Период активного солнца закончился с последним месяцем лета. Значит ли это, что ультрафиолет, которого мы так боимся из-за риска развития рака, нам больше не опасен? В Пермском Политехе рассказали, как мы получаем УФ-облучение, находясь в офисе и дома, а также объяснили, почему для науки, медицины и производства ультрафиолет — незаменимая вещь.
Ультрафиолет — что нам известно?
Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ) — это электромагнитное излучение с длиной волны 100-400 нм. В электромагнитном спектре занимает место между видимым светом и рентгеновским излучением. Выделяют три типа ультрафиолета: «А», «В», и «С». Ультрафиолет A (УФ-А) — длинноволновое излучение мягкого воздействия в диапазоне 315-400 нм, ультрафиолет B (УФ-B) — средневолновое излучение в диапазоне 280-315 нм, ультрафиолет C (УФ-С) — коротковолновое излучение в диапазоне 100-280 нм.
Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле является Солнце. Ультрафиолет от него поступает непрерывно. Количество лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от состояния атмосферы, концентрации газов, облачности, наличия отражающих поверхностей, расстояния до Солнца и др. В горах, например, интенсивность УФ-излучения высока, так как меньше расстояние до Солнца и ниже облачность. Иногда даже в тени не укрыться от ультрафиолета, так как его лучи отражаются от песка, воды, травы, тем самым увеличивая степень их воздействия.
Артем Туров, ассистент кафедры общей физики Пермского Политеха и младший научный сотрудник лаборатории ПФИЦ УрО РАН, объясняет, что способность поглощать или отражать УФ-излучение определяется внутренним составом вещества, строением его атомов и молекул. Например, в солнцезащитных кремах может использоваться оксид цинка, отражающий ультрафиолет. Или, например, технический углерод, поглощающий его. Стекло, используемое в оконных рамах, поглощает часть УФ-спектра. Для придания различным поверхностям свойств защиты от излучения используются отражающие пленки. Их толщина и состав могут быть подобраны под нужный спектр.
— Ультрафиолет неуловим для человеческого глаза, но ближний его диапазон (близко к 400 нм) при отражении от некоторых материалов становится видимым из-за фотолюминесценции, — отмечает Татьяна Лисина, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией агробиофотоники ПФИЦ УрО РАН.
Для определения наличия и интенсивности ультрафиолетового излучения используют УФ-радиометры, УФ-тестеры, предназначенные для регистрации излучения конкретных диапазонов. Существуют как портативные, так и стационарные приборы, добавляет София Щербенок, младший научный сотрудник лаборатории агробиофотоники.
Как ультрафиолет воздействует на организм человека и что такое фотодерматоз?
Об этом рассказала Юлия Рожкова, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха:
— УФ-С полностью рассеиваются в атмосфере, катализируя циклический процесс перехода кислорода в озон. До нас с вами доходят лучи УФ-А и частично УФ-В, которые способствуют образованию витамина D3 в эпидермисе. Однако чрезмерное облучение вызывает покраснение и ожоги, а также снижает иммунитет кожи за счет уменьшения в ней иммунных клеток.
Лучи УФ-А являются наиболее опасными для человека. Обусловлено это тем, что данный вид излучения способен воздействовать на более глубокие слои кожи (вплоть до дермы). Под его воздействием разрушается коллаген и эластин, что является причиной фотостарения. Загар сокращает количество ядерных рецепторов, чувствительных к витамину А, снижает эффективность витаминов С и Е, которые являются антиоксидантами. Избыточное УФ-облучение ведет к окислительному разрушению липидов, нарушению структуры и функций белковых молекул (например, ферментов) и ДНК, что может привести к раку кожи.
Фотодерматоз — это следствие химических процессов, которые могут быть вызваны как внешними факторами, например, прохождением косметологических процедур, при которых нарушается роговой слой кожи (пилинг), применением косметики с компонентом фоточувствительных молекул (эфирные масла цитрусовых и др.), так и внутренними (системными) причинами (например, приемом гормональных препаратов, антибиотиков, беременностью и др.). В каждом конкретном случае косметолог будет анализировать анамнез, с учетом комплекса факторов, которые потенциально могли бы стать причиной солнечного дерматита.
— Фотодерматоз еще называют «аллергией на солнце». Это не врожденное, а приобретенное заболевание, которое требует длительного лечения. Опасность этого процесса не столько в кожных проявлениях — сыпи, отеках и зуде, сколько в возможности возникновения осложнения в виде анафилактического шока. Промедление в лечении может стать фатальным. Поэтому надо знать возможности своего организма и не испытывать судьбу, — считает Нина Вишневская, доктор медицинских наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности Пермского Политеха.
Особенно подвержены аллергии на солнце люди со светлой кожей и волосами, беременные женщины, регулярные посетители соляриев и те, кто недавно делал косметические процедуры (татуаж, химический пилинг).
Для профилактики фотодерматита следует применять средства защиты от солнца в соответствии с УФ-индексом на день. Его можно узнать на сайте прогноза погоды. Если УФ-индекс больше 3, то необходимо использовать солнцезащитный крем и воздержаться от прямого попадания солнечных лучей на кожу с помощью одежды с длинным рукавом, тени. Если УФ-индекс равен 7-8 и выше, то лучше не находится под открытым солнцем в дневные часы и оставаться в помещении, советует Юлия Рожкова, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха.
Искусственный свет также может воздействовать на здоровье человека. По словам Людмилы Веденеевой, кандидата технических наук, доцента кафедры безопасности жизнедеятельности ПНИПУ, многочисленные исследования показали насколько велико влияние искусственного освещения на производительность труда и состояние здоровья работников.
Цвет спектра излучения источников света характеризуется цветовой температурой, измеряемой в градусах Кельвина. Считается, что самый комфортный спектр для человеческого восприятия лежит в пределах 2700-5000 К . Даже слабый свет фиолетово-сине-голубого диапазона потенциально опасен для зрения человека. Повреждение сетчатки коротковолновым видимым излучением — фотохимическая реакция, результаты которой накапливаются в течение жизни, и зависят от световой нагрузки.
Глаз, помимо зрительного канала восприятия, имеет незрительный биологический канал, сигнал по которому направляется непосредственно в центральную часть мозга — эпифиз, который регулирует секрецию гормона мелатонина в крови и синхронизирует с освещением процессы в организме. Исследования влияния искусственных источников света на концентрацию мелатонина в крови показали, что набольшее влияние оказывают холодно-белые люминофорные светодиоды (6000 К): их влияние в 2-3 раза выше по сравнению с лампой накаливания. В 1-1,5 раза больше воздействие у нейтрально-белых светодиодов (4500 К).
— Следует использовать энергосберегающие лампы с наибольшей световой отдачей и сроком службы. Для общего и местного освещения необходимо использовать источники света с цветовой температурой от 2700 K до 5000 К. Интенсивность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 320-400 нм не должна превышать 0,03 Вт/м2. Наличие в спектре излучения длин волн менее 320 нм не допускается, — рассказывает Людмила Веденеева, ученый Пермского Политеха.
София Щербёнок, сотрудник лаборатории агробиофотоники, объясняет, что практически все типы современных мониторов излучают некоторое количество ультрафиолета. Его длительное воздействие при работе за компьютером отрицательно воздействует на зрение человека. Существуют защитные пленки для экранов, которые можно приобрести отдельно. Людям, которые много времени проводят за компьютером или смартфоном, рекомендуется ежегодно проверять зрение.
Ультрафиолет на службе у человека
— В медицине применяются светооблучательные установки с ультрафиолетом. Его биодозы строго рассчитываются. В настоящее время ультрафиолетовое облучение широко используют для профилактики различных заболеваний (особенно в холодных широтах) и для людей, работающих под землей. Облучение стимулирует выработку антител и обновление клеток крови, улучшает сопротивляемость организма микробным инфекциям. Благодаря этому повышается иммунитет, — рассказывает Татьяна Лисина, заведующая лабораторией агробиофотоники ПФИЦ УрО РАН.
Широко применение специальных бактерицидных ламп, содержащих в спектре УФ-излучения. С помощью таких ламп может производиться стерилизация воздуха в лечебных учреждениях, лабораториях и жилых помещениях, стерилизация молока, воды. Полной стерилизации от микроорганизмов при помощи УФ-излучения добиться невозможно, оно не действует на некоторые бактерии, многие виды грибов, считает заведующая лабораторией.
— Что касается животных, то для них, как и для человека, важность УФ-облучения неоспорима: улучшается дыхание, кровообращение, повышается содержание гемоглобина в крови и образование витамина D, что способствует укреплению нервной системы, ускоряет рост, уменьшает возможность заболеваний. Ультрафиолетовое облучение животных, особенно молодняка, применяют в зимний период для укрепления организма и предупреждения рахита и остеодистрофии, лёгочных болезней, лечения ран, повышения иммунологических реакций. Интересно, что наиболее эффективно использование при выращивании животных инфракрасного обогрева в комплексе с ультрафиолетом, — рассказывает Нина Вишневская, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности Пермского Политеха.
УФ-лампы используются в экспертной деятельности при проверке подлинности картин и денег, отмечает заведующая лаборатории агробиофотоники Татьяна Лисина. Криминалисты могут с помощью этого обнаружить следы биологической жидкости, которые имеют свойство светиться в УФ-лучах. С помощью УФ-спектрофотометрии при химическом анализе можно распознать отдельные вещества в смеси, а также установить их количество. Ультрафиолетовое излучение применяется также для отверждения красок, лака, затвердевания зубных пломб. Существуют бытовые УФ-сушилки для обуви, которые еще и обеззараживают.
При сварке УФ излучается в дозах, опасных для глаза человека, поэтому в помещениях, где проходят сварочные работы, нужно обязательно надевать специальные очки. Как правило, линзы таких очков изготавливаются из специальных пластмасс или поликарбоната, который не пропускает ультрафиолет. В противном случае сварщик может получить ожог роговицы или вовсе ослепнуть.
— В настоящее время популярны солярии. Интересно, что при определённых дозировках искусственный загар позволяет улучшить состояние и внешний вид кожи человека, способствует образованию витамина D. В соляриях используют УФ-А и УФ-В источники. Но следует помнить, что даже самый «мягкий» УФ увеличивает вероятность меланомы — самого опасного рака кожи, — добавляет Татьяна Лисина.
Как наука стремится подражать природе
Часто ультрафиолет применяют вместе с другими дезинфицирующими компонентами, например, хлором, поскольку УФ-излучение способно снизить его дозу, рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры охраны окружающей среды Пермского Политеха Ирина Глушанкова.
— В наши дни наука все чаще создает природоподобные технологии. Ультрафиолет способен вступать в радиохимические реакции и ускорять их протекание, УФ-излучение активирует цепную реакцию деструкции (расщепления) веществ, в результате образуются активные радикалы — остатки от органических соединений. Это описание применимо и к реакции фотосинтеза в живой природе, — отмечает Ирина Глушанкова.
С помощью УФ-излучения очищают также сточные воды с производства. Например, получение энергонасыщенных материалов сопровождается образованием сточных вод сложного состава, содержащих токсичные и взрывчатые органические соединения — нитрамины и нитроэфиры, например. Их обезвреживание позволяет избежать экологические и технологические проблемы. Эксперименты, проведенные учеными Пермского Политеха, показали, что под действием ультрафиолетового облучения (УФО) концентрация нитраминов значительно снизилась. За полчаса обеззараживание стоков под действием УФО достигает 99% при длине волны УФО в 254 нм.
Юлия Рожкова отмечает, что в продуктах питания под воздействием ультрафиолета могут разрушаться витамины, окисляться непредельные жирные кислоты и другие вещества. В фруктах и овощах эти процессы не так выражены из-за естественных механизмов антиоксидантной защиты. В продукты, изготовленные человеком вводят антиоксиданты, например, на основе витамина Е. Это позволяет избежать порчи от воздействия УФ-лучей.
— На счет лекарств обычному потребителю стоит меньше всего переживать: при изготовлении химики обязательно учитывают фоточувствительность лекарственного препарата. Именно по этой причине большинство лекарств продается в темном стекле, которое защищает компоненты от пагубного влияния ультрафиолета и увеличивает срок годности препарата, — добавляет Юлия Рожкова, ученый Пермского Политеха.
Ультрафиолет имеет широкую область применения и является актуальным предметом исследования для ученых. Для обычного человека он также несет множество пользы, однако не следует забывать об опасности чрезмерного облучения и защищать свои глаза и кожу от УФ-излучения.