Реферат - Оптичні випромінювання організмів

Подождите немного. Документ загружается.

ЧДУ

ім. П. Могили

АркушівАрк

Лит.

6.090900.372.19

Чуйко Г.П.

Тітов О.А.Виконав

Перевірив

Підпис

Дата№ докум.Зм. Арк

Оптичні

випромінювання

організмів

Чорноморський Державний Університет

ім. Петра Могили

Кафедра медичних приладів та систем

ФАКУЛЬТЕТ ЕКОЛОГО-МЕДИЧНИХ НАУК

Реферат на тему:

«Оптичні випромінювання організмів»

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

Зміст

1. Вступ.................................................................................................................................................................2

2. Ультрафіолетове випромінювання.................................................................................................................3

2.1. Дія ультрафіолетового випромінювання на клітину...................................................................................4

2.2.Дія ультрафіолетового випромінювання на шкіру......................................................................................5

2.3. Штучні джерела УФ-випромінювання в медицині.....................................................................................6

3. Інфрачервоне випромінювання......................................................................................................................8

3.1. Інфрачервона термографія...........................................................................................................................9

4. Дезінфекція за допомогою оптичного випромінювання............................................................................10

5. Висновки.........................................................................................................................................................12

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

1. Вступ

Світло як елемент життєвого середовища людини являє собою один з основних факторів

найважливішою медико-біологічної проблеми сучасності - організм і середовище.

Зараз у вік науково-технічного прогресу, в самих різних сферах широко застосовуються

джерела променистої енергії. У зв'язку з цим людина піддається впливу природних і штучних

джерел променистої енергії з самої різної спектральної характеристикою і надзвичайно

великим діапазоном інтенсивності: від 100000 лк (Люкс - одиниця вимірювання освітленості в

системі СІ) і більше вдень при прямому сонячному світлі до 0.2 лк вночі при світлі місяця.

Разом з тим про роль променистої енергії, зокрема світла, в біології людського організму

ми, на жаль, знаємо ще поки дуже мало.

Всі види випромінювання оптичної області спектра мають однакову фізичну природу. Але

кожен окремий ділянку спектра (видимі, ультрафіолетові та інфрачервоні промені) має певні

довжини хвиль і частоту електромагнітних коливань, що в свою чергу якісно характеризує ці

ділянки спектру, їх біологічну дію і гігієнічне значення.

Світло - видиме випромінювання - є єдиним подразником очі, викликає зорові відчуття,

що забезпечують зорове сприйняття світу. Проте дія світла на око не обмежена тільки аспектом

бачення - виникненням на сітківці ока зображень і формуванням зорових образів. Крім

основного процесу бачення, світло викликає і інші важливі реакції рефлекторного і

гуморального характеру. Впливаючи через адекватний рецептор - орган зору, він викликає

імпульси, що поширюються по зоровому нерву до оптичної області великих півкуль головного

мозку (в залежності від інтенсивності) збуджує або пригнічує центральну нервову систему,

перебудовуючи фізіологічні і психічні реакції, змінюючи загальний тонус організму,

підтримуючи діяльний стан .

Видиме світло робить ще вплив на імунні та алергічні реакції, а також на різні показники

обміну, змінює рівень аскорбінової кислоти в крові, в надниркових залозах і мозку. Він діє і на

серцево-судинну систему. Останнім часом встановлено також і гуморальний вплив нервового

збудження, що виникає при світловому роздратуванні очі.

Хоча найбільша кількість реакцій викликаються світлом в організмі людини, мають

позитивний ефект, все ж має місце і шкідливі аспекти дії видимого світла.

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

2. Ультрафіолетове випромінювання

Ультрафіолетове випромінювання (від лат. ultra — «за межами»), скорочено УФ-

випромінювання або ультрафіолет — невидиме оком людини електромагнітне

випромінювання, що займає спектральну область між видимим і рентгенівським

випромінюваннями в межах довжин хвиль 400-10 нм.

Уся область ультрафіолетового випромінювання умовно ділиться на:

 довгі ультрафіолетові хвилі від 315 до 400 нм;

 середні ультрафіолетові хвилі від 280 до 315 нм;

 короткі ультрафіолетові хвилі від 10 до 280 нм.

Або на:

 ближню від 400 до 200 нм. Відкрито в 1801 році німецьким вченим Н. Ріттером і

англійським вченим У. Волластоном за фотохімічним впливом вирпромінювання на

хлористе срібло (AgCl).

 далеку, або вакуумну (200-10 нм). Назва зумовлена тим, що випромінювання цієї ділянки

сильно поглинається повітрям і його дослідження проводять за допомогою вакуумних

спектральних приладів. Знайдено німецьким вченим В. Шуманом за допомогою

побудованого ним вакуумного спектрографа з флюоритовою призмою (1885-1903) та

безжелатинових фотопластин. За допомогою чого він отримав можливість реєструвати

короткохвильове випромінювання з довжиною хвиль до 130 нм. Англійський вчений Т.

Лайман, вперше збудувавши вакуумний спектрограф з увігнутою дифракційною граткою,

реєстрував ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі до 25 нм (1924 рік). До

1927 року був вивчений весь проміжок хвиль до рентгенівського випромінювання.

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

2.1. Дія ультрафіолетового випромінювання на

клітину

У дії короткохвильового випромінювання на живий організм найбільший інтерес

представляє вплив ультрафіолетових променів на біополімери - білки і нуклеїнові кислоти.

Молекули біополімерів містять кільцеві групи молекул, що містять вуглець і азот, які інтенсивно

поглинають випромінювання з довжиною хвилі 260 ... 280 нм. Поглинена енергія може

мігрувати по ланцюгу атомів у межах молекули без істотної втрати, поки не досягне слабких

зв'язків між атомами і не зруйнує зв'язок. Протягом такого процесу, званого фотолізу,

утворюються осколки молекул, які надають сильну дію на організм. Так, наприклад, з

амінокислоти гістидину утворюється гістамін - речовину, що розширює кровоносні капіляри і

збільшує їх проникність. Крім фотолізу під дією ультрафіолетових променів у біополімерах

відбувається денатурація. При опроміненні світлом певної довжини хвилі електричний заряд

молекул зменшується, вони злипаються і втрачають свою активність - ферментну, гормональну,

антигенну та ін

Процеси фотолізу і денатурації білків йдуть паралельно і незалежно один від одного. Вони

викликаються різними діапазонами випромінювання: промені 280 ... 302 нм викликають

головним чином фотоліз, а 250 ... 265 нм - переважно денатурацію. Поєднання цих процесів

визначає картину дії на клітину ультрафіолетових променів.

Найбільш чутлива до дії ультрафіолетових променів функція клітини - поділ.

Опромінення в дозі 10 (-19) Дж/м2 викликає зупинку поділу близько 90% бактеріальних клітин.

Але зростання і життєдіяльність клітин при цьому не припиняється. З часом відновлюється їх

розподіл. Щоб викликати загибель 90% клітин, пригнічення синтезу нуклеїнових кислот і білків,

освіта мутацій, необхідно довести дозу опромінення до 10 (-18) Дж/м2. Ультрафіолетові

промені викликають в нуклеїнових кислотах зміни, які впливають на ріст, ділення, спадковість

клітин, тобто на основні прояви життєдіяльності.

Значення механізму дії на нуклеїнових кислот пояснюється тим, що кожна молекула ДНК

(дезоксирибонуклеїнової кислоти) унікальна. ДНК - це спадкова пам'ять клітини. У її структурі

зашифрована інформація про будову і властивості всіх клітинних білків. Якщо будь-який білок

присутній у живій клітині у вигляді десятків і сотень однакових молекул, то ДНК зберігає

інформацію про пристрій клітини в цілому, про характер і напрямок процесів обміну речовин в

ній. Тому порушення в структурі ДНК можуть виявитися непоправними або призвести до

серйозного порушення життєдіяльності.

2.2. Дія ультрафіолетового випромінювання на шкіру

Вплив ультрафіолету на шкіру помітно впливає на метаболізм нашого організму.

Загальновідомо, що саме УФ-промені ініціюють процес утворення ергокальциферолу (вітаміну

Д), необхідного для всмоктування кальцію в кишечнику і забезпечення нормального розвитку

кісткового скелета. Крім того, ультрафіолет активно впливає на синтез мелатоніну і серотоніну -

гормонів, що відповідають за циркадний (добовий) біологічний ритм. Дослідження німецьких

учених показали, що при опроміненні УФ-променями сироватки крові в ній на 7% збільшувався

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

вміст серотоніну - "гормону бадьорості", бере участь у регуляції емоційного стану. Його дефіцит

може приводити до депресії, коливань настрою, сезонним функціональних розладів. При цьому

кількість мелатоніну, який володіє гальмуючим дією на ендокринну і центральну нервову

системи, знижувалося на 28%. Саме таким подвійним ефектом пояснюється бадьорить

весняного сонця, що піднімає настрій і життєвий тонус.

Дія випромінювання на епідерміс - зовнішній поверхневий шар шкіри хребетних тварин і

людини, що складається з багатошарового плоского епітелію людини, являє собою запальну

реакцію звану еритемою. Перше наукове опис еритеми дав в 1889 р. О.М. Маклая-нів (Росія),

який вивчив також дію ультрафіолетових променів на-віч (фотоофтальмію) і встановив, що в

основі їх лежать загальні причини.

Розрізняють теплотворний і ультрафіолетову еритему. Калоріческая еритема обумовлена

впливом видимих і інфрачервоних променів на шкіру і припливу до неї крові. Вона зникає

майже одразу після припинення дії опромінення.

Після припинення впливу УФ-опромінення, через 2 .. 8 годин з'являється почервоніння

шкіри (ультрафіолетова еритема) одночасно з відчуттям жару. Еритема з'являється після

прихованого періоду, в межах опроміненого ділянки шкіри, і змінюється засмагою і лущенням.

Тривалість еритеми має тривалість від 10 ... 12 годин до 3 ... 4 днів. Почервоніла шкіра гаряча на

дотик, трохи болюча і здається набряклою, злегка набряклою.

По суті еритема являє собою запальну реакцію, опік шкіри. Це особливе, асептичне

(Асептичний - безгнілостний) запалення. Якщо доза опромінення занадто велика або шкіра

особливо чутлива до них, набрякла рідина, накопичуючись, відшаровує місцями зовнішній

покрив шкіри, утворює бульбашки. У важких випадках з'являються ділянки некрозу

(омертвіння) епідермісу. Через кілька днів після зникнення еритеми шкіра темніє і починає

лущитися. У міру лущення слущивается частина клітин, що містять меланін (Меланін - основний

пігмент тіла людини; надає колір шкірі, волоссю, райдужній оболонці ока. Він міститься і в

пігментному шарі сітківки ока, бере участь у сприйнятті світла), засмага блідне. Товщина

шкірного покриву людини варіює залежно від статі, віку (у дітей і людей похилого віку - тонше) і

локалізації - в середньому 1 .. 2 мм. Його призначення - захистити організм від пошкоджень,

коливань температури, тиску.

Основний шар епідермісу прилягає до власне шкірі (дермі), в якій проходять кровоносні

судини і нерви. В основному шарі йде безперервний процес ділення клітин; старіші

витісняються назовні молодими клітинами і відмирають. Пласти мертвих і відмерлих клітин

утворюють зовнішній роговий шар епідермісу товщиною 0,07 ... 2,5 мм (На долонях і підошвах,

головним чином за рахунок рогового шару, епідерміс товщий, ніж на інших ділянках тіла), який

безперервно слущивается зовні і відновлюється зсередини.

Якщо падають на шкіру промені поглинаються мертвими клітинами рогового шару, вони

не роблять на організм ніякого впливу. Ефект опромінення залежить від проникаючої здатності

променів і від товщини рогового шару. Чим коротше довжина хвилі випромінювання, тим

менше їх проникаюча здатність. Промені коротше 310 нм не проникають глибше епідермісу.

Промені з більшою довжиною хвилі досягають сосочкового шару дерми, в якому проходять

кровоносні судини. Таким чином, взаємодія ультрафіолетових променів з речовиною

відбувається виключно в шкірі, головним чином в епідермісі.

Основна кількість ультрафіолетових променів поглинається в ростковом (основному)

шарі епідермісу. Процеси фотолізу і денатурації призводять до загибелі шіловідние клітин

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

зародкового шару. Активні продукти фотолізу білків викликають розширення судин, набряк

шкіри, вихід лейкоцитів і інші типові ознаки еритеми.

Продукти фотолізу, поширюючись по кровоносному руслу, дратують також нервові

закінчення шкіри і через центральну нервову систему рефлекторно впливають на всі органи.

Встановлено, що в нерві, відходить від опроміненого ділянки шкіри, частота електричних

імпульсів підвищується.

Еритема розглядається як складний рефлекс, у виникненні якого беруть участь активні продукти

фотолізу. Ступінь вираженості еритеми і можливість її утворення залежить від стану нервової

системи. На уражених ділянках шкіри, при обмороженні, запаленні нервів еритема або зовсім

не з'являється, або виражена дуже слабко, незважаючи на дію ультрафіолетових променів.

Пригнічує утворення еритеми сон, алкоголь, фізичне і розумове стомлення.

Н. Финзен (Данія) вперше застосував ультрафіолетове випромінювання для лікування ряду

хвороб у 1899 р. В даний час детально вивчені прояви дії різних ділянок ультрафіолетового

випромінювання на організм. З ультрафіолетових променів, що містяться в сонячному світлі,

еритему викликають промені з довжиною хвилі 297 нм. До променям з більшою або меншою

довжиною хвилі ерітемная чутливість шкіри знижується.

За допомогою штучних джерел випромінювання еритему вдалося викликати променями

діапазону 250 ... 255 нм. Промені з довжиною хвилі 255 нм дає резонансна лінія

випромінювання парів ртуті, використовуваних в ртутно-кварцових ламп.

Таким чином, крива еритемних чутливості шкіри має два максимуми. Улоговина між двома

максимумами забезпечується екрануючим дією ороговілого шару шкіри.

2.3. - Штучні джерела УФ випромінювання в медицині

Бактерицидні лампи

В якості джерел УФ-випромінювання використовуються розрядні лампи, у яких в процесі

електричного розряду генерується випромінювання, що містять у своєму складі діапазон

довжин хвиль 205-315 нм (решта область спектру випромінювання відіграє другорядну роль).

До таких ламп відносяться ртутні лампи низького та високого тиску, а також ксенонові імпульсні

лампи.

Ртутні лампи низького тиску конструктивно і по електричних параметрах практично ні чим не

відрізняються від звичайних освітлювальних люмінесцентних ламп, за винятком того, що їх

колба виконана зі спеціального кварцового або увіолевого скла з високим коефіцієнтом

пропускання УФ-випромінювання, на внутрішній поверхні якої не нанесено шар люмінофора .

Ці лампи випускаються в широкому діапазоні потужностей від 8 до 60 Вт. Основна перевага

ртутних ламп низького тиску полягає в тому, що більше 60% випромінювання припадає на лінію

з довжиною хвилі 254 нм, що лежить в спектральній області максимального бактерицидної дії.

Вони мають великий термін служби 5.000-10.000 год і миттєву здатність до роботи після їх

запалювання.

Колба ртутно-кварцових ламп високого тиску виконана з кварцового скла. Гідність цих

ламп полягає в тому, що вони мають при невеликих габаритах велику одиничну потужність від

100 до 1.000 Вт, що дозволяє зменшити кількість ламп в приміщенні, але мають низьку

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

бактерицидної віддачею і малим терміном служби 500-1.000 ч. Крім того, нормальний режим

горіння настає через 5-10 хвилин після їх запалювання.

Істотним недоліком безперервних випромінювальних ламп є наявність ризику

забруднення парами ртуті навколишнього середовища при руйнуванні лампи. У разі порушення

цілісності бактерицидних ламп і попадання ртуті в приміщення повинна бути проведена

ретельна демеркуризація забрудненого приміщення.

В останні роки з'явилося нове покоління випромінювачів - короткоімпульсний, що

володіють набагато більшою біоцидні активністю. Принцип їх дії заснований на

високоінтенсивних імпульсних опроміненні повітря і поверхонь УФ-випромінюванням

суцільного спектру. Імпульсне випромінювання отримують за допомогою ксенонових ламп, а

також за допомогою лазерів. Дані про відмінність біоцидна дії імпульсного УФ-випромінювання

від такого при традиційному УФ-випромінювання на сьогоднішній день відсутні.

Перевага ксенонових імпульсних ламп обумовлено більш високою бактерицидною

активністю і меншим часом експозиції. Перевагою ксенонових ламп є також те, що при

випадковому їх руйнуванні навколишнє середовище не забруднюється парами ртуті.

Основними недоліками цих ламп, стримуючими їх широке застосування, є необхідність

використання для їх роботи високовольтної, складної і дорогої апаратури, а також обмежений

ресурс випромінювача (в середньому 1-1, 5 року).

У озоновий ламп у спектрі випромінювання присутній спектральна лінія з довжиною

хвилі 185 нм, яка в результаті взаємодії з молекулами кисню утворює озон в повітряному

середовищі. Високі концентрації озона можуть мати несприятливий вплив на здоров'я людей.

Використання цих ламп вимагає контролю вмісту озону в повітряному середовищі і ретельного

провітрювання приміщення.

Для виключення можливості генерації озону розроблені так звані бактерицидні "без озона"

лампи. У таких ламп за рахунок виготовлення колби зі спеціального матеріалу (кварцове скло з

покриттям) або її конструкції виключається вихід випромінювання лінії 185 нм.

Бактерицидні лампи, які відслужили свій термін служби або вийшли з ладу, повинні зберігатися

запакованими в окремому приміщенні і вимагають спеціальної утилізації згідно з вимогами

відповідних нормативних документів.

Бактерицидні опромінювачі.

Бактерицидний опромінював - це електротехнічний пристрій, в якому розміщені:

бактерицидна лампа, відбивач та інші допоміжні елементи, а також пристосування для його

кріплення. Бактерицидні опромінювачі перерозподіляють потік випромінювання в навколишній

простір у заданому напрямку і поділяються на дві групи - відкриті і закриті.

Відкриті опромінювачі використовують прямий бактерицидний потік від ламп і відбивача

(або без нього), який охоплює широку зону простору навколо них. Встановлюються на стелі або

стіні. Опромінювачі, що встановлюються в дверних отворах, називаються бар'єрними

опромінювачами або ультрафіолетовими завісами, у яких бактерицидний потік обмежений

невеликою тілесним кутом.

Особливе місце займають відкриті комбіновані опромінювачі. У цих опромінювачів, за рахунок

поворотного екрана, бактерицидний потік від ламп можна направляти в верхню або нижню

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

зону простору. Проте ефективність таких пристроїв значно нижча через зміни довжини хвилі

при відображенні і деяких інших чинників. При використанні комбінованих опромінювачів

бактерицидний потік від екранованих ламп повинен направлятися у верхню зону приміщення

таким чином, щоб виключити вихід прямого потоку від лампи або відбивача в нижню зону. При

цьому опромінення від відбитих потоків від стелі та стін на умовній поверхні на висоті 1,5 м від

підлоги не повинна перевищувати 0,001 Вт/м2.

У закритих опромінювачів (рециркулятор) бактерицидний потік від ламп розподіляється

в обмеженому невеликому замкнутому просторі і не має виходу назовні, при цьому

знезараження повітря здійснюється в процесі його прокачування через вентиляційні отвори

рециркулятора. При застосуванні припливно-витяжної вентиляції бактерицидні лампи

розміщуються у вихідній камері. Швидкість повітряного потоку забезпечується або природною

конвекцією, або примусово за допомогою вентилятора. Опромінювачі закритого типу

(рециркулятори) повинні розміщуватися в приміщенні на стінах по ходу основних потоків

повітря (зокрема, поблизу опалювальних приладів) на висоті не менше 2 м від підлоги.

3. Інфрачервоне випромінювання

Інфрачерв не випром нюванняо́ і́ (від лат. infra — нижче) — оптичне випромінювання з

довжиною хвилі більшою, ніж у видимого випромінювання, що відповідає довжині хвилі,

більшій від приблизно 750 нм.

Людське око не бачить інфрачервоного випромінювання, органи чуття деяких інших

тварин, наприклад, змій та кажанів, сприймають інфрачервоне випромінювання, що допомагає

їм добре орієнтуватися в темряві.

Інфрачервоні промені випромінюються всіма тілами, що мають температуру вищу за

абсолютний нуль, максимум інтенсивності випромінювання залежить від температури. При

підвищенні температури максимум зміщується в бік коротших хвиль, тобто в напрямку

видимого діапазону. У зв'язку із залежністю спектру та інтенсивності інфрачервоного

випромінювання від температури його часто називають тепловим випромінюванням.

Приблизно 52 % загальної інтенсивності випромінювання Сонця над поверхнею моря в

сонячний день припадає на інфра-червоний діапазон.

В електромагнітному спектрі інфрачеровоне випромінювання обмежене з короткохвильового

боку видимим світлом, а з довгохвильового боку — мікрохвильовим випромінюванням, яке

належить до радіочастотного діапазону. Границі діапазонів не є строго визначеними.

Існує кілька стандартів класифікації інфрачервоного випромінювання:

За визначенням Міжнародної комісії з освітленості за довжиною хвилі інфрачервоне

випромінювання підрозділяється на три діапазони:

 IR-A — від 700 до 1400 нм,

 IR-B — від 1400 до 3000 нм,

6.090900.372.19

ДатаПідпис№ докум.АркЗмін.

Арк

 IR-C — від 3000 нм до 1 мм.

Перший із цих діапазонів, IR-A називають також ближніми інфрачервоними хвилями. Він

визначається вікном у спектрі поглинання води і здебільшого використовується для

оптоволоконних телекомунікацій, бо електромагнітні хвилі цього діапазону слабо поглинаються

склом.

За стандартом ISO 20473 інфрачервоне випромінювання поділяється на три діапазони

 ближнє інфрачервоне випромінювання — від 780 до 3000 нм

 середнє інфрачервоне випромінювання — від 3000 до 50 000 нм

 далеке інфрачервоне випромінювання — від 50 до 1000 мкм

3.1. Інфрачервона термографія

Одним з перспективних напрямів розвитку медичної діагностики є інфрачервона

термографія. Це абсолютно нешкідливий метод, заснований на дистанційному контролі

теплового випромінювання людини в інфрачервоному діапазоні спектру. Він дозволяє

діагностувати на ранніх стадіях більше 150 видів захворювань, включаючи онкологічні.

Інфрачервона термографія — це науковий спосіб отримання термограми — зображення в

інфрачервоних променях показуючих картину розподілу температурних полів.

Термографічні камери, або тепловізори виявляють випромінювання в інфрачервоному

діапазоні електромагнітного спектру (приблизно 900-14000 нанометрів) і на основі цього

випромінювання створюють зображення, що дозволяє визначити перегріті або переохолоджені

місця. Так як інфрачервоне випромінювання випускається всіма об'єктами, що мають

температуру, згідно з формулою Планка для випромінювання чорного тіла, термографія

дозволяє «бачити» навколишнє середовище з або без видимого світла. Величина

випромінювання, що випускається об'єктом, збільшується з підвищенням його температури,

тому термографія дозволяє нам бачити відмінності в температурі. Коли дивимося через

тепловізор, то теплі об'єкти видно краще, ніж охолоджені до температури навколишнього

середовища; люди і теплокровні тварини легше помітні в навколишньому середовищі, як

вдень, так і вночі. Як результат, просування використання термографії може бути приписано

військовим і службам безпеки.

Тепловізор — опто-електронний прилад для візуалізації температурних полів та

вимірювання температури. Переважно працює в інфрачервоній частині електромагнітного

спектру - теплові зображення утворюються завдяки зміщенню максимумів спектрів власного

випромінювання тіл під час їх нагрівання у короткохвильовій області.