Energia promieniowania



Podstawą klasyfikowania promieniowania do
określonego zakresu jest analiza wielkości
fizycznych, które je charakteryzują.



Wielkościami zwyczajowo używanymi do
opisu promieniowania są:

Długość fali λ – (wyrażana w jednostkach
długości nm, cm, m)

Częstotliwość ν – (wyrażana w Hz, kHz, MHz)

Energia promieniowania

Długość fali i jej częstotliwość są ściśle związane
z energią, którą niesie ze sobą promieniowanie -
zależność ta jest opisana wzorem Planck`a: czym
wyższa

częstotliwość

tym

większa

energia,

jednocześnie czym większa długość fali tym energia
niższa.

E=hν

Gdzie: E – energia, h – stała Planck’a

λ – długość fali c – prędkość światła



E 

Widmo promieniowania
elektromagnetycznego

Długość fali

Częstotliwość [Hz]

Fale radiowe i telewizyjne

Podczerwień Promieniowanie rentgenowskie]

Mikrofale

Ultrafiolet Promieniowanie gamma

Promieniowanie
ultrafioletowe



UVC – 200 - 280 nm



UVB – 280 - 320 nm



UVA – 320 - 400 nm



UVA – I, czyli fale długie 340-400 nm



UVA – II, czyli fale krótkie 320-340 nm

Zjawiska zachodzące przy

ekspozycji na

promieniowanie UV

Prawo Grotthusa-Dropera

•„

przemiany

fotochemiczne

układu

reagującego

wywołuje

promieniowanie

pochłonięte.

przebieg

reakcji

fotochemicznych

nie

wpływu

promieniowanie odbite, przepuszczone lub
rozproszone.”

•Prawo to dowodzi, że skutki jakie wywołuje
w

tkankach

promieniowanie

elektromagnetyczne

zależą

ilości

pochłoniętej energii.

Głębokość penetracji

promieniowania UV

Przykłady biologicznie ważnych reakcji

fotochemicznych

Fotodimeryzacja tyminy



cząsteczce

DNA

chromoforami,

czyli

cząsteczkami

absorbującymi

promieniowanie

niejonizujące, są zasady purynowe i pirymidynowe.



Maksimum ich absorpcji przypada na zakres
nadfioletu, na długości fali około 260 nm.



Najważniejszą reakcją fotochemiczną tych zasad
jest dimeryzacja tyminy.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka



Może ona zachodzić zarówno pomiędzy swobodnymi
cząsteczkami tyminy, jak i wtedy gdy znajdują się
one w pobliżu siebie w łańcuchu DNA.



Stanem reaktywnym w tej reakcji jest stan tripletowy
tyminy (czas życia około 10

-6

s).



W stanie singletowym reakcja ta nie zachodzi z
powodu zbyt krótkiego czasu trwania tego stanu (<
od 10

s).



Fotodimeryzacja tyminy odgrywa bardzo ważną rolę
w inaktywacji mikroorganizmów, na przykład bakterii.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Fotodimeryzacja tyminy

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Wytwarzanie witaminy D

Witamina przeciwkrzywicza D

jest witaminą naturalną. Jej

prowitaminą jest 7-dehydrocholesterol, znajdujący się w

wydzielinie gruczołów łojowych człowieka. Powstawanie w

skórze

witaminy

wiąże

się

reakcją

fotoprzegrupowania w cząsteczce prowitaminy. Pod

wpływem

promieniowania

nadfioletowego

(UV-B)

następuje rozerwanie wiązania kowalencyjnego C-C

pomiędzy 9. i 10. atomem węgla.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Reakcje fotochemiczne związane z ozonem

atmosferycznym

Ozon (O

), występujący w górnych warstwach

atmosfery

(maksymalne

stężenie

osiąga

wysokości około 25 km, gdzie tworzy tak zwaną

warstwę ozonową), zabezpiecza żywe organizmy na

Ziemi przed szkodliwym działaniem promieniowania

nadfioletowego

(UV-C).

Absorbuje

bowiem

promieniowanie UV o długościach fal mniejszych od

300 nm (oprócz UV-C częściowo także UV-B). Można

zatem

powiedzieć,

że

jest

globalnym

fotoprotektorem. Fotoprotekcyjne działanie ozonu

wiąże się z fotodysocjacją jego cząsteczek:

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

WPŁYW PROMIENIOWANIA

NIEJONIZUJĄCEGO NA ŻYWY ORGANIZM

Fotosensybilizacja. Tlen singletowy

podstaw

zjawiska

fotosensybilizacji

(fotouczulanid) leży zjawisko przekazywania
energii wzbudzenia elektronowego z cząsteczki
donora na cząsteczkę akceptora. Możemy
wyróżnić dwa rodzaje fotouczulanych reakcji
chemicznych. W pierwszym rodzaju reakcji
energia wzbudzenia uczulacza U może być
wykorzystana do aktywacji substratu AH, to
znaczy jest on akceptorem energii wzbudzenia:

W drugim rodzaju reakcji energia wzbudzenia uczulacza U

może być zużyta do aktywacji cząsteczki tlenu. Taki uczulacz

nazywany jest fotodynamicznym (U

Ze wzorów (a), (b) i (c) widzimy, że uczulacz, zarówno „zwykły"

(U), jak i fotodynamiczny (U

), nie bierze udziału w reakcji

fotochemicznej, spełnia rolę „anteny" wychwytującej fotony o

określonej energii i przekazującej uzyskaną energię innej

cząsteczce, która dzięki temu ulega chemicznym zmianom.

Zatem w kategoriach chemicznych uczulacz jest katalizatorem.
We wszystkich reakcjach fotochemicznych światło (w szerszym

znaczeniu terminu - także promieniowanie UV) jest substratem.

Wzór (b)

Wzór (c)

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Fotouczulacze to duża grupa związków chemicznych,

zawierająca ponad 500 cząsteczek. Należą do nich

niektóre antybiotyki (chloromycetyna, tetracykliny),

niektóre

leki

psychotropowe

(na

przykład

fenotiazyna),

witaminy,

sulfonamidy,

barwniki

tiazynowe, oksazynowe, ksantenowe, akrydynowe,

psolareny, karoteny i cytochromy.
W

żywych

organizmach,

które

działa

promieniowanie nadfioletowe lub światło, „zwykłe"

fotouczulacze odgrywają stosunkowo niewielką rolę,

natomiast duże znaczenie mają fotouczulacze

dynamiczne, których rola sprowadza się do

generowania tlenu singletowego.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Tlen singletowy

Wyjątkowość cząsteczki tlenu polega na tym, że jej stan
podstawowy jest stanem tripletowym (

); ma ona

wówczas dwa niesparowane elektrony na orbitalach
molekularnych n*. Reaktywność cząsteczki tlenu w tym
stanie jestbardzo niska, zdecydowana bowiem większość
cząsteczek organicznych, z którymitlen mógłby wchodzić w
reakcje w komórkach, ma sparowane elektrony, to
znaczywypadkowy spin równy 0. Znacznie bardziej
reaktywny jest tlen singletowy

*. Powstaje on po

wzbudzeniu cząsteczki tlenu

- dostarczeniu jej energii

potrzebnej do przemieszczenia elektronu z jednego orbitalu
molekularnego anty wiążącegon* na drugi i odwróceniu
zwrotu jego spinu bądź też odwróceniu zwrotu spinu
elektronu na tym samym orbitalu molekularnym.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Stany elektronowe cząsteczki tlenu: stan podstawowy -
tripletowy (T

), stany wzbudzone - singletowe (S

, S

); π*

(oznaczone kółkami) – orbitale molekularne antywiążą-ce; τ

1/2

czasy trwania stanów wzbudzonych (w roztworach wodnych);
strzałki oznaczają spiny elektronów.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Melanina jako indywidualny fotoprotektor

Pod wpływem działania światła lub promieniowania

nadfioletowego następuje brunatne przebarwienie

skóry, w której tworzy się pigment - melanina. Jest ona

wytwarzana w melanocytach, komórkach barwnikowych

znajdujących się w warstwie komórek podstawnych

skóry, zawierających melanosomy. Chroni ona skórę

przed

szkodliwym

działaniem

promieniowania

nadfioletowego na kilka sposobów:

•

pochłania w znacznym stopniu to promieniowanie,

•

wychwytuje i dezaktywuje wolne rodniki powstające w

skórze pod jego wpływem,

•

jest inhibitorem reakcji łańcuchowych peroksydacji

lipidów i innych reakcji wolnorodnikowych, wiąże

bowiem jony żelaza, które katalizują te reakcje.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka



Wyróżnia się dwa procesy pigmentacji skóry.



Pigmentacja bezpośrednia, natychmiastowa nigdy nie
prowadzi do silnego przebarwienia skóry.



Wywołuje ją promieniowanie o szerokim widmie obejmującym
zakres 300-700 nm z maksimum pomiędzy 400 a 480 nm.



Zapewnia ona skórze ochronę przed szkodliwym działaniem
promieniowania zaraz po rozpoczęciu ekspozycji.



Głównym

mechanizmem

przebarwienia

skóry

jest

pigmentacja pośrednia, wywoływana przez promieniowanie
UV-B.



Rozpoczyna się po zniknięciu rumienią, po 2-3 dobach od
napromieniowania, maksimum osiąga po 13-21 dniach, po
kilku miesiącach znika.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka



Substancją wyjściową w biosyntezie melaniny jest

aminokwas tyrozyna.



Cały łańcuch reakcji jest katalizowany przez jeden

enzym,

oksydazę

o-difenolową

(nazywaną

tyrozynazą).



Defekt genu warunkującego syntezę tego enzymu

jest przyczyną albinizmu.



U osobnika z tą wadą brak jest pigmentu w skórze,

a także we włosach i w oczach.



Przez to jest on narażony na szkodliwe następstwa

reakcji wywoływanych przez wolne rodniki,

powstające w skórze pod wpływem działania

promieniowania UV i nie dezaktywowane.

Efekty oddziaływania UV

na człowieka

Melanogeneza

Przebieg procesu melanogenezy na podstawie Wakamatsu i Ito, 2002 oraz Wang i Herbert, 2006

Rodzaje melaniny

Feomelanina

Eumelanina

Melanina jako „filtr

słoneczny”



zdolność

częściowego

pochłaniania

rozpraszania promieniowania UV padającego na
skórę



wysokość ochrony można porównać do faktora SPF
o wartości około 2-3



Nawet po 3-4 miesiącach intensywnego opalania się
odporność białej skóry zwiększa się bardzo niewiele,
minimalna dawka promieni UV wywołująca rumień
rośnie wówczas 2-3 krotnie w stosunku do skóry nie
wystawianej na działanie słońca

Wynalazca solarium

Friedrich

Wolf

wynalazca

pierwszego

solarium

(1975)

Fototypy skóry wg

Fitzpatrick’a

Fototyp

Cechy charakterystyczne skóry

Reakcja na światło

słoneczne

Blada biała skóra, często piegi, niebieskie/

zielone/ piwne oczy, włosy blond/ rude

Zawsze ulega

oparzeniom, trudno się

opala

Blada skóra, niebieskie/ zielone oczy

Łatwo ulega oparzeniom,

trudno się opal

III

Ciemniejsza biała skóra

Opala się po

początkowym oparzeniu

Jasna brązowa skóra

Oparzenia minimalne,

opala się łatwo

Brązowa skóra

Rzadko ulega

oparzeniom, łatwo i

mocno się opala

Ciemnobrązowa/ czarna skóra

Nigdy nie ulega

oparzeniom, zawsze się

mocno opala

Lampa wysoko- i

niskociśnieniowa



Lampy niskociśnieniowe, do których należą
cienkościenne (świetlówki lub jarzeniówki),
należą do grupy lamp fluorescencyjnych.



Fizycznie

bardzo

krótkie,

ale

wysokoenergetyczne promienie UVC powstające
wewnątrz

lampy,

wytworzone

wskutek

wyładowań

elektronowych

naładowanych

cząsteczek rtęci, zmieniane są przy pomocy
warstwy specjalnie dobranego

luminoforu

oczekiwane przez odbiorcę widmo światła o
dokładnie określonym przedziale częstotliwości.



Ważnym ich elementem jest przedział, czyli rodzaj emitowanego
widma UV.



Najważniejszym, bo i największym wydaje się w tym przypadku
UVA.



Opalanie samymi promieniami UVA byłoby jednak nieodpowiednie.
Promienie te powodują bowiem bardzo szybkie uwalnianie melaniny
ale są znacznie mniej efektywne przy tworzeniu nowego
pigmentu,do którego wytworzenia potrzeba UVB.



Tak więc warstwa wspomnianego luminoforu musi być tak
skonstruowana, aby zagwarantować wystarczającą i zarazem
pożądaną pod względem długości promieni ilość UVB.



Zawartość UVB najczęściej określa się przy pomocy współczynnika
procentowego znajdującego się z reguły w przedziale od 0,7 do 3%.

Lampa wysoko- i

niskociśnieniowa

Lampa wysokociśnieniowa

(halogen)



Ze względu na to, że panuje w nich podczas pracy wysokie

ciśnienie, zbudowane są z grubego szkła kwarcowego,

umożliwiającego swobodne przenikanie promieni UV.



W porównaniu z lampą niskociśnieniową halogen wytwarza

wielokrotne większą ilość promieni UV, które nie mogą być

na tak małej powierzchni wewnętrznej przetworzone za

pomocą luminoforu w promienie o innej długości.



W przypadku lamp halogenowych funkcję tę spełniają

specjalne filtry.



Mają one trzy zadania:



Pierwsze to całkowite odfiltrowanie szkodliwych promieni

UVC.



Drugie to wytworzenie ściśle określonego pasma

zawierającego maksymalną ilość promieni UVA, czasami

również UVB.



W przypadku zastosowania halogenów dokładne

separowanie i ograniczenie pasma UVB jest

bardzo trudnym zadaniem, dlatego producenci

często rezygnują z niepotrzebnego ryzyka i

ograniczają pasmo tylko do promieni UVA.



Trzecie zadanie to odizolowanie termiczne, czyli

zablokowanie docierania bardzo dużych ilości

wytwarzanego przez halogeny ciepła do skóry

opalającego się na urządzeniu klienta.



Opalanie na urządzeniu z uszkodzonym filtrem

może prowadzić do poważnych obrażeń i

głębokich poparzeń skóry.

Lampa wysokociśnieniowa

(halogen)

Skutki działania

promieniowania UV na

skórę

UVA

główna przyczyna fotostarzenia

i powstawania chorób

nowotworowych

Efekty procesu

fotostarzenia się skóry



Degradacja włókien kolagenowych



Zniekształcenie włókien elastyny



Teleangiektazje



Wysuszanie skóry



Nadmierne rogowacenie



Przebarwienia



Wolne rodniki – starzenie się



Uaktywnienie metaloproteinaz

Dawka promieniowania UVA w
wielu lampach wykorzystywanych
w solariach jest 2-krotnie wyższa
niż zawartość promieni UVA w
świetle

słonecznym.

15-30 minutowa sesja

cały dzień na słońcu

Po 15-20 minutach ekspozycji na
promieniowanie

UVA

następuje

uaktywnienie

metaloproteinaz.

Jednorazowe

pobudzenie

tych

enzymów powoduje ich aktywność
przez niemal 72 godziny naświetlaniu.

Negatywne efekty

diałania promieniowania

UV na skórę



Fotostarzenie



Nowotwory skóry



Immunosupresja



Reakcje fotouczulające
(fototoksyczne i fotoalergiczne)



Fotodermatozy



Choroby oczu

Pozytywne efekty

działania promieniowania



Synteza witaminy D



Samopoczucie (serotonina)



Wzrost odporności skóry

Substancje

„przyspieszające

opalanie”?



Substancje przyspieszające opalania
(na bazie L-tyrozyny)



Beta-karoten



Substancje wpływające na szybkość
melanogenezy (hormony)

Niektóre substancje

fotouczulające

Zioła

Dziurawiec

Psolareny

Słodziki

Cyklamat

Barwniki chemiczne

Chinony, Eozyna, Błękit metylenowy

Leki

Barbiturany, Sulfonamidy, NLPZ,

Środki moczopędne, Antybiotyki,

Neuroleptyki, Fenotiazyny,

p/grzybicze, poch. retinoidów

Kosmetyki

Dezodoanty, środki p/bakteryjne w

mydłach, Niektóre subst.

Zapachowe, Retinoidy,

hydroksykwasy

Środki promieniochronne

Benzofenony

Poch. Kw. cynamonowego

Przciwwskazania



Fototyp I



Uczulenie



Bielactwo



Trądzik zwyczajny, różowaty



Opryszczka



Rozszerzone naczynka krwionośne



Niezagojone tatuaże



Ciąża, laktacja



Miesiączka



Okres rekonwalescencji



Choroby serca i układu krążenia, nerek, tarczycy



Epilepsja



Aktywne zabiegi kosmetyczne i medycyny estetycznej (retinol,

kwasu owocowe, glikol, środki wybielające, oczyszczanie,

depilacja – epilacja)



Niektóre kosmetyki

Rodzaje solariów

Solaria
jednostronn

Rodzaje solariów

Łóżka
opalające

Rodzaje solariów

Solaria
pionowe

Lampy opalające



Niskociśnienio
we
(świetlówki
fluorescencyjne)



Wysokociśnien
iowe
(halogeny)

Parametry lamp



moc znamionowa



wartość promieniowania UV-A



zawartość promieniowania UV-B



żywotność

Akcesoria



zagłówek



okulary UV



mata solaryjna



kubek



płyn do dezynfekcji



startery do lamp



pasta do polerowania płyt
akrylowych

Tanoreksja



Uzależnienie od
opalania!!!

SPF (LSF, IP, BF, SP, SF) – UVB
Przyjmuje się w przybliżeniu, że:

•

SPF 2 - blokuje 25-30%

•

SPF 4 - 50%

•

SPF 10 - 85%

•

SPF 15 - 90-96%

•

SPF 30 - 50 - 98%

•

SPF 60 - 98,5%

Ochrona przeciwko

promenowaniu UV

PPD

(Peristent Pigment Darkening) W tej

metodzie efekty działania promieni UVA na skórę

odczytuje się po 2 do 24 godzin po zakończeniu

naświetlania, kiedy to nasilenie pigmentacji

powodowanej

działaniem

UVA

jest

już

ustabilizowane. Wartość faktora PPD jest to

stosunek ilości promieniowania UVA potrzebnej

do wywołania widocznej reakcji na skórze

chronionej i niechronionej kremem z filtrem anty-

UVA. Faktor PPD informuje ile razy zmniejszyła się

dawka promieniowania UVA absorbowana przez

skórę, przykładowo PPD = 7 oznacza, że do skóry

wnika 7 razy mniej energii promieniowania UVA.

IPD

(Immediate Pigment Darkening) W metodzie

tej określa się efekty działania promieni UVA na

skórę po 60 sekundach po zakończeniu ekspozycji

na to promieniowanie. Faktor IPD jest to stosunek

ilości

promieniowania

UVA

potrzebnej

wywołania widocznej reakcji na skórze chronionej i

niechronionej kremem z filtrem anty-UVA. Wartość

faktora IPD interpretuje się następująco: IPD = 100

oznacza 100% ochrony przed UVA, niższe wartości

IPD oznaczają odpowiednio niższą ochronę. W

praktyce nigdy nie spotkamy się z wartością IPD =

100. Obecnie dostępne filtry anty-UVA chronią

maksymalnie w 80-90%, wyższa ochrona jest

nieosiągalna.

PFA lub PF (Protection Factor UV-A) Metoda oparta
na jednostce MRD (Minimal Response Dose) czyli
najmniejszej dawce promieniowania UVA, która
jest potrzebna do wywołania minimalnego
rumienia lub pigmentacji skóry. Jednostka MRD to
taki

odpowiednik

jednostki

MED

dla

promieniowania

UVB.

Reakcja

skóry

jest

odczytywana po 22-24 godzinach po zakończeniu
naświetlania. Współczynnik PF jest to stosunek
MRD dla skóry chronionej filtrem anty-UVA do
MRD dla skóry niechronionej filtrem.

Fotomedycyna

Fotomedycyna jest to dział medycyny zajmujący się zagadnieniami z

różnych

specjalności

klinicznych

dotyczącymi

terapeutycznych

zastosowań promieniowania niejonizującego, a także patofizjologicznych

następstw jego działania na człowieka. Jedne i drugie wiążą się z

oddziaływaniem światła, promieniowania nadfioletowego na skórę, a

ściślej - z jego absorpcją przez endo- i egzogenne cząsteczki

chromoforowe (cząsteczki pochłaniające promieniowanie niejonizujące),

jakie się w niej znajdują.
Badania efektów fotobiologicznych w skórze, przede wszystkim

pigmentacji

rumienią

fotochemicznego,

wykazały

konieczność

wyróżnienia w widmie promieniowania nadfioletowego trzech rodzajów

tego promieniowania o różnym działaniu biologicznym: UV-A (320-400 nm)

- wywołuje pigmentację skóry, UV-B (280-320 nm) - wywołuje rumień

fotochemiczny i jest niezbędne do syntezy witaminy D, UV-C (200-280 nm)

- działa bakteriobójczo i mutagennie.
Z wykresów zamieszczonych na kolejnym slajdzie można zauważyć, że

światło przenika dobrze tylko przez warstwę naskórka (krzywe 1, 2), a

przez skórę właściwą tylko w niewielkim stopniu, tym mniejszym im

krótsza fala świetlna (krzywa 3). Promieniowanie nadfioletowe przenika

przez naskórek, do skóry właściwej. Jest w niej całkowicie absorbowane.

WPŁYW PROMIENIOWANIA

NIEJONIZUJĄCEGO NA ŻYWY ORGANIZM

Widma przepuszczalności skóry człowieka rasy białej: 1 - wierzchniej

warstwy naskórka o grubości 0,03 mm, 2 - warstwy naskórka o

grubości 0,05 mm, 3 - skóry właściwej (2 mm), 4 - skóry i tkanki

podskórnej (25 mm).

WPŁYW PROMIENIOWANIA

NIEJONIZUJĄCEGO NA ŻYWY ORGANIZM

Fototerapia i fotochemioterapia

O tym, jak duże nadzieje wiązano z zastosowaniem fototerapii,

może świadczyć fakt, że jedną z pierwszych Nagród Nobla w

dziedzinie medycyny i fizjologii przyznano w 1903 roku duńskiemu

lekarzowi N. Finsenowi za opracowanie metody leczenia gruźlicy

toczniowej skóry (lupus vulgaris) za pomocą światła słonecznego.
Promieniowanie nadfioletowe UV-B stosuje się w leczeniu

łuszczycy, dosyć często występującej choroby skóry. Jednakże

bardziej skuteczna w leczeniu tej choroby jest fotochemioterapia -

tak zwana PUVA-terapia polegająca na skojarzonym działaniu na

skórę psolarenu i promieniowania UV-A. Efekt terapeutyczny jest

więc efektem synergistycznym i występuje u 80-95% leczonych

osób. PUVA-terapia jest też sposobem skutecznego leczenia innej

choroby

skóry

bielactwa

(vitiligo).

WPŁYW PROMIENIOWANIA

NIEJONIZUJĄCEGO NA ŻYWY ORGANIZM

Fototerapia żółtaczki (fizjologicznej) u noworodków

Średni czas życia krwinek czerwonych wynosi 120 dni. W
obumierających krwinkach hemoglobina ulega przemianie w
bilirubinę (pirolowy barwnik żółci), transportowany we krwi przez
albuminę. Bilirubina jest filtrowana przez wątrobę. U noworodków
często przez kilka pierwszych dni życia wątroba nie jest w pełni
funkcjonalna, dochodzi do podwyższenia stężenia bilirubiny we
krwi, z czym wiąże się żółtezabarwienie skóry (bilirubina
absorbuje światło fioletowe i niebieskie). Występujące w
cząsteczce bilirubiny wiązania wodorowe decydują o tym, że
bardzo słabo rozpuszcza się ona w wodzie. Pod wpływem działania
fotonów światła niebieskiego, fioletowego lub długofalowego
promieniowania nadfioletowego absorbowanych przez bilirubinę
wiązania wodorowe w niej są rozrywane, cząsteczka ulega
izomery zacji cis-trans. Cząsteczki te mogą tworzyć z wodą
wiązania wodorowe, stają się w niej rozpuszczalne i dzięki temu
mogą być wydalane bezpośrednio do moczu.