Ультрафиолетовое излучение, его свойства и биологическое действие

Ультрафиолетовое излучение, его свойства и биологическое действие. Спектры, волны и длины ультрафиолетового излучения. Воздействие ультрафиолета на организм, глаза и кожу. Применение ультрафиолетового излучения. Лечебное и бактерицидное действие УФ-лучей

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) относится к электромагнитному и охватывает спектральный диапазон от 100 до 400 нанометров. Занимает промежуточное положение между видимыми и рентгеновскими лучами. Было открыто в начале XIX веке немецким физиком Иоганном Риттером в процессе исследования другой части спектра, противоположной инфракрасному. Он доказал, что у света три компонента: тепловой (инфракрасный), осветительный (видимый) и восстановительный (ультрафиолетовый). В солнечном потоке на ИК-лучи приходится около 55%, на видимый свет – 40%, а на УФИ – 5%. Но именно ультрафиолетовое излучение является самой биологически активной частью спектра, оказывающей сильное воздействие на живые организмы. В оптимальных дозах оно просто необходимо для жизнедеятельности человека. Дефицит УФ-излучения и синтезируемого им витамина D крайне негативно влияет на здоровье. Восполнить это позволяет не только пребывание на солнце, но и известный метод светолечения – фототерапия (УФ-облучение).

Свойства ультрафиолетового излучения

• УФ-лучи запускают фотохимические и биологические процессы в организме, что обеспечивает их применение в медицине. Используются для лечения хронических кожных заболеваний, ран и язв разного происхождения, невралгических и мышечных болей, расстройств сна и депрессий.

• Свойство ультрафиолетового излучения улучшать состояние кожи нашло применение и в косметологии. Целый ряд лечебных и омолаживающих процедур проходит посредством УФ-лучей. В погоне за золотистым загаром многие посещают солярий, но это не так безопасно.

• Бактерицидное действие ультрафиолета позволяет осуществлять эффективную дезинфекцию воздуха, поверхностей и воды. Облучатели стали устанавливать не только в медицинских учреждениях и лабораториях, но и в торговых, учебных, офисных и жилых помещениях.

• Люминесцентные свойства ультрафиолетового излучения используются в таких сферах, как диагностика, стоматология, полиграфия, реставрация и минералогия. УФ-лучи обнаруживают грибки на коже и зубной налет. По-разному подсвечивают типографские и масляные краски.

Спектры ультрафиолетового излучения

Наибольшую значимость ультрафиолет приобретает благодаря своему биологическому действию на живой организм, которое мы и рассмотрим. Различают три основных спектра:

1) Волны А (UVA) – это мягкий ультрафиолет, оказывающий пигментообразующее действие окрашиванием имеющихся телец. На его долю приходится почти 95% солнечных УФ-лучей. Именно А-спектр отвечает за загар и энергетически является наиболее слабыми. Лучи вызывают пигментацию без образования эритемы, но проходят даже через дерму. Могут доходить и до подкожной клетчатки, вызывая покраснение тепловым воздействием.

2) Волны В (UVB) – ультрафиолет средней жесткости, способствующий синтезу жизненно важного витамина D. Лучи проникают до эпидермиса и вызывают эритему. Причем для получения загара достаточно пробыть в полдень на солнце 15 минут (под UVA-облучением – больше часа). Воздействие ультрафиолетового излучения В-спектра способствует образованию новых клеток-меланоцитов в эпидермисе, чего не происходит от лучей А-спектра.

3) Волны С (UVC) – это жесткий ультрафиолет. Задерживается озоновым слоем атмосферы, почти не достигает земли и не проникает дальше рогового слоя кожи. Поглощается урокановой кислотой, которая содержится в поту, но может вызывать замедленный загар. Принципиальный момент: лучи короче 270 нанометров обладают сильным действием и разрушают витамин D! Самостоятельное домашнее применение ламп короткого спектра может быть опасно.

Длины ультрафиолетового излучения

По проникающей способности УФ-излучение делится на три диапазона длин:

1) Длинноволновое А-спектра (320-400 нм). Это основная часть солнечной радиации, практически не поглощаемая атмосферой. UVA-лучи хорошо проникают в кожу, но не вызывают ожогов и покраснений (эритем). Чтобы усилить их лечебное действие, UVA-облучение проводится с приемом препаратов-псораленов, которые повышают чувствительность кожи к УФ-лучам. Подобная схема стала основой такого метода фототерапии, как общая ПУВА-терапия (PUVA therapy). При высокой лечебной эффективности имеет ряд опасных побочных последствий для кожи и глаз: катаракта, фотостарение, гиперпигментация, меланома.

2) Средневолновое В-спектра (280-320 нм). Обладает высокой биологической активностью и запускает различные фотохимические процессы. Источники ультрафиолетового UVB-облучения получили набольшее распространение в физиотерапии и дерматологии. Однако широкий средневолновой спектр является самым эритемообразующим. Долгое время это ограничивало сферу его применения. Нередко к средневолновой фототерапии прибегали только для минимизации последствий ПУВА. Но с появлением узкополосной фототерапии удалось ослабить эритемообразующее действие ультрафиолета на пике волны 311 нм.

3) Коротковолновое С-спектра (100-280 нм). Вызывает процессы денатурации и фотолиза белков. Посредством подавления синтеза нуклеиновых кислот и белков UVC-излучение позволяет останавливать деление бактериальных клеток. Однако из-за жесткого и сильного воздействия на кожу в дерматологии почти не применяется. Может использоваться для лечения грибка ногтя или раневых поверхностей, воспаления носоглотки или наружного отита. Основным является бактерицидное действие, поэтому искусственные источники UVC-излучения используют в рециркуляторах для обеззараживания воздуха в помещении.

Источники ультрафиолетового излучения

Главным природным излучателем является Солнце, в потоке которого содержатся все три УФ-спектра. К искусственным генераторам относятся лампы, излучающие лучи определенной длины. Коротковолновый спектр излучают лампы настольных медицинских приборов или бактерицидных рециркуляторов для обеззараживания воздуха. Длинноволновое и селективное средневолновое облучение проводится лампами, установленными в медицинских кабинках, ваннах или капсулах наподобие солярия. Источники ультрафиолетового излучения 311 нанометров – это компактные стационарные облучатели или ручные УФ-расчески. Эталоном безопасности и лечебной эффективности в фототерапии признаны лампы Philips 311 nm.

Действие ультрафиолетового излучения на организм

Все спектры и длины УФ-лучей могут оказывать как положительное, так и отрицательное действие. Главным терапевтическим и восстановительным эффектом является синтез витамина D под действием лучей В-спектра. Этот феномен достаточно хорошо изучен. D-витаминообразующее действие предотвращает развитие рахита и целого ряда других заболеваний. Активизируется фосфорно-кальциевый обмен. Кальциферолы (витамины группы D) нормализуют минерализацию костей и развитие мышц. Кальций служит материалом для роста клеток и участвует в свертываемости крови, а фосфор входит в состав нуклеиновых кислот и многих клеточных компонентов. Считается, что для D-образующего действия ультрафиолетового излучения достаточно ежедневного попадания на лицо и руки всего 1/8 эритемной дозы, то есть почти без покраснения. В северных регионах солнца не бывает по полгода, поэтому детям и взрослым рекомендуют восполнять дефицит витамина D. Причем не таблетками, а именно УФ-облучением, чтобы организм самостоятельно его синтезировал.

Известно положительное общестимулирующее действие ультрафиолетового излучения на организм при воздействии эритемных доз. Спустя несколько часов кожа краснеет и становится болезненной, но это проходит. Зато посредством эритемы активизируется местное кровообращение и белковый метаболизм, нормализуется процесс кроветворения за счет насыщения крови кислородом и повышение гемоглобина. Стимулируется выработка антител и повышается фагоцитарная активность лейкоцитов (способность защищать организм от инфекций и вирусов). Эритемное УФ-излучение ускоряет образование соединительной ткани, что позволяет лечить плохо заживающие раны и пролежни. В малых дозах ультрафиолет стимулирует умственную и физическую работоспособность, улучшает качество отдыха, повышает настроение и жизненный тонус. Если обобщить, то субэритемные дозы (без покраснения) обладают витаминнообразующим и иммуномодулирующим действием, а эритемные – противовоспалительным, десенсибилизирующим и пигментирующим.

Действие ультрафиолетового излучения на глаза

Органы зрения очень уязвимы к УФ-лучам. Несмотря на то что защиту обеспечивают веки, ресницы и надбровные дуги, определенная часть лучей все равно проникает. У людей, работающих в поле под палящим солнцем, может развиться птеригиум – поверхностное зарастание роговицы тканью конъюнктивы. Ультрафиолет В-спектра может проникать до области роговицы и хрусталика, вызывая фотокератит и электроофтальмию. Нужно избегать многочасового нахождения на песчаной или заснеженной местности, так как эти поверхности отражают и усиливают воздействие ультрафиолетового излучения на глаза. Но наибольшую опасность представляют лучи А-спектра, проникающие вплоть до сетчатки и вызывающие необратимые изменения! По этим причинам обязательна защита глаз не только от солнечного света, но и от искусственных источников ультрафиолетового излучения. Главное условие безопасной фототерапии в клинике и дома – это защитные очки во время процедур. При заказе стационарных и ручных облучателей Ультрамиг производства Хронос очки идут в комплекте.

Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу

На клеточном уровне УФ-лучи действуют на ДНК и белки, вызывая цепочку фотохимических реакций. Это проявляется нарушением структуры ДНК и образованием новых связей. Подобные мутации могут вызывать опасные перерождения клеток, но имеют и терапевтический эффект! ДНК является иммуностимулятором, активизирующим иммунный ответ клеток на аллергены и патогены. После поглощения УФ-лучей внутриклеточной ДНК повышается экспрессия защитного белка Р53 и активизируется программированная клеточная гибель (апоптоз). Например, В-лучи напрямую повреждают ДНК, разрезая и сшивая нити. В ответ на череду мутаций регуляторный белок Р53 «арестовывает» или убивает патогенные клетки. Это подавляет воспаление и избыточное деление клеток, что становится главным в лечении псориаза, парапсориаза, витилиго, грибовидного микоза и других аутоиммунных заболеваний кожи. С другой стороны, ультрафиолет синтезирует витамин D как иммуномодулятор, способный исправить химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК (репарация).

Вспомним, что разные спектры и длины ультрафиолетового излучения имеют разную глубину проникновения и свои побочные последствия. Уменьшить их негативное действие позволяют несколько естественных механизмов. Первый связан с образованием пигмента меланина в клетках-меланоцитах под действием УФ-лучей. Клетки расположены неравномерно, поэтому и загорают части тела неодинаково. Например, много меланоцитов на лбу и на лице. Под действием ультрафиолетового излучения А-спектра запускается прямой механизм образования меланина посредством окрашивания имеющегося пигмента. Непрямой путь основан на синтезе меланина из аминокислоты тирозина при образовании эритемы, то есть видимого покраснения. При фототерапии его вызывает минимальная эритемная доза (МЭД). Такой механизм активизации меланоцитов используется в лечении ультрафиолетом витилиго и отрубевидного лишая. Второй способ защиты – это образование уроканиновой кислоты с выделяемым потом, который ослабляет УФ-лучи. Третий – это ороговение верхнего слоя кожи. Сначала деление клеток прекращается, а затем стремительно ускоряется, вызывая шелушение и огрубение.

Применение ультрафиолетового излучения

Использование УФ-излучения охватывает несколько областей – от полиграфии, стоматологии и защиты документов от подделок до биотехнологий, ловли насекомых и изучения структуры минералов. Это узкоспециальные области, а наиболее широкое применение ультрафиолет получил благодаря своим терапевтическим и бактерицидным свойствам. Говоря об использовании ультрафиолетового излучения разной длины и спектра, обычно подразумевают три направления: диагностику, терапию и санитарно-эпидемиологические мероприятия. Наглядным примером диагностических свойств УФ-излучения является лампа Вуда. Излучает длинные волны и используется, например, при обследовании отрубевидного лишая, окрашивая пораженные грибком участки кожи. Помогает в диагностике и других заболеваний (фавус, эритразма, системная красная волчанка). Наибольший интерес и значимость приобретает применение УФ-облучения в терапии кожных заболеваний и санитарной обработке помещений.

Лечебное ультрафиолетовое излучение

Искусственные источники УФ-лучей разной длины уже более полувека используются в лечении кожных заболеваний. Первоначально это была ПУВА-терапия с комбинацией длинных А-лучей и псораленов. Но побочные реакции вынуждают обращаться к этому методу фототерапии только в сложных случаях и при большой площади поражения, когда другие методы неэффективны. Широкополосное UVB-облучение не получило особого признания, хотя не имеет таких серьезных побочек и также может помочь при средней и тяжелой стадии заболевания. Но из-за сильных эритем и медленного эффекта к этому методу прибегают редко. Безопасное и эффективное лечебное ультрафиолетовое излучение демонстрирует самый современный метод фототерапии – UVB-облучение 311 нм. Применяется в лечении псориаза, парапсориаза, витилиго, отрубевидного лишая, экземы, атопического и себорейного дерматита, грибовидного микоза и очаговой алопеции. В свободной продаже присутствуют российские сертифицированные УФ-облучатели Ультрамиг производства Хронос. Приборы оснащены фирменными лампами Philips и предназначены для амбулаторной и домашней фототерапии.

Бактерицидное ультрафиолетовое излучение

О способности короткого излучения уничтожать патогенные микроорганизмы известно давно. С-лучи способны разрушать ДНК бактерий, грибов и вирусов. Это стало основой работы облучателей для обеззараживания воздуха. Было обнаружено, что максимальное бактерицидное действие ультрафиолетового излучения приходится на длину 253.7 нм. Но приборы открытого типа не могут работать в присутствии людей из-за образования озона. Повсеместное применение получили бактерицидные рециркуляторы, затягивающие воздух вентилятором в закрытый корпус и прогоняющие его через УФ-лампу. Оснащаются безозоновыми лампами из увиолевого стекла, которые также выпускает Philips. Именно такие УФ-лампы 253.7 нм установлены в российских рециркуляторах бактерицидных Ультрамиг производства Хронос. Это напольные и настенные приборы в металлическом корпусе. Работают в помещениях площадью от 55 кв.м до 170 кв.м. Их дезинфицирующее действие снижает заболеваемость сезонными болезнями и общую бактеридицную обсемененность воздуха. Можно заказать прибор для офиса, магазина, салона, детсада, школы и квартиры.