Влияние ультрафиолетового излучения на биологические объекты

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Самарский государственный университет»

Реферат

на тему: «Влияние ультрафиолетового излучения на биологические объекты»

Выполнила студентка

4 курса

Подябина Лидия В.

Самара - 2014

Содержание

Введение

1. Биологическое действие электромагнитных полей

1.1 Влияние физических и электромагнитных полей

1.2 Характер взаимодействия электромагнитных полей с биологическим объектом

1.3 Биологическое действие ультрафиолетового (УФ) излучения

1.4 Вредное действие УФ излучений

2. Применение УФ излучений

2.1 Лечебное применение УФ излучения

2.2 Фотосенсибилизатор

2.3 Фотогемотерапия

2.4 Ультрафиолетовое голодание

Вывод

Список литературы

Введение

Наибольшей биологической активностью обладают ультрафиолетовые лучи. В естественных условиях самым пагубным источником ультрафиолетовых лучей является солнце. Но лишь длинноволновая его часть достигает земной поверхности. Коротковолновая же радиация поглощается атмосферой уже на высоте от 30 и до 50 км от поверхности земли.

Наибольшая интенсивность ультрафиолетовой радиации наблюдается незадолго до полудня с максимумом в весенние месяцы.

Ультрафиолетовые лучи обладают значительной фотохимической активностью, что широко используется в практике. Ультрафиолетовое облучение применяется при синтезе ряда веществ, отбеливании тканей, изготовлении лакированной кожи, светокопировании чертежей, получении витамина D и других производственных процессах.

Важным свойством ультрафиолетовых лучей является их способность вызывать люминесценцию.

Ультрафиолетовые лучи обладают способностью изменять химическую структуру тканей и клеток.

Ультрафиолетовое излучение - это невидимое глазом электро - магнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн от 400 до 10 нм.

Область УФ излучения условно делится не ближнюю ( 400-200 нм.) и далекую или вакуумную (200-10 нм.),т.е УФ излучение этого диапазона сильно поглощается воздухом и его исследование возможно только в вакууме.

1. Биологическое действие электромагнитных полей

1.1 Влияние физических и электромагнитных полей

Для изучения этой трудной и важной проблемы требуется комплексный подход при участии широкого круга специалистов: биологов, медиков, геофизиков, биофизиков и т.д. бесспорно одно, что солнечно-земные связи - это звенья одной цепи, создающие естественный фон околоземного пространства, существенным образом, влияющим на живые организмы. Так же, в результате антропогенной деятельности увеличивается общий электромагнитный фон окружающей природной среды не только в количественном, но и качественном отношении. В результате широкого использования в современном производстве и технологии ЭМП, и других физических полей появились источники техногенного происхождения, отличающиеся по своим характеристикам от традиционных источников, к которым живые организмы биосферы адаптировались в процессе длительной эволюции. Например, миллиметровые волны, некоторые участки радиодиапазона, УФ, рентгеновские излучения, инфразвуковые и ультразвуковые колебания, сильные электростатические и магнитные поля в существенной степени изменяют естественный фон. При этом возможно не простое наложение техногенных физических полей на естественный фон, а происходит их более сложное взаимодействие друг с другом, что существенно может влиять на устойчивость экосистем.

К группам повышенного внимания относятся дети, беременные женщины, люди с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно - сосудистой систем, с ослабленным иммунитетом, аллергики, которые особенно внимательно должны соблюдать правила электромагнитной безопасности в быту.

1.2 Характер взаимодействия электромагнитных полей с биологическим объектом

Процессы взаимодействия электромагнитных полей с живой клеткой, живым организмом довольно сложные и в настоящее время в полной мере не исследованы. Взаимодействия электромагнитных полей с биологическим объектом определяется следующими критериями:

- параметрами излучения (частотой или длиной волны, когерентностью колебания, скоростью распространения, поляризацией волны);

- физическими и биохимическими свойствами биологического объекта, как среда распространения электромагнитных полей (диэлектрической проницаемостью, электрической проводимостью, длиной электромагнитной волны в ткани, глубиной проникновения, коэффициентом отражения от границы воздух - ткань).

Живые организмы, состоящие из множества клеток, имеющих, в свою очередь, огромное число молекул, атомов, заряженных частиц, сами являются источниками электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот - от ультравысоких до инфранизких. Эти колебания могут иметь случайный и периодический характер. Эволюция биообъектов происходила под действием внешних (экзогенных) и внутренних (эндогенных) электромагнитных полей. В процессе жизнедеятельности организмов возникают волновые и колебательные процессы, отображающие, например, электроэнцефалограммой, обусловленной электрической активностью мозга, электрокардиограммой, характеризующей работу сердца и т.п.

Чувствительность биологических систем к внешним электромагнитным полям зависит от диапазона частот и интенсивности излучений.

Влияние электромагнитных полей на человеческий организм может быть как полезным (лечебным), так и вредным.

Лечебное воздействие электромагнитных полей используется в гипертермии, лазерной хирургии, физиотерапии, диатермии и т.д. полезное действие электромагнитных полей используется в медицинской диагностике. Исключительный интерес представляют миллиметровые волны с точки зрения воздействия на биологические объекты, представляющие собой термодинамически неравновесные системы (диссипативные структуры).

1.3 Биологическое действие ультрафиолетового (УФ) излучения

Ультрафиолетовым называют электромагнитное излучение с длинами волн от 400 до 10 нм, находящееся между видимым фиолетовым и мягким рентгеновскими частями спектра. Однако коротковолновое излучение с длинами волн до 100 нм сильно поглощается даже тонкими слоями воздуха, поэтому оно составляет предмет специального раздела оптики. Практический интерес представляет остальная часть УФ спектра, которую в соответствии с рекомендациями Международного конгресса по физиотерапии и фотобиологии условно разделяют на три области: УФЛ-А (от 400 до 315 нм), УФЛ-В (от 315 до 280 нм) и УФЛ-С (от 280 до 100 нм).

Ультрафиолетовая радиация в значительном количестве имеется в солнечном спектре (до 9% солнечного светового потока), однако у поверхности Земли в нем отсутствует излучение с длинами волн менее 290 нм, и от всей УФЛ-В радиации до поверхности Земли доходит не более 0,1%- Причина этого в том, что оно сильно поглощается азотом в атмосфере и слоем озона в стратосфере на высоте 20-25 км. Если бы радиация УФЛ-В и УФЛ-С не поглощалась, то она привела бы к гибели всего живого на Земле.

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 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.

1.4 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. 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.

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.

2. Применение УФ излучений

2.1 Лечебное применение УФ излучения

В реабилитационных физиотерапевтических методах широко применяется ультрафиолетовое излучение длинноволнового (А), средневолнового (В), коротковолнового (С) диапазонов. При поглощении квантов ультрафиолетового излучения в тканях (в коже) происходят различные фотохимические и фотобиологические реакции.

Облучение создается искусственными источниками: лампы высокого давления (дуговые ртутные трубчатые), люминесцентные лампы, газоразрядные лампы низкого давления, одной из разновидностей которых являются бактерицидные лампы. Источники подразделяются на интегральные, которые излучают все области спектра, и селективные, которые создают излучение преимущественно одной области.

Длинноволновое облучение (преимущественное эритемное и загарное действие). Оно используется при лечение многих дерматологических заболеваний. Некоторые химические соединения фурокумаринового ряда (например, псорален) способны сенсибилизировать кожу этих больных к длинноволновому ультрафиолетовому излучению и стимулировать образование в меланоцитах пигмента меланина Совместное применение данных препаратов и последующего облучения длинноволновым ультрафиолетовым облучением является основой метода лечения, называемого фотохимиотерапией или ПУВА-терапией (PUVA: Р - псорален, UVA - ультрафиолетовое излучение зоны А). При этом подвергают облучению часть или все тело.

Средневолновое облучение (преимущественно витаминообра-зующее, антирахитное действие).

Коротковолновое облучение (преимущественно бактерицидное действие). Под его воздействием происходит разрушение структуры микроорганизмов и грибов. Оно создается с использованием ртутно-кварцевых бактерицидных ламп, рис. 30.8а. Используются облучатели (рис. 30.85) при местном облучении слизистой оболочки носа, миндалин.

При некоторых методиках коротковолновое излучение используется для облучения крови

2.2 Фотосенсибилизатор

Фотосенсибилизатор - вещество, повышающее чувствительность биообъектов к свету.

Фотосенсибилизированные реакции используют в медицине. Некоторые химические соединения способны сенсибилизировать кожу больных к длинноволновому УФ излучению области А (УФ-А излучение) и стимулировать образование в меланоцитах пигмента меланина. При предварительном пероральном приеме таких препаратов с последующим УФ-А облучением они соединяется с тимидиновыми основаниями ДНК клеток дермы. Продукты такой реакции подавляют частоту митозов быстроделящихся клеток дермы и дифференцировку базальных слоев эпидермиса. В результате в процессе лечения происходит восстановление структуры кожи и ее пигментации. Совместное действие псораленов и УФ-А-излучения называют ПУФА-терапией.

При применении фотосенсибилизаторов необходимо соблюдать правила безопасности, чтобы избежать побочных негативных последствий. Так, например, часть сенсибилизаторов проникает в структуру глаза. Поэтому УФ-А облучение сенсибилизированных пациентов может привести к повреждениям роговицы, вещества внутренней камеры глаза, хрусталика (фотоповреждения хрусталика необратимы, так как поврежденные молекулы из него никогда не выводятся). Во избежание этого больные, получающие ПУФА-терапию, во время УФ-А облучения обязательно надевают светозащитные очки.

Больным, принимающим таблетки фурокумаринов, используемые при лечении кожи, запрещено в течение нескольких часов после приема находиться на прямом солнечном свету, поскольку он содержит значительное количество УФ-А-излучения.

2.3 Фотогемотерапия

При заболеваниях, сопровождающихся повышением вязкости крови, для уменьшения вязкости крови применяется метод фотогемотерапии. Он заключается в том, что у больного берут небольшое количество крови (примерно 2 мл/кг веса), подвергают ее УФ-облучению и вводят обратно в кровеносное русло. Примерно через 5 мин после введения больным 100-200 мл облученной крови наблюдается значительное снижение вязкости во всем объеме (около 5 л) циркулирующей крови. Исследования зависимости вязкости от скорости движения крови показали, что при фотогемотерапии вязкость сильнее всего снижается (примерно на 30 %) в медленно движущейся крови и совсем не меняется в быстро движущейся крови. УФ-облучение вызывает снижение способности эритроцитов к агрегации и увеличивает деформируемость эритроцитов. Помимо этого происходит снижение образования тромбов. Все эти явления приводят к значительному улучшению как макро-, так и микроциркуляции крови.

2.4 Ультрафиолетовое голодание

Многие люди находятся в условиях недостаточного облучения. Это жители крайнего Севера, Заполярья, рабочие горнорудной промышленности, метрополитена, безоконных производств, жители крупных городов. В городах недостаток солнечного света связан с загрязнением атмосферного воздуха пылью, дымом, газами, задерживающими в основном УФ часть солнечного спектра. В помещении оконное стекло не пропускает УФ лучи с длиной волны l < 310 нм. Резко снижают УФ поток загрязненные стекла, занавеси (тюлевые занавески снижают УФ излучение на 20%). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом). Поэтому для организации освещения всегда необходимо проводить санитарно-реабилитологические мероприятия.

Вредность ультрафиолетового облучения. Наряду с положительными биологическим воздействиями на организм этого излучения следует отметить и отрицательные стороны облучения. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз - развитие фотоофтальмии. Действие ультрафиолета на глаз подобно эритеме, так как оно связано с разложением протеинов в клетках роговой и слизистой оболочек глаза. Живые клетки кожи человека защищены от деструктивного действия УФ лучей «мертвыми» клетками рогового слоя кожи. Глаза лишены этой защиты, поэтому при значительной дозе облучения глаз после скрытого периода развивается воспаление роговой оболочки (кератит) и слизистой оболочки глаза (конъюнктивит). Этот эффект обусловлен излучением с длиной волны короче 310 нм. Особенно рассмотрения заслуживает бластомогенное действие УФ радиации, приводящее к развитию рака кожи. Рак кожи распространен у всех народов земного шара, живущих в разных климатических условиях.

Следует отметить и вредное действие УФ облучения на глаза, поскольку слизистая оболочка глаза (конъюнктива) не имеет защитного рогового слоя, и поэтому глаз более чувствителен к ультрафиолету, чем кожа. Ультрафиолетовые лучи, достигая хрусталика, при определенных дозах вызывают его помутнение - катаракту. Поэтому все работы с ультрафиолетом необходимо проводить в защитных очках.

При УФ-облучении даже в момент получения опасной дозы человек ничего не чувствует. В коже отсутствуют специализированные УФ рецепторы. Глазом это излучение не воспринимается, тепловой эффект так мал, что человек его практически не ощущает.

Установлено, что действие УФ-излучения является главным фактором, вызывающим рак кожи, а также катаракту (помутнение хрусталика). Для полярников, альпинистов УФ-излучение опасно тем, что из-за большой интенсивности этого излучения появляются солнечные ожоги кожи и глаз.

Загар часто рекомендуется как реабилитационный метод при многих заболеваниях. Действие УФ-излучения вызывает гиперпигментацию кожи, которая и обусловливает загар. Загар является «замедленным» фотобиологическим процессом. Он начинается развиваться через 2-3 суток после облучения, достигает максимума на 13-21 день и затем угасает в течение нескольких месяцев.

электромагнитный поле ультрафиолетовый фотосенсибилизированный

Вывод

Таким образом, УФ-излучение является довольно таки важным природным фактором, обеспечивающим нормальную жизнеде???љность организма и соответствующие рост и развитие.

Для организма человека в?едное влияние оказывает как недостаток ультрафиолетового излучения, так и его избыток. Воздействие на кожу больших доз УФ-излучения приводит к кожным заболеваниям (дерматитам). Повышенные дозы УФ-излучения воздействуют и на центральную нервную систему, отклонения от нормы проявляются в виде тошноты, головной боли, повышенной утомляемости, повышения температуры тела и др.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0,32 мкм отрицательно влияет на сетчатку глаз, вызывая болезненные воспалительные процессы. Уже на ранней стадии э?ого заболевания человек ощущает боль и ?увство песка в глазах. Заболевание сопровождается слезотечением, возможно поражение роговицы глаза и развитие светобоязни ("снежная" болезнь). При п?екращении воздействия ультрафиолетового излучения на глаза симптомы светобоязни обычно проходят че?ез 2-3 дня.

Недостаток УФ-лучей опасен для человека, так как эти лучи являются стимулятором основных биологических процессов организма. Наиболее выраженное проявление "ультрафиолетовой недостаточности" - авитаминоз, при котором нарушается фосфорно-кальциевый обмен и процесс костеобразования, а также происходит снижение работоспособности и защитных свойств организма от заболеваний. Подобные проявления характерны для осенне-зимнего периода при значительном отсутствии естественной ультрафиолетовой радиации ("световое голодание").

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения, т.е. способность убивать микроорганизмы, зависит от длины волны.

Список литературы

1. Бейкер, А., Беттеридж Д. Фото?л?к???нная спек???скопия // М.: Наука, 1985 - 97 с.

2. Галанин, Н. Ф. УФ энергия и ее гигиеническое значение // М.: Знание, 1991 - 45 с.

3. Дубров, А. П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения // М.: Просвещение, 1989.- 44 с.

4. Зайдель, А. Н., Ш?ейдер, Е. Я., Спек???скопия вакуумного ультрафиолета // М.: Агропромиздат, 1987.- 52с.

5. Лаза?ев, Д. Н. Ультрафиолетовая радиация и ее применение // Л., 1950.- 18с.

6. Мейер, А., Зейтц, Э. Ультрафиолетовое излучение // М.: Наука, 1982 - 63 с.

8. Потапченко, Н. Г., Савлук, О. С. Использование ультрафиолетового излучения в практике обеззараживания воды // Химия и технология воды.- М., 1995 - С.123.

9. Самойлова, К. А. Действие ультрафиолетовой радиации на клетку //Ленинград.: Интерстиль, 1997 - 106с.

10. Столяров, К. П. Химический анализ в ультрафиолетовых лучах // М.: 1965 - 44 с.

11. Шульгин, И. А. Растение, человек, животные и солнце // М.: Наука, 2000 - 18 с.

Размещено на Allbest.ru