Глава IV. ОПТИКА

§ 8. Биологическое действие инфракрасного излучения и его применение в ветеринарии

Инфракрасным (ИК) называют электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 2 мм до 760 нм. Механизм инфракрасного излучения следующий. В результате теплового движения (колебания, столкновения) атомы и молекулы могут переходить в возбужденное состояние (состояние с большей энергией). При обратном переходе атома или молекулы из состояния с большей в состояние с меньшей энергией и происходит инфракрасное излу-

Биологическое действие ИК-излучения в основном тепловое. Повышение температуры (в допустимых пределах) активизирует деятельность клеток, ускоряет их размножение и обменные процессы. Действие ИК-излучения на животное начинается с эффектов, происходящих в коже. Волосяной покров, роговой слой кожи, весь эпидермис прозрачны для ИК-излучения. В основном оно поглощается в дерме и около 25-30% излучения достигает подкожного жирового слоя и даже расположенных под ним органов (на глубине 6-8 см). Температура слоев кожи, поглощающих ИК-излучение, повышается, что приводит к раздражению содержащихся в коже рецепторов. В рецепторах возникают потенциалы действия, поступающие в центр терморегуляции в гипоталамусе. В результате в месте облучения усиливается циркуляция крови, увеличивается снабжение ткани кислородом, что ведет к активизации ее биологических функций.

Инфракрасное излучение широко применяется в медицинской и ветеринарной физиотерапии. Его используют при лечении заболеваний кожи, лимфатической системы, суставов (ревматизм, артриты), плевритов, маститов и др. ИК-излучение сильно поглощается водой, усиливая испарение, и тем самым оказывает высушивающее действие на влажные поверхности. Это свойство применяют при лечении мокнущих экзем и отморожений. Преимущество ИК-терапии перед другими тепловыми методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что

29

особенно важно при открытых повреждениях. ИК-излучение свободно проникает через обычные перевязочные материалы.

Широкое распространение получили установки инфракрасного обогрева помещений для сельскохозяйственных животных, особенно молодняка. В ранний постнатальный период у молодняка еще не стабилизирована терморегуляция, кроме того, новорожденным животным нужно обсохнуть. Поэтому искусственный обогрев помещений помогает молодняку быстрее адаптироваться к условиям внешней среды, а также избежать заболеваний, связанных с переохлаждением.

Однако, проводя указанные выше терапевтические процедуры, следует всегда помнить, что интенсивное ИК-излучение оказывает вредное действие на глаза, поскольку сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом. Оно может приводить к катаракте, отслоению сетчатки и другим заболеваниям глаз, которые наблюдаются у пекарей, литейщиков, кузнецов и работников других профессий, имеющих дело с раскаленными телами, испускающими сильное ИК-излучение. Поэтому при работе с такими источниками необходимо надевать защитные очки. Это касается и врачей, проводящих процедуры с использованием ИК-излучения.

Органы теплокровных животных и человека излучают в ИК диапазоне. Созданы специальные приборы, регистрирующие это излучение – тепловизоры. Очаг воспаления имеет повышенную температуру и на экране тепловизора выглядит ярче, что помогает диагностировать многие опухолевые заболевания на ранних стадиях. Современная аппаратура выявляет злокачественные опухоли, даже если их температура всего на сотые доли градуса превышает температуру окружающих тканей. Хорошо видны на экране тепловизора и находящиеся близко под кожей вены, так как их температура немного выше температуры окружающих тканей, и они создают более интенсивное ИК-излучение. Изображения вен в ИК диапазоне позволяют надежно обнаруживать места закупорки сосудов тромбами. Современные тепловизоры совмещены с компьютерами, что позволяет получать, сохранять и обрабатывать как визуальную, так и цифровую картину исследуемого органа или ткани. Таким образом, термография – важный метод медицинской и ветеринарной диагностики.

§ 9. Биологическое действие ультрафиолетового излучения и его применение в ветеринарии

Ультрафиолетовое (УФ) излучение охватывает диапазон длин волн от 10 до 400 нм. Механизм УФ-излучения аналогичен механизму ИК-излучения и вообще любого светового излучения. Оно возникает при переходе электронов в атоме с более высоких на более низкие энергетические уровни. Только в отличие от инфракрасного излучения и видимого света здесь переходы электронов происходят между более удаленными (по энергии) уровнями.

30

УФ-излучение солнца сильно поглощается озоновым слоем и предохраняет живые организмы от необратимых фотохимических реакций, происходящих в организме при поглощении ультрафиолета. Кроме того, ультрафиолет в значительной степени поглощается стеклом, поэтому в закрытых помещениях его почти нет.

Из искусственных источников УФ-излучения наиболее распространены газоразрядные ртутные лампы с баллонами (часто в форме трубки) из кварцевого или увиолевого стекол, которые в отличие от обычного стекла прозрачны для ультрафиолета. Как следует из названия, стеклянная трубка заполнена парами ртути, рис. 19. На концах

ра электродов теперь поддерживается током в лампе1. При прохождении разряда через ионизированный газ, он начинает светиться. Пары ртути светятся преимущественно в ультрафиолетовой области спектра: атомы ртути возбуждаются при столкновениях с электронами и ионами и затем, переходя в невозбужденное состояние, излучают фотоны ультрафиолетовой части спектра. Стенки газоразрядной трубки изнутри могут быть покрыты специальным составом – люминофором. Под действием свечения газа люминофор сам начинает светиться, только в более длинноволновой части спектра. В ветеринарной практике обычно используют лампы типа ЭУВ – эритемные увиолевые (с люминофором), создающие излучение с длинами волн 280-380 нм, и БУВ – бактерицидные увиолевые (без люминофора) с излучением 253-265 нм. Для регистрации УФ-излучения применяют чувствительные к этой области спектра фотоэлементы, а также фотопленки и люминесцирующие вещества.

По биологическому действию выделяют следующие используемые в медицине и ветеринарии зоны излучения.

Зона А – антирахитная, с длиной волны 315-380 нм. Отличается укрепляющим и закаливающим организм действием, которое свойственно достигающей Земли части УФ-излучения солнца. Под действием этого излучения в организме синтезируется витамин D, при недостатке которого кальций, входящий в состав пищи не усваивается, и потребность в нем восполняется за счет кальция костей, а это ведет к рахиту. У больных рахитом детей и молод-

1 На схеме рис. 19 изображена катушка индуктивности – дроссель, который создает значительное сопротивление переменному току, что ограничивает неуправляемое возрастание тока в цепи на уровне режима нормального тлеющего разряда.

31

няка сельскохозяйственных животных нарушается формирование скелета, кости становятся гибкими, дети и животные перестают ходить и расти.

Зона В – эритемная, с длиной волны 280-315 нм. Характеризуется эритемным действием. Применяется в лечебно-профилактических целях. Поясним смысл эритемного действия ультрафиолета. В ткани организма УФизлучение проникает неглубоко (0,1-10 мм), однако вызывает при этом сложную биологическую воспалительную реакцию. Ультрафиолетовые фотоны могут разрушать крупные биомолекулы на «осколки». Этот процесс называется фотолизом. Образовавшиеся молекулы-осколки (гистамин, ацетилхолин и др.) обладают высокой биологической активностью. Например, гистамин расширяет кровеносные сосуды, в результате чего возникает гиперемия, то есть увеличение кровенаполнения облученного участка кожи. При большой интенсивности излучения кожа краснеет и воспаляется. Это интенсивное покраснение кожи называют эритемой. Она проявляется через 6-12 часов после действия излучения, удерживается в течение нескольких дней, затем проходит, оставляя на длительное время светло-коричневую пигментацию1 кожи (загар). При этом также образуется витамин D. И не только у человека, но и у новорожденных животных, лишенных волосяного или перьевого покрова, который не пропускает ультрафиолет. Поэтому облучение молодняка скота и птицы ультрафиолетом в этом диапазоне широко применяется в промышленном животноводстве. Наиболее эффективно комбинированное облучение ультрафиолетовыми, инфракрасными лучами и видимым светом. Кроме того, исследования последних лет показали перспективность ультрафиолетовой аутогемотерапии – облучения крови с целью стимуляции защитных свойств организма животных при различных внутренних болезнях, а также при симптоматическом бесплодии. Кровь для облучения берут из яремной вены, смешивают с антикоагулянтом, облучают в кварцевых кюветах и вводят обратно в кровеносный сосуд того же животного. Количество облучаемой крови рекомендуется брать из расчета 1-2 мл на 1 кг массы животного.

Зона С – бактерицидная, с длиной волны 200-280 нм. Отличается бактерицидным (убивающим бактерии и вирусы) действием: УФ-излучение изменяет структуру белков и нуклеиновых кислот, входящих в состав бактерий и вирусов. Фотоны УФ-излучения выбивают из белковых молекул электроны, заряд молекул меняется, что приводит к денатурации белков. Такие белки перестают функционировать. Электроны выбиваются ультрафиолетовыми фотонами и из нуклеиновых кислот, входящих в состав молекул ДНК и РНК. Это приводит к ошибкам в репликации и транскрипции. Возникают мутации, как правило, не совместимые с жизнью микроорганизма. В медицине и ветеринарии УФ-излучение этого диапазона используется как средство дезинфекции. Например, для обеззараживания воздуха в закрытых помещениях. Такую санацию воздушной среды применяют в операционных и перевязочных, что резко повышает хирургическую асептику. Бактерицидный эффект

1 пигмент меланин

32

УФ-излучения широко используют в промышленном птицеводстве, так как из-за высокой концентрации поголовья создается опасность аэрогенных инфекций вследствие микробной загрязненности воздуха в птичнике. Бактерицидное облучение воздушной среды при выращивании цыплят показало, что облучение воздуха 3 раза в день по 5-25 минут приводит к значительному улучшению состояния цыплят и увеличению их живой массы по сравнению с цыплятами из контрольных помещений. В целях дезинфекции ультрафиолетовому облучению подвергают приточный и вытяжной воздух изоляторов, карантинных и других помещений в животноводческих комплексах. Помимо дезинфицирующего действия УФ-излучение способствует улучшению ионного состава воздуха (увеличивает концентрацию легких аэроионов), снижению количества сероводорода и углекислого газа. При работе источников УФ-излучения образуется озон, окисляющий газовые составляющие (обладающие, как правило, дурным запахом) вытяжного воздуха животноводческих помещений.

Ультрафиолетовое излучение сильно поглощается наружной оболочкой глазного яблока (роговицей) и может вызвать ее ожог. Поэтому, рабо-

тая с источником УФ-излучения, например, кварцевой лампой, или находясь в ясную погоду высоко в горах, необходимо защищать глаза специальными очками.

33