 |
2.3. Действие лучистой энергии на организм
|
|
|
|
2. 3. Действие лучистой энергии на организм
2. 3. 1. Действие инфракрасных лучей, видимого света, ультрафиолетовых
лучей и лучей лазера на организм
Весь поток лучистой энергии Солнца называют солнечной радиацией. Согласно волновой теории этот поток можно представить в виде ряда элементарных электромагнитных колебаний с различной длиной волны и частотой. Чем больше число колебаний, тем больше длина волны луча. По квантовой теории света тела поглощают и излучают свет не непрерывно, а отдельными порциями (квантами), величина энергии которых пропорциональна частоте волн. Кванты оптического излучения называют фотонами, и они распространяются как материальные частицы. Эти две теории дополняют друг друга.
Биологическое действие лучей на организм животного зависит от длины волны: чем короче волны, тем чаще их колебания, тем больше энергия квантов и тем сильнее реакция организма на их воздействие.
Графическое изображение совокупности излучений, распространяющихся в определенной последовательности в зависимости от длины волны, называют спектром. На практике учитывают только оптическую часть солнечного спектра, в пределах которой находятся:
· видимая часть спектра с длиной волн 760–380 нм;
· инфракрасные (ИК) лучи с длиной волн 760–2800 нм;
· ультрафиолетовые (УФ) лучи с длиной волн 380–10 нм.
Совокупность видимого света, УФ- и ИК-лучей называют оптическим излучением. Все лучи характеризуются тепловым (при большой длине) и химическим (при малой длине) действием. Глубина их проникновения в организм неодинакова: ИК- и красные лучи проникают до 5 см, видимые (световые) — на несколько миллиметров, УФ-лучи — на 0, 7–0, 9 мм; лучи с длиной волн короче 300 нм проникают в ткани животных на глубину до 2 ммк.
|
|
|
Инфракрасные лучи (ИК-лучи). Исходя из биологических особенностей действия ИК-лучей, их условно делят на две группы: короткого 700–1400 нм и длинноволновые 1400–2800 нм. Длина волн ИК-лучей больше длины волн видимых, но кванты первых имеют меньшую энергию, чем кванты вторых. Поэтому ИК-лучи оказывают меньшее химическое действие, чем видимый свет или УФ-лучи.
ИК-лучи обладают большой проникающей способностью и прогревают ткани как бы изнутри. При прогревании кожи и глубоколежащих тканей сосуды расширяются; происходит значительный приток крови к периферическим сосудам; создается тепловой барьер, препятствующий переохлаждению организма. Улучшение кровообращения связано также с усилением биохимических и обменных процессов, увеличением биологических функций, активизацией защитных свойств организма. ИК-лучи способствуют повышению температуры кожи и ускоряют ток крови в сосудах, расположенных в дерме. В связи с этим улучшаются обменные процессы между кровью и тканями, усиливается активность тканевых клеток, ускоряется их размножение, активизируется деятельность ферментов, стимулируется развитие терморецепторов сосудистой системы, улучшаются качественные показатели крови.
Обычно при повышении обменных процессов в коже возникает больше активных продуктов распада, которые наряду с нервными импульсами от терморецепторов оказывают местное действие ИК-лучей на весь организм. Благодаря нервному и гуморальному влиянию при умеренных дозах ИК-излучения нормализуется тонус вегетативной и нервной систем, что положительно сказывается на состоянии, развитии, приростах, а также сохранности молодняка.
ИК-лучи способствуют повышению тонуса тканей и крови, увеличению сопротивляемости организма (естественной резистентности) и предупреждают простудные заболевания. Чрезмерное облучение ИК-лучами способно вызвать нарушение механизмов терморегуляции и тепловой удар.
|
|
|
Видимый свет. Свет – видимая часть солнечного излучения, которая вызывает зрительное ощущение, позволяет видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Спектр видимого света состоит из семи цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый).
Освещенность — поверхностная плотность светового потока; единица освещенности — люкс (лк). При различных физиологических состояниях животных требуется и различная интенсивность освещения. Так, для роста животных, в период лактации, яйцекладки и т. д. нужен сильный свет. В период откорма (для повышения жироотложения) света должно быть немного.
Продолжительность естественного и искусственного освещения в сутки на фермах крупного рогатого скота при содержании лактирующих коров — 16-18 ч при 75 лк; при откорме молодняка крупного рогатого скота — 6-8 ч при 50 лк; в процессе выращивания телят ремонтного молодняка, а также в свинарниках для хряков-производителей, свиноматок, поросят-сосунов и отъемышей —14-18ч при 100лк; в свинарниках для откорма — 8-10 ч при 50 лк; в овчарнях для овцематок и баранов-производителей — 8-10 ч; для пушных зверей — 16-18 ч при 75-100лк.
Видимый свет оказывает тепловое, эритемное[2], тонизирующее и антирахитное действие. Красные лучи вызывают максимальную возбудимость нервно-мышечного аппарата, синие и фиолетовые — минимальное, зеленые и оранжевые — не оказывают существенного влияния на поведенческие реакции животных.
Видимые лучи света влияют на функции ЦНС через зрительный аппарат и через нее рефлекторно на функции других органов. Свет воспринимают не только глаза, но и фоточувствительные элементы поверхности кожи, нервных клеток и головного мозга. Считают даже, что свет поглощается непосредственно кровью благодаря присутствию в ней вещества гематопорфирина, подобного хлорофиллу растений. В основе этих процессов лежит сложная система цепи рефлекторных и гуморальных реакций. При воздействии на светочувствительные элементы сетчатки глаз и рецепторы кожи световая энергия преобразуется в нервный импульс. Последний достигает коры головного мозга, откуда направляется в гипоталамус. Его нейросекреты (вазопрессин, окситоцин) регулируют гормональную деятельность всех периферических эндокринных желез гуморальным путем через изменение тропных функций передней доли гипофиза. Стимуляция эндокринных желез происходит под воздействием красных и оранжевых лучей, а освещение зеленым светом снижает их функцию.
|
|
|
Под влиянием видимого света у животных увеличиваются содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови, повышается активность окислительных ферментов и усиливается газообмен.
Под действием видимого света осуществляется фотопериодические процессы. Периодичность освещения на протяжении эволюции является наиболее точно воспроизводимым внешним сигналом времени, синхронизатором суточных и годовых ритмов жизнедеятельности, в том числе поведенческих реакций и размножения (наступление течки, охоты; линька и рост волос; сезонные миграции; изменения интенсивности обмена веществ и др. ). Большинство видов животных принимают корм на свету.
Видимый свет – регулятор биологических ритмов. Искусственная смена дня и ночи вызывает у животных неврозы.
При недостаточной освещенности в помещениях у животных могут возникнуть анемия, остеомаляция, рахит и др. Видимый свет оказывает бактерицидное и мутагенное действие в зависимости от интенсивности освещения и его длительности. Особенно эти действия проявляются в комбинации с УФ- и ИК-лучами.
Ультрафиолетовые лучи. УФ-лучи имеют сравнительно небольшую длину волны, поглощаются поверхностными слоями кожи и не вызывают ощущения теплоты. Глубина проникновения УФ-лучей в кожу животных составляет 0, 7–0, 9 мм. Наибольшее их количество поглощается эпидермисом. При этом обеспечивается увеличение просветов в капиллярах кожи, и лишь незначительная часть достигает сосочкового слоя и сосудистых сплетений.
Лучистая энергия, проникающая в организм, превращается в различных тканях в другую форму — тепловую, электрическую, химическую. Наибольшее значение для животных имеет фотохимическое действие, при котором в тканях организма происходят химические (фотохимические) реакции. Результат действия УФ-лучей на белковую молекулу — денатурация белка с последующей коагуляцией, вследствие чего снижается его стойкость по отношению к ферментам. В связи с этим в коже усиливаются процессы протеолиза (ферментативного расщепления белков), что приводит к образованию в организме животных высокоактивных продуктов — ацетилхолина, гистамина. Они, поступая в кровь, вызывают общее тонизирующее действие, раздражение нервных окончаний и развитие рефлекторных процессов. Воздействие УФ-лучей на организм животных — пример неспецифической аутопротеинотерапии.
|
|
|
Под действием УФ-лучей в организме происходит усиление процессов обмена азота, фосфора, кальция, липидов и сахаров, повышение уровня окислительно-восстановительных процессов. Благодаря этому улучшается общее состояние животных и возрастает их естественная резистентность к заболеваниям.
Биологические свойства УФ-лучей зависят от длины волны:
· область А (длинноволновая) – 400-320 нм;
· область В (средневолновая) – 320-280 нм;
· область С (коротковолновая) – 280-200 нм.
Область А называется также флуоресцентной (по способности вызывать свечение некоторых веществ, например в люминесцентных лампах), или загарной (в связи с пигментообразующим эффектом). Кожный пигмент меланин сосредоточен в слое базальных клеток эпидермиса и образуется из аминокислоты тирозина. Пигментация кожных покровов способствует повышению их резистентности к воздействию избыточного облучения УФ-лучей.
Область В (при непродолжительном действии УФ-излучения в небольших дозах) характеризуется сильным общестимулирующим действием. Механизм действия связан со способностью возбуждать атомы, повышать их реакционную способность. В целом это приводит к повышению активности химических реакций в клетках, что оказывает стимулирующее действие на обменные и трофические процессы. Усиливаются рост и регенерация тканей, повышается сопротивляемость организма к действию инфекционных и токсических агентов, улучшается физиологическая и умственная работоспособность. Под его влиянием их 7, 8-дегидрохолестерина синтезируется витамин D3 (холекальциферол) и витамин D2из эргостерина. Таким образом, УФ-облучение — один из эффективных способов профилактики рахита у молодняка, костной дистрофии, других заболеваний, обусловленных нарушением минерального обмена в организме животных.
Область С обладает выраженным бактерицидным действием, максимум которого приходится на длину волны 254 нм. УФ-лучи самого короткого диапазона (менее 200 нм) оказывают озонирующее действие.
|
|
|
Одноразовое избыточное УФ-облучение незагоревшей кожи вызывает ее фотохимический ожог. Патогенетический эффект связан с активацией свободно-радикального (перекисного) окисления липидов вследствие разрушения природного антиоксиданта – витамина Е, что приводит к повреждению мембран, распаду белков молекул, гибели клеток в целом. Проявляется фотохимический ожог эритемой кожи (вследствие образования гистамина), волдырной реакцией на коже, повышением температуры тела, головной болью, общим болезненным состоянием. Развивается поражение конъюнктивы глаз – фотоофтальмия (покраснение глаз, отечность, жжение, слезотечение). Длительное чрезмерное УФ-облучение способствует образованию перекисных соединений и эпоксидных веществ, обладающих мутагенным эффектом и вызывающих рак кожи. У животных, у которых кожа тоньше, чем у человека, в значительном проценте случаев возникают и саркомы.
Избыточное УФ излучение может провоцировать обострение хронических заболеваний (ревматизм, язвенная болезнь желудка, туберкулез). Интенсивное облучение кожи вызывает гемолиз эритроцитов – фотогемолиз. Действие УФ-лучей усиливается фотосенсибилизаторами: красками (метиленовый голубой, эозин), холестерином и порфиринами, контактными фотосенсибилизаторами являются кремы.
Лазерное излучение – электромагнитное излучение оптического диапазона, источником которого являются оптические квантовые генераторы – лазеры.
Лазерное излучение (ЛИ) имеет свойства:
· монохроматичность – излучение одной определенной частоты или длины волны;
· когерентность – согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов одной частоты; благодаря когерентности лазерный луч максимально фокусируется, имеет меньшую расходимость и возможность получения более высокой плотности падающей энергии;
· поляризованность – упорядоченность ориентации вектора напряженности электромагнитного поля волны в плоскости, перпендикулярной ее распространению;
· направленность – свойство выходить из лазера в виде светового луча с чрезвычайно малой расходимостью.
Основными характеристиками лазерного излучения являются длина волны и частота, а также энергетические параметры (мощность и плотность излучения).
Действие лазерного излучения на организм весьма сложно. Оно зависит от параметров ЛИ, прежде всего, от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области («размерный эффект») и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаза, кожа). Энергия ЛИ, поглощаемая тканями, преобразуется в другие виды энергии (тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов), что может вызывать ряд эффектов воздействия.
1. Термический эффект – при поглощении лучей лазера значительная часть энергии переходит в тепло.
2. Ударный (кавитационный) эффект обусловлен быстрым повышением температуры до уровня, при котором происходит испарение жидкой части клетки. Возникает взрывной эффект (кавитация) вследствие мгновенного образования микрополости с повышенным давлением (до десятков и сотен атмосфер) и распространяющейся от нее ударной волны, разрывающей ткани, что лежит в основе работы лазерного скальпеля.
3. Резонансный эффект. Биомолекула представляет собой сложную колебательную систему. Электромагнитные поля световой волны вызывают резонанс, т. е. резкое повышение амплитуды колебаний.
4. Стимулирующий эффект. Под влияние красного света гелиево-неонового лазера возбуждаются нервные рецепторы, проводники, клетки. Усиливается энергия потенциала, активизируются защитно-приспособительные, регенеративно-восстановительные процессы, повышается общая резистентность организма.
В клинической ветеринарии лазерное излучение используется по хирургическому и физиотерапевтическому направлениям. В физиотерапии используется низкоинтенсивное лазерное излучение, оказывающее действие:
· противовоспалительное, противоотечное;
· аналгезирующее;
· стимулирующее репаративные процессы;
· рефлексогенное – стимуляция физиологических функций;
· генерализованное – стимуляция иммунного ответа.
По хирургическому направлению применяют высокоинтенсивное лазерное излучение, характерными эффектами действия которого являются коагуляция, сильный нагрев и испарение, гидравлический удар и др. Эти эффекты лежат в основе лазерной хирургии. Лечебное действие высокоинтенсивного лазерного излучения:
· антисептическое, образование коагуляционной пленки (защитный барьер от токсических агентов);
· разрезание тканей (лазерный скальпель).
|
|
|
