Окружающая среда и ее влияние на организм человека

Окружающая среда и ее влияние на организм человека План 1. Солнечная радиация, и ее роль в обеспечении жизни на Земле. 2. Биологическое действие инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений. 3. Абиогенное действие солнечной радиации. 4. Ультрафиолетовая недостаточность и ее профилактика.

Солнце для биосферы служит источником энергии, тепла и света. Диаметр Солнца равен 1391 тыс. км, что в 109 раз превышает диаметр Земли. Это вращающийся шар раскаленного газа с массой 1, 99 · 10³º кг, что почти в 340 тыс. раз больше массы Земли.

Солнце является источником корпускулярных излучений (электроны, протоны, ядра гелия и др. ) и электромагнитных волновых излучений: инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения.

Корпускулярная часть солнечного излучения взаимодействует преимущественно с магнитосферой Земли, а электромагнитная – со слоями земной атмосферы. ¡ Различают физическое и химическое взаимодействие солнечного излучения с компонентами земной атмосферы. ¡ Солнечная энергия вызывает воздушные течения и связанные с ними изменения погоды, определяет климат местности, ей обязана своим существованием вся органическая жизнь на Земле.

Одной из главных химических реакций, происходящих в атмосфере под воздействием энергии излучения Солнца, является образование озона.

Озон образуется в стратосфере под воздействием солнечного коротковолнового излучения (длина волны меньше 240 нм). Этот фотохимический процесс имеет огромное значение, так как в первую очередь определяет поглощение большей части губительного ультрафиолетового излучения (УФИ) в диапазоне длин волн 200 -300 нм. ¡ Таким образом, озон действует как защитный экран. Без него жизнь на Земле была бы быстро нарушена. ¡

Солнечное ультрафиолетовое излучение является важным фактором самоочищения атмосферного воздуха, воды рек и морей.

Бактерицидная эффективность в максимальной степени проявляется при воздействии коротковолновой части УФИ Солнца, не достигающей поверхности Земли. Однако облучение ультрафиолетовыми волнами длиной 300 -330 нм также приводит к гибели бактерий, но за более длительные сроки, около 30 минут.

Излучения с длинами волн более 700 нм (видимое и преимущественно инфракрасное) избирательно поглощаются кислородом в верхнем слое атмосферы и водяным паром в околоземном. Кроме поглощения солнечное излучение ослабляется при рассеивании на молекулах воздуха, частичках пыли и водяных каплях.

Для остальных длин волн солнечного излучения 300 -700 нм (видимое) земная атмосфера прозрачна. Световой климат ¡ Световой климат той или иной местности определяется количеством солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, и зависит от целого ряда природных и антропогенных факторов. ¡ К ним относятся факторы, определяющие высоту стояния Солнца над горизонтом: географическая широта местности; сезон года; время суток. ¡ На световой климат влияют также загрязненность атмосферного воздуха, климат, погода, отражательная способность земной поверхности (альбедо).

Различают излучение прямое, исходящее непосредственно от Солнца, рассеянное – от небесного свода и отраженное – от поверхности различных предметов. Сумма всех этих видов излучения называется суммарным излучением. ¡ На световой климат существенное влияние оказывает загрязненность атмосферного воздуха пылью, дымом и газами, снижая интенсивность солнечного излучения на 15 -50 %. Облачная, туманная, а также влажная погода уменьшает суммарное солнечное излучение в среднем на 45 -55 %.

¡ Таким образом, в атмосфере происходят процессы поглощения и рассеяния солнечного света, причем в большей мере это отражается на ультрафиолетовом излучении. ¡ На уровне земной поверхности ультрафиолетовая часть солнечного света на 70 -75 % состоит из рассеянного излучения и на 25 -30 % – из прямого.

Все виды солнечного излучения, достигающие поверхности Земли (инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения) имеют одинаковую физическую природу (электромагнитные волны), но отличаются длиной волны. Именно это различие обуславливает особенности биологического действия каждой составляющей солнечного потока (в зависимости от несущей ими энергии).

Биологическое действие инфракрасного излучения. ¡ ¡ Инфракрасное (тепловое) излучение составляет большую часть солнечного электромагнитного спектра (не менее 50 %). Поверхность Земли достигает инфракрасное излучение с длиной волны 760 -3 000 нм, более длинноволновое задерживается атмосферой.

Инфракрасное излучение, воздействуя на молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные и ротационные движения, вызывая тепловой эффект ¡ ¡ . Глобально значение инфракрасного излучения Солнца. Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности и испарения воды происходит движение воздуха и водных масс, формирование циклонов и антициклонов, теплых и холодных течений, разнообразие климатических зон, погодных условий и опосредованное воздействие на жизнедеятельность растений и животных, самочувствие и состояние здоровья человека.

Инфракрасное излучение проникает сквозь атмосферу, толщу воды и почвы, сквозь оконное стекло, одежду.

Наиболее короткое инфракрасное излучение с длиной волны 760 -1 000 нм проникает сквозь ткани тела человека, в том числе и кости черепа, на глубину 4 -5 см. Излучение с большей длиной волны действует поверхностно. При локальном действии на ткани инфракрасное излучение несколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные и иммунобиологические процессы, рост клеток и регенерацию тканей, кровоток, усиливает биологическое действие ультрафиолетовых лучей.

Активные продукты распада, образующиеся под влиянием инфракрасного излучения на кожу, а также нервные импульсы от кожи распространяют местное действие на весь организм. Это проявляется в виде нормализации тонуса вегетативной нервной системы, болеутоляющего и противовоспалительного действия. ¡ Подобные свойства инфракрасного излучения широко применяются в физиотерапии с помощью использования искусственных источников излучения. Для общего облучения используются инфракрасные (ИК) ванны; для местного – лампы Соллюкс и лампы Минина.

Негативное влияние инфракрасного излучения на организм связано, прежде всего, с его тепловым воздействием, а именно: ¡ возможно перегревание организма, вплоть до теплового или солнечного удара; ¡ изменения со стороны сердечно-сосудистой системы в виде тахикардии, повышения систолического и снижения диастолического артериального давления. ¡ По данным ряда авторов, инфракрасное излучение Солнца способствует развитию катаракты.

Биологическое действие видимого света. Видимое излучение Солнца имеет длину волны 400 -760 нм и создает максимальную освещенность на поверхности Земли до 40 000 лк. Если Солнце стоит над горизонтом, общая освещенность снижается до 1 000 лк. ¡ Луна создает освещенность около 0, 2 лк. ¡

Видимый свет оказывает общебиологическое действие. Прежде всего это проявляется в виде фотохимического действия видимого излучения, которое значительно слабее, чем фотохимическое действие ультрафиолетовой части солнечного спектра. ¡ Предполагают, что воздействие на организм видимого излучения осуществляется не только через зрительный анализатор, но и через кожу. Видимое излучение проникает сквозь кожу на глубину до 2, 5 см.

¡ ¡ ¡ ¡ Итогом действия видимой части оптического излучения Солнца на организм людей является: – осуществление зрительной функции; – активизация процессов возбуждения в коре головного мозга; – улучшение деятельности других (кроме зрительного) анализаторов; – положительное влияние на эмоциональную сферу во время бодрствования; – усиление биохимических процессов, иммунобиологической реактивности; – активизация обмена веществ; – повышение жизненного тонуса.

Кроме того, для организма небезразличны характер и степень воздействия естественного света. ¡ ¡ Видимый свет контролирует суточные ритмы сна и бодрствования, температуры тела, гормональную секрецию и другие физиологические функции, включая и познавательную деятельность. Сегодня существует понятие синдрома «сезонного расстройства» (СР). У людей с диагнозом СР наблюдаются эмоциональные депрессии, упадок физических сил, повышенный аппетит и потребность во сне, а также желание замкнуться в себе в осеннезимний период.

Синдром сезонного расстройства (СР) ¡ Светотерапия как метод лечения данного синдрома широко применяется и оказывает положительное действие на людей с нарушениями сна, менструального цикла, пищеварения. ¡ Световое лечение усиленно используется при болезнях, связанных с СР и работой в ночную смену.

Важной особенностью видимого излучения является его способность создавать гамму цветов, а именно в порядке убывания длины волны: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

В жизни человека это имеет большое значение: ¡ ¡ ¡ фиолетовый и синий цвета угнетают психоэмоциональную сферу и способствуют засыпанию; голубой цвет обладает успокаивающим действием; зеленый – индифферентный; ярко-желтый – раздражает; красный – возбуждает. Синий цвет способен усиливать состояние депрессии, красный – состояние психического возбуждения.

Видимая часть солнечного спектра имеет также жизненно важное значение для экологии всей планеты. ¡ Речь идет о способности видимого излучения обуславливать фотосинтез растений, благодаря которому солнечная энергия аккумулируется в органических веществах.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения. ¡ Наиболее биологически активна ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая у поверхности Земли представлена потоком волн в диапазоне от 290 до 400 нм. ¡ Интенсивность ультрафиолетовой радиации у поверхности Земли зависит от многих факторов. ¡ Так, например, при облачной погоде интенсивность ультрафиолетовой радиации может снижаться до 80 %, загрязненность атмосферного воздуха делает эту потерю равной 10 -50 %. ¡ Кроме того, в условиях города к резкому снижению солнечной радиации приводит неправильная планировка и строительство (узкие улицы, дворы-колодцы), неверная ориентация окон домов по сторонам света.

По характеру преимущественного биологического воздействия ультрафиолетовую часть спектра принято условно делить на три области – А, В, С. ¡ Длинноволновая область А (400 -320 нм) обладает преимущественно эритемным и загарным действием. ¡ Средневолновая область В (320 -290 нм) – витаминообразующим действием. При проникновении солнечных лучей через обычное оконное стекло, содержащее титан и железо, задерживается более 80% наиболее полезной области В. Увиолевое же стекло, в котором отсутствуют названные металлы, пропускает большую часть УФ-лучей. В связи с этим увиолевое стекло используется в строительстве зданий, а также в медицинской практике с профилактическими и лечебными целями. ¡ Коротковолновая область С (290 -200 нм) обладает бактерицидным, абиотическим действием, но не достигает поверхности Земли, так как рассеивается и поглощается в верхних слоях атмосферы. УФ-излучение Солнца с длиной волны от 200 до 5 нм (вакуумное УФизлучение) также поглощается атмосферным воздухом и не оказывает биологического действия. ¡

¡ Искусственными источниками УФИ области С являются ртутнокварцевые и бактерицидные лампы.

Механизм действия УФИ на организм человека сложный и разнообразный. ¡ В нем выделяют три основных процесса, связанных между собой: биофизический, гуморальный и нервнорефлекторный. ¡ В организме УФИ вызывает фотоэлектрический эффект, вторичное фотолюминисцентное излучение и фотохимическое действие. Это ведет к активизации биохимических процессов, изменению ионного состава электрических зарядов коллоидов клеток, их дисперсности, что влияет на жизнедеятельность клеток. Вследствие этих процессов образуются биологически активные вещества (гистамин, ацетилхолин, серотонин и др. ), изменяется активность некоторых ферментов (гистаминазы, тирозиназы, гидрогеназ и др. ), а также функции органов и тканей. Некоторые исследователи считают, что гистамин и гистаминоподобные вещества раздражают нервные окончания, расположенные в коже. Это способствует возникновению сложных рефлекторных реакций, где гуморальное действие сочетается с нервными воздействиями. ¡ ¡

Степень влияния ультрафиолетовой радиации на организм зависит, прежде всего, от интенсивности УФИ и площади облучаемой им кожи. ¡ Различают биогенное (полезное, защитное) действие ультрафиолетовой радиации и абиогенное (вредное) действие. ¡ Биогенное действие проявляется только при воздействии определенных, физиологически малых оптимальных доз облучения (до 2 биодоз) и включает общеукрепляющее, эритемное, загарное или пигментообразующее, Д-витаминообразующее действие.

Общестимулирующее действие. Этот вид биогенного влияния УФИ начинается с эритемы, которая образуется через 2 -8 ч. после облучения (с диапазоном волн 250 -320 нм) и сохраняется в течение 1 -4 дней. ¡ Интенсивность эритемы увеличивается у детей, у женщин при менструации, беременности и тиреотоксикозе, при аллергических заболеваниях, у лиц с менее выраженной пигментацией кожи. ¡ Малые дозы УФИ активизируют процессы в коре головного мозга, повышают умственную работоспособность, мышечный тонус, эффективность отдыха. ¡ Эритемные дозы стимулируют рост ангиобластов, образование соединительной ткани, ускоряют эпителизацию кожи, что используется при лечении ран и язв, особенно медленно заживающих. ¡ Ультрафиолетовые лучи уменьшают болевую чувствительность вследствие уменьшения чувствительности рецепторов кожи и появления нового источника (доминантного) возбуждения в центральной нервной системе.

¡ Общестимулирующее влияние УФИ заключается в его действии на белковый метаболизм. ¡ Проявляется это в виде увеличения содержания в организме общего и аминокислотного азота, повышение уровня альбуминов и гамма-глобулинов, стимулируется костный мозг, нормализуется белковый спектр крови и кроветворение (увеличивается количество гемоглобина, эритроцитов и лейкоцитов), усиливается резистентность клеток, активность ферментов тканевого дыхания. ¡ Это сопровождается возрастанием степени насыщенности крови кислородом, усилением фагоцитарной активности лейкоцитов, бактерицидных свойств крови и кожи, увеличением неспецифической устойчивости организма к инфекциям, невосприимчивости к токсичным и канцерогенным веществам, ионизирующему излучению и т. д.

Загарное или пигментобразующее действие.

Проявляется образованием пигмента меланина в клетках нижнего слоя эпидермиса. Меланин – основной пигмент человека, который придает окраску волосам, ресницам, радужной оболочке глаз, определяет цвет кожи, защищает ядра клеток кожи, а потом и внутренние органы от перегревания инфракрасным излучением, которое глубоко проникает под кожу. Потемнение кожи (загар), вызванное УФИ с длиной волны 280 -340 нм может появиться немедленно (через 5 -10 минут) и через более длительное время (72 ч. ). ¡ ¡ ¡ Кроме пигментации в организме человека сформировались и другие эффективные способы защиты от чрезмерного влияния УФИ. К ним относится утолщение кожи. Гиперплазия эпидермиса происходит в результате деления клеток, в первую очередь в базальном слое. Гиперплазия эпидермиса наиболее выражена при воздействии УФИ области В. Эффективность лучей диапазона области А в 20 -60 раз ниже.

Д-витаминообразующее действие. ¡ Заключается в фотохимическом действии ультрафиолетового излучения, которое вызывает фотоизомеризацию (перегруппировку атомов в молекулах) некоторых производных холестерина. ¡ Облучение УФ-излучением в области В (320 -280 нм) приводит к изомеризации провитаминов Д с образованием Д -2 , Д-3 , и Д-4. ¡ Наибольшей способностью к синтезу витамина Д-3 обладают те участки кожи, которые эволюционно подвергались большому влиянию УФИ Солнца. Так, количество витамина в коже живота составляет 60 % от того количества витамина, которое образуется в коже спины. ¡ Минимальное количество витамина образуется в коже стопы, которая почти не подвергается инсоляции.

Абиогенное действие. ¡ При увеличении суммарной эритемной дозы (до 5 и более биодоз) отмечаются неблагоприятные эффекты: угнетение синтеза ДНК, торможение функций ЦНС, гипертрофия клеток вещества надпочечников, увеличение их массы в 2 раза и более, деструктивные изменения, нарушение обмена витаминов, выраженный лейкоцитоз, усиление онкогенеза. ¡ Клинически абиогенное действие проявляется в виде возникновения ожогов, фотодерматоза, образования опухолей, фототоксикоза, фотоаллергии, конъюнктивита, катаракты и др.

Особую тревогу вызывает способность УФИ Солнца при определенных условиях индуцировать развитие доброкачественных и злокачественных опухолей ¡ Канцерогенное действие. Длительное действие УФИ Солнца или искусственных источников в дозах, значительно превышающих пороговую эритемную дозу (в биодозах), вызывает ожоги, дерматит, развитие эрозий, язв и злокачественных опухолей. ¡ Развитие раковых опухолей, как правило, возможно лишь тогда, когда начальная эритемная доза больше пороговой в 40 и более раз. ¡ Канцерогенное действие УФИ Солнца может оказывать в области 290 -340 нм.

В настоящее время считают, что ультрафиолетовый онкогенез является следствием фотоповреждений генетического материала, что проявляется изменениями ДНК, увеличением частоты развития хромосомных мутаций. Возрастает скорость трансформации здоровых клеток в раковые. ¡ ¡ ¡ Результаты изучения влияния ультрафиолетовых лучей на онкологическую заболеваемость свидетельствуют о следующем: ● у людей с белой кожей рак возникает чаще всего на открытых участках кожи, наиболее подверженных воздействию солнечных лучей (голова, шея, кисти, предплечья, у женщин – ноги); ● риск заболевания раком кожи для лиц со светлой кожей повышен при проживании в районах низких широт, где уровень солнечной ультрафиолетовой радиации повышен; ● среди людей со светлой кожей рак рожи чаще всего возникает у тех, кто проводит больше времени на открытом воздухе; ● у представителей расы с черным цветом кожи, в которой пигмент фильтрует УФИ, рак кожи встречается очень редко и не возникает на открытых участках тела. Светлокожие люди кельтского происхождения более восприимчивы к раку кожи и солнечному ожогу, чем люди романской группы.

Ультрафиолетовая недостаточность и ее профилактика. ¡ ¡ ¡ Условия для полного солнечного голодания до 6 мес. в году имеются в северных широтах, особенно в Заполярье. Однако и в средних широтах в зимние месяцы (декабрь-февраль) наблюдается ультрафиолетовая недостаточность. Этому способствует большое количество пасмурных дней, короткое пребывание на воздухе, теплая одежда, загрязнение атмосферного воздуха и остекления на промышленных предприятиях. Особенно подвержены солнечному голоданию люди, работающие в условиях искусственного освещения (рабочие угольной и горнорудной промышленности, строители метро и т. п. ).

¡ Ультрафиолетовая недостаточность отрицательно сказывается на здоровье и проявляется снижением адаптационных возможностей организма, развитием анемии, ухудшением регенерации тканей, понижением сопротивляемости организма к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам, повышением утомляемости. ¡ Нарушение обмена кальция и фосфора у детей приводит к рахиту, а у взрослых к остеопорозу, замедленному срастанию костей при переломах, увеличенной заболеваемости кариесом зубов.

Остеопороз

¡ Хорошие результаты дает профилактическое облучение беременных и кормящих женщин, детей, шахтеров, жителей заполярных территорий и других контингентов, у которых отмечена ультрафиолетовая недостаточность. ¡ Оно осуществляется с помощью светооблучательных установок длительного действия (лампы ЭУВ, ДКс. Т) и с помощью установок кратковременного действия – фотариев маячного, кабинного и лабиринтного типа (лампы ЭУВ и ПРК). ¡ Полезное воздействие искусственного ультрафиолетового излучения возможно при условии обязательного определения пороговой эритемной дозы или биодозы.

Биодоза – это такое минимальное количество, которое вызывает на незагоревшей коже человека едва заметное покраснение-эритему через 8 -20 ч после облучения. ¡ Биодозу необходимо определять экспериментально у каждого человека, который будет подвергаться облучению, в силу значительных отличий в индивидуальной чувствительности к УФ-лучам. ¡ Индивидуальная чувствительность зависит от возраста, пола, цвета кожи, волос, наличия ряда заболеваний, присутствия в организме некоторых лекарственных средств или токсических веществ. ¡ Определяется биодоза с помощью биодозиметра Горбачева-Дальфельда от той же лампы, которая будет использована для облучения.

Доза, позволяющая предупреждать и излечивать гипо- и авитаминоз Д, а также другие негативные последствия светового голодания, называется минимальной суточной профилактической дозой и составляет 1/8 биодозы. Оптимальная или физиологическая доза УФ-излучения равна ¼ – 1/2 эритемной дозы. ¡ ¡ ¡ ¡ Противопоказаниями для облучения человека искусственным УФИ являются: заболевания активной формой туберкулеза; щитовидной железы; резко выраженный атеросклероз; заболевания сердечно-сосудистой системы; печени, почек; малярия; злокачественные новообразования.