Биологическое действие света

Механизм действия света.

Биологическое действие света чрезвычайно многообразно. Общеизвестно влияние света на процессы, связанные с жизнью растений. Велико влияние света на такие процессы, как цветение, образование листьев, созревание плодов, образование хлорофилла, ассимиляция растениям углекислоты. Наряду с растительным миром, свет оказывает мощное действие на животных, благотворно влияет на процессы роста, развития и обмена веществ. Доказана возможность активации партеногенетического развития яиц морских животных под влиянием ультрафиолетовых лучей. Твердо установлено бактерицидное действие света, целебное действие его при рахите и т. д.

В чём же сущность действия света?

Ответить на этот вопрос - значит вскрыть механизм действия этого мощного физического фактора, вскрыть во всех деталях последовательность и связь явлений, происходящих в животном организме под действием света, объяснить физико-химическую сущность физиологических реакций организма на свет.

Лучистая энергия, поглощенная биологическим объектом, в частности, организмом человека, превращается в другие виды энергии. Часть световой радиации (главным образом длинноволновой) превращается в теплоту. Под влиянием последней в тканях происходит ускорение физико-химических процессов, что сказывается в повышении тканевого и общего обмена. Другая часть радиации (в основном это относится к коротковолновой, главным образом ультрафиолетовой, области спектра), поглощаясь тканями, вызывает в них явление фотоэлектрического эффекта.

Открывающиеся под действием света электроны в тех случаях, когда атомы или молекулы расположены поверхностно, уходят в окружающее пространство. Вырванные же из глубоких тканей электроны задерживаются тканями.

Отщепленные при фотоэлектрическом эффекте и появляющиеся положительные ионы влекут за собой изменение «ионной конъюнктуры» в клетках и тканях, а следовательно, и изменение электрических свойств коллоидов, входящих в состав этих клеток и тканей.

Изменение заряда коллоидов быстро сказывается на их дисперсности. Жизнедеятельность же клеток и тканей тесно связано с состоянием дисперсности их коллоидов.

Примером изменения агрегатного состояния биоколлоидов под действием света является повышение проницаемости клеточной мембраны при облучении ультрафиолетовыми лучами, установленное в опытах на растительных и животных клетках, в частности, на коже человека. Изменение же проницаемости оболочки влечет за собой изменение функций обмена между клеткой и окружающей ее средой.

Наряду с непосредственным действием световой радиации, на биологические процессы оказывает влияние, так называемое вторичное излучение.

Сущность этого явления заключается в следующем. Движущийся электрон создаёт вокруг себя электромагнитное поле. Неожиданно быстрое торможение летящего отдельно электрона сопровождается испусканием в окружающее пространство электромагнитной волны, очень короткой по длине (зависящей от характера исчезновения поля). Лучи света, падающие, например, на кожу человека, проникают на глубину, значительно большую, чем толщина слоя, из которого электроны могут выйти наружу.

Вырванные из глубины электроны задерживаются тканями, то есть происходит торможение электронов, вследствие чего в окружающем пространстве возникают электромагнитные волны (вторичное излучение).

Биологическое действие света находится в тесной зависимости от спектрального состава светового потока, применяемого для облучения.

Так, например, И. И. Шиманко установил антагонистическое действие инфракрасных и ультрафиолетовых лучей: при освещении кожи ультрафиолетовыми лучами реакции ее на введение туберкулина снижается; при одновременном же облучение инфракрасными лучами действие ультрафиолетовых лучей тормозится.

Г. С.  Варшавер, И. А. Пионтковский и Т. Н. Промтова показали различные изменения процессов тканевого дыхания кожного эпителия, различный характер биологических активных веществ, возникающих в коже, в зависимости от воздействия ультрафиолетовых лучей разной длины волны. Ландау-Тылкина также показала, что под влиянием длинноволновых ультрафиолетовых лучей в коже имеет место образования веществ, диффундируют их в соседние участки а также в кровяное русло. Характер сосудистых изменений под влиянием длинноволновых и коротковолновых ультрафиолетовых лучей различен.

Митогенетические лучи.

Схема механизма действия света тесно связана с так называемыми митогенетическими лучами, т. е. ультрафиолетовыми лучами с длиной волны λ=290-180 mμ (по Гурвичу), возникающими в организме при окислительных, гликолитических и протеолитических процессах.

Под действием света, главным образом ультрафиолетовой части, в организме наблюдается биохимические процессы, сопровождающиеся митогенетическим излучением. Опыты В. Н. Замараева и Е. И. Пасынкова показали, что под влиянием ультрафиолетовых лучей повышается  митогенетическое излучение  крови  облученного животного. С внутренней поверхности кожи, подвергнувшейся   ультрафиолетовому облучению, появляется  митогенетическое излучение.

Таким образом, под внешним воздействием света часть поглощенной радиации может служить источником вторичного излучения, которое оказывает влияние на соседние, более глубокие слои тканей, а благодаря крови - на отдаленные от места облучения участки.

Фотосенсибилизация.

Уяснению механизма действия света немало способствовало открытие и изучение явления фотосенсибилизации, играющей значительную роль и в фотобиологических процессах. Явление это заключается в способности некоторых веществ повышать чувствительность к свету. Таким фотодинамическим действием обладает ряд красящих веществ:  эозин, эритрозин, метиленблау и др. Такую же роль играет хлорофилл (в растениях) и порфирины (в животном организме). Примером фотосенсибилизации может служить следующий опыт. К взвеси бактерий, инфузорий или эритроцитов прибавляют какое-нибудь фотодинамическое красящее вещество. Пока эти взвеси остаются темноте, вещество не оказывает никакого действия. Если взвеси выставить на свет, бактерии и инфузории быстро погибнут, а эритроциты гемолизируются.

При введение такого вещества под кожу животным с белой шерстью на свету у них развивается воспаление кожи, конъюнктивы глаз, веки склеиваются, чешутся, появляется одышка, нарастающая слабость, и животное гибнет в судорогах. На ярком свету явления могут развиваться настолько быстро, что «смерть от света» наступает в течение нескольких минут. Животные же с черной шерстью на свету, также как животные с белой шерстью, находящийся в темноте остаются совершенно здоровыми.

Сильным фотосенсибилизатором является гематопорфирин - дериват гемоглобина. Иллюстрацией фотодинамического действия гематопорфирина служит следующий опыт.

Человеку было введено под кожу 0,2 гематопорфирина, после чего его подвергли действию света. Уже через несколько часов после впрыскивания обнаружилась такая высокая чувствительность кожи к свету, что потребовалась большая осторожность при проведении опыта. После 45 минутного облучения предплечья светом дуговой лампы на коже образовался плотный болезненный инфильтрат с геморрагиями в центре, с отечностью в окружности. В дальнейшем на месте инфильтрата появился некроз тканей - образовалась глубокая язва, которая зарубцевалась лишь через несколько недель. После кратковременного пребывания на солнце на коже лица и рук отмечен зуд, краснота, отечность; наряду с этим, наблюдалось плохое самочувствие, головная боль, потеря аппетита. Явления эти держались около недели и постепенно исчезали в темной комнате. В дальнейшем на месте припухлости началось шелушение кожи. На закрытых одеждой участках тела изменения не отмечалось. Повышенная чувствительность к свету держалась в течение 6 недель.

Явление фотосенсибилизации имеет общее биологическое значение, так как фотодинамические вещества находят среди продуктов обмена веществ. Фотодинамически действующие порфирины всегда имеются в крови в виде следов. Сущность действия фотодинамических веществ сводится к процессам окисления. Под действием света происходит образование из этих веществ пероксидов которые и  обуславливают  процессы окисления.