Из излучаемой солнцем энергии электромагнитных волн до поверхности земли доходит только 1% ультрафиолетовых лучей, 39% видимых световых лучей и 60% инфракрасных лучей. Остальная часть отражается, рассеивается или воспринимается атмосферой. Напряжение солнечной радиации зависит от угла падения света и прозрачности атмосферы, от времени дня и года. При загрязнении атмосферного воздуха пылью, дымом задерживается до 20 — 40%, а оконным стеклом - до 90% наиболее ценного ультрафиолетового излучения.
Биологическое действие солнечной радиации на организм животного связано с ее качественным составом у поверхности Земли. Лучи Солнца оказывают тепловое и химическое воздействие. Тепловое воздействие больше исходит от инфракрасных, а химическое - от ультрафиолетовых лучей. Эти лучи имеют различную глубину проникновения в кожу и ткани организма животных. Наиболее глубоко (до 2 — 5 см) проникают инфракрасные лучи. Их используют в терапии для глубокого прогревания тканей или обогрева новорожденных и молодых животных.
Световые лучи проникают в толщу на несколько миллиметров, а ультрафиолетовые - только в кожу на десятые доли миллиметров.
Влияние на животных солнечного света очень важно и многообразно. Его лучи вызывают раздражение зрительного нерва, а также чувствительных нервных окончаний, заложенных в коже и слизистых оболочках. Кроме того, они возбуждают нервную систему и эндокринные железы и через них действуют на весь организм. Под влиянием солнечного освещения у животных возрастает активность окислительных ферментов, углубляется дыхание, они поглощают больше кислорода, выделяют больше углекислоты и водяных паров. В периферической крови увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина. Усиливается также переваривание корма и отложение в тканях белка, жира и минеральных веществ.
При недостатке света организм испытывает световое голодание, что сильно отражается на обмене веществ. В результате значительно снижается продуктивность и сопротивляемость к болезням, отмечают вялое заживления ран, появление кожных заболеваний, отставание в росте у молодняка. Ранней весной в связи с ослаблением защитных сил организма, вызванным резким снижением интенсивности солнечного освещения в предшествующие зимние месяцы, у животных увеличивается число заболеваний органов дыхания, наблюдается распространение некоторых инфекций. Поэтому в зимние месяцы животных регулярно выпускают на прогулки под открытым небом в наиболее солнечные часы дня. Реже всего световое голодание наблюдается при беспривязном содержании крупного рогатого скота и свободновыгульном содержании свиней. Световые лучи оказывают существенное влияние и на воспроизводительные способности животных.
Однако не безразлично для животных и очень сильное освещение, поэтому откармливаемых животных содержат в умеренно освещенных и даже затемненных помещениях.
Слишком яркий солнечный свет оказывает на не привыкших к нему животных неблагоприятное воздействие в виде ожогов, а иногда и солнечного удара. Для защиты животных от солнечного удара устраивают теневые навесы, используют тень деревьев, отменяют тяжелые работы на лошадях в жаркие часы дня.
Животные, особенно птица, очень чувствительны к продолжительности и интенсивности светового режима. Поэтому в практике промышленного птицеводства четко отработан световой режим в соответствии с физиологическим состоянием птицы.
Большое значение для животных имеет ультрафиолетовая часть солнечного спектра. Ультрафиолетовые лучи улучшают функционирование органов дыхания и кровообращения, кислородное питание тканей. Они вызывают также общее стимулирующее действие за счет расширения кровеносных сосудов кожи. При этом усиливается рост волос, активизируется функция потовых и сальных желез, утолщается роговой слой, уплотняется эпидермис. В связи с этим повышается сопротивляемость кожи, усиливается рост и регенерация тканей, заживление ран и язв. Ультрафиолетовые лучи нормализуют фосфорно-кальциевый обмен, способствуют образованию витамина D. Ультрафиолетовое излучение служит мощным адаптогенным фактором, широко используемым в животноводческой практике для сохранения здоровья и повышения продуктивности животных и птицы.
Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным - бактериоубивающим действием. Поэтому солнечную радиацию издавна считают мощным, надежным и бесплатным естественным дезинфектором внешней среды. Некоторые формы микробов и вирусов под прямыми лучами солнца погибают через 10 — 15 минут.
Большое значение в предупреждении светового голодания имеет искусственное ультрафиолетовое облучение с помощью ртутно-кварцевых ламп и использование для обогревания животных ламп инфракрасного излучения. Режим их использования, дозировки и порядок работы должны контролироваться зооветеринарными специалистами. Работникам, обслуживающим животных в момент облучения, необходимо соблюдать соответствующие меры безопасности. Разработаны и используются соответствующие нормативы применения ламп инфракрасного и ультрафиолетового излучения.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
ЛУЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ , электромагнитные колебания различной частоты и соответствеи-ло различной длины волны. В эту пеструю но своим свойствам группу, объединяемую ло.д термином «лучистая энергия», входят инфракрасные лучи с длиной волны 0,3 мм -0,75 /г, лучи видимого света от красных (750 т/л) до фиолетовых (400 т/л), ультрафиолетовые лучи (400 m/i -10 т/л), рентген. лучи (10 m/i - 0,1 А) и & лучи радия (1А= =0,01А). Их биолог, и терапевтич. действие чрезвычайно различно и определяется в первую очередь длиной волны соответствующих лучей и степенью проницаемости для них тканей организма. Биологическое действиеЛ.э. В основе многообразного влияния Л. э. на «иол. объекты лежит воздействие лучей на течение физ., физ.-хим. и хим. процессов. В качестве примера можно привести ионизацию и перезарядку под влиянием ультрафиолетовых лучей, изменение величины поверхностного натяжения, вязкости, проницаемости, а из влияний на хим. процессы- полимеризацию молекул кислорода, в молекулы озона, процессы расщепления, окис-еления и восстановления. Подробно о биол. действии отдельных видов Л. э.-см. Свет, Тещлота, Рентгеновские лучи, Инфракрасные лучи, Ультрафиолетовые лучи. Действие Л. э. на человека в производственной обстановке. В производстве.мы встречаемся с тепловым воздействием Л. э. на рабочих всюду, где имеются установки.для нагреваний (печи, горны и т. п.) либо нагретые предметы. Интенсивность излучения и его спектр, состав зависят главным «о.3разом от t° нагрева этих источников. При прочих равных условиях общая энергия излучения согласно закону Стефана-Больц-мана пропорциональна четвертой степени абсод. t° излучающего тела. На производстве: мы встречаем радиации с различными спектрами: либо непрерывными, сплошными, исходящими от нагретых твердых и жидких тел. либо прерывистыми, полосатыми, источником к-рых являются нагретые газы. Энергия отдельных участков спектра у первых располагается т. о., что в определенном участке, вполне характерном для каждой t° иагрева, количество энергии излучения является максимальным, круто спадая в сторону коротких лучей и более полого в сторону длинных. Эту зависимость выражает «формула Вина: 1 тс№ . Т=К, где l max -длина волны (в микронах) того спектрального уча- ЭНЕРГИЯ 436 стка, в котором находится максимум энергии излучения, Т - абсолютная температура нагрева, К - константа, равная 2 960. Эта формула дает возможность заключить, что для подавляющего большинства производственных источников излучения максимум их энергии приходится на инфракрасную часть спектра и почти вся энергия их общего потока падает на инфракрасное излучение; в противоположность этому максимум энергии солнечного спектра находится в к пшх =А1Ът/1, что соответствует темп-ре 6 000°. Следующей особенностью, встречающейся на производстве радиации, является характер ее распространения в виде лучей расходящихся, а не параллельных (как у солнечного излучения). Это обстоятельство делает непригодным для применения на производстве ряд измерительных приборов, рассчитанных на параллельный ход солнечной радиации. Пригодной для применения в производственных условиях оказалась только специально сконструированная проф. Ка-литиным модель актинометра, дающая возможность определять радиацию напряженностью в 20-30 калорий и, благодаря простоте работы с ней, нашедшая уже широкое применение в сан.-гиг. практике (см. Актинометр ия). В производственных условиях встречаются источники Л. э. неподвижные (горны, печи и др.) и подвижные (обрабатываемые предметы, болванки и т. д.). Среди первых мы различаем источники с открытым пламенем (например горны), а также нагретые предметы, излучающие энергию в пространство, и источники, окруженные какой-либо оболочкой, задерживающей поток Л. э. (напр. печи). У последних интенсивность излучения может сильно колебаться в зависимости от состояния оболочки, наличия отверстий, открывания или закрывания крышек и заслонок и т. д. Максимальные интенсивности радиации наблюдаются именно у этих источников; так напр. у мартеновских печей при закрытых заслонках, при значительной их изношенности и наличии вокруг них зазоров установлена была на расстоянии 1,5 м напряженность радиации до 10 калорий. При открытии загрузочных окон интенсивность излучения на расстоянии 1 м может доходить до 30-40 и больше калорий. (Для сравнения отметим, что тепловой эффект солнечного излучения на границе земной поверхности, по Abbot"у, не превышает 1,937 калорий.) Из других наблюдений на производстве можно привести следующие данные: у нагревательных колодцев" Джерса в прокатных цехах на расстоянии 1 м найдено 0,51-3,5 калорий, у листопрокатных станов в момент прокатки на расстоянии 1 м -13,8 калорий; в сталелитейных у печей Сименса при их нагреве от 1 600-2 100°-10,5-16,5 калорий, на расстоянии 3 м -1,2-2,0 калорий; радиация от льющейся стали при измерении непосредственно около изложниц - 17,85 - 20,34 калорий, на расстоянии 1м - 4,0 - 4,8 калорий. В кузницах источниками радиации являются либо горны, у которых наблюдалась напряженность от 1,0 до 13,0 калорий, либо обрабатываемые предметы, 4&7 ЛУЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ 4S8 интенсивность излучения от к-рых зависит от площади излучающей поверхности. У стеклоплавильных печей интенсивность излучения на рабочем месте равнялась 0,2- 10 калорий. Все авторы отмечают крайнюю неравномерность распределения Л. э. в пространстве. Основным моментом, определяющим степень теплового воздействия Л. э. на рабочего, помимо интенсивности является длительность непрерывного воздействия Л.э., весьма различная в зависимости от характера производственных процессов. Серьезное значение имеют также длительность и частота перерывов в облучении, состояние окружающего воздуха (его t°, влажность, подвижность и прозрачность) и наконец тяжесть самого труда. Большое значение имеет и площадь облучаемой поверхности тела; в этом отношении на производстве наблюдаются резкие различия. Особенно тягостным бывает облучение со всех сторон, что например имеет место при выгрузке обожженных изделий из фарфорово- фаянсовых горнов. Для каждого производства существуют вполне характерные комбинации перечисленных выше условий с присущей ему же интенсивностью излучения; это оказывает влияние и на чувствительность рабочих к воздействию последнего, вследствие чего и оценка влияния Л. э. на рабочих у разных авторов различна. Отмечаются также различия в чувствительности кожи к воздействию облучений различного спектрального состава: лучи с более короткой волной {напр, солнечные) переносятся легче. В основе этих различий лежит разная способность этих лучей проникать в глубь тканей тела. Наибольшей проникающей способностью, по Sonne, обладают красные лучи видимого спектра. Лучи видимого света проникают в глубь тканей и поглощаются только там. При учете теплового эффекта Л.э. на организм рабочего различают местное действие на кожу, общее действие на весь организм, преимущественно на терморегуляцию, а также специфическое действие на орган зрения.-При местном действии на кожу мы имеем дело с тепловым эффектом поглощенной радиации со всеми вытекающими отсюда последствиями: поднятием t° кожи, покраснением, потооделением, ощущением тепла при малых интенсивностях, могущим при больших интенсивностях перейти в болезненное обжигающее ощущение, а затем в ожог первой и второй степени с образованием пузырей. Явлений фотохим. характера, как при воздействии ультрафиолетовых лучей,здесь нет; отсутствует также характерный для последних лятентный период; эритема на коже появляется сейчас же после облучения и легко исчезает, если не переходит в ожог. Темп, кожи поднимается, доходя при длительных степенях облучения до 38° и выше; при облучениях большей интенсивности за первоначальным нагревом кожи следует потоотделение, что вызывает понижение ее t°. В результате повторных облучений развивается пигментация кожи (Ullmann); при длящемся годами воздействии развивается хрон. гиперемия кожи, на отдельных местах образуются сосудистые расширения, и в заключение может получиться атрофия кожи. Вопрос о развитии в результате длительного воздействия Л. э. кожных новообразований еще не выяснен.- Наблюдения над общим действием Л. э. на организм рабочих велись преимущественно в производственных условиях, где чрезвычайно трудно выделить ее специфический эффект, т. к. одновременно на организм рабочего действуют и другие мощные факторы: высокая t° окружающего воздуха и тяжелый физ. труд. Воздействие это сказывается особенно ясно в нарушении терморегуляции, в усиленном потоотделении, достигающем иногда 9-10 л в течение восьмичасового рабочего дня, со всеми вытекающими отсюда последствиями нарушения водно-солевого обмена. Общая нагрузка сердечно-сосудистой системы у работающих в горячих цехах при наличии Л. э., как показывает ряд наблюдений, достигает чрезвычайно больших степеней. Так напр. Арка-диевский наблюдал у кочегаров, производивших чистку топок в течение 9-26 мин. при напряженности радиации от 5 до 11 калорий и при резких температурных колебаниях воздуха (от- 1,5° до +28°), следующие явления: учащение пульса до 180-200 ударов в 1 минуту, дыхания до 39-42 в минуту; t° тела доходила до 38-40°, кровяное давление падало на 20-30 мм, рабочие жаловались на головокружение, одышку, сердцебиение и т. д.; кожные покровы и склера сильно краснели, рабочий обливался потом. Все эти характерные для состояния перегревания организма явления очевидно под воздействием Л. э. значительно усиливаются, выделить однако ее специфическую роль затруднительно. Весь метеорологическ. комплекс горяч, цехов, неравномерность нагревания отдельных поверхностей тела, сквозняки и т. д. создают благоприятные условия для термических травм; при особо же неблагоприятных условиях может наступить при перегревании всего организма тепловой удар.--Действие Л. э. на глаза в первую очередь сводится к воздействию больших яркостей источников Л. э. Причина столь часто описанной катаракты стеклодувов и рабочих горячих цехов вполне точно не установлена. Признаваемое большинством авторов происхождение ее от воздействия коротких инфракрасных лучей, т. н. лучей Фохта, с длиной волны не свыше 1,5 р. Краупа оспаривает (см. Катаракта). Для устранения вредного воздействия Л. э. на глаза применяют специальные защитные очки (см.). Борьба с вредным влиянием Л. э. на производстве ведется с помощью мер, способствующих ослаблению радиации: ограждение ее источников, термоизоляция, щиты и экраны, паровые и водяные завесы; на теле рабочего спецодежда и другие индивидуальные защитные приспособления (рукавицы, фартуки и т. п.); либо наконец применяют непосредственное охлаждение поверхности тела рабочего при помощи специальных обдувающих вентиляционных установок:(см. также Горячие цеха). Эффективность всех этих мероприятий в значитель- ной степени зависит от характера остальных метеорол. условий на рабочем месте, почему в этой борьбе первоочередную роль играют также все мероприятия, способствующие понижению t° окружающего воздуха. Порядок применения защитных мероприятий зависит в каждом случае от конкретных производственных условий. Л. э. втерапи и-см. Светолечение. Лит.: Мищенко И., Влияние лучистой энергии на белковую молекулу, Ж. эксп. биол. и мед., 1927, № 17; Неменов М., Рентгенология, т. I, М.-Л., 1925; Успехи эксперим. биологии, т. VIII, вып. 4, 1929 (ряд статей П. Ракицкого и др.); Фрай-фельд А., Лечение красными и инфракрасными лучами, Физиотерапия, 1927, № 5-6; X в о л ь-сон О., Физика наших дней, стр. 41-71, М.-Л., 1928; о н ж е, Основания учения о лучистой энергии (глава в книге-Фототерапия, П., 1916); CobetR., Die Hauttemperatur des Menschen, Erg. d. Physio-logie, B. XXV, 1926; Handbuch der gesamten Strah-lenheilkunde, Biologie, Pathologie u. Theraple, hrsg. v. P. Lazarus, B. I-II, Munchen, 1928 (лит.); H a u s-mann W., Grundzuge der Lichtbiologie und Licht-pathologie, Berlin, 1923; Kahler K., Messme-thoden der Sonnen- und Himmelstrahlung (Hndb. der biol. Arbeitsmethoden, hrsg. v. E. Abderhalden, Abt. 2, T. I, B.-Wien, 1923); L i n k e F., Die Sonnen-und Himmelstrahlung, Strahlentherapie, B. XXVIII, H. 1, 1928,- Pincussen L., Biologische Licht-wirkungen, Erg. d. Physiologie, B. XIX, 1921; о н ж е, Biologische Strahlenwirkung (Hndb. d. Biochemie, hrsg. v. C. Oppenheimer, B. VII, Jena, 1926); Son-n e C, Physiologische u. therapeutische Wirkungen des kunstlichen Lichts, Strahlentherapie, B. XX, 1925. Тепловой эффект в производственных условиях.- Галанин Н., Сравнительно - санитарная оценка труда при плавке стали на электро- и тигельно-литейных печах (Труды Ленингр. института гигиены труда и техники безопасности, т. II, в. 3, Л., 1928); Материалы Свердловского кабинета по изучению проф. заболеваний и Уральского обл. отд. труда, в. 1-Труд и здоровье мартеновских рабочих, Свердловск, 1928; Оздоровление труда и революция быта, Труды ин-та им. Обуха, в. 27 - Сан.-клин. характеристики профессий горячих цехов, М., 1927; С т о ж-к о в а-Г ольдфарб Н., Сравнительная оценка физиологических данных при работе на электрических и тигельных печах (Труды Ленингр. ин-та гигиены труда и техники безопасности, т. II, в. 3, Л., 1928); С у т к о в а я А. и Г у щ и н И., К вопросу о действии высокой t° и лучистой энергии на центр, нервную систему, Гигиена труда, 1928, № 10; Труды Ленинградского губ. отд. труда, т. I, в. 1- Лучистая энергия, Л., 1927; Труды и материалы ■Укр. гос. ин-та патологии и гигиены труда, в. 7- Сталинский филиал, Сталин, 1928; Ульман К., Проф. повреждения кожи, вызываемые действием высокой температуры (глава в книге-М. Оппенгейм, Профессиональные болезни кожи, т. I, в. 1, М., 1Я25),* К г аир а Е., Der Glasblaserstar, Munchen, 1928 (лит.).С. Бродский. Н. Розенбаум.Воздействие на микроорганизмы различных форм лучистой энергии проявляется по-разному. В основе действия лежат те или иные химические или физические изменения, происходящие в клетках микроорганизмов и в окружающей среде.
Воздействие лучистой энергии подчиняется общим законам фотохимии – изменения могут быть вызваны только поглощенными лучами. Следовательно, для эффективности облучения большое значение имеет проникающая способность лучей.
Свет. В природе микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Свет необходим для жизни только фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов; даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Однако развитие многих плесневых грибов в темноте протекает ненормально: при постоянном отсутствии света хорошо развивается только мицелий, а спорообразование тормозится.
Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.
Известно, что лучистая энергия переносится «порциями» – квантами. Действие кванта зависит от содержания в нем энергии. Количество энергии изменяется в зависимости от длины волны: чем она больше, тем меньше энергия кванта.
Инфракрасные лучи (ИК-лучи) обладают сравнительно большой длиной волны. Энергия этих излучений недостаточна, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их веществах. В основном она превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на микроорганизмы при использовании ИК-излучений для термической обработки продуктов.
Ультрафиолетовые лучи. Эти лучи являются наиболее активной частью солнечного спектра, обусловливающей его бактерицидное действие. Они обладают высокой энергией, доста-
точной для того, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их молекулах субстрата и клетки.
Наибольшим бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 250–260 нм.
Эффективность воздействия УФ-лучей на микроорганизмы зависит от дозы облучения, т. е. от количества поглощенной энергии. Кроме того, имеет значение характер облучаемого субстрата: его рН, степень обсеменения микробами, а также температура.
Очень малые дозы облучения действуют даже стимулирующе на отдельные функции микроорганизмов. Более высокие,
но не приводящие к гибели дозы вызывают торможение отдельных процессов обмена, изменяют свойства микроорганизмов, вплоть до наследственных изменений. Это используется на практике для получения вариантов микроорганизмов с высокой способностью продуцировать антибиотики, ферменты и другие биологически активные вещества. Дальнейшее увеличение дозы" приводит к гибели. При ■ дозе ниже смертельной возможно восстановление (реактивация) нормальной жизнедеятельности.
Различные микроорганизмы неодинаково чувствительны к одной и той же дозе облучения (рис. 24, 25).
Среди бесспоровых бактерий особенно чувствительны к облучению пигментные бактерии, выделяющие пигмент в окру-
жающую среду. Пигментные бактерии, содержащие каротино-идные пигменты, чрезвычайно стойки, так как каротиноидные пигменты обладают защитными свойствами против УФ-лучей.
Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки. Чтобы убить споры, требуется в 4–5 раз больше энергии (см. табл. 9). Споры грибов более выносливы, чем мицелий.
Гибель микроорганизмов может быть следствием как непосредственного воздействия УФ-лучей на клетки, так и неблагоприятного для них изменения облученного субстрата.
УФ-лучи инактивируют ферменты, они адсорбируются важнейшими веществами
клетки (белками, нуклеиновыми кислотами) и вызывают изменения – повреждение их молекул. В облучаемой среде могут образоваться вещества (перекись водорода, озон и др.), губительно действующие на микроорганизмы.
В настоящее время УФ-лучи довольно широко применяют на практике. Искусственным источником ультрафиолетового излучения чаще служат аргонно-ртутные лампы низкого давления, называемые бактерицидными (БУВ-15,
Ультрафиолетовыми лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помещений. Обработка УФ-лучами в течение 6 ч уничтожает до 80 % бактерий и плесеней, находящихся в воздухе. Такие лучи могут быть использованы для предотвращения инфекции извне при розливе, фасовке и упаковке пищевых продуктов, лечебных препаратов, а также для обеззараживания тары, упаковочных материалов, оборудования, посуды (в предприятиях общественного питания).
В последнее время бактерицидные свойства УФ-лучей успешно применяют для дезинфекции питьевой воды.
Стерилизация пищевых продуктов с помощью УФ-лучей затрудняется их низкой проникающей способностью, в связи с чем действие этих лучей проявляется только на поверхности или в очень тонком слое. Тем не менее известно, что облучение охлажденных мяса, мясопродуктов удлиняет срок их хранения в 2 –3 раза.
Мы не случайно начинаем обзор именно с данного экологического фактора. Лучистая энергия солнца, или солнечная радиация,- основной источник тепла и жизни на нашей планете. Только благодаря этому в далеком прошлом на Земле органическая материя могла зародиться и в процессе эволюции достигнуть тех степеней совершенства, которые мы наблюдаем в природе в настоящее время. Основные свойства лучистой энергии как экологического фактора определяются длиною волн. На этой основе в пределах всего светового спектра различают видимый свет, ультрафиолетовую и инфракрасную его части (рис. 10). Ультрафиолетовые лучи оказывают химическое действие на живые организмы, инфракрасные - тепловое.
Рис. 10. Спектры солнечного излучения в. различных условиях (по: Одум, 1975).
1 - не измененное атмосферой; 2 - на уровне моря в ясный день; 3 - прошедшее через сплошную облачность; 4 - прошедшее через полог растительности.
К основным параметрам экологического воздействия данного фактора принадлежат следующие: 1) фотопериодизм - закономерная смена светлого и темного времени суток (в часах); 2) интенсивность освещения (в люксах); 3) напряжение прямой и рассеянной радиации (в калориях на единицу поверхности в единицу времени); 4) химическое действие световой энергии (длина волн).
Солнце непрерывно излучает огромное количество лучистой энергии. Ее мощность, или интенсивность радиации, на верхнем пределе атмосферы составляет от 1,98 до 2,0 кал/см 2 -мин. Этот показатель называют солнечной постоянной. Впрочем, солнечная постоянная, по-видимому, может несколько изменяться. Отмечено, что за последние годы яркость Солнца увеличилась приблизительно на 2%. По мере приближения к поверхности Земли солнечная энергия претерпевает глубокие преобразования Большая ее часть задерживается атмосферой. Далее на пути световых волн встает растительность, и если она представляет многоярусное сомкнутое древесное насаждение, то тогда до поверхности почвы доходит очень небольшая часть первоначальной солнечной энергии. Под пологом густого букового леса это количество в 20-25 раз меньше, чем на открытом месте. Но дело не только в резком уменьшении количества света, но и в том, что в процессе проникновения в глубь леса меняется спектральный состав света. Следовательно, он претерпевает качественные изменения, весьма существенные для растений и животных.
Говоря об экологическом значении света, надо подчеркнуть, что самое главное здесь -его роль в фотосинтезе зеленых растений, ибо результатом является создание органического вещества, растительной биомассы. Последняя представляет первичную биологическую продукцию, от использования и трансформации которой зависит все остальное живущее на Земле. Интенсивность фотосинтеза сильно изменяется в разных по географическому положению районах и зависит от сезона года, а также от местных экологических условий. Дополнительное освещение позволяет существенно повышать прирост даже древесно-кустарниковых пород, не говоря о травянистых растениях. И. И. Никитин в течение 10 дней проращивал желуди при непрерывном освещении, затем 5 мес. выращивал проростки на свету яркостью 4 тыс. лк. В итоге дубки достигли высоты 2,1 м. После пересадки в грунт 8-летний подопытный дуб давал годовой прирост в высоту 82 см, тогда как контрольные деревца - только 18 см.
Примечательно, что хотя жизнедеятельность и продуктивность животных находятся в прямой (у фитофагов) или косвенной (у зоофагов) зависимости от первичной продукции растений, тем не менее связь менаду последними и животными носит далеко не односторонний характер. Установлено, что животные-фитофаги, например лоси, поедая зеленую растительную массу и повреждая при этом фотосинтезирующие органы, способны
заметно снизить интенсивность фотосинтеза и продуктивность растений. Так, в Центрально-Черноземном заповеднике (Курская обл.) лоси съели всего 1-2% фитомассы молодых дубняков, но их продуктивность упала на 46%. Таким образом, в системе кормовое растение - фитофаг налицо и прямая, и обратная связи.
Огромную роль в жизни всех живых существ играет фотопериодизм. По мере изучения этого фактора выясняется, что фотопериодическая реакция лежит в основе очень многих биологических явлений, будучи прямым определяющим их фактором или же выполняя сигнальные функции. Выдающееся значение фотопериодической реакции в большой мере обусловлено ее астрономическим происхождением и в силу этого высокой степенью стабильности, чего, например, не скажешь о температуре среды, которая тоже чрезвычайно важна, но крайне неустойчива.
Уже самый факт разделения животных на две больших группы по времени активности - на дневных и ночных - наглядно свидетельствует об их глубокой зависимости от фотопериодических условий. О том же говорит установленная в 1920 г. американскими учеными У. Гарнером и Г. Аллардом закономерность, согласно которой растения по отношению к свету и температуре делятся на виды длинного и короткого дня. Позднее было выяснено, что аналогичная фотопериодическая реакция свойственна также животным и, следовательно, носит общеэкологический характер.
Закономерное изменение по сезонам года продолжительности светового дня обусловливает время начала состояния диапаузы многочисленных видов насекомых и других членистоногих, в частности клещей. Путем тонких экспериментов А. С. Данилевский с сотрудниками доказали, что диапауза стимулируется именно сокращением дня, а не понижением температуры воздуха, как считалось ранее (рис. 11). Соответственно этому закономерное увеличение продолжительности светового дня весною служит четким сигналом для прекращения состояния диапаузы. При этом видовые популяции, обитающие на разных широтах, отличаются специфическими фотопериодическими требованиями. Например, для бабочки щавелевой стрельчатки (A crony eta rumicis) , в Абхазии необходима продолжительность дня не менее 14 ч 30 мин, в Белгородской области-16 ч 30 мин, в Витебской области-18 ч и под Ленинградом-19 ч. Иными словами, с продвижением к северу на каждые 5° широты продолжительность дня, необходимая для выхода из диапаузы, у данного вида удлиняется примерно на полтора часа.
Рис. 11. Фотопериодическая реакция длиннодневного типа - бабочки-капустницы (1) и кароткодневного типа - тутового шелкопряда (2) (по: Данилевский, 1961).
Таким образом, фотопериодизм является основным фактором сезонной активности членистоногих. Более того, аналогичные исследования ботаников показали, что многие явления в сезонной жизни растений, динамика их роста и развития тоже относятся к фотопериодическим реакциям. Например, фотопериодический фактор служит сигналом для заблаговременной подготовки растений к зиме, независимо от состояния погоды. Все это делает фотопериодизм весьма существенным фактором при интродукции сельскохозяйственных растений в новые районы, при их культивировании в теплицах и т. д.
Наконец, сопоставление результатов экспериментов по фотопериодизму насекомых-фитофагов и их кормовых растений выявило глубокую между ними взаимозависимость. На воздействие одного и того же экологического фактора те и другие отвечают сходным образом, следовательно, их трофические связи имеют под собой глубокую эколого-физиологическую основу.
Изучение фотопериодических реакций высших позвоночных животных принесло тоже чрезвычайно интересные результаты. Так, у пушных зверей осенью развивается все более густой и пышный волосяной покров. Зимой он достигает наибольшего развития и максимальных термоизолирующих свойств. Эти защитные функции меха усиливаются толстым слоем жира, образующимся под кожей в конце лета и осенью. Зимой упомянутые морфофизиологические адаптации функционируют в полной мере. Издавна считалось, что основным фактором, определяющим сезонное развитие меха и жира, является температура воздуха, ее падение в осенне-зимние месяцы. Однако эксперименты продемонстрировали, что пусковой механизм данного процесса связан не столько с температурой, сколько с фотопериодизмом. В лабораторном виварии и даже на пушной ферме можно поместить американских норок или других зверей в клетки с регулируемым освещением и начиная с середины лета искусственно сокращать световой день. В результате процесс линьки у подопытных животных начинается значительно раньше, чем в природе, пойдет интенсивнее и, соответственно, завершится не к зиме, а в начале осени.
На фотопериодической основе покоится и важнейшее сезонное явление в жизни перелетных птиц - их миграции и тесно с ними связанные процессы линьки оперения, накопления жира под кожей и на внутренних органах и др. Конечно, все это - приспособления к перенесению неблагоприятных температурных и кормовых условий путем «избегания» их. Однако и в данном случае основную сигнальную роль играют изменения не температурного, а светового режима - сокращение продолжительности дня, что можно доказать путем экспериментов. В лаборатории, действуя на фотопериодическую реакцию птиц, не слишком трудно привести их в специфическое предмиграционное состояние, а затем - в миграционное возбуждение, хотя температурные условия останутся стабильными.
Оказывается, фотопериодический характер носит также цикличность половой деятельности животных, цикличность их размножения. Пожалуй, это особенно удивительно, поскольку биология размножения принадлежит к свойствам организма, наиболее тонко сформированным, обладающим наиболее сложной координацией взаимосвязей.
Опытами над многими «идами птиц и млекопитающих доказано, что путем увеличения продолжительности светового дня можно активизировать гонады (рис. 12), привести животных в состояние полового возбуждения и добиться продуктивного спаривания даже в осенне-зимние месяцы, если, конечно, положительную реакцию на световое воздействие обнаружат оба пола. Между тем самки у некоторых видов (например, воробьев) в этом отношении оказываются значительно более инертными, чем самцы, и требуют дополнительной стимуляции этологического порядка.
Рис. 12. Влияние света на развитие гонад у самцов и самок домового воробья, забитых после содержания при разных условиях (по: Поликарпова, 1941).
а - с воли 31 января; б - из камеры с комнатной температурой 29 января; в - из камеры с добавочным светом 28 января.
Некоторым млекопитающим - соболю, кунице, ряду других видов куньих, а также косуле - свойственна интересная особенность биологии размножения. У них оплодотворенное яйцо сначала не имплантируется в стенку матки, а <в течение длительного времени находится в состоянии покоя, так называемой латентной стадии. У соболя эта стадия продолжается несколько месяцев и лишь приблизительно за полтора месяца до рождения щенков происходит имплантация яйца и очень быстрое эмбриональное развитие. Таким образом, беременность распадается как бы на длительный период предбеременности, или латентный, и короткий, порядка 35-45 дней, период вынашивания, т. е. собственно эмбрионального развития. Благодаря этому замечательному приспособлению животные получают возможность с минимальными энергетическими затратами переживать тяжелое зимнее время. Оказывается, что продолжительность латентного периода также регулируется фотопериодической реакцией и, если воспользоваться последней, может быть существенно сокращена.
Весьма велико влияние соотношения периодов освещения и темноты и изменения на протяжении суток интенсивности освещения на активность животных. Например, дневные птицы на рассвете пробуждаются при определенной по своей интенсивности «освещенности пробуждения», зависящей от высоты солнца по отношению к горизонту. Наступление надлежащей «освещенности пробуждения» служит сигналом, стимулирующим активизацию птиц. Дрозды начинают подавать признаки жизни при 0,1 лк, когда в лесу еще почти совсем темно; кукушка требует для своего пробуждения 1 лк, славка-черноголовка - 4, зяблик-12, домовый воробей - 20 лк. В соответствии с этим при хорошей погоде птицы в данной местности пробуждаются в определенное время и в известном порядке, что позволяет говорить о существовании «птичьих часов». Например, в учлесхозе «Лес на Ворскле» Белгородской области в мае-июне первые голоса птиц раздаются в среднем в следующее время: соловей - в 2 ч 31 мин, черный и певчий дрозды - 2 ч 31 мин, кукушка - 3 ч 00 мин, славка-черноголовка - 3 ч 30 мин, большая синица - 3 ч 36 мин, полевой воробей- 3 ч 50 мин.
Суточные изменения режима освещенности оказывают глубокое влияние на жизнедеятельность растений,и прежде всего на ритм и интенсивность фотосинтеза, который прекращается в темные часы суток, в непогоду и в зимнее время (рис. 13).
Наконец, солнечная энергия может играть очень важную роль как источник тепла, воздействуя на живые существа непосредственно или глубоко влияя на их среду обитания в локальном или глобальном масштабах.
В общем из приведенных выше фрагментарных сведений видно, что световой фактор играет в жизни организмов чрезвычайно важную и разностороннюю роль.
Рис. 13. Зависимость фотосинтеза от световой энергии у разных растительных популяций (по: Одум, 1975).
1 - деревья в лесу; 2 - листья, освещенные солнцем; 3 - затененные листья.
Ионизирующее излучение действует на организм как из внешних, так и из внутренних источников облучения (в случае проникания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой, воздухом или через кожные покровы). Возможно комбинированное воздействие внешнего и внутреннего облучения.
Повреждающее действие различных видов радиоактивных лучей зависит от их проникающей активности и, следовательно, от плотности ионизации в тканях. Чем короче путь прохождения луча, тем больше плотность ионизации и сильнее повреждающее действие (табл. 7).
Однако физически одинаковые количества поглощенной энергии дают часто разный биологический эффект в зависимости от вида лучистой энергии. Поэтому для оценки степени повреждающего действия ионизирующей радиации на биологические объекты пользуются коэффициентом относительной биологической эффективности (ОБЭ).
Как видно из табл. 8, повреждающее действие альфа-лучей, нейтронов и протонов в 10 раз больше, чем рентгеновых лучей, биологическое действие которых условно принято за 1. Следует, однако, помнить, что эти коэффициенты условны. Многое зависит от выбора показателя, который берется для сравнения биологической эффективности. Например, ОБЭ можно устанавливать по проценту смертности, по степени гематогенных изменений, по стерилизующему действию на половые железы и т. д.
Реакция организма на действие ионизирующего излучения зависит от полученной дозы облучения, продолжительности действия и общего состояния облученного организма (табл. 9).
Для человека абсолютная смертельная доза при однократном облучении составляет около 600 р.
Продолжительность облучения имеет определенное значение в развитии радиоактивного повреждения. При кратковременном воздействии, измеряемом секундами, степень повреждающего действия несколько уменьшается. При воздействии той же дозы излучения, но продолжительностью в несколько десятков минут повреждающее действие увеличивается. Дробное (фракционированное) действие уменьшает смертность. Суммарная доза многократных облучений может значительно превысить однократную смертельную.
Индивидуальная и видовая реактивность организма имеет также большое значение в определении тяжести радиоактивного поражения. В эксперименте на животных отмечаются широкие пределы индивидуальной чувствительности - одни собаки выживают при однократном облучении в 600 р, а другие погибают от 275 р. Молодые, а также беременные животные более чувствительны к ионизирующему облучению. Старые животные также менее резистентны вследствие ослабления у них процессов восстановления.
Механизмы болезнетворного действия ионизирующих излучений . В механизме лучевых повреждений организма человека и животных можно выделить три важных этапа:
- а) первичное действие радиоактивного излучения;
- б) влияние радиации на клетки;
- в) действие радиации на целый организм.
Механизм первичного действия ионизирующих излучений определяется физическими, физико-химическими и химическими процессами, которые возникают в любом биологическом субстрате, находящемся под воздействием радиации.
Физические процессы - ионизирующие излучения, обладая высокой энергией, выбивают на своем пути из атомов и молекул электроны или вызывают их перемещение. Это приводит в течение ничтожно короткого времени (10 -16 секунд) к ионизации и образованию возбужденных атомов и молекул. Физико-химические процессы заключаются в том, что ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, обладая большой реактивностью, вызывают образование свободных радикалов. В живых структурах ионизации быстрее всего подвергается вода.
Ионизация сопровождается явлениями рекомбинации возникших частиц. Она особенно сильно выражена при действии таких видов облучения, которые обладают большой плотностью ионизации (альфа-лучи, нейтроны). В процессе радиации воды возникают следующие свободные атомы и радикалы: атомный водород (Н +), гидроксил (ОН +), гидропероксид (НО 2) и перекись водорода (Н 2 О 2).
Действие ионизирующей радиации на растворенные в воде вещества в основном осуществляется за счет продуктов радиолиза воды. Так, известна высокая радиоустойчивость веществ в замороженном состоянии или ферментов в высушенном порошкообразном состоянии.
Процесс ионизации касается и макромолекул. Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекуле, реализуясь в наиболее уязвимых ее местах. В белках этими местами могут оказаться SH-группы, в ДНК - хромофорные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи.
Влияние радиации на клетки возникает в результате взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, водородом и др., когда вследствие всех этих процессов образуются органические перекиси и возникают быстропротекающие реакции окисления. Накапливается множество измененных молекул, в результате чего начальный радиационный эффект многократно усиливается. Все это отражается прежде всего на структуре биологических мембран, меняются их сорбционные свойства и повышается проницаемость (в том числе оболочек лизосом и митохондрий). Изменения в мембранах лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза муконблисахарида и ряда других ферментов.
Высвобождающиеся гидролитические ферменты могут путем простой диффузии достичь любой органеллы клетки, в которую они легко проникают благодаря повышению проницаемости мембран. Под действием этих ферментов происходит дальнейший распад макромолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков. Разобщение окислительного фосфорилирования в результате выхода ряда ферментов из митохондрий в свою очередь приводит к угнетению синтеза АТФ, а отсюда и к нарушению биосинтеза белков.
Таким образом, в основе радиационного поражения клетки лежит нарушение ультраструктур клеточных органелл и связанные с этим изменения обмена веществ. Кроме того, ионизирующая радиация вызывает образование в тканях организма целого комплекса токсических продуктов, усиливающих лучевой эффект - так называемых радиотоксинов. Среди них наибольшей активностью обладают продукты окисления липоидов - перекиси, эпоксиды, альдегиды и кетоны. Образуясь тотчас после облучения, липидные радиотоксины стимулируют образование других биологически активных веществ - хинонов, холина, гистамина - и вызывают усиленный распад белков. Будучи введенными необлученным животным, липидные радиотоксины оказывают действие, напоминающее лучевое поражение.
При достаточно больших дозах облучения изменения в клетках и тканях определяются в основном развитием дегенеративно-деструктивных процессов и структурными изменениями хромосомного аппарата, что ведет к гибели клетки в процессе митоза или к возникновению нежизнеспособного потомства клетки. Угнетение митотической активности клеток является одним из специфических проявлений биологического действия ионизирующей радиации.
Ионизирующее излучение действует на клетки тем сильнее, чем больше их воспроизводящая способность, чем длительнее прохождение митотического процесса, чем клетки моложе и менее дифференцированы. На основании морфологических признаков поражаемости органы и ткани распределяются в следующем нисходящем порядке: лимфоидные органы (лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, лимфоидная ткань других органов), костный мозг, семенники, яичники, слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта. Еще меньше поражаются кожа с придатками, хрящи, растущие кости, эндотелий сосудов. Высокой радиоустойчивостью обладают паренхиматозные органы: печень, надпочечники, почки, слюнные железы, легкие.
Степень радиационной поражаемости клеток одного и то же типа зависит от ряда факторов:
- 1) степени дифференцировки - эмбриональные и недифференцированные клетки поражаются в большей степени, чем образующиеся из них дифференцированные клетки;
- 2) обмена веществ - усиление интенсивности клеточного метаболизма сопровождается повышением радиочувствительности;
- 3) митотической активности - активно делящиеся клетки, как правило, более чувствительны, чем неделящиеся. Ядро клетки более чувствительно к радиации, чем цитоплазма;
- 4) стадии митоза - чувствительность клеток наиболее высока в стадии профазы и метафазы.
Радиочувствительность резко меняется на разных этапах филогенетического развития. Поражаемость животных излучением уменьшается в следующем порядке, эмбрион, плод, молодое животное, взрослый организм.
Действие ионизирующего излучения на организм в целом . Болезнетворный эффект ионизирующей радиации в целом определяется как непосредственным повреждающим действием на клетки и ткани организма, так и раздражением нервной системы и возникающими отсюда общими реакциями организма, обозначаемыми как лучевая болезнь.
Лучевая болезнь . По течению различают острую и хроническую лучевую болезнь. Острая лучевая болезнь может протекать в легкой, средней и тяжелой форме. В ее течении выделяют четыре периода.
Первый период - начальный (первичных реакций), наблюдается сразу после облучения, длится от нескольких часов до 1-2 суток. Признаком лучевого поражения в этот период является задержка митотической активности в кроветворных клетках. В этот период усиливаются обменные процессы и повышаются функции основных органов и систем.
Второй период - латентный, скрытый (период кажущегося благополучия), характеризуется изменениями в крови больного, связанными с начинающимся угнетением кроветворения. Длительность этого периода зависит от поглощенной дозы. Так, при дозах 20-100 рад этим периодом может закончиться заболевание. При дозе 150-200 рад скрытый период может длиться несколько недель, при 300-500 рад - всего несколько дней, а при дозе свыше 500 рад скрытый период продолжается всего несколько часов.
Третий период - выраженных явлений, или разгара болезни . В легких случаях он длится несколько дней, в тяжелых - 2-3 недели. Для этого периода характерны кровоизлияния во внутренние органы, резкое подавление кроветворения (рис. 5), повышение проницаемости клеточных мембран, угнетение иммунитета. Именно в этом периоде наступает смерть. Причинами смерти могут быть кровотечения, присоединившаяся инфекция и другие осложнения.
Четвертый период - период исхода или восстановления .
Хроническая лучевая болезнь возникает при слабом длительном облучении организма, может быть также исходом острой лучевой болезни. В течение хронической лучевой болезни выделяют три периода: период ранних изменений, развитие осложнений и период тяжелых, необратимых изменений со смертельным исходом.
Механизм развития лучевой болезни определяется наряду с непосредственным поражением клеток главным образом реакцией организма со стороны нервной, эндокринной и соединительнотканной систем на повреждающее радиоактивное излучение.
Реакцию нервной системы можно наблюдать во всех фазах развития лучевой болезни. В начале ее развития, когда происходит ионизация воды и биосубстратов организма, рецепторы нервной системы реагируют на изменения внутренней среды организма, приводя к возбуждению все звенья нервной системы.
Расстройства функции центральной нервной системы проявляются в нарушениях условнорефлекторных связей, ослаблении процесса внутреннего торможения. Функциональные изменения в коре головного мозга в различные сроки облучения связаны с увеличением импульсации, притекающей в высшие отделы нервной системы через ретикулярную формацию. Меняются функции и всех подкорковых центров. Так, проявлением повреждения вегетативных центров служит нарушение терморегуляции, регуляции тонуса сосудов, сердечного ритма в облученном организме. Таким образом, при лучевых заболеваниях в нервной системе обнаруживаются наиболее ранние и интенсивные функциональные изменения, а структурные нарушения в ней не так выражены, как, например, в костном мозге (П. Д. Горизонтов).
В развитии лучевой болезни немалое значение имеют и эндокринные расстройства. Функции всех эндокринных желез в той или иной мере нарушаются под влиянием ионизирующего излучения. Наиболее выраженные изменения наблюдаются в половых железах, гипофизе и надпочечниках. Эти изменения зависят от дозы излучения и могут проявляться как усилением секреции, так и угнетением ее. Большое значение, по-видимому, имеет и нарушение обычной согласованности в секреции различных эндокринных желез.
Лучевое повреждение половых желез при хронических воздействиях проникающей радиации может возникнуть очень рано - до появления клинических симптомов лучевой болезни. Изменения, наступающие в половых железах, ведут к стерильности, уменьшению потомства, повышению мертворождаемости.
Нарушение функции гипофиза, сопровождаясь изменением секреции ряда тройных гормонов, ведет к разнообразным вторичным последствиям из-за нарушения функции соответствующих желез. Особенно важна недостаточность надпочечных желез, резко снижающая реактивность организма и устойчивость ко всевозможным повреждающим воздействиям внешней среды.
Отдаленные последствия облучения . Среди отдаленных последствий облучения наиболее изучены (кроме хронической лучевой болезни) сокращение средней продолжительности жизни, развитие катаракт, нарушения эмбрионального развития, возникновение злокачественных опухолей.
Облучение повышает число злокачественных опухолей и ускоряет их возникновение (в эксперименте). Чаще всего образуются опухоли кроветворной ткани (лейкозы), молочной железы, кожи, печени, щитовидной железы.
Опухоли могут возникать как при общем, так и местном облучении.
Воздействие ионизирующим излучением применяется и как мощное противоопухолевое средство. Облучение при этом всегда проводится локально. Режим воздействия подбирается таким образом, чтобы большая часть энергии излучения поглощалась в опухоли и вблизи ее. Действие радиоизлучения наиболее эффективно в случае опухолей с повышенной митотической активностью, обладающих пониженной радиорезистентностью.
Солнечные лучи
Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) . Ультрафиолетовые лучи (длина волны от 1880 до 3800 А) проникают только в самые поверхностные слои кожи и оказывают биологическое и патологическое действие на организм.
Общее биологическое действие ультрафиолетовых лучей на человека выражается трояко:
2. Под влиянием ультрафиолетовых лучей в коже из провитамина 7-дегидрохолестерина фотохимическим путем образуется витамин D 3 . Минимальное необходимое для этого количество ультрафиолетовых лучей составляет 1/8-1/10 эритемной дозы в день.
3. Бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей наиболее выражен в пределах длины волны от 2000 до 2800 А (коротковолновой ультрафиолет). Бактерицидный эффект сопровождается и стимуляцией иммунологической реактивности: усиливается выработка антител, повышается комплементарная активность сыворотки крови.
1. Реакция со стороны кожи - ультрафиолетовые лучи средневолнового диапазона (2800-3150 А) вызывают эритему. Эритема возникает в результате образования в месте облучения гистамина, являющегося сильным сосудорасширителем. Она имеет резко очерченные границы, наступает через определенный промежуток времени (от десятков минут до нескольких часов) и, как правило, переходит и пигментацию - загар с образованием и отложением в коже пигмента меланина. Загар вызывают преимущественно длинноволновые ультрафиолетовые лучи (3150-3800 А).
Ультрафиолетовые лучи самого короткого диапазона (менее 2000 А) оказывают озонирующее действие (вакуумный ультрафиолет).
Патогенное действие УФЛ проявляется при избыточном облучении организма или при наличии повышенной чувствительности (фотосенсибилизация).
Солнечные ожоги строго на месте облучения возникают в силу химического действия УФЛ - избыточного образования гистамина и других биологически активных веществ в облучаемых тканях и их последующего токсического действия как местного, так и общего характера.
Поражение глаз УФЛ - фотоофтальмия - возникает чаще при отсутствии защиты склеры глаз в условиях усиленной радиации (у электросварщиков, при работе в светолечебных кабинетах, в арктических и высокогорных районах и пр.); появляется через 2-6 часов, выражается в боли в глазах, гиперемии, отеке конъюнктивы и век, снижении остроты зрения. Наблюдается и общая реакция организма - головная боль, разбитость, бессонница, тахикардия. Обычно через 5-6 дней эти симптомы исчезают.
Общее действие УФЛ может проявиться и общими реакциями при ведущей роли местных симптомов, а также как самостоятельная реакция на общее ультрафиолетовое облучение - солнечный удар, где ведущим является нарушение общего состояния организма, прежде всего функции центральной нервной системы и органов кровообращения.
В механизме общего патогенного действия УФЛ наибольшее значение имеют два пути: гуморальный и неврогенный .
Гуморальные механизмы . На месте облучения под влиянием УФЛ образуются токсические продукты - гистамин, ацетилхолин, облученный холестерин, эргостерин, белково-липоидные комплексы, оказывающие токсическое действие на стенку капилляров в месте их образования, на нервные клетки и чувствительные нервные окончания вследствие всасывания в общий кровоток.
Интенсивное облучение кожи УФЛ вызывает гемолиз эритроцитов - так называемый фотогемолиз, который особенно усиливается в присутствии фотосенсибилизаторов. Фотосенсибилизаторы - некоторые краски (эозин, флюоресцеин), порфирины, лецитин, холестерин - усиливают повреждающее действие УФЛ.
У некоторых людей с нарушенным обменом порфирина (порфирия) уже при незначительном солнечном облучении возникают ожоги и состояние тяжелого коллапса вследствие отравления токсическими продуктами облученного порфирина.
Неврогениые механизмы . Возможно рефлекторное возбуждение некоторых вегетативных центров (сосудодвигательного, вагусного, центров терморегуляции) через рецепторы кожи, раздражаемые химическими веществами на месте их образования.
Возможно и центрогенное действие этих же токсических продуктов на жизненно важные нервные центры в результате всасывания в ток крови, лимфы и спинномозговую жидкость - отсюда расстройства кровообращения типа коллапса, который иногда может закончиться смертью (солнечный удар).
Бластомогенное действие на человека могут оказывать УФЛ с длиной волны от 2900 до 3841 А при длительном воздействии. У животных опухоли могут быть вызваны радиацией с более широким диапазоном волны. Поглощением УФЛ верхними слоями кожи определяется в известной степени локализация развивающихся под их действием опухолей у человека, например плоско- и базальноклеточный рак кожи. У животных, у которых кожа тоньше, в значительном проценте случаев возникают и саркомы. У человека опухоли развиваются на открытых, незащищенных участках тела, а у экспериментальных животных - на частях тела, лишенных шерсти.
Частота опухолей кожи возрастает с увеличением количества поглощенной энергии. Так, подсчитано, что в США между 42° и 30° северной широты частота рака кожи удваивается с приближением к экватору на каждые 4°. Рак кожи под воздействием УФЛ возникает после длительного латентного периода. Появлению рака предшествуют длительные деструктивно-воспалительные изменения кожи, называемые солнечным кератозом.
Механизм бластомогенного действия ультрафиолетовых лучей далеко не ясен. Можно предполагать два пути этого действия:
- а) УФЛ, как и радиоактивная радиация, обладают мутагенным свойством (см. «Роль наследственности, конституции и возраста в патологии»);
- б) под влиянием УФЛ в коже могут образоваться какие-то канцерогенные вещества.
Фиолетовые лучи (3800-4500 А) могут оказывать на организм, наподобие ультрафиолетовых, химическое действие, но значительно менее выраженное.
Видимые лучи солнечного спектра с длиной волны 5000-7000 А значительным повреждающим действием не обладают, так как в основном поглощаются кожей и не проходят в глубь организма.
Через посредство глаза - органа, специализированного для восприятия лучей солнечного спектра в пределах от 4000 до 7600 А, световые раздражения могут оказывать влияние на весь организм. Раздражение зрительных рецепторов световыми лучами передается, кроме зрительных центров, в вегетативные центры гипоталамуса и приводит их в состояние слабого возбуждения, что в свою очередь способствует усилению окислительных процессов, повышению кровяного давления и даже возникновению некоторой эйфории (в яркий, солнечный день люди более улыбчивы и общительны, чем в хмурые, пасмурные дни).
Естественный ритм освещения определяет суточный ритм активности животных и человека, ритм целого ряда физиологических процессов, теснейшим образом связанных рефлекторными и условнорефлекторными механизмами с ритмом смены дня и ночи, ритмом сезонных колебаний освещенности. Нарушения нормального ритма физиологических функций, связанных с ритмом естественной смены дня и ночи, в ряде случаев ведут к развитию болезненных состояний (неврозов), лечение которых требует восстановления нормального ритма световых раздражений. Такие нарушения могут быть результатом неправильного построения рабочего и бытового режима, круглосуточного дня и круглосуточной ночи за полярным кругом и т. д.
Инфракрасные лучи . Инфракрасные лучи оказывают на организм в основном тепловое действие. Лучи длиной волны от 7600 до 14 000 А обладают большой проникающей способностью и прогревают ткани как бы изнутри. Лучи длиной волны более 14 000 А поглощаются поверхностными тканями и могут давать обжигающий эффект.
Повышение температуры в результате поглощения тканями энергии инфракрасных лучей сопровождается ускорением различных физико-химических и физиологических реакций организма как местного (повышение проницаемости сосудов, расширение их - пассивная гиперемия, экссудация и пр.), так и общего (повышение обмена веществ, температуры тела, в тяжелых случаях - нарушения механизмов терморегуляции и тепловой удар) характера.
Излучения лазера
Лазер, или оптический квантовый генератор, - физический прибор, позволяющий излучать монохроматические пучки света необычайной интенсивности с малым углом их расхождения. Нефокусированный луч лазера имеет ширину 1-2 см, а с наведенным фокусом от 1 до 0,01 мм и меньше. Поэтому можно концентрировать огромную световую энергию на площадь в несколько микронов и достигать при этом очень высоких температур. Энергия каждой вспышки лазера может измеряться сотнями и тысячами джоулей. Луч лазера способен плавить алмаз, сталь и другие материалы.
Различают лазеры импульсного и непрерывного действия; и те и другие находят применение в медицине. Действие луча лазера на живые ткани происходит в течение очень коротких интервалов (стотысячные доли секунды), и, по-видимому, поэтому не возникает ощущения боли. Глубина проникания может регулироваться при помощи оптической системы и обычно достигает 20-25 мм.
Степень поглощения лучей лазера зависит от окраски облучаемого объекта. Больше всего они поглощаются пигментированными тканями, эритроцитами, меланомами и пр. Лучи лазера разрушают, расплавляют живые ткани; особенно к ним чувствительны опухолевые ткани.
Механизм повреждающего действия лучей лазера на биологические объекты складывается из ряда факторов:
- 1) термическое действие самого луча и вторичное повышение температуры подлежащих тканей в результате поглощения тепловой энергии;
- 2) механическое действие в результате возникновения упругих колебаний типа ультразвуковых или даже ударной волны. Возникает своеобразный «взрывной эффект» вследствие мгновенного перехода твердых и жидких веществ организма в газообразное состояние и резкого повышения внутритканевого давления (до нескольких десятков и сотен атмосфер):
- 3) биологическое действие - в тканях и клетках после действия на них луча лазера образуются токсические вещества. Возможно, от них зависит прогрессирующий некроз клеток после облучения;
- 4) инактивация или изменение специфического действия тканевых энзимов.
Допускается возможность ионизации составных элементов тканей и возникновение магнитных полей.
Степень и результат воздействия луча лазера зависят от особенностей самого излучения (тип лазера, мощность, длительность действия, плотность излучения, частота импульсов), физико-химических и биологических особенностей облучаемых тканей (степень пигментации, кровообращение, гетерогенность тканей, их эластичность, теплопроводность и пр.).
Вследствие своих биологических и физико-химических особенностей опухолевые клетки более чувствительны к лучу лазера, чем здоровые. Именно в онкологии этот вид излучения и находит пока наибольшее применение. Кроме того, лазер используется для бескровных операций в хирургии, офтальмологии и др.
Загрузка...
