Солнечная радиация и причины ее изменений

10

Солнечная радиация и причины ее изменений. Биологическое действие

солнечной радиации на окружающую среду и здоровье человека.

Применение ультрафиолетового излучения в профилактических целях

Солнце — самая близкая к нам звезда — центральное тело нашей системы.

Условия жизни на Земле определяются исключительно энергией, получаемой от Солнца.

Диаметр Солнца составляет 1390000 км, т.е. в 109 раз больше Земли.

Площадь поверхности Солнца в 12000 раз больше площади Земли. Среднее

расстояние Земли от Солнца немного меньше 150 млн. км. Давление в центре

Солнца достигает 10 млрд. атмосфер, а температура — 26 млн. градусов С.

Солнце излучает в мировое пространство огромное количество энергии

(4х1026 вт) в виде волнового и корпускулярного излучения. Примерно 400-

миллионная доля этой энергии поступает на внешнюю границу атмосферы

Земли, создавая облученность на перпендикулярной поверхности около2 кал/см2 в минуту или 1396 вт/м2.

Все оптическое излучение Солнца состоит из ультрафиолетовой (УФ),

видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Интенсивность солнечного излучения зависит от:

1. Высоты стояния Солнца над горизонтом. Высота стояния Солнца

над горизонтом зависит от географического расположения населенного пункта, времени года и суток. Так, при высоте 30° путь лучей в 2 раза длиннее, чем при 90°, а при закате — в 30 раз. Кроме того, солнечный поток падает на большую площадь.

2. Прозрачности атмосферы. Лучи с разной длиной волны по-разному

проходят через атмосферу при наличии облаков. Ультрафиолетовые лучи

рассеиваются, а инфракрасные — поглощаются. Озоновый слой в атмосфере резко сокращает количество коротких ультрафиолетовых лучей.

В городах интенсивность солнечной энергии в среднем ниже на 10-30%

(в зимние месяцы на 60%), чем в прилегающих сельских районах, особенно

коротковолновой части солнечного спектра (на 40-50%). Солнечный поток

достигает Земли в виде прямой и рассеянной радиации. Чем ниже высота

стояния Солнца, тем относительно больше доля рассеянной радиации.

Все виды солнечного излучения, достигающие поверхности Земли (инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое) имеют одинаковую физическую природу (электромагнитные волны), но отличаются длиной волны. Именно это отличие обуславливает особенности биологического действия каждой составляющей солнечного потока.

(слайд) Между энергией квантов любого ЭМ-излучения и частотой колебаний или длины волны существует определенная зависимость, выраженная формулой Планка: е = hf, где е – энергия кванта, f – частота колебаний, h – квантовая постоянная. Из формулы следует, что чем больше частота колебаний (или чем меньше длина волны), тем больший запас энергии несет квант излучения и тем больше будет выражена степень воздействия такого излучения на организм. Разные энергии ЭМ-излучений определяют и различие в их биологическом действии на организм.

(слайд) ГРАНИЦЫ СОЛНЕЧНОГО СПЕКТРА

Спектр Солнца, достигающий границ земной атмосферы, —от 0,1 до 60 мк.

1) Инфракрасные лучи (ИК) — от 0,76 до 60 мк (в этой области принято

измерение в микронах);

2) Видимые лучи — 400-760 нм;

3) Ультрафиолетовые лучи (УФ) — 10- 400 нм.

Характеристика потока различна по составу:

УФ видимые ИК

на границе атмосферы 5% 52% 43%

у поверхности Земли 1% 40% 59%

Биологическое действие солнечной радиации на организм слагается из

совокупного воздействия всех областей оптического излучения: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой. Остановимся на разборе всех видов излучений.

ИНФРАКРАСНАЯ РАДИАЦИЯ

Инфракрасные лучи были открыты Гершелем в 1800 г. Основное действие — тепловое. Доля инфракрасной радиации в общем потоке Солнца увеличивается при уменьшении высоты его над горизонтом.

Так, на экваторе при 90°— 48,8% от общего потока, а при 50° — до 67,9%. При подъеме на высоту интенсивность интегрального потока резко возрастает. ИК- радиация состоит из короткой (до 1,5 мк) и длинной (>1,5 мк) частей.

Длинные ИК-лучи задерживаются главным образом в эпидермисе кожи и

вызывают нагревание ее поверхности, раздражают рецепторы (жжение).

Инфракрасная эритема образуется за счет расширения капилляров кожи,

разлитая, без четких границ.

Короткие ИК-лучи проникают на глубину 2,5-4 см, вызывают глубокое

прогревание, причем субъективные ощущения значительно меньше.

В настоящее время большинство исследователей признает не только

тепловое, но и фотохимическое действие ИК-лучей на организм. Отмечается

поглощение ИК-лучей белками крови и активация ферментных процессов.

Общее действие ИК-лучей — нагревание с образованием выраженной

разлитой эритемы, с выделением ряда физиологически активных веществ

(например, ацетилхолина), которые поступают в общий круг кровообращения и вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от мест облучения тканях и органах. Общая реакция организма выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов в периферической крови, повышении общей сопротивляемости организма. Подобные свойства ИК-излучения широко применяются в физиотерапии с помощью использования ИСКУССТВЕННЫх ИСТОЧНИКов ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ:

1. Общее облучение - ИК-ванна

2. Местное - Лампа Соллюкс

Лампа Минина

ВИДИМЫЕ ЛУЧИ

Занимая промежуточное положение между УФ и ИК, видимые лучи

обладают специфическим действием на орган зрения, для которого они

являются адекватным раздражителем, фоточувствительные клетки глаза

воспринимают и преобразуют энергию света, в результате чего организм

получает необходимую информацию о состоянии окружающей среды. Кроме

того, они оказывают тепловое (более мягкая энергия) и общебиологическое

действие на кожу.

Общеизвестно, что наблюдается определенное соотношение биологических ритмов организма и ритмов солнечного излучения: органы живут согласно "внутренним часам", т.е. у человека вырабатывается четкий динамический стереотип. Ломка его происходит, когда человек за несколько часов переносится на расстояние в тысячи километров. В настоящее время изучением этих вопросов занимается хронобиология. Кроме того, хронобиология изучает изменения в восприимчивости человеческого организма к лекарствам и вредным веществам в различное время суток. Инъекции пенициллина наиболее благоприятно делать в период: с 19.00 до 4.00.

Видимые лучи действуют тонизирующе на весь организм. Следует выделить влияние на организм в зависимости от длины волны.

Красные лучи приближаются по своему действию к ИК, производя тепловой эффект. Они повышают возбудимость нервной системы, стимулируют

деятельность гипофиза и других желез внутренней секреции.

Фиолетовые лучи обладают выраженным фотохимическим действием

(образуют загар). Для получения от видимых лучей загарного эффекта нужна

большая энергия, чем от Уф-лучей.

Наиболее нейтральным цветом является зеленый (человек в течение

многовекового эволюционного развития был окружен зеленой растительностью). Другие цвета будут возбуждать или угнетать нервную систему.

Фиолетовые лучи обладают выраженным фотохимическим действием

(образуют загар). Для получения от видимых лучей загарного эффекта нужна

большая энергия, чем от Уф-лучей.

Наиболее нейтральным цветом является зеленый (человек в течение

многовекового эволюционного развития был окружен зеленой

растительностью). Другие цвета будут возбуждать или угнетать нервную

систему.

Красно-желтые цвета оказывают бодрящее действие и производят

впечатление теплых тонов.

Сине-фиолетовые цвета оказывают успокаивающее действие и

производят впечатление холодных тонов.

Душевное настроение меланхоликов улучшается при помещении их в

комнату с красным освещением. Для неуравновешенных людей желательно

синее освещение.

Ультрафиолетовая радиация (0-400 нм). В зависимости от длины волны

ультрафиолетовое излучение делят на ближний диапазон с длиной волн 200-400 нм и дальний или вакуумный — с длиной волн 10-200 нм.

Ультрафиолетовые лучи обладают наибольшей биологической активностью и требуют к себе особого внимания, т.к. при ограничении или лишении ультрафиолетового облучения развиваются патологические процессы, получившие название "светового голодания" или ультрафиолетовой недостаточности. В естественных условиях основным источником УФ-излучения является Солнце, в спектре которого до поверхности Земли доходят только волны ближнего диапазона, что связано с поглощением волн дальнего диапазона озоном и кислородом в атмосфере.

Кванты УФ-излучения разных диапазонов несут различную энергию, которая

определяет характер их биологического действия.

(слайд) Условно весь ультрафиолетовый спектр, достигающий поверхности планеты или излучаемый искусственными источниками, делят на 3 области:

А — 400-320 нм (преимущественное эритемное и загарное действие);

В — 320-280 нм (преимущественное антирахитическое или витаминообразующее действие);

С — 280-200 нм (преимущественное бактерицидное действие).

Механизмы действия Уф на организм:

1. Непосредственное.

2. Гуморальное.

3. Рефлекторное.

4. Витаминизирующее.

1. Непосредственное действие УФ-излучения на клетки живого организма связано со сложными фотохимическими процессами и, в первую

очередь, с повреждающим действием на живую клетку и денатурацией белков.

В результате такого физического воздействия Уф-лучей в коже происходит:

а) расшатывание белковых связей в клетке и появление осколков белковых молекул;

б) клеточные ферменты, включаясь, ликвидируют поврежденные белковые вещества;

в) накапливаются продукты клеточного распада с последующим выходом

гистамина и гистаминоподобных веществ;

г) развивается местная реакция — УФ-эритема — асептическое воспаление со всеми признаками, характеризующими любой воспалительный процесс: покраснение, боль, припухлость и даже нарушение функций и повышение температуры.

2. Гуморальное воздействие связано с появлением гистамина и гистаминоподобных веществ.

Появление легкой эритемы сопровождается разрушением 12 млн. клеток,

при этом разрушение 1 мг белка сопровождается выходом 1 мкг гистамина.

Гистамин является физиологическим антагонистом адреналина и норадреналина. Поэтому становится понятным значение гистамина как стимулятора симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем, играющих большую роль в приспособительных и компенсаторных реакциях организма.

3. Рефлекторное действие. Эритема— мощный источник раздражения,

автоматически включающий вегетативные защитные реакции преодоления и

приспособления. Известно использование рефлекторного действия УФ-излучения с целью повышения тонуса центральной нервной системы, а также

для активация физиологических процессов в отдаленных органах и системах.

УФ-облучение влияет на физическую выносливость, изменяя возбудимость

поперечно-полосатых мышц, увеличивая скорость мышечных реакций.

4. Витаминизирующее действие. 250 тысяч сальных желез кожи

ежедневно выделяют около 20 г жировой смазки. В ней содержится 7,8-

дегидрохолестерин-провитамин Д. Под действием Уф-лучей (главным образом 290-313 нм) происходит разрыв кольца и превращение провитамина в витамин Д3.

(слайд) Суммируя действие Уф-лучей, можно выделить следующее:

1. Усиление обмена веществ и ферментативных процессов.

2. Повышение тонуса центральной нервной системы и стимулирующее

влияние на симпатическую нервную систему с последующей регуляцией

холестеринового обмена.

3. Повышение иммунобиологической реактивности организма связано с

увеличением глобулиновой фракции крови и фагоцитарной активности

лейкоцитов. Отмечается также увеличение количества эритроцитов и

содержания гемоглобина.

4. Изменение активности эндокринной системы:

1) стимулирующее действие на симпато-адреналовую систему

(увеличение адреналиноподобных веществ и сахара в крови);

2) угнетение функции поджелудочной железы.

5. Специфическое образование витамина Д3.

6. Отмечают увеличение сопротивляемости организма к действию ионизирующего излучения.

7. Бактерицидное — губительное действие на микроорганизмы.

Наряду с положительным биологическим воздействием на организм Уф-

лучей следует отметить и отрицательные стороны облучения. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз (развитие фотоофтальмии).

Действие УФ-радиации на глаза подобно эритеме, т.к. оно связано с разложением протеинов в клетках роговой и слизистой оболочек глаза. Живые

клетки кожи человека защищены от деструктивного действия Уф-лучей

"мертвыми" клетками рогового слоя кожи. Глаза лишены этой защиты, поэтому при значительной дозе облучения глаз после скрытого периода развивается воспаление роговой оболочки (кератит) и слизистой оболочки глаз

(конъюнктивит). Клинически это выражается появлением светобоязни, обильного слезотечения, острой боли, ощущением постороннего тела.

Длительность —1-2 дня. Этот эффект обусловлен радиацией с длиной волны

короче 310 нм.

Особого рассмотрения заслуживает бластомогенное действие УФ- радиации, приводящее к развитию рака кожи. В эксперименте было доказано,что ежедневное многочасовое интенсивное УФ- облучение крыс и мышей в течение многих месяцев вызвало почти у всех животных образование злокачественных опухолей, локализованных главным образом на безволосистых частях головы. К бластомогенным относятся УФ-лучи с длиной волны 290-330 нм, особенно 301-303 нм.

Рак кожи распространен у всех народов Земного шара, живущих в разных климатических условиях. Однако частота заболеваний раком кожи среди

населения разных стран далеко не одинакова. Так, в Австралии число таких

больных составляет более половины общего числа всех онкологических

больных. Клинические наблюдения показывают, что чаще рак кожи развивается у людей со светлой кожей. Так, на Гавайских островах рак кожи среди белых встречается в 42 раза чаще, чем среди негров. В Казахстане казахи болеют раком кожи в 10 раз реже, чем приезжие. Механизм бластомогенного действия УФ-радиации пока неясен.

Многие люди находятся в условиях недостаточного облучения или, как

принято говорить, солнечного или светового голодания. И в наибольшей

степени это относится к УФ-недостаточности.

Наиболее серьезное влияние оказывает световое голодание на жителей

крайнего Севера и Заполярья, пребывающих в период длительной, полярной

ночи в неблагоприятных свето-климатических условиях. Уже на широте 69°

(Мурманск) полярная ночь длится 52 дня.

Кроме того, существует довольно большой контингент людей, которые

систематически лишены естественного света. К ним относятся:

1) рабочие угольной, горнорудной промышленности;

2) работники метрополитенов;

3) рабочие безоконных или "бесфонарных" производств;

4) жители крупных городов.

Существует 2 подхода ликвидации ультрафиолетовой недостаточности:

1. Максимальное использование естественного УФ-излучения.

2. Применение искусственных источников.

Дозируют УФ-облучение в эритемных дозах. Количество УФ-радиации, вызывающее через 6-10 часов едва заметное покраснение кожи незагорелого человека, называется эритемной или пороговой дозой.

2-3 дозы дают яркую эритему, 5 доз — болезненный ожог, 10 доз — ожог

с образованием волдырей.

Пороговая эритема в ясный день летнего месяца при открытом горизонте

может быть получена на юге Средней Азии за 8-9 мин, в Крыму — за 10-12

мин, в Москве — за 40 мин, на Крайнем Севере —за 60 мин.

Как показывает опыт, для борьбы с ультрафиолетовой недостаточностью

особенно эффективно применение комплекса гигиенических мероприятий: (слайд)

1. Борьба за чистоту атмосферы.

2. В северных районах страны необходимо больше применять архитектурно-планировочные приемы, обеспечивающие проникновение внутрь здания Уф-лучей.

3. Следует больше использовать в строительстве увиолевое стекло,

ацетил-целлюлозные пленки, целлофан (армированный капрон), пропускающие УФ-лучи.

4. Широко проводить санитарно-просветительную работу.

Так, в средней полосе в июле около 260 часов солнечного сияния. Это

время надо использовать для естественного УФ-облучения.

5. Применение соляриев, состоящих из кабин, покрытых полиэтиленовой пленкой, с целью продления приема солнечных ванн и защиты от сильного

ветра.