Биологическое действие ультрафиолетового (УФ) излучения

В основе биологического действия УФ излучения лежат фотохимические процессы молекул биополимеров, которые возникают в организмах при поглощении верхними слоями тканей растений или кожи животных и человека (11-13) падающего излучения.

В зависимости от интенсивности и длины волны УФ излучение действует двояко на живые организмы. С одной стороны, малые дозы УФ облучения оказывают благотворное влияние на человека и животных, способствуя образованию витаминов группы D. С другой стороны, УФ облучение оказывает вредное (губительное) действие на живые организмы. Установить границу дозволенного и губительного в ряде случаев бывает очень сложно.

Лечебное действие. Применение в медицине инфракрасных (ИК), видимых УФ излучений осуществляется в специальном ее разделе, называемом физиотерапией (светолечение). При этом используется как искусственные, так и естественные источники излучения. Среди искусственных источников используются тепловые (лампы накаливания, электросветовые ванны и т.д.) и люминесцирующие (ртутно-кварцевые лампы, люминесцентные эритемные и дуговые бактерицидные лампы).

Действие оптических излучений на человеческий организм определяется интенсивностью, временем облучения (дозировкой), глубиной проникновения излучения в зависимости от его длины волны.

Применение видимых ИК излучений для теплового воздействия целесообразно как рассасывающее и болеутоляющее средство.

Однако эти методы противопоказаны при активней форме туберкулеза, новообразованиях, щитовидной болезни, заболеваниях почек и др.

С развитием лазерной терапии возможности этого направления современной медицины широко раздвинулись и обогатились. Появились совершенно уникальные методы и лазерной техники.

Вредное действие УФ излучений. Учитывая большую энергию квантов УФ излучения и их способность вызывать деструкцию молекулярных и межмолекулярных связей, а также непосредственное влияние на внутриклеточные ткани с образованием радикалов, УФ лучи представляют серьезную опасность для клетки живого организма. Большие дозы УФ излучения могут вызывать ожоги кожи и канцерогенные реакции, повреждения глаз и другие нежелательные процессы. Кванты УФ диапазона непосредственно влияют на синтез пигментов, активность ферментов и гормонов, интенсивность процессов фотосинтеза и т.п. УФ излучение больших доз оказывает губительное воздействие на микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений.

УФ лучи с длиной волны 0,24 – 0,28 мкм особенно сильно оказывает летальное и мутагенное действие, так как этот спектр совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот ДНК и РНК. При поглощении кванта УФ диапазона происходит химическое изменение ДНК за счет образования димеров, которые препятствуют нормальному удвоению ДНК в процессе деления клетки. Это приводит к гибели клетки или изменению ее наследственных свойств, т.е. образованию мутаций.

Дополнительно возможен процесс повреждению УФ излучения биологических мембран и последующего нарушения синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки.

До сих пор неясно, нужно ли облучать семена и проростки даже малыми дозами УФ излучения.

Большинство живых клеток обладает способностью восстанавливаться от повреждений, вызванных УФ излучением. Способность к выживанию в условиях сильной солнечной радиации на ранних стадиях эволюции у разных биологических объектов разная. Чувствительность разных клеток к УФ излучению резко отличается. Например, доза УФ излучения, которая приводит к гибели 90% клеток, для некоторых штаммов клеточной палочки составляет 10, 100, 800 эрг/мм², а для некоторых бактерий 7000 эрг/мм².

Мутация некоторых генов существенным образом влияют на чувствительность клеток к УФ излучению. Некоторые гены увеличивают чувствительность к УФ излучению, а некоторые мутации генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран.

Механизм воздействия УФ изучения на живые организмы до конца не изучен, тем более не возможно предсказать последствия выживаемости разных биообъектов при увеличении интенсивности УФ излучения и смещению его спектра в сторону коротких волн. Этот процесс крайне нежелателен. Человечеству нужно позаботиться, чтобы атмосфера и озоновый слой оставались надежной защитой от губительного коротковолнового УФ излучения.

1. Электромагнитные волны. Спектр электромагнитных колн

Электромагнитные волны представляют собой поперечные волны и, в этом, аналогичны другим типам волн. Однако в ЭМВ происходят колебания полей, а не вещества, как в случае распространения волн на воде или в натянутом шнуре.

Векторы напряженности и электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям типа и , где - оператор Лапласа, ν – фазовая скорость