Биологическое действие ИК излучения

Биологическое действие ИК излучения в основном определяется производимым им нагревом тканей. Повышение температуры активизирует деятельность клеток, ускоряет их размножение и обменные процессы.

Растения в процессе эволюции выработали способность поглощать лишь необходимые для фотосинтеза участки видимого спектра, и если они живут в условиях солнечного освещения, то не нуждаются в тепловом излучении, которое приводило бы к избыточному нагреву. Поэтому такие растения обладают способностью отражать ИК часть спектра. Живущие в темноте мхи и водоросли, наоборот, поглощают ИК лучи. Мало того, листья, растущие на свету, отражают гораздо больше ИК излучения, чем листья того же растения, находящиеся в затененных местах. Таким образом, степенью поглощения и отражения ИК излучения растения регулируют в определенных пределах свою температуру.

Первичное действие ИК излучения начинается с эффектов, происходящих в коже. Волосяной покров, роговой слой кожи, весь эпидермис прозрачны для ИК излучения, и оно поглощается преимущественно в дерме, но некоторая его часть (25–30%) проникает на глубину до 2, 5–4 см, достигай подкожного жирового слоя и даже расположенных под ним органов. Температура тех слоев кожи, в которых излучение поглощается, повышается, что приводит к раздражению содержащихся в коже рецепторов. В последних возникают потенциалы действия, поступающие в центральную нервную систему, которая управляет механизмом терморегуляции. В результате в месте облучения количество циркулирующей крови возрастает, увеличивается снабжение ткани кислородом, что и ведет к активизации ее биологических функций. Поэтому действие облучения не ограничивается только тем местом, которое подвергалось облучению. Длинноволновое излучение поглощается в верхних слоях тканей и вызывает в них гиперемию, тогда как более коротковолновое излучение проникает в ткани на глубину до 6–8 см, вызывая прогревание внутренних органов. ИК облучение широко применяют в медицинской физиотерапии. Его используют при лечении заболеваний кожи, лимфатической системы, суставов (артриты, ревматизм), плевритов, маститов и пр. ИК излучение, сильно поглощаясь водой, усиливает испарение и тем самым оказывает высушивающее действие на влажные поверхности. Это свойство находит применение при лечении мокнущих экзем, обмораживании и т. п. Преимущество ИК терапии перед другими тепловыми методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что особенно важно при открытых повреждениях. Возможно также ИК облучение через тонкие повязки, так как оно проникает через обычные перевязочные материалы.

В промышленных производственных комплексах используют выпускаемые отечественной промышленностью лампы ИКЗК, ИКЗС и др., дающие излучение с длиной волны 1 мкм. В последние годы стали применять галогенные лампы КГД, КГТ, КГО и некоторые другие, обладающие более стабильным световым потоком и повышенной светоотдачей. Используют также «темные» источники длинноволнового ИК излучения, представляющие собой металлические трубки, внутри которых находится нагреваемая током проволока, запрессованная в огнеупорное вещество. Такие тепловые электронагреватели (ТЭН) при температуре поверхности около 450 К создают излучение с длинами волн l _М = 4–5 мкм. Обычная тепловая обработка молока при пастеризации несколько влияет на его химический состав, снижая его вкусовую и биологическую ценность, требует громоздкого оборудования, значительных затрат и времени. Обработка молока от ИК источников быстро и практически полностью уничтожает в молоке микрофлору с очень незначительным изменением его вкусовых и пищевых качеств.

Следует помнить, что ИК излучение оказывает вредное действие на глаза, поскольку сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом. Оно может приводить к катаракте, отслоению сетчатки и другим заболеваниям глаз, которые наблюдают у пекарей, литейщиков, кузнецов и работников других профессий, имеющих дело с раскаленными телами, испускающими значительное ИК излучение. Поэтому при работе с такими источниками необходимо надевать защитные очки.

Исключительно важное значение приобретает в последнее время термография, основанная на регистрации с помощью электронно-оптических преобразователей ИК излучения, испускаемого тканями человека и животных. Поскольку ИК излучение поглощается тканями значительно слабее, чем видимый свет, то оно несет с собой информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, неразличимые в видимом свете. Хорошо видны на ИК снимках или на телеэкранах находящиеся близко под кожей вены, так как температура крови немного выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное ИК излучение. Снимки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, поскольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации ИК излучения позволяют обнаруживать места локализации тромбов или злокачественных опухолей, даже если их температура превышает окружающую температуру па сотые доли градуса. Вывод информации на ЭВМ дает возможность за считанные секунды получить своеобразную термограмму – силуэт исследуемого участка органа, «нарисованный» цифрами, соответствующими температурам внутри ткани. Информация при этом получается не от 5–10 точек ткани, как при обычной термографии, а от нескольких тысяч точек, что резко повышает достоверность диагностики.

Своеобразными термолокаторами, регистрирующими ИК излучение, обладают змеи. Уже давно биологи нашли у гремучей змеи между носом и глазами два конических углубления, покрытых тонкой мембраной, в которой находится большое количество нервных окончаний. Долгое время роль этих мембран оставалась загадочной, и только в 1937 г. выяснилось, что это не что иное, как «тепловые глаза» – термолокаторы, способные улавливать ИК излучение и определять по его направлению местонахождение нагретого объекта. Чувствительность термолокатора змеи очень велика. Она может обнаружить в полной темноте мышь, находящуюся от нее на расстоянии 20 см, за счет того, что температура воздуха, нагретого телом мыши, на этом расстоянии больше температуры окружающего воздуха на 0, 01° С. Точно так же змея обнаруживает лягушек, понижающих температуру окружающего воздуха за счет испарения влаги с их кожи на еще меньшую величину. Чувствительность «теплового глаза» змеи составляет примерно миллионные доли ватта. Изучение этого удивительного органа позволило бионикам создать термолокаторы, обладающие почти такой же чувствительностью, но значительно превышающие термолокаторы змей по габаритам.