Особенности действия ультрафиолетового излучения на организм человека
По сравнению с инфракрасным излучением ультрафиолетовое излучение оказывает на организм человека очень сложное действие, которое складывается из взаимосвязанных биофизических, гуморальных и нервно-рефлекторных явлений. При воздействии на организм человека ультрафиолетового излучения развиваются прежде всего биофизические процессы, при этом основной из них проявляется в возникновении фотоэлектрического эффекта. В результате такого эффекта происходят изменения в электронной структуре атомов и молекул, а в конечном итоге изменяются электрические свойства клетки организма человека и ее коллоидов, что определенным образом влияет на их дисперсность. Гуморальный механизм действия ультрафиолетового излучения связан с влиянием его на белковые субстанции организма человека, в частности при ультрафиолетовом излучении (только в лечебных допустимых дозах) происходит денатурация белка, т.е. потеря им способности к набуханию, растворению в воде и разбавленных солевых растворах; кроме того, наблюдается коагуляция белка в тканях организма человека. Далее коагулированный белок сравнительно легко расщепляется ферментами, вырабатываемыми в организме человека, что приводит к появлению продуктов расщепления белков в облучаемом патологическом очаге, среди которых находятся вещества, обладающие высокой биологической активностью, такие как гистамин, ацетилхолин, биогенные амины и др. Специалистам хорошо известно, что гистамин является активным мощным стимулятором деятельности гладкой мускулатуры брюшной полости, оказывает сосудорасширяющее действие, повышает секрецию желудочных желез, выработку пепсина и соляной кислоты. Кроме того, гистамин связан с обменом адреналина в организме человека, оказывает определенное влияние на обмен глюкокортикоидов и катехоламинов, повышает активность фермента гистаминазы. Освобождение под влиянием ультрафиолетового излучения физиологически активных веществ кожи тесно связывает гуморальный механизм действия с нервно-рефлекторным, потому что эти вещества активно участвуют в передаче нервного возбуждения.
Во второй половине XX в. в Советском Союзе были проведены специальные исследования по влиянию ультрафиолетового излучения на организм человека, в ходе которых было установлено следующее:
• ультрафиолетовое излучение в целом является необходимым фактором внешней среды, который участвует в регулировании витаминного баланса и обменных процессов организма человека;
• при облучении кожных покровов ультрафиолетовыми лучами с длинами волн от 302 до 297 нм находящийся в организме витамин D (7-дегидрохолестерин) превращается в витамин D 3, который при поступлении в кровь способствует мобилизации неорганического фосфора, активизации деятельности фермента фосфатазы. Отсутствие витамина D снижает возможность участия фосфатазы в ряде превращений, связанных с фосфорно-кальциевым обменом.
Общеизвестно, что пониженное содержание кальция в организме (в костной ткани) вызывает снижение механической прочности костей, склонность к переломам (т.е. развивается остеопороз — бич детей и пожилых людей), а у маленьких детей развивается рахит. Кроме того, недостаток кальция в стенках кровеносных сосудов ведет к повышению их проницаемости и склонности к экссудативным реакциям (этот вывод сделал советский ученый А.П. Парфенов);
• при ультрафиолетовой недостаточности нарушается работа различных органов и систем, что ведет к появлению вялости, слабости, легкой утомляемости, снижению мышечной работоспособности, нарушению витаминного баланса не только витамина D, но и витамина С, в результате может развиться анемия. Резкое снижение иммунобиологических процессов при этом явлении служит причиной пониженной сопротивляемости организма человека, особенно к простудным и инфекционным заболеваниям;
• под влиянием ультрафиолетового облучения изменяются соотношения белковых фракций сыворотки крови, увеличивается содержание гликогена в печени и мышцах;
• ультрафиолетовое облучение меняет кислотно-щелочное равновесие крови: после кратковременного ацидоза наступает более продолжительный алкалоз. Кроме того, меняется содержание протеолитических ферментов и снижается содержание каталазы;
• ультрафиолетовое излучение влияет на работу сердечно-сосудистой системы. Например, интенсивное облучение кожного покрова в эритемной зоне вызывает учащение ритма и увеличение минутного объема сердца, снижение артериального давления.
Влияние ультрафиолетового излучения на артериальное давление объясняется сдвигами в вегетативной нервной системе и появлением в крови гистамина и гистаминоподобных продуктов, вызывающих расширение кровеносных сосудов. Но при относительно продолжительном облучении наступает вторая фаза — повышение артериального давления, поэтому при выполнении процедур строго соблюдают допустимые дозы ультрафиолетового облучения;
• ультрафиолетовое облучение в определенных дозах оказывает десенсибилизирующее действие, что связано с некоторыми изменениями функционального состояния нервной и эндокринной систем, обмена веществ.
Учеными в указанные годы были разработаны специальные методики десенсибилизирующей терапии путем применения ультрафиолетового излучения для лечения ряда заболеваний, в этиологии и патогенезе которых значительную роль играет аллергический компонент (таких как бронхиальная астма, ревматизм, аллергический ринит и др.). Как правило, десенсибилизирующий эффект проявляется лишь при многократных облучениях или в случае применения достаточно интенсивной эритемной дозировки (эри-темная доза — степень ультрафиолетового облучения, вызывающая появление своеобразного стойкого покраснения кожного покрова в области патологического очага);
• при ультрафиолетовом облучении кожного покрова на месте воздействия через 2—4 ч возникает стойкая гиперемия с четко очерченными краями — ультрафиолетовая эритема, которая держится от 12 ч до нескольких дней. При возникновении эритемы в коже происходят изменения, характерные для воспаления: расширение капилляров и переполнение их кровью, повышение проницаемости капилляров и др. При эритемных воздействиях ультрафиолетовыми лучами с длинами волн от 257 до 297 нм в период развития эритемы в области патологического очага происходят изменения в окончаниях чувствительных нервов кожного покрова, при этом отмечаются гипертрофия и разрастание кожных нервных клеток, понижается их чувствительность, с чем связывают анальгезирующее действие ультрафиолетового излучения. При одинаковых физических условиях воздействия на патологический очаг характер эритемы зависит от многих индивидуальных особенностей организма в целом. Эритемная реакция кожи зависит от возраста, функции эндокринных желез, локализации воздействия, от патологических процессов, происходящих в организме человека. Как показала многолетняя практика использования ультрафиолетового облучения в терапевтических целях, наиболее чувствительной является кожа лица, живота, спины, менее чувствительной — кожа конечностей. Кроме того, было отмечено, что чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению резко повышается при экссудативном диатезе, бронхиальной астме и различных аллергических заболеваниях. Резкое снижение чувствительности кожи при аналогичных воздействиях наблюдается при гипотрофии, инфекционных заболеваниях.
При проведении клинических исследований было отмечено, что на вторые сутки в момент максимального развития эритемы происходили некробиоз и некроз большей части клеток эпидермиса, к 3—4-му дню эпидермис утолщался за счет молодых клеток базального слоя. К 7—9-му дню эритема постепенно исчезала (при условии прекращения облучения), начиналось шелушение за счет отмирания клеток поверхностных слоев кожного покрова и замены их новыми. К этому же периоду времени на месте эритемы возникала пигментация, представляющая собой отложение красящего вещества меланина в базальных клетках кожи.
Клинические наблюдения за процедурами УФО показали, что в ряде случаев образование пигмента возможно при повторных облучениях и без видимой предшествующей эритемы.
Видный советский ученый А.П. Парфенов высказал предположение, что хороший загар на теле человека является показателем работоспособности защитных сил организма, в том числе и симпатико-адреналовой, а это лежит в основе закаливающего действия ультрафиолетового излучения.
Клинические исследования показали, что формирование эритемной реакции кожи сопровождается сложными фотобиологическими процессами, изменением газообмена и активности различных ферментов не только в коже, но и в организме в целом. Из всего вышеизложенного следует вывод, что проведение лечения какого-либо патологического очага в организме человека с применением ультрафиолетового облучения (УФО) требует очень обдуманного и ответственного подхода при назначении соответствующих процедур, в том числе обязательного соблюдения допустимых доз воздействия на патологические очаги.
При проведении клинических исследований по применению в лечении различных заболеваний коротких ультрафиолетовых лучей (КУФ) было выявлено хорошо выраженное бактерицидное действие. Бактерицидное действие КУФ обусловлено влиянием их на ядерную субстанцию клеток микроорганизма. При поглощении лучистой энергии клетками микробов в них происходит нарушение обмена нуклеиновых кислот, что ведет к гибели клетки. Микроорганизмы при этом проходят стадии стимуляции, угнетения и отмирания.
Прямое бактерицидное действие КУФ используется в медицинской практике с лечебной целью только при поверхностном расположении микроорганизмов, в частности бактерий. Бактерицидное действие этого фактора в тканях организма человека складывается из возможного непосредственного действия их (КУФ) на бактерии и особенно изменений свойств тканей, в которых бактерии находятся (в виде сдвига в кислую сторону рН, повышения фагоцитарной активности лейкоцитов и др.), что способствует задержке размножения бактерий и их гибели.
Аппаратура, применяемая при лечении различных заболеваний и их профилактики с использованием ультрафиолетового облучения (УФО)
В аппаратуре для процедур УФО чаще всего применяется дуговая ртутно-кварцевая лампа (ДРТ) высокого давления, представляющая собой короткую (сравнительно) трубку из кварцевого стекла (кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, а простое оконное стекло их задерживает), заполненную газом аргоном и небольшим количеством ртути. С обоих торцов трубки имеются металлические электроды, к которым подается электрический ток, в результате возникает тлеющий разряд в инертном газе аргоне; в результате ртуть испаряется, в ее парах создается ультрафиолетовое излучение. Лампы ДРТ создают широкий спектр УФО с длинами волн от 250 до 350 нм. Кроме ламп ДРТ, в аппаратуре для процедур УФО используются специальные эритемные лампы, которые по внешнему виду не отличаются от обычных люминесцентных ламп дневного света; эритемные лампы используются для УФО и дают излучение узкого спектра около 297 нм.
В физиотерапевтических кабинетах поликлиник и отделениях специализированных клиник для процедур УФО используется следующая аппаратура:
• облучатель ртутно-кварцевый настольный ОКН-11 (переносной). Такой аппарат имеет рефлектор на стойке и лампу ДРТ-230 (мощностью 230 Вт), включается при помощи шнура с вилкой в электросеть с напряжением в 220 В. ОКН-11 снабжен металлическим корпусом, который крепится к основанию четырьмя замками-петлями. Для переноса данного аппарата к постели больного к корпусу прикреплена ручка;
• облучатель ртутно-кварцевый на штативе ОРК-21, по своему устройству почти аналогичен ОКН-11, отличается наличием лампы вдвое большей мощности — ДРТ-400 (на 400 Вт) и колесиков в основании штатива для перемещения его по полу в пределах физиотерапевтических кабинетов или отделений во время проведения процедур УФО;
• облучатель для носоглотки УГН-1, имеющий лампу ДРТ-230 (230 Вт), рассчитан на одновременное принятие процедуры УФО четырьмя пациентами, из которых каждый отделен от соседних специальными шторками, укрепленными на металлических кронштейнах;
• облучатели маячные типа УГД-3 и УГД-2. Первый из них оснащен лампой Д РТ-1 000 (1 000 Вт), предназначен для проведения процедур УФО целой группы взрослых пациентов; второй — для процедур с целой группой детей. Указанные облучатели имеют массивное основание, в котором размещено электропитающее устройство, и вертикальную стойку, на ее верхней части закрепляется лампа, а сверху она закрывается защитным колпаком. Основание облучателей опирается на колесики, что позволяет во время проведения процедур перемещать по полу кабинета или отделения. Питание облучателей осуществляется от сети в 220 В. УГД-3 имеет большие размеры, чем УГД-2, в остальном они идентичны;
• облучатели ЛКУФ-3 и ОКУФ-5 для коротковолнового УФО являются источниками преимущественно (до 85%) коротких ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм. Средняя биодоза обеспечивается при УФО с расстояния в 20—25 см в течение 3—4 минут. Данные облучатели предназначены для облучения слизистых оболочек рта, зева и носа;
• бактерицидные облучатели для выполнения процедур УФО: БУВ-15, БУВ-30, БУВ-З0П оснащены ртутной лампой низкого давления, которая дает коротковолновые ультрафиолетовые лучи, обладающие выраженным бактерицидным действием. Бактерицидная ртутная лампа имеет вид трубки, сделанной из специального увиолевого стекла. Ультрафиолетовое излучение бактерицидных облучателей на 80/6 состоит из коротких лучей с длиной волны 253,7 нм. Для выполнения процедур УФО применяются бактерицидные облучатели: передвижные, настенные и подвесные (или потолочные). Настенный облучатель бактерицидный рассчитан на обработку УФО помещения объемом 30 м при этом процедура длится 1 ч при облучении открытой лампой и 8 ч — при закрытой (с условием непрерывной работы облучателя). Такой облучатель закрепляется на стене на высоте 2—2,3 м над уровнем пола, но через каждые 2—3 ч работы его необходимо выключать на 1—1,5 ч для уменьшения концентрации в воздухе озона, образующегося при горении бактерицидных ламп.
Бактерицидный передвижной облучатель рассчитан на УФО в течение 30 минут помещения объемом в 100 м3.
При работе любого бактерицидного облучателя необходимо обязательно защищать глаза, надев специальные очки-«консервы» с темными стеклами (такие очки защищают глаза от попадания света со всех сторон). После каждого больного очки протирают влажным тампоном, смоченным медицинским спиртом. Кроме того, для предупреждения ожога при выполнении процедур УФО необходимо защищать также открытые части тела, особенно при нахождении в кабинете с включенным ртутно-кварцевым облучателем;
• облучатель ультрафиолетовый передвижной длинноволновой (эритемный), применяется для проведения групповых процедур УФО (взрослых и детей) с целью профилактики (закаливания). Такой облучатель вырабатывает ультрафиолетовые лучи длиной 247 нм, обладающие загарным и противорахитным действием. Данный облучатель состоит из основания и верхнего диска, соединенного с основанием гремя трубчатыми стойками. В самом основании находятся элементы электросхемы. Между основанием и верхним диском в специальных патронах по окружности расположено девять эритемных ламп. Кроме того, в центре основания и верхнего диска установлены обычные лампы накаливания по 300 Вт. Общая мощность, потребляемая эритемным облучателем от электросети, составляет 1300 Вт. Облучатель при необходимости легко перемещается на колесиках в пределах помещения (кабинета или отделения);
• светотепловые ванны ВС-03 с эритемными увиолевыми лампами ЭУВ-15 и ЭУВ-30 (мощностью 15 и 30 Вт) предназначены для проведения процедур УФО индивидуально. Указанные лампы дают ультрафиолетовое излучение с максимумом в спектральной линии 313 нм, которое создается слоем люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность трубки (лампы). Ванна ВС-03 комбинированная и предназначена для облучения туловища и конечностей ультрафиолетовыми лучами в эритемных дозах. Поверхность каркаса ванны ВС-03 представляет собой теплоотражательную металлизированную ткань. В эту же ванну могут устанавливаться и обычные лампы накаливания для выполнения простых тепловых процедур.
Как показали клинические исследования, эритемные дозы ультрафиолетового излучения вызывают в организме человека развитие процессов, направленных на десенсибилизацию. В целом ультрафиолетовая эритема широко применяется в клинической практике при различных заболеваниях. Указанные выше эритемные лампы применяют в детских лечебно-профилактических учреждениях, жилых помещениях (особенно в условиях полярной ночи), производственных и общественных помещениях, лишенных естественного света. В последние годы (2000—2008) установки с эритемными лампами широко применяются в специализированных клиниках, санаториях, а также в соляриях акционерных обществ.
При проведении процедур УФО в обязательном порядке используются специальные приборы, измеряющие интенсивность ультрафиолетового излучения применяемых приборов всех типов и видов. К таким приборам относятся: ультрафиолетометр (УФМ-5), уфидозиметр (УФД-4), переносный полупроводниковый уфиметр (УФИ-4). Указанные приборы состоят из вакуумного фотоэлемента, светофильтров, усилительной схемы и счетчика со шкалой, в показаниях которых учтены дозы определенного отрезка спектра волн ультрафиолетового излучения. Для оценки УФО очень важно знать не только величины, характеризующие мощность ультрафиолетового излучения, но и степень биологического эффекта, который оно вызывает.
В медицинской практике большое распространение имеет метод, основанный на индивидуальной чувствительности кожных покровов человека к ультрафиолетовому излучению. Этот метод прост и доступен в любых условиях работы. За единицу дозы при данном методе взята одна биодоза — доза ультрафиолетового излучения во времени, вызывающая минимальные видимые явления эритемы, при определенном расстоянии от источника излучения.
Для определенной биодозы в каждом конкретном случае проведения процедур УФО применяют биодозиметр И.Ф. Горбачева. Биодозиметр представляет собой металлическую пластинку, в которой имеется 6 прямоугольных отверстий размером 5x15 мм, расположенных друг от друга на расстоянии 5—6 мм. Пластинка имеет передвигающуюся крышку, которая закрывает отверстия. Биодозиметр с закрытыми отверстиями накладывают и закрепляют на участке тела, подлежащем облучению. После того как остальная кожная поверхность закрыта от действия УФО, облучатель устанавливают над биодозиметром на расстоянии 50 см от облучаемого патологического очага. После этого приступают к облучению через отверстия в биодозиметре. Открывают первое отверстие дозиметра и облучают в течение 1 минуты, после чего открывают второе отверстие и снова облучают. Через каждую минуту облучения открывают новое отверстие. В общем итоге получают 6 небольших участков кожного покрова, облученных в течение 6 отрезков времени различной продолжительности — от 1 до 6 минут. В связи с тем, что эритемная реакция проявляется не сразу после облучения, а по прошествии латентного периода, определение полученной биодозы производят не ранее чем через 6—8 ч после облучения. В амбулаторных условиях результаты по полученным дозам УФО определяют через 20—24 ч. При этом определение результатов УФО сводится к установлению зависимости длительности облучения и эритемы минимальной интенсивности. Если, например, имеется 5 полосок возрастающей яркости, то, следовательно, биодоза для данного больного соответствует 2 минутам при использовании предписанного лечащим врачом УФО. При биодозе, равной 30 с с расстояния в 50 см (стандартное расстояние для определения биодозьг равно 50 см), время одной биодозы, получаемой от облучателя с расстояния 100 см, находят по формуле
Х=(30с * 1002)/502 = 2 мин
В зависимости от терапевтических задач, определенных при медицинском обследовании, облучение (УФО) выполняют с расстояний 25, 50, 75 и 100 см (обязательно учитывается вид применяемого аппарата-облучателя).