Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

им. Н.Н. БУРДЕНКО"

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ

Методические указания

студентам по теме лабораторного занятия

Ультрафиолетовое излучение

Ртутно-кварцевые лампы

Воронеж 2009

РАЗДЕЛ: ОПТИКА. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТЕЛ.

ТЕМА: Ультрафиолетовое излучение. Ртутно-кварцевые лампы.

ЦЕЛЬ: Дать студенту основные сведения о природе, свойствах ультрафиолетового (УФ) излучения, его источниках и их устройстве, обозначить область применения УФ-света в медицине. Рассмотреть основные источники излучения и принцип работы ртутно-кварцевого облучателя. Разобрать вопросы первичного действия УФ-света на ткани при его поглощении и необходимости строгого дозирования УФ-радиации.

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ: После выполнения работы студенты должны выделять основные зоны (А, В, С) УФ-излучения и объяснять их особенности, а также сформировать навыки практической работы с ртутно-кварцевыми лампами, научиться применять ртутно-кварцевые облучатели в лечебных, профилактических и бактерицидных целях.

МОТИВАЦИЯ ТЕМЫ: УФ-излучение оказывает очень сильное действие на живые организмы, которое может быть и полезным, и вредным в зависимости от дозировки и длины волны. Первичное его действие связано с фотохимическими реакциями, возникающими в тканях при поглощении излучения. Многие виды излучений широко применяются в медицине с лечебной целью. Наиболее эффективной в этом отношении является доходящая до земной поверхности длинноволновая часть УФ-света Солнца. В соответствии с особенностями биологического действия УФ-излучения, в медицине его используют с лечебной целью, в гигиенических и профилактических целях, а также в качестве средства дезинфекции (бактерицидных целях).

I. Самостоятельная работа студентов во внеурочное время.

Задание 0.

Повторить теоретический материал школьного курса физики – раздел "Оптика", тема "Шкала электромагнитных колебаний".

Задание 1.

Изучить теоретический материал занятия, используя рекомендованную литературу и настоящую методическую разработку, по следующей логической структуре учебного материала:

1. Природа и свойства УФ-излучения:

а) дать определение и границы УФ-света;

б) деление УФ-излучения на ближнее и дальнее;

в) основные свойства УФ-радиации.

2. Биологическое действие УФ-излучения на ткани организма:

а) антирахитная зона А;

б) эритемная зона В;

в) бактерицидная зона С;

г) дозирование УФ-света при его применении, единицы измерения, понятие о биодозе;

д) измерение интенсивности УФ-излучения.

3. Источники УФ-света:

а) естественный источник УФ-излучения – Солнце;

б) ртутно-кварцевые лампы:

– устройство ртутно-кварцевой лампы;

– принцип работы ртутно-кварцевой лампы;

– применение различного вида ртутно-кварцевых ламп в медицине с лечебной, профилактической и бактерицидной целью;

– особенности применения УФ-света при облучении детей.

Средства для самоподготовки студентов во внеурочное время

1. Учебная и методическая литература

а) основная

– Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2007. – С. 415-416, 476-487.

– Ремизов А.Н. Курс физики / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2004. – С. 403-406, 570-576.

– Физика и биофизика / Под ред. В.Ф. Антонова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – С. 63-72, 408-415.

– Лекционный материал по разделам "Ионизирующие излучения. Основы дозиметрии", "Квантовая биофизика".

б) дополнительная

– Артюхов В.Г. Биофизика / В.Г. Артюхов, Т.А. Ковалева, В.П. Шмелев. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1994. – С. 282-303.

– Владимиров Ю.А. Физико-химические основы фотобиологических процессов / Ю.А. Владимиров, А.Я. Потапенко. – М.: Высш. шк., 1989. – С. 82-87, 96-145.

– Артюхов В.Г. Оптические методы анализа интактных и модифицированных биологических систем / В.Г. Артюхов, О.В. Путинцева. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1996. – С. 65-74.

– Гончаров Э.В. Ультрафиолетовое излучение. Ртутно-кварцевые лампы / Э.В. Гончаров, В.И. Павловская. – Воронеж: Изд-во ВГМА, 2005. – 15 с.

2. Консультации преподавателей (еженедельно по индивидуальному графику).

Теоретический материал по теме занятия

УФ-излучение – это электромагнитные волны, занимающие спектральную область между фиолетовой границей видимого света (400 нм) и длинноволновой частью рентгеновского излучения (10 нм). УФ-излучение подразделяется на ближнее (или флуоресцентное) от 400 до 200 нм и дальнее (или вакуумное) от 200 до 10 нм.

УФ-свет поглощается простым стеклом. При длине волны более 200 нм, проходит через кварц, каменную соль и специальные стекла. При длине волны короче 200 нм УФ-излучение сильно поглощается всеми телами, в том числе и тонкими слоями воздуха, поэтому дальнее (вакуумное) УФ-излучение особого интереса для медицины не представляет. УФ-излучение невидимо, однако, действуя на наружную оболочку глазного яблока, вызывает очень болезненное воспаление (коньюктивит). Поэтому, работая с источниками УФ-излучения, необходимо защищать глаза специальными очками.

УФ-свет оказывает сильное воздействие на живые организмы, которое может быть и полезным, и вредным. Первичное действие его связано с фотохимическими реакциями, возникающими в тканях при поглощении излучения. В ткани организма УФ-излучение проникает очень неглубоко, на 0,1-1 мм, однако вызывает при этом сложную биологическую реакцию, проявляющуюся эритемой на месте действия излучения. Эритемой называется интенсивное покраснение кожи, которое появляется через 6–12 часов после действия излучения, удерживается в течение нескольких дней, затем проходит, но оставляет на длительное время светло-коричневую пигментацию кожи, называемую загаром.

В соответствии с особенностями биологического действия выделяют следующие зоны УФ-излучения:

1. Зона А – антирахитная. Длина волны от 400 до 315 нм. При правильной дозировке отличается укрепляющим и закаливающим действием на организм. Эта зона соответствует длинноволновой части УФ-излучения Солнца, которая достигает поверхности земли. Используется в гигиенических и профилактических целях.

2. Зона В – эритемная. Длина волны от 315 до 280 нм; характеризуется эритемным действием, наиболее выраженным при длине волны 296,7 нм. Используется в лечебных целях.

3. Зона С – бактерицидная. Длина волны от 280 до 200 нм, отличается бактерицидным (т.е. убивающим бактерии) действием, наиболее выраженным при длине волны 253,7 нм. Используется в качестве средства дезинфекции помещений.

Излучение любого вида, применяется в медицине с лечебной целью в строгой дозировке. Действие излучения на вещество, в том числе и на живые организмы, зависит как от общей энергии излучения, поглощенной в объекте за время воздействия, так и от энергии, поглощаемой в единицу времени, т.е. от поглощаемой мощности, или потока излучения, а также от энергии квантов ( = h  ). При этом не учитывают отражение от поверхности объекта и дозиметрию основывают на мощности излучения, падающего на объект.

Энергию УФ-излучения, падающего на единицу облучаемой поверхности (1 см²), за все время облучения называют дозой облучения. Доза облучения (Д) измеряется в мкДж/см². Мощность или поток энергии УФ-излучения, приходящийся на единицу площади облучаемой поверхности, перпендикулярной направлению излучения (плотность потока энергии), называют облученностью (Е) и измеряют в мкВт/см². Очевидно, что доза (Д) равняется облученности (Е), умноженной на время облучения (t):

Д = Е  t

Интенсивность УФ-излучения измеряется с помощью фотоэлектрических приборов. Для измерения в определенных частях ультрафиолетового спектра фотоэлементы снабжаются соответствующими светофильтрами. В лечебных учреждениях применяются приборы, основанные на том же принципе и называемые дозиметрами. С их помощью измеряют интенсивность УФ-излучения во время лечебной процедуры.

Биологический эффект от УФ-облучения зависит от интенсивности потока излучения. Интенсивность УФ-света обратно пропорциональна (в степени близкой квадратичной зависимости) расстоянию до облучаемой поверхности. Поэтому принято располагать облучатель на расстояниях не менее 60 см до облучаемой поверхности. Кроме того, биологическая реакция объекта зависит также от светочувствительности его кожи. Поэтому на практике определяют минимальную дозу излучения данного облучателя, вызывающую на коже минимальную (пороговую) реакцию. Эту дозу, выраженную в продолжительности облучения при определенном расстоянии от лампы до поверхности кожи, называют биодозой. Биодоза определяется для поверхности живота, как наиболее светочувствительного участка кожи, при расстоянии от облучателя равном 60 см. В среднем биодоза составляет 2-3 мин.

Наиболее мощным природным источником теплового УФ-излучения является Солнце, 9% излучения которого на границе земной атмосферы составляет ультрафиолетовое. Наиболее эффективной в лечебно-профилактическом отношении является доходящая до земной поверхности длинноволновая часть УФ-излучения. Из искусственных источников света по спектральному составу излучения ближе всего к Солнцу находится электрическая дуга (температура солнечной короны и дуги составляет 6000°С).

Наибольшее значение для медицины при получении УФ-света имеют не тепловые источники, а лампы, в которых электрический разряд происходит в атмосфере ртутных паров. При этом возбужденные атомы ртути дают интенсивное излучение в ультрафиолетовой области спектра. Ртутные лампы разделяются на лампы низкого (0,01–1,0 мм рт. ст.), высокого (150–400 мм рт. ст.) и сверхвысокого (выше атмосферного) давления. Из них в медицине используются лампы низкого и высокого давления.