На чем основано биофизическое действие инфракрасного излучения

Тесты на усвоение знаний

1 Какой вид энергии является действующим в ультразвуке:

а) ток высокой частоты;

в) механическая энергия;

2 С помощью какого устройства осуществляется воздействие при проведении ультразвуковой терапии:

3 Какова физическая природа света:

а) поток электромагнитных колебаний высокой частоты;

б) электромагнитные волны сверхвысокой частоты;

в) поток энергии проникающей радиации;

г) поток электромагнитных колебаний оптического диапазона.

4 В каком диапазоне находятся волны светового излучения:

5 В какой зависимости энергия света находится от длины волны:

б) прямо пропорциональная зависимость;

в) обратно пропорциональная зависимость.

6 Из каких цветовых элементов состоит спектр видимого света:

1) красный; а) все ответы неправильны;

2) розовый; б) все ответы правильные;

3) оранжевый; в) все ответы правильные, кроме 2-го;

4) жёлтый; г) правильные только 1-й, 5-й, 8-й ответы;

5) зелёный; д) правильные 2-й, 4-й, 6-й ответы.

7 Какова длина волн светового излучения:

1) видимый свет; а) 400 мкм – 760 нм;

2) инфракрасное излучение; б) 1 мм – 400 мкм;

3) ультрафиолетовое излучение. в) 400 нм – 180 нм;

8 На какую глубину проникают различные виды светового излучения:

1) видимый свет; а) до 1мм;

2) инфракрасное излучение; б) 1 мм – 1 см;

3) ультрафиолетовое излучение. в) 2-3 см;

9 Какие источники света дают ультрафиолетовое излучение:

а) лампа накаливания;

б) лампа дневного света;

в) дуговые ртутно-трубчатые лампы.

10 На чём основано биофизическое действие инфракрасного излучения:

а) фотохимическое действие;

б) фотоэлектрическое действие;

в) ионизирующее действие;

г) тепловое действие.

Эталоны ответов на тест: 1.в; 2. в; 3. г; 4. г; 5. в; 6. в; 7. 1г, 2а, 3в; 8. 1б, 2в, 3а; 9. в; 10. г.

Продолжение приложения Б

Источник

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Инфракрасным (ИК) называют электромагнитное излучение, занимающее область между красной границей видимого света (760 нм) и коротковолновым радиоизлучением (l = 1–2 мм). ИК излучение обычно условно разделяют на ближнюю (0,76–2,5 мкм), среднюю (2,5–50 мкм) и дальнюю (50–2000 мкм) области. В соответствии с законом Вина, чем меньше температура нагретого тела, тем на большую длину волны приходится максимум его излучения и тем большая часть спектра находится в инфракрасной области. Так, в спектре излучения Солнца (температура его поверхности –6000 К) на долю ИК излучения приходится около 50% общей энергии, а в спектре излучения ламп накаливания (температура вольфрамовой спирали 2800 К) –около 90%. При еще меньших температурах видимое излучение вообще отсутствует, и все •свечение приходится на ИК область. Например, ИК лучи испускают горячий утюг, тела человека и животных и т. п. Пользуясь законом Вина, можно вычислить температуры, при которых максимум излучения приходится на ИК область: Т = 0,289·10 –2 м·Кêl_М – постоянная Вина. Подставляя сюда значения граничных волн ИК спектра, т.е. l_1М = 760 нм и l_2М = 2 мм, получаем: Т₁ = 3800 К и Т₂ = 1,45 К.

Для регистрации и измерения ИК излучения используют приемники двух типов: тепловые и фотоэлектрические, а также специальные фотоэмульсии. В различных областях науки и народного хозяйства широко применяют инфракрасную фотографию.

В зависимости от типа излучателя ИК спектр может быть сплошным или линейчатым. Непрерывный спектр излучают нагретые твердые тела, а линейчатые образуются возбужденными атомами газа. Инфракрасную спектроскопию используют для исследования биологических объектов, в частности живых клеток. Поглощение и отражение ИК излучения различными веществами иные, чем видимого излучения. Вода, прозрачная для видимого света, хорошо поглощает инфракрасные лучи, особенно если в ней растворить немного медного купороса. Поэтому, когда необходимо предупредить нагрев какого-нибудь освещаемого предмета, между ним и источником света помещают кювету с водой. Напротив, если нужно поглотить видимый свет, а инфракрасный пропустить, то берут черные растворы йода в сероуглероде. Обычное стекло не пропускает ИК лучи с длиной волны более 1,5–2 мкм. Непрозрачные для видимого света полупроводники прозрачны для ИК лучей. Так, кремний прозрачен для длин волн более 1 мкм. Излучение с длинами волн от 100 мкм до 1 мм хорошо проходит через полиэтилен, полистирол, парафин, и из этих веществ изготавливают приборы для инфракрасной оптики – призмы, линзы и пр.

Значительное поглощение ИК излучения водой и ее парами имеет важное значение для теплового баланса нашей планеты. Благодаря сильному поглощению водяными парами земной атмосферы лишь небольшая часть теплового излучения Земли уходит в космическое пространство, и поэтому атмосфера представляет собой своеобразную теплоизолирующую оболочку, препятствующую охлаждению Земли за счет излучения.

Аналогичное явление лежит в основе парникового эффекта. Внутренний объем парника и грунт нагреваются светом, проникающим через стеклянные рамы, специальными нагревателями, а также теплом, выделяющимся в результате происходящих в почве биопроцессов. Нагретый грунт испускает ИК излучение, которое поглощается стеклом, превращается опять в теплоту и возвращается в парник. Таким образом, стеклянные рамы предотвращают потери тепла с ИК излучением. В последнее время на смену стеклу приходят полиамидные пленки, которые в отличие от стекла пропускают внутрь парника не только видимый свет, но и ультрафиолетовое излучение, поглощая вместе с тем ИК лучи. Легкие полиамидные пленки удобнее в применении, чем стекло, и парниковый эффект проявляется сильнее.

Большое применение нашли инфракрасные лучи для промышленной сушки разнообразных изделий: свежепокрашенных автомобилей, мебели, пороха, а также фруктов, овощей, влажного зерна. При сушке предметов, пропитанных влагой, ИК лучи поглощаются водой и мало поглощаются самими предметами. Вода испаряется, а предметы почти не нагреваются, а следовательно, не испытывают механических деформаций или химических превращений.

Биологическое действие ИК излучения в основном определяется производимым им нагревом тканей. Повышение температуры активизирует деятельность клеток, ускоряет их размножение и обменные процессы.

Растения в процессе эволюции выработали способность поглощать лишь необходимые для фотосинтеза участки видимого спектра, и если они живут в условиях солнечного освещения, то не нуждаются в тепловом излучении, которое приводило бы к избыточному нагреву. Поэтому такие растения обладают способностью отражать ИК часть спектра. Живущие в темноте мхи и водоросли, наоборот, поглощают ИК лучи. Мало того, листья, растущие на свету, отражают гораздо больше ИК излучения, чем листья того же растения, находящиеся в затененных местах. Таким образом, степенью поглощения и отражения ИК излучения растения регулируют в определенных пределах свою температуру.

Первичное действие ИК излучения начинается с эффектов, происходящих в коже. Волосяной покров, роговой слой кожи, весь эпидермис прозрачны для ИК излучения, и оно поглощается преимущественно в дерме, но некоторая его часть (25–30%) проникает на глубину до 2,5–4 см, достигай подкожного жирового слоя и даже расположенных под ним органов. Температура тех слоев кожи, в которых излучение поглощается, повышается, что приводит к раздражению содержащихся в коже рецепторов. В последних возникают потенциалы действия, поступающие в центральную нервную систему, которая управляет механизмом терморегуляции. В результате в месте облучения количество циркулирующей крови возрастает, увеличивается снабжение ткани кислородом, что и ведет к активизации ее биологических функций. Поэтому действие облучения не ограничивается только тем местом, которое подвергалось облучению. Длинноволновое излучение поглощается в верхних слоях тканей и вызывает в них гиперемию, тогда как более коротковолновое излучение проникает в ткани на глубину до 6–8 см, вызывая прогревание внутренних органов. ИК облучение широко применяют в медицинской физиотерапии. Его используют при лечении заболеваний кожи, лимфатической системы, суставов (артриты, ревматизм), плевритов, маститов и пр. ИК излучение, сильно поглощаясь водой, усиливает испарение и тем самым оказывает высушивающее действие на влажные поверхности. Это свойство находит применение при лечении мокнущих экзем, обмораживании и т. п. Преимущество ИК терапии перед другими тепловыми методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что особенно важно при открытых повреждениях. Возможно также ИК облучение через тонкие повязки, так как оно проникает через обычные перевязочные материалы.

В промышленных производственных комплексах используют выпускаемые отечественной промышленностью лампы ИКЗК, ИКЗС и др., дающие излучение с длиной волны 1 мкм. В последние годы стали применять галогенные лампы КГД, КГТ, КГО и некоторые другие, обладающие более стабильным световым потоком и повышенной светоотдачей. Используют также «темные» источники длинноволнового ИК излучения, представляющие собой металлические трубки, внутри которых находится нагреваемая током проволока, запрессованная в огнеупорное вещество. Такие тепловые электронагреватели (ТЭН) при температуре поверхности около 450 К создают излучение с длинами волн l_М = 4–5 мкм. Обычная тепловая обработка молока при пастеризации несколько влияет на его химический состав, снижая его вкусовую и биологическую ценность, требует громоздкого оборудования, значительных затрат и времени. Обработка молока от ИК источников быстро и практически полностью уничтожает в молоке микрофлору с очень незначительным изменением его вкусовых и пищевых качеств.

Следует помнить, что ИК излучение оказывает вредное действие на глаза, поскольку сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом. Оно может приводить к катаракте, отслоению сетчатки и другим заболеваниям глаз, которые наблюдают у пекарей, литейщиков, кузнецов и работников других профессий, имеющих дело с раскаленными телами, испускающими значительное ИК излучение. Поэтому при работе с такими источниками необходимо надевать защитные очки.

Исключительно важное значение приобретает в последнее время термография, основанная на регистрации с помощью электронно-оптических преобразователей ИК излучения, испускаемого тканями человека и животных. Поскольку ИК излучение поглощается тканями значительно слабее, чем видимый свет, то оно несет с собой информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, неразличимые в видимом свете. Хорошо видны на ИК снимках или на телеэкранах находящиеся близко под кожей вены, так как температура крови немного выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное ИК излучение. Снимки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, поскольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации ИК излучения позволяют обнаруживать места локализации тромбов или злокачественных опухолей, даже если их температура превышает окружающую температуру па сотые доли градуса. Вывод информации на ЭВМ дает возможность за считанные секунды получить своеобразную термограмму – силуэт исследуемого участка органа, «нарисованный» цифрами, соответствующими температурам внутри ткани. Информация при этом получается не от 5–10 точек ткани, как при обычной термографии, а от нескольких тысяч точек, что резко повышает достоверность диагностики.

Своеобразными термолокаторами, регистрирующими ИК излучение, обладают змеи. Уже давно биологи нашли у гремучей змеи между носом и глазами два конических углубления, покрытых тонкой мембраной, в которой находится большое количество нервных окончаний. Долгое время роль этих мембран оставалась загадочной, и только в 1937 г. выяснилось, что это не что иное, как «тепловые глаза» – термолокаторы, способные улавливать ИК излучение и определять по его направлению местонахождение нагретого объекта. Чувствительность термолокатора змеи очень велика. Она может обнаружить в полной темноте мышь, находящуюся от нее на расстоянии 20 см, за счет того, что температура воздуха, нагретого телом мыши, на этом расстоянии больше температуры окружающего воздуха на 0,01° С. Точно так же змея обнаруживает лягушек, понижающих температуру окружающего воздуха за счет испарения влаги с их кожи на еще меньшую величину. Чувствительность «теплового глаза» змеи составляет примерно миллионные доли ватта. Изучение этого удивительного органа позволило бионикам создать термолокаторы, обладающие почти такой же чувствительностью, но значительно превышающие термолокаторы змей по габаритам.

Источник

На чем основано биофизическое действие инфракрасного излучения

Физиологическое действие инфракрасных лучей

Физиологическое действие инфракрасных лучей основано на их тепловом эффекте, поэтому их называют также тепловыми, Повышение температуры, вызванное поглощением инфракрасных лучей, ведет к ускорению обменных процессов в тканях.

Короткие инфракрасные лучи, а также красные лучи проникают на значительную глубину. Доказательством проникновения красных лучей через кожу может служить видимый нами красный цвет крови, протекающей в сосудах век, когда мы, закрыв глаза, смотрим на сильный источник света.

Эта особенность лучей дает возможность использовать их для прогрева более глубоко расположенных тканей. На коже появляется пятнистое покраснение.

Раздражение рецепторов кожи теплом ведет к рефлекторному расширению сосудов и возникновению артериальной гиперемии. Поэтому инфракрасные лучи для уменьшения болевых ощущений следует применять не в острой стадии воспалительного процесса, когда в воспаленной ткани имеется и без того усиленное кровенаполнение, а тогда, когда процесс уже стабилизовался и намечается обратное развитие его.

Улучшение условий кровообращения ведет к усилению питания тканей, размножению клеток и регенерации тканей, а следовательно, и к ускорению заживления ран, язв и др. Увеличение форменных элементов крови и усиление окислительных процессов в облучаемом участке ведут к усилению обмена и рассасыванию патологических продуктов. После прекращения облучения краснота кожи исчезает.

Источник

Нения «экология и здоровье: гигиена воздуха» лабораторный практикум для студентов специальностей 060101 «Лечебное дело» и 060105 «Стоматология» Нальчик 2010

Главная > Документ

Инфракрасное излучение, его биологическое действие.

Инфракрасное (тепловое) излучение составляет не менее 50-59% солнечного электромагнитного спектра. Поверхности Земли достигает инфракрасное излучение с длиной волны 760-3000 нм, более длинноволновое задерживается в атмосфере.

Инфракрасное излучение проникает глубоко в кожу, вызывает тепловой эффект (за счет усиления колебательных и ротационных движений молекул) с последующим повышением температуры тканей, гиперемией, усилением обменных процессов в коже.

Инфракрасное излучение усиливает биологическое действие ультрафиолетового излучения и это используется в практике. Неблагоприятное влияние инфракрасного излучения на организм связано с его тепловым воздействием: возможно перегревание организма, вплоть до теплового или солнечного удара; изменения со стороны сердечно-сосудистой системы в виде тахикардии, повышения систолического и снижения диастолического артериального давления и др.

Видимое излучение. Биологическое действие

Видимое излучение Солнца имеет длину волны 400-760 нм и создает максимальную освещенность на поверхности Земли до 40000 лк.

Видимая часть оптического излечения Солнца оказывает общебиологическое действие, результатом чего является осуществление зрительной функции и функции других анализаторов, активизация процессов возбуждения в коре головного мозга; положительное влияние на эмоциональную сферу во время бодрствования; усиление биохимических процессов, иммунобиологической реактивности; активизация обмена веществ; повышение жизненного тонуса. Видимый свет контролирует суточные ритмы сна и бодрствования, температуры тела, гормональную секрецию и пр. При синдроме сезонного расстройства (СР), наблюдаются эмоциональные депрессии, упадок физических сил, повышенный аппетит, потребность во сне, желание замкнуться в себе в осенне-зимний период. Светотерапия, как метод лечения синдрома СР, широко используется и оказывает положительное действие на людей с нарушениями сна, менструального цикла, пищеварения. Световое лечение используется при болезнях, связанных с СР и работой в ночную смену.

Важной особенностью видимого излучения является его способность создавать гамму цветов в порядке убывания длины волны: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. В жизни человека это имеет большое значение: фиолетовый и синий цвета угнетают психоэмоциональную сферу и способствуют засыпанию; голубой цвет- обладает успокаивающим действием; зеленый- индифферентный; ярко-желтый раздражает; красный- возбуждает Синий цвет способен усиливать состояние депрессии, красный-состояние психического возбуждения.

Видимая часть солнечного спектра имеет важное значение для экологии всей планеты, она обусловливает фотосинтез растений, благодаря которому солнечная энергия аккумулируется в органических веществах.

Биологическое действие УФ-излучения

Область “С”- коротковолновая- (280-200 нм) обладает бактерицидным, абиотическим действием, но не достигает поверхности Земли, т.к. рассеивается и поглощается в верхних слоях атмосферы.

Т.о. различают биогенное (полезное, защитное) действие УФИ/Д- витаминообразующее действие, эритемное, общестимулирующее, пигментообразующее действие) и абиогенное (вредное) действие (мутагенное, аллергенное, канцерогенное действие).

Противопоказаниями для облучения человека искусственным УФИ являются заболевания активной формой туберкулеза, щитовидной железы, резко выраженный атеросклероз, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек, малярия, злокачественные новообразования.

Электрическое состояние воздуха.

Электрические свойства атмосферы характеризуются ионизацией воздуха, электрическим и магнитным полем Земли, грозовыми разрядами и др.

В настоящее время появились мощные источники антропогенного воздействия на электрическое состояние атмосферы. Источниками электромагнитных полей диапазона радиочастот являются радиостанции, телевизионные центры, РЛС, РС.

Источниками электромагнитных полей промышленной частоты являются высоковольтные линии электропередач.

Основной постоянно действующей причиной ионизации приземных слоев воздуха являются космические лучи и излучения радиоактивных веществ. В результате ионизации воздуха образуются вначале легкие электроотрицательные ионы, которые являются санитарным индикатором чистоты воздуха.

Легкие ионы, соприкасаясь со взвешенными в воздухе частицами пыли и капельками воды, отдают свой заряд, в результате чего образуются средние и тяжелые ионы. С дыханием в воздух помещений выделяется много тяжелых ионов, которые оказывают негативное действие на организм человека.

Т.о. соотношение легких и тяжелых ионов в воздухе является хорошим санитарным показателем его чистоты. Отрицательные легкие аэроионы вызывают у людей благоприятные изменения в газовом и минеральном обменах, стимулирует обменные процессы, ускоряет заживление ран.

Искусственная отрицательная ионизация воздуха применяется в физиотерапии при лечении бронхиальной астмы, гипертонической болезни, бессоннице, неврозов и др. заболеваний.

В результате влияния метеорологических условий и атмосферных загрязнений на электропроводность воздуха часто возникают резкие апериодические колебания электрического поля.

Атмосферное электричество воздействует на организм и участвует в развитии метеотропных реакций при резком изменении погоды.

Негативные реакции со стороны здоровья отмечаются у людей при воздействии апериодических, редких изменений погоды, зависящих от смены воздушных масс, или влияния изменений электромагнитных характеристик атмосферы. В таких случаях реакции организма человека называются метеотропными.

Способность организма отвечать на действие неблагоприятных погодных факторов развитием патологических метеотропных реакций определяется как метеочувствительность или метеолабильность. В основном речь идет о больных, пожилых и детях.

Здоровые люди с хорошо развитыми приспособительными механизмами, как правило, “метеоустойчивы” даже к резким изменениям погоды.

При болезнях сердечно-сосудистой системы метеолабильность составляет 20-90%. Доказано, что неблагоприятная погода отрицательно сказывается на течении многих заболеваний органов дыхания, эндокринной системы, желудочно-кишечного тракта, нервно-психических заболеваний и др. В связи с этим, большое значение имеют медицинское прогнозирование погоды и профилактика гелиометеотропных реакций. Эти меры способствуют сохранению и продлению жизни, поддержанию работоспособности миллионов людей.

Гигиенические проблемы акклиматизации человека

Итак, акклиматизация- это физиологическое приспособление, возможность которого зависит от условий труда и быта, питания, смягчающих и компенсирующих воздействий неблагоприятных климатических условий.

В акклиматизации различают 3 фазы:

фаза перестройки динамического стереотипа, который может проходить по 2-м типам. В первом, благоприятно протекающем, акклиматизация наступает, если климатические факторы не предъявляют чрезмерных требований к организму, выходящих за пределы функциональных возможностей и компенсаторных механизмов. В этом случае 2-я фаза плавно переходит в 3-ю фазу. При неблагоприятном течении второй фазы наблюдаются выраженные дезадаптивные метеоневрозы, метеорологические артралгии, цефалгии, миалгии, невралгии, снижение общего тонуса и работоспособности, обострения хронических заболеваний. При соответствующих лечебно-профилактических и гигиенических мероприятиях и в этом случае можно добиться перехода в 3-ю фазу. Лишь у части людей такой переход не наблюдается, патологические процессы усиливаются, акклиматизация не наступает и им показано возвращение в прежние климатические условия.

фаза устойчивой акклиматизации. Она характеризуется стабильностью обменных процессов, отсутствием расстройств питания, нормальной работоспособностью, нормальной рождаемостью, хорошим физическим развитием новорожденных детей и пр. Проблема акклиматизации актуальна для РФ, где возможно и необходимо переселение жителей на новые территории, а климатические зоны в нашей стране разнообразны.

6. Основные источники загрязнения воздушной среды

Различают газообразные и механические примеси к воздуху.

Газообразные примеси. Сернистый газ является наиболее распространенным загрязнителем атмосферы, поступает в воздух при переработке нефти, сжигании твердого и жидкого топлива, с выхлопными газами автомобилей. Повышенное количество этого газа в воздухе приводит к “кислотным дождям”, гибели растительности и является серьезной проблемой для всех промышленных регионов и крупных городов. Сернистый газ представляет значительную опасность для здоровья человека- обладает раздражающим и токсическим действием, поражает органы дыхания, способствует заболеванию людей бронхиальной астмой.

Оксиды азота образуются при сгорании любого топлива. Наиболее опасен диоксид азота, который принимает участие в реакциях с образованием “кислотных дождей”, “фотохимического смога”, оказывает раздражающее действие на органы дыхания человека, обладает выраженным токсическим действием.

Оксид углерода (угарный газ)- один из распространенных загрязнителей воздушной среды, продукт неполного сгорания топлива, входит в состав выхлопных газов автомобилей. Угарный газ не имеет запаха, не вызывает раздражения и поэтому может незаметно накапливаться до значительных концентраций. Отравление человека наступает вследствие способности оксида углерода переводить гемоглобин в карбоксигемоглобин, не обладающий способностью переносить кислород, что приводит к кислородной недостаточности.

Аммиак может поступать в воздух с выбросами промышленных объектов, при неисправности холодильных установок с аммиачным охлаждением, а также при гниении органических веществ. Обладает выраженным запахом, раздражающим и токсическим действием.

В результате переработки нефти и использования нефтепродуктов в воздух выбрасываются фенол, бензол, углеводороды, альдегиды и другие опасные газообразные вещества.

Акролеин образуется при термической деструкции жиров из глицерина. При высокой температуре акролеин находится в газообразном состоянии и входит в состав образующегося при жарке «чада». Акролеин относится к высокоточным соединениям, обладает раздражающим действием на слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей.

Санитарная охрана воздуха. Контроль состояния воздушной среды производится с использованием установленных гигиенических нормативов. Для контроля состояния атмосферного воздуха санитарными органами установлены гигиенические нормативы «Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

Для каждого вещества установлена среднесуточная предельно-допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, которая не оказывает прямого или косвенного влияния на здоровье населения и условия его проживания при ежедневном воздействии в течение

всей жизни человека. При соблюдении среднесуточных ПДК отсутствует отрицательное воздействие загрязняющих веществ на климат, состояние атмосферы и др.

Для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием, дополнительно установлены максимальные разовые ПДК- концентрации загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, которые не вызывают появления запахов, раздражающего действия и рефлекторных реакций человека, не оказывают острого влияния на здоровье человека в период кратковременных подъемов концентрации этих веществ.

Источник