Ультрафіолетові промені потужним потоком йдуть від Сонця до Землі, де постійний вплив на живі організми, починаючи з моменту зародження життя і до наших днів. Цей факт зіграв величезну роль в еволюції і в самій появі живих істот.
Ультрафіолетові промені мають велику фотохімічної активністю. При опроміненні ними сумішей таких простих з'єднань, як аміак, формальдегід, вода і метан або окис вуглецю, вдається в штучних умовах отримати багато амінокислот.
В процесі еволюції ультрафіолетові промені могли бути першим джерелом енергії, необхідної для ускладнення полімеризації перших найпростіших органічних сполук. Але безсумнівно й те, що, як тільки з'явилися перші біологічні сполуки, вони негайно опинилися під загрозою бути зруйнованими короткохвильового ультрафіолетовою радіацією, яка до появи кисню і озонного екрана в атмосфері Землі була значно інтенсивнішою, ніж в даний час. Біохімічні речовини (білки, нуклеїнові кислоти, флавін, піридиннуклеотидів, Геміні і порфірини), які відіграють активну роль в клітинному метаболізмі, чутливі до видимого світла або ультрафіолетових променів.
Застосування ультрафіолетового випромінювання має величезне значення в гігієні, медицині і сільському господарстві. При використанні ультрафіолетових променів потрібно пам'ятати про їх бактерицидну, ерітемообразующем дії, а також про можливості їх викликати утворення вітаміну D.
Енергія будь біохімічної реакції на світловий вплив - це в кінцевому рахунку якась частина енергії кванта світла, запасена при фотосинтезі. Дія ультрафіолетових променів на активність ферментів відома давно: інвертаза дріжджів, інактівізація променями сонця пепсину і трипсину. У опромінених білках відбувається ряд хімічних і фізико-хімічних змін: руйнуються ароматичні та гетероциклічні кільця амінокислот, виділяється аміак, збільшується число реактивних сульфгідрильних груп, відбувається розрив пептидних зв'язків, змінюється розчинність білка, його в'язкість, молекулярна вага, величина ізоелектричної точки, спектри поглинання і т. д.
При дослідженні фотобиологических явищ встановлено, що фотохимическая реакція може здійснюватися безпосередньо в тому самому місці, де поглинений квант світла, або ж акт поглинання кванта і фотохімічний акт можуть бути розділені в просторі і в часі за рахунок процесів перенесення енергії. Перенесення енергії може здійснюватися не в тій частині клітини, клітинної органели або макромолекули, де був поглинений діючий квант, а шляхом дифузійного перенесення енергії первинних продуктів фотохімічного процесу, наприклад вільних радикалів, по тонкій плівці зв'язаної води на поверхні або в товщі макромолекули. Однак перенесення енергії між молекулами може відбуватися шляхом міграції енергії електронного збудження. Це перенесення енергії може здійснюватися на дуже близькі відстані і отримує підтвердження в гіпотезі про напівпровідникових властивості білків. При дослідженні механізму фотохімічних реакцій біологічних систем питання про міграцію енергії кванта є одним з центральних питань.
Використання бактерицидного дії ультрафіолетових променів дало позитивні результати і знайшло широке застосування в медицині.
Ультрафіолетові промені успішно застосовують при різних захворюваннях як профілактичний і лікувальний засіб (наприклад, псоріаз). В основі їх дії до останнього часу на перший план висували неспецифічне їх вплив на організм за рахунок відщеплення і попадання в загальне коло кровообігу продуктів білкового розпаду. Ультрафіолетові промені володіють і специфічною дією, перетворюючи провітамін шкіри ергостерину в вітамін D.
Як зазначено вище, ультрафіолетові промені, крім зниження біологічної активності білків, надають на них стимулюючу дію, що проявляється збільшенням числа реактивних сульфгідрильних груп, зміною ізоелектричної точки білків, відбувається розрив пептидних зв'язків. Методом парамагнітного резонансу встановлено збільшення концентрації вільних радикалів в біологічних системах при дії ультрафіолетових променів. Це збільшення вільних радикалів або, точніше, не спарених електронів, що грають важливу роль в біологічних системах, дозволяє підійти до пояснення механізму дії ультрафіолетових променів; його пов'язують з біологічними пігментами, зокрема з меланіном. При опроміненні чорного волосся променями сонця або при впливі на них довгохвильовими ультрафіолетовими променями спостерігають збільшення концентрації вільних радикалів. Опромінення таких волосся сонячними променями протягом години призводить до збільшення концентрації вільних радикалів в 1,4 рази, а вплив випромінюванням з довжиною хвилі 365 нм при кімнатній температурі протягом 15 хвилин - в 2,1 рази. У волоссі з недоліком пігменту спостерігали відповідне зменшення концентрації вільних радикалів, а при опроміненні ультрафіолетовими променями вона не змінювалася.
У дії ультрафіолетових променів необхідно враховувати так звану фотореактівізацію, яка полягає в тому, що опромінення розчину яскравим видимим або інфрачервоним світлом як би призупиняє розвиток процесів, викликаних ультрафіолетовим промінням, і в якійсь мірі відновлює відбулися зміни.
Дія ультрафіолетових променів на шкіру викликає складні біофізичні, біохімічні та морфологічні явища, що зумовлюють ланцюг фізіологічних процесів. Зовнішнім ознакою дії ультрафіолетових променів є поява почервоніння (еритеми) шкіри. Як відомо, крива ерітемной чутливості шкіри має два максимуми, і для різних довжин хвилі характерно різне співвідношення між ступенем наростання діючої дози і ступенем почервоніння шкіри.
Поглинання ультрафіолетових променів в основному відбувається в епідермісі і в незначній мірі в більш глибоких шарах шкіри. Опромінений довгохвильовими ультрафіолетовими променями ділянку видається в капіляроскопію інтенсивно рожевим з розширенням подсосочкових сплетінь і значним збільшенням як кількості, так і розмірів капілярних петель.
Зміна кожнососудістой мережі при опроміненні короткохвильовими променями характеризується спазмом капілярів в латентному періоді і розширенням в основному венозних подсосочкових сплетінь в початкових стадіях еритеми.
Експериментальними дослідженнями було показано, що при опроміненні ультрафіолетовими променями на шкірі можна спостерігати дві різні еритемних реакції, що залежать від різної довжини хвиль. Довгохвильові ультрафіолетові промені викликають набряклість шкіри, набухання не тільки макроскопічно спостерігається, але і збільшення розмірів - набухання - окремих елементів. Дія короткохвильових ультрафіолетових променів більше проявляється в своєрідному фіксує вплив без істотних змін розмірів клітин, але з виразним порушенням колоїдного стану, денатурацією і навіть коагуляцией колоїдів.
Місцева реакція на ультрафіолетове опромінення перетворюється в загальну реакцію організму через роздратування нервових закінчень, в результаті чого виникають нервові імпульсації в центральну нервову систему. Одноразове опромінення області спини значно впливає на умовно-рефлекторну діяльність опроміненого тваринного. У перший час після опромінення відзначають зниження позитивних умовних рефлексів і посилення процесу гальмування, але потім відбувається відновлення співвідношення процесів збудження і гальмування.
Вивчення впливу ультрафіолетових опромінень з використанням різних ділянок їх спектра на секреторні процеси шлунково-кишкового тракту виявило неоднозначність дії в залежності від довжини хвилі. На собаках з ізольованим по І. П. Павлову шлуночком було показано, що місцеве опромінення цих собак довгохвильовими ультрафіолетовими променями викликало зміна кількості виробленого шлункового соку при незначних змінах перетравлює сили пепсину, короткохвильовими ультрафіолетовими променями - значні зміни перетравлює сили пепсину а вийшло зовсім навпаки кількості виробленого шлункового соку. Зміни ці залежать і від дози ультрафіолетового проміння.
Експериментальне вивчення особливостей дії на організм ультрафіолетових променів різних ділянок спектра має практичне значення. Це різну дію пов'язано з неоднаковим їх поглинанням, в результаті чого виникають біофізичні процеси різної спрямованості.
Ультрафіолетові промені надають стимулюючу дію на процеси обміну, на що вказував ще А. Е. Щербак. Визначення газообміну у здорових людей показало збільшення споживання кисню після опромінення шкіри спини ртутно-кварцовим облучателем протягом 2-10 хвилин, що залежало від індивідуальних особливостей обміну.
Біологічна дія ультрафіолетових променів здійснюється через зміну окисно-відновних процесів при тканинному диханні. Експериментальні дослідження Т. А. Свидерской з вивчення активності аеробного і анаеробної частини клітинного дихання при ультрафіолетовому опроміненні виявило роль ферментів в цьому процесі. Піддослідних тварин, розподілених на групи, піддавали дії випромінювання з різним спектральним складом (сонячні промені, випромінювання еритемних люмінесцентних ламп, довгохвильове випромінювання лампи ПРК.-2 з фільтром, отрезающим промені коротше 280 нм). Отримані дані показали різну світлочутливість шкіри до променів різної довжини хвилі.
Частина контрольних тварин перебувала в повній темряві, іншу частину містили в звичайних умовах віварію. Показниками клітинного дихання служили активність дегідрогенази і цитохромоксидази тканин головного мозку, печінки, нирок і м'язи серця. Тривале позбавлення тварин світла (близько 3 місяців) знижувало активність дихальних ферментів в досліджуваних тканинах, що вказувало на зниження окисно-відновних процесів в організмі. Вплив сонячних променів і випромінювання лампи ПРК-2 з фільтром протягом 3 місяців призводило до підвищення активності дихальних ферментів.
Для уточнення реакцій організму в залежності від спектрального складу ультрафіолетового випромінювання одну групу тварин піддавали дії сонячного світла з фільтром, який пропускає промені від 295 до 400 нм, а іншу - всім потоком сонячних променів, крім самих коротких. Спектральну прозорість фільтрів визначали на спектрофотометрі. Для оцінки дії випромінювання, що пройшов через зазначені фільтри, на ультрафіолетову недостатність вивчали зміна активності лужної фосфатази крові.
Визначення активності ферментів клітинного дихання (дегідрогенази і цитохромоксидази) в тканинах печінки, нирок, головного мозку і м'язи серця показало, що інтенсивність окисно-відновних реакцій у тварин, опромінюють всім потоком сонячних променів, крім самих коротких, значно вище в порівнянні з дією променів з довжиною хвилі від 295 до 400 нм. Отримані дані знаходять підтвердження в дослідженнях І. Ф. Ковальова, який показав, що стимулюючий ефект при опроміненні організму (сонцем, ртутно-кварцовим облучателем, дугового лампою) є результатом специфічної взаємодії фотохімічних процесів, викликаних опроміненням. Результати дослідження активності лужної фосфатази крові у тварин до і після курсу опромінення підтверджують, що антирахітичний ефект ультрафіолетового випромінювання насамперед залежить від наявності променів з довжиною хвилі 280-320 нм.
Ультрафіолетова радіація робить досить різноманітний фізіологічний вплив на весь організм, що реалізуються через нейроендокринну систему. Багатьма дослідниками показано, що ультрафіолетова радіація підвищує білковий, жировий, вуглеводний і мінеральний обміни, діє на ферментативні системи, підвищує імунобіологічних активність організму, діє на ендокринну, вегетативну нервову систему і т. Д.
При оцінці фізіологічних ефектів при ультрафіолетовому опроміненні необхідно враховувати якісну сторону, т. Е. Довжину хвилі використовуваних ультрафіолетових променів, а також дозу. В експериментальних дослідженнях А. А. Мусульбас, який вивчав дію на кроликах різних доз ультрафіолетового проміння короткохвильового діапазону (253,7 нм), було встановлено, що в половині біодози ультрафіолетові промені підвищують тонус симпатико-адреналової системи, при опроміненні 10 біодоза підвищують тонус парасимпатичної нервової системи, а при опроміненні 3 біодози надають слабо виражений холинергический і слабовиражений адренергический ефект, якщо судити за активністю ацетилхолінестерази, зі зміни артеріального тиску , Судинного тонусу і фагоцитозу.
Таким чином, дія ультрафіолетових променів слід розглядати як складний комплексний подразник, який в залежності від дози може носити різний характер.
Ультрафіолетова еритема при захворюваннях нервової системи зазнає істотні зміни в залежності від локалізації, вираженості і перебігу патологічного процесу. Цікаві дані щодо цього представлені, зокрема, Свердловским інститутом курортології і фізіотерапії.
При ураженнях периферичної нервової системи токсичного і інфекційної етіології чутливість шкіри до ультрафіолетових променів знижується. Зниження шкірної чутливості і навіть повна анестезія не ведуть до ослаблення ультрафіолетової еритеми.
Різні захворювання спинного мозку, особливо його здавлення пухлиною, значно послаблюють еритему. Якщо порівняти вираженість еритеми на неуражених ділянках і ділянках в області здавлення спинного мозку, то після операції інтенсивність еритеми на обох ділянках однакова. У цьому випадку ступінь вираженості еритеми залежить від порушення провідності спинного мозку. Інтенсивність і час появи і зникнення ультрафіолетової еритеми не залежить від стану чутливості шкіри.
Вивчення динаміки еритеми при вогнищевих захворюваннях головного-мозку показує, що кора головного мозку і гіпоталамус мають великий вплив на освіту еритеми. При випаданні гіпоталамуса спостерігається різке пригнічення ультрафіолетової еритеми, але не повне її зникнення, так як при особливих умовах (при подвійній дозі) вдавалося все ж отримати ледь помітну еритему.
Вегетативна нервова система відіграє велику роль в утворенні еритеми; по її шляхах, мабуть, проходять відповідні імпульси до вищих відділи нервової системи і назад. Поразка того чи іншого відрізка вегетативної нервової системи веде до ослаблення еритеми, а стан роздратування підсилює її. Це особливо яскраво виражено при захворюваннях проміжного мозку, коли вегетативні та соматичні елементи її дуже тісно пов'язані між собою і особливо яскраво виступає кореляція нервових і гуморальних факторів. При діенцефалезах відбувається роздратування вегетативних апаратів, а тому еритема різко виражена. При цьому спостерігають швидке поява ультрафіолетової еритеми і різке почервоніння аж до припухлості, яке тримається від 5 до 15 днів.
Ультрафіолетові промені є для організму подразником, що викликає складні біологічні процеси, що протікають на різних рівнях, починаючи від молекулярних змін в шкірі до складних функціональних процесів в утвореннях центральної нервової системи (аж до раку шкіри). В результаті фотохімічних процесів в шкірі продукти активізації і розпаду тканин потрапляють в кровотік і діють на рецепторний апарат, а також включаються в ті або інші обмінні процеси в організмі. Це є важливим чинником, що стимулює ферментні системи, що веде до підвищення трофічної функції організму.
Якщо врахувати, що в процесі еволюції виробилися в різного ступеня пристосувальні механізми на дію ультрафіолетових променів в організмі, то стає зрозумілим профілактичний і лікувальний їх значення в житті людини.