Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 21
Текст из файла (страница 21)
На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений УФ-излучение оказывает губительное и мутагенное действие (наиболее эффективно УФ-излучение в пределах 240...280 нм) [22, 25, 29, 3!!. В основе биологического действия УФ-лучей лежит повреждение биологически важных молекул; ДНК, белков, липидов, что следует из прямой связи между спектром действия и спектром поглощения этих веществ.
Обычно спектр летального и мутагенного действия УФ-излучения примерно совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот — ДНК н РНК, в некоторых случаях спектр биологического действия близок к спектру поглощения белков. Воздействие на ДНК. Спектр биодействия УФ-излучения практически совпадает со спектром поглощения ДНК. Излучение поглощают пуриновые и пиримидиновые основания. Так, пирими- 1!2 диновые основания избирательно чувствительны к УФ-излучению с) = 254 им и 8=4,9эВ. Механизм поглощения: 5-+Т-+ межклеточный перенос электронной энергии -+ межнуклеотидные миграции энергии. Прн облучении коротковолновым светом происходят реакции фотоионизации, фотодиссоциации и фотоприсоединения.
Основной тип фотохимической реакции ДНК вЂ” образование димеров, в основном пиримидиновых, чаще — димеров тимина. Это приводит к нарушению репликации и транскрипции прн подготовке клетки к делению и возникновению генетического дефекта, что может вызвать гибель клеток или изменение их наследственных свойств (мутации). Стоит, однако, заметить, что реакция димеризации фотообратима: димеры мономеризируются фотолиазой в процессе фотореактивации.
Квантовый выход одно- и двухнитевых разрывов под действием УФ-А, на 2 — 3 порядка ниже, чем при рентгеновском воздействии, и в данном случае его можно не учитывать. Сечение поглощения молекулы ДНК примерно в 10 раз больше, чем белков. Характерные полосы поглощения ДНК располагаются в пределах 240...260 нм. Воздействие на белки (УФ-В). Это воздействие связано с фотохимическими превращениями аминокислот и их остатков (максимум поглощения триптофана и тирозина находится на длине волны 280 нм) с конечным формированием радикалов.
Возникающие при этом электроны, отличающиеся высокой реакционной способностью, инициируют ряд вторичных химических реакций и приводят к разрыву дисульфидных связей. Возникают также межмолекулярные ковалентные сшивки. Воздействие на эти основные поглощающие компоненты белков целесообразно изучать по спектрам люминесценции (см. 3,8). Воздейстие ма лилиды. Максимум поглощения для липидов находится на длине волны 200 нм и определяется ненасыщенными жирными кислотами.
Основная фотохимическая реакция — окисление липидов. Первичные продукты реакций — гидроперикиси жирных кислот, затем образуются альдегиды, в частности, по выходу маалонового альдегида судят об эффективности действия лучей на биообъект. Поэтому определенное значение в действии УФ-излучения, приводящего к гибели клетки, имеют также повреждение биологических мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки. Действие УФ-излучения на биоткани. Ультрафиолетовое излучение проникает в ткани на глубину до 1 мм. Его поглощение связано с фотохимическими реакциями и может привести к эрите- !14 1 эр (эритема) = 1Вт/м на длине волны 297 нм. г ме.
Эритема — резкое усиление микроциркуляции и повышение содержания гемоглобина в коже. Максимальным эритемным действием обладает УФ-излучение с 7. = 296,7 нм и Х = 253,7 нм. При эритеме уменьшается отражательная способность кожи (отношение интенсивности отраженного света к падающему) в области поглощения гемоглобина (540 и 578 нм) (см. рис. 3.9).
Это служит количественным критерием эритемы. При эритеме гибнет около 10 % клеток рогового слоя. Вместе с тем, полезной считается суточная доля эритемной радиации 10...40 мэр' ч/м . Эритема 2 обычно переходит в защитную пигментацию — загар, который при этом играет роль оптического фильтра. Загар — потемнение кожи человека под воздействием ультрафиолетового облучения, вследствие которого в поверхностных слоях избыточно отлагается пигмент меланин.
Под влиянием УФ-излучения усиливается рост клеток базального слоя эпидермиса, в котором имеются специальные клетки-меланофоры, богатые меланином. Происходящее одновременно с этим утолщение рогового слоя кожи и способность меланина поглощать тепловые лучи защищают организм от длинноволновых ультрафиолетовых лучей, которые при длительном воздействии могут вызывать гибель клеток нижележащих слоев кожи и солнечный ожог, а также от инфракрасных лучей — одной из основных причин перегрева организма и солнечного удара. Кроме того, под действием УФ-В появляется эдема — увеличение количества межклеточной жидкости в тканях человека 1отек).
УФ-излучение обусловливает превращение вещества эргостерина, входящего в состав секрета сальных желез, в витамин )3. Главным же источником витамина 13 служит пища. Витамин 0 регулирует всасывание кальция в пищеварительном тракте и связанные с кальцием обменные процессы. Витамин )3 необходим для образования костей и зубов„способствует всасыванию фосфора и активации иммунитета (до 80 %). Бактерицидное действие УФ-излучения используется в операционных и перевязочных отделениях клиник для дезинфекции помещений. Было установлено, что кривая гибели бактерий под действием УФ-излучения подобна спектру поглощения нуклеиновых кислот.
Следовательно, гибель бактерий обусловлена повреждением именно нуклеиновых кислот. При действии УФ-излучения возникает канцерогенез. Канцерогенез — формирование онкоклсток 1пронсходит всегда при загорании). Доза, соответствующая риску канцерогенного воздейст- 2 вия, равна 60 мэр ч/м, канцерогенное воздействие возникает при дозе 5,6 Вт ч/м = 2000 Дж/м . В офтальмологии отмеченные гра- 2 ничные дозы могут вызвать временную потерю зрения, хорошо знакомую альпинистам 1«снежная слепота»), в качестве последствия возможен конъюнктивит (воспаление внешней оболочки глаза) и, как наиболее грозное осложнение, ведущее к полной слепоте, — катаракта (помутнение хрусталика). Впрочем, данное воздействие не является однозначно предсказуемым и оспаривается некоторыми офтальмологическими школами.
Под действием УФ-излучения на кожу происходит ускорение старения коллагена, который отвечает за эластичность кожи, а также мутагенез, т, е, появление соматических мутаций в клетках эпидермиса. Мутагенез и канцерогенез — два связанных механизма, которые возникают от воздействия УФ на ДНК. Риск канцерогенеза возрастает при увеличении обшей дозы УФ-облучения, которую организм как бы «запоминает» на протяжении всей жизни.
Для УФ-диапазона справедливо правило взаимозаменяемости времени и мощности Бунзена — Роска: эффект облучения зависит от дозы и, следовательно, может достигаться при разной интенсивности излучения: Х =/0 2 где Х вЂ” экспозиционная доза, Дж/м . Справедливость данного соотношения доказана для случая изменения интенсивности в 1О раз. Таким образом, большие дозы можно получить даже при 5 низкой интенсивности УФ-излучения. Защитная роль озонового слоя. Озоновый слой преобладает на высоте 25...28 км. Содержание озона 105) в атмосфере определяют по измерениям прямой солнечной радиации в УФ-диапазоне.
На высоте 20...60 км под действием УФ-излучения с Х < 200 нм образуется слой озона, который поглощает УФ-излучение более длинных волн. Область длин волн больше 280 нм находится в окне озонной прозрачности. Наиболее сильно озон поглошает УФ-С. Максимум поглощения озона приходится на Х„на„= 253,65 нм. 115 Поэтому, например, интенсивность излучения с 1. = 250 нм озон ао ослабляет в 10 раз.
Спектр солнечного излучения при его измерении с поверхности Земли обрывается приблизительно на 2.= = 290 нм (рис. 3.10). Таким образом, озон является защитой от разрушения нуклеиновых кислот, которые активно поглощают УФ-излучение с Х < 280 нм (рис. 3.11). 712о 1 1О-' 10-2 1014 1О<о 10 1013 а 1ОН ~ 103 10-22 'я О ч 10-23 Е о 1О-за н о "Я' 1О<н чз 10-26 1О-а 10-7 270 300 320 340 360 Х, ям Рнс. 3.10. Зависимость относительной интенсивности УФ-излучения Солнца иад земной атмосферой (1) и после ее прохождения (2) от длины волны излучения [38) й 1О4 $1„, м Ю й 1О" Сэ И' Обнаружено изменение концентрации озона над полюсами Земли на 40 %, над Москвой — до 30 %.
Такие изменения получили название «озоновые дыры» и вызывают опасения ученых и общественности [37, 381, Существует несколько предположений о причинах появления озоновой дыры: ° такие изменения концентрации озона происходили всегда; ° влияние экологического загрязнения атмосферы, в частности фреоном. В атмосфере толщина озонового слоя зависит от сезона, солнечной активности, точно коррелирует с изменением температуры.
Над Антарктидой наиболее значительное уменьшение озонового слоя происходит в весенний период (сентябрь — октябрь) (в среднем на 25 %). Над Арктикой в весенний период (апрель) находится максимальное количество озона, минимальное наблюдается в октябре. Однако существование арктической цдыры» надежно не установлено. Разрушению озона способствуют фреоны (химические вещества, производные от метана, этапа и циклобутана, содержащие хлор и/или фтор), оксид азота, окснд хлора, лед в облаках (химические вещества в виде твердых частиц), вещества, содержащие нечетный водород (ОН, Н02, Н, Н202 и т, д.), бром, аэрозоли (твердые и жидкие частицы, взвешенные в воздухе), сера. Так, фреоны поднимаются в стратосферу, где разлагаются УФ-излучением с Х < < 200 нм с освобождением окиси хлора и активного хлора.
Однако какая часть фреона достигает стратосферы, не разложившись ранее, никем не установлено. В то же время большая концентрация озона в приземной части атмосферы вредна для здоровья человека и инфраструктуры (действует на различные материалы, линии электропередач, повреждает сельскохозяйственные культуры). Сведения о последствиях появления озоновой дыры для природы и человека практически отсутствуют. 3.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
