Световое излучение и его действие на организм

Физическая характеристика. К излучениям, не вызывающим термического эффекта, относятся: ультрафиолетовое, ионизирующее, в том числе космическое, и видимое световое. Наименьшей длиной волны обладают космическое, гамма- и рентгеновское излучения. Ультрафиолетовая часть спектра располагается в пределах от 185 до 390 нм. После незначительной пограничной области излучения (от 390 до 400 нм), имеющей небольшое практическое значение, находится область видимого света от 400 до 770 нм.

Световое излучение зависит от географического положения места, времени года и времени дня (в условиях безоблачного неба). Если в качестве исходного времени года взять, например, середину летнего периода в умеренной климатической зоне северных или тропических влажных лесов, то на высоте 100 м от уровня океана освещенность на протяжении суток будет распределяться таким образом, что максимум придется на полуденные часы, а минимум – между 20 и 5 ч. В северных умеренных областях земного шара максимальная освещенность в полуденные часы (от 11 до 14 ч) в середине зимы примерно в 2 раза ниже, чем в середине лета. Общее количество часов инсоляции может отличаться год от года более чем на 16% и зависит, в частности, от облачности.

Столь же отчетливо освещенность зависит от географической широты. В сравнительно широком диапазоне широт (от 15 до 45°) ежедневная интенсивность солнечного освещения горизонтальной поверхности, находящейся на уровне моря, минимальна в зимние (декабрь – январь) и максимальна в летние (июль) месяцы. Однако чем больше величина географической широты, чем больше освещенность. На экваторе (0°) отмечаются противоположные соотношения: величина солнечной радиации выше в марте и октябре и ниже в январе, июле и декабре.

Величина светового излучения в известной мере зависит от наличия облачного покрова, но значение этого фактора весьма колеблется для разных районов земного шара. Так, например, максимум среднегодовой облачности отмечен в Камеруне (93%), а минимум (5%) – в Асуане. В нашей стране, огромной и по протяженности, и по площади, колебания средней годовой облачности тоже очень велики: от 27% в Термезе до 77% на севере Архангельской обл. Наиболее пасмурно на о-ве Беринга – 260 пасмурных дней, а наиболее ясно на ст. Кушка – 185 ясных дней. В зависимости от типа действия на организм млекопитающих видимый свет может вызвать четыре основных физиологических эффекта: повреждение или стимуляцию слабо защищенных клеточных элементов; стимуляцию адекватных рецепторов; изменение световой периодичности физиологических функций; изменение 24-часовых (циркадных) ритмов.

Видимый свет вызывает ряд отчетливых изменений в клетках живых организмов и их деятельности в целом. Меняется вязкость протоплазмы, возникает фототропизм, меняется электрический заряд цитоплазмы, нарушается проницаемость и изменяется движение токов цитоплазмы. Свет влияет на состояние коллоидов белков, воздействует на ход энергетических процессов и фотосинтеза.

Видимый свет оказывает специфическое раздражающее действие на специализированные фоторецепторы, вызывая ощущение света. Под влиянием видимого света происходит как бы омолаживание микроорганизмов, жизнедеятельность которых была нарушена под воздействием ультрафиолетового излучения (восстановление). У высших организмов свет, действуя на сетчатку, вызывает ряд отраженных эффектов. Световое раздражение определяет наличие 24-часовых ритмов у млекопитающих и других позвоночных, вызывает у них сдвиги обмена веществ и поведения.

Инфракрасное излучение в составе солнечной радиации на 43% отражается и на 57% поглощается кожей. Длинноволновое непроникающее инфракрасное излучение почти полностью поглощается поверхностью кожи. Нижний диапазон длинных волн составляет радиоизлучение, свободно проникающее через атмосферу, но его физиологическое действие на организм еще неизвестно.

Реакции на изменения освещения и затемнения. Периодические изменения функций в зависимости от освещения обнаружены главным образом при исследованиях влияния на живые организмы большей или меньшей длительности освещения на протяжении дня. Наиболее типовой реакцией на эти условия является некоторый сдвиг репродуктивного цикла. Фотопериодика репродуктивной функции обнаружена у птиц и млекопитающих. Она включает следующие феномены: изменения репродуктивной способности при возрастании или уменьшении числа световых часов на протяжении дня; сдвиги в миграции животных, а также сезонные изменения оперения и шерсти. Так, например, некоторые разновидности овец впадают в состояние эструса только в том случае, когда укорачивается день и удлиняется продолжительность ночи. Этот эффект может быть предупрежден при прерывании длительности ночного периода. У млекопитающих описаны и некоторые другие фотопериодические реакции, причем у некоторых млекопитатощих (ласка) фотопериодические реакции не зависят от температуры, у других – эффект может быть предотвращен за счет внешнего охлаждения. В естественных условиях различные внешние факторы могут воздействовать на рост и репродуктивные органы, так что влияние светового режима может оказаться неочевидным.

Есть основание думать, что фотопериодичность функций может контролироваться гипоталамо-гипофизарными механизмами. Биохимические реакции животных при действии светового излучения пока полностью не изучены. Предполагают, что в механизме патологической чувствительности к солнечным лучам играет роль изменение активности оксидаз.

Другим типом периодических изменений можно считать такие изменения функций, которые возникают в ответ на сдвиги в интенсивности светового облучения, т. е. на то или иное количество световой энергии, а не на увеличение или уменьшение времени освещения объекта. Этот последний эффект особенно очевиден тогда, когда птицы или млекопитающие подвергаются постоянному воздействию света и у них при сдвигах освещенности довольно отчетливо меняется двигательная активность. В значительной мере эта зависимая от освещения двигательная активность подчиняется так называемому правилу Ашоффа, гласящему, что в условиях непрерывного освещения с возрастанием его интенсивности у животных, активных на свету, увеличивается спонтанная двигательная активность, в то время как у животных, активных в темноте, она уменьшается. С помощью биотелеметрических методик было установлено, что активность животных в Арктике и Антарктике (сусликов и других грызунов, лисиц, волков) в условиях естественных различий в освещенности в разные сезоны года подчиняется правилу Ашоффа.

Влияние продолжительной темноты. Человек и домашние животные подвергаются действию темноты в высоких широтах земного шара на протяжении 2 или 3 мес. Бесчисленное количество диких животных, так же как и собаки, кролики, рогатый скот, северные олени, находятся в темноте или в условиях искусственного освещения. К этим диким животным следует отнести главным образом хорошо изученных леммингов, земляных белок, северных оленей, карибу, тюленей и мускусных быков. Нет сомнений, что они приспосабливаются к смене светлого времени года на темное. Правда, и здесь возникает вопрос о том, вызывает ли временный дефицит освещенности какие-либо неблагоприятные физиологические реакции у животных. адаптированных к жизни в Арктике. К тому же следует указать, что в течение года поведение этих животных характеризуется чертами дневной или ночной активности. Так, например, арктические тюлени зимой должны точно ориентироваться в темноте и находить отверстия во льду, из которых они, находясь в воде, высовываются для дыхания. Вместе с тем (также в темноте) они должны определять местонахождение рыб и ловить их. Есть основания предполагать, что возможность их существования в этих условиях определяется способностью осуществлять эхолокацию объектов, служащих им пищей.

Экспериментальные данные о воздействии продолжительной темноты на животных очень фрагментарны. Небольшое количество млекопитающих бодрствует в темноте. У тех форм, которые обладают дневной активностью, темнота вызывает дегенерацию зрительного нерва. Однако на ночных животных, а также на крыс продолжительная темнота не оказывает заметного влияния. Можно предположить, что многие ночные грызуны, например летяга, на протяжении всей своей жизни находятся в условиях темноты, за исключением периодов освещения их лунным светом. Физиологические механизмы бодрствования млекопитающих в темноте исследованы еще недостаточно.