Адаптация к ультрафиолетовому излучению Солнца

Природные источники
Основной источник УФ-излучения на Земле – Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от:
концентрации атмосферного О3 над земной поверхностью;
высоты Солнца над горизонтом;
высоты над уровнем моря;
атмосферного рассеивания;
состояния облачного покрова;
степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы).

Рис. Ультрафиолетовое излучение Солнца

Влияние на здоровье человека
Биологические эффекты УФ-излучения в 3 спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют диапазоны:
Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм)
УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм)
Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм)
Практически весь УФ-C и приблизительно 90% УФ-B поглощаются при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона УФ-A слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет УФ-A и в небольшой доле - УФ-B.

Благоприятные воздействия
Воздействия солнечного света в течение 5-15 минут на кожу рук, лица и кистей 2-3 раза в неделю в течение летних месяцев достаточно для поддержания нормального уровня витамина D. Ближе к экватору, где UV излучение интенсивнее, достаточно еще более короткого промежутка.
Дефицит витамина D маловероятен. Исключения: не покидающие своего дома престарелые люди или люди с сильно пигментированной кожей, которые проживают в странах с низким уровнем UV излучения.
Витамин D естественного происхождения редок в пище, присутствует в рыбьем жире и масле из печени трески.
УФ-излучение используется в лечении: рахита, псориаза, экземы и др.

Действие на кожу
Воздействие УФ-излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи, приводит к ожогам разной степени.
УФ-излучение может приводить к образованию мутаций (УФ мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи, меланому кожи и её преждевременное старение.
Эффективные средства защиты от УФ-излучения: одежда и кремы от загара c числом «SPF» >10.

Рис. Блокировка УФ-излучения защитными кремами. Правое фото сделано в УФ лучах, крем нанесён в виде рисунка.

Фотосенсибилизация. Небольшой % населения очень остро реагируют на УФ-излучение. Даже минимальной дозы достаточно для запуска у них аллергических реакций, приводящих к быстрому и сильному солнечному ожогу.
Фотосенсибилизация связывается с использованием некоторых медикаментов (нестероидные противовоспалит. препараты, болеутоляющие, транквилизаторы, пероральные противодиабетические средства, антибиотики и антидепрессанты). Некоторые пищевые и косметические продукты, такие как парфюмерия или мыла могут также содержать увеличивающие чувствительность к УФ компоненты.

Фотостарение. UVB стимулирует быстрое увеличение количества клеток в верхнем слое кожи – эпидермис утолщается. UVA, проникающий в более глубокие слои кожи, повреждает соединительную ткань и кожа теряет эластичность: морщины, дряблость. У пожилых людей – локальное избыточное производство меланина – темные участки или печеночные пятна. Лучи солнца высушивают кожу, делая ее шершавой и грубой.

Немеланомные раковые заболевания кожи. Базальноклеточная и чешуйчатая карцинома не приводят к летальному исходу, но их хирургическое удаление болезненно и ведет к образованию рубцов.
Немеланомные раковые образования чаще располагаются на открытых солнцу частях тела: уши, лицо, шея и предплечья. Они чаще встречаются у рабочих, работающих вне помещений, чем внутри. Длительное накопление воздействия UV играет главную роль в развитии немеланомных раковых образований кожи.

Злокачественная меланома – самый редкий, но и наиболее опасный тип рака кожи. Наиболее часто встречающихся раковых образований у людей в возрасте 20-35 лет, особенно в Австралии и Новой Зеландии. За прошлые 20 лет самая высокая форма рака кожи во всем мире – меланома.
Возникает как новая родинка или как изменения цвета, формы, размера или изменения ощущений в уже существующих пятнах, веснушках или родинках. Меланомы имеют неровный контур и неоднородную окраску. Зуд – еще один частый признак, но он также может встречаться при нормальных родинках. Если заболевание распознано и лечение проведено своевременно, прогноз благоприятный. При отсутствии лечения опухоль быстро разрастается и раковые клетки распространяются к другим частям тела.

Действие на глаза
УФ-излучение средневолнового диапазона (280-315 нм) практически неощутимо для глаз человека и в основном поглощается эпителием роговицы, что при интенсивном облучении вызывает радиационное поражение – ожог роговицы – электроофтальмия: слезотечение, светобоязнь, отёк эпителия роговицы, блефароспазм. Поражённым оказывается только эпителий. После регенерации эпителия зрение, в большинстве случаев, восстанавливается полностью.
Мягкий УФ длинноволнового диапазона (315-400 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста.

Фотокератит – воспаление роговой оболочки. Фотоконъюнктивит – воспаление конъюнктивы, мембраны, которая ограничивает сферу глаза и покрывает внутреннюю поверхность век. Воспалительные реакции глазного яблока и век наравне с солнечным ожогом кожи очень чувствительны и обычно появляются в течение нескольких часов после воздействия. Фотокератит и фотоконъюнктивит болезненны, но обратимы и не приводят к продолжительному повреждению глаз или нарушению зрения.

Крайняя форма фотокератита – «снежная слепота». Иногда у лыжников и альпинистов, которые испытывают воздействие очень высоких доз УФ лучей из-за высотных условий и очень сильного отражения. Свежий снег отражает до 80% УФ лучей. Сверхвысокие дозы УФ действуют губительно на клетки глаза и могут привести к слепоте. «Снежная слепота» очень болезненна. Чаще новые клетки растут быстро и зрение восстанавливается в течение нескольких дней. В отдельных случаях солнечная слепота может привести к осложнениям – хроническое раздражение или слезотечение.

Птеригиум – разрастание конъюнктивы на поверхности глаза – косметический недостаток, связанный с длительным воздействием УФ. Распространяется к центру роговой оболочки и уменьшает зрение. Может воспаляться. Устраняется хирургическим путем, имеет тенденцию рецидивировать.

Катаракта – ведущая причина слепоты в мире. Белки хрусталика накапливают пигменты, которые покрывают линзу и приводят к слепоте. С возрастом катаракта появляется в различной степени у большинства людей, вероятность ее возникновения возрастает под воздействием УФ.

Раковые поражения глаз связаны воздействием УФ-излучения в течение жизни. Меланома – частое раковое поражение глаз и иногда требующее хирургического удаления. Базальноклеточная карцинома часто располагается в области век.

Для защиты глаз от вредного воздействия УФ-излучения используются очки, задерживающие до 100 % УФ и прозрачные в видимом спектре. Линзы изготавливают из специальных пластмасс или поликарбоната.
Многие виды контактных линз также обеспечивают 100 % защиту от УФ.
Фильтры для УФ бывают твердые, жидкие и газообразные. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм; в более коротковолновой области прозрачны лишь специальные сорта стекол (до 300-230 нм), кварц прозрачен до 214 нм, флюорит – до 120 нм. Для еще более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива, и применяют отражательную оптику – вогнутые зеркала. Однако для столь короткого УФ непрозрачен уже и воздух, который заметно поглощает УФ, начиная с 180 нм.

Закономерности географического распространения вариантов цвета кожи: у негров кожа темная в отличие от белых, у эфиопов она темнее, чем у южных европейцев, у южных европейцев смуглее, чем у северных, у южных монголоидов темнее, чем у сибирских, у австралийцев и меланезийцев темнее, чем у всех волнистоволосых групп в более северных широтах. Пигмент сильно поглощает УФ-лучи.
Эфиоп
Австралийцы
Меланезийцы

Густой слой меланина у темнокожих рас, препятствуя проникновению в глубокие слои кожи УФ-лучей, создает условия, неблагоприятные при заболевании рахитом. Это явление компенсируется у негров обилием отделений из сальных желез, значительно более крупных, чем у европейцев.
Сальные железы выделяют продукт, содержащий эргостерин, который приобретает после освещения УФ-лучами антирахитические свойства, превращаясь в витамин D. По этой причине в глубоких и темных чащах тропического леса возникали в разных местах карликовые формы негроидной расы.

Основываясь на измерении отражательной способности кожи у различных популяций, доказали, что существует явно выраженная корреляция между цветом кожи и широтой местности и более слабая зависимость цвета кожи от средней годовой t.
В умеренных широтах наименьшее количество солнечного света получают близкие к морю западные области континентов – много облачных дней в году. Небо Арктики летом свободно от облаков и пыли, в зимнее время снег и лед отражают падающий свет, интенсивность УФ-излучения высока, а цвет кожи у арктических народов более смуглый, чем у людей умеренного пояса.

Арктика летом

Географическая связь между интенсивностью УФ-лучей и цветом кожи определяется защитной ролью пигментации; темнокожие народы населяют области с более высоким уровнем УФ-радиации.
В тропиках существуют различия в цвете кожи: племена, живущие в джунглях, имеют более светлую кожу, народы открытых пространств – более темную (различие между племенами пигмеев и неграми банту).
Загар, приобретаемый людьми со светлой кожей в качестве средства защиты, можно рассматривать как фенокопию генетически определенного более темного цвета кожи у людей, живущих в тропических и экваториальных областях. Возможно, темная пигментация появилась независимо в разных районах земного шара у темнокожих европеоидов Южной Индии и Аравии, у негров Океании и Африки, т. к. эти народы по генетическим признакам далеки друг от друга.