Представляя собой один из мощнейших методов воздействия на человеческий организм, ультрафиолетовое излучение в естественных условиях поступает от Солнца.
Его действие выражается в усилении защитных сил организма, устранении воспалительных процессов на поверхности кожи, а также выработке витамина Д, который отвечает за регенеративные процессы в коже, интенсивность выработки организмом иммунных клеток. По этой причине ультрафиолетовое излучение необходимо применять как в качестве лечебного высокоэффективного средства, так и в качестве профилактики.
Понятие о методе и его виды
Ультрафиолетовое излучение обладает качеством быстро изменять химический состав тканей, стабилизировать многие органические процессы и устранять источники воспалений. Эти свойства ультрафиолетового излучения широко используются в лечении ряда заболеваний, в профилактической практике. Относясь к методам физиотерапевтического воздействия с высокой эффективностью, рассматриваемая методика воздействия применяется специалистами в условиях медицинских специализированных центров.
Естественное излучение получается человеком от Солнца, в условиях же медицинских центров и клиник, специализирующихся на физиовоздействии, применяются специальные лампы, излучающие короткие и длинные волны в зависимости от поставленного диагноза и степени восприимчивости организма больного. Аргоно-кварцевые и ртутно-кварцевые лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, обеспечивают получение ультрафиолетового излучения необходимого качества и длины.
Наличие показаний к применению процедуры ультрафиолетового излучения определяется лечащим врачом на основании поставленного диагноза при наличии заболеваний, требующих усиления иммунитета, устранения признаков воспалительных процессов различной локализации. Разделение на виды облучения ультрафиолетом происходит в зависимости от длины волны, которая используется для оказания необходимого воздействия.
Влияние ультрафиолета на кожу человека описано в данном видео:
Плюсы и минусы ультрафиолетового облучения кожи
Использование ультрафиолетового облучения позволяет предупредить развитие многих заболеваний, стимулирует иммунитет и стабилизирует процесс выработки необходимых организму веществ. Способствуя образованию в организме витамина Д, такой вид облучения обеспечивает более активное образование меланина: загар кожи, получаемый вследствие воздействия на нее ультрафиолетовых лучей, имеет выраженный косметологический эффект и делает кожу менее восприимчивой к внешним негативным воздействиям.
К достоинствам рассматриваемого метода следует отнести следующие его характеристики и качества:
- простота осуществления;
- быстрота проявления положительного результата от применения;
- возможность сочетания с другими методами лечебного и физиотерапевтического воздействия;
- минимальное количество вероятных побочных проявлений при использовании метода;
- возможность лечения и оказания профилактического воздействия у детей.
Достоинства рассматриваемого метода профилактики и лечения также можно дополнить возможностью выбора такой схемы биовоздействия, которая обеспечит наилучшие результаты, а корректировка дозирования ультрафиолетового облучения и длительности каждого сеанса воздействия позволяет сделать максимальным получаемый от лечения эффект.
К минусам ультрафиолетового облучения следует отнести вероятность получения при неправильно подобранной длительности и силе воздействия, однако данного неблагоприятного проявления можно избежать при контроле врача-физиотерапевта и личном контроле собственного состояния.
Показания для проведения
Назначается такой метод физиотерапевтического воздействия, как ультрафиолетовое облучение, при следующих состояниях и заболеваниях:
- при понижении защитных сил организма и повышении восприимчивости организма к негативным внешним воздействиям;
- при частых простудных и инфекционных заболеваниях;
- при ;
- при ;
- при ;
- при ;
- при ;
- при ;
- при склонности к ;
- при поражениях кожи в виде , длительно незаживающих , частых , эрозии слизистых;
- при ;
- при ;
- при ;
- при ;
- при ;
- для лечения костной системы: при туберкулезе костей, опорно-связочного аппарата, длительно незаживающих переломах и растяжениях.
Также облучение ультрафиолетом хорошо себя зарекомендовало для устранения воспалительных заболеваний, скорейшего рассасывания инфильтрата и экссудата, устранения последствий обморожений кожи, ее (в том числе при .
Противопоказания
Противопоказаниями к использованию ультрафиолетового излучения следует считать такие состояния, как истощение организма, наличие онкологических заболеваний и злокачественных новообразований любой локализации, ранний детский возраст (период новорожденности), поражения почек и печени, туберкулез в активной стадии, а также заболевания нервной системы.
Алгоритм проведения
Осуществление облучения производится в специальных помещениях. Контроль за данным лечебным процессом осуществляется врачом-физиотерапевтом, который поможет своевременно внести необходимые коррективы как в длительность приема процедуры, так и в общую схему лечения. Сочетание дополнительных методов лечения позволит ускорить получение положительного результата и выздоровления.
Очки для защиты глаз является обязательным условием для проведения данной процедуры.
Схема воздействия ультрафиолетом проста, не требует особых навыков и манипуляций. Перед началом процедуры пациент снимает одежду (при проведении ультрафиолетового облучения всего тела) либо отдельный участок кожи освобождается от одежды (при необходимости воздействия ультрафиолетом на определенную часть тела), на него направляется световой поток на определенный промежуток времени и производится облучение.
В специализированном медицинском центре
Поскольку для осуществления такой физиопроцедуры, как ультрафиолетовое облучение, необходимо специальное оборудование (источники ультрафиолетовых лучей), выполнение его в специальных медицинских центрах позволяет получить наилучший положительный результат.
Перед назначением данной процедуры как в качестве лечения, так и в качестве профилактики, пациенту следует пройти ряд обследований для постановки уточненного диагноза и исключения противопоказаний для проведения такого вида облучения. Далее при наличии показаний врач-физиотерапевт составляет схему воздействия, учитывающую индивидуальные особенности организма пациента.
В домашних условиях
Для осуществления данного вида облучения дома необходимо подобрать источник получения ультрафиолетовых лучей с необходимой длиной волн. Дома также перед началом процедуры необходимо освободить обрабатываемый участок либо все тело полностью от одежды, и в течение установленного врачом периода времени подвергаться воздействию ультрафиолета. Использование такого вида облучения требует использование защитных очков для защиты глаз.
Последствия и возможные осложнения
- После слишком длительного воздействия ультрафиолета вероятно повышение , появление .
- Ожог может возникнуть на поверхности кожи в результате слишком высокой интенсивности воздействия и при несоблюдении рекомендованной длительности приема процедуры.
- Эритема, которая может отмечаться при длительном воздействии ультрафиолета на кожу, проходит в большинстве случаев самостоятельно, однако при значительной площади поражения рекомендуется применять обезболивающие средства и исключить любое механическое воздействие на поврежденные участки кожи, поскольку даже незначительные прикосновения способны вызвать болезненность.
Восстановление и уход после процедуры
- После проведения процедуры ультрафиолетового облучения рекомендуется минут 15-20 провести в расслабленном состоянии, чтобы снизить вероятность появления повышенной усталости и головокружений.
- Также следует обработать кожу увлажняющим средством для предупреждения появления на ней участков повышенной сухости.
Ультрафиолетовое излучение – форма оптического излучения, не видимая человеческому глазу, характеризующаяся более короткой длиной и большей энергией фотонов по сравнению со светом. Ультрафиолетовые лучи охватывают на спектре интервал между видимым и рентгеновским излучениями, в интервале длин волн 400-10нм. При этом область излучения в диапазоне 200-10нм называют далекой или вакуумной, а область в интервале 400-200 нм — ближней.
Источники УФ-излучения
1 Естественные источники (звезды, Солнце и пр.)
Только длинноволновая часть ультрафиолетового излучения космических объектов (290-400нм) способна достигнуть поверхности Земли. В тоже время коротковолновое излучение полностью поглощается кислородом и другими веществами, находящимися в атмосфере, на высоте 30-200км от земной поверхности. УФ-излучение звёзд в диапазоне длин волн 90-20нм почти полностью поглощается.
2. Искусственные источники
Излучение твёрдых тел, нагретых до температуры 3 тыс. кельвинов включает определенную долю УФ-излучения, интенсивность которого заметно увеличивается с возрастанием температуры.
Мощным источником УФ-излучения является газоразрядная плазма.
В различных отраслях производства (пищевой, химической и др. отраслях) и медицине используют газоразрядные, ксеноновые, ртутнокварцевые и др. лампы, баллоны которых изготовляют из прозрачных материалов — обычно кварца. Значительное УФ-излучение испускают электроны в ускорителе и специальные лазеры в никелеподобном ионе.
Основные свойства ультрафиолетового излучения
Практическое применение ультрафиолет обусловлено его основными свойствами:
— значительной химической активностью (способствует ускорению протекания химических, биологических процессов);
— бактерицидным эффектом;
— возможностью вызывать люминесценцию веществ — свечение с разной окраской испускаемого света.
Исследование на современном оборудовании спектров испускания/ поглощения/ отражения в УФ-диапазоне предоставляет возможность устанавливать электронную структуру атомов, молекул, ионов.
УФ-спектры Солнца, звёзд и различных туманностей позволяют получать достоверную информацию о процессах, возникающих в этих объектах.
Также ультрафиолет способен нарушать и изменять химические связи в молекулах, в результате могут происходить различные реакции (восстановление, окисление, полимеризация и пр.), что служит базой для такой науки, как фотохимия.
УФ-излучение способно уничтожать бактерии и микроорганизмы. Так, ультрафиолетовые лампы широко используются для дезинфекции в местах массового нахождения людей (медицинские учреждения, детские сады, метро, вокзалы и пр.).
Определенные дозы УФ-излучения способствуют формированию на поверхности кожи человека витамина D, серотонина и др. веществ, оказывающих влияние на тонус и активность организма. Чрезмерное воздействие ультрафиолета приводит к ожогам, ускоряет процесс старения кожи.
Ультрафиолетовое излучение активно используется и в культурно-развлекательной сфере – для создания серии уникальных световых эффектов на дискотеках, сценах баров, театров и пр.
Содержащиеся в атмосфере Земли кислород, солнечные лучи и вода являются основными условиями способствующими продолжению жизни на планете. Исследователями давно доказано, что интенсивность и спектр солнечной радиации в вакууме, существующем в космосе, остается неизменным.
На Земле же интенсивность ее воздействия, которую мы называем ультрафиолетовым излучением, зависит от множества факторов. В их числе: время года, географическое расположение местности над уровнем моря, толщина озонового слоя, облачность, а также уровень концентрации промышленных и естественных примесей в воздушных массах.
Ультрафиолетовые лучи
Солнечный свет доходит до нас в двух диапазонах. Человеческий глаз способен различить только один из них. В невидимом для людей спектре и находятся ультрафиолетовые лучи. Что они представляют собой? Это не что иное, как электромагнитные волны. Длина ультрафиолетового излучения находится в диапазоне от 7 до 14 нм. Такие волны несут на нашу планету огромнейшие потоки тепловой энергии, из-за чего их нередко называют тепловыми.
Под ультрафиолетовым излучением принято понимать обширный спектр, состоящий из электромагнитных волн с диапазоном, условно разделенным на дальние и ближние лучи. Первые из них считаются вакуумными. Их полностью поглощают верхние слои атмосферы. В условиях Земли их генерирование возможно только в условиях вакуумных камер.
Что касается ближних ультрафиолетовых лучей, их делят на три подгруппы, классифицируя по диапазонам на:
Длинные, находящиеся в пределах от 400 до 315 нанометров;
Средние - от 315 до 280 нанометров;
Короткие - от 280 до 100 нанометров.
Измерительные приборы
Как человек определяет ультрафиолетовое излучение? На сегодняшний день существует множество специальных устройств, разработанных не только для профессионального, но и для бытового применения. С их помощью измеряется интенсивность и частота, а также величина полученной дозы УФ-лучей. Результаты позволяют оценить их возможный вред для организма.
Источники ультрафиолета
Основным «поставщиком» УФ-лучей на нашей планете является, разумеется, Солнце. Однако на сегодняшний день человеком изобретены и искусственные источники ультрафиолета, которыми являются специальные ламповые приборы. Среди них:
Ртутно-кварцевая лампа высокого давления, способная работать в общем диапазоне от 100 до 400 нм;
Люминисцентная витальная лампа, генерирующая волны длиной от 280 до 380 нм, максимальный пик ее излучения находится между значениями 310 и 320 нм;
Безозоннные и озонные бактерицидные лампы, вырабатывающие ультрафиолетовые лучи, 80% которых составляет в длину 185 нм.
Польза УФ-лучей
Аналогично естественному ультрафиолетовому излучению, идущему от Солнца, свет, вырабатываемый специальными приборами, воздействует на клетки растений и живых организмов, изменяя их химическую структуру. Сегодня исследователям известны лишь некоторые разновидности бактерий, способные существовать без этих лучей. Остальные же организмы, попав в условия, где отсутствует ультрафиолетовое излучение, непременно погибнут.
УФ-лучи способны оказать значимое влияние на происходящие метаболические процессы. Они повышают синтез серотонина и мелатонина, что оказывает положительное влияние на работу центральной нервной, а также эндокринной системы. Под действием ультрафиолетового света активизируется выработка витамина D. А это главный компонент, способствующий усвоению кальция и препятствующий развитию остеопороза и рахита.
Вред УФ-лучей
Губительное для живых организмов жесткое ультрафиолетовое излучение не пропускают на Землю озоновые слои, находящиеся в стратосфере. Однако лучи, находящиеся в среднем диапазоне, доходящие до поверхности нашей планеты, способны вызвать:
Ультрафиолетовую эритему - сильный ожог кожи;
Катаракту - помутнение хрусталика глаза, которое приводит к слепоте;
Меланому - рак кожи.
Кроме этого, ультрафиолетовые лучи способны оказать мутагенное действие, вызвать сбои в работе иммунных сил, что становится причиной возникновения онкологических патологий.
Поражение кожи
Ультрафиолетовые лучи порой вызывают:
- Острые повреждения кожи. Их возникновению способствуют высокие дозы солнечной радиации, содержащие лучи среднего диапазона. Они воздействуют на кожу в течение короткого времени, вызывая при этом эритему и острый фотодерматоз.
- Отсроченное повреждение кожи. Оно возникает после длительного облучения длинноволновыми УФ-лучами. Это хронические фотодерматиты, солнечная геродермия, фотостарение кожи, возникновение новообразований, ультрафиолетовый мутагенез, базальноклеточный и плоскоклеточный рак кожи. В этом списке находится и герпес.
Как острые, так и отсроченные повреждения порой получают при чрезмерных увлечениях искусственными солнечными ваннами, а также при посещениях тех соляриев, которые используют несертифицированное оборудование или где не проводятся мероприятия по калибровке УФ-ламп.
Защита кожи
Человеческое тело, при ограниченном количестве любых солнечных ванн, способно справиться с ультрафиолетовым излучением самостоятельно. Дело в том, что свыше 20 % таких лучей может задержать здоровый эпидермис. На сегодняшний день защита от ультрафиолета, чтобы избежать возникновения злокачественных образований, потребует:
Ограничения времени пребывания на солнце, что особенно актуально в летние полуденные часы;
Ношение легкой, но в то же время закрытой одежды;
Подбор эффективных солнцезащитных кремов.
Использование бактерицидных свойств ультрафиолета
УФ-лучи способны убить грибок, а также другие микробы, которые находятся на предметах, поверхности стен, пола, потолков и в воздухе. В медицине широко используются эти бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения, и применение им находится соответствующее. Специальные лампы, вырабатывающие УФ-лучи, обеспечивают стерильность хирургических и манипуляционных помещений. Однако ультрафиолетовое бактерицидное излучение используется медиками не только в целях борьбы с различными внутрибольничными инфекциями, но и как один из методов устранения многих заболеваний.
Светолечение
Применение ультрафиолетового излучения в медицине представляет собой один из методов избавления от различных заболеваний. В процессе такого лечения производится дозированное воздействие УФ-лучей на организм пациента. При этом применение ультрафиолетового излучения в медицине для этих целей становится возможным благодаря использованию специальных ламп фототерапии.
Подобная процедура проводится для устранения заболеваний кожи, суставов, органов дыхания, периферической нервной системы, женских половых органов. Назначается ультрафиолет для ускорения процесса заживления ран и для профилактики рахита.
Особенно эффективно применение ультрафиолетового излучения в терапии псориаза, экземы, витилиго, некоторых видов дерматита, пруриго, порфирии, прурита. Стоит отметить, что такая процедура не требует анестезии и не вызывает у больного неприятных ощущений.
Применение лампы, производящей ультрафиолет, позволяет получить хороший результат при лечении больных, прошедших тяжелые гнойные операции. В этом случае пациентам также помогает бактерицидное свойство этих волн.
Применение УФ-лучей в косметологии
Инфракрасные волны активно используются и в сфере поддержания красоты и здоровья человека. Так, применение ультрафиолетового бактерицидного излучения необходимо для обеспечения стерильности различных помещений и приборов. Например, это может быть профилактика инфицирования маникюрных инструментов.
Применение ультрафиолетового излучения в косметологии - это, конечно же, солярий. В нем с помощью специальных ламп клиенты могут получить загар. Он прекрасно защищает кожу от возможных последующих ожогов солнца. Именно поэтому косметологи рекомендуют перед поездкой в жаркие страны или на море пройти несколько сеансов в солярии.
Необходимы в косметологии и специальные УФ-лампы. Благодаря им происходит быстрая полимеризация особого геля, используемого для маникюра.
Определение электронных структур предметов
Находит свое применение ультрафиолетовое излучение и в физических исследованиях. С его помощью определяют спектры отражения, поглощения и испускания в УФ-области. Это позволяет уточнить электронную структуру ионов, атомов, молекул и твердых тел.
УФ-спектры звезд, Солнца и других планет несут в себе информацию о тех физических процессах, которые происходят в горячих областях исследуемых космических объектов.
Очистка воды
Где еще используются УФ-лучи? Находит свое применение ультрафиолетовое бактерицидное излучение для обеззараживания питьевой воды. И если ранее с этой целью использовался хлор, то на сегодняшний день уже достаточно хорошо изучено его негативное влияние на организм. Так, пары этого вещества способны вызвать отравление. Попадание в организм самого хлора провоцирует возникновение онкологических заболеваний. Именно поэтому для обеззараживания воды в частных домах все чаще стали применяться ультрафиолетовые лампы.
Применяются УФ-лучи и в бассейнах. Ультрафиолетовые излучатели для устранения бактерий используют в пищевой, химической и фармакологической промышленности. Этим сферам также нужна чистая вода.
Обеззараживание воздуха
Где еще человек использует УФ-лучи? Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха также становится все более распространенным в последнее время. Рециркуляторы и излучатели устанавливаются в местах массового скопления людей, таких, как супермаркеты, аэропорты и вокзалы. Использование УФИ, воздействующего на микроорганизмы, позволяет провести обеззараживание среды их обитания в самой высокой степени, вплоть до 99,9 %.
Бытовое применение
Кварцевые лампы, создающие УФ-лучи, уже на протяжении многих лет дезинфицируют и очищают воздух в поликлиниках и больницах. Однако в последнее время все чаще находит свое применение ультрафиолетовое излучение в быту. Оно весьма эффективно для ликвидации органических загрязнителей, например, грибка и плесени, вирусов, дрожжей и бактерий. Эти микроорганизмы особенно быстро распространяются в тех помещениях, где люди по различным причинам надолго плотно закрывают окна и двери.
Использование бактерицидного облучателя в бытовых условиях становится целесообразным при малой площади жилья и большой семье, в которой есть маленькие дети и домашние питомцы. Лампа с УФ-излучением позволит периодически дезинфицировать комнаты, сводя к минимуму риск возникновения и дальнейшей передачи заболеваний.
Используются подобные приборы и туберкулезниками. Ведь такие больные не всегда проходят лечение в стационаре. Находясь дома, им требуется обеззараживать свое жилище, применяя в том числе и ультрафиолетовое излучение.
Применение в криминалистике
Учеными разработана технология, позволяющая обнаружить минимальные дозы взрывчатых веществ. Для этого используется прибор, в котором производится ультрафиолетовое излучение. Такое устройство способно определить наличие опасных элементов в воздухе и в воде, на ткани, а также на коже подозреваемого в преступлении.
Также находит свое применение ультрафиолетовое и инфракрасное излучение при макросъемке объектов с невидимыми и маловидимыми следами совершенного правонарушения. Это позволяет криминалистам изучить документы и следы выстрела, тексты, подвергшиеся изменениям в результате их залития кровью, чернилами и т.д.
Другие применения УФ-лучей
Ультрафиолетовое излучение используется:
В шоу-бизнесе для создания световых эффектов и освещения;
В детекторах валют;
В полиграфии;
В животноводстве и сельском хозяйстве;
Для ловли насекомых;
В реставрации;
Для проведения хроматографического анализа.
УЛЬТРАФИОЛЕТ – ИЗЛУЧЕНИЕ ТЫСЯЧИ ПРИМЕНЕНИЙ
Ультрафиолетовая (УФ) область излучений, охватывает длины волн от 9 до 400нм.
УФ-излучение инициирует в облучаемом веществе фотохимические превращения за счёт способности активировать любые атомы (молекулы), с которыми взаимодействует, возбуждая в них электроны.
Человечество научилось применять УФ-излучение во многих областях жизнедеятельности.
УФ излучение подразделяют:
УФ-С - 120 -280 нм,
УФ-В - 280 -320 нм,
УФ - А - 320 -400нм.
Излучения области С обладают бактериальным действием. Их применяют для стерилизации воздуха и воды, для предохранения продуктов от порчи. Также излучения области С обладают свойством озонировать воздух. На использовании излучения этой области основано действие источников света - люминесцентных ламп.
Излучения области В (средней) оказывают на организм антирахитное действие, регулируют обмен веществ в живых организмах, благотворно действуют на рост домашней птицы и животных, обладают эритемным эффектом, т.е. способностью вызывать покраснение и загар человеческой кожи.
Излучения области А (ближней) широко применяются для люминесцентного анализа, для активации светящихся веществ в сигнальных, декоративных и других устройствах.
Однако, необходимо иметь в виду, что деление это не слишком строгое, так как свойства УФ-радиации, приписанные одной области, часто присущи и соседним областям, но в меньшей мере.
Ультрафиолетовое излучение лежит в основе принципов работы многих технических систем и технологических процессов, таких как:
- Устройства для фотографирования и светокопирования;
- Технологии отбеливания;
- Системы для производства витамина Д из эргостерина;
- Люминесцентные источники света;
- Методики идентификации материалов при их сортировке по свойствам, чистоте и происхождению, например, в дефектоскопии - для обнаружения пор и трещин в отливках и сварных швах, в криминалистике - для выявления подделки денег, документов, так как небольшие изменения в сортах бумаги и красок проявляются в люминесценции, в искусствоведении - при исследовании и восстановлении старых картин и пергаментов.
Ниже мы кратко рассмотрим лишь некоторые аспекты УФ-излучения: его источники, приемники и отдельные вопросы взаимодействия с объектами живой природы.
Источники ультрафиолетового излучения (естественные и искусственные)
Раскалённый шар, находящийся в газообразном состоянии и называемый нами Солнцем, является естественным источником электромагнитных волн, доходящих до Земли.
Спектр излучения Солнца сплошной и, в общих чертах, совпадает со спектром излучения абсолютно черного тела, нагретого примерно до 5800К. Максимум излучения находится в синезеленой области спектра при 460 нм, что соответствует максимуму чувствительности зрения человека.
Солнечное излучение поглощается уже в наружных слоях Солнца (до Земли доходит примерно 0.132 Вт/см2). Далее солнечное излучение частично поглощается в земной атмосфере, основными компонентами которой являются азот и кислород в соотношении 4:1.
Коротковолновая часть (УФ) солнечного излучения обладает очень важной, с биологической точки зрения, способностью изменять газовый состав атмосферы. При взаимодействии с солнечным излучением преобладающая часть химических реакций происходит с кислородом О2. Молекулярный кислород легче всего диссоциирует при поглощении излучения в области 100-200нм, максимальной скорости распада соответствует высота примерно 100 км. Атомы, образовавшиеся в процессе фотораспада, обладают большой химической активностью и являются активными центрами цепных реакций, приводя к возникновению новых частиц, в частности, атомарный кислород может взаимодействовать с атомами и молекулами кислорода. В первом случае происходит рекомбинация и восстанавливается молекула О2. Для установившегося равновесия характерен баланс распада и рекомбинации. Спектр поглощения О2 состоит из серии полос, начиная с λ =193,5 - 202нм, сильнее поглощаются лучи с λ =186нм, поэтому коротковолновая область спектра солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, укорачивается до λ = 200-220нм. В результате взаимодействия атомарного кислорода с молекулами О2 может образоваться молекула озона О3. Образующийся озон находится, в основном, на высоте 40-70 км, (в среднем -50км), толщина слоя примерно 3 мм. Излучение длин 175-290нм почти полностью поглощается в озоновом слое, который работает как фильтр, защищающий Землю от УФ излучения. Наименьшая наблюдавшаяся длина волны солнечного излучения на Земле составляет 286нм, она была выявлена в полярной области.
Начавшееся истощение озонового слоя будет существенно влиять на экологическую обстановку на Земле. Согласно оценкам, уменьшение среднего содержания озона на 5% увеличит падающую на Землю радиацию с длинами до 300нм на 10%, что может привести к 10% увеличению случаев рака кожи. Усиление УФ излучения отрицательно сказывается на адаптации и миграции, подавляет процессы размножения и развития всех форм жизни на Земле. Из 200 видов растений - 2/3 чувствительны к ультрафиолету, наиболее сильно - семейство тыквенных (огурцы, тыквы), бобовых (горох, соя), лучше всего переносят увеличение дозы УФ излучения подсолнечник, хлопчатник. УФ излучение прежде всего поражает икру и мальков, личинки креветок и устриц, крабов. Это весьма ощутимо для человечества, так как потребление рыбы в странах Европы составляет примерно 20%, а в странах Азии эта доля доходит до 70%. Отсюда видно, что возможное разрушение озонового слоя, который защищает все живое на Земле от губительного воздействия жесткой ультрафиолетовой радиации представляет собой глобальную проблему. Помимо способности изменять химический состав внешней среды, УФ является и ионизатором воздуха, вызывает ионизацию газов в верхних слоях атмосферы, что обуславливает ее высокую проводимость. Кроме того, ультрафиолет, проходя через земную атмосферу, встречает на своем пути твердые и жидкие поверхности (частички облаков, пыли, дыма) и вызывает фотоэлектрический эффект, выбивая электроны. Эти электроны, соединяясь с молекулами воздуха, создают отрицательные ионы, что также повышает проводимость верхних слоев атмосферы. Химическое и ионизирующее действие УФ радиации приводит к возникновению ядер конденсации в атмосфере, которыми обусловлены многие гидрометеорологические явления на Земле. Таким образом, с одной стороны, земная атмосфера служит фильтром, защищая Землю от высокоэнергетичных фотонов коротковолновой части солнечного спектра и существенно изменяет состав дошедшей до Земли радиации, с другой стороны, сама является результатом этого действия. По оценкам, УФ-поток, составляет не более 1.5% общей солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Кроме процессов поглощения, часть излучения при прохождении сквозь атмосферу, рассеивается молекулами воздуха и мелким частицами, взвешенными в нем. Рассеяние излучения зависит от длины волны, особенно этот эффект проявляется в ультрафиолетовой области спектра. Лучи отклоняются от первоначального направления, не теряя при этом своей энергии и достигают земной поверхности через излучение неба. Излучение неба оказалось практически постоянным до высот 3300м. Излучение неба составляет от 50 до 80% общего излучения Солнца и неба, поэтому даже в тени можно получить загар. Почти вся потребность человеческого организма в УФ-излучении все же покрывается за счет естественной радиации Солнца. Однако содержание УФ -лучей в солнечном спектре подвержено большим изменениям (сезонные колебания по интенсивности, широте местности, потери за счет запыленности воздуха, особенно в условиях промышленных городов), поэтому в целях профилактики и коррекции УФ-недостаточности и для исследовательских целей большую роль приобретают искусственные источники ультрафиолета.
Искусственные источники УФ.
Искусственные источники в ультрафиолетовой области спектра разделяют на температурные, газоразрядные и люминесцентные.
1. Температурным источником электромагнитного излучения является любое нагретое тело. Широко используемые лампы накаливания имеют температуру 2000-3000К, так что их излучение лежит, в основном, в инфракрасной области спектра, сравнительно небольшая доля его приходится на видимую область и совсем ничтожная-на ультрафиолетовую.
С повышением температуры источника происходит увеличение доли ультрафиолетовой составляющей. Большой мощностью УФ-потока обладает угольная дуга, благодаря более высокой температуре 4000К. В пламени кислородно-ацетиленовой или кислородно-водородной горелки достигается температура выше и твердые тела, нагретые им, могут излучать УФ. В плазменной горелке может быть достигнута температура свыше 6000К, в результате чего возникает интенсивное ультрафиолетовое излучение.
2. Газоразрядные источники являются наиболее распространенными в технике ультрафиолетовыми излучателями. Их спектр состоит преимущественно из линий (линейчатый спектр), причем значительная часть энергии излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Газоразрядных излучателей сконструировано очень много, в основе действия их всех лежит один принцип, основанный на квантованности состояний электронов в атомах. С помощью электрического поля проводится возбуждение атома, т.е. электрон в атоме переводится в более высокое энергетическое состояние, после чего электрон спускается в более низкое энергетическое состояние, высвечивая разницу энергий состояний в виде фотона, как раз эта разница энергий в атоме соответствует энергиям ультрафилетового диапозона. Среди разрядов в газах и в парах металлов, применяющихся для получения УФ, разряд в парах ртути имеет наибольшее значение, так как он дает в УФ-спектре наибольшее количество интенсивных линий. В зависимости от давления паров ртути различают разряд низкого давления, происходящий при давлении 0.01-1мм.рт.ст. и разряд высокого давления, происходящий при давлении паров от 100 мм.рт.ст. до нескольких атмосфер. Спектры излучения высокого и низкого давлений содержат одни и те же линии, различаются лишь по интенсивности. Большая часть излучаемой энергии в ртутных лампах низкого давления приходится на λ 253.7нм, что почти соответствует максимуму бактерицидной эффективности, поэтому они используются для борьбы с микробами. Ртутные лампы высокого давления дают более интенсивные линии при длинах волн 254,297, 303, 313, 365нм, а линия 253.7 теряет свое превалирующее значение. Такие источники УФ используются в фототерапии кожных болезней и в промышленности - в фотохимических реакторах, в печатном деле. Среди других газоразрядных ламп чаще используются ксеноновые лампы высокого давления потому, что спектр их излучения близок к спектру Солнца над стратосферой. В люминесцентных лампах ультрафиолетовое излучение, генерируемое ртутным паром в инертном газе при низком давлении активирует люминесцентный материал (люминофор), покрывающий внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Люминофор преобразует коротковолновое УФ излучение в длинноволновое или видимый свет в зависимости от используемого люминофора, от давления газа в лампе.
3. Люминесцентные источники делятся на: люминесцентные солнечные лампы и источники «черный свет». Люминесцентные солнечные лампы содержат люминофор, излучающий в основном при длине волны λ = 340нм. Диапазон длин волн генерируемого излучения лежит от 275 до 380нм. Этот источник эффективен с точки зрения «загара». Преимущество - возможность получения однородного поля значительной протяженности. В источнике «черного» света используемый люминофор излучает энергию в диапазоне 300-410нм с максимумом в области 350-365нм. Эти лампы используются для свечения люминесцентных красок и для фототерапии кожи с фотоактивными лекарственными веществами. Источники излучения в области УФ имеют либо линейчатый, либо смесь сплошного и линейчатого спектров. Из сложного излучения выделить излучение узкого спектрального состава удается с помощью фильтров. В УФ-области нейтральными фильтрами для ослабления излучения чаще всего служат тонкие слои платины на кварцевом стекле или металлические сетки.
3. Приемники ультрафиолетового излучения.
Биологическими приемниками УФ излучения могут быть все живые организмы.
4. Воздействие УФ на человека
Если говорить о лечебном действии солнечных лучей на организм человека, то указания о лечебном действии солнечного света можно найти еще у Геродота (484-425 гг. до н.э.). Первым врачом, рекомендовавшим применение солнечных ванн в лечебных и профилактических целях, считают Гиппократа.
Хотя основными приемниками излучения у человека являются кожа и глаза, но действие солнечной энергии на человека состоит из множества совокупно действующих факторов.
В настоящее время обычно выделяют следующие области применения УФ-радиации:
- Бактерицидную. В воздухе обитаемых людьми помещений всегда присутствуют в значительном количестве болезнетворные микробы, находящиеся во взвешенном состоянии. Проникая в организм человека через дыхательные пути, они вызывают аэрогенные инфекционные болезни: грипп, пневмонию и т.д. Если рассматривать бактерии как своеобразный приемник излучения, то этот приемник обладает наибольшей чувствительностью в области 253,7 - 265,4 нм. Известно, что при воздействии излучения с λ =253.7нм и мощности 0.01вт в объеме воздуха 30м за 1минуту убывает 63% микробов, за 10 минут 99.99%. Изменения, происходящие под действием УФ-излучения в бактериях и низших организмах, проходят следующие три стадии: возбуждение и усиление движения, начало деструктивных изменений, смерть клетки в результате фотохимических процессов. Кривая бактерицидной эффективности УФ-излучения соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот, т.е. мишенью УФ являются молекулы ДНК. Бактерицидным эффектом УФ пользуются для санации и дезинфекции различных объектов внешней среды - воздуха, воды, пищевых продуктов и тары, хирургического оборудования. Роль УФ в борьбе с микробами не ограничивается только губительным действием на внешнюю среду, но проявляется и в повышении иммунологических свойств организма, так в облученных УФ-помещениях наряду с уменьшением количества бактерий воздуха, уменьшается тяжесть и средняя длительность заболевания находящихся там людей.
- Эритемную. У млекопитающих действию УФ подвергаются, в первую очередь, глаза и кожа. Благодаря высокому содержанию поглощающих свет веществ (белки, нуклеиновые кислоты, пигменты), а также неоднородностям, кожа за счет поглощения, отражения и рассеивания ослабляет внешнее излучение. Самый верхний слой кожи - роговой слой- состоит из неживых клеток, не имеющих ядер и представляет собой, в значительной мере, мертвую ткань, лишенную собственного обмена веществ, но находящуюся в состоянии диффузионного обмена с расположенными глубже живыми слоями кожи.
Роговой слой неживых клеток служит фильтром, защищающим нижние живые слои от воздействия УФ-излучения длин волн меньше 200-210нм. Биологическое действие УФ на кожу проявляется в возникновении эритемы и пигментации. Ультрафиолетовая эритема определяется как покраснение кожи из-за расширения капилляров. В отличие от тепловой эритемы, возникающей вслед за интенсивным нагревом кожи, УФ -эритема проявляется по прошествии некоторого времени (латентный период). Интенсивность эритемы возрастает до некоторого максимального значения, а затем уменьшается. Прозрачность различных участков кожи зависит от толщины наружного рогового слоя: проникающие в него лучи с λ ∼ 200-250нм вызывают эритему, лучи с λ 250- 270нм проходят через зернистый слой, вызывая пигментацию и эритему, лучи с λ 270-320нм проникают до сосудистого слоя, вызывая обильную пигментацию и эритему, стимулируют работу жировых желез и нервных окончаний кожи, лучи с λ 320÷400нм 19 проходят через дерму, вызывая пигментацию. До подкожной клетчатки доходят лучи с λ 390-400нм, производя тепловой эффект и, вызывая покраснение кожи за счет переполнения кровью сосудистого слоя. Продолжительность латентного периода и характер изменения интенсивности покраснения во времени зависит от спектрального распределения энергии источника УФ излучения. между облучением и образованием эритемы. Эритема, вызванная УФ лучами, заканчивается пигментацией облученного участка кожи, т.е. загаром. Известно, что для образования минимально заметной эритемы, необходимо 4.8 мкал/см2 при 269.7нм. Частично загар связан с миграцией поверхностного меланина, находящегося в базальных клетках, в поверхностные слои кожи. В настоящее время распространена теория, что эти гранулы меланина служат защитным экраном от УФ излучения более важным, чем толщина ороговевшего слоя. Эритемная реакция кожи зависит от патологических процессов, происходящих в организме человека, резкое снижение фоточувствительности кожи наблюдается при гипертрофии, инфекционных заболеваниях. Изменение функционального состояния кожных рецепторов, поражение спинного мозга и т.д. изменяет эритемную реакцию. Так, облучение УФ во время наркоза дает резкое ослабление эритемы, повреждение спинного мозга влечет за собой угнетение эритемы ниже повреждения. В период развития и формирования эритемы наблюдается снижение порога болевой чувствительности, что позволяет применять её в качестве анальгезирующего средства. Разрушение большого количества живых клеток при УФ-облучении вызывает известное раздражение, так как разрушенные клетки должны быть удалены или восстановлены. В результате этого усиливается активность ферментов, гормонов, витаминов в слоях кожи, прилегающих к поверхности, т.е. усиливаются все обменные процессы. Таким образом, УФ эритема является сложным нервно- рефлекторным процессом, находящимся в зависимости как от периферической, так и от центральных отделов нервной системы. Все это является основанием широкого применения эритотерапии в клиниках внутренних и нервных заболеваний. С другой стороны, превышение безопасных доз УФ облучения приводит к злокачественным новообразованиям, к серьезнейшим заболеваниям глаз, кожи и других органов.
3Антирахитную. Отсутствие солнечной радиации может привести к развитию патологического состояния, известного как «световое голодание» или недостаточность витаминов Д. При авитаминозе Д ухудшается фосфорно- кальциевый обмен, наблюдается снижение механической прочности костей, кариес зубов, склонность к костным переломам, у детей развивается рахит. При облучении λ 280 ÷ 302 нм в коже образуются витамины группы Д. Они оказывают существенное влияние на деятельность фермента фосфатазы, активируя её, что способствует мобилизации неорганического фосфора и связыванию кальция крови с фосфатами, которые откладываются в костях. Минимальное количество УФ, необходимое для поддержания физиологического уровня кальция и фосфора крови, составляет 1/8 - 1/9 эритемной дозы в день.
Действие УФ-излучения на органы зрения.
Визуальные рецепторы млекопитающих и человека не могут обнаружить УФ излучение из-за поглощения его в глазных тканях, прежде чем оно попадает на сетчатку. Ультрафиолетовое излучение λ < 300нм, в основном, поглощается роговой оболочкой и водянистой влагой, а в хрусталик попадает лишь незначительное количество радиации этого диапазона. Роговая оболочка глаза по-разному реагирует на УФ с длинами волн 220- 250нм и 250-310нм, так от λ 250нм симптомы глазного заболевания появлялись вскоре после воздействия УФ и через 14 часов возвращались к норме. Если длина волны < 250нм, то симптомы проявлялись через 9-11 часов после облучения и острота зрения была ниже нормы ∼ 24 часа после прекращения воздействия. Нарушения, вызываемые коротковолновой радиацией быстро устраняются, а длинноволновая вызывает более серьезную реакцию. Экспериментально определенный порог фотокератита для человека при λ 270 нм составляет 50 Дж/м 2 . Известно много случаев кератита роговой оболочки глаза, катаракты, обусловленных действием УФ-радиации, источниками которой были сварочная дуга, солнечный свет, отражение от снега и песка, пульсирующие ртутные лампы высокого давления
Перечисленные области воздействия не исчерпывают все возможности УФ излучения. Так, исследования последних лет показали, что УФ облучение крови приводит к фотомодификации поверхности клеток крови, их активации и освобождению из них биологически активных веществ, улучшению микроциркуляции крови. Эти эффекты положены в основу метода аутотрансфузии УФ-облученной крови (АУФОК), который имеет большие лечебные перспективы использования, в частности, при ишемической болезни сердца.
Механизм биологических реакций на УФ-воздействие сложен, многообразен, зависит от дозы, методики воздействия и складывается из целого ряда процессов. Различные аспекты биологического излучения приобретают в настоящее время особую актуальность, что связано как с опасностью начавшегося разрушения озонового слоя атмосферы, так и с большей изоляцией человека от окружающей среды.
В сельскохозяйственном производстве для технологического воздействия оптическим излучением на живые организмы и растения широко применяют специальные источники ультрафиолетового (100…380 нм) и инфракрасного (780…106 нм) излучения, а также источники фотосинтетически активного излучения (400…700 нм).
По распределению потока оптического излучения между различными областями ультрафиолетового спектра различают источники общего ультрафиолетового (100…380 нм), витального (280…315 нм) и преимущественно бактерицидного (100…280 нм) действия.
Источники общего ультрафиолетового излучения - дуговые ртутные трубчатые лампы высокого давления типа ДРТ (ртутно-кварцевые лампы). Лампа типа ДРТ представляет собой трубку из кварцевого стекла, в концы которой впаяны вольфрамовые электроды. В лампу вводится дозированное количество ртути и аргона. Для удобства крепления к арматуре лампы ДРТ снабжены металлическими держателями. Лампы ДРТ выпускаются мощностью 2330, 400, 1000 Вт.
Витальные люминесцентные лампы типа ЛЭ выполнены в виде цилиндрических трубок из увиолевого стекла, внутренняя поверхность которых покрыта тонким слоем люминофора, излучающего в ультрафиолетовой области спектра световой поток с длиной волны 280…380 нм (максимум излучения в области 310…320 нм). Кроме сорта стекла, диаметра трубки и состава люминофора, трубчатые витальные лампы конструктивно не отличаются от трубчатых люминесцентных ламп низкого давления и включаются в сеть с помощью тех же устройств (дросселя и стартера), что и люминесцентные лампы той же мощности. Лампы ЛЭ выпускаются мощностью 15 и 20 Вт. Кроме этого разработаны и витально-осветительные люминесцентные лампы.
Бактерицидные лампы - это источники коротковолнового ультрафиолетового излучения, большая часть которого (до 80 %) приходится на длину волны 254 нм. Конструкция бактерицидных ламп принципиально не отличается от трубчатых люминесцентных ламп низкого давления, но стекло с легирующими присадками, применяемое для их изготовления, хорошо пропускает излучение в диапазоне спектра менее 380 нм. Кроме этого колба бактерицидных ламп не покрыта люминофором и имеет несколько уменьшенные размеры (диаметр и длину) по сравнению с аналогичными люминесцентными лампами общего назначения одинаковой мощности.
Бактерицидные лампы включают в сеть с помощью тех же устройств, что и люминесцентные лампы.
Лампы повышенного фотосинтетически активного излучения . Эти лампы применяют при искусственном облучении растений. К ним относятся люминесцентные фотосинтетические лампы низкого давления типов ЛФ и ЛФР (Р означает рефлекторные), дуговые ртутные люминесцентные фотосинтетические высокого давления типа ДРЛФ, металлогалогенные дуговые ртутные высокого давления типов ДРФ, ДРИ, ДРОТ, ДМЧ, дуговые ртутные вольфрамовые типа ДРВ.
Люминесцентные фотосинтетические лампы низкого давления типов ЛФ и ЛФР по конструкции аналогичны люминесцентным лампам низкого давления и отличаются от них только составом люминофора, а следовательно, и спектром излучения. В лампах типа ЛФ относительно высокая плотность излучения лежит в диапазонах волн 400…450 и 600…700 нм, на которые приходится максимум спектральной чувствительности зеленых растений.
Лампы ДРЛФ конструктивно сходны с лампами типа ДРЛ, но в отличие от последних у них увеличено излучение в красной части спектра. Под слоем люминофора у ламп ДРЛФ есть отражающее покрытие, обеспечивающее требуемое распределение лучистого потока в пространстве.
Источником инфракрасного излучения в простейшем случае может служить обычная осветительная лампа накаливания . В ее спектре излучения инфракрасная область занимает почти 75 %, причем увеличить поток инфракрасных лучей можно за счет уменьшения на 10…15% подводимого к лампе напряжения или окраской колбы в синий или красный цвет. Однако основным источником инфракрасного излучения являются специальные инфракрасные зеркальные лампы.
Инфракрасные зеркальные лампы (термоизлучатели) отличаются от обычных осветительных ламп параболоидной формой колбы и более низкой температурой нити накаливания. Относительно низкая температура нити накаливания ламп-термоизлучателей позволяет сместить спектр их излучения в инфракрасную область и увеличить среднюю продолжительность горения до 5000 ч.
Внутренняя часть колбы таких ламп, прилегающая к цоколю, покрыта зеркальным слоем, что позволяет перераспределять и концентрировать в заданном направлении излучаемый инфракрасный поток. Для снижения интенсивности видимого излучения нижнюю часть колбы некоторых инфракрасных ламп покрывают красным или синим теплостойким лаком.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
