Променева енергія. Загальні відомості про променисту енергію сонця та їх застосування. Загальна біологічна дія ультрафіолетових променів на людину виражається трояко
Значна частина солнечної радіації, що надходить на Землю, охоплює діапазон хвиль у межах 0,15 – 4,0 ммк. Кількість сонячної енергії, що надходить поверхню Землі під прямим кутом, називається сонячної постійної. Воно дорівнює 1,4 · 10-3 дж (м2/с).
Земної поверхні досягає більша частина випромінювання видимої області спектру, 30
% - інфрачервоний та довгохвильовий ультрафіолетовий. Поверхні Землі досягають:
Інфрачервоні промені (f - 3 · 10-11 Гц, - 3 · 10-12, λ від 710 - 3000 нм) - 45% (ІЧ-
випромінювання становить 50% випромінювання Сонця).
Видимі промені (3·10в12 – 7,5·10в 16, λ 400 – 710 нм,) – 48%
Ультрафіолетові промені (7,5 · 10в 16-10-17, λ 400-10 нм) -7%.
Невелика частина сонячної радіації йде назад в атмосферу. Кількість відбитої радіації залежить від відбиває здатності (альбедо) поверхні. Так, сніг може відбивати 80% сонячного випромінювання, тому він нагрівається повільно. Трав'яниста поверхня відбиває 20 %, а темні грунти – лише 10 5 радіації.
Більшість поглинається грунтом і водоймами сонячної енергії витрачається випаровування води. При конденсації води виділяється тепло, що нагріває атмосферу. Нагрів атмосфери відбувається і рахунок поглинання 20-25 % сонячної радіації.
Інфрачервоне випромінювання.
Інфрачервоне випромінювання (ІЧ-випромінювання) – це невидиме людським злазом електромагнітне випромінювання. Оптичні властивості речовини в ІЧ-випромінюванні значно відрізняються від таких у видимому спектрі. Наприклад, шар води в кілька см непроникний для ІЧ-випромінювання з >1 мкм.
Близько 20% інфрачервоного випромінювання сонячного спектру поглинається пилом, вуглекислим газом і водяною парою в 10-кілометровому шарі атмосфери, що примикає до Землі. При цьому поглинена енергія перетворюється на тепло.
ІЧ-випромінювання становить більшу частину випромінювання ламп розжарювання (нестерпна спека при зйомках у павільйонах), газорозрядних ламп. ІЧ-випромінювання випускають рубінові лазери.
Довгохвильова частина інфрачервоного випромінювання (> 1,4 мкм) затримується в основному поверхневими шарами шкіри, викликаючи печіння (гарячі промені). Середньо- і короткохвильова частина ІЧ-променів і червона щітка оптичного випромінювання проникає на глибину до 3х см. При великих кількостях енергії можуть викликати перезрівання. Сонячний удар – результат місцевого перегрівання мозку.
Видиме випромінювання – світло.
Приблизно половина радіації посідає хвилі з довжиною хвилі між 0,38 і 0,87 ммк. Це видимий людським оком спектр, що сприймається як світло.
Одна з видимих сторін впливу променистої енергії – освітленість. Відомо, що світло оздоровлює середовище (зокрема бактерицидну дію). Половина всієї теплової енергії сонця міститься в оптичній частині променистої енергії Сонця. Світло необхідне нормального перебігу фізіологічних процесів.
Вплив на організм:
Стимулює життєдіяльність;
Посилює обмін речовин;
Поліпшує загальне самопочуття;
Викриває настрій;
Підвищує працездатність.
Нестача світла:
Негативний вплив на функції нервового аналізатора (підвищується його стомлюваність):
Підвищується стомлюваність ЦНС;
Знижується продуктивність праці;
Підвищується виробничий травмвітизм;
Розвиваються депресивні стани.
З недостатньою освітленістю нині пов'язують захворювання, що має кілька назв:"Осінньо-зимова депресія", "емоційне сезонне захворювання", "афективний сезонний розлад" (Seasonal Affective Disorder - SAD). Чим менша природна освітленість місцевості, тим частіше зустрічається цей розлад. За статистичними даними 5-10% людей мають ознаки цього симптомокомплексу (75% - жінки).
Темрява веде до синтезу мелатоніну, який у здорових регулює час циклів нічного сну, щоб він був цілющим і сприятливим для тривалого життя. Однак, якщо продукція мелатоніну не припиняється вранці завдяки впливу світла на епіфіз, протягом дня через неадекватно високі денні рівні цього гормону розвиваються летаргія і депресія.
Ознаки SAD:
Ознаки депресії;
Проблеми з прокиданням;
Зниження продуктивності у роботі;
Зменшення соціальних контактів;
Збільшення потреби у вуглеводах;
Збільшення ваги.
Може бути зниження активності імунної системи, що проявляється збільшенням сприйнятливості до інфекційних (вірусних і бактеріальних) захворювань.
Ці ознаки зникають у весняний та літній час, коли значно збільшується тривалість світлового дня.
Осінньо-зимова депресія зараз лікується світлом. Хороший ефект дає світлотерапія з інтенсивністю 10 000 люкс у ранковий час. Це перевищує приблизно 20 разів звичайну внутрішню освітленість. Вибір тривалості терапії індивідуально кожному за людини. Найчастіше тривалість процедури триває 15 хвилин. Протягом цього часу можна займатися будь-якою справою (читати, їсти, прибирати квартиру і т.д.). Позитивний ефект відзначається вже за кілька днів. Уся симптоматика повністю припиняється за кілька тижнів. Побічним ефектом можуть бути головний біль.
Ефект лікування пов'язаний із регуляцією активності епіфіза, який модулює продукції мелатоніну та серотоніну. Мелатонін відповідальний за засинання, а серотонін – за пробудження.
Показано також:
Психотерапія;
Антидепресанти.
У водночас у час може спостерігатися інший тип порушення біологічних ритмів, що з сучасним способом життя. Тривале штучне світло веде до зниження інгібіторного ефекту мелатоніну на активність статевих залоз. Це сприяє прискоренню статевого дозрівання.
Ультрафіолетове (УФ) випромінювання
Ультрафіолетове випромінювання відноситься до короткохвильової частини сонячного спектру. Межує з одного боку з м'якою частиною іонізуючого випромінювання (рентгенівське), з іншого - з видимою частиною спектра. Складає 9% всієї енергії, що випромінюється Сонцем. На кордоні з атмосферою смоктає 5% природного сонячного світла, до Землі доходить 1%.
Ультрафіолетів випромінювання Сонця іонізує гази верхніх шарів атмосфер Землі, що призводить до утворення іоносфери. Короткі УФ-промені затримуються шаром озону на висоті близько 200 км. Тому до земної поверхні доходять лише промені 400-290 нм. Озонові дірки сприяють проникненню короткохвильової частини спектра УФ-променів.
Інтенсивність дії залежить від:
Географічного розташування (широти);
Часу доби,
Метеоумов.
Біологічні властивості ультрафіолетового випромінювання залежить від довжини хвилі. Виділяють 3 діапазони УФ-випромінювання:
1. Область А (400-320 нм) - флюоресцентна, загарна. Це довгохвильове випромінювання, що є домінуючою частиною. Випускається також спеціальними лампами, що застосовуються у соляріях.
Дія:
Викликає свічення деяких речовин (люмінофорів, деяких вітамінів);
Слабка загальностимулююча дія;
Перетворення тирозину на меланін (захист організму від надлишку УФвипромінювання).
Перетворення тирозину на меланін відбувається у меланоцитах. Ці клітини розташовані у базальному шарі епідермісу. Меланоцити – це пігментні клітини нейроектодермального походження. Вони розподілені по тілу нерівномірно. Наприклад, у шкірі чола їх у 3 рази більше, ніж у верхніх кінцівках. Бліді люди і смагляві містять однакову кількість пігментних клітин, проте вміст меланіну в них різний. Меланоцити містять фермент тиразиназу, що бере участь у перетворенні тирозину на меланін.
2. Область В (320 – 280 нм) – середньохвильове, загарне УФ-випромінювання. Значна частина цього діапазону поглинається стратосферним озоном.
Дія:
Поліпшення фізичної та розумової працездатності;
підвищення неспецифічного імунітету;
Підвищення опірності організму до дії інфекційних, токсичних, канцерогенних агентів.
Посилення регенерації тканин;
Посилення зростання.
Це пов'язано зі збудженням амінокислот (тирозин, триптофан, фенілаланін та ін.), Прирімідинових та пуринових основ (тимін, цитозин та ін.). Це веде до розпаду білкових молекул (фотоліз) з утворенням БАВ (холін, ацетилхолін, гістамін та ін.). БАВ активують обмінні та трофічні процеси.
3. Область З (280 – 200 нм) – короткохвильове, бактерицидне випромінювання. Активно поглинається озоновим шаром атмосфери.
Дія:
Синтез вітаміну D;
Бактерицидна дія.
Бактерицидну дію, хоч і менш виражену, мають інші діапахони УФ-випромінювання, а також видиме випромінювання.
N!B! УФ-промені середнього та короткохвильового спектру у великих дозуваннях можуть викликати зміни в нуклеїнових кислотах і призвести до клітинних мутацій. У той же час довгохвильове випромінювання сприяє відновленню нуклеїнових кислот.
4. Виділяється також область D (315 - 265 нм), що володіє вираженим антирахі-
тичною дією.
Показано, що для задоволення добової потреби в івтамін D необхідно близько 60 мінімальних еритемних доз (МЕД) на відкриті ділянки тіла (особа, шия, руки). Для цього необхідно перебувати щодня на сонячному світлі протягом 15 хвилин.
Нестача УФ-випромінювання веде до:
Рахіту;
зниження загальної резистентності;
Порушення обмінних процесів (зокрема остеопорозу?).
Надлишок УФ-випромінювання веде до:
Підвищеної потреби організму у незамінних амінокислотах, вітамінах, солях Са тощо;
Інактивації вітаміну D (переведення холекальцеферолу в індеферентні та токсичні речовини);
Утворення перекисних сполук та епоксидних речовин, які можуть викликати хромосомні абберації, мутагенний та канцерогенний ефект.
Загострення деяких хронічних захворювань (туберкульоз, ЯБР, ревматизм, гломерулонефрит та ін.);
Розвиток фотофтальмії (фотокон'юнктивітів та фотокератитів) через 2 – 14 годин після опромінення. Розвиток фотофтальмії може бути в результаті дії: А – прямого сонячного світла, В – розсіяного та відбитого (сніг, пісок у пустелі), С
– при роботі зі штучними джерелами;
димеризації білка кришталіну (кристаліну), що індукує розвиток катаракти;
Підвищений ризик пошкодження сітківки в осіб з віддаленим кришталиком (навіть областю А).
В осіб із ферментопатіями до дерматитів;
Розвитку злоякісних новоутворень шкіри (меланоми, базадноклітинної карциноми,сквамозно-клітинної карцини),
Імунодепресії (зміни співвідношення субпопудяцій лімфоцитів, зменшення кількості клітин Лангерганса в шкірі та зниження їх функціональної активності) → до зниження стійкості до інфекційних захворювань,
Прискорене старіння шкіри.
Природний захист організму від УФО:
1. Утворення засмаги, пов'язаної з появою меланіну, який:
здатний поглинати фотони та таким чином послаблювати дію випромінювання;
є пасткою для вільних радикалів, що утворюються під час опромінення шкіри.
2. Ороговіння верхнього шару шкіри з наступним лущенням.
3. Утворення транс-цис-форми уроканової (урокаїнової) кислоти. Це з'єднання здатне захопити кванти УФ-випромінювання. Виділяється з потом людини. У темряві відбувається зворотна реакція із виділенням тепла.
Критерієм чутливості шкіри до УФ-випромінювання є опіковий поріг засмаги. Він характеризується часом первинного впливу УФ-випромінювання (тобто формування пігментації), після якого можлива безпомилкова репарація ДНК.
У середніх широтах виділяють 4 типи шкіри:
5. Особливо чутлива світла шкіра. Швидко червоніє, погано засмагає. Індивідууми відрізняються блакитним або зеленим кольором очей, наявністю ластовиння, іноді рудим кольором волосся. Опіковий поріг засмаги - 5-10 хвилин.
6. Чутлива шкіра. У людей цього типу блакитні, зелені або сірі очі,світло-русяве або каштанове волосся. Опіковий поріг засмаги – 10-20 хвилин.
7. Нормальна шкіра (20-30 хв.). Люди з сірим або світло-карим очима, темно-русявим або каштановим волоссям.
8. Нечутлива шкіра(30-45 хв.). Індивідууми з темними очима, смаглявою шкірою та темним кольором волосся.
Можлива модифікація світлочутливості шкіри. Речовини, що збільшують світлочутливість шкіри, називаються фотосенсибілізаторами.
Фотосенсибілізатори: аспірин, бруфен, індоцид, лібріум, бактрім, лазікс, пеніцилін, фуранокумарини рослин (селера).
Групи ризику розвитку пухлин шкіри:
світла, слабо пігментована шкіра,
сонячні опіки, отримані віком до 15 років,
наявність великої кількості родимих плям,
наявність родимих плям понад 1.5 см у діаметрі.
Хоча УФО має пріорететне значення у розвитку злоякісних новообразова-
ній шкіри, істотним фактором ризику є контакт з канцерогенними речовинами.
ми , такими як нікелем, що міститься в атмосферному пилу, і його рухомими формами в грунті.
Захист від надмірної дії УФД:
1. Необхідно обмежити час перебування під інтенсивним сонячним промінням, особливо в проміжку часу 10.00 – 14.00 годин, пікового для активності УФІ. Чим коротша тінь, тим руйнівніша активність УФІ.
2. Слід носити сонцезахисні окуляри (скляні або пластмасові із захистом від УФІ).
3. Застосування фотопротекторів.
4. Застосування сонцезахисних кремів.
5. Харчування з високим вмістом незамінних амінокислот, вітамінів, макро- та мікроелементів (насамперед нутринтів з антиоксидантою активністю).
6. Регулярне обстеження у дерматолога особами з групи ризику розвитку раку шкіри. Сигналоми для негайного звернення до лікаря служать поява нових ро-
димих плям, втрата точних кордонів, пігментація, що змінюється, свербіж і кровоточивість.
Слід пам'ятати у тому, що УФІ інтенсивно відбивається від піску, снігу, льоду, бетону, що може збільшити інтенсивність впливу УФІ на 10-50 %. Слід пам'ятати про те, що УФІ, особливо УФА, впливає на людину навіть у хмарні дні.
Фотопротектори – речовини із захисною дією проти ушкоджуючого УФІ. Захисна дія пов'язана з поглинанням або розсіюванням енергії фотонів.
Фотопротектори;
Параамінобензойна кислота та її ефіри;
Меланін, отриманий із природних джерел (наприклад, гриби). Фотопротектори додаються в сонцезахисні креми та лосьйони.
Сонцезахисні креми.
Є 2 типи – з фізичним ефектом та з хімічним ефектом. Крем слід наносити за 15-30 хвилин до прийняття сонячної ванни, а також повторно кожні 2 наступні години.
Сонцезахисні креми з фізичним ефектом містять сполуки типу діоксиду титану, окису цинку та тальку. Їхня присутність веде до відображення УФА та УФВ променів.
До сонцезахисних кремів з хімічним ефектом відносяться вироби, що містять 2-5% бензофенону або його похідних (оксибензон, бензофенон-3). Ці сполуки поглинають УФД та в результаті розпадаються на 2 частини, що веде до поглинання енергії УФД. Побічним ефектом є утворення двох вільно-радикальних фрагментів, які можуть ушкоджувати клітини.
Сонцезахисний крем SPF-15 відфільтровує близько 94% УФІ, SPF-30 затягує 97% УФІ, переважно УФВ. Фільтрація УФА в хімічних сонцезахисних кремах мала і становить 10% поглинання УФВ.
Випромінювання. Променева енергія серйозно впливає на мікроорганізми. Сонячне світло сприяє життєдіяльності групи фототрофних бактерій, у яких біохімічні реакції відбуваються під впливом сонячної енергії. Більшість мікроорганізмів є фотофобними, тобто світом, що боїться. Пряме сонячне світло згубно діє мікроби, про що свідчить досвід Бухнера. Він полягає в тому, що на чашку з агаром засівається бактеріальна культура, на дно чашки накладаються шматочки темного паперу і чашка висвітлюється прямим сонячним світлом протягом 1-2 годин з боку дна, після чого інкубується. Зростання бактерій відзначається лише у місцях, відповідних шматочкам паперу. Згубна дія сонячного світла пов'язана в першу чергу з впливом ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 234 - 300 нм, яке поглинається ДНК і викликає димеризацію тиміну. Така дія ультрафіолетових променів використовується для знешкодження повітря у різних приміщеннях, лікарнях, операційних, палатах тощо.
Іонізуюча радіація також згубно діє на мікроорганізми, проте мікроби високостійкі до цього фактора, мають радіостійкість (їх загибель відбувається при опроміненні в дозах 10000 - 100000 Р). Це пов'язують із малими розмірами мішені через низький вміст нуклеїнових кислот у мікроорганізмів. Іонізуюча радіація використовується для стерилізації деяких біологічно активних речовин, харчових продуктів. Перевагою цього способу є те, що при такій обробці не змінюються властивості об'єкта, що обробляється.
Висушування є одним із факторів, що регулюють вміст мікроорганізмів у зовнішньому середовищі. Відношення мікробів до цього впливу залежить багато в чому умов, у яких воно відбувається. У природних умовах висушування згубно діє на вегетативні форми бактерій, але практично не впливає на суперечки, які можуть зберігатись у висушеному стані десятиліттями. У процесі висушування клітини вегетативні втрачають вільну воду і відбувається денатурація білків цитоплазми. Однак багато бактерій, особливо патогенні, можуть добре зберігатися у висушеному стані, перебуваючи в патологічному матеріалі, наприклад у мокротинні, яке утворює навколо клітин бактерій щось подібне до футляра.
При висушуванні із замороженого стану у вакуумі мікроорганізми добре зберігають свою життєздатність, що пов'язують із переходом у стан анабіозу. Такий метод ліо-фільного сушіння широко використовується для збереження музейних культур мікроорганізмів.
Тиск. Мікроорганізми стійкі до високого атмосферного тиску, завдяки чому вони здатні існувати та розвиватися на великих глибинах – до 10000 м. Мікроорганізми добре переносять високий гідростатичний тиск – до 5000 атм.
Ультразвук. При обробці мікроорганізмів ультразвуком спостерігається загибель клітин внаслідок їхньої дезінтеграції. Вважають, що при дії ультразвуку в клітині утворюються кавітаційні порожнини, в яких створюється високий тиск, що веде до руйнування структур клітини.
З випромінюваної сонцем енергії електромагнітних хвиль до землі доходить лише 1% ультрафіолетових променів, 39% видимих світлових променів і 60% інфрачервоних променів. Решта відбивається, розсіюється чи сприймається атмосферою. Напруга сонячної радіації залежить від кута падіння світла та прозорості атмосфери, від часу дня та року. При забрудненні атмосферного повітря пилом димом затримується до 20 - 40%, а віконним склом - до 90% найбільш цінного ультрафіолетового випромінювання.
Біологічна дія сонячної радіації на організм тварини пов'язана з її якісним складом на поверхні Землі. Промені Сонця мають тепловий і хімічний вплив. Теплова дія більше походить від інфрачервоних, а хімічна - від ультрафіолетових променів. Ці промені мають різну глибину проникнення у шкіру та тканини організму тварин. Найбільш глибоко (до 2 - 5 см) проникають інфрачервоні промені. Їх використовують у терапії для глибокого прогрівання тканин або обігріву новонароджених та молодих тварин.
Світлові промені проникають у товщу на кілька міліметрів, а ультрафіолетові – лише у шкіру на десяті частки міліметрів.
Вплив на тварин сонячного світла дуже важливий і різноманітний. Його промені викликають подразнення зорового нерва, а також чутливих нервових закінчень, закладених у шкірі та слизових оболонках. Крім того, вони збуджують нервову систему та ендокринні залози та через них діють на весь організм. Під впливом сонячного освітлення у тварин зростає активність окисних ферментів, поглиблюється дихання, вони поглинають більше кисню, виділяють більше вуглекислоти та водяної пари. У периферичній крові збільшується кількість еритроцитів та гемоглобіну. Посилюється також перетравлення корму та відкладення у тканинах білка, жиру та мінеральних речовин.
При нестачі світла організм відчуває світлове голодування, що відбивається на обміні речовин. В результаті значно знижується продуктивність та опірність до хвороб, відзначають мляве загоєння ран, поява шкірних захворювань, відставання у рості у молодняку. Провесною у зв'язку з ослабленням захисних сил організму, викликаним різким зниженням інтенсивності сонячного освітлення в попередні зимові місяці, у тварин збільшується кількість захворювань органів дихання, спостерігається поширення деяких інфекцій. Тому в зимові місяці тварин регулярно випускають на прогулянки просто неба в найбільш сонячні години дня. Найрідше світлове голодування спостерігається при безприв'язному утриманні великої рогатої худоби та вільновигульному утриманні свиней. Світлові промені істотно впливають і на відтворювальні здібності тварин.
Однак не байдуже для тварин і дуже сильне освітлення, тому тварин, що відгодовуються, містять в помірно освітлених і навіть затемнених приміщеннях.
Надто яскраве сонячне світло робить на тварин, що не звикли до нього, несприятливий вплив у вигляді опіків, а іноді і сонячного удару. Для захисту тварин від сонячного удару влаштовують тіньові навіси, використовують тінь дерев, скасовують важкі роботи на конях у жаркі години дня.
Тварини, особливо птах, дуже чутливі до тривалості та інтенсивності світлового режиму. Тому у практиці промислового птахівництва чітко відпрацьовано світловий режим відповідно до фізіологічного стану птиці.
Велике значення для тварин має ультрафіолетова частина сонячного спектра. Ультрафіолетові промені покращують функціонування органів дихання та кровообігу, кисневе харчування тканин. Вони викликають також загальну стимулюючу дію за рахунок розширення судин шкіри. При цьому посилюється ріст волосся, активізується функція потових і сальних залоз, товщає роговий шар, ущільнюється епідерміс. У зв'язку з цим підвищується опірність шкіри, посилюється ріст і регенерація тканин, загоєння ран та виразок. Ультрафіолетові промені нормалізують фосфорно-кальцієвий обмін, сприяють утворенню вітаміну D. Ультрафіолетове випромінювання служить потужним адаптогенним фактором, який широко використовується в тваринницькій практиці для збереження здоров'я та підвищення продуктивності тварин і птиці.
Ультрафіолетові промені мають бактерицидну - бактеріовбивну дію. Тому сонячну радіацію здавна вважають потужним, надійним та безкоштовним природним дезінфектором зовнішнього середовища. Деякі форми мікробів та вірусів під прямими променями сонця гинуть через 10 – 15 хвилин.
Велике значення у попередженні світлового голодування має штучне ультрафіолетове опромінення за допомогою ртутно-кварцових ламп та використання для обігріву тварин інфрачервоного випромінювання. Режим їх використання, дозування та порядок роботи повинні контролюватись зооветеринарними фахівцями. Працівникам, які обслуговують тварин у момент опромінення, необхідно дотримуватись відповідних заходів безпеки. Розроблено та використовуються відповідні нормативи застосування ламп інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
Ми не випадково починаємо огляд саме з цього екологічного фактора. Променева енергія сонця, або сонячна радіація, - основне джерело тепла та життя на нашій планеті. Тільки завдяки цьому в далекому минулому на Землі органічна матерія могла зародитися і в процесі еволюції досягти тих ступенів досконалості, які ми спостерігаємо в природі. Основні властивості променистої енергії як екологічного чинника визначаються довжиною хвиль. На цій основі в межах всього світлового спектра розрізняють видиме світло, ультрафіолетову та інфрачервону його частини (рис. 10). Ультрафіолетові промені надають хімічну дію на живі організми, інфрачервоні – теплову.
Мал. 10. Спектри сонячного випромінювання в. різних умовах (по: Одум, 1975).
1 – не змінене атмосферою; 2 – на рівні моря в ясний день; 3 - минуле через суцільну хмарність; 4 - минуле через пологу рослинності.
До основних параметрів екологічного впливу даного фактора належать такі: 1) фотоперіодизм - закономірна зміна світлого та темного часу доби (у годинах); 2) інтенсивність освітлення (у люксах); 3) напруга прямої та розсіяної радіації (у калоріях на одиницю поверхні в одиницю часу); 4) хімічна дія світлової енергії (довжина хвиль).
Сонце безперервно випромінює безліч променистої енергії. Її потужність або інтенсивність радіації на верхній межі атмосфери становить від 1,98 до 2,0 кал/см 2 -хв. Цей показник називають сонячною постійною. Втім, сонячна стала, мабуть, може дещо змінюватися. Зазначено, що останніми роками яскравість Сонця збільшилася приблизно 2%. У міру наближення до поверхні Землі сонячна енергія зазнає глибоких перетворень Велика її частина затримується атмосферою. Далі на шляху світлових хвиль встає рослинність, і якщо вона представляє багатоярусне зімкнене деревне насадження, то тоді до поверхні ґрунту доходить дуже невелика частина первісної сонячної енергії. Під пологом густого букового лісу ця кількість у 20-25 разів менша, ніж на відкритому місці. Але справа не тільки в різкому зменшенні кількості світла, а й у тому, що в процесі проникнення в глиб лісу змінюється спектральний склад світла. Отже, він зазнає якісних змін, дуже суттєвих для рослин і тварин.
Говорячи про екологічному значенні світла, треба підкреслити, що найголовніше тут його роль у фотосинтезі зелених рослин, бо результатом є створення органічної речовини, рослинної біомаси. Остання представляє первинну біологічну продукцію, від використання та трансформації якої залежить решта живе Землі. Інтенсивність фотосинтезу сильно змінюється в різних за географічним розташуванням районах і залежить від сезону року, а також місцевих екологічних умов. Додаткове освітлення дозволяє суттєво підвищувати приріст навіть деревно-чагарникових порід, не кажучи про трав'янисті рослини. І. І. Нікітін протягом 10 днів пророщував жолуді при безперервному освітленні, потім 5 міс. вирощував проростки на світлі яскравістю 4 тис. лк. У результаті дубки досягли висоти 2,1 м. Після пересадки в ґрунт 8-річний піддослідний дуб давав річний приріст заввишки 82 см, тоді як контрольні деревця - лише 18 см.
Примітно, що хоча життєдіяльність і продуктивність тварин знаходяться у прямій (у фітофагів) або непрямій (у зоофагів) залежності від первинної продукції рослин, проте зв'язок менаду останніми та тваринами носить далеко не односторонній характер. Встановлено, що тварини-фітофаги, наприклад лосі, поїдаючи зелену рослинну масу та пошкоджуючи при цьому фотосинтезуючі органи, здатні
помітно знизити інтенсивність фотосинтезу та продуктивність рослин. Так, у Центрально-Чорноземному заповіднику (Курська обл.) лосі з'їли всього 1-2% фітомаси молодих дубняків, але їхня продуктивність впала на 46%. Таким чином, у системі кормова рослина - фітофаг очевидний і прямий, і зворотний зв'язок.
Величезну роль життя всіх живих істот грає фотоперіодизм. У міру вивчення цього фактора з'ясовується, що фотоперіодична реакція лежить в основі багатьох біологічних явищ, будучи прямим визначальним їх фактором або виконуючи сигнальні функції. Визначне значення фотоперіодичної реакції великою мірою обумовлено її астрономічним походженням і через це високим ступенем стабільності, чого, наприклад, не скажеш про температуру середовища, яке теж надзвичайно важливе, але вкрай нестійке.
Вже сам факт поділу тварин на дві великі групи за часом активності - на денних і нічних - наочно свідчить про їхню глибоку залежність від фотоперіодичних умов. Про те ж говорить встановлена в 1920 р. американськими вченими У. Гарнер і Г. Аллардом закономірність, згідно з якою рослини по відношенню до світла і температури діляться на види довгого і короткого дня. Пізніше було з'ясовано, що аналогічна фотоперіодична реакція властива також тваринам і, отже, має загальноекологічний характер.
Закономірна зміна за сезонами року тривалості світлового дня обумовлює час початку стану діапаузи численних видів комах та інших членистоногих, зокрема кліщів. Шляхом тонких експериментів А. С. Данилевський із співробітниками довели, що діапауза стимулюється саме скороченням дня, а не зниженням температури повітря, як вважалося раніше (рис. 11). Відповідно до цього закономірне збільшення тривалості світлового дня навесні служить чітким сигналом для припинення стану діапаузи. При цьому видові популяції, що мешкають різних широтах, відрізняються специфічними фотоперіодичними вимогами. Наприклад, для метелика щавлевої стрільчатки (A crony eta rumicis), в Абхазії необхідна тривалість дня не менше 14 год 30 хв, у Білгородській області-16 год 30 хв, у Вітебській області-18 год і під Ленінградом-19 год. з просуванням на північ на кожні 5° широти тривалість дня, необхідна виходу з діапаузи, у цього виду подовжується приблизно півтора години.
Мал. 11. Фотоперіодична реакція довгоденного типу - метелики-капустяниці (1) та короткоденного типу - шовкового шовкопряда (2) (по: Данилевський, 1961).
Таким чином, фотоперіодизм є основним фактором сезонної активності членистоногих. Більше того, аналогічні дослідження ботаніків показали, що багато явищ у сезонному житті рослин, динаміка їх росту та розвитку теж відносяться до фотоперіодичним реакцій. Наприклад, фотоперіодичний фактор є сигналом для завчасної підготовки рослин до зими, незалежно від стану погоди. Все це робить фотоперіодизм дуже істотним фактором при інтродукції сільськогосподарських рослин у нові райони, при їх культивуванні в теплицях і т.д.
Нарешті, зіставлення результатів експериментів з фотоперіодизму комах-фітофагів та їх кормових рослин виявило глибоку між ними взаємозалежність. На вплив одного і того ж екологічного фактора ті та інші відповідають подібним чином, отже, їх трофічні зв'язки мають глибоку еколого-фізіологічну основу.
Вивчення фотоперіодичних реакцій вищих хребетних тварин також принесло надзвичайно цікаві результати. Так, у хутрових звірів восени розвивається все більш густий і пишний волосяний покрив. Взимку він досягає найбільшого розвитку та максимальних термоізолюючих властивостей. Ці захисні функції хутра посилюються товстим шаром жиру, що утворюється під шкірою наприкінці літа та восени. Взимку згадані морфофізіологічні адаптації функціонують повною мірою. Здавна вважалося, що основним фактором, що визначає сезонний розвиток хутра та жиру, є температура повітря, її падіння в осінньо-зимові місяці. Проте експерименти продемонстрували, що пусковий механізм цього процесу пов'язаний не так з температурою, як з фотоперіодизмом. У лабораторному віварії і навіть на хутровій фермі можна помістити американських норок або інших звірів у клітини з регульованим освітленням і починаючи з середини літа штучно скорочувати світловий день. В результаті процес линяння у піддослідних тварин починається значно раніше, ніж у природі, піде інтенсивніше і, відповідно, завершиться не до зими, а на початку осені.
На фотоперіодичній основі лежить і найважливіше сезонне явище в житті перелітних птахів - їх міграції та тісно з ними пов'язані процеси линяння оперення, накопичення жиру під шкірою та на внутрішніх органах та ін. Звичайно, все це - пристосування до перенесення несприятливих температурних та кормових умов шляхом уникнення» їх. Проте й у разі основну сигнальну роль грають зміни не температурного, а світлового режиму - скорочення тривалості дня, що можна довести шляхом експериментів. У лабораторії, діючи на фотоперіодичну реакцію птахів, не надто важко привести їх у специфічний передміграційний стан, а потім – у міграційне збудження, хоча температурні умови залишаться стабільними.
Виявляється, фотоперіодичний характер має також циклічність статевої діяльності тварин, циклічність їх розмноження. Мабуть, це особливо дивно, оскільки біологія розмноження належить до властивостей організму, які найбільш тонко сформовані, мають найбільш складну координацію взаємозв'язків.
Досвідами над багатьма «ідами птахів та ссавців доведено, що шляхом збільшення тривалості світлового дня можна активізувати гонади (рис. 12), привести тварин у стан статевого збудження та домогтися продуктивного спарювання навіть в осінньо-зимові місяці, якщо, звичайно, позитивну реакцію на світлове вплив виявлять обидві статі. Тим часом самки у деяких видів (наприклад, горобців) у цьому відношенні виявляються значно інертнішими, ніж самці, і вимагають додаткової стимуляції етологічного порядку.
Мал. 12. Вплив світла в розвитку гонад у самців і самок домового горобця, забитих після утримання за різних умов (по: Поликарпова, 1941).
а – з волі 31 січня; б - із камери з кімнатною температурою 29 січня; - з камери з додатковим світлом 28 січня.
Деяким ссавцям - соболю, куниці, ряду інших видів кунь, а також косулі - властива цікава особливість біології розмноження. У них запліднене яйце спочатку не імплантується у стінку матки, а<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.
Дуже великий вплив співвідношення періодів висвітлення та темряви та зміни протягом доби інтенсивності висвітлення на активність тварин. Наприклад, денні птахи на світанку прокидаються за певної за своєю інтенсивністю «освітленості пробудження», що залежить від висоти сонця по відношенню до горизонту. Настання належної «освітленості пробудження» служить сигналом, що стимулює активізацію птахів. Дрозди починають подавати ознаки життя при 0,1 лк, як у лісі ще майже темно; зозуля вимагає для свого пробудження 1 лк, славка-чорноголівка - 4, зяблик-12, домовик-горобець - 20 лк. Відповідно при хорошій погоді птахи в цій місцевості прокидаються у певний час і у відомому порядку, що дозволяє говорити про існування «пташиного годинника». Наприклад, в учлісгоспі «Ліс на Ворсклі» Білгородської області у травні-червні перші голоси птахів лунають у середньому у наступний час: соловей – у 2 год 31 хв, чорний та співчий дрозди – 2 год 31 хв, зозуля – 3 год 00 хв, славка-чорноголівка - 3 год 30 хв, велика синиця - 3 год 36 хв, польовий горобець-3 год 50 хв.
Добові зміни режиму освітленості надають глибокий вплив на життєдіяльність рослин, і насамперед на ритм та інтенсивність фотосинтезу, який припиняється у темні години доби, у негоду та в зимовий час (рис. 13).
Нарешті, сонячна енергія може відігравати дуже важливу роль як джерело тепла, впливаючи на живі істоти безпосередньо або глибоко впливаючи на їхнє середовище в локальному чи глобальному масштабах.
Загалом із наведених вище фрагментарних відомостей видно, що світловий чинник грає у житті організмів надзвичайно важливу та різнобічну роль.
Мал. 13. Залежність фотосинтезу від світлової енергії в різних рослинних популяцій (по: Одум, 1975).
1 - дерева у лісі; 2 - листя, освітлене сонцем; 3 - затінене листя.
Іонізуюче випромінювання діє на організм як із зовнішніх, так і внутрішніх джерел опромінення (у разі проникнення радіоактивних речовин в організм з їжею, водою, повітрям або через шкірні покриви). Можливий комбінований вплив зовнішнього та внутрішнього опромінення.
Пошкоджуюча дія різних видів радіоактивних променів залежить від їхньої проникаючої активності і, отже, від густини іонізації в тканинах. Чим коротший шлях проходження променя, тим більша щільність іонізації і сильніша дія, що пошкоджує (табл. 7).
Проте фізично однакові кількості поглиненої енергії дають часто різний біологічний ефект залежно від виду променистої енергії. Тому для оцінки ступеня дії, що пошкоджує іонізуючу радіацію на біологічні об'єкти користуються коефіцієнтом відносної біологічної ефективності (ОБЕ).
Як очевидно з табл. 8, що ушкоджує дію альфа-променів, нейтронів і протонів у 10 разів більше, ніж рентгенових променів, біологічна дія яких умовно прийнята за 1. Слід, однак, пам'ятати, що ці коефіцієнти умовні. Багато залежить від вибору показника, який береться порівняння біологічної ефективності. Наприклад, ВБЕ можна встановлювати за відсотком смертності, за ступенем гематогенних змін, за стерилізуючим впливом на статеві залози і т.д.
Реакція організму на дію іонізуючого випромінювання залежить від отриманої дози опромінення, тривалості дії та загального стану опроміненого організму (табл. 9).
Для людини абсолютна смертельна доза при одноразовому опроміненні становить близько 600 грн.
Тривалість опроміненнямає певне значення у розвитку радіоактивного ушкодження. При короткочасному впливі, що вимірюється секундами, ступінь дії, що ушкоджує, дещо зменшується. При дії тієї ж дози випромінювання, але тривалістю кілька десятків хвилин шкідлива дія збільшується. Дробна (фракціонована) дія зменшує смертність. Сумарна доза багаторазових опромінення може значно перевищити одноразову смертельну.
Індивідуальна та видова реактивність організмумає також велике значення у визначенні тяжкості радіоактивного ураження. В експерименті на тваринах відзначаються широкі межі індивідуальної чутливості - одні собаки виживають при одноразовому опроміненні в 600 р, інші гинуть від 275 р. Молоді, а також вагітні тварини більш чутливі до іонізуючого опромінення. Старі тварини також менш резистентні внаслідок ослаблення процесів відновлення.
Механізми хвороботворної дії іонізуючих випромінювань. У механізмі променевих ушкоджень організму людини та тварин можна виділити три важливі етапи:
- а) первинна дія радіоактивного випромінювання;
- б) вплив радіації на клітини;
- в) вплив радіації на цілий організм.
Механізм первинної дії іонізуючих випромінювань визначається фізичними, фізико-хімічними та хімічними процесами, що виникають у будь-якому біологічному субстраті, що знаходиться під впливом радіації.
Фізичні процеси - іонізуючі випромінювання, володіючи високою енергією, вибивають на своєму шляху з атомів та молекул електрони або викликають їхнє переміщення. Це призводить протягом мізерно короткого часу (10 -16 секунд) до іонізації та утворення збуджених атомів та молекул. Фізико-хімічні процеси полягають у тому, що іонізовані та збуджені атоми та молекули, володіючи великою реактивністю, викликають утворення вільних радикалів. У живих структурах іонізації найшвидше піддається вода.
Іонізація супроводжується явищами рекомбінації часток, що виникли. Вона особливо сильно виражена при дії таких видів опромінення, які мають велику щільність іонізації (альфа-промені, нейтрони). У процесі радіації води виникають такі вільні атоми та радикали: атомний водень (Н+), гідроксил (ОН+), гідропероксид (АЛЕ2) та перекис водню (Н2О2).
Дія іонізуючої радіації на розчинені у воді речовини в основному здійснюється за рахунок продуктів радіолізу води. Так, відома висока радіостійкість речовин у замороженому стані або ферментів у висушеному порошкоподібному стані.
Процес іонізації стосується й макромолекул. Поглинена енергія може мігрувати макромолекулою, реалізуючись в найбільш вразливих її місцях. У білках цими місцями можуть виявитися SH-групи, у ДНК – хромофорні групи тиміну, у ліпідах – ненасичені зв'язки.
Вплив радіації на клітини виникає в результаті взаємодії радикалів білків, нуклеїнових кислот і ліпідів з водою, киснем, воднем та ін., коли внаслідок усіх цих процесів утворюються органічні перекису та виникають швидкопротікаючі реакції окиснення. Накопичується безліч змінених молекул, у результаті початковий радіаційний ефект багаторазово посилюється. Все це відбивається насамперед на структурі біологічних мембран, змінюються їх сорбційні властивості та підвищується проникність (у тому числі оболонок лізосом та мітохондрій). Зміни в мембранах лізосом призводять до звільнення та активації ДНК-ази, РНК-ази, катепсинів, фосфатази, ферментів гідролізу муконблісахариду та інших ферментів.
Гідролітичні ферменти, що вивільняються, можуть шляхом простої дифузії досягти будь-якої органели клітини, в яку вони легко проникають завдяки підвищенню проникності мембран. Під впливом цих ферментів відбувається подальший розпад макромолекулярних компонентів клітини, зокрема нуклеїнових кислот і білків. Роз'єднання окислювального фосфорилювання в результаті виходу ряду ферментів з мітохондрій у свою чергу призводить до пригнічення синтезу АТФ, а звідси і порушення біосинтезу білків.
Таким чином, в основі радіаційного ураження клітин лежить порушення ультраструктур клітинних органел і пов'язані з цим зміни обміну речовин. Крім того, іонізуюча радіація викликає утворення у тканинах організму цілого комплексу токсичних продуктів, що підсилюють променевий ефект – так званих радіотоксинів. Серед них найбільшу активність мають продукти окислення ліпоїдів - перекису, епоксиди, альдегіди та кетони. Утворюючи відразу після опромінення, ліпідні радіотоксини стимулюють утворення інших біологічно активних речовин - хінонів, холіну, гістаміну - і викликають посилений розпад білків. Будучи введеними неопроміненою твариною, ліпідні радіотоксини діють, що нагадує променеве ураження.
При досить великих дозах опромінення зміни в клітинах і тканинах визначаються в основному розвитком дегенеративно-деструктивних процесів та структурними змінами хромосомного апарату, що веде до загибелі клітини в процесі мітозу або виникнення нежиттєздатного потомства клітини. Пригнічення мітотичної активності клітин є одним із специфічних проявів біологічної дії іонізуючої радіації.
Іонізуюче випромінювання діє на клітини тим сильніше, чим більше їх відтворювальна здатність, чим триваліше проходження мітотичного процесу, чим молодші і менш диференційовані клітини. На підставі морфологічних ознак ураження органи і тканини розподіляються в наступному низхідному порядку: лімфоїдні органи (лімфатичні вузли, селезінка, зобна залоза, лімфоїдна тканина інших органів), кістковий мозок, сім'яники, яєчники, слизова оболонка шлунково-кишкового. Ще менше уражаються шкіра з придатками, хрящі, кістки, що ростуть, ендотелій судин. Високу радіостійкість мають паренхіматозні органи: печінка, надниркові залози, нирки, слинні залози, легені.
Ступінь радіаційної поразки клітин одного і того ж типу залежить від ряду факторів:
- 1) ступеня диференціювання - ембріональні та недиференційовані клітини уражаються більшою мірою, ніж утворюються з них диференційовані клітини;
- 2) обмін речовин - посилення інтенсивності клітинного метаболізму супроводжується підвищенням радіочутливості;
- 3) мітотичної активності - клітини, що активно діляться, як правило, більш чутливі, ніж ті, що не діляться. Ядро клітини чутливіше до радіації, ніж цитоплазма;
- 4) стадії мітозу - чутливість клітин найбільш висока в стадії профази та метафази.
Радіочутливість різко змінюється на різних етапах розвитку філогенезу. Ураженість тварин випромінюванням зменшується в наступному порядку, ембріон, плід, молода тварина, дорослий організм.
Дія іонізуючого випромінювання на організм у цілому. Хвороботворний ефект іонізуючої радіації в цілому визначається як безпосереднім пошкоджуючим дією на клітини і тканини організму, так і роздратуванням нервової системи і загальними реакціями організму, що виникають звідси, що позначаються як променева хвороба.
Променева хвороба. За течією розрізняють гостру та хронічну променеву хворобу. Гостра променева хвороба може протікати у легкій, середній та тяжкій формі. У її перебігу виділяють чотири періоди.
Перший період – початковий (первинних реакцій), що спостерігається відразу після опромінення, триває від кількох годин до 1-2 діб. Ознакою променевого ураження у період є затримка мітотичної активності в кровотворних клітинах. У цей період посилюються обмінні процеси та підвищуються функції основних органів та систем.
Другий період – латентний, прихований (період уявного добробуту), характеризується змінами в крові хворого, пов'язаними з пригніченням кровотворення, що починається. Тривалість цього періоду залежить від поглиненої дози. Так, при дозах 20-100 рад цей період може закінчитися захворювання. При дозі 150-200 рад прихований період може тривати кілька тижнів, при 300-500 рад - лише кілька днів, а при дозі понад 500 рад прихований період триває лише кілька годин.
Третій період – виражених явищ, або розпалу хвороби . У легких випадках він триває кілька днів, у тяжких – 2-3 тижні. Для цього періоду характерні крововиливи у внутрішні органи, різке пригнічення кровотворення (рис. 5), підвищення проникності клітинних мембран, пригнічення імунітету. Саме в цьому періоді настає смерть. Причинами смерті можуть бути кровотечі, інфекція, що приєдналася, та інші ускладнення.
Четвертий період - період виходу чи відновлення .
Хронічна променева хворобавиникає при слабкому тривалому опроміненні організму, може бути також результатом гострої променевої хвороби. Протягом хронічної променевої хвороби виділяють три періоди: період ранніх змін, розвиток ускладнень та період важких, незворотних змін зі смертельними наслідками.
Механізм розвитку променевої хвороби визначається поряд з безпосереднім ураженням клітин головним чином реакцією організму з боку нервової, ендокринної та сполучнотканинної систем на ушкоджуюче радіоактивне випромінювання.
Реакцію нервової системи можна спостерігати у всіх фазах розвитку променевої хвороби. На початку її розвитку, коли відбувається іонізація води та біосубстратів організму, рецептори нервової системи реагують на зміни внутрішнього середовища організму, призводячи до збудження всі ланки нервової системи.
Розлади функції центральної нервової системи виявляються в порушеннях умовно-рефлекторних зв'язків, ослабленні процесу внутрішнього гальмування. Функціональні зміни в корі головного мозку у різні терміни опромінення пов'язані зі збільшенням імпульсації, що притікає до вищих відділів нервової системи через ретикулярну формацію. Змінюються функції та всіх підкіркових центрів. Так, проявом ушкодження вегетативних центрів є порушення терморегуляції, регуляції тонусу судин, серцевого ритму в опроміненому організмі. Таким чином, при променевих захворюваннях у нервовій системі виявляються найбільш ранні та інтенсивні функціональні зміни, а структурні порушення в ній не так виражені, як, наприклад, у кістковому мозку (П. Д. Горизонтів).
У розвитку променевої хвороби велике значення мають і ендокринні розлади. Функції всіх ендокринних залоз у тому мірою порушуються під впливом іонізуючого випромінювання. Найбільш виражені зміни спостерігаються у статевих залозах, гіпофізі та надниркових залозах. Ці зміни залежать від дози випромінювання і можуть проявлятися посиленням секреції, так і пригніченням її. Велике значення, мабуть, має порушення звичайної узгодженості в секреції різних ендокринних залоз.
Променеве пошкодження статевих залоз при хронічних впливах проникаючої радіації може виникнути дуже рано – до появи клінічних симптомів променевої хвороби. Зміни, що настають у статевих залозах, ведуть до стерильності, зменшення потомства, підвищення мертвонародженості.
Порушення функції гіпофіза, супроводжуючись зміною секреції низки потрійних гормонів, веде до різноманітних вторинних наслідків через порушення функції відповідних залоз. Особливо важлива недостатність надниркових залоз, що різко знижує реактивність організму і стійкість до всіляких шкідливих впливів зовнішнього середовища.
Віддалені наслідки опромінення. Серед віддалених наслідків опромінення найбільше вивчені (крім хронічної променевої хвороби) скорочення середньої тривалості життя, розвиток катаракт, порушення ембріонального розвитку, виникнення злоякісних пухлин.
Опромінення підвищує кількість злоякісних пухлин та прискорює їх виникнення (в експерименті). Найчастіше утворюються пухлини кровотворної тканини (лейкози), молочної залози, шкіри, печінки, щитовидної залози.
Пухлини можуть виникати як за загального, так і місцевого опромінення.
Вплив іонізуючим випромінюванням застосовується і як потужний протипухлинний засіб. Опромінення у своїй завжди проводиться локально. Режим впливу підбирається таким чином, щоб більша частина енергії випромінювання поглиналася пухлини і поблизу неї. Дія радіовипромінювання найбільш ефективно у разі пухлин з підвищеною мітотичною активністю, що мають знижену радіорезистентність.
Сонячні промені
Ультрафіолетові промені (УФО). Ультрафіолетові промені (довжина хвилі від 1880 до 3800 А) проникають тільки в поверхневі шари шкіри і надають біологічну та патологічну дію на організм.
Загальна біологічна дія ультрафіолетових променів на людину виражається трояко:
2. Під впливом ультрафіолетових променів у шкірі з провітаміну 7-дегідрохолестерину фотохімічним шляхом утворюється вітамін D 3 . Мінімальна необхідна кількість ультрафіолетових променів становить 1/8-1/10 еритемної дози на день.
3. Бактерицидний ефект ультрафіолетових променів найбільш виражений у межах довжини хвилі від 2000 до 2800 А (короткохвильовий ультрафіолет). Бактерицидний ефект супроводжується стимуляцією імунологічної реактивності: посилюється вироблення антитіл, підвищується комплементарна активність сироватки крові.
1. Реакція з боку шкіри – ультрафіолетові промені середньохвильового діапазону (2800-3150 А) викликають еритему. Еритема виникає в результаті утворення у місці опромінення гістаміну, що є сильним судинорозширювачем. Вона має різко окреслені межі, настає через певний проміжок часу (від десятків хвилин до кількох годин) і, як правило, переходить і пігментацію – засмагу з утворенням та відкладенням у шкірі пігменту меланіну. Засмагу викликають переважно довгохвильові ультрафіолетові промені (3150-3800 А).
Ультрафіолетові промені найкоротшого діапазону (менше 2000 А) мають озонувальну дію (вакуумний ультрафіолет).
Патогенна дія УФОпроявляється при надмірному опроміненні організму або за наявності підвищеної чутливості (фотосенсибілізація).
Сонячні опіки суворо дома опромінення виникають з хімічної дії УФЛ - надлишкового освіти гістаміну та інших біологічно активних речовин у опромінених тканинах та його наступного токсичного дії як місцевого, і загального характеру.
Поразка очей УФЛ – фотоофтальмія – виникає частіше за відсутності захисту склери очей в умовах посиленої радіації (у електрозварювальників, при роботі у світлолікувальних кабінетах, в арктичних та високогірних районах тощо); з'являється через 2-6 годин, виявляється у болі в очах, гіперемії, набряку кон'юнктиви та повік, зниженні гостроти зору. Спостерігається і загальна реакція організму – головний біль, розбитість, безсоння, тахікардія. Зазвичай, через 5-6 днів ці симптоми зникають.
Загальна дія УФО може виявитися і загальними реакціями при провідній ролі місцевих симптомів, а також як самостійна реакція на загальне ультрафіолетове опромінення – сонячний удар, де провідним є порушення загального стану організму, насамперед функції центральної нервової системи та органів кровообігу.
У механізмі загальної патогенної дії УФО найбільше значення мають два шляхи: гуморальний та неврогенний .
Гуморальні механізми . На місці опромінення під впливом УФО утворюються токсичні продукти - гістамін, ацетилхолін, опромінений холестерин, ергостерин, білково-ліпоїдні комплекси, що надають токсичну дію на стінку капілярів у місці їх утворення, на нервові клітини та чутливі нервові закінчення внаслідок всмоктування в об.
Інтенсивне опромінення шкіри УФЛ викликає гемоліз еритроцитів – так званий фотогемоліз, який особливо посилюється у присутності фотосенсибілізаторів. Фотосенсибілізатори – деякі фарби (еозин, флюоресцеїн), порфірини, лецитин, холестерин – посилюють шкідливу дію УФО.
У деяких людей з порушеним обміном порфірину (порфірія) вже при незначному сонячному опроміненні виникають опіки та стан важкого колапсу внаслідок отруєння токсичними продуктами опроміненого порфірину.
Неврогенні механізми . Можливе рефлекторне збудження деяких вегетативних центрів (судинно-рухового, вагусного, центрів терморегуляції) через рецептори шкіри, подразнювані хімічними речовинами на місці їх утворення.
Можлива і центрогенна дія цих же токсичних продуктів на життєво важливі нервові центри внаслідок всмоктування в потік крові, лімфи та спинномозкову рідину - звідси розлади кровообігу типу колапсу, який іноді може закінчитися смертю (сонячний удар).
Бластомогенна діяна людину можуть надавати УФО з довжиною хвилі від 2900 до 3841 А при тривалому впливі. У тварин пухлини можуть бути спричинені радіацією з ширшим діапазоном хвилі. Поглинанням УФЛ верхніми шарами шкіри визначається до певної міри локалізація пухлин, що розвиваються під їх дією у людини, наприклад плоско- і базальноклітинний рак шкіри. У тварин, у яких шкіра тонша, у значному відсотку випадків виникають і саркоми. У людини пухлини розвиваються на відкритих, незахищених ділянках тіла, а в експериментальних тварин на частинах тіла, позбавлених вовни.
Частота пухлин шкіри зростає із збільшенням кількості поглиненої енергії. Так, підраховано, що у США між 42° і 30° північної широти частота раку шкіри подвоюється з наближенням до екватора кожні 4°. Рак шкіри під впливом УФО виникає після тривалого латентного періоду. Появі раку передують тривалі деструктивно-запальні зміни шкіри, які називаються сонячним кератозом.
Механізм бластомогенного впливу ультрафіолетових променів далеко не зрозумілий. Можна припускати два шляхи цієї дії:
- а) УФО, як і радіоактивна радіація, мають мутагенну властивість (див. «Роль спадковості, конституції та віку в патології»);
- б) під впливом УФО у шкірі можуть утворитися якісь канцерогенні речовини.
Фіолетові промені (3800-4500 А) можуть надавати на організм, на кшталт ультрафіолетових, хімічну дію, але значно менш виражену.
Видимі промені сонячного спектру з довжиною хвилі 5000-7000 А значну ушкоджуючу дію не мають, тому що в основному поглинаються шкірою і не проходять в глиб організму.
Через посередництво ока – органу, спеціалізованого для сприйняття променів сонячного спектру в межах від 4000 до 7600 А, світлові подразнення можуть впливати на весь організм. Роздратування зорових рецепторів світловими променями передається, крім зорових центрів, у вегетативні центри гіпоталамуса і призводить їх у стан слабкого збудження, що у свою чергу сприяє посиленню окисних процесів, підвищенню кров'яного тиску і навіть виникненню деякої ейфорії (у яскравий, сонячний день люди більш усміхнені) товариські, ніж у похмурі, похмурі дні).
Природний ритм освітлення визначає добовий ритм активності тварин і людини, ритм цілого ряду фізіологічних процесів, які найтісніше пов'язані рефлекторними та умовнорефлекторними механізмами з ритмом зміни дня і ночі, ритмом сезонних коливань освітленості. Порушення нормального ритму фізіологічних функцій, пов'язаних із ритмом природної зміни дня і ночі, у ряді випадків ведуть до розвитку хворобливих станів (неврозів), лікування яких потребує відновлення нормального ритму світлових подразнень. Такі порушення можуть бути результатом неправильної побудови робочого та побутового режиму, цілодобового дня та цілодобової ночі за полярним колом тощо.
Інфрачервоні промені. Інфрачервоні промені чинять на організм в основному теплову дію. Промені довжиною хвилі від 7600 до 14 000 А мають велику проникаючу здатність і прогрівають тканини як би зсередини. Промені довжиною хвилі більше 14 000 А поглинаються поверхневими тканинами і можуть давати ефект, що обпалює.
Підвищення температури в результаті поглинання тканинами енергії інфрачервоних променів супроводжується прискоренням різних фізико-хімічних і фізіологічних реакцій організму як місцевого (підвищення проникності судин, розширення їх - пасивна гіперемія, ексудація тощо), так і загального (підвищення обміну речовин, температури тіла, тяжких випадках - порушення механізмів терморегуляції та теплового удару) характеру.
Випромінювання лазера
Лазер, або оптичний квантовий генератор - фізичний прилад, що дозволяє випромінювати монохроматичні пучки світла надзвичайної інтенсивності з малим кутом їх розбіжності. Нефокусований промінь лазера має ширину 1-2 см, з наведеним фокусом від 1 до 0,01 мм і менше. Тому можна концентрувати величезну світлову енергію на площу кілька мікронів і досягати при цьому дуже високих температур. Енергія кожного спалаху лазера може вимірюватися сотнями та тисячами джоулів. Промінь лазера здатний плавити алмаз, сталь та інші матеріали.
Розрізняють лазери імпульсної та безперервної дії; і ті та інші знаходять застосування у медицині. Дія лазерного променя на живі тканини відбувається протягом дуже коротких інтервалів (стотисячні частки секунди), і, мабуть, тому не виникає відчуття болю. Глибина проникнення може регулюватися за допомогою оптичної системи та зазвичай досягає 20-25 мм.
Ступінь поглинання променів лазера залежить від фарбування об'єкта, що опромінюється. Найбільше вони поглинаються пігментованими тканинами, еритроцитами, меланомами та ін. Промені лазера руйнують, розплавляють живі тканини; особливо до них чутливі пухлинні тканини.
Механізм ушкоджуючого впливу променів лазера на біологічні об'єкти складається з ряду факторів:
- 1) термічну дію самого променя і вторинне підвищення температури тканин, що підлягають, в результаті поглинання теплової енергії;
- 2) механічна дія внаслідок виникнення пружних коливань типу ультразвукових або навіть ударної хвилі. Виникає своєрідний «вибуховий ефект» внаслідок миттєвого переходу твердих та рідких речовин організму в газоподібний стан та різкого підвищення внутрішньотканинного тиску (до кількох десятків та сотень атмосфер):
- 3) біологічна дія – у тканинах та клітинах після дії на них променя лазера утворюються токсичні речовини. Можливо, від них залежить прогресуючий некроз клітин після опромінення;
- 4) інактивація чи зміна специфічної дії тканинних ензимів.
Допускається можливість іонізації складових елементів тканин та виникнення магнітних полів.
Ступінь і результат впливу променя лазера залежать від особливостей самого випромінювання (тип лазера, потужність, тривалість дії, щільність випромінювання, частота імпульсів), фізико-хімічних і біологічних особливостей опромінених тканин (ступінь пігментації, кровообіг, гетерогенність тканин, їх еластичність, теплопровідність .).
Внаслідок своїх біологічних та фізико-хімічних особливостей пухлинні клітини більш чутливі до променя лазера, ніж здорові. Саме в онкології цей вид випромінювання і знаходить поки що найбільше застосування. Крім того, лазер використовується для безкровних операцій у хірургії, офтальмології та ін.
