Лучистая энергия Солнца

Значительная часть сонечной радиации, поступающей на Землю, охватывает диапазон волн в пределах 0,15 - 4,0 ммк. Количество солнечной энергии, поступающее на поверхность Земли под прямым углом, называется солнечной постоянной. Оно равно 1,4·10-3 дж (м2/с).

Земной поверхности достигает большая часть излучения видимой области спектра, 30

%- инфракрасной и длинноволновая ультрафиолетовой. Поверхности Земли достигают:

•Инфракрасные лучи ( f - 3·10в11 Гц, - 3·10в12, λ от 710 - 3000 нм) – 45% (ИК-

излучение составляет 50% излучения Солнца).

•Видимые лучи (3·10в12 – 7,5·10в 16, λ 400 – 710 нм,) – 48%

•Ультрафиолетовые лучи (7,5·10в 16 -10в17, λ 400-10 нм) -7%.

Небольшая часть солнечной радиации уходит обратнл в атмосферу. Количество отражённой радиации зависит от от отражающей способности (альбедо) поверхности. Так, снег может отражать 80 % солнечного излучения, поэтому он нагревается медленно. Травянистая поверхность отражает 20 %, а тёмные почвы – лишь 10 5 приходящей радиации.

Большая часть поглощаемой почвой и водоёмами солнечной энергии затрачивается на испарение воды. При конденсации воды выделяется тепло, которое нагревает атмосферу. Нагрев атмосферы происходит и за счёт поглощения 20-25 % солнечной радиации.

Инфракрасное излучение.

Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – это невидимое человеческим злазом электромагнитное излучение. Оптические свойства вещества в ИК-излучении значительно отличаюися от таковых в видимом спектре. Напимер, слой воды в несколько см непроницаем для ИК-излучения с λ >1 мкм.

Около 20% инфракрасного излучения солнечного спектра поглощается пылью, углекислым газом и водяным паром в 10-километровом слое атмосферы, примыкающей к поверхности Земли. При этом поглощённая энергия превращаентся в тепло.

ИК-излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания (невыносимая жара при съёмках в павильонах), газоразрядных ламп. ИК-излучения испускают рубиновые лазеры.

Длинноволновая часть инфракрасного излучения (> 1,4 мкм) задерживается в основном поверхностными слоями кожи, вызывая жжение (калящие лучи). Средне- и коротковолновая часть ИК-лучей и красная састь оптического излучения протникает на глубину до 3х см. При больших колическтвах энергии могут вызвать перезревания. Солнечный удар – результат местного перегревания головного мозга.

Видимое излучение – свет.

Примерно половина радиации приходится на волны с длиной волны между 0,38 и 0,87 ммк. Это видимый человеческим глазом спектр, воспринимаемый как свет.

Одна из видимых сторон воздействия лучистой энергии – освещённость. Известно, что свет оздоравливает среду (в том числе бактерицидное действие). Половина всей тепловой энергии солнца содержиться в оптической части лучистой энергии Солнца. Свет необходим для нормального протекания физиологических процессов.

Влияние на организм:

•Стимулирует жизнедеятельность;

•Усиливает обмен веществ;

•Улучшает общее самочувствие;

•Уличшает настроение;

•Повышает работоспособность.

Недостаток света:

•Отрицательное влияние на функции нервного анализатора (повышается его утомляемость):

111

•Повышается утомляемость ЦНС;

•Снижается производительность труда;

•Повышается производственный травмвтизм;

•Развиваются депрессивные состояния.

Снедостаточной освешённостью в настоящее время связывают заболевание, имеющее несколько названий: «осенне-зимняя депрессия», «эмоциональное сезонное заболевание», «аффективное сезонное расстройство» (Seasonal Affective Disorder – SAD). Чем меньше естественная освещённость местности, тем чаще встречается это расстройство. По статистическим данным 5-10% людей имеют признаки этого симптомокомплекса (75% - женщины).

Темнота ведёт к синтезу мелатонина, который у здоровых регулирует время циклов ночного сна, чтобы он был целебным и способствующим длительной жизни. Однако, если продукция мелатонина не прекращается в утренне время благодаря влиянию света на эпифиз, в течение дня из-за неадекватно высоких дневному времени уровням этого гормона развиваются летаргия и депрессия.

Признаки SAD:

•Признаки депрессии;

•Трудности с просыпанием;

•Снижение продуктивности в работе;

•Уменьшение социальных контактов;

•Увеличение потребности в углеводах;

•Увеличение веса.

•Может тыть снижение активности иммунной системы, что проявляется увеличением восприимчивости к инфекционным (вирусным и бактериальным) заболеваниям.

Эти признаки исчезают в весенне и летнее время, когда значительно увеличивается продолжительность светового дня.

Осенне-зимняя депресси в настоящий момент лечится светом. Хороший эффект даёт светотерапия с интенсивностью 10 000 люкс в утренние часы. Это превышает примерно в 20 раз обычную внутреннюю освещённость. Выбор длительности терапии индивидуально для каждого человека. Чаще всего длительность процедуры длиться 15 минут. В течение этого времени можно заниматься любым делом (читать, принимать пищу, убирать квартиру и т.д.). Положительный эффект отмечается уже через несколько дней. Вся симптоматика полностью прекращается через несколько недель. Побочным эффектом могут быть головные боли.

Эффект лечения связан с регуляцией активности эпифиза, который модулирует продукции мелатонина и серотонина. Мелатонин ответственен за засыпание, а серотонин – за пробуждение.

Показаны также:

•Психотерапия;

•Антидепрессанты.

Вто же время в настоящее время может наблюдаться другой тип нарушения биологических ритмов, связанный с современным образом жизни. Длительный искусственный свет ведёт к снижению ингибиторного эффекта мелатонина на активность половых желез. Это способствует ускорению полового созревания.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение

Ультрафиолетовое излучение относиться к коротковолновой части солнечного спектра. Граничит с одной стороны с самой мягкой частью ионизирующего излучения (рентгеновское), с другой - с видимой частью спектра. Составляет 9% всей энергии излучаемой Солнцем. На границе с атмосферой сосатляет 5% естественного солнечного света, до поверхности Земли доходит 1%.

112

Ультрафиолетовок излучение Солнца ионизирует газы верхних слоёв атмосферв Земли, что приводит к образованию ионосферы. Короткие УФ-лучи задерживаются слоем озона на высоте около 200 км. Поэтому до земной поверхности доходят лишь лучи 400-290 нм. Озоновые дыры способствуют проникновению коротковолновой части спектра Уф-лучей.

Интенсивность действия зависит от:

•Географического местоположения (широты);

•Времени суток,

•Метеоусловий.

Биологические свойства УФ-тзлучения зависит от длины волны. Выделяют 3 диапазона УФ-излучения:

1. Область А (400-320 нм) - флюоресцентная, загарная.Это длинноволновое излучение, являющееся доминирующей частью Практически не поглощается в атмосфере, поэтому достигает поверхности Земли. Испускается также специальными лампами, применяемыми в соляриях.

Действие:

•Вызывает свечение некоторых веществ (люминофоров, некоторых витаминов);

•Слабое общестимулирующее действие;

•Превращение тирозина в меланин (защита организма от избытка УФизлучения).

Превращение тирозина в меланин происходит в меланоцитах. Эти клетки расположены в базальном слое эпидермиса. Меланоциты – это пигментные клетки нейроэктодермального происхождения. Они распределены по телу неравномерно. Например, в коже лба их в 3 раза больше, чем в верхних конечностях. Бледные люди и смуглые содержат одинаковое количество пигментных клеток, однако содержание меланина в них разное. Меланоциты содержат фермент тиразиназу, участвующий в превращении тирозина в меланин.

2. Область В (320 – 280 нм) – средневолновое, загарное УФ-излучение. Значительная часть этого диапозона поглощается стратосферным озоном.

Действие:

•Улучшение физической и умственной работоспособности;

•Повышение неспецифического иммунитета;

•Повышение сопротивляемости организма к действию инфекционных, токсических, канцерогенных агентов.

•Усиление регенерации тканей;

•Усиление роста.

Это связано с возбуждением аминокислот (тирозин, триптофан, фенилаланин и др.), приримидиновых и пуриновых оснований (тимин, цитозин и др.). Это ведёт к распаду белковых молекул (фотолиз) с образованием БАВ (холин, ацетилхолин, гистамин и др.). БАВ активируют обменные и трофические процессы.

3. Область С (280 – 200 нм) – коротковолновое, бактерицидное излучение. Активно поглощается озоновым слоем атмосферы.

Действие:

•Синтез витамина D;

•Бактерицидное действие.

Бактерицидным действием, хотя и менее выраженным, обладают другие диапахоны УФ-излучения, а также видимое излучение.

N!B! УФ-лучи среднего и котротковолнового спектра в больших дозировках могут вызвать изменения в нуклеиновых кислотах и привести к клеточным мутациям. В то же время длинноволновое излучение способствует восстановлению нуклеиновых кислот.

4. Выделяется также область D (315 – 265 нм), обладающая выраженным антирахи-

тическим действием.

113

Показано, что для удовлетворения суточной потребности в ивтамине D необходимо около 60 минимальных эритемных доз (МЭД) на открытые участки тела (лицо, шея, руки). Для этого необходимо пребывать ежедневно на солнечном свету в течение 15 минут.

Недостаток УФ-излучения ведёт к:

•Рахиту;

•Снижению общей резистентности;

•Нарушению обменных процессов (в том числе остеопорозу ?).

Избыток УФ-излучения ведёт к:

•Повышенной потребности организма в незаменимых аминокислотах, витаминах, солях Са и т.д.;

•Инактивации витамина D (перевод холекальцеферола в индефферентные и токсические вещества);

•Образование перекисных соединений и эпоксидных веществ, которые могут вызвать хромосомные абберацтт, мутагенный и канцерогенный эффект.

•Обострение некоторых хронических заболеваний (туберкулёз, ЯБЖ, ревматизм, гломерулонефрит и др.);

•Развитие фотофтальмии (фотоконъюнктивитов и фотокератитов) через 2 – 14 часов после облучения. Развитие фотофтальмии может быть в результате действия: А – прямого солнечного света, В – рассеянного и отражённого (снег, песок в пустыне), С

–при работе с искусственнными источниками;

•Димеризации белка хрусталина (кристаллина), что индуцирует развитие катаракты;

•Повышенному риску повреждения сетчатки у лиц с удалённым хрусталиком (даже областью А).

•У лиц с ферментопатиями к дерматитам;

•Развитию злокачественных новообразований кожи (меланомы, базадьноклеточной карциномы, сквамозно-клеточной карцины),

•Иммуннодепрессии (измению соотношения субпопудяций лимфоцитов, уменьшению числа клеток Лангерганса в коже и снижению их функциональной активности) → к снижению устойчивости к инфекционным заболеваниям,

•Ускоренному старению кожи.

Естественная защита организма от УФО:

1. Образование загара, связанного с появлением меланина, который:

•способен поглощать фотоны и таким образом ослаблять действие излучения;

•является ловушкой для свободных радикалов, образующихся при облучении кожи.

2.Ороговение верхнего слоя кожи с последующим шелушением.

3.Образование транс-цис-формы урокановой (урокаиновой) кислоты. Это соединение способно захватывть кванты УФ-излучения. Выделяется с потом человека. В темноте происходит обратная реакция с выделением тепла.

Критерием чувствительности кожи к УФ-излучению является ожоговый порог загара. Он характеризуется временем первичного воздействия УФ-излучения (то есть до формирования пигментации), после которого возможна безошибочная репарация ДНК.

Всредних широтах выделяют 4 типа кожи:

5.Особо чувствительная светлая кожа. Быстро краснеет, плохо загарает. Индивидуумы отличаются голубым или зелёным цветом глаз, наличием веснушек, иногда рыжим цветом волос. Ожоговый порог загара – 5-10 минут.

6.Чувствительная кожа. У людей данного типа голубые, зелёные или серые глаза, светло-русые или каштановые волосы. Ожоговый порог загара – 10-20 минут.

114

7.Нормальная кожа (20-30 мин.). Люди с серыми или светло-карими глазами, тёмно-русыми или каштановыми волосами.

8.Нечувствительная кожа (30-45 мин.). Индивидуумы с тёмными глазами, смуглой кожей и тёмным цветом волос.

Возможна модификация светочувствительности кожи. Вещества, увеличивающие светочувствительность кожи, называются фотосенсибилизаторами.

Фотосенсибилизаторы: аспирин, бруфен, индоцид, либриум, бактрим, лазикс, пенициллин, фуранокумарины растений (сельдерей).

Группы риска по развитию опухолей кожи:

•светлая, слабо пигментированная кожа,

•солнечные ожоги, полученные в возрасте до 15 лет,

•наличие большого количества родимых пятен,

•наличие родимых пятен более 1.5 см в диаметре.

Хотя УФО имеет приорететное значение в в развитии злокачественных новообразова-

ний кожи, существенным фактором риска является контакт с канцерогенными вещества-

ми, такими как содержащимся в атмосфенной пыли никелем и его подвижными формами в почве.

Защита от избыточного действия УФИ:

1.Необходимо ограничить время пребывания под интенсивными солнечными лучами, особенно в промежутке времени 10.00 – 14.00 часов, пикового для активности УФИ. Чем короче тень, тем разрушительней активность УФИ.

2.Следует носить солнцезащитные очки (стекляные или пластмассовые с защитой от УФИ).

3.Применение фотопротекторов.

4.Применение солнцезащитных кремов.

5.Питание с высоким содержанием незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов (в первую очередь нутринтов с антиоксидантеой активностью).

6.Регулярное обследование у дерматолога лицами из группы риска по развитию рака кожи. Сигналоми для немедленного обращения к врачу служат появление новых ро-

димых пятен, потеря чётких границ, изменяющаяся пигментация, зуд и кровоточивость.

Необходимо помнить о том, что УФИ интенсивно отражается от песка, снега, льда, бетона, что может увеличить интенсивность воздействия УФИ на 10-50 %. Следует помнить о том, что УФИ, особенно УФА оказывает воздействие на человека даже в облачные дни.

Фотопротекторы – вещества с защитным действием против повреждающего УФИ. Защитное действие связано с поглощением или рассеиванием энергии фотонов.

Фотопротекторы;

•Парааминобензойная кислота и её эфиры;

•Меланин, полученный из природных источников (например, грибы). Фотопротекторы добавляются в солнцезащитные кремы и лосьёны.

Солнцезащитные кремы.

Имеются 2 типа – с физическим эффектом и с химическим эффектом. Крем следует наносить за 15-30 минут до принятия солнечной ванны, а также повторно – каждые 2 последующих часа.

Солнцезащитные кремы с физическим эффектом содержат соединения типа диоксида титана, окиси цинка и талька. Их присутствие ведёт к отражению УФА и УФВ лучей.

К солнцезащитным кремам с химическим эффектом относятся изделия, содержащие 2-5 % бензофенона или его производных (оксибензон, бензофенон-3). Эти соединения поглощают УФИ и в результате распадаются на 2 части, что ведёт к поглощению энергии УФИ. Побочным эффектом является образование двух свободно-радикальных фрагментов, которые могут повреждать клетки.

115

Солнцезащитный крем SPF-15 отфильтровывает около 94% УФИ, SPF-30 задерхивает 97% УФИ, преимущественно УФВ. Фильтрация УФА в химических солнцезащиных кремах мала и составляет 10% от поглощения УФВ.

116