Медицинские эффекты ультрафиолетового излучения.

Медицина давно и широко применяет ультрафиолетовое излучение для диагностики и лечения заболеваний, с его помощью дезинфицируют помещения. Волны ближнего диапазона имеют бактерицидные свойства.

При облучении клетки тканей люминесцируют и обнаруживаются возбудители грибковых инфекций и клетки злокачественных опухолей.

УФ-излучение поглощается эпидермисом кожи и проникает на миллиметр внутрь – а в результате фотохимических реакций кожа выделяет биологически активные вещества, расширяются кровеносные сосуды и возникает незначительное покраснение кожи, вырабатывается витамин D3, который регулирует обмен кальция и фосфора. Стимулируется работа нервной системы, обмен веществ и иммунитет, ускоряются процессы заживления, усиливаются защитные силы организма.

Светолечение (синоним фототерапия)

использование светового излучения (видимого, инфракрасного, ультрафиолетового) с лечебной и профилактической целями; метод физиотерапии (Физиотерапия). Физиологическое действие светового излучения зависит от длины волны (т.е. вида излучения) и энергии поглощенных квантов излучения. Энергия инфракрасного излучения поглощается тканями на глубину от 3 мм до 4 см, а ультрафиолетового — не глубже 1 мм. Действие светолечения зависит от спектрального состава и мощности используемого излучения, экспозиции, локализации и площади облучаемой поверхности, а также реактивности организма. Для светолечения применяют искусственные источники света. Использование с лечебно-профилактической целью облучения солнечным светом называется солнцелечением, или гелиотерапией (Гелиотерапия).

Энергия инфракрасного (длина волн 340 мкм — 760 нм) и видимого (760—400 нм) излучения при поглощении тканями переходит в основном в теплоту, вызывая усиление кровообращения, потоотделения и обмена веществ в тканях, что способствует рассасыванию воспалительных очагов и уменьшению интенсивности болевого синдрома не только в месте непосредственного воздействия на кожу, но и во внутренних органах. Под влиянием инфракрасного излучения может появиться эритема, образующаяся за счет расширения поверхностных кровеносных сосудов. Некоторые лекарственные средства, мази на вазелине, красители (например, эозин, метиленовый синий), метаболиты, входящие в состав желчи, гематопорфирин и др., способны повышать чувствительность организма к свету и провоцировать развитие тяжелых общих реакций с образованием на участках тела, подвергшихся облучению, отеков и даже некроза.

Показаниями к С. с преимущественным использованием инфракрасного излучения служат заболевания опорно-двигательного аппарата, болезни и травмы ц.н.с. и периферической нервной системы, некоторые заболевания внутренних органов, периферических сосудов, болезни глаз, уха, кожи, остаточные явления после ожогов и отморожений.

Абсолютными противопоказаниями для С. с преимущественным использованием инфракрасного излучения, как и других видов теплового лечения (Тепловое лечение), являются новообразования или подозрение на их наличие, активные формы туберкулеза, кровотечения, недостаточность кровообращения IIБ—III стадии.

Для С. с использованием инфракрасного излучения применяют светооблучательные установки на штативе, стационарные соллюкс-лампы (мощностью 300—1000 Вт) и настольные (мощность 150 Вт), переносные лампы (лампы Минина). До 88—90% спектра излучения соллюкс-лампы составляют инфракрасные лучи. Во время процедуры рефлектор с лампой устанавливают несколько сбоку от больного на расстоянии 20—100 см от облучаемой поверхности, добиваясь появления у пациента ощущения ровного приятного тепла. Процедуры проводят 1—2 раза в день по 15—60 мин, на курс назначают 20—25 процедур. Для светотеплового воздействия на туловище и конечности предназначена аппаратура, представляющая собой металлический каркас, на внутренней поверхности которого находятся от 8 до 16 ламп накаливания; на тело больного при этом действуют лучи видимой и инфракрасной части спектра, а также нагретый примерно до t° 70° воздух. Каркас с лампами и облучаемый участок тела покрывают простыней, а сверху — одеялом. Во избежание ожога лампы накаливания должны находиться от тела больного на расстоянии 15—100 см в зависимости от мощности ламп. Продолжительность процедуры, проводимой ежедневно или через день, составляет 20—40 мин. На курс лечения назначают 10—12 процедур.

Светолечение с применением УФ-излучения (длина волны в области А — 400—315 нм, в области В — 315—280 нм и в области С — 280 нм и короче) стимулирует активность ферментов клеток кожи, способствует ускоренному высвобождению или повышенному выбросу в кровоток биологически активных веществ (гистамина, серотонина, ацетилхолина), вызывающих расширение сосудов в местах облучения. При воздействии на организм части спектра в диапазоне воли 400—280 нм синтезируется витамин D3 в коже. УФ-излучение усиливает активность симпатоадреналовой системы, стимулирует кроветворение, обмен веществ, процессы регенерации тканей, снижает болевую чувствительность, оказывает гипосенсибилизирующий эффект. Через 2—8 ч после УФ-облучения в его зоне появляется эритема, достигающая максимального развития через 10—24 ч. Затем гиперемия постепенно уменьшается; а спустя 2—3 дня на месте эритемы кожа темнеет, появляется так называемый загар.

В аппаратах для УФ-облучения, или УФ-облучателях, применяемых с целью С., используют ртутные трубчатые (так называемые ртутно-кварцевые) или люминесцентные эритемные лампы. Существуют многочисленные модели УФ-облучателей: для групповых облучений (УГД 2; УГД 3; ЭГД 5), для общих и индивидуальных облучений (ЭОД 10), для местных индивидуальных облучений (ОРК 21; ОКН 11; УГН 1).

Дозу УФ-облучения определяют с помощью измерительных приборов с учетом индивидуальной чувствительности больного. Обычно фоточувствительность кожи разных участков тела неодинакова и зависит от возраста больного, времени года (она повышается весной, снижается осенью после пребывания летом на солнце) и времени, прошедшего после последнего УФ-облучения; фоточувствительность не зависит от цвета кожи. Чувствительность кожи к УФ-излучению усиливается при повышении функции щитовидной железы, болезни Рейно, некоторых формах экземы, снижается при дизентерии, брюшном тифе, ревматизме, ревматоидном артрите, длительном гнойном воспалительном процессе, заболеваниях периферической нервной системы, газовой гангрене. Изменение чувствительности кожи к УФ-излучению может быть связано с приемом некоторых лекарственных средств, например сульфаниламидов, налидиксовой кислоты (невиграмона) и др. Интенсивность эритемы увеличивается при одновременном воздействии на кожу УФ-излучения и лучей видимой части спектра или гальванического тока, УВЧ и охлаждения.

При определении индивидуальной биологической дозы (биодозы) УФ-облучения сначала устанавливают минимальную продолжительность облучения УФ-лучами для получения самой слабой (пороговой) эритемной реакции. Биодозиметр помещают на коже живота, лампа УФ-излучателя находится на расстоянии 50 см. Облучение начинают с 1/2 мин (первое отверстие в биодозиметре) и заканчивают 3 мин (последнее отверстие). Интенсивность эритемы определяют через 8—24 ч. При УФ-терапии группы больных можно ориентироваться на средние результаты, полученные при определении биодозы от данной лампы у 10 человек.

Целью местного УФ-облучения является терапевтическое воздействие Уф-лучей на кожу, слизистую оболочку или определенную рефлексогенную зону. Обычно при местной УФ-терапии применяют эритемные дозы УФ-излучения (так называемая эритемотерапия). Расстояние от лампы до облучаемой поверхности должно быть равно 50 см. В один день облучают не более 600—800 см2 кожи (за исключением «трусиковой» зоны). Повторные облучения одного и того же участка проводят по мере исчезновения эритемы после предыдущих облучений, т. е. через 1—2 дня. Доза каждого последующего облучения превышает предыдущую на 50—100%. Число облучений одного участка кожи не должно превышать 5, слизистых оболочек — 10. Для облучения слизистой оболочки носа и небных миндалин используют УФ-облучатель для уха, горла, носа.

При общем (групповом или индивидуальном) УФ-облучении воздействию УФ-лучей подвергается вся поверхность тела (у женщин должны быть прикрыты молочные железы). Общее облучение начинают с 1/4 или 1/2 биодозы, прибавляя ежедневно или через день по 1/4—1/2 биодозы. Курс состоит из 15—20 облучений. Для проведения групповых или индивидуальных общих облучений оборудуют специальные помещения — фотарии. Обычно их организуют при здравпунктах предприятий, спортивных учреждениях, профилакториях, домах отдыха, санаториях, детских садах, школах. Площадь фотария составляет 16—25 м2. Кроме того, организуют фотарии кабинного типа (с одноместными кабинами размером 0,7×0,9 м) и проходного типа (в виде коридора шириной до 1,5 м и длиной 30 м, по которому медленно движется поток людей из душевой в раздевальню).

Детей, особенно ослабленных или недоношенных, начинают облучать с 1/10—1/8 биодозы. Облучение проводят через день, постепенно повышая дозу до 11/2—13/4 биодозы. Такая доза облучения сохраняется до конца курса лечения. На курс назначается 15 процедур. Новорожденным общее УФ-облучение можно назначать после 1 мес., местное — после 10 дней жизни.

Показаниями к светолечению с использованием УФ-облучения служат острые и хронические заболевания суставов, органов дыхания, женских половых органов, кожи, периферической нервной системы, наличие раневых поверхностей (местное облучение). УФ-облучение применяют при ультрафиолетовой недостаточности (так называемом световом, или солнечном, голодании), которая проявляется нарушением трофических, обменных и регуляторных процессов, защитных функций организма вследствие длительного отсутствия или недостаточного воздействия на него УФ-излучения солнца, а также с целью повышения сопротивляемости организма различным инфекциям, закаливания, профилактики рахита, при туберкулезном поражении костей, суставов, лимфатических узлов. Комбинированное воздействие УФ-излучения с длиной волны 400—315 нм и фотосенсибилизирующих средств, например псоралена (так называемая PUVA-тервпия), применяют при лечении псориаза. УФ-излучение с длиной волны 253,7 нм оказывает бактерицидное действие, поэтому его используют для обработки инфицированных раневых поверхностей.

Противопоказаниями для УФ-терапии являются злокачественные новообразования, активная форма туберкулеза легких, недостаточность кровообращения III стадии, гипертоническая болезнь II—III стадии, выраженный атеросклероз, повышенная функция щитовидной железы, почечная недостаточность, заболевания нервной системы, сопровождающиеся резким истощением, малярия, системная красная волчанка.

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения

Нельзя не отметить и бактерицидную функцию УФ-лучей. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности оперблоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.

Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при очень сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253...267 нм наиболее эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм,- 0,01% максимальной.

Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе.

Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и непосредственно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели.

Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.

Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей

Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации (обеззараживания) воды, воздуха и различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека. В наиболее распространённых лампах низкого давления 86 % излучения приходится на длину волны 254 нм, что хорошо согласуется с пиком кривой бактерицидной эффективности (то есть эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Этот пик находится в районе длины волны излучения равной 254 нм, которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества (например, вода) задерживают проникновение УФ.

Бактерицидное УФ излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию.

Ультрафиолетовая обработка воды, воздуха и поверхности не обладает пролонгированным эффектом. Достоинство данной особенности заключается в том, что исключается вредное воздействие на человека и животных. В случае обработки сточных вод УФ флора водоемов не страдает от сбросов, как, например, при сбросе вод, обработанных хлором, продолжающим уничтожать жизнь ещё долго после использования на очистных сооружениях.

Кварцевая лампа, используемая для стерилизации в лаборатории

Защитные функции организма

В естественных условиях вслед за эритемой развивается пигментация кожи - загар. Спектральный максимум пигментации (340 нм) не совпадает ни с одним из пиков эритемной чувствительности. Поэтому, подбирая источник излучения можно вызвать пигментацию без эритемы и наоборот.

Эритема и пигментация не являются стадиями одного процесса, хотя они и следуют одна за другой. Это проявление разных, связанных друг с другом процессов. В клетках самого нижнего слоя эпидермиса - меланобластах - образуется кожный пигмент меланин. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты и продукты распада адреналина.

Меланин - не просто пигмент или пассивный защитный экран отгораживающий живые ткани. Молекулы меланина представляют собой огромные молекулы с сетчатой структурой. В звеньях этих молекул связываются и нейтрализуются осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь и внутреннюю среду организма.

Функция загара заключается в защите клеток дермы, расположенных в ней сосудах и нервах от длинноволновых ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей, вызывающих перегрев и тепловой удар. Ближние инфракрасные лучи и видимый свет, особенно его длинноволновая, "красная" часть, могут проникать в ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовые лучи, - на глубину 3...4 мм. Гранулы меланина - темно-коричневого, почти черного пигмента - поглощают излучение в широкой области спектра, защищая от перегрева нежные, привыкшие к постоянной температуре внутренние органы.

Оперативный механизм защиты организма от перегрева - прилив крови к коже и расширение кровеносных сосудов. Это приводит к увеличению теплоотдачи посредством излучения и конвекции (Общая поверхность кожного покрова взрослого человека составляет 1,6 м2). Если воздух и окружающие предметы имеют высокую температуру, вступает в действие еще один механизм охлаждения - испарение за счет потоотделения. Эти механизмы терморегуляции предназначены для защиты от воздействия видимых и инфракрасных лучей Солнца.

Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.

Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)

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

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

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

Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310...340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.

Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300...340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.

Действие на кожу

Действие ультрафиолетового облучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи (загар), приводит к ожогам.

Воздействие ультрафиолета на кожу заметно влияет на метаболизм нашего организма. Общеизвестно, что именно УФ-лучи инициируют процесс образования эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета. Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина - гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней на 7 % увеличивалось содержание серотонина - "гормона бодрости", участвующего в регуляции эмоционального состояния. Его дефицит может приводить к депрессии, колебаниям настроения, сезонным функциональным расстройствам. При этом количество мелатонина, обладающего тормозящим действием на эндокринную и центральную нервную системы, снижалось на 28%. Именно таким двойным эффектом объясняется бодрящее действие весеннего солнца, поднимающего настроение и жизненный тонус.

Действие излучения на эпидермис - наружный поверхностный слой кожи позвоночных животных и человека, состоящий из многослойного плоского эпителия человека, представляет собой воспалительную реакцию называемую эритемой. Первое научное описание эритемы дал в 1889 г. А.Н. Макла-нов (Россия), который изучил также действие ультрафиолетовых лучей на глаз (фотоофтальмию) и установил, что в основе их лежат общие причины.

Различают калорическую и ультрафиолетовую эритему. Калорическая эритема обусловлена воздействием видимых и инфракрасных лучей на кожу и прилива к ней крови. Она исчезает почти сразу после прекращения действия облучения.

После прекращения воздействия УФ-облучения, через 2..8 часов появляется покраснение кожи (ультрафиолетовая эритема) одновременно с ощущением жжения. Эритема появляется после скрытого периода, в пределах облученного участка кожи, и сменяется загаром и шелушением. Длительность эритемы имеет продолжительность от 10... 12 часов до 3...4 дней. Покрасневшая кожа горяча на ощупь, чуть болезненна и кажется набухшей, слегка отечной.

По существу эритема представляет собой воспалительную реакцию, ожог кожи. Это особое, асептическое (Асептический - безгнилостный) воспаление. Если доза облучения слишком велика или кожа особенно чувствительна к ним, отечная жидкость, накапливаясь, отслаивает местами наружный покров кожи, образует пузыри. В тяжелых случаях появляются участки некроза (омертвения) эпидермиса. Через несколько дней после исчезновения эритемы кожа темнеет и начинает шелушиться. По мере шелушения слущивается часть клеток, содержащих меланин (Меланин - основной пигмент тела человека; придает цвет коже, волосам, радужной оболочке глаза. Он содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света), загар бледнеет. Толщина кожного покрова человека варьирует в зависимости от пола, возраста (у детей и стариков - тоньше) и локализации - в среднем 1..2 мм. Его назначение - защитить организм от повреждений, колебаний температуры, давления.

Основной слой эпидермиса прилегает к собственно коже (дерме), в которой проходят кровеносные сосуды и нервы. В основном слое идет непрерывный процесс деления клеток; более старые вытесняются наружу молодыми клетками и отмирают. Пласты мертвых и отмирающих клеток образуют наружный роговой слой эпидермиса толщиной 0,07...2,5 мм (На ладонях и подошвах, главным образом за счет рогового слоя, эпидермис толще, чем на других участках тела), который непрерывно слущивается снаружи и восстанавливается изнутри.

Если падающие на кожу лучи поглощаются мертвыми клетками рогового слоя, они не оказывают на организм никакого влияния. Эффект облучения зависит от проникающей способности лучей и от толщины рогового слоя. Чем короче длина волны излучения, тем меньше их проникающая способность. Лучи короче 310 нм не проникают глубже эпидермиса. Лучи с большей длиной волны достигают сосочкового слоя дермы, в котором проходят кровеносные сосуды. Таким образом, взаимодействие ультрафиолетовых лучей с веществом происходит исключительно в коже, главным образом в эпидермисе.

Основное количество ультрафиолетовых лучей поглощается в ростковом (основном) слое эпидермиса. Процессы фотолиза и денатурации приводят к гибели шиловидных клеток зародышевого слоя. Активные продукты фотолиза белков вызывают расширение сосудов, отек кожи, выход лейкоцитов и другие типичные признаки эритемы.

Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается.

Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.

Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.

С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250...255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.

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

Длительное действие ультрафиолета способствует развитию меланомы, различных видов рака кожи, ускоряет старение и появление морщин.

Действие на сетчатку глаза

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).

Защита глаз

Для защиты глаз от вредного воздействия ультрафиолетового излучения используются специальные защитные очки, задерживающие до 100 % ультрафиолетового излучения и прозрачные в видимом спектре. Как правило, линзы таких очков изготавливаются из специальных пластмасс или поликарбоната.

Многие виды контактных линз также обеспечивают 100 % защиту от УФ-лучей (обратите внимание на маркировку упаковки).

Фильтры для ультрафиолетовых лучей бывают твердыми, жидкими и газообразными. Простые стекла поглощают ультрафиолетовые лучи, начиная с 408 нм. Специальные сорта стекол прозрачны до 300—230 нм, кварц прозрачен до 214 нм, флюорит — до 120 нм. Для еще более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива и приходится применять отражательную оптику — вогнутые зеркала. Однако для столь короткого ультрафиолета непрозрачен уже и воздух, который заметно поглощает ультрафиолет, начиная с 180 нм.

Действие ультрафиолетового излучения на клетку

В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.

Процессы фотолиза и денатурации белков идут параллельно и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.

Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.

Значение механизма действия на нуклеиновую кислоту объясняется тем, что каждая молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) уникальна. ДНК - это наследственная память клетки. В ее структуре зашифрована информация о строении и свойствах всех клеточных белков. Если любой белок присутствует в живой клетке в виде десятков и сотен одинаковых молекул, то ДНК хранит информацию об устройстве клетки в целом, о характере и направлении процессов обмена веществ в ней. Поэтому нарушения в структуре ДНК могут оказаться непоправимыми или привести к серьезному нарушению жизнедеятельности.

Действие УФ-излучения на организм.

В заключительном разделе обзора рассмотрим ДЕЙСТВИЕ УФ-ИЗЛУЧНИЯ НА ОРГАНИЗМ. Его особенности для млекопитающих и человека обусловлены, с одной стороны, принципиальной идентичностью фотохимических процессов, протекающих в клетках прокариотов и эукариотов, а с другой – относительно низкой проникающей способностью УФ-излучения. Поэтому все основные проявления УФ-радиации развиваются в покровных тканях млекопитающих – эпителии роговицы и конъюнктивы глаза и эпидермисе кожи. Так, в клетках эпителия роговицы крыс развивается УФ-болезнь, подобная наблюдающейся у инфузорий (см. выше). При последующем освещении видимым светом восстанавливается до 60% фотоповреждений роговицы. Также оказалось, что видимый свет в 1,8 раза ослабляет развитие эритемы кожи человека под действием УФ-излучения. Следовательно, большая часть фотоповреждений клеток млекопитающих и человека, как и летальный эффект у микроорганизмов, подвержены репарации за счет фотореактивации и имеют своей основой индукцию образования димеров в ДНК клеточных ядер под действием УФ-излучения.

Дегенерация и массовая гибель клеток эпителия роговицы и конъюнктивы влечет за собой развитие фотоофталмии – острого конъюнктивита и кератита. Длинноволновое УФ-излучение обладает большей проникающей способностью, чем коротковолновое, и в больших дозах при многократном воздействии вызывает дегенеративные изменения и снижение прозрачности эпителия передней стенки хрусталика, вплоть до образования катаракты. Оказалось, что после удаления хрусталика при катаракте пациенты могут видеть УФ-излучение в области 300 – 400 нм, в норме поглощаемое хрусталиком.

УФ-эритема – это, в сущности, асептическое воспаление, развивающееся вследствие гибели клеток шиповидного и, в меньшей степени, базального слоев эпидермиса. Она проявляется в виде локальной гиперемии, припухлости, гипертермии и легкой болезненности. При более высоких дозах возникает отек кожи с образованием волдырей (II степень) и даже некрозов (III степень). Самый наружный, роговой слой эпидермиса толщиной 0,03 мм состоит из омертвевших клеток, которые постепенно оттесняются кнаружи и слущиваются. Он выполняет барьерную функцию, поглощая коротковолновое УФ-излучение, в том числе и в области нуклеинового пика. Лишь длинноволновое УФ-излучение с максимумом действия 297 нм достигает жизнеспособных и делящихся клеток эпидермиса, оказывая на них летальное действие и вызывая тем самым утолщение рогового слоя.

Коротковолновое УФ-излучение вносит свой вклад в развитие эритемной реакции опосредованно, за счет фотохимического образования в клетках рогового слоя гистамина, радикалов, перекисей и других активных продуктов. Генерализация первоначально местного процесса обусловлена поступлением в кровь и лимфу продуктов распада клеток, перекисного окисления их компонентов, а также биологически активных веществ – гистамина, комплекса лизосомальных протеаз и нуклеаз, серотонина, гепарина, катехоламинов и других продуктов активации тучных клеток. Это приводит к раздражению нервных окончаний и развитию рефлекторных сосудистых реакций. В биологическом действии УФ-излучения эритема – не только одно из важнейших локальных проявлений действия ультрафиолета, но и источник гуморальных и нервных влияний на весь организм.

При естественной инсоляции вслед за эритемой развивается пигментация. Однако существует и длинноволновая пигментация с максимумом при 340 нм, развивающаяся без эритемы. В основе феномена развития пигментации лежит накопление зерен пигмента меланина в меланоцитах – особых клетках базального слоя эпидермиса. Меланин – это полимер, образующийся в ряду сложных ферментативных превращений аминокислоты фенилаланина. Его молекулы формируют сложную сетчатую структуру, способную фиксировать свободные радикалы и другие активные продукты облучения. Сам меланин, экстрагированный из клеток в виде раствора, может поглощать наряду с видимым и инфракрасным светом также и УФ-излучение. Но в клетках он присутствует в виде гранул, что не обеспечивает физического экранирования. Очевидно, главный защитный механизм действия меланина при УФ-облучении имеет не физическую, а биохимическую природу и состоит в связывании и частичной инактивации продуктов облучения. Меланин выполняет функцию своего рода громоотвода для стока избыточной электронной энергии фотовозбуждения.

Основная защитная реакция кожи на многократное УФ-облучение у белокожих европеоидов – реактивное утолщение рогового слоя эпидермиса и усиленная пролиферация клеток, расположенных более глубоко. Хроническое облучение ультрафиолетом сопровождается утолщением кожи, ее огрублением и постарением, развитием так называемого актинического кератоза, телеангиэктазий, келоидных рубцов на месте ожога, лейкоплакий и со временем у части лиц базиолом и плоскоклеточного рака кожи.

Существенные индивидуальные (врожденные и приобретенные), этнические и расовые различия в степени пигментированности кожи обуславливают и значительные различия в фоторезистентности. Пигментация, несомненно, имеет приспособительное значение для популяций, проживающих в районах с высоким уровнем инсоляции. У негроидов толщина рогового слоя такая же, как и у белокожих европеоидов. Повышенная фоторезистентность лиц черной расы обусловлена, прежде всего, высокой их пигментированностью. Кроме того, у них развит аппарат кожного потоотделения. Присутствие в составе пота уроканиновой кислоты, образующейся из гистамина в роговом слое облученной кожи, обеспечивает дополнительное экранирование кожи от УФ-излучения. Среди европеоидов наибольшей фоточувствительностью характеризуются ирландцы и скандинавы, лица с рыжей окраской волос, голубыми глазами и белой, склонной к образованию веснушек кожей.

Индукция УФ-радиацией молекулярных повреждений структуры и функций ДНК и генетического механизма клеток в целом создает предпосылки для мутагенеза. Мутагенез, индуцированный УФ-излучением и другими физическими и химическими агентами, идет при участии ферментов репарации и возникает вследствие ее ошибок. За счет низкой проникающей способности УФ-излкчения сфера его мутагенных возможностей ограничивается вирусами, микроорганизмами, простейшими, пыльцой растений, яйцами насекомых и т.д.. УФ-мутагенез успешно используется в промышленности антибиотиков, ферментов, аминокислот для получения и последующего отбора и культивирования наиболее высокопроизводительных штаммов микроорганизмов – производителей биологически активных веществ.

Применительно к человеку, мутагенная активность УФ-излучения выражается в индукции соматических мутаций в клетках кожи. Возникновение клонов трансформированных клеток эпидермиса представляет собой один из этапов процесса возникновения опухоли. Существуют многочисленные эпидемиологические и экспериментальные доказательства канцерогенного действия УФ-излучения. Так, установлен отчетливый рост заболеваемости раком кожи (базилиомой и плоскоклеточным раком) в направлении от полюсов Земли к экватору, с увеличением высоты стояния солнца над горизонтом, интенсивности инсоляции, числа ясных дней в году, доли УФ-компоненты в световом потоке. Рак кожи в 80-90% случаев локализован на лице и других открытых частях тела. Наибольшая частота отмечена у лиц, постоянно находящихся под солнцем в силу своей профессии (моряки, скотоводы, геологи и др.). Все это подтверждает роль УФ-излучения в этиологии рака кожи у человека. С увеличением пигментации кожи заболеваемость раком кожи многократно снижается. Высокая фоточувствительность белокожих ирландцев и скандинавов, особенно рыжих, веснушчатых и голубоглазых, сочетается с высокой частотой развития у них кожных форм рака. Поэтому в низких широтах заболевают раком кожи, главным образом, белокожие выходцы из более высоких широт, тогда как пигментированные аборигены почти не болеют.

Получены подтверждения связи с инсоляцией также этиологии злокачественной меланомы. Наблюдается увеличение заболеваемости от полюсов к экватору, особенно среди слабо пигментированных европеоидов. Предполагают, что в этиологии меланом УФ-излучение выступает в роли коканцерогена, взаимодействующего с химическими канцерогенами и вызывающими развитие опухоли. В то же время рост заболеваемости меланомой в ряде стран, в том числе Северной Европы, в последние десятилетия связывают с изменением привычек значительной части населения. К ним относятся частые и длительные солнечные ванны, ношение более короткой и легкой летней одежды и чулок из синтетических тканей, прозрачных для УФ-излучения, поездки в южные районы с повышенной инсоляцией. Большое значение в росте заболеваемости меланомой и раком кожи имеет техногенное разрушение озонового слоя атмосферы. Оно может иметь длительные и серьезные последствия, т.к. расчеты показывают, что при снижении количества озона на 1% интенсивность УФ-радиации возрастает на 2%, а заболеваемость раком кожи на 8%.

В механизме канцерогенного действия УФ-излучения решающее значение имеет, очевидно, прямое его поглощение ДНК ядер клеток кожи. Это приводит к образованию типичных молекулярных фотопродуктов и, прежде всего, димеров. Наблюдаемый факт фотореактивации УФ-канцерогенеза подтверждает участие димеров в его механизме. Дефектность систем репарации при некоторых наследственных заболеваниях также сопровождается повышенной заболеваемостью – опухолями кожи. Но рак кожи возникает не только у лиц с наследственными дефектами репаративных систем. Очевидно, при длительной и интенсивной инсоляции часть дефектов не репарируется даже при нормальной функции этих систем.

Важная роль в развитии онкологических заболеваний придается иммунодепрессивному действию больших доз УФ-излучения. На фоне подавления иммунитета (иммунодефициты, пожилой возраст, перенесенные заболевания, трансплантация органов, лучевая терапия, лечение иммунодепрессантами) атипичные клетки могут ускользать из-под иммунного надзора и давать зачаток опухоли, еще более усиливающей депрессию по мере своего роста. Показано, что дозы УФ-излучения, существенно превышающие пороговую эритемную дозу, угнетают неспецифическую реактивность. Однако, в отличие от других иммунодепрессантов УФ-излучение даже в больших дозах не вызывает необратимых изменений в иммунной системе.

По-видимому, реализация канцерогенного действия УФ-излучения возможна несколькими путями. Один из них, на наш взгляд самый существенный и аргументированный, связан с прямым мутагенным воздействием на ДНК-матрицу. С другой стороны, УФ-излучение как важный фактор природной среды может оказывать канцерогенное и/или коканцерогенное действие в комбинации с другими агентами – онкогенными вирусами, химическими канцерогенами.

Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.

Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.

Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.

Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.

Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.

Кожа и глаза любого человека могут стать "мишенью" для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.

Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела следует быть следующим категориям людей:

1. Гинекологическим больным (ультрафиолет может усилить воспалительные явления).

2. Имеющих большое количество родимых пятен на теле, или участки скопления родимых пятен, или большие родимые пятна

3. Лечившимся от рака кожи в прошлом

4. Работающим в течение недели в помещении, а затем длительно загорающим в выходные дни

5. Живущим или отдыхающим в тропиках и субтропиках

6. Имеющим веснушки или ожоги

7. Альбиносам, блондинам, русоволосым и рыжеволосым людям

8. Имеющим среди близких родственников больных раком кожи, особенно меланомой

9. Живущим или отдыхающим в горах (каждые 1000 метров над уровнем моря прибавляют 4% - 5% солнечной активности)

10. Длительно пребывающим, в силу различных причин, на свежем воздухе

11. Перенесшим трансплантацию какого-либо органа

12. Страдающим некоторыми хроническими заболеваниями, например, системной красной волчанкой

13. Принимающим следующие лекарственные препараты:

- Антибактериальные (тетрациклины, сульфаниламиды и некоторые другие)

-Нестероидные противовоспалительные средства, например, напроксен

-Фенотиазиды, используемые в качестве успокаивающих и противотошнотных средств

-Трициклические антидепрессанты

-Мочегонные из группы тиазидов, например, гипотиазид

-Препараты сульфомочевины, таблетки, снижающие глюкозу в крови

-Иммунодепрессанты

-Особенно опасно длительное неконтролируемое воздействие ультрафиолета для детей и подростков, поскольку может стать причиной развития во взрослом возрасте меланомы, наиболее быстро прогрессирующего рака кожи.