Пациент с искусственным хрусталиком начал видеть ультрафиолет. Как?

• Биотехнологии

Сегодня на slashdot появился пост некоего автора, который после имплантирования искусственного хрусталика начал видеть в ультрафиолетовом диапазоне, точнее примерно 365 нм - это при средней верхней границе для обычного человека в 400нм. Меня заинтересовала эта тема, и я решил выяснить, что там происходит, и не маячит ли тут призрак Криса Картера .

Итак, небольшой экскурс в офтальмохирургию. Во время второй мировой войны некий английский офтальмолог, оперировавший пилотов, сбитых в воздушном бою, выяснил, что плексиглас фонаря самолета, попавший в глаз, не отторгается тканями. Мало того, он травматически меняет форму роговицы - а поскольку она отвечает за ~70% рефракции в глазном яблоке (остальное приходится на хрусталик), то изменение ее формы приводит к значительным изменениям рефракции глаза. Естественно, тут же пришла идея лечить близорукость уменьшением оптической силы роговицы путем ее надрезания и уменьшения кривизны. По сегодняшним меркам это напоминает трепанацию черепа каменным ножом (и без точнейших замеров и расчетов по точности это примерно то же самое) - но это было лучше чем ничего.

Потом догадались, что если плексиглас не отторгается, то его можно ставить туда намеренно… предварительно обточив до формы линзы. Зачем? Потому что годам к 45-50 естественный хрусталик а) становится жестким и теряет возможность аккомодации (что приводит к невозможности перефокусировать зрение), и б) некоторое время спустя мутнеет, в результате чего зрение медленно падает почти до нуля. Так вот, его можно заменить.

Поначалу вместо естественного хрусталика ставились жесткие линзы, которые, вполне естественно, вызывали массу неприятных ощущений, повреждали внутренние ткани, итп. Сейчас в общих чертах процедура выглядит так. Я буду использовать англоязычную терминологию в транслите.

1. Пациент лежит под микроскопом. Веки фиксируются в открытом положении, в глазной нерв ставится анестезия.

2. Сбоку глаза, примерно на границе радужной оболочки, с использованием сверх-острого скальпеля делается небольшой надрез, порядка 2мм в длину.

3. Хрусталик находится внутри капсулярной сумки. Внутрь глаза через этот разрез проникает инструмент, которым эта сумка надрезается.

4. Внутрь сумки через эти два разреза проникает щуп факоэмульсификатора. Этот девайс а) ультразвуком размельчает затвердевший естественный хрусталик, и б) одновременно высасывает размельченные куски. Тут важно не порвать капсулярную сумку - это чревато массой проблем и осложнений, а также не задеть радужную оболочку. Она по консистенции напоминает промокашку, и ее повреждение ведет к проблемам со зрением - к примеру, пациент может начать видеть ореолы вокруг точечных источников света.

5. После факоэмульсификации через микрошприц в капсулярную сумку закачивается вискоэластичный гель - чтобы эта сумка не сдулась, т.к. хрусталика там больше нет.

6. Фанфары и барабаны - имплантируем линзу. Сама линза сделана из материалов вроде силикона, и ее можно сложить. Именно поэтому достаточно разреза всего в 2мм, хоть линза и заметно больше. Она поставляется в картридже, который вставляется в шприц, который аккуратно вставляется через разрез в глаз, далее в капсулярную сумку, и попросту выдавливается туда. Там она разворачивается и принимает свой первоначальный вид, в чем ей помогает хирург. Через пол-минуты она готова.

7. Если линза асферическая, то она может заодно помочь и с астигматизмом. В таком случае ее надо довернуть на нужный угол. Впоследствии ткани глаза срастутся через определенные выступы на внешней, оптически нефункциональной части линзы, и зафиксируют ее от поворота. Нередки случаи, когда линза все же проворачивается бесконтрольно - это исправляется повторной операцией.

8. Глаз увлажняется, закрывается повязкой. Надрез заживет сам. Пациент отправляется домой.

Такая операция может стоить от 3 до 20 тысяч долларов в зависимости от разных причин. Период восстановления до снятия повязки занимает сутки-двое. Да, в это иногда трудно поверить, но в нашей практике были случаи, когда 70-летние бабушки получали зрение в 80% на следующий день после операции… никогда сам не видел, но, как говорят, люди начинают плакать от счастья.

А теперь по теме. Почему тот пациент начал видеть УФ? Потому, что хрусталик обычно поглощает УФ лучи, не допуская их до сетчатки. Старые линзы изготавливались из материалов, которые зачастую спокойно пропускали УФ, и пациенты начинали видеть в УФ диапазоне. Вот только длилось это недолго, т.к. сетчатка повреждается ультрафиолетом. Поэтому в новых линзах присутствуют добавки, которые отфильтровывают УФ лучи. Тому пациенту была установлена линза Crystalens, которая по всей видимости содержит меньшее количество таких присадок (или вообще их не содержит), отсюда имеем результат. Шеф как-то оперировал одного пациента, которому по разным причинам на одном глазу была показана одна линза, а на другом - другая, и коэффициент поглощения УФ у них был разный. Пациент потом был весьма удивлен, что одним глазом он может видеть УФ, а другим нет. Его это не беспокоило, и все остались весьма довольны.

P.S. Материал был написан после консультации с моим шефом, офтальмохирургом с более чем 10-летним стажем. Если в тексте присутствуют ошибки - я полностью принимаю всю ответственность за кривой перевод, и прошу указать на оные.

P.P.S. Чем я таким занимаюсь, будучи программистом, чтобы писать такие тексты? Хороший вопрос. Наша компания консультирует других по поводу расчетов правильных линз для каждого конкретного глаза… а я занимаюсь реализацией расчетного софта. Невероятно интересная тема, и весьма вознаграждающая, особенно когда нам пишут про бабушек и дедушек, получивших орлиное зрение.

Здоровья вам, берегите глаза:)

Исследование с использованием ультрафиолетовых лучей в техническом отношении достаточно простое и доступное средство научного анализа произведений искусства. В практике изучения живописи их применение сводится к визуальному наблюдению или фотографированию вызываемой ими видимой люминесценции, то есть свечения вещества в темноте под действием фильтрованных ультрафиолетовых лучей. Различают два вида такого свечения: флуоресценцию — свечение, прекращающееся в момент, когда кончается действие источника его возбуждения, и фосфоресценцию — свечение, продолжающееся некоторое время после окончания действия источника возбуждения. В исследовании произведений живописи используют только флуоресценцию.

Под действием ультрафиолетовых лучей вещества органического и неорганического происхождения, в том числе некоторые пигменты, лаки и другие компоненты, входящие в состав произведения живописи, светятся в темноте. При этом свечение каждого вещества относительно индивидуально: оно определяется его химическим составом и характеризуется конкретным цветом и интенсивностью, что позволяет идентифицировать то или иное вещество или обнаруживать его присутствие.

Понятие люминесценции. Ультрафиолетовая область спектра непосредственно следует за сине-фиолетовым участком его видимой части.

В этой области различают три зоны — ближнюю, примыкающую к видимому спектру (400-315 нм), среднюю (315-280 нм) и дальнюю, еще более коротковолновую. Ультрафиолетовое излучение, естественным источником которого является солнечный свет, подобно другим видам излучения, может поглощаться веществом, отражаться им или проходить сквозь него.

Для возникновения люминесценции необходимым является поглощение света веществом: поглощенная атомами и молекулами световая энергия возвращается в виде светового же излучения, которое носит название фотолюминесценции.

Частицы вещества, способного люминесцировать, поглотив световую энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое длится очень короткий промежуток времени (порядка 10-8 сек.). Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные частицы отдают избыток энергии в виде света — люминесценции. Согласно правилу Стокса, люминесцирующее вещество, поглотившее световую энергию определенной длины волны, излучает свет обычно большей длины волны. Поэтому, когда возбуждение производится невидимыми ближними ультрафиолетовыми лучами, люминесценция приходится на видимую область спектра и может быть любого цвета — от фиолетового до красного.

Спектральный состав излучения люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света: цвет свечения вещества определяется только составом вещества. Что же касается интенсивности свечения, она может зависеть от длины волны возбуждающего излучения. Это объясняется тем, что возбуждающий свет различных длин волн поглощается веществом неодинаково, а следовательно, вызывает и разный уровень люминесценции. Поэтому когда речь идет об обнаружении малых количеств вещества, приходится иметь дело с набором компонентов, состав которых не известен, желательно использовать источник возбуждения, излучающий ультрафиолетовые лучи в возможно более широком диапазоне длин волн; другое условие — применение источника, обладающего возможно более мощным излучением. Поскольку свечение вещества возникает за счет поглощения энергии возбуждаемого света, то, чем большее количество энергии поглощает единица объема люминесцирующего вещества, тем интенсивнее будет свечение. Как показывает практика люминесцентного анализа, среди люминесцирующих веществ наиболее часто встречаются такие, люминесценция которых хорошо возбуждается ближними ультрафиолетовыми лучами с длиной волны больше 300-320 нм

Источники ультрафиолетовых лучей и светофильтры. Для возбуждения фотолюминесценции желательно использовать такие источники света, в которых полезное излучение составляет большую долю. Наиболее полно этому условию отвечают газоразрядные лампы, среди которых широкое применение получили ртутные лампы, изготовленные в виде трубки или сферы из специального стекла или кварца.

В качестве источника длинноволнового ультрафиолетового излучения обычно применяют лампы высокого давления, рассчитанные на работу от сети переменного тока. Эксплуатация ламп производится с приборами включения и в арматуре заводского изготовления Такие лампы удобны, когда надо возбудить люминесценцию больших поверхностей. Основная часть энергии этих ламп сосредоточена в видимой и ближней ультрафиолетовых областях.

Лампы высокого давления дают линейчатый спектр, то есть излучают в нескольких спектральных областях при отсутствии излучения в промежутках. Первой интенсивной линией в ультрафиолетовой области является линия 366 нм, затем идут более слабая линия 334 нм, интенсивная, но узкая линия 313 нм и серия слабых линий в границах от 303 до 248 нм.

Лампы сверхвысокого давления, у которых около 45% энергии приходится на ультрафиолетовую область, в отличие от предыдущих дают сплошной спектр (фон), над которым поднимаются отдельные пики максимумов, соответствующие примерно линиям излучения ламп высокого давления.

Коротковолновое излучение можно получить и при помощи ламп низкого давления, свечение которых возникает за счет возбуждения люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность лампы. Такие лампы излучают в области 315-390 нм (максимум излучения 350 нм). Достоинством лампы является компактность, позволяющая использовать ее в разного рода переносных установках, работающих на постоянном токе или с небольшим дросселем от сети переменного тока. Интенсивность излучения лампы очень невелика, что позволяет вести с ее помощью только визуальное наблюдение.

В практике работы зарубежных музейных лабораторий популярностью пользуются лампы мощностью в 500 Вт, изготовленные из «черного» стекла. Благодаря стандартному цоколю эти лампы не требуют специальных монтировочных устройств. Получили широкое распространение и люминесцентные лампы-трубки. Изготовленные из того же стекла, они пропускают только ультрафиолетовую часть спектра. Будучи установленными по сторонам исследуемого произведения, эти лампы дают более равномерное освещение большой поверхности. Лампы-трубки имеют еще одно немаловажное преимущество: они работают без предварительного разогрева, и их можно включать сразу же после выключения, не делая перерыва для охлаждения, что значительно экономит время на операторскую работу.

Поскольку интенсивность свечения, вызываемого ультрафиолетовыми лучами, очень невелика и обнаружить его можно только в темноте, необходимо в процессе исследования исключить видимый свет рассмотренных источников ультрафиолетового излучения. Это легко осуществить с помощью специальных светофильтров, изготовленных из стекла, содержащего никель, кобальт и некоторые другие элементы. В ходе исследования светофильтр помещают между источниками света и объектом изучения. Наиболее удобны стандартные светофильтры марки УФС, предназначенные для выделения определенных зон ультрафиолетового спектра.

Наиболее широкое применение получило стекло марки УФС-3 (стекло, или фильтр Вуда). Лучший фильтр для зоны 390-320 нм, оно пропускает до 90 % излучения 366 нм и поглощает всю видимую область. Отечественная промышленность выпускает также фильтр УФС-6. Имея максимум пропускания в области 360 нм и выделяя ту же область 390-320 нм, он имеет лучшие оптические характеристики и технологические свойства. Стекло УФС-4 отличается от рассмотренных фильтров несколько большим поглощением в указанной области, но является более термостойким.

Так как в целом ряде случаев видимая люминесценция какой-либо наиболее интересной детали, например подписи, бывает очень слабой, даже незначительное количество пропускаемого стеклами УФС видимого фиолетового и красного света может оказать мешающее действие. Для улучшения условий наблюдения и фотофиксации в этих случаях используют дополнительные светофильтры, хорошо пропускающие лучи, соответствующие свечению интересующей детали и поглощающие фиолетовые и красные лучи, которые могут отражаться от объекта, забивая люминесценцию. Необходимо помнить, что такие фильтры сами не должны люминесцировать. Чтобы убедиться в этом, достаточно поместить выбранное стекло в зону действия источника ультрафиолетовых лучей.

Исследование живописи с помощью фильтрованных ультрафиолетовых лучей следует начинать через 5-10 минут после того, как в темном помещении включена лампа. Это время необходимо, чтобы лампа перешла в режим рабочего горения и чтобы глаза адаптировались в темноте. Если лампа сразу не включается, делают еще одно или несколько повторных включений. После того как лампу выключили, нельзя ее включать вновь, если она не остыла, на что требуется 10-15 минут. Включение неостывшей лампы может привести к ее порче.

Нужно помнить, что ультрафиолетовые лучи вредны для глаз. Достаточно несколько секунд посмотреть на открытую лампу (или закрытую светофильтром), чтобы получить воспаление, наступающее через несколько часов. Слабее действуют, но также вредны для глаз ультрафиолетовые лучи, отраженные от исследуемого предмета. Поэтому при работе с ультрафиолетовыми лучами желательно надевать очки с простыми или оптическими стеклами, значительно снижающими количество ультрафиолетовых лучей, попадающих в глаза.

Ультрафиолетовые лучи значительно повышают ионизацию воздуха, усиливая при этом выделение озона и окислов азота. Поэтому в помещении, где проводится работа с ультрафиолетовыми лучами, должен быть обеспечен усиленный обмен воздуха приточно-вытяжной вентиляцией. После окончания работы желательно активное проветривание рабочего помещения.

Как показали специальные исследования и почти вековая музейная практика работы с этим излучением, при этом не происходят ни ухудшения сохранности картин, ни изменения колорита.

Фотофиксация проводимых исследований. При анализе данных люминесцентного исследования нельзя полагаться лишь на субъективные оценки: наблюдения должны быть зафиксированы и выражены какими-либо объективными показателями. Только в этом случае можно сравнивать и сопоставлять между собой факты, отмеченные при изучении разных произведений. Характерным признаком видимой люминесценции является ее цвет. Однако визуальное определение цвета, как уже говорилось, крайне субъективно. Поэтому было бы целесообразным проведение спектрофотометрирования отдельных участков живописи, что позволило бы однозначно характеризовать окраску свечения. Из-за сложности снятия спектрофотометрических характеристик с большого количества разнородных участков, разбросанных на большой площади произведения, получил распространение менее точный, но более доступный способ фиксации люминесценции — ее фотографирование.

Видимая люминесценция фиксируется фотографически с помощью тех же фотокамер и на тех же фотоматериалах, которые используются при обычной черно-белой репродукционной съемке, поскольку люминесценция является видимым излучением. Однако при фотографировании необходимо соблюдать следующие условия. Из-за слабости свечения съемку нужно вести в темном помещении, а источник ультрафиолетового излучения должен быть экранирован одним из названных выше светофильтров, поглощающих всю видимую часть спектра. Так как не все попавшие на поверхность живописи ультрафиолетовые лучи ею поглощаются, часть их может, отразившись, попасть в объектив фотоаппарата и в силу значительно большей активности, чем свет люминесценции, отрицательно повлиять на качество негатива. Чтобы этого не случилось, перед объективом помещают фильтр, задерживающий ультрафиолетовые лучи, но беспрепятственно пропускающий свет люминесценции.

Для обычной съемки, без специального выделения люминесценции определенного цвета, рекомендуется использовать фильтры ЖС-4 толщиной 1,5-2 мм в комбинации с фильтром ЖС-11 или ЖС-12 толщиной 2-3 мм. Так как стекло ЖС-11 люминесцирует, его надо помещать после стекла ЖС-4 (то есть ближе к объективу). Правильный подбор заграждающих светофильтров имеет очень большое значение для выявления слабо различимых цветовых отличий люминесценции. При этом следует руководствоваться теми же правилами, что и при обычной фотографии. Как и во всех прочих случаях, при работе со светофильтрами желательно пользоваться каталогом цветного стекла, руководствуясь графиками, характеризующими их свойства.

Наводка на резкость и кадрирование изображения при съемке люминесценции ведутся по матовому стеклу в условиях естественного или искусственного освещения. После того как все подготовлено к съемке, исключают весь видимый свет и, если источники ультрафиолетового света находятся в рабочем состоянии, производят съемку.

Проявление негатива ведется в стандартном проявителе. При изготовлении фотоотпечатков нужно следить за тем, чтобы они правильно передавали характер свечения (рис. 61).

Если фотографируют целиком произведение или крупный фрагмент, его необходимо осветить двумя источниками света, расположенными на небольшом расстоянии от него (около 1 м) по обеим сторонам от фотоаппарата. При одностороннем освещении действие ультрафиолетовых лучей окажется слишком неравномерным и исказит характер свечения. Кроме того, осветители должны быть установлены таким образом, чтобы весь световой поток был направлен на фотографируемый объект и не попадал в объектив.

Экспозиция при съемке зависит от интенсивности люминесценции, чувствительности пленок, мощности источников ультрафиолетовых лучей, удаленности их от объекта съемки, фильтров на объективе. Обычно при фотографировании произведения среднего размера (1x0,7 м) с двумя ртутными лампами по 1000 Вт, находящимися на расстоянии 1-1,2 м от ближнего края картины, и фильтром УФС-6, на пленке чувствительностью 65 ед. ГОСТ, светофильтре на объективе ЖС-4 и диафрагме 22 экспозиция составляет 20-25 минут.

Нужно, однако, заметить, что съемка общего вида произведения не всегда бывает целесообразна. Как и в обычных условиях освещения, при съемке люминесценции гораздо эффективнее и богаче по информации оказываются макрофотографии или фотографии отдельных деталей.

Большую документальную ценность представляет цветная фотография люминесценции. Не говоря о том, что всю цветовую гамму свечения черно-белая фотография сводит к ахроматической шкале яркостей, некоторые участки, представляющие при визуальном наблюдении люминесценции достаточный контраст благодаря различию в цвете, на черно-белой фотографии могут оказаться практически трудно различимыми или вовсе неразличимыми. Источники света для возбуждения видимой люминесценции, их расположение по отношению к картине и увеолевые фильтры остаются теми же, что и при черно-белой съемке. Перед объективом фотокамеры целесообразнее поместить, чтобы не нарушать цветопередачу, бесцветное стекло БС-10 в комбинации со стеклом ЖС-3 или только стекло ЖС-3. Время экспозиции при съемке подбирается опытным путем. Как и при других видах фотосъемки, большое значение имеет цветное макрофотографирование деталей. На таких фотографиях цветные нюансы люминесценции воспринимаются значительно полнее.

Исследование в отраженных ультрафиолетовых лучах. Не все испускаемое источником ультрафиолетовое излучение поглощается исследуемой поверхностью и преобразуется в видимое свечение. Часть его отражается от объекта и может быть зафиксирована фотографически. Фотографирование живописи в отраженных ультрафиолетовых лучах является самостоятельным видом ее исследования, во многом дополняющим исследование в свете видимой люминесценции (рис. 62).

Для этой цели используют ту же пленку, что и для регистрации видимой люминесценции. Процесс фотографирования отличается от съемки видимой люминесценции лишь тем, что перед объективом фотокамеры помещают светофильтр, поглощающий весь видимый свет и пропускающий только ультрафиолетовые лучи. Источник света лучше не экранировать светофильтром, так как при этом неизбежно происходит ослабление ультрафиолетового излучения.

Наводка на резкость проводится при обычном освещении. Если фотографирование в ультрафиолетовых лучах осуществляется после фотографирования видимой люминесценции, никаких дополнительных манипуляций, кроме замены фильтра перед объективом и удаления фильтра с источника света, не требуется. Так как ультрафиолетовые лучи являются очень активными, экспозиция по сравнению с фотографированием в свете видимой люминесценции намного короче и составляет при описанных выше условиях съемки от 15 секунд до 1 минуты.

Разница в преломлении видимого света и ультрафиолетовых лучей не сказывается на резкости изображения даже при макросъемке. При достаточном диафрагмировании объектива (до 22) фотографии отличаются высокой степенью резкости изображаемых деталей. Использование обычных фотообъективов позволяет проводить подобные исследования только в зоне ближних ультрафиолетовых лучей. Поэтому целесообразнее всего при съемке пользоваться теми источниками света и светофильтрами, максимум излучения и пропускания которых лежит в этой области спектра. Более коротковолновые ультрафиолетовые лучи, отраженные от картины, не могут быть зафиксированы фотографически, так как они полностью поглощаются стеклянными линзами фотообъектива. Для работы в коротковолновой зоне требуются специальные объективы, изготовленные из кварца, однако такие объективы довольно дороги и труднодоступны для рядовой лаборатории.

Для того чтобы быть уверенным в чистоте исследования, осуществляемого с помощью ультрафиолетовых лучей, желательно все виды фотофиксации проводить с применением специальных индикаторов, представляющих собой небольшую алюминиевую пластинку с нанесенным на нее люминофором, закрепляемую на поверхности фотографируемого объекта в неответственном месте. Приемником отраженных ультрафиолетовых лучей кроме светочувствительных эмульсий могут служить электроннооптические преобразователи, имеющие сурьмяно- или кислородно-цезиевые катоды. Такие преобразователи обладают значительной чувствительностью в области 340-360 нм. При работе с этими приборами перед объективом помещают один из фильтров серии УФС, а поскольку фотокатод преобразователя обладает высокой чувствительностью к инфракрасной области спектра, целесообразно дополнительно поместить перед объективом фильтр СС-8, поглощающий часть этого излучения. Источник света используется тот же, что и при фотографировании в отраженных ультрафиолетовых лучах.

Ведущий научный сотрудник лаборатории обработки сенсорной информации Вадим Максимов, ведущий автор исследования, опубликованного в престижном британском журнале Proceedings of the Royal Society B , рассказал РИА Новости о том, в каких цветах видят мир птицы, рыбы, люди и насекомые.

Цвета, которых нет

Разных цветов на самом деле не существует — нет такого физического свойства. Красные, зеленые, синие предметы всего лишь отражают свет с немного разной длиной волны. Цвета "видит" уже наш мозг, получая сигнал от зрительных рецепторов, "настроенных" на определенную длину волны.

Способность различать цвета зависит от числа типов таких рецепторов в сетчатке глаза и их "настройки". Рецепторы, отвечающие за цветное зрение, называются колбочками, но существует также "черно-белый канал" — палочки. Они намного чувствительнее, благодаря им мы можем ориентироваться в сумерках, когда колбочки уже не работают. Но и различать цвета в это время мы не можем.

Что видят люди…

Большинство млекопитающих, в том числе собаки, обладают двумя типами колбочек — коротковолновыми (с максимумом чувствительности к излучению с длиной волны 420 нанометров) и длинноволновыми (550 нанометров). Однако у человека и у всех приматов Старого света три типа колбочек и «трехмерное» цветовое зрение. Колбочки человека настроены на 420, 530 и 560 нанометров — мы воспринимаем их как синий, зеленый и красный цвета.

"Но 2% мужчин — тоже дихроматы, их называют "цветнослепые". На самом деле они не цветнослепые, у них просто есть только два типа колбочек — коротковолновая и одна из двух длинноволновых. Они видят цвета, но хуже — не различают красный и зеленый. Это и есть дальтоники", — сказал Максимов.

Ненужное цветовое зрение

Зрение собак ученые исследовали с конце 19 века. В 1908 году ученик Павлова Леон Орбели, изучавший условные рефлексы у собак, доказал почти полное отсутствие цветового зрения у собак. Однако в середине 20 века американские ученые обнаружили, что у собак в сетчатке присутствуют два типа колбочек, "настроенных" на 429 и 555 нанометров, хотя и в небольшом числе — лишь 20% от общего числа фоторецепторов.

"Собаки могут видят цвета примерно так же, как дальтоники. Американцы, которые обнаружили приемники в сетчатке, видели, что собаку можно научить различать цвета. Но они все равно делали вывод, что в жизни собака скорее всего не использует цветовое зрение, поскольку собаки существенную часть жизни бодрствует в сумерки, когда колбочки не работают", — сказал Максимов.

Однако он и его коллеги в эксперименте смогли доказать, что собаки действительно не только технически способны различать цвета, но и использовать это умение в жизни. В эксперименте ученые помешали пищу в закрытой и непрозрачной для запахов коробке под листами бумаги, окрашенной в светло-синий, темно-синий, светло-желтый и темно-желтый цвета.

"А потом мы взяли и поменяли цветности этих листов. И вдруг оказалось, что собаки идут не на светлую, как раньше, а на темную бумагу, но с тем же цветом. Оказалось, что для нее важна не яркость, а цвет, то есть они не только могут различать цвета, но и пользуются этим на практике", — говорит ученый.

Четырехмерное зрение

Рекордсмены по цветному зрению — рыбы, птицы и рептилии. Большинство видов этих животных — тетрахроматы, в их сетчатке присутствуют четыре типа колбочек, а у тропических раков-богомолов — 16 типов приемников.

В частности, вьюрки обладают колбочками, настроенными на ультрафиолет (370 нанометров), синий (445 нанометров), зеленый (508 нанометров) и красный (565 нанометров) цвета. "При этом птицы плохо различают яркость. Черное от белого они отличают, но оттенки серого — отказываются. И их совсем нельзя научить, если стимулы отличаются не только яркостью, но и цветом. Они "цепляются" за цвет", — сказал Максимов.

Зато птицам доступен неведомый человеку ультрафиолетовый цвет. Максимов рассказал об экспериментах с полевыми воробьями, которых учили различать листы бумаги, выкрашенные мелом и цинковыми белилами в разные оттенки серого.

"Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а мел — нет. Для человека это одинаковый белый цвет. Приучаем птиц летать на цинковые светлые листы, потом "цинковую" бумажку делаем темной, а "меловую" делаем светлой. И видим, что птица летала на светлую бумажку, а теперь начинает летать на темную — именно потому, что она видит "ультрафиолетовый" цвет", — отметил собеседник агентства.

Предела нет

Строго говоря, никакой четкой границы видимости для рецепторов не существует, просто по мере удаления от "своей" длины волны, они становятся все менее и менее чувствительными, нужна все более высокая яркость, чтобы "разбудить" рецептор, говорит ученый.

"Когда экспериментируют со зрением, по мере движения в стороны от видимого диапазона чувствительность падает экспоненциально, но сколько вы не будете двигаться в инфракрасную или ультрафиолетовую область, она остается ненулевой", — отметил Максимов.

По его словам, в особых условиях, в абсолютной темноте и после долгой адаптации человек может увидеть "инфракрасный свет" — излучение, проходящее через специальное стекло, пропускающее длины волн больше 720 нанометров. Синие колбочки сетчатки человека "аппаратно" способны видеть ультрафиолетовое излучение — проблема в том, что роговица и хрусталик глаза его не пропускают.

"Бывает, что у человека по поводу катаракты вынимается хрусталики, в этом случае человек может видеть ультрафиолет. У нас был сотрудник, который видел разницу между двумя белилами — свинцовыми и цинковыми. Цинковые белила поглощают ультрафиолет, а свинцовые отражают", — сказал Максимов.

Влияние света солнца на человека трудно переоценить – под его действием в организме запускаются важнейшие физиологические и биохимические процессы. Солнечный спектр делится на инфракрасную и видимую части, а также на наиболее биологически активную ультрафиолетовую часть, которая оказывает большое влияние на все живые организмы на нашей планете. Ультрафиолетовое излучение – это невоспринимаемое человеческим глазом коротковолновая часть солнечного спектра, обладающая электромагнитным характером и фотохимической активностью .

Благодаря своим свойствам ультрафиолет успешно применяют в различных областях человеческой жизни. Широкое использование УФ-излучение получило в медицине, поскольку оно способно менять химическую структуру клеток и тканей, оказывая различное воздействие на человека.

Диапазон длин волн ультрафиолетового излучения

Основной источник УФ-излучения – солнце . Доля ультрафиолета в общем потоке солнечного света непостоянна. Она зависит от:

• времени суток;
• времени года;
• солнечной активности;
• географической широты;
• состояния атмосферы.

Несмотря на то, что небесное светило находится далеко от нас и его активность не всегда одинакова, до поверхности Земли доходит достаточное количество ультрафиолета. Но и это только его малая длинноволновая часть. Короткие волны поглощаются атмосферой на расстоянии около 50 км до поверхности нашей планеты.

Ультрафиолетовый диапазон спектра, который доходит до земной поверхности, условно делят по длине волны на:

• дальний (400 – 315 нм) – лучи УФ – А;
• средний (315 – 280 нм) – лучи УФ – В;
• ближний (280 – 100 нм) – лучи УФ – С.

Действие каждого УФ-диапазона на человеческий организм различно: чем меньше длина волны, тем глубже она проникает через кожные покровы . Этим законом и определяется положительное или негативное влияние ультрафиолетового излучения на организм человека.

УФ-излучение ближнего диапазона наиболее неблагоприятно сказывается на здоровье и несет в себе угрозу возникновения тяжелых заболеваний.

Лучи УФ — С должны рассеиваться в озоновом слое, но из-за плохой экологии доходят до поверхности земли. Ультрафиолетовые лучи диапазона А и В менее опасны, при строгом дозировании, излучение дальнего и среднего диапазона благоприятно воздействует на человеческий организм.

Искусственные источники ультрафиолетового излучения

Наиболее значимыми источниками УФ-волн, влияющими на организм человека, являются:

• бактерицидные лампы – источники волн УФ – С, используются для обеззараживания воды, воздуха или других объектов внешней среды;
• дуга промышленной сварки – источники всех волн диапазона солнечного спектра;
• эритемные люминесцентные лампы – источники УФ-волн диапазона А и В, применяющиеся для терапевтических целей и в соляриях;
• промышленные лампы – мощные источники ультрафиолетовых волн, использующиеся в производственных процессах для закрепления красок, чернил или отвердевания полимеров.

Характеристиками любой УФ-лампы являются мощность ее излучения, диапазон спектра волн, тип стекла, срок эксплуатации . От этих параметров зависит, насколько лампа будет полезна или вредна для человека.

Перед облучением ультрафиолетовыми волнами от искусственных источников для лечения или профилактики болезней следует проконсультироваться со специалистом для подбора необходимой и достаточной эритемной дозы, являющейся индивидуальной для каждого человека с учетом типа его кожи, возраста, имеющихся заболеваний.

Следует понимать, что ультрафиолет – это электромагнитное излучение, которое оказывает не только положительное влияние на организм человека.

Бактерицидная ультрафиолетовая лампа, применяемая для загара, принесет существенный вред, а не пользу для организма . Использовать искусственные источники УФ-излучения должен только профессионал, хорошо разбирающийся во всех нюансах подобных приборов.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Положительное влияние УФ-излучения на организм человека

Ультрафиолетовое излучение широко применяется в области современной медицины. И это не удивительно, ведь УФ-лучи производят болеутоляющий, успокаивающий, антирахитический и антиспастический эффекты . Под их влиянием происходит:

• формирование витамина D, необходимого для усвоения кальция, развития и укрепления костной ткани;
• понижение возбудимости нервных окончаний;
• повышение обмена веществ, поскольку вызывает активизацию ферментов;
• расширение сосудов и улучшение циркуляции крови;
• стимулирование выработки эндорфинов – «гормонов счастья»;
• увеличение скорости регенеративных процессов.

Благоприятное влияние ультрафиолетовых волн на организм человека выражается также в изменении его иммунобиологической реактивности – способности организма проявлять защитные функции в отношении возбудителей различных заболеваний. Строго дозированное ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку антител, благодаря чему повышается сопротивляемость человеческого организма к инфекциям.

Воздействие УФ-лучей на кожу вызывает реакцию – эритему (покраснение) . Происходит расширение сосудов, выражающееся гиперемией и отечностью. Образующиеся в коже продукты распада (гистамин и витамин D), поступают в кровь, что и вызывает общие изменения в организме при облучении УФ-волнами.

Степень развития эритемы зависит от:

• величины дозы ультрафиолета;
• диапазона ультрафиолетовых лучей;
• индивидуальной чувствительности.

При избыточном УФ-облучении пораженный участок кожи очень болезнен и отечен, возникает ожог с появлением волдыря и дальнейшим схождением эпителия.

Но ожоги кожных покровов – это далеко не самые серьезные последствия длительного воздействия ультрафиолетового излучения на человека. Неразумное использование УФ-лучей вызывает патологические изменения в организме.

Негативное влияние УФ-излучения на человека

Несмотря на важную роль в медицине, вред ультрафиолета на здоровье превосходит пользу . Большинство людей не способны точно контролировать лечебную дозу ультрафиолета и прибегать своевременно к методам защиты, поэтому нередко происходит его передозировка, отчего возникают следующие явления:

• появляются головные боли;
• температура тела повышается;
• быстрая утомляемость, апатия;
• нарушение памяти;
• учащенное сердцебиение ;
• снижение аппетита и тошнота.

Чрезмерный загар поражает кожные покровы, глаза и иммунную (защитную) систему. Ощущаемые и видимые последствия избыточного УФ-облучения (ожоги кожи и слизистой оболочки глаз, дерматиты и аллергические реакции) проходят в течение нескольких дней. Ультрафиолетовая радиация накапливается в течение длительного времени и вызывает весьма серьезные заболевания.

Влияние ультрафиолета на кожу

Красивый ровный загар – мечта каждого человека, особенно представительниц слабого пола. Но следует понимать, что клетки кожи темнеют под воздействием выделяющегося в них красящегося пигмента — меланина с целью защиты от дальнейшего облучения ультрафиолетом. Поэтому загар – это защитная реакция нашей кожи на повреждение ее клеток ультрафиолетовыми лучами . Но он не предохраняет кожные покровы от более серьезного влияния УФ-излучения:

1. Фотосенсибилизация – повышенная восприимчивость к ультрафиолету. Даже небольшая его доза вызывает сильное жжение, зуд и солнечный ожог кожных покровов. Часто это связано с использованием медикаментозных препаратов или употреблением косметических средств или некоторых продуктов питания.
2. Фотостарение. УФ-лучи спектра А проникают в глубокие слои кожи, повреждают структуру соединительной ткани, что приводит к разрушению коллагена, потере эластичности, к ранним морщинам.
3. Меланома – рак кожи . Заболевание развивается после частых и длительных пребываний на солнце. Под действием избыточной дозы ультрафиолета происходит появление злокачественных образований на коже или перерождение старых родинок в раковую опухоль.
4. Базальноклеточная и чешуйчатая карцинома – немеланомное раковое образование кожи, не приводит к летальному исходу, но требует удаления пораженных участков хирургическим путем. Замечено, что заболевание намного чаще возникает у людей, длительно работающих под открытым солнцем.

Любой дерматит или явления сенсибилизации кожных покровов под воздействием ультрафиолета являются провоцирующими факторами для развития онкологических заболеваний кожи.

Влияние УФ-волн на глаза

Ультрафиолетовые лучи, в зависимости от глубины проникновения, могут негативно отражаться и на состоянии глаз человека:

1. Фотоофтальмия и электроофтальмия. Выражается в покраснении и опухании слизистой оболочки глаз, слезотечении, светобоязни. Возникает при несоблюдении правил техники безопасности при работе со сварочным оборудованием или у людей, находящихся при ярком солнечном свете на покрытом снегом пространстве (снежная слепота).
2. Разрастание конъюнктивы глаза (птеригиум).
3. Катаракта (помутнение хрусталика глаза) — заболевание, возникающее в различной степени у преобладающего большинства людей к старости. Ее развитие связано с воздействием ультрафиолетового излучения на глаза, накапливающееся в течение жизни.

Избыток УФ-лучей может привести к различным формам раковых заболеваний глаз и век.

Влияние ультрафиолета на иммунную систему

Если дозированное применение УФ-излучения способствует повышению защитных сил организма, то избыточное воздействие ультрафиолета угнетает иммунную систему . Это было доказано в научных исследованиях ученых США на вирусе герпеса. Радиация ультрафиолета меняет активность клеток, отвечающих за иммунитет в организме, они не могут сдерживать размножение вирусов или бактерий, раковых клеток.

Основные меры безопасности и защиты от воздействия ультрафиолетового излучения

Чтобы избежать негативных последствий влияния УФ-лучей на кожные покровы, глаза и здоровье, каждому человеку необходима защита от ультрафиолетового излучения. При вынужденном длительном нахождении на солнце или на рабочем месте, подвергающемуся воздействию высоких доз ультрафиолетовых лучей, обязательно нужно выяснить в норме ли индекс УФ-излучения . На предприятиях для этого используется прибор под названием радиометр.

При подсчете индекса на метеорологических станциях учитывается:

• длина волн ультрафиолетового диапазона;
• концентрация озонового слоя;
• активность солнца и другие показатели.

УФ-индекс – это индикатор потенциального риска для организма человека в результате влияния на него дозы ультрафиолета. Значение индекса оценивается по шкале от 1 до 11+. Нормой УФ-индекса считается показатель не более 2 единиц.

При высоких значениях индекса (6 – 11+) повышается риск неблагоприятного воздействия на глаза и кожу человека, поэтому необходимо применять защитные меры.

1. Использовать солнцезащитные очки (специальные маски для сварщиков).
2. Под открытым солнцем следует обязательно носить головной убор (при очень высоком индексе – широкополую шляпу).
3. Носить одежду, закрывающую руки и ноги.
4. На непокрытые одеждой участки тела наносить солнцезащитный крем с фактором защиты не менее 30 .
5. Избегать нахождения на открытом, не защищенном от попадания солнечных лучей, пространстве в период с полудня до 16 часов.

Выполнение несложных правил безопасности позволит снизить вредность УФ-облучения для человека и избежать возникновения болезней, связанных с неблагоприятным влиянием ультрафиолета на его организм.

Кому облучение ультрафиолетом противопоказано

Следует быть острожными с воздействием ультрафиолетового излучения следующим категориям людей:

• с очень светлой и чувствительной кожей и альбиносам;
• детям и подросткам;
• тем, кто имеет много родимых пятен или невусов;
• страдающим системными или гинекологическими заболеваниями ;
• тем, у кого среди близких родственников наблюдались онкологические заболевания кожи;
• принимающим длительно некоторые лекарственные препараты (необходима консультация врача).

УФ-излучение таким людям противопоказано даже в малых дозах, степень защиты от солнечного света должна быть максимальной.

Влияние ультрафиолетового излучения на человеческий организм и его здоровье нельзя однозначно назвать положительным или отрицательным. Слишком много факторов следует учитывать при его воздействии на человека в разных условиях внешней среды и при излучении от различных источников. Главное, запомнить правило: любое воздействие ультрафиолета на человека должно быть минимальным до консультации со специалистом и строго дозировано согласно рекомендациям врача после осмотра и обследования.

Ультрафиолет — это часть спектра электромагнитного излучения, которая находится за границами нашего восприятия. Проще говоря — невидимое излучение. Но не совсем. Видимый нами свет ограничен длинами волн от 380 нм до 780 нм (нанометров). Длина волн ультрафиолета или ультрафиолетового излучения лежит в диапазоне от 10 нм до 400 нм. Получается, что все-таки мы можем видеть ультрафиолет — но только его малую часть, находящуюся в небольшом промежутке между 380 и 400 нм.

Все. Сухие факты закончились, начинаются факты интересные. Дело в том, что это еле видимое излучение на самом деле играет огромную роль не только в биосфере (об этом мы обязательно расскажем отдельно), но и в освещении. Проще говоря, ультрафиолет помогает нам видеть.

Ультрафиолет и освещение

Основное применение ультрафиолет нашел в светильниках. Электрические разряды заставляют светиться газ внутри люминесцентной лампы (или компактной люминесцентной лампы) в ультрафиолетовом диапазоне. Для того чтобы получить видимый свет , на стенки лампы наносится специальное покрытие из материала, который будет флуоресцировать — то есть светиться в видимом диапазоне — под воздействием ультрафиолетового излучения. Такой материал называется люминофором, и производители постоянно работают над улучшением его состава, чтобы повысить качество получаемого видимого света. Именно поэтому на сегодняшний день мы имеем неплохой выбор люминесцентных ламп, которые не только выигрывают у обычных ламп накаливания в энергоэффективности, но и производят достаточно приятный для глаза свет практически полного спектра.

Какие еще могут быть применения у ультрафиолета?

Существует целый ряд материалов, способных светиться в ультрафиолете. Эта способность называется флуоресценцией — ей обладают многие органические вещества. Кроме нее существует и так называемая фосфоресценция — ее отличие в том, что вещество испускает свет с более низкой интенсивностью, но продолжает светиться еще некоторое время (часто довольно длительное — до нескольких часов) после прекращения воздействия на него ультрафиолетового излучения. Эти свойства активно используются при изготовлении различных «светящихся в темноте» предметов и украшений.