Ультрафиолетовые лучи: воздействие УФ излучения на организм человека. Для чего нужна ультрафиолетовая лампа

Ультрафиолетовые лучи имеют самую большую биологическую активность. Если учесть природные условия, то наиболее мощным кладезем таких лучей считается солнце. Поверхности земли касается лишь длинноволновая часть, а коротковолновую поглощает атмосфера. Помимо, естественных источников существуют искусственные, излучению которых можно подвергаться непроизвольно или же с целью лечения.

Общая характеристика

Ультрафиолетовое излучение – это излучение электромагнитного характера, имеющее длину волн от десяти до четырехсот нм. Их испускание, а также поглощение осуществляется различными квантами энергии. В медицине применяют лучи, длина которых равна 180-400 нм. Помимо этого, ультрафиолетовое излучение имеет отдельные спектры, имеющие лечебные свойства, например:

А – от 315 до 400 нм;
В – от 280 до 315 нм;
С – от 180 до 280 нм.

Спектр А и В относят к длинноволновым лучам, а именно ДУФ, что касается группы С, то ее считают коротковолновой – КУФ.

УФ излучение владеет специфической активностью фотохимического характера, что активно и успешно применяют в медицине, а также на производстве. Облучение используют в процессе отбеливания тканей, синтезе конкретных веществ, получении витамина Д, производстве кожи лакированной, а также различных производственных манипуляциях. Важно учесть, что излучение имеет уникальные свойства, а именно – возможность организовать люминесценцию.

Ультрафиолетовое излучение оказывает влияние на следующий тип работников:

медицинский персонал;
сварщики;
технические работники;
в процессе стерилизации воды, а также светокопировки;
при плавке, литье металлов;
на производстве радиоламп.

Это важно! Ультрафиолетовые лучи способны изменять химическую структуру клеток, тканей.

Основные источники излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет некоторые источники, а именно – естественные, искусственные. Что касается естественного источника, то к нему относятся солнечный свет, звезды, космические объекты и туманности. Земли достигает длинноволновая часть. Главный природный источник – солнце. Наибольшему воздействию подвержена та группа лиц, которая на протяжении длительного времени пребывает под солнечным светом.

Искусственные источники, оказывающие влияние на людей, подразделяются на несколько основных подгрупп:

Дуга сварки промышленной

Основным источником UVR экспозиции принято считать энергию оборудования для данной конструкции. УФ излучение достаточно высокое. Вызывает серьезное поражение кожного покрова, глаз, после 3-10 минут воздействия. Такое влияние возможно при нахождении в нескольких метрах от сварки. Именно поэтому работник, который занимается сваркой, обязан иметь специальную защиту для кожи, глаз.

Черный свет

Искусственный источник УФ излучений. Это специфическая лампа, которая занимается выработкой энергии ультрафиолетового диапазона. В основном их используют для испытаний порошков флуоресцентных с помощью адеструктивного способа, чтобы определить подлинность документов, банкнот и прочее. При воздействии на человеческий организм не причиняют существенного вреда.

Лампы рабочие и промышленные

UVR лампы – рабочие, промышленные. На производстве имеется множество процессов, которые используют указанную лампу. Например: фотохимический метод закрепления пластиков, чернил, красок. Воздействие на человека минимальное, так как применяется экранирование.

Лампа бактерицидная

Источник излучения – UVR лампа бактерицидная. В данной ситуации имеется УФ излучение, длина волн которого находится в диапазоне от 250 до 265 нм, что подходит для проведения дезинфекции, стерилизации. Их применение весьма удачно в медицинских учреждениях, цель которых – борьба с туберкулезом. Важно правильно установить такую лампу, а также воспользоваться защитой для глаз.

Загар косметический

Если человек пользуется услугами искусственного загара, то специальная кушетка может оказать воздействие на экспозицию кожного покрова УФ излучению. Кроме этого, работники таких салонов подвергаются постоянному влиянию низкочастотного ультрафиолета.

Освещение

На предприятиях, в домах и офисах широко используются лампы флуоресцентные, которые являются кладезем маленькой порции УФ излучения.

Как можно заметить, человек подвергается излучению не только на производстве, но и в домашних условиях.

Медицинское использование

Ультрафиолетовое излучение имеет широкое применение в современной медицине. Это обусловлено тем, что УФ лучи способны проводить болеутоляющий эффект, снижать повышенную возбудимость. Свойства излучений настолько уникальны, что благодаря им можно осуществить антирахитическое, а также антиспастическое воздействие. Под его влиянием наблюдается формирование витамина Д. В человеческом организме усиливается процесс окисления, ткани поглощают больше кислорода, что способствует выделению углекислоты. УФ излучение вызывает активацию ферментов, улучшение углеводного, белкового обмена, повышение уровня фосфатов и кальция в крови.

При правильном применении происходят следующие процессы:

повышение тонуса организма;
расширение сосудов;
снижение артериального давления;
улучшение циркуляции крови;
происходят регенеративные процессы.

Применение УФ излучения в медицине основывается на оказании десенсибилизирующего, противовоспалительного воздействия, что вызывает значительные улучшения.

Используя комплекс мероприятий, УФ облучение проводят с лечебной целью:

при заболеваниях кожного покрова;
рахит;
туберкулез суставов, костей, а также лимфатических узлов;
отморожения, ожоги;
болезни периферической нервной системы;
фиброзный туберкулез;
заживление травм;
гнойные раны.

Важно учесть имеющиеся противопоказания к данной процедуре:

быстрое истощение организма;
заболевания сердечно-сосудистой системы;
злокачественные опухоли;
болезни почек;
активная стадия легочного туберкулеза;
нарушения в работе ЦНС.

Следует помнить о температуре излучений, так как это очень важно. Тело вступает в процесс генерации, когда температура УФ излучений достигает отметки 1200 градусов.

Негативное влияние УФ

УФ облучение на протяжении длительного времени, сказывается негативным образом на здоровье человека, так как провоцирует развитие патологий. Если облучение значительное, проявляются такие симптомы:

вялость и апатия, быстрая утомляемость;
мигрени;
нарушение памяти;
повышенная сонливость;
отсутствие аппетита.

Чрезмерное влияние излучений ультрафиолета способно стать причиной:

ожогов;
дерматитов;
отечности и зуда;
гемолиза;
гиперкальцемии;
высокая температура тела;
разбитость и подавленность;
задержка в развитии и прочее.

Это важно! Помните о том, что любой дерматит может спровоцировать развитие онкологии.

Чтобы избежать негативных последствий, необходимо обеспечить себя специальной защитой. На производственных предприятиях стоит использовать шлемы, щитки и очки защитные, ширмы изолирующие, спецодежду, а также переносной экран. Что касается бытовых условий, то желательно пользоваться солнцезащитным кремом, спреем или лосьоном, а также носить очки с затемненными стеклами.

Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350...320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом.
В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений: 400...20 нм. Область излучения 180... 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.
Исследователи обнаружили тот факт, что спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной поверхности, очень узок - 400...290 нм. Неужели солнце не излучает свет с длиной волны короче 290 нм?
Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.
Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих земной поверхности, зависит от высоты Солнца над горизонтом. В течение периода нормального освещения освещенность изменяется на 20%, тогда как количество ультрафиолетовых лучей достигающих земной поверхности уменьшается в 20 раз.
Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни.
Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм.

Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу

Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.
Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне 400...180 нм. Внутри этого диапазона выделены три области:

А - 400...320 нм;
В - 320...275 нм;
С - 275...180нм.

В действии каждого из этих диапазонов на живой организм есть существенные различия. Ультрафиолетовые лучи действуют на вещество, в том числе и живое, по тем же законам, что и видимый свет. Часть поглощаемой энергии превращается в тепло, но тепловое действие ультрафиолетовых лучей не оказывает на организм заметного влияния. Другой способ передачи энергии - люминесценция.
Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.
Основная часть солнечной энергии достигает земли в качестве видимого света и инфракрасного излучения и лишь незначительная часть - в виде ультрафиолета. Максимальных значений поток УФ достигает в середине лета на Южном полушарии (Земля на 5% ближе к Солнцу) и 50% от суточного количества УФ поступает в течение 4-х полуденных часов. Diffey установил, что для географических широт с температурой 20-60° человек, загорающий с 10:30 до 11:30 и затем с 16:30 до заката, получит только 19% от суточной дозы УФ. В полдень, интенсивность УФ (300 нм) в 10 раз выше, чем тремя часами раньше или позже: незагорелому человеку достаточно 25 минут для получения легкого загара в полдень, однако для достижения этого же эффекта после 15:00, ему понадобится лежать на солнце не менее 2-х часов.
Ультрафиолетовый спектр в свою очередь разделяют на ультрафиолет-А (UV-A) с длиной волны 315-400 nm, ультрафиолет-В (UV-B) -280-315 nm и ультрафиолет-С (UV-С)- 100-280 nm которые отличаются по проникающей способности и биологическому воздействию на организм.
UV-A не задерживается озоновым слоем, проходит сквозь стекло и роговой слой кожи. Поток UV-A (среднее значение в полдень) в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе, так что абсолютное его значение больше в высоких широтах. Не отмечается и существенных колебаний в интенсивности UV-A в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% UV-A и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки.
Большая часть UV-B поглощается озоновым слоем, который "прозрачен" для UV-A. Так что доля UV-B во всей энергии ультрафиолетового излучения в летний полдень составляет всего около 3%. Он практически не проникает сквозь стекло, на 70% отражается роговым слоем, на 20% ослабляется при прохождении через эпидермис - в дерму проникает менее 10%.
Однако длительное время считалось, что доля UV-В в повреждающем действии ультрафиолета составляет 80%, поскольку именно этот спектр отвечает за возникновение эритемы солнечного ожога.
Необходимо учитывать и тот факт, что UV-В сильнее (меньшая длина волны) чем UV-А рассеивается при прохождении через атмосферу, что приводит и к изменению соотношения между этими фракциями с увеличением географической широты (в северных странах) и временем суток.
UV-С (200-280 нм) поглощается озоновым слоем. В случае использования искусственного источника ультрафиолета, он задерживается эпидермисом и не проникает в дерму.

Действие ультрафиолетового излучения на клетку

В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.
Процессы фотолиза и денатурации белков идут параллельно и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.
Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.
Значение механизма действия на нуклеиновую кислоту объясняется тем, что каждая молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) уникальна. ДНК - это наследственная память клетки. В ее структуре зашифрована информация о строении и свойствах всех клеточных белков. Если любой белок присутствует в живой клетке в виде десятков и сотен одинаковых молекул, то ДНК хранит информацию об устройстве клетки в целом, о характере и направлении процессов обмена веществ в ней. Поэтому нарушения в структуре ДНК могут оказаться непоправимыми или привести к серьезному нарушению жизнедеятельности.

Действие ультрафиолетового излучения на кожу

Воздействие ультрафиолета на кожу заметно влияет на метаболизм нашего организма. Общеизвестно, что именно УФ-лучи инициируют процесс образования эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета. Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина - гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней на 7 % увеличивалось содержание серотонина - "гормона бодрости", участвующего в регуляции эмоционального состояния. Его дефицит может приводить к депрессии, колебаниям настроения, сезонным функциональным расстройствам. При этом количество мелатонина, обладающего тормозящим действием на эндокринную и центральную нервную системы, снижалось на 28%. Именно таким двойным эффектом объясняется бодрящее действие весеннего солнца, поднимающего настроение и жизненный тонус.
Действие излучения на эпидермис - наружный поверхностный слой кожи позвоночных животных и человека, состоящий из многослойного плоского эпителия человека, представляет собой воспалительную реакцию называемую эритемой. Первое научное описание эритемы дал в 1889 г. А.Н. Макла-нов (Россия), который изучил также действие ультрафиолетовых лучей на глаз (фотоофтальмию) и установил, что в основе их лежат общие причины.
Различают калорическую и ультрафиолетовую эритему. Калорическая эритема обусловлена воздействием видимых и инфракрасных лучей на кожу и прилива к ней крови. Она исчезает почти сразу после прекращения действия облучения.
После прекращения воздействия УФ-облучения, через 2..8 часов появляется покраснение кожи (ультрафиолетовая эритема) одновременно с ощущением жжения. Эритема появляется после скрытого периода, в пределах облученного участка кожи, и сменяется загаром и шелушением. Длительность эритемы имеет продолжительность от 10... 12 часов до 3...4 дней. Покрасневшая кожа горяча на ощупь, чуть болезненна и кажется набухшей, слегка отечной.
По существу эритема представляет собой воспалительную реакцию, ожог кожи. Это особое, асептическое (Асептический - безгнилостный) воспаление. Если доза облучения слишком велика или кожа особенно чувствительна к ним, отечная жидкость, накапливаясь, отслаивает местами наружный покров кожи, образует пузыри. В тяжелых случаях появляются участки некроза (омертвения) эпидермиса. Через несколько дней после исчезновения эритемы кожа темнеет и начинает шелушиться. По мере шелушения слущивается часть клеток, содержащих меланин (Меланин - основной пигмент тела человека; придает цвет коже, волосам, радужной оболочке глаза. Он содержится и в пигментном слое сетчатки глаза, участвует в восприятии света), загар бледнеет. Толщина кожного покрова человека варьирует в зависимости от пола, возраста (у детей и стариков - тоньше) и локализации - в среднем 1..2 мм. Его назначение - защитить организм от повреждений, колебаний температуры, давления.
Основной слой эпидермиса прилегает к собственно коже (дерме), в которой проходят кровеносные сосуды и нервы. В основном слое идет непрерывный процесс деления клеток; более старые вытесняются наружу молодыми клетками и отмирают. Пласты мертвых и отмирающих клеток образуют наружный роговой слой эпидермиса толщиной 0,07...2,5 мм (На ладонях и подошвах, главным образом за счет рогового слоя, эпидермис толще, чем на других участках тела), который непрерывно слущивается снаружи и восстанавливается изнутри.
Если падающие на кожу лучи поглощаются мертвыми клетками рогового слоя, они не оказывают на организм никакого влияния. Эффект облучения зависит от проникающей способности лучей и от толщины рогового слоя. Чем короче длина волны излучения, тем меньше их проникающая способность. Лучи короче 310 нм не проникают глубже эпидермиса. Лучи с большей длиной волны достигают сосочкового слоя дермы, в котором проходят кровеносные сосуды. Таким образом, взаимодействие ультрафиолетовых лучей с веществом происходит исключительно в коже, главным образом в эпидермисе.
Основное количество ультрафиолетовых лучей поглощается в ростковом (основном) слое эпидермиса. Процессы фотолиза и денатурации приводят к гибели шиловидных клеток зародышевого слоя. Активные продукты фотолиза белков вызывают расширение сосудов, отек кожи, выход лейкоцитов и другие типичные признаки эритемы.
Продукты фотолиза, распространяясь по кровеносному руслу, раздражают также нервные окончания кожи и через центральную нервную систему рефлекторно воздействуют на все органы. Установлено, что в нерве, отходящем от облученного участка кожи, частота электрических импульсов повышается.
Эритема рассматривается как сложный рефлекс, в возникновении которого участвуют активные продукты фотолиза. Степень выраженности эритемы и возможность ее образования зависит от состояния нервной системы. На пораженных участках кожи, при обморожении, воспалении нервов эритема либо вовсе не появляется, либо выражена очень слабо, несмотря на действие ультрафиолетовых лучей. Угнетает образование эритемы сон, алкоголь, физическое и умственное утомление.
Н. Финзен (Дания) впервые применил ультрафиолетовое излучение для лечения ряда болезней в 1899 г. В настоящее время подробно изучены проявления действия разных участков ультрафиолетового излучения на организм. Из ультрафиолетовых лучей, содержащихся в солнечном свете, эритему вызывают лучи с длиной волны 297 нм. К лучам с большей или меньшей длиной волны эритемная чувствительность кожи снижается.
С помощью искусственных источников излучения эритему удалось вызвать лучами диапазона 250...255 нм. Лучи с длиной волны 255 нм дает резонансная линия излучения паров ртути, используемых в ртутно-кварцевых лампах.
Таким образом, кривая эритемной чувствительности кожи имеет два максимума. Впадина между двумя максимумами обеспечивается экранирующим действием ороговевшего слоя кожи.

Защитные функции организма

В естественных условиях вслед за эритемой развивается пигментация кожи - загар. Спектральный максимум пигментации (340 нм) не совпадает ни с одним из пиков эритемной чувствительности. Поэтому, подбирая источник излучения можно вызвать пигментацию без эритемы и наоборот.
Эритема и пигментация не являются стадиями одного процесса, хотя они и следуют одна за другой. Это проявление разных, связанных друг с другом процессов. В клетках самого нижнего слоя эпидермиса - меланобластах - образуется кожный пигмент меланин. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты и продукты распада адреналина.
Меланин - не просто пигмент или пассивный защитный экран отгораживающий живые ткани. Молекулы меланина представляют собой огромные молекулы с сетчатой структурой. В звеньях этих молекул связываются и нейтрализуются осколки разрушенных ультрафиолетом молекул, не пропуская их в кровь и внутреннюю среду организма.
Функция загара заключается в защите клеток дермы, расположенных в ней сосудах и нервах от длинноволновых ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей, вызывающих перегрев и тепловой удар. Ближние инфракрасные лучи и видимый свет, особенно его длинноволновая, "красная" часть, могут проникать в ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовые лучи, - на глубину 3...4 мм. Гранулы меланина - темно-коричневого, почти черного пигмента - поглощают излучение в широкой области спектра, защищая от перегрева нежные, привыкшие к постоянной температуре внутренние органы.
Оперативный механизм защиты организма от перегрева - прилив крови к коже и расширение кровеносных сосудов. Это приводит к увеличению теплоотдачи посредством излучения и конвекции (Общая поверхность кожного покрова взрослого человека составляет 1,6 м2). Если воздух и окружающие предметы имеют высокую температуру, вступает в действие еще один механизм охлаждения - испарение за счет потоотделения. Эти механизмы терморегуляции предназначены для защиты от воздействия видимых и инфракрасных лучей Солнца.
Потоотделение, наряду с функцией терморегуляции, препятствует воздействию ультрафиолетового излучения на человека. Пот содержит урокановую кислоту, которая поглощает коротковолновое излучение благодаря наличию в ее молекулах бензольного кольца.

Световое голодание (дефицит естественного УФ-облучения)

Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. В нормальных условиях солнечный свет вызывает образование небольшого количества активных продуктов фотолиза, которые оказывают на организм благотворное действие. Ультрафиолетовые лучи в дозах, вызывающих образование эритемы, усиливают работу кроветворных органов, ретикуло-эндоте-лиальную систему (Физиологическая система соединительной ткани, вырабатывающая антитела разрушающие чужеродные организму тела и микробы), барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию.
Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется жирорастворимый витамин D. В отличие от других витаминов он может поступать в организм не только с пищей, но и образовываться в нем из провитаминов. Под влиянием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280...313 нм провитамины, содержащиеся в кожной смазке выделяемой сальными железами, превращаются в витамин D и всасываются в организм.
Физиологическая роль витамина D заключается в том, что он способствует усвоению кальция. Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, уплотняет клеточные и тканевые мембраны, регулирует активность ферментов. Болезнь, возникающая при недостатке витамина D у детей первых лет жизни, которых заботливые родители прячут от Солнца, называется рахитом.
Кроме естественных источников витамина D используют и искусственные, облучая провитамины ультрафиолетовыми лучами. При использовании искусственных источников ультрафиолетового излучения следует помнить, что лучи короче 270 нм разрушают витамин D. Поэтому с помощью фильтров в световом потоке ультрафиолетовых ламп подавляется коротковолновая часть спектра. Солнечное голодание проявляется в раздражительности, бессоннице, быстрой утомляемости человека. В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи вызывающие эритему почти не достигают поверхности Земли. Длительная работа в шахтах, машинных отделениях и закрытых заводских цехах, труд ночью, а сон в дневные часы приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей и не пропускает лучи в диапазоне 310...340 нм. Окраска стен также имеет существенное значение. Например, желтая окраска полностью поглощает ультрафиолетовые лучи. Недостаток света, особенно ультрафиолетового излучения, ощущают люди, домашние животные, птицы и комнатные растения в осенний, зимний и весенний периоды.
Восполнить недостаток ультрафиолетовых лучей позволяют лампы, которые наряду с видимым светом излучают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 300...340 нм. Следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав ультрафиолетовых ламп, направление излучения и высота размещения ламп, длительность горения ламп, могут вместо пользы принести вред.

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения

Нельзя не отметить и бактерицидную функцию УФ-лучей. В медицинских учреждениях активно пользуются этим свойством для профилактики внутрибольничной инфекции и обеспечения стерильности оперблоков и перевязочных. Воздействие ультрафиолета на клетки бактерий, а именно на молекулы ДНК, и развитие в них дальнейших химических реакций приводит к гибели микроорганизмов.
Загрязнение воздуха пылью, газами, водяными парами оказывает вредное влияние на организм. Ультрафиолетовые лучи Солнца усиливают процесс естественного самоочищения атмосферы от загрязнений, способствуя быстрому окислению пыли, частичек дыма и копоти, уничтожая на пылинках микроорганизмы. Природная способность к самоочищению имеет пределы и при очень сильном загрязнении воздуха оказывается недостаточной.
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253...267 нм наиболее эффективно уничтожает микроорганизмы. Если принять максимум эффекта за 100%, то активность лучей с длиной волны 290 нм составит 30%, 300 нм - 6%, а лучей лежащих на границе видимого света 400 нм,- 0,01% максимальной.
Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к ультрафиолетовым лучам. Дрожжи, плесневые грибки и споры бактерий гораздо устойчивее к их действию, чем вегетативные формы бактерий. Споры отдельных грибков, окруженные толстой и плотной оболочкой, отлично себя чувствуют в высоких слоях атмосферы и, не исключена возможность, что они могут путешествовать даже в космосе.
Чувствительность микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам особенно велика в период деления и непосредственно перед ним. Кривые бактерицидного эффекта, торможения и роста клеток практически совпадают с кривой поглощения нуклеиновыми кислотами. Следовательно, денатурация и фотолиз нуклеиновых кислот приводит к прекращению деления и роста клеток микроорганизмов, а в больших дозах к их гибели.
Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей используются для дезинфекции воздуха, инструмента, посуды, с их помощью увеличивают сроки хранения пищевых продуктов, обеззараживают питьевую воду, инактивируют вирусы при приготовлении вакцин.

Негативное воздействие ультрафиолетового облучения

Хорошо известен и ряд негативных эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений кожи. Как известно, эти повреждения можно разделить на:

острые, вызванные большой дозой облучения, полученной за короткое время (например, солнечный ожог или острые фотодерматозы). Они происходят преимущественно за счет лучей УФ-В, энергия которых многократно превосходит энергию лучей УФ-А. Солнечная радиация распределяется неравномерно: 70% дозы лучей УФ-В, получаемых человеком, приходится на лето и полуденное время дня, когда лучи падают почти отвесно, а не скользят по касательной - в этих условиях поглощается максимальное количество излучения. Такие повреждения вызваны непосредственным действием УФ-излучения на хромофоры - именно эти молекулы избирательно поглощают УФ-лучи.

отсроченные, вызванные длительным облучением умеренными (субэритемными) дозами (например, к таким повреждениям относятся фотостарение, новообразования кожи, некоторые фотодерматиты). Они возникают преимущественно за счет лучей спектра А, которые несут меньшую энергию, но способны глубже проникать в кожу, и их интенсивность мало меняется в течение дня и практически не зависит от времени года. Как правило, этот тип повреждений - результат воздействия продуктов свободнорадикальных реакций (напомним, что свободные радикалы - это высокореактивные молекулы, активно взаимодействующие с белками, липидами и генетическим материалом клеток).
Роль УФ-лучей спектра А в этиологии фотостарения доказана работами многих зарубежных и российских ученых, но тем не менее, механизмы фотостарения продолжают изучаться с использованием современной научно-технической базы, клеточной инженерии, биохимии и методов клеточной функциональной диагностики.
Слизистая оболочка глаза - коньюктива - не имеет защитного рогового слоя, поэтому она более чувствительна к уф-облучению, чем кожа. Резь в глазу, краснота, слезотечение, частичная слепота появляются в результате дегенерации и гибели клеток коньюктивы и роговицы. Клетки при этом становятся непрозрачными. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, в больших дозах могут вызвать его помутнение - катаракту.

Искусственные источники УФ-излучения в медицине

Бактерицидные лампы
В качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1.000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1.000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
В последние годы появилось новое поколение излучателей - короткоимпульсные, обладающие гораздо большей биоцидной активностью. Принцип их действия основан на высокоинтенсивном импульсном облучении воздуха и поверхностей УФ-излучением сплошного спектра. Импульсное излучение получают при помощи ксеноновых ламп, а также с помощью лазеров. Данные об отличии биоцидного действия импульсного УФ-излучения от такового при традиционном УФ-излучении на сегодняшний день отсутствуют.
Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути. Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозонные .
У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные "безозонные" лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
Бактерицидные лампы, отслужившие свой срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.

Бактерицидные облучатели.
Бактерицидный облучатель-это электротехническое устройство, в котором размещены: бактерицидная лампа, отражатель и другие вспомогательные элементы, а также приспособления для его крепления. Бактерицидные облучатели перераспределяют поток излучения в окружающее пространство в заданном направлении и подразделяются на две группы - открытые и закрытые.
Открытые облучатели используют прямой бактерицидный поток от ламп и отражателя (или без него), который охватывает широкую зону пространства вокруг них. Устанавливаются на потолке или стене. Облучатели, устанавливаемые в дверных проемах, называются барьерными облучателями или ультрафиолетовыми завесами, у которых бактерицидный поток ограничен небольшим телесным углом.
Особое место занимают открытые комбинированные облучатели. В этих облучателях, за счет поворотного экрана, бактерицидный поток от ламп можно направлять в верхнюю или нижнюю зону пространства. Однако эффективность таких устройств значительно ниже из-за изменения длины волны при отражении и некоторых других факторов. При использовании комбинированных облучателей бактерицидный поток от экранированных ламп должен направляться в верхнюю зону помещения таким образом, чтобы исключить выход прямого потока от лампы или отражателя в нижнюю зону. При этом облученность от отраженных потоков от потолка и стен на условной поверхности на высоте 1,5 м от пола не должна превышать 0,001 Вт/м2.
У закрытых облучателей (рециркуляторов) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном небольшом замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия рециркулятора. При применении приточно-вытяжной вентиляции бактерицидные лампы размещаются в выходной камере. Скорость воздушного потока обеспечивается либо естественной конвекцией, либо принудительно с помощью вентилятора. Облучатели закрытого типа (рециркуляторы) должны размещаться в помещении на стенах по ходу основных потоков воздуха (в частности, вблизи отопительных приборов) на высоте не менее 2 м от пола.
Согласно перечню типовых помещений, разбитых по категориям (ГОСТ), рекомендуется помещения I и II категорий оборудовать как закрытыми облучателями (или приточно-вытяжной вентиляцией), так и открытыми или комбинированными - при их включении в отсутствии людей.
В помещениях для детей и легочных больных рекомендуется применять облучатели с безозонными лампами. Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.

Основные меры безопасности и противопоказания к использованию терапевтического УФ-облучения.

Перед использованием УФ-облучения от искусственных источников необходимо посетить врача с целью подбора и установления минимальной эритемной дозы (МЭД), которая является сугубо индивидуальным параметром для каждого человека.
Поскольку индивидуальная чувствительность людей широко варьируется, рекомендуется продолжительность первого сеанса сократить вдвое по сравнению с рекомендованным временем, с тем чтобы установить кожную реакцию пользователя. Если после первого сеанса обнаружится какая-либо неблагоприятная реакция, дальнейшее использование УФ-облучения не рекомендуется.
Регулярное облучение в течение длительного времени (год и больше) не должно превышать 2 сеансов в неделю, причем в год может быть не более 30 сеансов или 30 минимальных эритемных доз (МЭД), какой бы малой ни была эритемно-эффективная облученность. Рекомендуется иногда прерывать регулярные сеансы облучения.
Терапевтическое облучение необходимо проводить с обязательным использованием надежных защитных очков для глаз.
Кожа и глаза любого человека могут стать "мишенью" для ультрафиолета. Считается, что люди со светлой кожей более восприимчивы к повреждению, однако и смуглые, темнокожие люди тоже не могут чувствовать себя в полной безопасности.

Очень осторожным с естественным и искусственным УФ-облучением всего тела следует быть следующим категориям людей:

Гинекологическим больным (ультрафиолет может усилить воспалительные явления).

Имеющих большое количество родимых пятен на теле, или участки скопления родимых пятен, или большие родимые пятна

Лечившимся от рака кожи в прошлом

Работающим в течение недели в помещении, а затем длительно загорающим в выходные дни

Живущим или отдыхающим в тропиках и субтропиках

Имеющим веснушки или ожоги

Альбиносам, блондинам, русоволосым и рыжеволосым людям

Имеющим среди близких родственников больных раком кожи, особенно меланомой

Живущим или отдыхающим в горах (каждые 1000 метров над уровнем моря прибавляют 4% - 5% солнечной активности)

Длительно пребывающим, в силу различных причин, на свежем воздухе

Перенесшим трансплантацию какого-либо органа

Страдающим некоторыми хроническими заболеваниями, например, системной красной волчанкой

Принимающим следующие лекарственные препараты: Антибактериальные (тетрациклины, сульфаниламиды и некоторые другие) Нестероидные противовоспалительные средства, например, напроксен Фенотиазиды, используемые в качестве успокаивающих и противотошнотных средств Трициклические антидепрессанты Мочегонные из группы тиазидов, например, гипотиазид Препараты сульфомочевины, таблетки, снижающие глюкозу в крови Иммунодепрессанты

Особенно опасно длительное неконтролируемое воздействие ультрафиолета для детей и подростков, поскольку может стать причиной развития во взрослом возрасте меланомы, наиболее быстро прогрессирующего рака кожи.

Общая характеристика ультрафиолетового излучения

Замечание 1

Ультрафиолетовое излучение открыл И.В. Риттер в $1842$ г. Впоследствии свойства этого излучения и его применение подверглись самому тщательному разбору и изучению. Такие ученые как А. Беккерель, Варшавер, Данциг, Франк, Парфенов, Галанин и многие другие внесли в это изучение большой вклад.

В настоящее время ультрафиолетовое излучение широко применяется в разных областях деятельности. Пик активности по воздействию ультрафиолет достигает в интервале высоких температур. Появляется этот вид спектра, когда температура доходит от $1500$ до $20000$ градусов.

Условно диапазон излучения делят на 2 области:

Ближний спектр , который от Солнца через атмосферу доходит до Земли и имеет длину волны $380$-$200$ нм;
Далекий спектр поглощается озоном, кислородом воздуха и другими компонентами атмосферы. Исследовать этот спектр можно при помощи специальных вакуумных устройств, поэтому его называют ещё вакуумным . Длина его волны $200$-$2$ нм.

Ультрафиолетовое излучение может быть ближним, дальним, экстремальным, средним, вакуумным, причем каждый его вид имеет свои свойства и находит свое применение. Каждый вид ультрафиолетового излучения имеет свою длину волны, но в обозначенных выше пределах.

Спектр ультрафиолетовых солнечных лучей , достигающих поверхности Земли, узок – $400$…$290$ нм. Получается, что Солнце не излучает свет с длиной волны короче $290$ нм. Так это или не так? Ответ на этот вопрос был найден французом А. Корню , установившим, что ультрафиолетовые лучи короче $295$ нм поглощаются озоном. На основании этого А.Корню предположил , что Солнце излучает коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Молекулы кислорода под его действием распадаются на отдельные атомы и образуют молекулы озона. Озон в верхних слоях атмосферы покрывает планету защитным экраном .

Предположение ученого подтвердилось тогда, когда человек сумел подняться в верхние слои атмосферы. Высота Солнца над горизонтом и количество ультрафиолетовых лучей, поступающих на земную поверхность, находятся в прямой зависимости. При изменении освещенности на $20$ % в $20$ раз уменьшится количество ультрафиолетовых лучей, дошедших до поверхности. Проведенные эксперименты показали, что на каждые $100$ м подъема на $3$-$4$ % увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения. В экваториальной области планеты, когда Солнце находится в зените, поверхность земли достигают лучи длиной $290$…$289$ нм. На земную поверхность за Полярным кругом поступают лучи с длиной волны $350$…$380$ нм.

Источники ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет свои источники:

Природные источники;
Источники, созданные человеком;
Лазерные источники.

Природным источником ультрафиолетовых лучей является единственный их концентратор и излучатель – это наше Солнце . Самая близкая к нам звезда излучает мощнейший заряд волн, способных пройти через озоновый слой и достичь земной поверхности. Многочисленные исследования позволили ученым выдвинуть теорию о том, что только с появлением озонового слоя на планете смогла зародиться жизнь. Именно этот слой защищает всё живое от вредного избыточного проникновения ультрафиолетового излучения. Способность к существованию белковых молекул, нуклеиновых кислот и АТФ стала возможна именно в этот период. Озоновый слой выполняет очень важную функцию, взаимодействуя с основной массой УФ-А, УФ-В, УФ-С, он обезвреживает их и не пропускает к поверхности Земли. Поступающее на поверхность земли ультрафиолетовое излучение имеет диапазон, который колеблется в пределах от $200$ до $400$ нм.

Концентрация ультрафиолета на Земле зависит от целого ряда факторов:

Наличия озоновых дыр;
Положения территории (высота) над уровнем моря;
Высота самого Солнца;
Способности атмосферы рассеивать лучи;
Отражающей способности подстилающей поверхности;
Состояния облачных паров.

Искусственные источники ультрафиолета, как правило, создаются человеком. Это могут быть сконструированные людьми приборы, устройства, технические средства. Создаются они для получения нужного спектра света с заданными параметрами длины волны. Цель их создания заключается в том, чтобы полученное ультрафиолетовое излучение можно было с пользой применить в разных областях деятельности.

К источникам искусственного происхождения относятся:

Обладающие способностью активировать синтез витамина D в коже человека эритемные лампы . Они не только предохраняют от заболеваний рахитом, но и лечат это заболевание;
Специальные аппараты для соляриев , предупреждающие зимнюю депрессию и дающие красивый естественный загар;
Применяющиеся в помещениях для борьбы с насекомыми лампы-аттрактанты . Для человека они не представляют опасности;
Ртутно-кварцевые устройства;
Эксилампы;
Люминесцентные устройства;
Ксеноновые лампы;
Газоразрядные устройства;
Высокотемпературная плазма;
Синхротронное излучение в ускорителях.

К искусственным источникам ультрафиолета относятся лазеры , работа которых основана на генерации инертных и не инертных газов. Это может быть азот, аргон, неон, ксенон, органические сцинтилляторы, кристаллы. В настоящее время существует лазер , работающий на свободных электронах . В нем получают длину ультрафиолетового излучения равную той, которая наблюдается в вакуумных условиях. Лазерный ультрафиолет используется в биотехнологических, микробиологических исследованиях, масс-спектрометрии и др.

Применение ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение имеет такие характеристики, которые позволяют его применять в разных сферах.

Характеристики УФ-излучения:

Высокий уровень химической активности;
Бактерицидное воздействие;
Способность вызывать люминесценцию, т.е. свечение различных веществ разными оттенками.

Исходя из этого, ультрафиолетовое излучение может широко использоваться, например, в спектрометрических анализах, астрономии, медицине, в обеззараживании питьевой воды, аналитическом исследовании минералов, для уничтожения насекомых, бактерий и вирусов. Каждая область использует свой тип УФ со своим спектром и длиной волны.

Спектрометрия специализируется на идентификации соединений и их состава по способности поглощать УФ-свет определенной длины волны. По результатам спектрометрии спектры для каждого вещества можно классифицировать, т.к. они являются уникальными. Уничтожение насекомых основано на том, что их глаза улавливают коротковолновые спектры, невидимые для человека. Насекомые летят на этот источник и подвергаются уничтожению. Специальные установки в соляриях подвергают тело человека воздействию УФ-А . В результате в коже происходит активизация выработки меланина, что придает ей более темный и ровный цвет. Здесь, конечно, важно защитить чувствительные зоны и глаза.

Медицина . Применение ультрафиолета в этой области тоже связано с уничтожением живых организмов – бактерий и вирусов.

Медицинские показания лечения ультрафиолетом:

Травма тканей, костей;
Воспалительные процессы;
Ожоги, обморожения, кожные заболевания;
Острые респираторные заболевания, туберкулез, астма;
Инфекционные заболевания, невралгии;
Заболевания уха, горла, носа;
Рахиты и трофические язвы желудка;
Атеросклероз, почечная недостаточность и др.

Это далеко не весь перечень заболеваний, для лечения которых используется ультрафиолет.

Замечание 2

Таким образом , ультрафиолет помогает медикам спасать миллионы человеческих жизней и возвращать им здоровье. Используется ультрафиолет и для обеззараживания помещений, стерилизации медицинских инструментов и рабочих поверхностей.

Аналитическая работа с минералами . Ультрафиолет вызывает у веществ люминесценцию и это дает возможность использовать его для анализа качественного состава минералов и ценных горных пород. Очень интересные результаты дают драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. При облучении их катодными волнами, они дают удивительные и неповторимые оттенки. Голубой цвет топаза, например, при облучении высвечивается ярко-зеленым, изумруд – красным, жемчуг переливается многоцветьем. Зрелище потрясающее, фантастическое.

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 - 10 нм, 7,9·1014 - 3·1016 Герц).

Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века в его труде. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть невооружённым глазом.

Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета.В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Македонио Меллони и др.

Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:

Наименование	Аббревиатура	Длина волны в нанометрах	Количество энергии на фотон
Ближний		400 нм - 300 нм	3.10 - 4.13 эВ
Средний		300 нм - 200 нм	4.13 - 6.20 эВ
Дальний		200 нм - 122 нм	6.20 - 10.2 эВ
Экстремальный		121 нм - 10 нм	10.2 - 124 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон		400 нм - 315 нм	3.10 - 3.94 эВ
Ультрафиолет B, средневолновой		315 нм - 280 нм	3.94 - 4.43 эВ
Ультрафиолет С, коротковолновой		280 нм - 100 нм	4.43 - 12.4 эВ

Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения.

Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)

УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)

Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле - UVB.

Несколько позже в работах (О. Г. Газенко, Ю. Е. Нефёдов, Е. А. Шепелев, С. Н. Залогуев, Н. Е. Панфёрова, И. В. Анисимова) указанное специфическое действие излучения было подтверждено в космической медицине. Профилактическое УФ облучение было введено в практику космических полётов наряду с Методическими указаниями (МУ) 1989 г. «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников УФ излучения)». Оба документа являются надёжной базой дальнейшего совершенствования УФ профилактики.

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам.

Длительное воздействие ультрафиолетового излучения может способствовать развитию меланомы и преждевременному старению.

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки).

Природные источники

Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле - Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью (см. озоновые дыры)

от высоты Солнца над горизонтом

от высоты над уровнем моря

от атмосферного рассеивания

от состояния облачного покрова

от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы)

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т. д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.

Существует ряд лазеров, работающих в ультрафиолетовой области. Лазер позволяет получать когерентное излучение высокой интенсивности. Однако область ультрафиолета сложна для лазерной генерации, поэтому здесь не существует столь же мощных источников, как в видимом и инфракрасном диапазонах. Ультрафиолетовые лазеры находят своё применение в мacc-спектрометрии, лазерной микродиссекции, биотехнологиях и других научных исследованиях.

Многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, деградируют под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Описанный эффект известен как УФ старение и является одной из разновидностей старения полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры. Воздействие УФ на полимеры используется в нанотехнологиях, трансплантологии, рентгенолитографии и др. областях для модификации свойств (шероховатость, гидрофобность) поверхности полимеров. Например, известно сглаживающее действие вакуумного ультрафиолета (ВУФ) на поверхность полиметилметакрилата.

Применение: Обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, Стерилизация воздуха и твёрдых поверхностей, Дезинфекция питьевой воды, Химический анализ, УФ - спектрометрия, Анализ минералов, Качественный хроматографический анализ, Ловля насекомых, Искусственный загар и «Горное солнце», реставрация.

Сегодня очень часто возникает вопрос о потенциальной опасности ультрафиолетового излучения и наиболее действенных способах защиты органа зрения.

Сегодня очень часто возникает вопрос о потенциальной опасности ультрафиолетового излучения и наиболее действенных способах защиты органа зрения. Мы подготовили перечень наиболее часто встречающихся вопросов об ультрафиолете и ответы на них.

Что такое ультрафиолетовое излучение?

Спектр электромагнитного излучения достаточно широк, но глаз человека чувствителен только к определенной области, называемой видимым спектром, которая охватывает диапазон длин волн от 400 до 700 нм. Излучения, которые находятся за пределами видимого диапазона, являются потенциально опасными и включают в себя инфракрасную (с волн длиной более 700 нм) и ультрафиолетовую область (менее 400 нм). Излучения, имеющие более короткую длину волны, чем ультрафиолетовое, называются рентгеновским и γ-излучениями. Если длина волны больше, чем аналогичный показатель у инфракрасного излучения, то это радиоволны. Таким образом, ультрафиолетовое (УФ) излучение - это невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 100-380 нм.

Какие диапазоны имеет ультрафиолетовое излучение?

Как видимый свет можно разделить на составляющие разных цветов, которые мы наблюдаем при возникновении радуги, так и УФ-диапазон, в свою очередь, имеет три составляющие: УФ-A, УФ-B и УФ-C, причем последняя является наиболее коротковолновым и высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением с диапазоном длин волн 200-280 нм, однако оно в основном поглощается верхними слоями атмосферы. УФ-B-излучение имеет длину волн от 280 до 315 нм и считается излучением средней энергии, представляющим опасность для органа зрения человека. УФ-A-излучение - это наиболее длинноволновая составляющая ультрафиолета с диапазоном длин волн 315-380 нм, которая имеет максимальную интенсивность к моменту достижении поверхности Земли. УФ-A-излучение глубже всего проникает в биологические ткани, хотя его повреждающее действие меньше, чем у УФ-B-лучей.

Что означает само название «ультрафиолет»?

Это слово означает «сверх (выше) фиолета» и происходит от латинского слова ultra («сверх») и названия самого короткого излучения видимого диапазона - фиолетового. Хотя УФ-излучение никак не ощущается человеческим глазом, некоторые животные - птицы, рептилии, а также насекомые, например пчелы, - могут видеть в таком свете. Многие птицы имеют раскраску оперенья, которая невидима в условиях видимого освещения, но хорошо различима в ультрафиолетовом. Некоторых животных также легче заметить в лучах ультрафиолетового диапазона. Многие фрукты, цветы и семена воспринимаются глазом более отчетливо при таком освещении.

Откуда возникает ультрафиолетовое излучение?

На открытом воздухе главным источником УФ-излучения является солнце. Как уже было сказано, частично оно поглощается верхними слоями атмосферы. Поскольку человек редко смотрит прямо на солнце, то основной вред для органа зрения возникает в результате воздействия рассеянного и отраженного ультрафиолета. В помещении УФ-излучение возникает при использовании стерилизаторов для медицинских и косметических инструментов, в соляриях для формирования загара, в процессе применения различных медицинских диагностических и терапевтических приборов, а также при отверждении композиций пломб в стоматологии.

В соляриях УФ-излучение возникает для формирования загара

В промышленности УФ-излучение образуется при сварочных работах, причем его уровень настолько высок, что может привести к серьезному повреждению глаз и кожи, поэтому применение защитных средств предписано как обязательное для сварщиков. Флюоресцентные лампы, широко используемые для освещения на работе и дома, также являются источниками УФ-излучения, но уровень последнего очень незначителен и не представляет серьезной опасности. Галогеновые лампы, которые также применяются для освещения, дают свет с УФ-составляющей. Если человек находится близко от галогеновой лампы без защитного колпака или экрана, то уровень УФ-излучения может вызвать у него серьезные проблемы с глазами.

В промышленности УФ-излучение образуется при сварочных работах, причем его уровень настолько высок, что может привести к серьезному повреждению глаз и кожи

От чего зависит интенсивность воздействия ультрафиолета?

Его интенсивность зависит от многих факторов. Во-первых, высота солнца над горизонтом меняется в зависимости от времени года и суток. Летом в дневные часы интенсивность УФ-B-излучения максимальна. Существует простое правило: когда ваша тень короче, чем ваш рост, то вы рискуете получить на 50 % больше такого излучения.

Во-вторых, интенсивность зависит от географической широты: в экваториальных районах (широта близка к 0°) интенсивность УФ-излучения наиболее высокая - в 2-3 раза выше, чем на севере Европы.
В-третьих, интенсивность возрастает с увеличением высоты над уровнем моря, так как соответствующим образом уменьшается слой атмосферы, способный поглощать ультрафиолет, поэтому большее количество наиболее высокоэнергетического коротковолнового УФ-излучения достигает поверхности Земли.
В-четвертых, на интенсивность излучения влияет рассеивающая способность атмосферы: небо представляется нам синим из-за рассеивания коротковолнового голубого излучения видимого диапазона, а еще более коротковолновый ультрафиолет рассеивается гораздо сильнее.
В-пятых, интенсивность излучения зависит от наличия облаков и тумана. Когда небо безоблачно, УФ-излучение достигает максимума; плотные облака снижают его уровень. Однако прозрачные и редкие облака мало влияют на уровень УФ-излучения, водяной пар тумана может привести к увеличению рассеяния ультрафиолета. Малооблачную и туманную погоду человек может ощущать как более холодную, однако интенсивность УФ-излучения остается практически такой же, как и в ясный день.

Когда небо безоблачно, УФ-излучение достигает максимума

В-шестых, количество отраженного ультрафиолета варьирует в зависимости от вида отражающей поверхности. Так, для снега отражение составляет 90 % падающего УФ-излучения, для воды, почвы и травы - примерно 10 %, а для песка - от 10 до 25 %. Об этом необходимо помнить, находясь на пляже.

Каково воздействие ультрафиолета на организм человека?

Длительное и интенсивное воздействие УФ-излучения может быть вредным для живых организмов - животных, растений и человека. Заметим, что некоторые насекомые видят в УФ-A-диапазоне, а они являются неотъемлемой частью экологической системы и каким-либо образом приносят пользу человеку. Наиболее известный результат воздействия ультрафиолета на организм человека - это загар, который до сих пор является символом красоты и здорового образа жизни. Однако длительное и интенсивное воздействие УФ-излучения может привести к развитию раковых заболеваний кожи. Необходимо помнить, что облака не блокируют ультрафиолет, поэтому отсутствие яркого солнечного света не означает, что защита от УФ-излучения не нужна. Наиболее вредная составляющая данного излучения поглощается озоновым слоем атмосферы. Факт уменьшения толщины последнего означает, что в будущем защита от ультрафиолета станет еще более актуальной. По оценкам ученых, снижение количества озона в атмосфере Земли всего на 1 % приведет к росту раковых заболеваний кожи на 2-3%.

Какую опасность ультрафиолет представляет для органа зрения?

Существуют серьезные лабораторные и эпидемиологические данные, связывающие длительность воздействия ультрафиолета с заболеваниями глаз: , птеригиумом и др. По сравнению с хрусталиком взрослого хрусталик ребенка существенно более проницаем для солнечной радиации, и 80 % кумулятивных последствий воздействия ультрафиолетовых волн накапливаются в организме человека до достижения им 18-летнего возраста. Максимально подверженным проникновению излучения хрусталик является непосредственно после рождения младенца: он пропускает до 95 % падающего УФ-излучения. С возрастом хрусталик начинает приобретать желтый оттенок и становится не столь прозрачным. К 25 годам менее 25 % падающих ультрафиолетовых лучей достигают сетчатки. При афакии глаз лишен естественной защиты хрусталика, поэтому в такой ситуации важно пользоваться УФ-поглощающими линзами или фильтрами.
Следует учитывать, что целый ряд медицинских препаратов обладают фотосенсибилизирующими свойствами, то есть увеличивают последствия от воздействия ультрафиолета. Оптики и оптометристы должны иметь представление об общем состоянии человека и применяемых им препаратах для того, чтобы дать рекомендации по поводу применения средств защиты.

Какие существуют средства защиты глаз?

Наиболее эффективный способ защиты от ультрафиолета - прикрытие глаз специальными защитными очками, масками, щитками, которые полностью поглощают УФ-излучение. На производстве, где применяются источники УФ-излучения, использование таких средств является обязательным. Во время пребывания на открытом воздухе в яркий солнечный день рекомендуется носить солнцезащитные очки со специальными линзами, которые надежно защищают от УФ-излучения. Такие очки должны иметь широкие заушники или прилегающую форму для предупреждения проникновения излучения сбоку. Бесцветные очковые линзы также могут выполнять эту функцию, если в их состав введены добавки-абсорберы или проведена специальная обработка поверхности. Хорошо прилегающие солнцезащитные очки защищают как от прямого падающего излучения, так и от рассеянного и отраженного от различных поверхностей. Эффективность использования солнцезащитных очков и рекомендации по их применению определены путем указания категории фильтра, светопропусканию которого соответствуют очковые линзы.

Наиболее эффективный способ защиты от ультрафиолета - прикрытие глаз специальными защитными очками, масками, которые полностью поглощают УФ-излучение

Какие стандарты регламентируют светопропускание линз солнцезащитных очков?

В настоящее время в нашей стране и за рубежом разработаны нормативные документы, регламентирующие светопропускание солнцезащитных линз согласно категориям фильтров и правила их применения. В России это ГОСТ Р 51831-2001 «Очки солнцезащитные. Общие технические требования», а в Европе - EN 1836: 2005 «Personal eye protection - Sunglasses for general use and filters for direct observation of the sun».

Каждый вид солнцезащитных линз разработан для определенных условий освещенности и может быть отнесен к одной из категорий фильтров. Всего их пять, и они нумеруются от 0 до 4. Согласно ГОСТ Р 51831-2001, светопропускание T, %, солнцезащитных линз в видимой области спектра может составлять от 80 до 3-8 % в зависимости от категории фильтра. Для УФ-B- диапазона (280-315 нм) этот показатель не должен быть больше 0,1T (в зависимости от категории фильтра он может быть от 8,0 до 0,3-0,8 %), а для УФ-A-излучения (315-380 нм) - не больше 0,5T (в зависимости от категории фильтра - от 40,0 до 1,5-4,0 %). В то же время производители качественных линз и очков устанавливают более жесткие требования и гарантируют потребителю полное отрезание ультрафиолета до длины волны 380 нм или даже до 400 нм, о чем свидетельствует специальная маркировка на линзах очков, их упаковке или сопроводительной документации. Следует отметить, что для линз солнцезащитных очков эффективность защиты от ультрафиолета не может однозначно определяться степенью их затемнения или стоимостью очков.

Правда ли, что ультрафиолет более опасен, если человек носит некачественные солнцезащитные очки?

Это действительно так. В естественных условиях, когда человек не носит очки, его глаза автоматически реагируют на избыточную яркость солнечного света изменением размера зрачка. Чем ярче свет, тем меньше зрачок, и при пропорциональном соотношении видимого и ультрафиолетового излучения этот защитный механизм работает весьма эффективно. Если же применяется затемненная линза, то освещение кажется менее ярким и зрачки увеличиваются, позволяя большему количеству света достигать глаз. В том случае, когда линза не обеспечивает надлежащую защиту от ультрафиолета (количество видимого излучения уменьшается больше, чем ультрафиолетового), суммарное количество попадающего в глаза ультрафиолета оказывается более значительным, чем при отсутствии солнцезащитных очков. Именно поэтому окрашенные и светопоглощающие линзы должны содержать УФ-абсорберы, которые снижали бы количество УФ-излучения пропорционально уменьшению излучения видимого спектра. По международным и отечественным стандартам светопропускание солнцезащитных линз в УФ-области регламентируется как пропорционально зависимое от светопропускания в видимой части спектра.

Какой оптический материал для очковых линз обеспечивает защиту от ультрафиолета?

Некоторые материалы для очковых линз обеспечивают поглощение УФ-излучения благодаря своей химической структуре. Оно активизирует фотохромные линзы, которые в соответствующих условиях блокируют его доступ к глазу. Поликарбонат содержит группы, поглощающие излучение в ультрафиолетовой области, поэтому он оберегает глаза от ультрафиолета. CR-39 и другие органические материалы для очковых линз в чистом виде (без добавок) пропускают некоторое количество УФ-излучения, и для надежной защиты глаз в их состав вводят специальные абсорберы. Эти компоненты не только защищают глаза пользователей, обеспечивая отрезание ультрафиолета до 380 нм, но и предупреждают фотоокислительную деструкцию органических линз и их пожелтение. Минеральные очковые линзы из обычного кронового стекла непригодны для надежной защиты от УФ-излучения, если в состав шихты для его производства не введены специальные добавки. Такие линзы можно использовать в качестве солнцезащитных фильтров только после нанесения качественных вакуумных покрытий.

Правда ли, что эффективность защиты от ультрафиолета для фотохромных линз определяется их светопоглощением в активированной стадии?

Некоторые пользователи очков с задают подобный вопрос, так как беспокоятся о том, будут ли они надежно защищены от ультрафиолета в пасмурный день, когда нет яркого солнечного излучения. Следует отметить, что современные фотохромные линзы поглощают от 98 до 100 % УФ-излучения при любых уровнях освещенности, то есть вне зависимости от того, являются ли они в данный момент бесцветными, средне- или темно-окрашенными. Благодаря этой особенности фотохромные линзы подходят для пользователей очков, находящихся на открытом воздухе в различных погодных условиях. В настоящее время растет число людей, которые начинают понимать, какую опасность представляет длительное воздействие УФ-излучения для здоровья глаз, и многие выбирают фотохромные линзы. Последние отличаются высокими защитными свойствами в сочетании с особым преимуществом - автоматическим изменением светопропускания в зависимости от уровня освещенности.

Является ли темная окраска линз гарантией защиты от ультрафиолетового излучения?

Сама по себе интенсивная окраска солнцезащитных линз не дает гарантии защиты от ультрафиолета. Следует отметить, что дешевые органические солнцезащитные линзы, выпущенные в условиях крупносерийного производства, могут иметь достаточно высокий уровень защиты. Как правило, сначала смешивают специальный УФ-абсорбер с сырьем для производства линз и делают бесцветные линзы, а затем осуществляют окрашивание. Добиться обеспечения УФ-защиты для солнцезащитных минеральных линз сложнее, так как их стекло пропускает больше излучения, чем многие виды полимерных материалов. Для гарантированной защиты необходимо введение ряда добавок в состав шихты для выпуска заготовок линз и применение дополнительных оптических покрытий.
Окрашенные рецептурные линзы делают из соответствующих бесцветных линз, которые могут иметь или нет достаточное количество УФ-абсорбера для надежного отрезания соответствующего диапазона излучения. Если нужны линзы со 100 %-й защитой от ультрафиолета, задача контроля и обеспечения такого показателя (до 380-400 нм) возлагается на оптика-консультанта и мастера - сборщика очков. В этом случае введение УФ-абсорберов в поверхностные слои органических очковых линз производится по технологии, аналогичной окрашиванию линз в растворах красителей. Единственное исключение состоит в том, что УФ-защиту не увидеть глазом и для ее проверки нужны специальные приборы - УФ-тестеры. Производители и поставщики оборудования и красителей для окраски органических линз включают в свой ассортимент различные составы для поверхностной обработки, обеспечивающие разные уровни защиты от ультрафиолета и коротковолнового видимого излучения. Провести контроль светопропускания ультрафиолетовой составляющей в условиях стандартной оптической мастерской не представляется возможным.

Следует ли вводить абсорбер ультрафиолетового излучения в бесцветные линзы?

Многие специалисты считают, что введение УФ-абсорбера в бесцветные линзы принесет только пользу, так как защитит глаза пользователей и предупредит ухудшение свойств линз под воздействием УФ-излучения и кислорода воздуха. В некоторых странах, где существует высокий уровень солнечной радиации, например в Австралии, это является обязательным. Как правило, стараются обеспечить отрезание излучения до 400 нм. Таким образом, исключены наиболее опасные и высокоэнергетические составляющие, а оставшегося излучения достаточно для правильного восприятия цвета предметов окружающей действительности. Если границу отрезания сдвинуть в видимую область (до 450 нм), то у линз появится желтый цвет, при увеличении до 500 нм - оранжевый.

Как можно убедиться, что линзы обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения?

На оптическом рынке представлено много различных УФ-тестеров, которые позволяют проверить светопропускание очковых линз в ультрафиолетовом диапазоне. Они показывают, какой уровень пропускания у данной линзы в УФ-диапазоне. Однако следует учитывать и то, что оптическая сила корригирующей линзы может оказать влияние на данные измерения. Более точные данные удается получить при помощи сложных приборов - спектрофотометров, которые не только показывают светопропускание при определенной длине волны, но и учитывают при измерении оптическую силу корригирующей линзы.

Защита от ультрафиолетового излучения является важным аспектом, который нужно учитывать при подборе новых очковых линз. Надеемся, что приведенные в данной статье ответы на вопросы об ультрафиолетовом излучении и способах защиты от него помогут вам подобрать очковые линзы, которые дадут возможность сохранить здоровье ваших глаз на долгие годы.