Лекции по "Физике"
Автор: Rumilbash • Октябрь 1, 2023 • Курс лекций • 3,872 Слов (16 Страниц) • 101 Просмотры
1 Солнечный свет — источник жизни на Земле, свет от Солнца доходит до нас за 8,3 мин. Хотя лишь 40% энергии солнечных лучей, попадающих на верхнюю границу атмосферы, преодолевают ее толщу, но и эта энергия не менее чем в 10 раз превышает ту, которая содержится во всех разведанных запасах подземного топлива. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле. Однако длительное воздействие некоторых наиболее высоко энергетичных диапазонов солнечного излучения представляет реальную опасность для многих живых организмов, в том числе и человека. Мы очень хорошо знаем, с каким риском для глаз связано длительное воздействие ультрафиолетового света, однако, как показывают данные научных исследований, синий свет видимого диапазона также представляет определенную опасность. |
2 С точки зрения физики свет представляет собой один из видов электромагнитного излучения, испускаемого светящимися телами, а также возникающего в результате ряда химических реакций. Электромагнитное излучение имеет волновую природу – оно распространяется в пространстве в виде периодических колебаний (волн), совершаемых с определенной амплитудой и частотой. Человеческий глаз способен воспринимать электромагнитное излучение только узкого диапазона длин волн – от 380 до 760 нм, называемого видимым светом; при этом максимум чувствительности приходится на середину диапазона – около 555 нм. |
3 Ультрафиолетовое излучение – это невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее часть спектральной области между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 100–380 нм. Вся область ультрафиолетового излучения условно делится на ближнюю (200–380 нм) и дальнюю, или вакуумную (100–200 нм). Ближний УФ-диапазон, в свою очередь, подразделяется на три составляющих – UVA, UVB и UVC, отличающихся по своему воздействию на организм человека. UVC является наиболее коротковолновым и высокоэнергетичным ультрафиолетовым излучением с диапазоном длин волн 200–280 нм. Это и есть то самое ОБЛУЧЕНИЕ, которое к счастью полностью задерживается озоновым слоем. UVB-излучение включает длины волн от 280 до 315 нм и является излучением средней энергии, представляющим опасность для органов зрения человека. Именно UVB способствует возникновению солнечного ожога, фотокератита, в экстремальных случаях и заболеваний кожи. UVB практически полностью поглощается роговицей, но часть UVB-диапазона (300–315 нм) может проникать внутрь глаза. UVA – это наиболее длинноволновая и наименее энергетичная составляющая ультрафиолета с диапазоном длин волн 315–380 нм. Это та часть ультрафиолета, которая дарит нам загар. Роговица поглощает некоторое количество UVА, однако большая часть поглощается хрусталиком. |
4 В 2011 году Всемирной Организацией Здравоохранения было опубликовано исследование по глобальному изучению болезней, обусловленных УФ-излучением. Заболевания, в патогенезе которых участвует солнечное излучение, называются «офтальмогелиозы». Имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствуют о том, что воздействие УФ-излучения на глаза вызывает только нежелательные эффекты. Существуют убедительные доказательства того, что кратковременное воздействие высоких доз УФ-излучения вызывает фотокератит и фотоконъюнктивит, а длительное воздействие УФ-излучения даже в низких дозах является фактором риска возникновения катаракты, птеригиума и плоскоклеточного рака роговицы и конъюнктивы. На сегодняшний день существует не меньше неоспоримых доказательств в отношении других заболеваний, в том числе меланомы глаз и возрастной макулодистрофии . Глазные болезни, вызванные воздействием ультрафиолетового излучения, широко распространены, некоторые из них приводят к инвалидизации . 5 Какое же воздействие может оказывать УФ-излучение на ткани глаза? Ультрафиолетовое излучение считается фактором риска и причиной развития большого количества заболеваний глаза. Конъюнктива. Конъюнктива очень уязвима для УФ-излучения, которое активирует комплексную цепь окислительных реакций, обуславливая раз-личные причины гибели клеток. Существуют веские эпидемиологические доказательства наличия связи между хроническим воздействием УФ-излучения и развитием птеригиума. Это крыловидная пленка – утолщение конъюнктивы, наползающее на роговицу, особенно часто можно наблюдать у людей, живущих в климатических условиях с большим количеством солнечных дней или много работающих на открытом воздухе . Частота развития птеригиума именно в назальном отделе конъюнктивы объясняется эффектом Периферического Фокусированного Света в зоне роста стволовых клеток лимба. Было установлено, что передний отрезок глаза, как расположенная сбоку линза, фокусирует лучи в передней камере на противоположной части глаза, главным образом в области (носовой части) лимба. Сфокусированные на периферии лучи не блокируются естественными механизмами защиты поверхностных стволовых клеток и повреждают базальные, относительно незащищенные стволовые клетки. Менее очевидная связь прослеживается между воздействием УФ-излучения и возникновением пингвекулы, распространенной среди живущих как в жарких и солнечных климатических зонах, так и в местах с обширным снежным покровом. |
6 Роговица Эпителий и эндотелий роговицы (последний не обладает способностью к регенерации) очень уязвимы для УФ-излучения. В случаях избыточного воздействия спектр УФ-В лучей вызывает повреждения защитного антиоксидантного механизма, приводя к повреждению роговицы и других структур глаза. Значительная доля УФ-В лучей блокируется стромой роговицы, но в случае утончения стромы, как при кератоконусе или после рефракционных хирургических операций, на хрусталик больше воздействуют УФ-В лучи. Вопрос, увеличивает ли послеоперационное истончение стромы риск развития катаракты, пока остается открытым. Многие заболевания, связанные с УФ-излучением, являются хроническими, их развитие продолжается годами; в отличие от них, фотокератит (снежная слепота) служит примером острой реакции на ультрафиолетовое излучение. Это излечимая патология характеризуется острой болью, слезотечением, блефароспазмом и светобоязнью. Эпителий роговицы и мембрана Боумена задерживает в два раза больше УФ-В лучей, чем более глубокие слои роговицы; при фотокератите возникает раздражение поверхностного эпителия. Одного часа воздействия ультрафиолета, отраженного от снега, или 6-9 часов воздействия УФ-излучения, отраженного от песка в середине дня, достаточно, чтобы вызвать пороговый фотокератит. При меньшей длительности воздействия все равно могут отмечаться легкие симптомы дискомфорта глаз. Климатическая капельная кератопатия, или сфероидальная дегенерация – это стойкое патологическое изменение, характеризующееся скоплением очагов в форме капли в поверхностных слоях стромы роговицы. Хроническое воздействие УФ-излучения считается одним из основных факторов развития этой патологии. |
7 Влага передней камеры глаза. Антиоксидант – аскорбиновая кислота (витамин C) – в высокой концентрации содержится во внутриглазной жидкости. Аскорбиновая кислота удаляет свободные радикалы из отделов глаза и защищает ДНК хрусталика от повреждений, вызываемых УФ-излучением. Аскорбиновая кислота служит своего рода фильтром как для УФ-А, так и для УФ-В лучей; высказывались предположения, что она играет роль защитного механизма в патогенезе катаракты. У пациентов с катарактой всегда пониженная концентрация аскорбиновой кислоты во влаге передней камеры глаза. После УФ-воздействия также отмечается резкое снижение содержания аскорбиновой кислоты во вну-триглазной жидкости. Хрусталик. Со временем хрусталик желтеет и теряет прозрачность – в первую очередь из-за необратимых изменений протеинов, связанных с фактором старения, наследственностью или УФ-воздействием. Как показали исследования, воздействие УФ-излучения ведет к развитию катаракты у лабораторных животных. Связь между УФ-излучением и катарактой у людей тоже получила убедительные доказательства. Всемирная Организация Здравоохранения считает, что из 12-15 миллионов людей, которые ежегодно теряют зрение из-за катаракты, до 20% случаев вызваны или усугублены воздействием солнечных лучей. Хрусталик абсорбирует как УФ-А, так и УФ-В лучи. К нему поступает в 3 раза больше лучей UVA , однако, оба вида излучения наносят вред хрусталику глаза, хотя и с помощью разных механизмов. Значительная корреляция существует между воздействием на ткани хрусталика лучей UVB и кортикальной катарактой. Возможно, UVB лучи играют роль и в развитии задней субкапсулярной катаракты. Связанные с протеинами хрусталика желтые хромофоры, приутствующие в стареющих тканях глаза, играют роль УФ-фильтра. При воздействии UVA лучей хромофоры вырабатывают свободные радикалы кислорода. Считается, что повышенная концентрация свободных кислородных радикалов в хрусталике может привести к повреждению ДНК и к перекрестной сшивке протеинов. Ежедневное воздействие УФ-излучения и связанное с этим выделение свободных радикалов кислорода приводит к появлению катаракты. |
8 Хотя хрусталик взрослых людей эффективно препятствует попаданию на сетчатку лучей с длиной волны менее 360нм, лучи, относящиеся к спектральному диапазону от 360 до примерно 550 нм, попадают на сетчатку и содержат фотоны, обладающие достаточной энергией, чтобы вызвать фотохимическое повреждение. В зависимости от длины волны и продолжительности воздействия, свет воздействует на ткани по трем общим механизмам: термическому, механическому и фотохимическому. Естественные источники излучения, такие как солнце, излучают фотоны УФ-излучения с относительно большей длиной волны и, как правило, вызывают фотохимическое повреждение. Фотохимическому повреждению сетчатки предшествуют прямые реакции с вовлечением передачи протонов или электронов и реакции, включающие механизмы образования активных форм кислорода. Часто применяемые лекарственные средства, такие как некоторые антибиотики, нестероидные противовоспалительные средства, психотерапевтические препараты и даже лекарственные средства на растительной основе могут вызывать фотосенсибилизацию, которая способствует повреждению сетчатки под действием УФ-излучения, если они будут приведены в активное состояние под действием УФ-А-излучения или лучами видимого света и попадут на сетчатку в достаточном количестве. В пигментном эпителии сетчатки и в хориоидее содержится меланин, который поглощает УФ-лучи и защищает сетчатку от индуцированного УФ-излучением повреждения. Тем не менее, с возрастом происходит фотообесцвечивание меланина глаз, и уменьшается эффективность защиты от УФ-излучения, обеспечиваемой меланином. У лиц в возрасте около 50 лет лучи синего света с короткой длиной волны (около 430 нм), представляют дополнительную угрозу фотоокислительных реакций. Из липофусцина, который накапливается с возрастом, под действием лучей синего света образуется синглетный кислород, супероксид, и свободные радикалы, которые повреждают пигментный эпителий сетчатки. И, наконец, происходит гибель палочек и колбочек, так как они больше не получают питания от пигментного эпителия сетчатки, и пред-полагается, что это приводит к возрастной макуло-дистрофии (ВМД). Макулярные пигменты, такие как лютеин и зеаксантин, обеспечивают некоторую защиту от воспалительного и фотоокислительного повреждения, но с возрастом количество этих пигментов уменьшается. Длительное воздействие коротковолнового облучения на моделях у животных приводило к поражению сетчатки, схожему с наблюдаемым у пациентов с ВМД. Эпиде-миологические данные о роли воздействия света как причины ВМД на данный момент не позволяют сделать окончательный вывод |
9 В отличие от ультрафиолета синий свет является видимым. Именно синие световые волны придают окраску небу (или любому другому предмету). Синий свет начинает видимый диапазон солнечного излучения – к нему относятся световые волны с длиной от 380 до 500 нм, которые имеют наиболее высокую энергию. Название «синий свет» в сущности является упрощенным, поскольку оно охватывает световые волны начиная от фиолетового диапазона (от 380 до 420 нм) и до собственно синего (от 420 до 500 нм). Так как синие волны имеют наименьшую длину, они, согласно законам релеевского светорассеяния, наиболее интенсивно рассеиваются, поэтому значительная часть раздражающего блеска солнечного излучения обусловлена синим светом. Этот вид светорассеяния влияет на контрастность изображения и качество зрения вдаль, затрудняет идентификацию рассматриваемых объектов. Синий свет также рассеивается в структурах глаза, ухудшая качество зрения и провоцирует возникновение симптомов зрительного утомления. |
10 Синий свет является частью спектра солнечного излучения, поэтому избежать его воздействия невозможно. Однако наибольшую тревогу специалистов вызывает не этот естественный свет, а испускаемый искусственными источниками освещения – энергосберегающими люминесцентными лампами (compact fluorescent lamp) и жидкокристаллическими экранами электронных устройств. Сегодня по мере эволюции искусственных источников освещения происходит переход от привычных ламп накаливания к энергосберегающим люминесцентным лампам, спектр излучения которых имеет более выраженный максимум в диапазоне синего света (рис. 23, б) по сравнению с традиционными лампами накаливания. На официальном сайте Евросоюза (URL: http://ec.europa.eu/) Научным комитетом по развивающимся и недавно выявленным рискам для здоровья (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks – SCENIHR) приведены результаты исследования 180 энергосберегающих люминесцентных ламп различных марок, в котором было установлено, что большинство ламп можно отнести к категории отсутствия риска, но среди исследуемых образцов были и относящиеся к группе низкого риска. Было также установлено, что вредное воздействие этих источников освещения возрастает при уменьшении расстояния до освещаемого объекта. Экраны смартфонов, телевизоров, планшетов и компьютеров сильнее излучают синий коротковолновый свет – до 40% больше по сравнению с естественным солнечным излучением (рис. 25, а). Именно поэтому изображение на них кажется более ярким, четким и привлекательным. Проблему воздействия синего света усугубляет резкое увеличение пользователей различных цифровых устройств и рост продолжительности их ежедневного использования, которое отмечается во многих странах мира. Согласно данным американского Совета по зрению (Vision Council), приведенным в обзоре «Наблюдение за зрением» (Vision Watch Survey), с 2011 года количество владельцев планшетных компьютеров увеличилось на 50%. Следует также отметить, что многие пользователи держат электронные гаджеты достаточно близко к глазам, что усиливает интенсивность воздействия синего света. По данным американских ученых,7 среднее рабочее расстояние, необходимое при чтении книги, а также при чтении сообщений на экране мобильного телефона или интернет-страницы на экране планшетного компьютера, в последних двух случаях было меньше, чем стандартное рабочее расстояние, равное 40 см. Можно сказать, что современное население земного шара подвергается облучению этим коротковолновым и высокоэнергетичным излучением так сильно и продолжительно, как никогда раньше. |
11 На протяжении нескольких десятков лет ученые внимательно изучали влияние синего света на организм человека и установили, что его продолжительное воздействие сказывается 1) на состоянии здоровья глаз и 2) на циркадных ритмах организма. Рассмотрим эти два аспекта подробнее. Во многих исследованиях было отмечено, что воздействие синего света приводит к образованию фотохимических повреждений сетчатки, в особенности ее пигментного эпителия и фоторецепторов, причем риск поражения экспоненциально возрастает с увеличением энергии фотонов. Согласно результатам исследований, при равных условиях эксперимента синий свет в 15 раз более опасен для сетчатки, чем весь оставшийся диапазон видимого спектра (рис. 38). Также было доказано, что изменение тканей после длительного воздействия яркого синего света аналогично такому, какое связывают с симптомами возрастной дегенерации макулы (ВДМ). Синий свет вызывает фотохимическую реакцию, продуцирующую свободные радикалы, которые оказывают повреждающее воздействие на фоторецепторы – колбочки и палочки. Образующиеся вследствие фотохимической реакции продукты метаболизма не могут быть нормально утилизированы эпителием сетчатки, они накапливаются и вызывают ее дегенерацию. Международная организация по стандартизации (International Standards Organization – ISO) назвала диапазон длин волн синего света с центром при 440 нм диапазоном функционального риска для сетчатки. Именно эти длины волн синего света приводят к фоторетинопатии и ВДМ. |
12 Как именно синий свет разрушает сетчатку? Данное исследование было проведено в 2014 году старшим научным сотрудником Университета Толедо Аджитом Карунаратн и его командой. Долгое время считалось, что световые волны синего и ультрафиолетового спектра способствуют дегенерации желтого пятна, хотя до настоящего времени было точно не известно, в какой степени это влияет на развитие заболеваний глаз. |
13 Средство, препятствующее этому, – витамин Е, называемый также альфа-токоферолом, который подавляет окислительный эффект. |
14 Уже давно было установлено, что старение сетчатки непосредственно зависит от продолжительности воздействия солнечного излучения. В настоящее время, все большее число специалистов и экспертов убеждены, что кумулятивное воздействие синего света является фактором риска развития возрастной дегенерации макулы (ВДМ). Для установления четкой корреляции были проведены широкомасштабные эпидемиологические исследования. В 2004 году в США были опубликованы результаты этого исследования, в котором участвовали 6 тыс. человек, а наблюдения проводились на протяжении порядка 10 лет. Результаты исследования показали, что у людей, которые летом подвергаются воздействию солнечного света более 2 ч в день, риск развития ВДМ в 2 раза выше, чем у тех, кто проводит летом на солнце менее 2 ч. Однако не было выявлено однозначной взаимосвязи между длительностью солнечного облучения и частотой обнаружения ВДМ, что может свидетельствовать о кумулятивном характере повреждающего воздействия света, ответственного за риск ВДМ. Было указано, что кумулятивное воздействие солнечного света связано с риском возникновения ВДМ, что является скорее результатом воздействия видимого, а не ультрафиолетового света. Предыдущие исследования не обнаружили взаимосвязи между кумулятивным воздействием UBA- или UVB-диапазонов, но была установлена взаимосвязь между ВДМ и воздействием на глаза синего света. В настоящее время доказано повреждающее воздействие синего света на фоторецепторы и пигментный эпителий сетчатки. |
15 Какое же ещё влияние оказывает синий свет на организм человека? !!! Влияние на циркадные ритмы. Циркадные ритмы (от лат. circa – около, кругом и лат. dies – день) – это циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи, или так называемые внутренние часы организма. В течение длительной эволюции человек, как все живое на Земле, приспособился к ежедневной смене темного и светлого времени суток. Одним из наиболее эффективных внешних сигналов, поддерживающих 24-часовой цикл жизнедеятельности человека, является свет. Наши зрительные рецепторы посылают сигнал, поступающий в шишковидную железу; он обусловливает синтез и выделение в кровоток нейрогормона мелатонина, вызывающего сон [URL: http://ru.wikipedia.org/ (дата обращения: 16.02.2014)]. Когда темнеет, выработка мелатонина увеличивается, и человеку хочется спать. Яркое освещение тормозит синтез мелатонина, желание заснуть исчезает. Сильнее всего выработка мелатонина подавляется излучением с длиной волны 450–480 нм, т. е. синим светом. |
16 Как минимизировать последствия от воздействия синего света? Сегодня известны последствия влияния на состояние здоровья глаз таких факторов, как ультрафиолетовое (УФ) излучение, длительность работы за компьютером и применения электронных устройств, напряженность и вид зрительной нагрузки. Многие люди уже хорошо понимают, что необходимо защищать от УФ-излучения не только кожу, но и глаза. Однако потенциально опасные последствия от воздействия синего света известны широкой публике намного меньше. |
17 Оптические покрытия и линзы для защиты от синего света (см слайд) |
18 Вернемся к ультрафиолетовому излучению и рассмотрим такой немаловажный аспект, как влияние уф на детские глаза. Мы привыкли к тому, что солнцезащитные очки – это модный аксессуар, присущий взрослым людям… Но!!! Дети нуждаются в защите от уф больше, чем взрослые!! Всё дело в том, что Риск повреждения глаз и кожи от солнечного излучения является кумулятивным то есть (накопительным) - это значит, что опасность продолжает расти со временем, поскольку мы проводим немало времени на солнце на протяжении всей нашей жизни. Кроме того, дети более восприимчивы к повреждению сетчатки от ультрафиолетовых лучей, так как зрачки у них шире, хрусталик прозрачнее, и они больше времени проводят на открытом воздухе, чем взрослые, что позволяет большему количеству ультрафиолета проникать глубоко в глаз. К сожалению, лишь 3% детей регулярно носят солнцезащитные очки. Необходимо помнить, что чем меньше возраст ребенка, тем менее защищены его хрусталик и сетчатка. Поэтому, мы должны в обязательном порядке информировать наших пациентов, о необходимости защиты детских глаз от солнечного излучения. |
...