, влияющим на микроорганизмы, относят также и влияние лучистой энергии. Большинство патогенных бактерий плохо переносят прямой солнечный свет. На этом основано использование ультрафиолетового света с целью обеззараживания (стерилизации) воздуха в помещениях медицинских учреждений. Как УФ-свет, так и рентгеновские лучи, и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы летальное или мутагенное действие. Наиболее эффективны короткие лучи ультрафиолетового спектра с длиной волны около 280 нм. Такие лучи поглощаются нуклеиновыми кислотами клетки, при этом поражаются пиримидиновые основания и клетки погибают в результате возникновения летальных мутаций. Часть облученных клеток популяции способна к восстановлению, репарации ДНК. Репарация облученных молекул ДНК происходит при фотореактивации клеток, для этого необходимо воздействовать на клетки повторно лучами более длинноволновой области (520 – 550 нм) или провести « темновую реактивацию».

Известно, что внешние воздействия на бактерии могут изменять численность и активность клеток в популяции. Эти изменения зависят от типа, мощности и продолжительности воздействия. Вместе с тем было известно, что длительные неблагоприятные воздействия (голодание и т.п.) сказываются не только на физиологической активности, но также и на морфологии и структурной организации бактерий.

Несмотря на относительную простоту организации, бактерии имеют хорошо развитую клеточную структуру, которая ответственна за многие биологические особенности и свойства. Клеточная структура бактерий является одним из первых объектов классической микробиологии, включающей изучение морфологии микроорганизмов. Форма клеток является характеристикой для ряда видов и более высоких таксонов, но может изменяться в зависимости от условий роста. Столь же значимой для морфологии характеристикой, как и форма, обычно является размер клеток, также типичный для вида или на уровне вышестоящего таксона. Изменение формы и размера клетки в сочетании с переменой соотношения площади поверхности и объема клетки является показателем изменений в активности протекающих процессов. При этом обычно увеличение размеров клеток по сравнению с исходными рассматривают как снижение активности и/или увеличение резервов.

Особое значение в структуре клеток бактерий имеет наличие жесткой клеточной оболочки, которая, прежде всего, обеспечивает защиту клетки от внутреннего давления, связанного с более высокой концентрацией веществ в клетке по сравнению с окружающей средой. Различные бактерии разнятся по строению клеточной стенки, подразделяясь на две основные группы: грамотрицательные и грамположительные. Грамположительные бактерии отличаются мощным слоем пептидогликана. Общие характеристики типа клеточной стенки недостаточны для описания ее защитных свойств, так, относительно устойчивые к радиации бактерии рода Ветососсш и устойчивые к воздействиям высоких температур бактерии группы ТИегтш имеют грамотрицательное строение стенки при формальном классическом окрашивании как грамположительные.