RADIATIILE NEIONIZANTE - radiatiile ultraviolete ( RUV ), radiatiile optice

RADIATIILE NEIONIZANTE

Radiatiile electromagnetice neionizante transfera la locul de absorbtie energie mult mai mica, comparativ cu cele ionizante, de aceea realizeaza doar o deplasare a electronilor de pe nivele energetice de baza, pe nivele mai ridicate, rezultand o excitare a atomilor. Efectele biologice scad ca importanta cu cresterea lungimilor de unda. Termenul de radiatii neionizante include pe langa radiatiile electromagnetice si ultrasunetele. Dintre acestea omul percepe radiatia luminoasa si pe cele calorice.

Exista foarte multe procedee si aparate care utilizeaza sau emit radiatii neionizante (industrie, telecomunicatii, medicina, cercetare, educatie, sau de uz casnic), crescand numarul expusilor profesional si al populatiei generale.

1. Radiatiile ultraviolete ( RUV )

Radiatiile ultraviolete prezinta cea mai mare energie fotonica, dar au o putere de penetrare foarte mica, efectele biologice fiind dintre cele mai variate, dar la nivelul tesuturilor superficiale.

Spectrul radiatiilor UV este situat intre radiatiile ionizante si luminoase (10-400 nm), efectul lor predominant fiind cel fotochimic. Cele cu lungimi de unda sub 100 nm au o energie fotochimica de 12,4 eV apropiata de cele mai mici valori energetice ale radiatiilor ionizante. Spectrul RUV este subdivizat in functie de efectul lor predominant in :

RUV - A 400 - 315 nm ( lumina neagra ), efect pigmentogen,

RUV - B 315 -280 nm, efect eritematogen,

RUV - C 280 -100 nm, efect bactericid.

Radiatiile sub 190 nm sunt cele absorbite de aer si in principiu nu au efecte biologice.

Surse:

Radiatia UV solara integrala ar fi probabil mortala pentru organismele vii, daca nu ar fi retinuta de stratul de ozon, in cea mai mare parte. Intensitatea RUV ajunsa la nivel terestru depinde de: grosimea stratului de ozon, altitudine, latitudine, perioada din zi si an. Ozonul este un produs fotochimic al RUV sub 240 nm, concentratia lui fiind in functie de raportul dintre producerea si distructia lui realizata de compusi de tipul clor fluorocarbonati (freoni), folositi ca agenti propulsori, in refrigerare, producerea de spuma antiincendii, etc). Reducerea stratului de ozon este urmata de cresterea UV-B cu importante implicatii biologice, cum ar fi cresterea incidentei cancerului de piele. Se estimeaza ca pentru o reducere cu 1% a stratului de ozon creste incidenta epiteliomului bazo-celular cu 3%, iar a epiteliomului malpighian cu circa 5% (nu se stie exact influenta asupra frecventei de aparitie a melanomului malign).

Surse artificiale: lampi incandescente, arcul de sudura, lampi fluorescente, laseri, etc (orice corp cu temperatura peste 2500 K poate emite RUV).

Efectele  biologice au la baza reactii fotochimice, care constau in excitarea unui electron. Absorbantii cei mai importanti ai RUV sunt proteinele si acizii nucleici. Pirimidina din acizii nucleici si amino acizii aromatici din proteine sunt situsurile cele mai sensibile. Vitamina E, carotenul si acidul ascorbic neutralizeaza acest efect.

Efectele non stocastice (deterministice)

Gravitatea acestor efecte este in functie de doza, deci sunt efecte cu prag in special la nivelul pielii si ochilor, exceptional in cavitatea bucala.

Pielea

Efectele care apar imediat dupa expunerea la RUV constau in: activarea pigmentului melanic, aparitia eritemului, producerea si migrarea la suprafata a granulelor de melanina, alterarea cresterii celulelor epidermice.

Pigmentatia rapida este produsa de RUV-A, cu lungimi de unda mari de 360-400nm si are la baza reactii fotocatalitice de activare a melaninei deja existenta in forma inactiva la nivelul celulelor melanoblaste si melanocite din stratul bazal al dermului. Apoi melanina este mobilizata de celulele melanofore in straturile superficiale ale pielii. Aceste fenomene apar in 5-10 minute de la expunere, dureaza maximum 36 de ore si de cele mai multe ori pigmentarea nu este precedata de  eritem.

Eritemul reprezinta reactia vasculara a pielii determinata de RUV-B si consta in vasodilatatie, accelerarea fluxului sanguin si cresterea permeabilitatii vasculare cu aparitia unui exudat cu leucocite neutrofile sau in cazuri grave aparitia de vezicule. Eritemul are la baza doua mecanisme vasculare: unul prin stimulare directa si altul indirect prin difuziunea substantelor active de tipul prostaglandinelor. Eritemul apare cu o latenta de 1-6 ore si dureaza mai multe zile. Cu cat intensitatea RUV este mai mare cu atat perioada de latenta fata de aparitia eritemului este mai mica si are o durata mai mare.

Doza minima eritematogena (DEM) depinde de proprietatile RUV, grosimea stratului epidermic si de pigmentarea lui, precum si de zona expusa. Pentru un individ de rasa alba, fara o expunere anterioara apropiata, DEM pentru europeni cu mai putin pigment, pentru zona toracelui este de 200 J/m²  in iradierea in spectrul B si creste la 2x 10⁵ J/m² pentru RUV-A.

Pigmentatia de durata apare la un spectru de actiune apropiat de cel eritematogen si are la baza o sinteza de pigment si dispersia in celulele invecinate a granulelor de pigment. Apare cu o latenta de cateva zile de la expunere, de obicei este precedat de eritem si dureaza cateva luni, pana la un an de zile. Eritemul este mai intens cand expunerea se produce la lungimi de unda mai mici apropiate de spectrul RUV-B.

Pigmentatia trebuie considerata ca o reactie de aparare a pielii fata de agresiunea solara, destul de limitata deoarece in timp pot sa apara o serie de efecte tardive.

RUV influenteaza si diviziunea celulelor cutanate, imediat dupa expunere diviziunea se opreste 24 de ore, ca apoi sa se accelereze cu un maxim la 72 ore, iar dupa 5-6 zile pielea se descuameaza.

Efectele tardive

Dupa expuneri de ani de zile la radiatia solara dermul isi pierde elasticitatea prin degradarea fibrelor de colagen. Pielea devine ridata avand un aspect de piele imbatrinita precoce. Epidermul prezinta de asemenea elemente de cheratoza actinica prin perturbarea generala a cresterii celulelor epiteliale, aparand si celule atipice, aceste leziuni fiind considerate precanceroase.

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

Ochiul

Principalele efecte apar dupa 2-24 ore de la expunere si constau in:fotoconjunctivita cu senzatie de corp strain, hipersecretie lacrimala, secretie conjunctivala, fotofobie, blefarospasm. Simptomele dureaza 1-5 zile fara sechele. RUV-C in special (deci cu lungimi de unda mai mici)  dar si B, A, cu eficacitate mult mai mica pot produce leziuni de fotocheratita (sensibilitatea maxima a corneei fiind intre 270-290 nm).

Este posibila si producerea cataractei prin reactie fotochimica asupra triptofanului, care se transforma in pigment brun si apare cataracta bruna.

Fotosensibilizarea chimica este rezultatul interactiunii dintre RUV-A si radiatiile  luminoase cu substante chimice cu greutate moleculara relativ mica rezultand reactii fototoxice sau fotoalergice (prezentate la efectele radiatiilor luminoase).

Efecte imunologice

Experimental s-a demonstrat ca expunerea la RUV-B reduce reactiile sensibilitatii de contact, numarul si functiile celulelor Langerhans in piele.

Efecte stochastice

Aceste efecte se refera la probabilitatea aparitiei cancerului de piele. Sunt trei tipuri de cancer: epiteliomul bazocelular, malpighian si melanomul malign. Datele sunt suficiente pentru primul tip, satisfacatoare pentru tipul doi si mai putin concludente  pentru melanomul malign. Clinic si epidemiologic s-a dovedit ca frecventa este mai mare la persoanele cu o pigmentare mai slaba. Albinismul pigmentar (xeroderma pigmentosum), prin deficienta mecanismelor reparatorii ale ADN, precum si utilizarea imunosupresoarelor, cresc riscul fata de cancerul de piele.

S-a  dovedit experimental ca RUV-B cu lungimi de unda 280-320 nm sunt implicate in cancerogeneza.

La nivelul ochilor nu sunt date suficiente fata de producerea melanoamelor sau hemangioendotelioame.

Protectia fata de RUV trebuie sa aiba in vedere persoanele cu o expunere mare: muncitorii care lucreaza in aer liber, in industrie la arcul de sudura, dezinfectie si sterilizare cu RUV, cosmetica, dar si supraexpunerea la soare in timpul vacantelor.

Radiatiile ultra violete avand putere mica de penetrare sunt retinute de vestimentatia din tesaturi naturale, cele sintetice lasand sa treaca aceste radiatii. Se pot aplica si substante antisolare ( cu acid p- aminobenzoic, beta caroten, acid retinoic, etc). Sudorii trebuie sa poarte masca de protectie.

Efecte metabolice

In afara efectelor patogene amintite este cunoscut efectul RUV de stimulare a metabolismului, intensificand oxidarile celulare. Este stimulata functia tiroidiana, a corticosuprarenalei, hematopoeza. Efectul major al RUV-B consta in sinteza vitaminei D₃ in piele prin activarea fotochimica a 7-dehidro colesterolului si D2 (ergocalciferol) prin iradierea ergosterolului. Pentru asigurarea necesarului zilnic de vitamina D_3, de 400 UI trebuie ca prin expunerea permanenta a fetei, gatului si mainilor organismul sa primeasca o doza de 60 DEM/an.

O alta ratiune pentru care organismul trebuie expus anual la ultraviolete, dupa sezonul rece este de a mentine o toleranta a pielii, care neexpusa foarte mult timp este supusa riscului fotodermatozelor.

2. Radiatiile optice

Lungimile de unda ale acestor radiatii sunt cuprinse intr-un spectru foarte larg deoarece sunt incluse: RUV-A, radiatiile luminoase, infrarosii de tip B si undele laser.

Surse

Principala sursa este cea solara, la care se adauga sursele artificiale de lumina incandescenta sau fluorescenta, precum si surse de natura biologica (emisia de lumina isi are originea in reactii chimice ce se  produc la unele specii de nevertebrate si vertebrate).De altfel orice corp cu temperatura peste 600 C emite si radiatii luminoase. Lumina in cadrul ecosistemelor naturale indeplineste doua functii importante: informationala si energetica. Astfel, perceperea culorilor, a formelor, distantelor, realizate prin simtul vazului asigura dezvoltarea unor corelatii cu multiple semnificatii. Functia energetica are importanta pentru intreaga planeta. Cantitatea de energie solara, care patrunde in straturile superioare ale atmosferei este de 2 calorii/cm²/min. In functie de vaporii de apa si gradul de poluare a aerului, cantitatea de energie ajunsa pe sol variaza de la o zona geografica la alta (in functie de pozitia Pamantului fata de Soare).

Stratul de ozon stratosferic existent la aproximativ 30 Km in jurul Pamantului retine radiatia solara cu lungimi de unda sub 200 nm, precum si unele lungimi de unda ale spectrului vizibil, in jur de 600 nm. De asemenea, vaporii de apa si CO₂ din aer absorb o parte din radiatiile infrarosii. Radiatia solara, ajunsa la suprafata Pamantului este 2% RUV, 45% radiatii vizibile si 53% infrarosii.

Efectele biologice ale radiatiilor luminoase au la baza procese fotochimice, care rezulta in urma absortiei unui foton de catre o molecula.

Efecte asupra ochilor

Lumina impresioneaza retina dand senzatia de vedere. Spectrul vizibil este format din 7 culori fundamentale: violet, indigo, albastru, verde, galben, portocaliu, rosu, fiecare din ele corespunzand unei lungimi de unda. Energia luminoasa necesara producerii unei excitatii a celulelor fotoreceptoare depinde de diametrul pupilei, durata de actiune, zona retiniana excitata. Modificarile fotochimice constau in stimularea unor reactii ale substantelor fotosensibile (pigmentii vizuali-rodopsina si iodopsina), care se descompun la lumina si se refac la intuneric.

In conditiile expunerii la un nivel de iluminat necorespunzator apar o serie de alterari ale funcaiei vizuale. Astfel se stie ca functia vizuala normala se desfasoara la un nivel de iluminare intre 0,01- 100000 lucsi. Lumina excesiva poate determina:

fototraumatismul retinian

retinita actinica

Iluminatul insuficient poate fii factor de risc in miopie, pe fondul existentei unui defect genetic, datorita eforturilor de acomodare. De asemenea instalarea presbiopsiei in aceste conditii se face mai devreme.

Oricum primul semn care apare in conditii de iluminat necorespunzator este oboseala vizuala, care se manifesta cu: hipersecretie lacrimala, senzatia de usturime a ochilor, cefalee, ameteli, scaderea randamentului intelectual. Este cunoscut de asemenea si fenomenul stroboscopic ce apare cand imaginile se proiecteaza cu o viteza apropiata de frecventa critica de fuziune, ducand la deformarea imaginilor, in conditiile unui iluminat fluorescent incorect reglat.

Efecte asupra tegumentelor - fotosensibilizarea chimica

In cadrul acestor efecte energia este absorbita de fotosensibilizatori (substante cu greutate moleculara mica) ce se intilnesc in celule,  care transfera aceasta energie unei celule tinta, avand oxigenul drept mediator. Cand tinta este ADN-ul leziunile sunt severe.

Substante fotosensibile pot fi exogene (gudroane, smoala, bitum, asfalt, cosmetice, extracte de plante, medicamente) sau endogene (porfirine, produsi indolici). Aceste reactii cutanate sunt cunoscute sub numele de fotodermatoze sau lucite.

Fototoxicitatea este o reactie care apare in mod obisnuit la orice persoana expusa la o iradiere cutanata cu o energie suficienta si de o anumita lungime de unda, in prezenta unei substante fotosensibile.

In forma acuta leziunile apar doar pe zona expusa la soare ca o arsura severa cu eritem, vezicule, ce dispar la citeva zile dupa expunere.

In forma cronica pot sa apara si reactii fotoalergice, deoarece substanta modificata fotochimic se poate cupla cu proteine, devenind alergena. Leziunile de tip urticarian sau eczematos pot depasi zona expusa. La marinari, agricultori, pescari poate sa apara si o pigmentare in pete cu hiperkeratoza si descuamare cu evolutie spre atrofia pielii, telangiectazii, care sunt leziuni precanceroase.

Fotoalergia depinde de o reactivitate exagerata a individului determinata de o hipersensibilitate (fie de tip antigen-anticorp, fie mediata celular) la o substanta.

Fotosensibilizarea este rezultatul combinat al actiunii radiatiilor luminoase si ultraviolete cu o substanta chimica, si se manifesta clinic sub forma de urticarie imediata, reactii papuloase, eczematoase, determinand o crestere a sensibilitatii la lumina, chiar in absenta sensibilizatorului. Psoralenii sunt de asemenea, substante fotosensibile care se pot lega de ADN la nivelul timinei si citozinei, rezultand radicali covalenti cu afectare serioasa a ADN-ului. Aceste substante pot favoriza producerea cataractei, iar chlorpromazina poate avea efecte asupra retinei.

3. Radiatiile infrarosii (RIR)

Radiatiile infrarosii reprezinta acea portiune a spectrului electromagnetic a carei absorbtie provoaca efecte termice. Lungimile de unda sunt cuprinse intre 0,78-1000 mm, dar si portiuni ale sectrului ultraviolet si luminos pot emite radiatii infrarosii. Spectrul RIR este subdivizat in trei benzi cu semnificatie biologica:

RI-A (0,78-1,4 mm)

RI-B (1,4-3 mm)

RI-C (3-1000 mm)

Orice corp cu temperatura mai mare de zero absolut poate emite radiatii infrarosii. Ca orice radiatie electromagnetica poseda toate proprietatile luminii (reflectie, refractie, propagare, absortie).

Surse

Principala sursa naturala este cea solara, avand un flux energetic la limita atmosferei terestre in jur de 1,35 kw/m², jumatate fiind in infrarosu. Sursele artificiale sunt reprede lampi incandescente, fluorescente, flacara, radiatoare. In industriale se creaza numeroase tipuri de expunere (operatori laseri in infrarosu, topitori, pompieri, sticlari, etc.).

Efecte biologice

Radiatiile infrarosii reprezinta o componenta importanta a microclimatului, in mod obisnuit spectrul infrarosu indepartat fiind sinonim cu radiatia calorica. Expunerea profesionala la microclimat excesiv de cald reprezinta o stare de stres termic.

Riscuri oculare

In general ochiul are o cpacitate mult mai mare de a se proteja fata de radiatiile infrosii comparativ cu pielea. Este vorba de reflexul pupilar si clipitul care limiteza expunerea la energie a ochiului, aceast lucru este posibil doar daca exista concomitent si radiatia luminoasa. Exista expuneri profesionale la surse industriale de RIR care nu sunt insotite de lumina intensa si in acest caz mecanismele reflexe nu se produc. Ochiul de asemenea are proprietatea de a focaliza radiatiile determinand o crestere considerabila a energiei.

Efecte asupra corneei – terminatiile nervoase ale corneei sunt foarte sensibile la cresteri usaoare ale temperaturii; astfel la 45 C apare o reactie dureroasa intr-o fractiune de secunda.

Efecte asupra cristalinului – cristalinul este un mediu optic transparent fara vascularizatie si inervatie, dar cu un metabolism foarte activ. Transparenta sa scade progresiv cu varsta, iar metabolismul este influientat de infalmatii, traumatisme si absortia diverselor radiatii electromagnetice. Multe studii au prezentat cazuri de catarcta la muncitorii din industria sticlei, topitorii, datorita expunerii indelungate la radiatii infrarosii.

Efecte asupra retinei -  este foarte greu de a delimita efectele RIR asupra retinei fata de cele ale spectrului vizibil.

Riscurile cutanate

Pielea reprezinta 4% din greutatea corpului cu o suprafata de 1,6-2 m², indeplinind functii complexe: protectie, excretie, sensibilitate, mentinerea echilibrului hidro-electrolitic si a temperaturii corpului.

Radiatiile sunt reflectate si absorbite in functie de lungimile de unda, capacitatea maxima de reflexie fiind prezenta la 0,7-1,2 mm, iar cele cu lungimi de unda de 1,1-1,2 ajung pana la derm.

Expunerea excesiva la RIR produce arsuri, vasodilatatia arteriolelor si o accentuare graduala a pigmentatiei prin expunere cronica. Aspectul pseudo-eritematos prezent la anumite grupuri profesionale (sticlari, topitori), expusi la RIR de inalta intensitate, poate fii considerat ca un efect cronic. Durerea apare la o temperatura cutanata de 44,5 ± 1,3s C, sub aceasta temperatura aparand eritemul.

Alte efecte: rinite, hiperplazia mucoaselor, polipi, laringite, sinuzite cronice, scaderea temporara a numarului de spermatozoizi, aderente intestinale post operatorii.

Ca masuri de protectie sunt ecranele din aluminiu in fata surselor, ochelari de protectie.

4. Radiofrecvente (300 KHz-300 GHz)

Nivelul natural al lor in mediu este foarte mic. Acest domeniu al spectrului electromagnetic are diverse utilitati in activitatea umana: comunicatii, navigatie, industrie, medicina, fiind vorba de o expunere profesionala, dar si a populatiei generale. Ca toate formele de energie, energia electromagnetica poate interfera cu sisteme biologice, iar rezultatul poate fii fara urmari, sa creeze leziuni sau sa fie benefica organismului.

Surse

Emitatori radio-TV, radarul pentru controlul traficului aerian, radare meteo, statii terestre de legatura cu satelitii. Acestea sunt surse de mare putere, peste 1 KW/mp. Sursele de putere usoare (sub 10 mW/mp) sunt reprezentate de rdare de politie, relee de microunde pentru comunicatii telefonice si TV prin cablu. Aceste relee sunt amplasate pe cladiri inalte si fascicolele lor principale sunt foarte bine supravegheate. In cuptoarele cu microunde energia este asemanatoare si nu emite radiatii. Tehnologia utilizata nu permite evitarea pierderilor de energie in totalitate, totusi expunerea este foarte mica (pentru un cuptor de 50 W/m² la distanta de 30 cm puterea este de 15 w/m², iar la 1m este de 0,1 w/mp).

Expunerea medicala - campurile electromagnetice sunt utilizate in diatermie. Recent sunt utilizate in hipertermia pentru tratamentul cancerului, in imagistica prin rezonanta magnetica cu frcvente intre 6-100 MHz.

Efecte biologice: efecte termice cutanate, opacifierea cristalinului, modificari ale functiei de termoreglare, efecte auditive (perceperea sub forma de sunete a acestor frecvente).

La persoanele expuse profesional (la microunde si radaristi) poate aparea: sindrom neuro-astenic (cefalee, tulburari de somn, astenie, scaderea libidoului, tulburari cardio-vasculare-bradicardie, scaderea tensiunii arteriale; tulburari de memorie).

5. Expunerea la campuri electrice si magnetice cu frecvente extrem de joase (30-300Hz)

Cresterea rapida si diversitatea de utilizare a energiei electrice in viata de zi cu zi a dus la cresterea campului electro - magnetic de cateva ori in ultimul secol.

Surse: campul electric atmosferic la nivelul solului este de aproximativ 130V/m si este orientat vertical de sus in jos, determinat de activitatea vanturilor, furtuna, atingand valori de 100 KV/m in timpul furtunilor.

Sursele artificiale sunt reprezentate de producerea, trasportul si distributia electricitatii.

Date privind efectele biologice sunt insuficient studiate (vibratia sistemului pilos, stimulare neuronala).

6. Ultrasunetele

Sunt un ansamblu de vibratii mecanice, care depasesc capacitatea de perceptie auditiva. Sunt folosite in diagnosticul medical (2-10 MHz) in ecografie, Doppler - pentru masurarea vitezei fluxului sanguin, terapie cu ultrasunete, iar in oftalmologie maxim 20 MHz. Fizioterapia cu ultrasunete urmareste stimularea circulatiei capilare, atenuarea durerilor musculare, accelerarea regenerarii tesuturilor. Chirurgia cu ultrasunete se foloseste cu succes in tratamentul glaucomului, dezintegrarea calculilor renali.

Efectele biologice sunt studiate experimental (liza celulara, alteratii genetice, modificari ale functiei de reactie, etc). Studii epidemiologice pe femei investigate ecografic in perioada graviditatii nu au decelat frecvente crescute ale malformatiilor congenitale la copii comparativ cu alte loturi neexpuse.