Ультрафиолетовое облучение

Ультрафиолетовое облучение — процесс воздействия на биологические объекты, материалы или среды электромагнитным излучением ультрафиолетового диапазона (длина волны 10—400 нм), который занимает спектральную область между рентгеновским и видимым излучением. В зависимости от длины волны и дозы облучение может оказывать как полезное (синтез витамина D, дезинфекция), так и повреждающее (ожоги, мутации, деградация полимеров) действие.

Физическая природа и классификация

Ультрафиолетовое излучение (УФ) генерируется Солнцем, электрической дугой, газоразрядными лампами, эксимерными лазерами и светодиодами. Международная комиссия по освещению (CIE) делит УФ-диапазон на три поддиапазона:

• UVA (315—400 нм) — длинноволновое излучение, составляет около 95 % УФ, достигающего поверхности Земли. Проникает глубоко в кожу, вызывает фотостарение и пигментацию.
• UVB (280—315 нм) — средневолновое излучение, частично задерживается озоновым слоем. Отвечает за загар и синтез витамина D, при избытке — за ожоги и рак кожи.
• UVC (100—280 нм) — коротковолновое излучение, полностью поглощается атмосферой и не встречается в естественных условиях на поверхности Земли. Обладает наибольшей энергией фотонов и используется для бактерицидной обработки.

В физиотерапии применяется рабочая классификация, выделяющая область А (длинноволновую), область В (средневолновую) и область С (коротковолновую), с несколько иными границами, чем в CIE.

Биологическое действие

Механизм действия УФ-облучения основан на поглощении квантов света молекулами-хромофорами: нуклеиновыми кислотами, белками, ароматическими аминокислотами. Это вызывает фотохимические реакции, включая образование димеров тимина в ДНК, что может приводить к мутациям или гибели клеток.

Положительные эффекты

• Синтез витамина D — под действием UVB (290—315 нм) в коже из 7-дегидрохолестерина образуется холекальциферол, необходимый для кальциевого обмена.
• Антирахитическое действие — профилактика и лечение рахита у детей.
• Бактерицидный эффект — UVC (особенно 254 нм) разрушает ДНК микроорганизмов, что используется для обеззараживания воды, воздуха и поверхностей.
• Иммуномодуляция — умеренные дозы UVB подавляют избыточные иммунные реакции, применяются при псориазе и атопическом дерматите.

Отрицательные эффекты

• Эритема и ожоги — при превышении пороговой дозы UVB расширяются сосуды кожи, развивается воспаление.
• Фотостарение — UVA разрушает коллаген и эластин, вызывая морщины и сухость кожи.
• Канцерогенез — накопление мутаций ДНК увеличивает риск базалиомы, плоскоклеточного рака и меланомы.
• Фотокератит и катаракта — поражение роговицы и хрусталика глаза при незащищённом облучении.

Применение

Медицина

В физиотерапии УФ-облучение применяется дозированно: общее (для стимуляции иммунитета и витаминного обмена) и местное (при кожных заболеваниях, ранах, воспалениях). Используются ртутно-кварцевые и люминесцентные лампы. Противопоказания: онкологические заболевания, фотодерматозы, системная красная волчанка.

Дезинфекция

Бактерицидные лампы (UVC) устанавливаются в системах очистки питьевой воды, вентиляции, на пищевых производствах и в медицинских учреждениях. В 2020-х годах получили распространение УФ-рециркуляторы закрытого типа для обеззараживания воздуха в присутствии людей. УФ-обработка эффективна против бактерий, вирусов и грибов, но не проникает сквозь мутные среды.

Промышленность и наука

• Полимеризация — УФ-отверждение лаков, красок, клеёв и фотополимеров в 3D-печати.
• Анализ материалов — люминесцентный анализ минералов, контроль подлинности документов и купюр.
• Очистка воды — обесцвечивание и разложение органических загрязнителей (фотолиз).
• Светотехника — УФ-светодиоды используются в системах «чёрного света» и для спектроскопии.

Сельское хозяйство

УФ-облучение семян и рассады в малых дозах стимулирует всхожесть и рост; используется для борьбы с плесенью в теплицах и хранилищах.

Дозиметрия и защита

Доза облучения измеряется в джоулях на квадратный метр (Дж/м²) или в эритемных дозах (ЭД). Для контроля применяются УФ-радиометры и биодозиметры Горбачёва. Защита от избыточного облучения включает солнцезащитные кремы с SPF, одежду, очки с УФ-фильтрами и ограничение времени пребывания на солнце в полуденные часы. Озоновый слой атмосферы является естественным щитом, поглощающим почти весь UVC и большую часть UVB.

Источники

• Владимиров Ю. А., Потапенко А. Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. — М.: Высшая школа, 1989.
• Пономаренко Г. Н. Общая физиотерапия. — СПб.: ВМедА, 2009.
• ГОСТ Р 70379—2022 «Излучение ультрафиолетовое. Термины и определения».
• Международная комиссия по освещению (CIE), публикация 155:2003 «Ультрафиолетовое излучение и его воздействие на человека».