Гигиеническое значение солнечной радиации

Солнце для биосферы является источником тепла и света. Солнечная энергия вызывает воздушные течения и связанные с ними изменения погоды, определяет климат местности, ей обязана своим существованием вся органическая жизнь на Земле. Фактически пищевые продукты являются своеобразными консервами солнечной энергии, за счет которой мы живем. Мало того, человек в течение тысячелетий развивался в среде, пронизываемой солнечными лучами, и приспособился непосредственно через кожу использовать солнечную энергию, которая стала необходимой для оптимальной жизнедеятельности.

Виды электромагнитных излучений и механизм их биологического действия. Солнечная радиация является одним из видов электромагнитных излучений (ЭМИ). По закону Стефана—Больцмана удельная мощность излучения (Е) каждого физического тела пропорциональна 4-й степени его абсолютной температуры (Т), т. е. Е = К*Т4, где К — постоянная величина, равная 5,77 х 10-12 Дж/с. По сформулированному Вином закону смещения, с повышением температуры излучающего тела уменьшается длина волны его излучения, т. е. спектр излучения сдвигается в сторону более коротких волн. А по закону Планка, чем короче волна ЭМИ, тем больше энергия его кванта.

Биологическое действие любого ЭМИ зависит от энергии кванта, глубины проникновения в ткани тела, интенсивности облучения (количества энергии на единицу площади в единицу времени), его режима (определяющего, в частности, дозу облучения), площади облучения, условий, при которых происходит облучение, и состояния организма.

Схематично процесс воздействия ЭМИ на организм можно представить в виде последовательных стадий. Первая стадия — это первичное, чисто физическое, энергетическое взаимодействие между квантами ЭМИ и молекулами облучаемых тканей, в результате чего в зависимости от энергии кванта наблюдаются тепловой эффект, возбуждение или ионизация атомов и молекул. После этого в облученном участке протекает следующая стадия в виде цепочки биохимических реакций и их сопровождающих физиологических процессов (например, расширение капилляров).

Далее, вследствие нейрорефлекторных и гуморальных связей развивается генерализованная реакция целостного организма (третья стадия), в которой определяющую роль играет нейро-эндокринная регуляция. Именно этими особенностями объясняется то, что, например, ультрафиолетовое излучение Солнца, проникающее лишь на доли миллиметра в кожу, способно вызвать и выраженный местный воспалительный процесс (эритему) и общую реакцию. Таким образом, биофизическую схему физиологического действия ЭМИ можно изобразить так: поглощение квантов — первичное энергетическое взаимодействие—цепь биохимических реакций— физиологические акты в облученной ткани — физиологическая реакция целостного организма.

Биологическое действие солнечной радиации.

В состав солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, входит 59% инфракрасного излучения, 40% видимого и 1% ультрафиолетового. Инфракрасное излучение проникает глубоко в кожу, вызывает тепловой эффект (за счет усиления колебательных и ротационных движений молекул) с последующим повышением "температуры тканей, гиперемией, усилением обменных процессов в коже. Инфракрасное излучение усиливает биологическое действие ультрафиолетового, что используется в практике.

Видимое излучение Солнца оказывает такое же биологическое действие, как инфракрасное, но, кроме того, оно действует и фотохимически. Фотохимическое дёйствие видимого излучения значительно слабее, чем ультрафиолетового, поскольку энергия его квантов достаточна лишь для возбуждения молекул немногих веществ, которые называют фотосенсибилизаторами. Такими фотосенсибилизаторами в организме человека являются зрительные пигменты сетчатки глаза. В результате воздействия на них видимого излучения и биохимических реакций в сетчатке генерируются электрические импульсы, вызывающие ощущение света.

При этом надо подчеркнуть, что видимое излучение Солнца создаст высокие уровни освещенности, намного превосходящие те, которые имеют место при искусственном освещении. В ясный летний день уровень освещенности на открытой местности достигает 80 000 лк и более, в летний облачный день до 15 000 лк, даже в пасмурный зимний день он не бывает ниже 2000 лк. Свет — важный раздражитель, который активизирует процессы возбуждения в коре большого мозга, из-за чего при хорошем освещении улучшается деятельность не только зрительного, но и других анализаторов. В последние годы доказано, что образующиеся в результате фотохимического действия в сетчатке вещества (типа нейромедиаторов) стимулируют функцию гипофиза и клеток центральной нервной системы. В результате свет действует положительно на эмоциональную сферу человека во время бодрствования, улучшает самочувствие, повышает жизненный тонус, обмен веществ. Предполагают, что стимуляция организма видимым излучением осуществляется не только через зрительный анализатор, но и через кожу, поскольку в крови всегда имеется небольшое количество гематопорфирина, который также является фотосенсибилизатором.

Ультрафиолетовое излучение, особенно области В, обладает сильным фотохимическим действием. Энергия квантов этого излучения достаточна для того, чтобы возбуждать входящие в состав молекул белков и нуклеиновых соединений остатки аминокислот (тирозин, триптофан, фенилаланин и др.), пиримидиновых и пуриновых оснований (тимин, цитозин и др.). В результате происходит распад белковых молекул (фотолиз белков) с образованием ряда физиологически активных веществ (гистаминоподобные, холин, ацетилхолин и др.), активизирующих симпатико-адреналовую систему, обменные и трофические процессы. Общестимулирующее «эритемное» действие ультрафиолетового излучения выражается в том, что усиливаются рост и регенерация тканей (в том числе после оперативных вмешательств), гемопоэз, иммуногенез, сопротивляемость организма к действию инфекционных, токсических и канцерогенных агентов, улучшаются физическая и умственная работоспособность. Ультрафиолетовое излучение является мощным адаптогенным агентом, повышающим уровень здоровья. Интересно, что у облучаемых этим излучением животных по сравнению с необлучаемыми медленнее развиваются моделируемые заболевания (гипертония, атеросклероз, рак, нефрит и др.).

Кроме того, благодаря фотохимическому действию ультрафиолетового излучения в поверхностных слоях кожи из находящегося в кожном сале 7,8-дегидрохолестерина образуется холекальциферол (витамин D3). Следовательно, ультрафиолетовое излучение (области В) обладает и антирахитическим действием.

Среди защитных реакций, обусловливающих адаптацию человека к солнечной радиации, имеют значение утолщение и уплотнение эпидермиса и образование пигмента меланина (загар).

Внимание исследователей давно привлекает бактерицидное действие ультрафиолетового излучения Солнца, которое связывают с действием облучения на нуклеиновые соединения микробной клетки. Вегетативные формы микробов и вирусы погибают под прямыми лучами солнца в течение 10—15 мин, споровые формы — 40—60 мин. Наиболее сильным бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение области С, которую генерируют бактерицидные и ртутно-кварцевые лампы.

Для измерения ультрафиолетовой составляющей солнечной радиации применяются биологические, физические и химические методы. В медицинской практике наиболее распространен биологический метод, при котором единицей измерения служит биодоза. Биодоза — это то наименьшее количество ультрафиолетового излучения, которое вызывает на незагоревшей коже едва заметное покраснение через 8—20 ч после облучения. В научных исследованиях применяют физический метод, при котором шкала измерительных приборов градуируется в микроваттах; биодоза равна 600—800 мкВт/см2. Минимальная суточная профилактическая доза, предупреждающая развитие рахита (и излечивающая от него), равна 1/8 биодозы (75—100 мкВт/см2), оптимальная доза ультрафиолетового излучения с точки зрения ее адаптогенного действия 1/4—1/2 биодозы (200—400 мкВт/см2).

В условиях незагрязненной атмосферы в ясный день на юге СССР в 12 ч дня ультрафиолетовое облучение составляет около 19 мкВт/см2мин, т. е. за 5—8 мин облучения человек получает минимальную профилактическую дозу. Из этой радиации примерно 10 мкВт/см2мин приходится на прямую, а 9 мкВт/см2мин на рассеянную радиацию от голубого небосвода. При подъеме в горы на каждые 1000 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 15%. Чем ниже спускается Солнце к горизонту, тем меньше интенсивность ультрафиолетового излучения. В результате загрязнения атмосферного воздуха населенных мест дымом и пылью может утрачиваться до 20—40% и даже более ультрафиолетового излучения. Оконное стекло из-за примесей титана и железа задерживает до 80—90% наиболее ценной составляющей ультрафиолетового излучения, т. е. области В. Очищенное от этих примесей, увиолевое стекло пропускает большую часть ультрафиолетового излучения и может быть рекомендовано для больниц, детских учреждений и т. п.

Ультрафиолетовая недостаточность и ее профилактика.

Недостаточное облучение организма ультрафиолетовой радиацией В. В. Пашутин (1902) назвал солнечным голоданием. 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 способствуют большое количество пасмурных дней, короткое пребывание на воздухе, теплая одежда, загрязнение атмосферного воздуха и остекления на промышленных предприятиях. Особо 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. Многочисленные экспериментальные исследования и наблюдения в натурных условиях продемонстрировали снижение адаптационных возможностей организма, развитие анемии, ухудшение регенерации тканей, понижение сопротивляемости организма к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам, повышение утомляемости. Недостаток холекальциферола и связанное с ним нарушение обмена кальция и фосфора у детей приводят к рахиту, а у взрослых к остеопорозу, замедленному сростанию костей при переломах, увеличенной заболеваемости кариесом зубов.

Профилактика ультрафиолетового голодания заключается в правильной с гигиенической точки зрения застройке населенных мест, охране атмосферного воздуха от загрязнения, достаточном пребывании на открытом воздухе в дневное время (дети) с максимальным использованием для этой цели выходных дней (работающие), чистоте остекления, применении увиолевого стекла, размещении находящихся на длительном лечении больных на кроватях у окон, ориентированных на южные румбы, устройство в детских учреждениях и больницах веранд с остеклением из увиолевого или органического стекла и т. п.

Хорошие результаты получены при профилактическом облучении ультрафиолетовыми лучами беременных и кормящих женщин, детей, шахтеров, рабочих промышленных предприятий и других контингентов в специальных фотариях с помощью ртутно-кварцевых или эритемных люминесцентных ламп. В спектр ртутнокварцевой лампы входит 44% видимого, ультрафиолетового излучения области А, 22% — области В, 15% —области С. Мощная ртутно-кварцевая лампа (300— 1000 Вт) в течение 1—2 мин облучения (на расстоянии 1—2 м от лампы) обеспечивает человеку профилактическую дозу ультрафиолетовой радиации. Недостатком ртутно-кварцевых ламп является излучение коротковолновых ультрафиолетовых лучей области С. Из-за них в воздухе фотария образуется озон, поэтому его помещение должно хорошо вентилироваться. Облучаемые должны защищать глаза специальными очками с темными стеклами.

В настоящее время ртутно-кварцевьге лампы заменяются эритемными, в спектр которых входит 20% видимого, 45% ультрафиолетового излучения области А, 35% — области В. Преимуществом эритемных является то, что они генерируют лишь те виды излучения, которые присущи солнечной радиации. Эти лампы небольшой мощности (30 и более Вт), и поэтому для быстрого облучения в фотариях применяют облучающие установки с несколькими (5— 10 лампами.

В северных районах эритемные лампы используются на предприятиях, в детских учреждениях, плавательных бассейнах, жилых помещениях, в светильниках среди осветительных люминесцентных ламп. За 3—4 ч люди, находящиеся в этих помещениях, получают минимальную профилактическую дозу ультрафиолетовых лучей.

Чрезмерное облучение и его профилактика.

Даже однократное длительное пребывание в обнаженном виде под солнечными лучами может быть причиной возникновения через несколько часов на облученных участках кожи воспалительной реакции — фотоэритемы, повышения температуры тела и общего недомогания, солнечного удара. При постоянном чрезмерном облучении наблюдается ухудшение самочувствия, снижение работоспособности и сопротивляемости к действию вредных агентов, иногда похудание, обострение заболеваний сосудов сердца и хронических воспалительных процессов, в том числе туберкулеза, и др. Доказано, что избыточная инсоляция вследствие мутагенного действия ультрафиолетовых лучей приводит к увеличению заболеваемости раком кожи лица. По данным А. В. Чаклина, рак кожи лица в южных районах СССР составляет 20—22% всех форм рака, а в северных районах лишь 4-7%.

Чтобы предупредить чрезмерное облучение, необходимо соблюдать медицинские рекомендации при приеме солнечных ванн или работе в условиях открытой атмосферы. Дети, пожилые и люди с заболеваниями сосудов и сердца могут получить необходимую дозу ультрафиолетовой радиации, облучаясь в тени (рассеянной радиацией).