Биологическое действие света

Основным источником теплового излучения и видимого света в природе является Солнце. Поток солнечной энергии на границе земной атмосферы составляет 1382 Вт/м2. Эта величина называется солнечной постоянной. Общее количество энергии, получаемой нашей планетой от Солнца за год, равно 3,84·1024 Дж, что во много раз больше энергии, получаемой человечеством от всех других источников (по данным ООН, в 1975 г. потребление энергии во всем мире было 2,1·1020 Дж). Все виды энергии, используемые человеком, кроме ядерной (энергия органического топлива, ветра, рек), обязаны своим происхождением Солнцу. Максимум энергии солнечного излучения приходится на видимый свет с длиной волны 470 нм. Однако вследствие селективного поглощения света в земной атмосфере максимум энергии излучения, достигающего земной поверхности, соответствует длине волны 555 нм, и на эту же длину волны приходится максимум чувствительности человеческого глаза.

Свет – важнейший регулятор жизненно важных функций организма, таких, как обмен веществ, размножение, активность защитных механизмов и др. Видимый свет значительно влияет на железы внутренней секреции (половые, щитовидные), но действие это происходит не непосредственно, а от сетчатки через зрительный нерв, головной мозг и гипофиз. Свет, попадая на кожу, нагревает ее и раздражает кожные рецепторы, которые вызывают рефлекторное действие многих других органов. Солнечный свет – это сильнодействующий биологический фактор, более эффективный, чем свет, создаваемый искусственными источниками, так как он содержит ИК и УФ излучения.

В зимний период и при содержании в закрытых помещениях сельскохозяйственные животные испытывают так называемый световой голод, что приводит к снижению их продуктивности к устойчивости к инфекционным заболеваниям. Искусственное освещение при правильной дозировке и подборе спектрального состава устраняет неблагоприятные последствия недостатка естественного света.

Источники света. Для производственных и санитарно-гигиенических целей важны источники света, которые по своему спектру больше соответствуют видимому свету. Таким источником являются созданные на основе фотолюминесценции люминесцентные лампы. В этом источнике ультрафиолетовое излучение преобразуется с помощью люминофора в видимое излучение.

Лампа представляет собой стеклянную колбу (длинный цилиндр) с нанесенным на внутренней поверхности слоем люминофора, рис.:

В торцах колбы укреплены вольфрамовые спиральные электроды. В лампу вводят каплю ртути, которая испаряется при зажигании разряда, и некоторое количество инертного газа (аргон, неон), который способствует увеличению срока службы лампы и улучшению условий возбуждения атомов ртути. При подключении лампы к источнику возникает электрический разряд, возбуждающий излучение паров ртути. Тонкий слой люминофора фотолюминесцирует под воздействием излучения паров ртути. Спектр люминесценции можно менять, подбирая подходящий спектр фотолюминесценции. На рис. показан спектр, резкие максимумы которого соответствуют спектру паров ртути, излучение которых проходит через люминофор.

Среди люминесцентных ламп широко используется лампа дневного света с голубоватым свечением, применяемая для освещения помещений общественных и жилых зданий, промышленных предприятий. Люминесцентные лампы имеют мощность 4-200 Вт, световая отдача до 85 лм/Вт, срок службы до 15 000 часов (для сравнения приведены параметры лампы накаливания: мощность до десятков кВт, световая отдача: 10-35 лм/Вт, срок службы от 5 до 1000 часов).

Рис. Спектр, резкие максимумы которого соответствуют спектру паров ртути

Фотобиологические, процессы– процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами и заканчиваются соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях.

Результат таких процессов может быть как позитивным, так и негативным.

К фотобиологическим процессам относятся:

фотосинтез – синтез органических молекул за счет энергии солнечного света;

фототаксис - движение организмов (например, бактерий) к свету или от света;

фототропизм - поворот листьев (стеблей) растений к свету или от него;-

фотопериодизм - регуляция суточных и годовых циклов животных путем циклических воздействий «свет–темнота»;

зрение - восприятие света глазом, сопровождающееся превращением световой энергии в энергию нервного импульса в сетчатке глаза или в аналогичных фоторецепторах; помутнение хрусталика;

световые воздействия на кожу – эритема, эдема, загар, пигментация, ожог, рак кожи.

Квантовый выход фотохимической реакции jх, показывающий, какая часть молекул, поглотивших фотоны, вступила в фотохимическую реакцию (число прореагировавших молекул): jx =(N/Nn)100%, где N – число молекул, которые после поглощения фотона вступили в фотохимическую реакцию; Nnобщее число молекул, поглотивших фотоны. Если бы каждый поглощенный фотон вызывал реакцию, то квантовый выход равнялся бы 100%. Однако обычно jx не превышает нескольких процентов или долей процента.