Energia radiațiilor. Informații generale despre energia radiantă solară și aplicarea acesteia. Efectul biologic general al razelor ultraviolete asupra oamenilor este exprimat în trei moduri:
O parte semnificativă a radiației solare care ajunge pe Pământ acoperă intervalul de unde între 0,15 - 4,0 mmk. Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului în unghi drept se numește constantă solară. Este egal cu 1,4·10-3 J (m2/s).
Cea mai mare parte a radiațiilor din regiunea vizibilă a spectrului ajunge la suprafața pământului, 30
% - infraroșu și ultraviolete cu undă lungă. Suprafața Pământului atinge:
Raze infraroșii (f - 3·10v11 Hz, - 3·10v12, λ de la 710 - 3000 nm) – 45% (IR-
radiația reprezintă 50% din radiația Soarelui).
Raze vizibile (3 10v12 – 7,5 10v 16, λ 400 – 710 nm) – 48%
Raze ultraviolete (7,5 10v 16-10v17, λ 400-10 nm) -7%.
O mică parte din radiația solară scapă înapoi în atmosferă. Cantitatea de radiație reflectată depinde de reflectivitate (albedo) a suprafeței. Astfel, zăpada poate reflecta 80% din radiația solară, așa că se încălzește lent. O suprafață ierboasă reflectă 20%, iar solurile întunecate doar 10 5 din radiația primită.
Cea mai mare parte a energiei solare absorbită de sol și rezervoare este cheltuită pentru evaporarea apei. Când apa se condensează, se eliberează căldură, care încălzește atmosfera. Încălzirea atmosferei are loc și datorită absorbției a 20-25% din radiația solară.
Radiatii infrarosii.
Radiația infraroșie (radiația IR) este radiație electromagnetică invizibilă pentru ochiul uman. Proprietățile optice ale materiei din radiația IR diferă semnificativ de cele din spectrul vizibil. De exemplu, un strat de apă gros de câțiva cm este impenetrabil la radiația IR cu λ >1 μm.
Aproximativ 20% din radiația infraroșie a spectrului solar este absorbită de praf, dioxid de carbon și vapori de apă în stratul de 10 kilometri al atmosferei adiacent suprafeței Pământului. În acest caz, energia absorbită este transformată în căldură.
Radiația IR reprezintă cea mai mare parte a radiațiilor de la lămpile cu incandescență (căldură insuportabilă la filmarea în fazele sonore) și lămpile cu descărcare în gaz. Radiația IR este emisă de laserele rubin.
Partea cu undă lungă a radiației infraroșii (> 1,4 µm) este reținută în principal de straturile superficiale ale pielii, provocând o senzație de arsură (raze de căldură). Partea cu unde medii și scurte a razelor IR și partea roșie a radiației optice pătrund la o adâncime de 3 cm Cu cantități mari de energie, pot provoca supramaturare. Insolația este rezultatul supraîncălzirii locale a creierului.
Radiația vizibilă este lumină.
Aproximativ jumătate din radiație provine din unde cu lungimi de undă cuprinse între 0,38 și 0,87 mmk. Acesta este spectrul vizibil de ochiul uman și perceput ca lumină.
Unul dintre aspectele vizibile ale impactului energiei radiante este iluminarea. Se știe că lumina vindecă mediul înconjurător (inclusiv efectul său bactericid). Jumătate din energia termică totală a soarelui este conținută în partea optică a energiei radiante solare. Lumina este necesară pentru funcționarea normală a proceselor fiziologice.
Efect asupra organismului:
Stimulează activitatea vitală;
Intareste metabolismul;
Îmbunătățește starea generală de bine;
Îmbunătățește starea de spirit;
Crește performanța.
Lipsa luminii:
Efect negativ asupra funcțiilor analizorului nervos (oboseala acestuia crește):
Oboseală crescută a sistemului nervos central;
Productivitatea muncii scade;
Leziunile profesionale sunt în creștere;
Se dezvoltă stări depresive.
CU Iluminarea insuficientă este în prezent asociată cu o boală care poartă mai multe denumiri:„depresie de toamnă-iarnă”, „boală emoțională sezonieră”, „tulburare afectivă sezonieră” (TAS). Cu cât iluminarea naturală a zonei este mai scăzută, cu atât apare mai frecvent această tulburare. Conform statisticilor, 5-10% dintre oameni au semne ale acestui complex de simptome (75% sunt femei).
Întunericul duce la sinteza melatoninei, care la persoanele sănătoase reglează sincronizarea ciclurilor de somn pe timp de noapte, astfel încât să se vindece și să promoveze o viață lungă. Cu toate acestea, dacă producția de melatonină nu se oprește dimineața din cauza influenței luminii asupra glandei pineale, letargia și depresia se dezvoltă în timpul zilei din cauza nivelurilor inadecvat de ridicate ale acestui hormon în timpul zilei.
Semne de SAD:
Semne de depresie;
Dificultate la trezire;
Scăderea productivității la locul de muncă;
Contacte sociale reduse;
Nevoia crescută de carbohidrați;
Creștere în greutate.
Poate exista o scădere a activității sistemului imunitar, care se manifestă printr-o creștere a susceptibilității la boli infecțioase (virale și bacteriene).
Aceste semne dispar primăvara și vara, când lungimea luminii zilei crește semnificativ.
Depresia de toamnă-iarnă este tratată în prezent cu lumină. Terapia cu lumină cu o intensitate de 10.000 de lux dimineața oferă un efect bun. Aceasta este de aproximativ 20 de ori mai mare decât iluminarea interioară normală. Alegerea duratei terapiei este individuală pentru fiecare persoană. Cel mai adesea, procedura durează 15 minute. În acest timp, puteți face orice activitate (citiți, mâncați, curățați apartamentul etc.). Un efect pozitiv se observă în câteva zile. Toate simptomele încetează complet după câteva săptămâni. Efectele secundare pot include dureri de cap.
Efectul tratamentului este asociat cu reglarea activității glandei pineale, care modulează producția de melatonină și serotonină. Melatonina este responsabilă pentru adormire, iar serotonina este responsabilă pentru trezire.
Afisat si:
Psihoterapie;
Antidepresive.
ÎN În același timp, poate fi observat în prezent un alt tip de perturbare a ritmurilor biologice asociate stilului de viață modern. Lumina artificială prelungită duce la o scădere a efectului inhibitor al melatoninei asupra activității gonadelor. Acest lucru ajută la accelerarea pubertății.
Radiația ultravioletă (UV).
Radiația ultravioletă aparține părții cu unde scurte a spectrului solar. Pe de o parte, se învecinează cu cea mai moale parte a radiațiilor ionizante (razele X), iar pe de altă parte, cu partea vizibilă a spectrului. Reprezintă 9% din toată energia emisă de Soare. La limita cu atmosfera, 5% din lumina naturală a soarelui este absorbită, 1% ajunge la suprafața Pământului.
Radiațiile ultraviolete de la Soare ionizează gazele din straturile superioare ale atmosferei Pământului, ceea ce duce la formarea ionosferei. Razele UV scurte sunt blocate de un strat de ozon la o altitudine de aproximativ 200 km. Prin urmare, doar razele de 400-290 nm ajung la suprafața pământului. Găurile de ozon permit pătrunderea părții cu lungime de undă scurtă a spectrului UV.
Intensitatea acțiunii depinde de:
Localizare geografică (latitudine);
Ora din zi,
Conditiile meteo.
Proprietățile biologice ale radiațiilor UV depind de lungimea de undă. Există 3 game de radiații UV:
1. Regiunea A (400-320 nm) - fluorescentă, bronzată Aceasta este radiația cu undă lungă, care este practic nu este absorbită în atmosferă, prin urmare ajunge la suprafața Pământului. De asemenea, este emisă de lămpile speciale folosite în solarii.
Acțiune:
Provoacă strălucirea unor substanțe (luminofori, unele vitamine);
Efect general slab de stimulare;
Transformarea tirozinei în melanină (protecția organismului de excesul de radiații UV).
Conversia tirozinei în melanină are loc în melanocite. Aceste celule sunt situate în stratul bazal al epidermei. Melanocitele sunt celule pigmentare de origine neuroectodermală. Sunt distribuite neuniform pe tot corpul. De exemplu, în pielea frunții sunt de 3 ori mai multe decât în membrele superioare. Persoanele palide și persoanele cu pielea întunecată conțin același număr de celule pigmentare, dar conținutul de melanină din ele este diferit. Melanocitele conțin enzima tirozinaza, care este implicată în conversia tirozinei în melanină.
2. Regiunea B (320 – 280 nm) – undă mijlocie, radiații UV bronzante. O parte semnificativă a acestui interval este absorbită de ozonul stratosferic.
Acțiune:
Îmbunătățirea performanțelor fizice și mentale;
Creșterea imunității nespecifice;
Cresterea rezistentei organismului la actiunea agentilor infectiosi, toxici, cancerigeni.
Întărirea regenerării tisulare;
Creștere crescută.
Aceasta se datorează stimulării aminoacizilor (tirozină, triptofan, fenilalanină etc.), pririmidină și a bazelor purinice (timină, citozină etc.). Acest lucru duce la descompunerea moleculelor proteice (fotoliza) cu formarea de substanțe biologic active (colină, acetilcolină, histamina etc.). BAS activează procesele metabolice și trofice.
3. Regiunea C (280 – 200 nm) – radiații bactericide cu undă scurtă. Este absorbit activ de stratul de ozon al atmosferei.
Acțiune:
sinteza vitaminei D;
Acțiune bactericidă.
Alte tipuri de radiații UV, precum și radiațiile vizibile, au un efect bactericid, deși mai puțin pronunțat.
N!B! Razele UV cu unde medii și scurte în doze mari pot provoca modificări ale acizilor nucleici și pot duce la mutații celulare. În același timp, radiațiile cu undă lungă favorizează refacerea acizilor nucleici.
4. Se distinge și regiunea D (315 – 265 nm), care are un pronunțat antirahi-
acţiune tic.
S-a demonstrat că pentru a satisface necesarul zilnic de vitamina D sunt necesare aproximativ 60 de doze minime eritematoase (MED) pe zonele expuse ale corpului (față, gât, brațe). Pentru a face acest lucru, trebuie să stați în lumina soarelui în fiecare zi timp de 15 minute.
Lipsa radiațiilor UV duce la:
Rahitism;
Reducerea rezistenței generale;
Tulburări metabolice (inclusiv osteoporoza?).
Radiația UV în exces duce la:
Nevoia crescută a organismului de aminoacizi esențiali, vitamine, săruri de Ca etc.;
Inactivarea vitaminei D (traducerea colecalceferolului în substanțe indiferente și toxice);
Formarea de compuși peroxidici și substanțe epoxidice, care pot provoca aberații cromozomiale, efecte mutagene și cancerigene.
Exacerbarea unor boli cronice (tuberculoză, tract gastrointestinal, reumatism, glomerulonefrită etc.);
Dezvoltarea fotoftalmiei (fotoconjunctivită și fotokeratită) la 2-14 ore după iradiere. Dezvoltarea fotoftalmiei poate fi ca urmare a acțiunii: A - lumina directă a soarelui, B - lumina împrăștiată și reflectată (zăpadă, nisip în deșert), C
– atunci când lucrați cu surse artificiale;
Dimerizarea cristalinei proteice (cristalina), care induce dezvoltarea cataractei;
Există un risc crescut de afectare a retinei la persoanele cu cristalin îndepărtat (chiar zona A).
La persoanele cu fermentopatie la dermatită;
Dezvoltarea tumorilor cutanate maligne (melanom, carcinom bazocelular, carcinom cu celule scuamoase),
Imunosupresie (modificări ale raportului subpopulațiilor de limfocite, scăderea numărului de celule Langerhans din piele și scăderea activității lor funcționale) → scăderea rezistenței la boli infecțioase,
Îmbătrânirea accelerată a pielii.
Protecția naturală a corpului împotriva radiațiilor ultraviolete:
1. Formarea bronzării asociată cu apariția melaninei, care:
capabil să absoarbă fotonii și astfel să slăbească efectul radiațiilor;
este o capcană pentru radicalii liberi formați în timpul iradierii pielii.
2. Keratizarea stratului superior al pielii urmată de peeling.
3. Formarea formei trans-cis a acidului urocanic (urocaic). Acest compus este capabil să capteze cuante de radiație UV. Este excretat în transpirația umană. În întuneric, are loc o reacție inversă cu eliberarea de căldură.
Criteriul pentru sensibilitatea pielii la radiațiile UV este pragul de ardere de bronzare. Se caracterizează prin timpul expunerii inițiale la radiațiile UV (adică înainte de formarea pigmentării), după care este posibilă repararea ADN-ului fără erori.
ÎN se disting latitudinile mijlocii 4 tipuri de piele:
5. Piele deschisă deosebit de sensibilă. Se înroșește repede și nu se bronzează bine. Indivizii se disting prin ochii albaștri sau verzi, prezența pistruilor și, uneori, părul roșu. Pragul de ardere la bronzare - 5-10 minute.
6. Piele sensibila. Oamenii de acest tip au ochi albaștri, verzi sau gri, par castaniu deschis sau castaniu. Pragul de ardere pentru bronzare este de 10-20 de minute.
7. Piele normală (20-30 min.). Persoane cu ochi gri sau căprui deschis, păr castaniu închis sau castaniu.
8. Piele insensibilă(30-45 min.). Persoane cu ochi întunecați, piele întunecată și culoarea părului închis la culoare.
Este posibilă modificarea fotosensibilității pielii. Substanțele care cresc sensibilitatea pielii la lumină se numesc fotosensibilizante.
Fotosensibilizatori: aspirină, brufen, indocid, librium, bactrim, lasix, penicilină, furanocumarine vegetale (țelină).
Grupe de risc pentru dezvoltarea tumorilor cutanate:
piele deschisă, ușor pigmentată,
arsuri solare primite înainte de vârsta de 15 ani,
prezența unui număr mare de semne de naștere,
prezența semnelor de naștere cu diametrul mai mare de 1,5 cm.
Deși iradierea ultravioletă este de o importanță primordială în dezvoltarea neoplasmelor maligne,
piele, un factor de risc semnificativ este contactul cu substanțe cancerigene -
mi, cum ar fi nichelul conținut în praful atmosferic și formele sale mobile în sol.
Protecție împotriva expunerii excesive la UV:
1. Este necesar să se limiteze timpul petrecut în lumina intensă a soarelui, mai ales în perioada 10.00 - 14.00 ore, vârf pentru activitatea UVR. Cu cât umbra este mai scurtă, cu atât activitatea UVR este mai distructivă.
2. Trebuie purtați ochelari de soare (sticlă sau plastic cu protecție UV).
3. Aplicarea fotoprotectoarelor.
4. Aplicarea cremelor de protecție solară.
5. O dietă bogată în aminoacizi esențiali, vitamine, macro și microelemente (în primul rând nutrienți cu activitate antioxidantă).
6. Examinare regulată de către un dermatolog pentru persoanele cu risc de a dezvolta cancer de piele. Semnalele pentru contactul imediat cu un medic sunt apariția unui nou
pete întunecate, pierderea limitelor clare, schimbarea pigmentării, mâncărime și sângerare.
Trebuie amintit că radiațiile UV se reflectă intens din nisip, zăpadă, gheață, beton, ceea ce poate crește intensitatea expunerii UV cu 10-50%. Trebuie amintit că UVR, în special UVA, afectează oamenii chiar și în zilele înnorate.
Fotoprotectorii sunt substanțe cu efect de protecție împotriva radiațiilor UV dăunătoare. Efectul protector este asociat cu absorbția sau disiparea energiei fotonilor.
Fotoprotectoare;
Acid para-aminobenzoic și esterii săi;
Melanina obținută din surse naturale (cum ar fi ciupercile). La cremele de protecție solară și la loțiuni se adaugă fotoprotectoare.
Creme de protecție solară.
Există 2 tipuri - cu efect fizic și cu efect chimic. Crema trebuie aplicată cu 15-30 de minute înainte de plajă și din nou la fiecare 2 ore ulterioare.
Cremele de protecție solară fizică conțin compuși precum dioxid de titan, oxid de zinc și talc. Prezența lor duce la reflectarea razelor UVA și UVB.
Cremele de protecție solară cu efect chimic includ produse care conțin 2-5% benzofenonă sau derivații săi (oxibenzonă, benzofenonă-3). Acești compuși absorb UVR și ca rezultat se rup în 2 părți, ceea ce duce la absorbția energiei UVR. Un efect secundar este formarea a două fragmente de radicali liberi, care pot deteriora celulele.
Protecția solară SPF-15 filtrează aproximativ 94% din UVR, SPF-30 blochează 97% din UVR, în principal UVB. Filtrarea UVA în cremele chimice de protecție solară este scăzută, reprezentând 10% din absorbția UVB.
Radiația. Energia radiantă are un efect grav asupra microorganismelor. Lumina soarelui promovează activitatea vitală a unui grup de microbi fototrofici, în care reacțiile biochimice au loc sub influența energiei solare. Majoritatea microorganismelor sunt fotofobe, adică se tem de lumină. Lumina directă a soarelui are un efect dăunător asupra microbilor, așa cum demonstrează experiența lui Buchner. Constă în inocularea unei culturi bacteriene pe o placă de agar, așezarea bucăților de hârtie de culoare închisă pe fundul cupei și strălucirea cupei cu lumina directă a soarelui timp de 1-2 ore de la fund, după care se incubează. Creșterea bacteriană se observă numai în zonele corespunzătoare bucăților de hârtie. Efectul distructiv al luminii solare este asociat în primul rând cu expunerea la radiații ultraviolete cu o lungime de undă de 234 - 300 nm, care este absorbită de ADN și provoacă dimerizarea timinei. Această acțiune a razelor ultraviolete este folosită pentru neutralizarea aerului din diverse încăperi, spitale, săli de operație, saloane etc.
Radiațiile ionizante au și un efect dăunător asupra microorganismelor, dar microbii sunt foarte rezistenți la acest factor și sunt radiorezistenți (moartea lor se produce la iradierea în doze de 10.000 - 100.000 R). Acest lucru este asociat cu dimensiunea mică a țintei datorită conținutului scăzut de acizi nucleici din microorganisme. Radiațiile ionizante sunt folosite pentru sterilizarea unor substanțe biologic active și produse alimentare. Avantajul acestei metode este că în timpul unei astfel de procesări proprietățile obiectului procesat nu se modifică.
Uscarea este unul dintre factorii care reglează conținutul de microorganisme din mediul extern. Atitudinea microbilor față de acest efect depinde în mare măsură de condițiile în care apare. În condiții naturale, uscarea are un efect dăunător asupra formelor vegetative de bacterii, dar practic nu are nici un efect asupra sporilor, care pot persista în stare uscată timp de zeci de ani. În timpul procesului de uscare, celulele vegetative pierd apă liberă și are loc denaturarea proteinelor citoplasmatice. Cu toate acestea, multe bacterii, în special cele patogene, pot fi bine conservate în stare uscată, fiind în material patologic, de exemplu, în spută, care formează ceva ca o carcasă în jurul celulelor bacteriene.
Când sunt uscate dintr-o stare înghețată în vid, microorganismele își păstrează bine viabilitatea, ceea ce este asociat cu trecerea la o stare de animație suspendată. Această metodă de uscare prin congelare este utilizată pe scară largă pentru a conserva culturile muzeului de microorganisme.
Presiune. Microorganismele sunt rezistente la presiunea atmosferică ridicată, datorită căreia sunt capabile să existe și să se dezvolte la adâncimi mari - până la 10.000 m Microorganismele tolerează bine presiunea hidrostatică ridicată - până la 5.000 atm.
Ecografie. Când microorganismele sunt tratate cu ultrasunete, se observă moartea celulelor din cauza dezintegrarii lor. Se crede că sub influența ultrasunetelor, în celulă se formează cavități de cavitație, în care se creează o presiune ridicată, ceea ce duce la distrugerea structurilor celulare.
Din energia undelor electromagnetice emisă de soare, doar 1% din razele ultraviolete, 39% din razele de lumină vizibilă și 60% din razele infraroșii ajung la suprafața pământului. Restul este reflectat, împrăștiat sau absorbit de atmosferă. Tensiunea radiației solare depinde de unghiul de incidență al luminii și de transparența atmosferei, de ora zilei și a anului. Când aerul atmosferic este poluat cu praf și fum, se reține până la 20-40%, iar sticla ferestrelor reține până la 90% din cele mai valoroase radiații ultraviolete.
Efectul biologic al radiației solare asupra corpului animalului este asociat cu compoziția sa calitativă la suprafața Pământului. Razele soarelui au efecte termice și chimice. Efectele termice provin mai mult din razele infraroșii, iar efectele chimice provin mai mult din razele ultraviolete. Aceste raze au adâncimi diferite de pătrundere în pielea și țesuturile corpului animal. Razele infraroșii pătrund cel mai adânc (până la 2 - 5 cm). Sunt utilizate în terapie pentru încălzirea țesuturilor profunde sau încălzirea nou-născuților și a animalelor tinere.
Razele de lumină pătrund cu câțiva milimetri în piele, în timp ce razele ultraviolete pătrund doar în zecimi de milimetri în piele.
Efectul luminii solare asupra animalelor este foarte important și variat. Razele sale provoacă iritarea nervului optic, precum și terminațiile nervoase sensibile încorporate în piele și membranele mucoase. In plus, stimuleaza sistemul nervos si glandele endocrine si prin ele actioneaza asupra intregului organism. Sub influența luminii solare la animale, activitatea enzimelor oxidative crește, respirația se adâncește, acestea absorb mai mult oxigen și eliberează mai mult dioxid de carbon și vapori de apă. În sângele periferic crește numărul de globule roșii și hemoglobina. Digestia furajelor și depunerea de proteine, grăsimi și minerale în țesuturi sunt, de asemenea, îmbunătățite.
Cu o lipsă de lumină, organismul se confruntă cu foamete luminoasă, care afectează foarte mult metabolismul. Ca urmare, productivitatea și rezistența la boli sunt reduse semnificativ, se observă vindecarea lentă a rănilor, apariția bolilor de piele și încetinirea creșterii la animalele tinere. La începutul primăverii, din cauza slăbirii apărării organismului cauzată de o scădere bruscă a intensității luminii solare în lunile anterioare de iarnă, numărul bolilor respiratorii la animale crește și se observă răspândirea anumitor infecții. Prin urmare, în lunile de iarnă, animalele sunt eliberate în mod regulat pentru plimbări în aer liber în cele mai însorite ore ale zilei. Foametea ușoară se observă cel mai rar atunci când bovinele sunt ținute libere, iar porcii sunt ținuți în libertate. Razele de lumină au, de asemenea, un impact semnificativ asupra abilităților de reproducere ale animalelor.
Cu toate acestea, iluminarea foarte puternică nu este indiferentă animalelor, așa că animalele îngrășate sunt ținute în încăperi moderat luminate și chiar întunecate.
Lumina prea puternică a soarelui are efecte adverse asupra animalelor care nu sunt obișnuite cu ea sub formă de arsuri și uneori insolație. Pentru a proteja animalele de insolație, se instalează copertine umbrite, se folosește umbra copacilor, iar munca grea la cai este desființată în cele mai calde ore ale zilei.
Animalele, în special păsările, sunt foarte sensibile la durata și intensitatea regimului de lumină. Prin urmare, în practica creșterii industriale a păsărilor de curte, regimul de lumină a fost clar dezvoltat în conformitate cu starea fiziologică a păsării.
Partea ultravioletă a spectrului solar este de mare importanță pentru animale. Razele ultraviolete îmbunătățesc funcționarea organelor respiratorii și circulatorii, alimentarea cu oxigen a țesuturilor. De asemenea, provoacă un efect general de stimulare datorită expansiunii vaselor de sânge din piele. În același timp, creșterea părului crește, funcția glandelor sudoripare și sebacee este activată, stratul cornos se îngroașă, iar epiderma se îngroașă. În acest sens, rezistența pielii crește, creșterea și regenerarea țesuturilor, precum și vindecarea rănilor și ulcerelor sunt îmbunătățite. Razele ultraviolete normalizează metabolismul fosfor-calciu și promovează formarea vitaminei D. Radiațiile ultraviolete servesc ca un factor adaptogen puternic, utilizat pe scară largă în creșterea animalelor pentru a păstra sănătatea și creșterea productivității animalelor și păsărilor de curte.
Razele ultraviolete au un efect bactericid - distrugător de bacterii. Prin urmare, radiația solară a fost mult timp considerată un dezinfectant natural puternic, fiabil și gratuit al mediului extern. Unele forme de microbi și viruși mor în lumina directă a soarelui în decurs de 10 până la 15 minute.
De mare importanță în prevenirea înfometării cu lumină este iradierea artificială cu ultraviolete folosind lămpi cu mercur-cuarț și utilizarea lămpilor cu radiații infraroșii pentru încălzirea animalelor. Modul de utilizare a acestora, dozarea și procedurile de operare trebuie controlate de specialiști veterinari. Lucrătorii care deservesc animalele în momentul iradierii trebuie să respecte măsurile de siguranță corespunzătoare. Au fost dezvoltate și sunt utilizate standarde adecvate pentru utilizarea lămpilor cu radiații infraroșii și ultraviolete.
Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.
Nu întâmplător începem revizuirea cu acest factor de mediu. Energia radiantă de la soare, sau radiația solară, este principala sursă de căldură și de viață pe planeta noastră. Doar datorită acestui fapt, în trecutul îndepărtat de pe Pământ, materia organică ar fi putut apărea și, în procesul de evoluție, a ajuns la acele grade de perfecțiune pe care le observăm în natură în prezent. Principalele proprietăți ale energiei radiante ca factor de mediu sunt determinate de lungimea de undă. Pe această bază, în întregul spectru luminos se disting părțile de lumină vizibilă, ultravioletă și infraroșu (Fig. 10). Razele ultraviolete au un efect chimic asupra organismelor vii, în timp ce razele infraroșii au un efect termic.
Orez. 10. Spectrele radiației solare c. diverse condiţii (după: Odum, 1975).
1 - neschimbat de atmosferă; 2 - la nivelul mării într-o zi senină; 3 - trecut prin nori continui; 4 - trecut prin coronamentul de vegetație.
Principalii parametri ai impactului asupra mediului al acestui factor includ următorii: 1) fotoperiodismul - o schimbare naturală a timpului de lumină și întuneric al zilei (în ore); 2) intensitatea luminii (în lux); 3) tensiunea radiației directe și împrăștiate (în calorii pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp); 4) acțiunea chimică a energiei luminii (lungimea de undă).
Soarele emite continuu cantități enorme de energie radiantă. Puterea sa, sau intensitatea radiației, la limita superioară a atmosferei variază de la 1,98 la 2,0 cal/cm 2 -min. Acest indicator se numește constantă solară. Cu toate acestea, constanta solară, aparent, poate varia oarecum. Se observă că în ultimii ani luminozitatea Soarelui a crescut cu aproximativ 2%. Pe măsură ce se apropie de suprafața Pământului, energia solară suferă transformări profunde. Cea mai mare parte este reținută de atmosferă. În plus, vegetația împiedică undele de lumină, iar dacă este o plantație de copaci închisă cu mai multe niveluri, atunci o parte foarte mică din energia solară inițială ajunge la suprafața solului. Sub baldachinul unei păduri dense de fag, această cantitate este de 20-25 de ori mai mică decât în aer liber. Dar ideea nu este doar o scădere bruscă a cantității de lumină, ci și faptul că, în procesul de pătrundere adânc în pădure, compoziția spectrală a luminii se schimbă. În consecință, suferă modificări calitative care sunt foarte semnificative pentru plante și animale.
Vorbind despre semnificația ecologică a luminii, trebuie subliniat că cel mai important lucru aici este rolul acesteia în fotosinteza plantelor verzi, deoarece rezultatul este crearea de materie organică, biomasă vegetală. Acesta din urmă reprezintă producția biologică primară, de utilizarea și transformarea căreia depinde tot ce trăiește pe Pământ. Intensitatea fotosintezei variază foarte mult în diferite zone geografice și depinde de sezonul anului, precum și de condițiile de mediu locale. Iluminarea suplimentară poate crește semnificativ creșterea chiar și a speciilor de copaci și arbuști, ca să nu mai vorbim de plante erbacee. I. I. Nikitin a germinat ghinde timp de 10 zile sub lumină continuă, apoi 5 luni. Am crescut răsaduri în lumină cu o luminozitate de 4 mii de lux. Drept urmare, stejarii au atins o înălțime de 2,1 m După transplantare în pământ, stejarul experimental de 8 ani a dat o creștere anuală a înălțimii de 82 cm, în timp ce arborii de control - doar 18 cm.
Este de remarcat faptul că, deși activitatea vitală și productivitatea animalelor sunt în dependență directă (pentru fitofage) sau indirectă (pentru zoofage) de producția primară a plantelor, cu toate acestea, legătura dintre acestea din urmă și animale este departe de a fi unilaterală. S-a stabilit că animalele fitofage, cum ar fi elanul, mâncând materie vegetală verde și dăunând organelor fotosintetice, sunt capabile să
reduce semnificativ intensitatea fotosintezei și productivitatea plantelor. Astfel, în Rezervația Centrală Cernoziom (regiunea Kursk), elanul a mâncat doar 1-2% din fitomasa pădurilor tinere de stejar, dar productivitatea acestora a scăzut cu 46%. Astfel, în sistemul plantelor alimentare - fitofag, există atât directă, cât și feedback.
Fotoperiodismul joacă un rol important în viața tuturor ființelor vii. Pe măsură ce se studiază acest factor, devine clar că reacția fotoperiodică stă la baza multor fenomene biologice, fiind un factor direct care le determină sau efectuează funcții de semnalizare. Importanța deosebită a reacției fotoperiodice se datorează în mare măsură originii sale astronomice și, prin urmare, unui grad ridicat de stabilitate, ceea ce, de exemplu, nu se poate spune despre temperatura mediului, care este și ea extrem de importantă, dar extrem de instabilă.
Însuși faptul de a împărți animalele în două grupuri mari în funcție de timpul de activitate - ziua și noaptea - indică clar dependența lor profundă de condițiile fotoperiodice. Același lucru este dovedit de modelul stabilit în 1920 de oamenii de știință americani W. Garner și G. Allard, conform căruia plantele, în raport cu lumină și temperatură, sunt împărțite în specii de zi lungă și de zi scurtă. Ulterior s-a constatat că o reacție fotoperiodică similară este caracteristică și animalelor și, prin urmare, este de natură ecologică generală.
Modificarea regulată a duratei orelor de lumină de-a lungul anotimpurilor determină momentul apariției diapauzei pentru numeroase specii de insecte și alte artropode, în special acarieni. Prin experimente subtile, A. S. Danilevsky și colegii săi au demonstrat că diapauza este stimulată tocmai de scurtarea zilei, și nu de scăderea temperaturii aerului, așa cum se credea anterior (Fig. 11). În consecință, creșterea naturală a duratei orelor de lumină în primăvară servește ca un semnal clar pentru încetarea stării de diapauză. În același timp, populațiile de specii care trăiesc la diferite latitudini diferă în ceea ce privește cerințele fotoperiodice specifice. De exemplu, pentru fluturele de doc (A crony eta rumicis), în Abhazia este necesară o durată a zilei de cel puțin 14 ore și 30 de minute, în regiunea Belgorod - 16 ore și 30 de minute, în regiunea Vitebsk - 18 ore și lângă Leningrad - 19 ore Cu alte cuvinte, cu fiecare 5° de latitudine care se deplasează spre nord, durata zilei necesară pentru a ieși din diapauză la această specie se prelungește cu aproximativ o oră și jumătate.
Orez. 11. Reacția fotoperiodică de tipul de zi lungă - fluturele de varză (1) și de tipul de zi scurtă - viermele de mătase (2) (după: Danilevsky, 1961).
Astfel, fotoperiodismul este un factor major în activitatea sezonieră a artropodelor. Mai mult decât atât, studii similare ale botaniştilor au arătat că multe fenomene din viața sezonieră a plantelor, dinamica creșterii și dezvoltării lor se referă și la reacțiile fotoperiodice. De exemplu, factorul fotoperiodic servește ca semnal pentru pregătirea timpurie a plantelor pentru iarnă, indiferent de condițiile meteorologice. Toate acestea fac din fotoperiodism un factor foarte semnificativ la introducerea plantelor agricole în zone noi, la cultivarea lor în sere etc.
În cele din urmă, o comparație a rezultatelor experimentelor privind fotoperiodismul insectelor fitofage și al plantelor lor alimentare a relevat o interdependență profundă între ele. Ambele răspund la influența aceluiași factor de mediu în mod similar, prin urmare, conexiunile lor trofice au o bază ecologică și fiziologică profundă;
Studiul reacțiilor fotoperiodice ale vertebratelor superioare a adus și ele rezultate extrem de interesante. Astfel, animalele purtătoare de blană dezvoltă toamna păr din ce în ce mai gros și luxuriant. Iarna atinge cea mai mare dezvoltare si proprietati maxime de izolare termica. Aceste funcții protectoare ale blănii sunt sporite de stratul gros de grăsime care se formează sub piele la sfârșitul verii și toamna. Iarna, adaptările morfofiziologice menționate funcționează pe deplin. S-a crezut de mult timp că principalul factor care determină dezvoltarea sezonieră a blănii și a grăsimii este temperatura aerului, scăderea acesteia în lunile de toamnă-iarnă. Cu toate acestea, experimentele au demonstrat că mecanismul de declanșare pentru acest proces este asociat nu atât cu temperatura, cât cu fotoperiodismul. Într-un vivarium de laborator și chiar într-o fermă de blană, puteți plasa nurcile americane sau alte animale în cuști cu iluminare controlată și, începând cu mijlocul verii, puteți reduce artificial orele de lumină. Ca urmare, procesul de năpârlire la animalele de experiment începe mult mai devreme decât în natură, se va desfășura mai intens și, în consecință, se va încheia nu până la iarnă, ci la începutul toamnei.
Baza fotoperiodică stă la baza celui mai important fenomen sezonier din viața păsărilor migratoare - migrația lor și procesele strâns legate de năpârlirea penajului, acumularea de grăsime sub piele și pe organele interne etc. Desigur, toate acestea sunt adaptări la suportă temperaturi și condiții de hrănire nefavorabile „evitându-le. Cu toate acestea, în acest caz, rolul principal de semnalizare este jucat nu de schimbările de temperatură, ci de condițiile de lumină - o reducere a duratei zilei, care poate fi dovedită prin experimente. În laborator, acționând asupra răspunsului fotoperiodic al păsărilor, nu este prea dificil să le aduceți într-o stare pre-migratorie specifică și apoi într-o excitare migratorie, deși condițiile de temperatură vor rămâne stabile.
Se pare că natura ciclică a activității sexuale animale și natura ciclică a reproducerii lor sunt, de asemenea, fotoperiodice. Poate că acest lucru este deosebit de surprinzător, deoarece biologia reproducerii aparține proprietăților organismului care sunt cel mai fin formate și au cea mai complexă coordonare a relațiilor.
Experimentele pe multe specii de păsări și mamifere au dovedit că prin creșterea duratei orelor de lumină este posibilă activarea gonadelor (Fig. 12), aducerea animalelor într-o stare de excitare sexuală și realizarea împerecherii productive chiar și în toamna-iarna. luni, dacă, desigur, există o reacție pozitivă la lumină ambele sexe vor găsi impactul. Între timp, femelele din unele specii (de exemplu, vrăbiile) în acest sens se dovedesc a fi mult mai inerte decât masculii și necesită stimulare etologică suplimentară.
Orez. 12. Influența luminii asupra dezvoltării gonadelor la vrăbiile de casă masculi și femele ucise după ce au fost ținute în diferite condiții (după: Polikarpova, 1941).
a - din libertate la 31 ianuarie; b - dintr-o cameră la temperatura camerei pe 29 ianuarie; c - dintr-o cameră cu lumină suplimentară pe 28 ianuarie.
Unele mamifere - zibelul, jderul, o serie de alte specii de mustelide, precum și căprioarele - au o caracteristică interesantă a biologiei reproducerii. În ele, ovulul fertilizat nu este mai întâi implantat în peretele uterin, dar<в течение длительного времени находится в состоянии покоя, так называемой латентной стадии. У соболя эта стадия продолжается несколько месяцев и лишь приблизительно за полтора месяца до рождения щенков происходит имплантация яйца и очень быстрое эмбриональное развитие. Таким образом, беременность распадается как бы на длительный период предбеременности, или латентный, и короткий, порядка 35-45 дней, период вынашивания, т. е. собственно эмбрионального развития. Благодаря этому замечательному приспособлению животные получают возможность с минимальными энергетическими затратами переживать тяжелое зимнее время. Оказывается, что продолжительность латентного периода также регулируется фотопериодической реакцией и, если воспользоваться последней, может быть существенно сокращена.
Influența raportului dintre perioadele de lumină și întuneric și modificările intensității luminii pe parcursul zilei asupra activității animalelor este foarte mare. De exemplu, păsările diurne se trezesc în zori la o „iluminare de veghe” de o anumită intensitate, în funcție de înălțimea soarelui față de orizont. Apariția „iluminării de trezire” corespunzătoare servește ca un semnal care stimulează păsările să devină mai active. Mierlele încep să dea semne de viață la 0,1 lux, când pădurea este încă aproape complet întunecată; Cucul are nevoie de 1 lux pentru a se trezi, vrăbiul cu capul negru - 4, frișonul - 12, vrabia de casă - 20 de lux. În conformitate cu aceasta, atunci când vremea este bună, păsările dintr-o anumită zonă se trezesc la o anumită oră și într-o anumită ordine, ceea ce sugerează existența unui „ceas de păsări”. De exemplu, în ferma forestieră „Forest on Vorskla” din regiunea Belgorod în mai-iunie, primele voci ale păsărilor se aud în medie la următoarele ore: privighetoarea - la 2 ore 31 minute, mierle și păsările cântătoare - 2 ore 31 minute, cuc - 3 ore și 00 de minute, negru - 3 ore și 30 de minute, piticul mare - 3 ore și 36 de minute, vrabie de copac - 3 ore și 50 de minute.
Schimbările zilnice ale condițiilor de lumină au un impact profund asupra vieții plantelor, și mai ales asupra ritmului și intensității fotosintezei, care se oprește în orele întunecate ale zilei, pe vreme rea și iarna (Fig. 13).
În cele din urmă, energia solară poate juca un rol foarte important ca sursă de căldură, afectând lucrurile vii direct sau profund afectând mediul lor la scară locală sau globală.
În general, din informațiile fragmentare de mai sus reiese clar că factorul lumină joacă un rol extrem de important și versatil în viața organismelor.
Orez. 13. Dependenţa fotosintezei de energia luminoasă în diferite populaţii de plante (după: Odum, 1975).
1 - copaci în pădure; 2 - frunze luminate de soare; 3 - frunze umbrite.
Radiatiile ionizante afecteaza organismul atat din surse externe cat si interne de radiatii (in cazul patrunderii substantelor radioactive in organism cu alimente, apa, aer sau prin piele). Posibile efecte combinate ale radiațiilor externe și interne.
Efectul dăunător al diferitelor tipuri de raze radioactive depinde de activitatea lor de penetrare și, prin urmare, de densitatea de ionizare în țesuturi. Cu cât este mai scurtă calea fasciculului, cu atât densitatea de ionizare este mai mare și efectul dăunător este mai puternic (Tabelul 7).
Cu toate acestea, cantități fizice identice de energie absorbită produc adesea efecte biologice diferite în funcție de tipul de energie radiantă. Prin urmare, pentru a evalua gradul de efecte dăunătoare ale radiațiilor ionizante asupra obiectelor biologice, se utilizează coeficientul de eficacitate biologică relativă (RBE).
După cum se vede din tabel. 8, efectul dăunător al razelor alfa, neutronilor și protonilor este de 10 ori mai mare decât cel al razelor X, al căror efect biologic este convențional luat ca 1. Cu toate acestea, trebuie amintit că acești coeficienți sunt condiționati. Depinde mult de alegerea indicatorului care este luat pentru a compara eficacitatea biologică. De exemplu, RBE poate fi determinată de procentul de mortalitate, de gradul modificărilor hematogene, de efectul sterilizant asupra gonadelor etc.
Răspunsul organismului la acțiunea radiațiilor ionizante depinde de doza primită de radiație, de durata acțiunii și de starea generală a corpului iradiat (Tabelul 9).
Pentru oameni, doza letală absolută pentru o singură expunere este de aproximativ 600 de ruble.
Durata expunerii are o anumită semnificație în dezvoltarea daunelor radioactive. La expunerea pe termen scurt, măsurată în secunde, gradul de efect dăunător scade oarecum. Când este expus la aceeași doză de radiații, dar durează câteva zeci de minute, efectul dăunător crește. Acțiunea fracționată reduce mortalitatea. Doza totală de expuneri multiple poate depăși semnificativ o singură doză fatală.
Reactivitatea individuală și de specie a organismului este, de asemenea, de mare importanță în determinarea severității daunelor radioactive. În experimentele pe animale, se notează limite largi ale sensibilității individuale - unii câini supraviețuiesc cu o singură iradiere de 600 r, în timp ce alții mor de la 275 r. Animalele tinere și gestante sunt mai sensibile la radiațiile ionizante. Animalele bătrâne sunt, de asemenea, mai puțin rezistente din cauza slăbirii proceselor lor de recuperare.
Mecanisme de acțiune patogenă a radiațiilor ionizante. În mecanismul de deteriorare a radiațiilor asupra corpului uman și animal, se pot distinge trei etape importante:
- a) efectul primar al radiațiilor radioactive;
- b) efectul radiațiilor asupra celulelor;
- c) efectul radiaţiilor asupra întregului organism.
Mecanismul de acțiune primară a radiațiilor ionizante determinată de procese fizice, fizico-chimice și chimice care apar în orice substrat biologic sub influența radiațiilor.
Procese fizice - radiațiile ionizante, având energie mare, scot electronii din atomi și molecule pe drum sau îi determină să se miște. Aceasta duce, într-un timp neglijabil de scurt (10-16 secunde), la ionizare și formarea de atomi și molecule excitate. Procesele fizico-chimice constau în faptul că atomii și moleculele ionizate și excitate, având o mare reactivitate, determină formarea de radicali liberi. În structurile vii, apa suferă cel mai rapid ionizare.
Ionizarea este însoțită de fenomenele de recombinare a particulelor rezultate. Este deosebit de pronunțată sub influența unor astfel de tipuri de radiații care au o densitate mare de ionizare (raze alfa, neutroni). În procesul de radiație a apei apar următorii atomi liberi și radicali: hidrogen atomic (H +), hidroxil (OH +), hidroperoxid (HO 2) și peroxid de hidrogen (H 2 O 2).
Efectul radiațiilor ionizante asupra substanțelor dizolvate în apă se datorează în principal produselor radiolizei apei. Astfel, se cunoaște radiostabilitatea ridicată a substanțelor în stare înghețată sau a enzimelor în stare de pulbere uscată.
Procesul de ionizare afectează și macromoleculele. Energia absorbită poate migra în întreaga macromoleculă, fiind realizată în locurile sale cele mai vulnerabile. În proteine, aceste locuri pot fi grupări SH, în ADN - grupări cromofore ale timinei, în lipide - legături nesaturate.
Efectul radiațiilor asupra celulelor apare ca urmare a interacțiunii radicalilor proteinelor, acizilor nucleici și lipidelor cu apa, oxigenul, hidrogenul etc., când, în urma tuturor acestor procese, se formează peroxizi organici și apar reacții rapide de oxidare. Se acumulează multe molecule modificate, în urma cărora efectul radiației inițiale este multiplicat. Toate acestea se reflectă în primul rând în structura membranelor biologice, proprietățile lor de sorbție se modifică și permeabilitatea crește (inclusiv membranele lizozomilor și mitocondriilor). Modificările membranelor lizozomilor conduc la eliberarea și activarea enzimelor de hidroliză a DN-azei, RNazei, catepsinelor, fosfatazei, muconblizaharidelor și a unui număr de alte enzime.
Enzimele hidrolitice eliberate pot, prin difuzie simplă, să ajungă la orice organel celular în care pătrund cu ușurință datorită permeabilității crescute a membranei. Sub influența acestor enzime, are loc o descompunere ulterioară a componentelor macromoleculare ale celulei, inclusiv acizii nucleici și proteinele. Decuplarea fosforilării oxidative ca urmare a eliberării unui număr de enzime din mitocondrii, la rândul său, duce la inhibarea sintezei ATP și, prin urmare, la perturbarea biosintezei proteinelor.
Astfel, baza daunelor radiațiilor asupra celulelor este o încălcare a ultrastructurilor organelelor celulare și modificările metabolice asociate. În plus, radiațiile ionizante determină formarea în țesuturile corpului a unui întreg complex de produse toxice care sporesc efectul radiațiilor - așa-numitele radiotoxine. Dintre aceștia, cei mai activi sunt produșii de oxidare ai lipoidelor - peroxizi, epoxizi, aldehide și cetone. Formate imediat după iradiere, radiotoxinele lipidice stimulează formarea altor substanțe biologic active - chinone, colină, histamina - și provoacă descompunerea crescută a proteinelor. Atunci când sunt administrate animalelor neiradiate, radiotoxinele lipidice au efecte care amintesc de leziunile cauzate de radiații.
La doze de radiații suficient de mari, modificările celulelor și țesuturilor sunt determinate în principal de dezvoltarea proceselor degenerative-distructive și de modificări structurale în aparatul cromozomial, ceea ce duce la moartea celulelor în timpul mitozei sau la apariția descendenței celulare neviabile. Inhibarea activității mitotice celulare este una dintre manifestările specifice ale efectului biologic al radiațiilor ionizante.
Radiațiile ionizante afectează celulele cu cât mai puternic, cu atât capacitatea lor de reproducere este mai mare, cu atât procesul mitotic este mai lung, cu atât celulele sunt mai tinere și mai puțin diferențiate. Pe baza semnelor morfologice de susceptibilitate, organele și țesuturile sunt distribuite în următoarea ordine descrescătoare: organe limfoide (ganglioni limfatici, splină, timus, țesut limfoid al altor organe), măduvă osoasă, testicule, ovare, membrana mucoasă a tractului gastro-intestinal. Pielea cu apendice, cartilajul, oasele în creștere și endoteliul vascular sunt și mai puțin afectate. Organele parenchimatoase sunt foarte radiorezistente: ficatul, glandele suprarenale, rinichii, glandele salivare, plămânii.
Gradul de deteriorare a radiațiilor asupra celulelor de același tip depinde de o serie de factori:
- 1) grad de diferențiere - celulele embrionare și nediferențiate sunt afectate într-o măsură mai mare decât celulele diferențiate formate din ele;
- 2) metabolism - intensitatea crescută a metabolismului celular este însoțită de radiosensibilitate crescută;
- 3) activitate mitotică - celulele care se divizează activ, de regulă, sunt mai sensibile decât cele care nu se divizează. Nucleul celular este mai sensibil la radiații decât citoplasma;
- 4) stadii de mitoză - sensibilitatea celulelor este cea mai mare în stadiul de profază și metafază.
Radiosensibilitatea se modifică dramatic în diferite stadii de dezvoltare filogenetică. Susceptibilitatea animalelor la radiații scade în următoarea ordine: embrion, făt, animal tânăr, organism adult.
Efectul radiațiilor ionizante asupra corpului în ansamblu. Efectul patogen al radiațiilor ionizante este determinat în general atât de efectul dăunător direct asupra celulelor și țesuturilor corpului, cât și de iritarea sistemului nervos și de reacțiile generale ale organismului care rezultă, denumite boală radiațiilor.
Boala radiațiilor. După fluxul pe care îl disting acută și cronică boala de radiatii. Boala acută de radiații poate apărea în forme ușoare, moderate și severe. Există patru perioade în cursul său.
Prima perioadă - inițială (reacții primare), observate imediat după iradiere, durează de la câteva ore până la 1-2 zile. Un semn al leziunii prin radiații în această perioadă este o întârziere a activității mitotice în celulele hematopoietice. În această perioadă, procesele metabolice se intensifică, iar funcțiile principalelor organe și sisteme cresc.
A doua perioadă este latentă, ascunsă (perioada de bunăstare aparentă), caracterizată prin modificări ale sângelui pacientului asociate cu inhibarea inițială a hematopoiezei. Durata acestei perioade depinde de doza absorbită. Deci, la doze de 20-100 rad, această perioadă poate pune capăt bolii. La o doză de 150-200 rads, perioada de latentă poate dura câteva săptămâni, la 300-500 rads - doar câteva zile, iar la o doză peste 500 rads, perioada latentă durează doar câteva ore.
A treia perioadă - fenomene pronunțate sau înălțimea bolii . In cazurile usoare dureaza cateva zile, in cazurile severe dureaza 2-3 saptamani. Această perioadă se caracterizează prin hemoragii în organele interne, o suprimare bruscă a hematopoiezei (Fig. 5), permeabilitate crescută a membranelor celulare și imunitatea suprimată. În această perioadă apare moartea. Cauzele morții pot fi sângerarea, infecția asociată și alte complicații.
A patra perioadă este perioada exodului sau a restaurării .
Boala cronică de radiații apare cu iradierea slabă, pe termen lung, a corpului și poate fi, de asemenea, rezultatul bolii acute de radiații. În timpul bolii cronice de radiații, se disting trei perioade: perioada modificărilor timpurii, dezvoltarea complicațiilor și perioada modificărilor severe, ireversibile, cu un rezultat fatal.
Mecanismul de dezvoltare a bolii radiațiilor Împreună cu deteriorarea directă a celulelor, este determinată în principal de reacția organismului de la sistemele nervoase, endocrine și de țesut conjunctiv la radiațiile radioactive dăunătoare.
Reacția sistemului nervos poate fi observată în toate fazele dezvoltării bolii de radiații. La începutul dezvoltării sale, când are loc ionizarea apei și a biosubstraților corpului, receptorii sistemului nervos reacționează la schimbările din mediul intern al corpului, ducând la excitarea tuturor părților sistemului nervos.
Tulburările funcției sistemului nervos central se manifestă prin încălcări ale conexiunilor reflexe condiționate, slăbirea procesului de inhibiție internă. Modificările funcționale ale cortexului cerebral la diferite perioade de iradiere sunt asociate cu o creștere a impulsurilor care curg în părțile superioare ale sistemului nervos prin formațiunea reticulară. Se schimbă și funcțiile tuturor centrilor subcorticali. Astfel, o manifestare a deteriorării centrilor vegetativi este o încălcare a termoreglării, reglarea tonusului vascular și a ritmului cardiac în organismul iradiat. Astfel, în timpul bolilor de radiații, cele mai timpurii și mai intense modificări funcționale sunt detectate în sistemul nervos, iar tulburările structurale din acesta nu sunt la fel de pronunțate ca, de exemplu, în măduva osoasă (P. D. Gorizontov).
Tulburările endocrine joacă, de asemenea, un rol semnificativ în dezvoltarea bolii de radiații. Funcțiile tuturor glandelor endocrine sunt perturbate într-un grad sau altul sub influența radiațiilor ionizante. Cele mai pronunțate modificări se observă în gonade, glanda pituitară și glandele suprarenale. Aceste modificări depind de doza de radiație și se pot manifesta fie ca secreție crescută, fie ca secreție suprimată. De mare importanță, aparent, este perturbarea consistenței obișnuite în secreția diferitelor glande endocrine.
Deteriorarea gonadelor prin radiații în timpul expunerii cronice la radiații penetrante poate apărea foarte devreme - înainte de apariția simptomelor clinice ale bolii radiațiilor. Modificările care apar în gonade duc la sterilitate, o scădere a descendenților și o creștere a morții.
Disfuncția glandei pituitare, însoțită de modificări ale secreției unui număr de hormoni tripli, duce la o varietate de consecințe secundare din cauza disfuncției glandelor corespunzătoare. Deosebit de importantă este insuficiența glandelor suprarenale, care reduce drastic reactivitatea și rezistența organismului la tot felul de influențe dăunătoare ale mediului.
Efectele pe termen lung ale radiațiilor. Dintre consecințele pe termen lung ale radiațiilor, cele mai studiate (cu excepția bolii cronice de radiații) sunt reducerea speranței medii de viață, dezvoltarea cataractei, tulburările dezvoltării embrionare și apariția tumorilor maligne.
Iradierea crește numărul de tumori maligne și accelerează apariția acestora (într-un experiment). Cel mai adesea, se formează tumori ale țesutului hematopoietic (leucemie), sânului, pielii, ficatului și glandei tiroide.
Tumorile pot apărea atât din iradierea generală cât și locală.
Expunerea la radiații ionizante este, de asemenea, utilizată ca un puternic agent antitumoral. Iradierea este întotdeauna efectuată local. Modul de expunere este selectat astfel încât cea mai mare parte a energiei radiațiilor să fie absorbită în tumoră și în apropierea acesteia. Efectul radiațiilor radio este cel mai eficient în cazul tumorilor cu activitate mitotică crescută și radiorezistență redusă.
razele de soare
Raze ultraviolete (UVR). Razele ultraviolete (lungime de undă de la 1880 la 3800 A) pătrund doar în straturile cele mai superficiale ale pielii și au un efect biologic și patologic asupra organismului.
Efectul biologic general al razelor ultraviolete asupra oamenilor este exprimat în trei moduri:
2. Sub influența razelor ultraviolete din piele, vitamina D 3 se formează fotochimic din provitamina 7-dehidrocolesterol. Cantitatea minimă de raze ultraviolete necesară pentru aceasta este de 1/8-1/10 din doza eritemală pe zi.
3. Efectul bactericid al razelor ultraviolete este cel mai pronunțat în intervalul de lungimi de undă de la 2000 la 2800 A (ultraviolete cu undă scurtă). Efectul bactericid este însoțit și de stimularea reactivității imunologice: producția de anticorpi este sporită și activitatea complementară a serului sanguin crește.
1. Reacția cutanată - razele ultraviolete cu undă medie (2800-3150 A) provoacă eritem. Eritemul apare ca urmare a formării histaminei, care este un vasodilatator puternic, la locul iradierii. Are limite clar definite, apare după o anumită perioadă de timp (de la zeci de minute la câteva ore) și, de regulă, intră în pigmentare - bronzare cu formarea și depunerea pigmentului de melanină în piele. Bronzul este cauzat predominant de razele ultraviolete cu unde lungi (3150-3800 A).
Razele ultraviolete de cea mai scurtă rază (sub 2000 A) au un efect de ozonizare (ultravioletul de vid).
Efectul patogen al UFL se manifestă atunci când organismul este expus la radiații excesive sau în prezența unei sensibilități crescute (fotosensibilitate).
Arsurile solare strict la locul iradierii apar din cauza acțiunii chimice a razelor UV - formarea excesivă a histaminei și a altor substanțe biologic active în țesuturile iradiate și efectele toxice ulterioare ale acestora, atât locale, cât și generale.
Leziuni oculare UVL - fotooftalmia - apare mai des în absența protecției sclerei ochilor în condiții de radiație crescută (pentru sudorii electrici, când se lucrează în săli de terapie cu lumină, în regiunile arctice și montane înalte etc.); apare după 2-6 ore, se exprimă prin durere la nivelul ochilor, hiperemie, umflarea conjunctivei și a pleoapelor, scăderea acuității vizuale. Se observă, de asemenea, o reacție generală a corpului - cefalee, slăbiciune, insomnie, tahicardie. De obicei, aceste simptome dispar după 5-6 zile.
Acțiune generală UVL se poate manifesta, de asemenea, ca reacții generale cu rolul principal al simptomelor locale, precum și ca o reacție independentă la radiația ultravioletă generală - insolație, unde factorul principal este o încălcare a stării generale a corpului, în primul rând funcțiile sistemul nervos central și organele circulatorii.
În mecanismul acțiunii patogenice generale a UFL, două căi sunt de cea mai mare importanță: umoral si neurogen .
Mecanisme umorale . La locul iradierii, sub influența razelor UV, se formează produse toxice - histamina, acetilcolină, colesterol iradiat, ergosterol, complexe proteine-lipoide, care au un efect toxic asupra peretelui capilar de la locul formării lor, asupra nervilor. celulele și terminațiile nervoase sensibile datorită absorbției în fluxul sanguin general.
Iradierea intensă a pielii cu raze UV provoacă hemoliza celulelor roșii din sânge - așa-numita fotohemoliză, care este sporită în special în prezența fotosensibilizatorilor. Fotosensibilizatorii - unii coloranti (eozina, fluoresceina), porfirinele, lecitina, colesterolul - intensifica efectele daunatoare ale razelor UV.
Unele persoane cu metabolismul afectat al porfirinei (porfirie) dezvoltă arsuri și o stare de colaps sever din cauza otrăvirii cu produse toxice ai porfirinei iradiate chiar și cu iradiere solară minoră.
Mecanisme neurogenice . Posibilă excitare reflexă a unor centri vegetativi (centri vasomotori, vagali, de termoreglare) prin receptorii pielii iritați de substanțele chimice la locul formării lor.
Este, de asemenea, posibil ca aceiași produse toxice să aibă un efect centrogen asupra centrilor nervoși vitali ca urmare a absorbției în fluxul sanguin, limfa și lichidul cefalorahidian - de unde tulburări circulatorii precum colapsul, care poate duce uneori la moarte (insolație).
Efect blastomogen O persoană poate fi expusă la razele UV cu o lungime de undă de la 2900 la 3841 A cu expunere prelungită. La animale, tumorile pot fi cauzate de radiații cu o gamă mai largă de lungimi de undă. Absorbția razelor UV de către straturile superioare ale pielii determină într-o anumită măsură localizarea tumorilor umane care se dezvoltă sub influența lor, de exemplu, cancerul de piele scuamoasă și bazocelulară. La animalele cu pielea mai subțire, sarcoamele apar într-un procent semnificativ de cazuri. La oameni, tumorile se dezvoltă pe zone deschise, neprotejate ale corpului, iar la animalele de experiment - pe părți ale corpului care sunt lipsite de păr.
Incidența tumorilor cutanate crește odată cu cantitatea de energie absorbită. Astfel, se estimează că în Statele Unite între 42° și 30° latitudine nordică, incidența cancerului de piele se dublează la fiecare apropiere de 4° de ecuator. Cancerul de piele cauzat de razele UV apare după o perioadă lungă de latentă. Apariția cancerului este precedată de modificări distructive și inflamatorii pe termen lung la nivelul pielii, numite cheratoză solară.
Mecanismul efectului blastomogen al razelor ultraviolete este departe de a fi clar. Există două moduri posibile de a face acest lucru:
- a) UFL, ca și radiațiile radioactive, au proprietăți mutagene (vezi „Rolul eredității, constituției și vârstei în patologie”);
- b) sub influența razelor UV se pot forma în piele unele substanțe cancerigene.
Raze violete (3800-4500 A) poate avea un efect chimic asupra organismului, asemănător cu radiațiile ultraviolete, dar mult mai puțin pronunțat.
Raze vizibile ale spectrului solar cu o lungime de undă de 5000-7000 A nu au un efect dăunător semnificativ, deoarece sunt absorbite în principal de piele și nu pătrund adânc în corp.
Prin intermediul ochiului, organ specializat pentru perceperea razelor din spectrul solar variind de la 4000 la 7600 A, stimularea luminii poate afecta intregul organism. Iritația receptorilor vizuali de către razele de lumină este transmisă, pe lângă centrii vizuali, și către centrii autonomi ai hipotalamusului și îi duce la o stare de excitație slabă, care la rândul său contribuie la creșterea proceselor oxidative, la creșterea tensiunii arteriale și chiar la apariția unei euforii (într-o zi luminoasă, însorită, oamenii sunt mai zâmbitori și mai sociabili decât în zilele mohorâte, înnorate).
Ritmul natural al luminii determină ritmul zilnic al activității animale și umane, ritmul unui număr de procese fiziologice, strâns legate prin mecanisme reflexe și reflexe condiționate cu ritmul zilei și al nopții și ritmul fluctuațiilor sezoniere ale iluminării. Tulburări în ritmul normal al funcțiilor fiziologice asociate cu ritmul ciclului natural al zilei și nopții, în unele cazuri conduc la dezvoltarea unor afecțiuni dureroase (nevroze), al căror tratament necesită restabilirea ritmului normal de stimulare a luminii. Astfel de încălcări pot fi rezultatul unor condiții necorespunzătoare de muncă și de viață, 24 de ore pe zi și 24 de ore pe noapte în Cercul Arctic etc.
Raze infrarosii. Razele infraroșii au un efect în principal termic asupra corpului. Razele cu lungimi de undă de la 7600 la 14.000 A au putere mare de penetrare și încălzesc țesuturile ca din interior. Razele cu o lungime de undă mai mare de 14.000 A sunt absorbite de țesuturile superficiale și pot produce un efect de arsură.
O creștere a temperaturii ca urmare a absorbției tisulare a energiei razelor infraroșii este însoțită de o accelerare a diferitelor reacții fizico-chimice și fiziologice ale corpului, atât locale (creșterea permeabilității vasculare, expansiunea lor - hiperemie pasivă, exudație etc.) și general (metabolism crescut, temperatura corpului etc.) cazuri severe - încălcări ale mecanismelor de termoreglare și insolație) natura.
Radiația laser
Un laser, sau generator cuantic optic, este un dispozitiv fizic care face posibilă emiterea de fascicule monocromatice de lumină de o intensitate extraordinară cu un unghi mic de divergență. Un fascicul laser nefocalizat are o lățime de 1-2 cm și cu o focalizare indusă de la 1 la 0,01 mm sau mai puțin. Prin urmare, este posibil să se concentreze o energie luminoasă enormă într-o zonă de câțiva microni și să se realizeze temperaturi foarte ridicate. Energia fiecărui bliț laser poate fi măsurată în sute și mii de jouli. Raza laser este capabilă să topească diamantul, oțelul și alte materiale.
Există lasere pulsate și continue; ambele sunt folosite în medicină. Acțiunea fasciculului laser asupra țesutului viu are loc la intervale foarte scurte (sute de mii de secundă) și, aparent, prin urmare, nu există o senzație de durere. Adâncimea de penetrare poate fi reglată cu ajutorul unui sistem optic și ajunge de obicei la 20-25 mm.
Gradul de absorbție al fasciculelor laser depinde de culoarea obiectului iradiat. Mai presus de toate, sunt absorbite de țesuturile pigmentate, globulele roșii, melanoamele etc. Fasciculele laser distrug și topesc țesuturile vii; Țesuturile tumorale sunt deosebit de sensibile la acestea.
Mecanismul efectului dăunător al fasciculelor laser asupra obiectelor biologice constă dintr-o serie de factori:
- 1) efectul termic al fasciculului în sine și o creștere secundară a temperaturii țesuturilor subiacente ca urmare a absorbției energiei termice;
- 2) acțiune mecanică ca urmare a apariției unor vibrații elastice precum ultrasunete sau chiar unde de șoc. Un fel de „efect exploziv” apare din cauza tranziției instantanee a substanțelor solide și lichide ale corpului într-o stare gazoasă și o creștere bruscă a presiunii interstițiale (până la câteva zeci și sute de atmosfere):
- 3) efect biologic - substanțele toxice se formează în țesuturi și celule după expunerea la un fascicul laser. Poate de ele depinde necroza progresivă a celulelor după iradiere;
- 4) inactivarea sau modificarea acțiunii specifice a enzimelor tisulare.
Este permisă posibilitatea ionizării componentelor tisulare și apariția câmpurilor magnetice.
Gradul și rezultatul impactului fasciculului laser depind de caracteristicile radiației în sine (tipul laserului, puterea, durata acțiunii, densitatea radiației, frecvența pulsului), caracteristicile fizico-chimice și biologice ale țesuturilor iradiate (gradul de pigmentare). , circulația sângelui, eterogenitatea țesuturilor, elasticitatea acestora, conductivitatea termică etc.).
Datorită caracteristicilor lor biologice și fizico-chimice, celulele tumorale sunt mai sensibile la raza laser decât cele sănătoase. În oncologie, acest tip de radiații este cel mai utilizat până acum. În plus, laserul este folosit pentru operații fără sânge în chirurgie, oftalmologie etc.
