Влияние ультрафиолетового излучения на орган зрения человека

.

Проект по предмету физика

Автор: ученица 11 «В» класса

Зеленоградское окружное управление образования Департамента образования города Москвы

Москва 2008 год

I. Введение.

На протяжении большей части двадцатого века солнечный свет в представлении большинства людей ассоциировался со здоровьем и благополучием. В тоже время, с давних времен известно, что ультрафиолетовая составляющая спектра солнечного излучения может представлять опасность для человека. Так, Ксенофон описывает в своих трудах «снежную слепоту». Современные ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовое излучение отчасти повинно в возникновении катаракты и возрастных дегенеративных изменений макулярной области

Так как ретинальные рецепторы нечувствительны к ультрафиолетовому свету, повреждение тканей глаза может возникнуть до того, как человек почувствует опасность. Кроме того, вследствие образования озоновых дыр, доля ультрафиолетового излучения в солнечном свете несколько увеличилась. С каждым днем становится актуальнее вопрос о необходимости защиты глаз от избытка солнечного света. Для этого пригодны тени деревьев, зданий, шляпы с широкими полями, а также очки с оптимальной защитой от ультрафиолетового излучения всех диапазонов и коротковолновой части видимого спектра.

Свет необходим для зрения и в его отсутствие глаз человека ничего не видит. Хотя нет очевидных причин считать, что избыточное действие света может привести к слепоте, исследователи смогли подтвердить возможность повреждения ретинальных рецепторов синим светом. К заболеваниям, связанным с воздействием солнечного света относят возрастную катаракту, макулодистрофию, старение глаза, фотокератит, рак век. По сравнению с красным светом, синий свет с длиной волны от 400 до 530 нм обладает в 500 раз большей повреждающей способностью по отношению к органу зрения.

Всем известно, что очки в некоторой степени защищают от ультрафиолетового излучения. Было показано, что операция по поводу катаракты делается на шесть лет позже людям, которые в течение последних 20 лет носили очки. Если бы удалось отодвинуть время возникновения катаракты на десять лет, количество операций уменьшилось бы в два раза, а в возрастной группе от 65 до 74 лет частота возникновения этого заболевания уменьшилась бы на три четверти.

Точное измерение количества ультрафиолета, достигающего глаз человека, представляет определенную проблему.

Солнечный свет попадает в глаза несколькими путями: непосредственно от солнца, при рассеянии света в атмосфере, при диффузном отражении от поверхности земли. С точки зрения возможности повреждения, прямой путь попадания ультрафиолетового излучения в глаза наименее опасен, так как мало кто из людей смотрит прямо на солнце в течение продолжительного времени. При других направлениях взгляда глаза защищены от прямых солнечных лучей надбровными дугами и бровями.

Большую опасность представляет излучение, рассеянное в атмосфере и отраженное от земной поверхности. Рассеяние в атмосфере зависит от плотности воздуха и уменьшается с увеличением высоты местности над уровнем моря. Оно прямо пропорционально четвертой степени длины волны. Из видимого света наименьшая длина длина волны у синих лучей, они рассеиваются и потому видны в наибольшей степени, чем и обусловлен синий цвет неба. Длина световой волны измеряется в нанометрах (нм), 1 нанометр равен 10-9 метра. Светорассеяние синего света (450 нм) превышает светорассеяние красного света (700 нм) почти в 6 раз, а рассеяние УФ-В (300 нм), превышает рассеяние синего света в 5 раз. Поэтому в ультрафиолетовых лучах небо было бы еще ярче, чем в видимом свете.

Ультрафиолетовое излучение достигает глаз наблюдателя, находящегося у поверхности земли, различными путями. Лишь небольшая его часть распространяется вдоль прямого пути.

II. Механизм повреждающего действия ультрафиолетового излучения.

Биологические объекты способны поглощать энергию падающего на них излучения. При этом световой фотон, взаимодействуя с молекулой, выбивает электрон со своей орбиты. В результате образуется положительно заряженная молекула, или малый ион, действующий как свободный радикал. Свободные радикалы нарушают структуру белков и повреждают клеточные мембраны. Так как энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, коротковолновое ультрафиолетовое излучение обладает большей повреждающей способностью по отношению к биологическим объектам.

Повреждение живых объектов ультрафиолетовым излучением всегда фотохимическое, оно не сопровождается заметным повышением температуры и может возникнуть после довольно длительного латентного периода. Для повреждения достаточно малых доз излучения, действующих в течение продолжительного времени.

К ультрафиолетовой части спектра относятся волны длиной от 100 до 400 нм. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны меньше 180 нм не существует вне вакуума, поэтому в обычных условиях оно вряд ли представляет опасность для здоровья человека. Фотобиологи выделяют в ультрафиолетовом спектре три зоны: УФ-А от 380 до 320 нм («ближний» ультрафиолет), УФ-В от 320 до 290 («средний» ультрафиолет), УФ-С от 290 до 200 нм («дальний» ультрафиолет).

III. Средства защиты глаз.

Для защиты глаз от ультрафиолетовых лучей можно использовать очки, щитки, маски, козырьки из материалов, которые отражают или поглощают опасное для глаз излучение. Полимерные материалы поглощают ультрафиолетовое излучение в большей степени, чем оптические стекла. Способность различных материалов поглощать ультрафиолетовые лучи сильно различается. Многие производители добавляют в материалы очковых линз вещества, поглощающие ультрафиолетовое излучение. Эти поглотители не меняют цвет линз, поэтому прозрачная очковая линза может поглощать практически все опасное для глаз излучение. В то же время, при выборе очков нужно быть внимательным, так как не все они способны защитить глаз в должной степени.

Довольно часто в неспециализированных изданиях можно встретить заявление, что ношение «обычных» или «простых» солнцезащитных очков может вызвать серьезные заболевания глаз. В качестве аргумента приводятся следующие соображения. Вследствие поступления к глазам меньшего количества видимого света за линзами темных очков зрачки расширяются. При этом сетчатку достигает больше ультрафиолетового излучения, чем если бы пациент не надевал очки и зрачки не расширялись.

Исследования, проведенные исследовательской лабораторией фирмы «Корнинг», опровергли это утверждение. Ученые показали, что очки могут только уменьшить дозу ультрафиолетового излучения, независимо от изменений размеров зрачка.

Защита глаз особенно актуальна во время занятий зимними и водными видами спорта, отдыха у воды и в горной местности, а так же во время принятия солнечных ванн, когда количество попадающего в глаза УФ-В значительно увеличивается. Настоятельно рекомендуется пользоваться солнцезащитными очками в тропической зоне, особенно в околополуденное время. Присутствие облаков, создавая ощущение безопасности, лишь незначительно уменьшает количество ультрафиолетового излучения, достигающего глаз.

Цвет очковой линзы не несет информации о ее способности защищать глаза от ультрафиолетового излучения. Так, многие пациенты предпочитают очки с нейтральными светофильтрами серого цвета, не искажающие восприятие цветов. Но при работе с искусственными источниками излучения такие очки не могут защитить глаза в должной степени.

Существует мнение, что пластиковые материалы, поглощающие ультрафиолетовое излучение, лучше стеклянных, и должны полностью вытеснить очковые линзы из крона с оптического рынка. Многие очковые пластики, в том числе и самый распространенный из них CR-39, даже без дополнительной обработки в достаточной степени защищают глаза от ультрафиолетового излучения с длиной волны больше 330 нм, количество которого увеличивается вследствие «озоновых дыр».

Есть несколько факторов, повышающих чувствительность пациента к повреждающему действию ультрафиолетового излучения. В процессе естественного старения глаза уменьшается содержание меланина в пигментном эпителии сетчатки. На глазном дне появляются маленькие яркие пятна липофусцина, которые способствуют рассеянию коротковолнового излучения. В то же время, в хрусталике стареющего глаза накапливаются флюоресцирующие пигменты, благодаря которым хрусталик становится сначала желтоватым, а со временем приобретает коричневый цвет. Клинические наблюдения над пациентами с удаленными хрусталиками показали большую их чувствительность к ближнему ультрафиолетовому излучению. Это объясняется отсутствием хрусталика, который в неоперированном глазу задерживает лучи ультрафиолетовой части спектра. Поэтому пациенты с афакией чувствуют себя комфортнее в очках с окрашенными линзами и плохо переносят яркий свет.

Данная диаграмма получена мной при эксперименте в школьной лаборатории без деления ультрафиолета на три зоны.

Установка, собранная в школьной лаборатории.

При исследовании ультрафиолетового спектра по трем зонам: УФ-А. УФ-В, УФ-С, то эксперимент я проводила на оборудовании установленном в салоне оптики «Очкарик».

1. λ=320-380нм 2. λ=290-320нм 3. λ=200-290нм

1. Стекло 2. Полимер 3. Стекло+Полимер

В ходе проведенной исследовательской работы, я обнаружила интересную закономерность снижения пропускной способности ультрафиолетового излучения при комбинации двух материалов.

Словарь терминов.

Макулодистрофия — болезнь, при которой поражается сетчатка глаза и нарушается центральное зрение. В основе макулодистрофии лежит патология сосудов и ишемия (нарушение питания) центральной зоны сетчатки, ответственной за центральное зрение. Возрастная макулодистрофия — одна из самых частых причин слепоты у людей старше 55 лет.

Диффузное отражение – отражение света, при котором не сохраняется путь лучей от объекта, а только энергетическая составляющая светового потока.

Зеркальное отражение – отражение света, такое, как наблюдается при использовании зеркал.

Ион - электрически заряженная частица (атом, молекула), образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомами или молекулами.

Электрон - стабильная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Из электронов состоят электронные оболочки атомов всех веществ. Движение электронов определяет многие электрические явления, такие как электрический ток в металлах и вакууме.

Фотон - элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны.

Меланины - название группы животных или растительных пигментов черного и коричневого цветов, образующийся в клетках росткового слоя кожи.

Липофусцин - гранулы коричневого пигмента, содержащие липидные продукты лизосомного переваривания. Часто встречается в клетках сердечной мышцы, нервной ткани и печени, причем обычно находится внутри лизосом.

Список литературы

Ф.Фогель, А.Мотульски «Генетика человека», том 2, 1990 год, «Космическая биология и медицина», том 3, ч.2, 1997 год.

С.Э. Фриш и А.В. Тиморева «Государственное издательство физико-математической литературы» Москва 1962год.