Текст книги "Солнечный луч"
Автор книги: Вилен Барабой
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 18 страниц)
Термография на службе здоровья
Термография – это метод регистрации собственного инфракрасного излучения тела человека. Сейчас твердо установлено, что излучение кожи в инфракрасной области не зависит от степени пигментации, расовой принадлежности и индивидуальных особенностей (толщины, характера рогового слоя) и определяется только температурой. Некоторые индивидуальные колебания излучения наблюдаются в лучах с длиной волны короче 5 мкм, но на эту область приходится всего 1% излучения кожи. Таким образом, термография – это метод регистрации распределения температур по поверхности тела человека.
Температура кожи, подкожной клетчатки и подлежащих тканей, служащих источником инфракрасного излучения, в свою очередь, зависит от трех факторов: кровоснабжения изучаемого участка, интенсивности обменных процессов в нем, а также различий в теплопроводности. У каждого человека распределение температур по поверхности тела стабильно и при одинаковых условиях измерения воспроизводится в повторных опытах. Но у разных людей топография температур может различаться довольно значительно. Абсолютные значения кожных температур могут колебаться у одного и того же человека, главным образом на коже конечностей, довольно широко в зависимости от времени суток, температуры и влажности помещения, сезона года и т. п. Поэтому при термографических исследованиях принимаются во внимание лишь отклонения от симметричности распределения температур относительно продольной оси тела человека. В большинстве случаев симметричные участки тела человека действительно имеют одинаковую температуру.
Однако не столь уж редки случаи, когда аномальное ветвление артериальных стволов, различия в тонусе веточек вегетативной нервной системы (так называемые вегетативные асимметрии) вносят те или иные искажения в эту картину. Такие именно случаи и являются наиболее распространенной причиной ошибок в диагностике с применением термографии, о чем далее говорится более подробно.
Излучение абсолютно черного тела пропорционально, как следует из закона Стефана-Больцмана, четвертой степени температуры. Кожа человека при температуре тела ведет себя как абсолютно черное тело, и при повышении температуры кожи на 1°С ее полное излучение возрастает на 1,4%. В интересующей нас области от б до 10 мкм прирост составляет 2,4%. Современные приборы позволяют улавливать колебания лучистого потока с точностью до долей процента и разность температур отдельных участков кожи в пределах 0,1—0,01° С. Принцип действия термографов основан на фокусировании (с помощью системы зеркал) излучения определенного участка кожи на чувствительный приемник, преобразующий лучистую энергию в электрический ток. Пройдя через усилитель, ток питает источник света, освещающий фотопленку и вызывающий ее почернение. Луч по пленке перемещается синхронно с перемещением системы зеркал таким образом, что точка на пленке соответствует точке на коже. Почернение пленки пропорционально силе тока и, следовательно, температуре участка кожи. Вместо фотопленки в современных термографах используют электронно-лучевые трубки, что позволяет получать изображение за доли секунды. Переход к цветной термографии с использованием электронно-оптических преобразователей увеличивает количество оттенков цвета (по сравнению с черно-белым изображением) и повышает чувствительность прибора.
Итак, при исследовании излучения симметричных участков кожи обнаружилась разница их температур. В каких случаях и какую диагностическую информацию это может дать? По-видимому, наиболее полезна термография при выявлении опухолей грудной железы. В науке накоплен уже довольно большой опыт, который показывает, что почти всегда над раковой опухолью температура выше на 1—3° С, чем в симметричном участке. Местное повышение температуры наблюдается и при маститах, абсцессах грудной железы, воспалившейся кисте, быстро растущей доброкачественной опухоли – фиброаденоме и т. п. В процессе беременности и кормления также нередко наблюдается повышение температуры отдельных участков железы. Определенную путаницу вносят случаи вегетативной дистонии и аномалий распределения сосудов. Таким образом, данные термографии, как правило, не позволяют однозначно поставить точный диагноз. Однако в довольно большом проценте случаев изучение топографии температур позволяет обнаружить рак грудной железы, не выявляемый рентгеновским исследованием. Это подтверждает целесообразность использования нового метода, несмотря на его сложность, дороговизну аппаратуры. Использование этого метода позволяет быстро и без вреда для организма выявить и выделить из массы здоровых людей лиц, подлежащих более подробному и всестороннему обследованию.
Кроме опухолей грудной железы, с помощью термографии довольно успешно выявляются также опухоли костей и столь тяжелые сосудистые заболевания, как облитерирующий эндартериит, тромбофлебит, в самых начальных стадиях. В акушерстве с помощью термографа удается точно определить местоположение плаценты, облегчается распознавание ранних стадий беременности (по повышению температуры грудных желез).
Успешно используется метод термографии и в других областях биологии, медицины, ветеринарии.
Тепловой луч в деятельности человека
Главное промышленное использование инфракрасных лучей – инфракрасная сушка. Подбирая соответствующий источник излучения, расстояние между ним и материалом, подвергаемым сушке, при сравнительно небольших затратах можно добиться очень быстрого и хорошего результата.
Метод инфракрасной сушки доказал уже свои преимущества перед конвекционной сушкой: более глубокий и равномерный прогрев, получение мощных, направленных в нужную сторону лучистых потоков (отсюда быстрота сушки), экономическая эффективность. Инфракрасным облучателям можно придать любую форму, удобную для создания равномерного поля прогрева.
Метод инфракрасной сушки изделий, покрываемых лаком, дает возможность быстро удалять растворитель. Лак наносится на изделие довольно тонким слоем, который в инфракрасных лучах прогревается на всю глубину. Благодаря применению этого вида сушки стало возможным использование искусственных смоляных лаков, пленка которых очень тверда и прочна. В зависимости от толщины слоя лака пользуются разными источниками, дающими либо ближние инфракрасные лучи (такие источники, главным образом лампы накаливания, называют «светлыми» из-за высокой температуры нити накала, дающей и видимые лучи), либо длинноволновый поток («темные» источники, представляющие собой металлические трубки, разогреваемые током).
Инфракрасные лучи применяются для сушки древесины, бумаги, а также в полиграфической, текстильной, кожевенной, обувной, пищевой промышленности, в производстве керамики, пластмасс, синтетических волокон и т. д.
Все шире применяются новые системы лучистого отопления жилищ, общественных и культурно-бытовых помещений. Змеевики, по которым течет горячая вода или циркулирует пар, монтируются в специальные панели, расположенные в стенах, полу, реже в потолке. Давая мощный поток тепла, такая система отопления позволяет сохранять в помещении свежий прохладный воздух. Для обогрева цехов, выставочных залов, пассажирских помещений, вокзалов, школ, столовых используют светильники, лампы накаливания, а также «темные» излучатели – металлические трубки. На инфракрасные лучи почти не влияют атмосферные помехи. В связи с этим инфракрасная фотография позволяет успешно производить съемку отдаленных предметов, в частности аэрофотосъемку земной поверхности с большой высоты (нескольких десятков и даже сотен километров), а также фотографирование небесных туманностей, дальних скоплений дозвезднои материи и т. п.
Чтобы защитить фотопленку от действия видимых лучей, на объектив надевают специальные красные светофильтры. Для повышения чувствительности фотопленки к инфракрасным лучам в ее состав добавляют фотосенсибилизаторы, главным образом из группы цианиновых красителей, избирательно поглощающие лучи с длиной волны 0,8—1,2 мк (из ближней инфракрасной области) и ускоряющие почернение фотопластинки.
Инфракрасная фотография нашла применение и в медицине. На снимках, сделанных в инфракрасных лучах, хорошо видны поверхностно расположенные вены кожи: на фотографиях они кажутся темными и обнаруживаются даже в тех случаях, когда не видны глазом. При нарушениях кровообращения в брюшной полости, особенно в системе воротной вены (например, при закупорках ее ветвей, циррозах, застое крови в печени сердечного происхождения и т. п.), усиливается отток крови по венам передней брюшной стенки. Количество и величина этих сосудов возрастают.
Инфракрасная фотография помогает врачу поставить правильный диагноз болезни. При заболеваниях сосудов нижних конечностей фотография в инфракрасных лучах позволяет контролировать полноту излечения тромбофлебитов, эффективность оперативного лечения варикозного расширения вен и т. п.
С помощью инфракрасных лучей можно обнаружить нагретые тела (ракеты, самолеты, корабли, танки и т.п.), а также определить направление и скорость их движения. Инфракрасный тепловой индикатор, соединенный с усилителем, позволяет обнаружить цель в темноте и на значительном расстоянии по тепловому излучению и осуществить точную наводку орудия или ракеты.
Приборы теплового самонаведения оказались незаменимыми при разработке противоракетных систем. Такие приборы, устанавливаемые в головке противоракеты, обнаруживают корпус ракеты, раскаленный трением о воздух до 2000—3000° С, на расстоянии нескольких километров и обеспечивают самонаведение на эту быстродвижущуюся мишень. Инфракрасные приборы успешно используются также в разведке, для сигнализации, предотвращения пожаров, охраны важных объектов, для навигации и т. п. Возможна организация связи на инфракрасных лучах. Создание инфракрасных телескопов имеет большое значение для астрономических наблюдений.
Спектры поглощения различных веществ в инфракрасных лучах настолько индивидуальны и характерны, что с их помощью можно установить химическое строение сложных органических соединений, заметить ничтожные изменения структуры белков, нуклеиновых кислот, не обнаруживаемые другими методами.
Источники инфракрасного излучения широко используются в медицине. Задолго до открытия этого вида лучей и создания специальных ламп при лечении различных заболеваний люди пользовались средствами, способствующими уменьшению потерь собственного тепла. Шерстяные повязки при болях в пояснице, заболеваниях почек, ревматизме, специальные укутывания ограничивают теплоотдачу, повышают температуру кожи, рефлекторно воздействуют на вегетативную нервную систему, ослабляют спазмы, усиливают кровообращение. Применение теплых компрессов, грелок, электрических нагревательных подушек – новый шаг в области лечения теплом. Увлажнение компресса усиливает эффект, так как теплопроводность влажного эпидермиса увеличивается во много раз.
Наиболее современным методом физиотерапии является применение специальных ламп накаливания, излучающих инфракрасную радиацию ближнего диапазона, которая наиболее глубоко проникает в тело. Дозированное облучение отдельных участков кожи этими лучами дает отличный результат при заболеваниях лимфатической системы (отек, воспалительные инфильтраты), суставов (артриты, инфекционные артриты, ревматические поражения), грудной клетки (плевриты), органов брюшной полости (энтериты), печени, желчного пузыря. Особенно эффективен этот метод лечения при невралгиях, невритах, миозитах, различных кожных заболеваниях (фурункулах, карбункулах, абсцессах, пиодермитах, экземах), мышечных контрактурах. Инфракрасные лучи способствуют заживлению ран, оказывают болеутоляющее, антисептическое, противовоспалительное, отвлекающее действие, стимулируют жизненные процессы.
Однако пользуясь источниками инфракрасных лучей, необходимо помнить, что они представляют собой серьезную опасность для глаз. Ближние лучи вызывают сильный нагрев хрусталика и стекловидного тела, а длительное воздействие лучей приводит к катаракте, параличу зрачка, отслойке сетчатки. В связи с этим люди, работающие на специальных производствах и в физиотерапевтических учреждениях, должны носить защитные очки.
Инфракрасные лучи, обладающие сравнительно высокой проникающей способностью, находят свою область применения и в лечении глазных болезней. Нередко к офтальмологу обращаются больные с помутнениями роговицы, с просьбой об операции. Но прежде чем приступать к пересадке роговицы, врач должен знать, каково состояние глаза, радужной оболочки, зрачка там, под бельмом, будет ли видеть глаз после операции. Установить это можно только с помощью инфракрасных лучей, проникающих через мутную роговицу столь же легко, как сквозь прозрачную, и отражающихся от хрусталика и радужки. Снимок в инфракрасных лучах дает врачу нужную информацию для решения вопроса о целесообразности операции. Еще большие перспективы имеет применение электронно-оптических преобразователей, позволяющих непосредственно видеть в инфракрасных лучах состояние глаза. Этот метод удобен не только при непрозрачности роговицы, но и при сильной светобоязни, вызванной болезнью (наблюдение в темноте неболезненно в этом случае) , облегчает отыскание инородных тел в глазу и исследование опухолей.
Инфракрасный обогрев дает отличные результаты в животноводстве, где в холодные периоды года бывают значительные потери молодняка. Особенно целесообразно сочетание ультрафиолетового и инфракрасного облучения молодняка, позволяющее не только обеспечить оптимальный температурный режим, но и восполнить недостаток лучей, способствующих синтезу витамина D, ускоряющих рост и развитие животных.
Итак, невидимый тепловой луч успешно работает на пользу человека.
Глава V.
Антагонизм излучений
В науке нередко бывает так: долгие годы ученые проходят мимо явления, которое буквально лежит на поверхности, не придавая ему серьезного значения. Единичные факты и наблюдения не привлекают внимания. И лишь когда развитие науки достигает более высокого уровня, явление, мимо которого равнодушно проходили долгие годы, вдруг привлекает всеобщее внимание и даже оказывается в фокусе научной мысли. Так случилось с фотореактивацией.
В 1949 г., работая в противоположных точках земного шара, в Советском Союзе и в Соединенных Штатах Америки, два ученых одновременно сделали одно и то же открытие. Сотрудник Одесского института глазных болезней им. В. П. Филатова И. Ф. Ковалев изучал действие ультрафиолетовых лучей на одноклеточные организмы – инфузории, из-за необычной формы тела получившие название туфелек. Лучи с длиной волны 2537 А задерживали деление инфузорий, а при более длительном облучении туфельки обычно погибали. Ученый заметил, что, когда облученных инфузорий не помещают, как обычно, в темный шкаф, а оставляют под рассеянным дневным светом, количество погибших инфузорий уменьшается в два-три раза. Американский микробиолог Кельнер получил такой же результат, работая с культурами кишечной палочки и лучистого грибка – актиномицета. Новое явление получило название фотореактивации.
Лучи против лучей
Итак, организм таинственным способом использует лучи видимого света для ослабления вредного действия ультрафиолетовых лучей. А между тем эти лучи мирно соседствуют в свете Солнца, и никто не предполагал, что они могут враждовать друг с другом.
Вновь открытое явление вызвало всеобщий интерес. Ведь и в прежние годы ученые сталкивались с антагонизмом излучений. Так, врачи-физиотерапевты наблюдали ослабление ультрафиолетовой эритемы, если участок кожи одновременно освещался видимым светом и инфракрасными лучами. В 1936 г. один немецкий врач даже воспроизвел это явление на своей собственной коже. Другие ученые обнаружили, что ультрафиолетовые лучи в интервале 2537—3020 А вызывают потемнение банановой кожуры, тогда как видимый ультрафиолетовый свет устраняет потемнение.
Фотореактивация наблюдается и тогда, когда между действием «разрушительных» и «восстанавливающих» лучей прошло около 1—2 часов. Если облучаемый организм сохраняется при низкой температуре или на голодной диете, т. е. в условиях угнетения обмена веществ, этот интервал может быть безболезненно увеличен. Фотореактивация – явление общебиологическое, свойственное почти всему органическому миру, от растворов белков и нуклеиновых кислот, вирусов, бактерий, грибков до насекомых, земноводных. Однако среди бактерий и простейших обнаружены отдельные виды, неспособные к фотореактивации, а млекопитающие, видимо, полностью лишены этой способности.
Наконец, наряду с классической фотореактивацией, при которой более длинноволновые лучи устраняют вредное действие коротковолнового ультрафиолета (2500– 3000 А), был обнаружен еще один эффект. На этот раз лечебное действие на облученные клетки оказывали еще более коротковолновые лучи в диапазоне 1850—2400 А. Причем коротковолновая реактивация наблюдалась, по-видимому, также и у организмов, лишенных способности к фотореактивации классической.
Наиболее легко восстанавливается процесс клеточного деления, резко уменьшается гибель клеток, частота мутаций, хромосомных повреждений, нормализуется способность к трансформации и нарушенный ритм клеточной активности. Все эти процессы так или иначе связаны с деятельностью наследственного аппарата клетки, с восстановлением функции нуклеиновых кислот ядра. Не поддаются фотореактивации процессы растворения клеточной оболочки, восстановления клеточного среза, движение ресничек у инфузорий и некоторые другие процессы, связанные главным образом с деятельностью клеточной плазмы. На один квант лучей-разрушителей должно приходиться 400—1000 квантов реактивирующего света. Но и при этом полного восстановления повреждений достигнуть не удается. Очевидно, механизм фотореактивации влияет не на все аспекты действия повреждающего света.
Для понимания сущности фотореактивации не менее важное значение имеет установление зависимости ее от температурных условий. В фотохимических реакциях за счет поглощения фотона создается избыток энергии, и повышение температуры не оказывает влияния. Наличие температурной зависимости служит показателем участия темновых химических реакций. Значит, процесс фотореактивации не ограничивается поглощением кванта реактивирующего света облученным организмом; фактически с этого поглощения лишь начинается процесс. Приобретенная организмом энергия расходуется затем в темновых реакциях.
Что это за реакции? Иными словами, каков механизм фотореактивации? Ученые обнаружили, что в неживой природе существуют явления, чрезвычайно сходные с фотореактивацией живых организмов. Еще в 1898 г. французский ученый Виллар описал следующее интересное явление. В заснятой, но не проявленной рентгенограмме, помещенной на рассеянный солнечный свет, изображение получится не обычное, негативное, а обратное, позитивное. Дневной свет меняет на рентгенограмме местами светлые и темные пятна. Дать рациональное объяснение этому явлению не удавалось. Прошло несколько лет, и ученые обнаружили, что описанное Вилларом явление – всего лишь частный случай более общего явления, названного эффектом обращения. Если на фотопластинку подействовать сначала более коротковолновым излучены-» ем, а потом более длинноволновым, то последнее уничтожает или «перевертывает», обращает (как в случае эффекта Виллара) результат, вызванный первым облучением. Нетрудно обнаружить черты сходства между эффектом обращения, наблюдающимся на фотоматериалах, и фотореактивацией живых организмов. Это подтверждало очень важную общую закономерность, свойственную как живой, так и неживой природе. Оставалось «только» выяснить механизм явления.
На существо этой сложной проблемы пролили новый свет опыты, проведенные на неживом материале. Если подействовать инфракрасными лучами на некоторые возбужденные фосфоресцирующие вещества, длительность фосфоресценции сокращается, высвечивание происходит быстрее. Вспомним, что фосфоресценция представляет собой послесвечение возбужденных молекул, находящихся в метастабильном состоянии. Фотоны инфракрасного света, поглощаясь этими молекулами, доставляют им недостающую энергию для подъема возбужденного электрона на обычный уровень возбуждения, с которого возврат в исходное состояние, разрядка возбуждения, совершается с максимальной скоростью. В этом примере инфракрасные лучи ослабили действие света (ультрафиолетового или видимого), возбудившего фосфоресценцию, уменьшили длительность послесвечения. Степень фотохимического действия ультрафиолетового света зависит от времени жизни возбужденных состояний облученных молекул. Если с помощью более длинноволнового света «разрядка» совершается быстрее, то фотохимический эффект первого облучения оказывается ослабленным. Так можно объяснить механизм эффекта обращения, обнаруженного на фотоматериалах.
Однако подлинный механизм фотореактивации клеток сложнее. Реактивируются главным образом поражения ядерного наследственного аппарата клеток. В повреждении этого аппарата ультрафиолетовыми лучами имеет значение образование димеров тимина и, в меньшей степени, других пиримидиновых оснований. В процессе фотореактивации эти дефекты, очевидно, каким-то образом устраняются за счет использования лучистой энергии. Но как? Сейчас известно, что димеры – действительно основная мишень фотореактивации. А механизмов ее существует столько же, сколько и видов,– два.
В случае коротковолновой фотореактивации большие кванты излучения, поглощенные азотистыми основаниями нуклеиновых кислот, непосредственно разрывают связи между тиминовыми остатками, освобождают их, облегчая восстановление исходной структуры. Чтобы такой механизм стал возможным, нужна энергия даже несколько большая, чем та, которая привела к образованию димеров. Вот почему для реализации этого механизма нужны лучи с меньшей длиной волны и с большей энергией квантов, чем у лучей повреждающих.
Но в естественных условиях существования жизни на Земле лучи с такой длиной волны и энергией квантов отсутствуют. Поэтому природный механизм фотореактивации сформировался с учетом использования имеющейся лучистой энергии – видимого и длинноволнового ультрафиолетового света. А чтобы этот механизм был достаточно эффективным, природа создала специальный фотореактивирующий фермент.
