Биологическое действие ультрафиолетового излучения



Излучение солнца имеет электромагнитную колебательную природу и носит непрерывный характер. Этот спектр излучений можно разделить на несколько областей:

  • рентгеновское излучение – ниже 2 нм,
  • УФ-излучение – от 2 нм до 400 нм,
  • видимый участок спектра – от 400 нм до 750 нм,
  • инфракрасное излучение – выше 750 нм.

Биологическая роль каждого вида излучений имеет свои характерные особенности. В нашем обзоре мы остановимся на рассмотрении роли и механизмов биологического действия УФ-излучения, которое имеет лишь часть ультрафиолетового электромагнитного спектра в области 180 ÷ 400 нм. Энергия квантов этого излучения (70–140 ккал/моль) превосходит энергию активации большинства химических реакций. Поэтому УФ-радиация является весьма фотохимически активной частью спектра. Ультрафиолетовое излучение в области 2 ÷ 180 нм интенсивно поглощается кислородом воздуха. Поэтому оно реально существует лишь в космическом пространстве или в специальных лабораторных условиях. Рассматриваемый нами спектр УФ-излучений, имеющих биологическое значение, подразделяется на три диапазона по своей проникающей способности и фотохимической активности:

  • область А (320÷400 нм),
  • область В (275÷320 нм),
  • область С (180÷275 нм).

В настоящее время в фотобиологии принято также выделять так называемый экологический диапазон (295÷400 нм) и УФ-излучение искусственных источников (короче 295 нм). В атмосфере Земли коротковолновое излучение Солнца, рентгеновское, и короткий ультрафиолет, взаимодействуя с молекулярным кислородом, приводят к образованию озонового слоя на высоте от 20 до 30 км. Озон поглощает все виды излучений с длиной волны короче 295 нм и экранирует поверхность Земли и нижележащие слои атмосферы от нежелательных воздействий этих излучений.

С другой стороны, экологическое УФ-излучение является постоянно действующим фактором внешней среды, оказывающим мощное воздействие на многие физиологические процессы, протекающие в организме. Также оно сыграло важную роль в эволюционных процессах, протекавших на Земле.

Прежде всего, УФ-излучение, наряду с космическими лучами и радиоактивными элементами земной коры, с электрическими разрядами в атмосфере, извержениями вулканов и ударами метеоритов, было важнейшим фактором, способствовавшим абиогенному синтезу органических соединений на Земле. Мутагенное действие УФ-излучения на простейшие формы жизни стимулировало ход биологической эволюции, способствовало увеличению разнообразия жизненных форм.

В ходе эволюции земные организмы приобрели способность использовать для своих нужд энергию различных частей солнечного спектра. Хорошо известна роль видимой части солнечного света – фотосинтез, зрение, инфракрасной – тепло. Оказалось, что используются и ультрафиолетовые компоненты солнечного диапазона и, в частности, при фотохимическом синтезе витамина D, важнейшего регулятора обмена кальция и фосфора в организме. Предшественники витамина D, такие как 7,8-дегидрохолестерин, эргостерин и другие, поступающие в организм с пищей, выносятся на поверхность кожи в составе секрета сальных желез – кожной смазки. Кванты УФ-излучения в ходе инсоляции взаимодействуют с молекулами провитамина D. Полученный в результате фотохимического преобразования витамин D всасывается обратно в кровь. Эта реакция используется в промышленности для получения витамина D из провитаминов и при обогащении им природных источников (китового жира и др.).

Дефицит витамина D в организме приводит к развитию рахита в детском возрасте и остеомаляции (уменьшению содержания кальция в костной ткани) во взрослом организме. Характерными симптомами нарушения минерального обмена являются повышенная утомляемость, головные боли, повышение заболеваемости простудными и другими воспалительными заболеваниями. Наиболее физиологический метод профилактики и лечения этих состояний – инсоляция, а также освещение эритемными лампами совместно с приемом препаратов – витамина D или богатых им продуктов. В то же время дефицит УФ-облучения, наблюдаемый у жителей крайнего Севера, зимовщиков и, периодически (в зимне-весенний период), у всех жителей умеренного географического пояса, в крупных городах с пониженной прозрачностью атмосферы для УФ-излучения, проявляется не только в нарушениях минерального обмена и не устраняются полностью только назначением витамина D.

Этот синдром светового голодания означает, что физиологическая роль УФ-излучения не ограничивается синтезом витамина D. Так, умеренное облучение кожи человека в дозах порядка 0,1-1,5 пороговых эритемных доз оказывает на весь организм неспецифическое стимулирующее действие. Увеличивается продукция и активность клеточных и гуморальных факторов иммунитета, сопротивляемость простудным и другим заболеваниям, интоксикациям, ускоряется заживление ран и срастание переломов. В физиологических дозах УФ-радиация стимулирует функции кроветворной, иммунокомпетентной и эндокринной систем организма. Предварительное УФ-облучение повышает устойчивость к воздействию рентгеновских и гамма-лучей, т.е. радиорезистентность. На фоне иммунодепрессии, вызванной опухолевым процессом и лучевой терапией, стимулирующее действие профилактического курса УФ-облучения проявляется в сокращении сроков заживления лучевых дерматитов и язв на 40-50%. Клинические испытания на больных раком кожи и нижней губы подтвердили высокую эффективность метода. Наблюдалось смягчение тяжести лучевых изменений и ускорение ликвидации последствий на 3-4 недели и хороший косметический эффект.

В основе общестимулирующего действия УФ-излучения заложено несколько механизмов. Во-первых, это нормализация минерального обмена и повышение барьерных свойств тканей, т.к. кальций уплотняет клеточные и сосудисто-тканевые мембраны. Во-вторых, стимуляция иммунокомпетентной системы и всей физиологической системы соединительной ткани. В-третьих, повышение реактивности и трофики органов и систем органов. Очевидно, УФ-излучение в физиологических дозах вызывает такую степень неспецифического раздражения, которая необходима для оптимальной жизнедеятельности организма. Естественно, что стимулирующее действие УФ-излучения максимально проявляется на фоне его недостаточности и выражается в резком повышении работоспособности, устойчивости к разнообразным вредным агентам, в нормализации повышенной или аллергической реактивности, в десенсибилизирующем эффекте. Поэтому применение УФ-радиации показано не только для профилактики и лечения рахита и синдрома светового голодания, но и во всех многочисленных случаях, когда необходимы стимуляция и нормализация иммунореактивности, мобилизация защитных сил и систем регуляции обмена веществ и гомеостаза в организме. Знание и целенаправленное использование УФ-излучения как физиологического стимулятора жизненных функций и мощного природного средства закаливания, повышения сопротивляемости и оптимизации жизнедеятельности организма уже дают и способны дать еще больший профилактический и лечебный эффект.

Обобщив в первой части обзора положительную роль УФ-излучения в регуляции разнообразных процессов в организме, перейдем к рассмотрению вопросов, связанных с механизмами повреждающего действия ультрафиолета на различные молекулярные и клеточные структуры, бактерицидного, мутагенного и канцерогенного действия. Поэтому в начале коротко остановимся на молекулярных основах биологического действия УФ-излучения.



Права на статью принадлежат ООО "Электронная Медицина".