Подобно видимому свету, ультрафиолетовое излучение (УФИ) представляет собой форму оптического излучения с более короткими длинами волн и более энергичными фотонами (частицами излучения), чем его видимый аналог. Большинство источников света также излучают некоторое количество ультрафиолетового излучения. УФИ присутствует в солнечном свете, а также испускается большим количеством источников ультрафиолета, используемых в промышленности, науке и медицине. Рабочие могут столкнуться с УФИ в самых разных профессиональных условиях. В некоторых случаях при низком уровне окружающего освещения можно увидеть очень интенсивные источники ближнего ультрафиолета («черный свет»), но обычно ультрафиолетовое излучение невидимо и должно обнаруживаться по свечению материалов, которые флуоресцируют при освещении ультрафиолетовым излучением.
Подобно тому, как свет можно разделить на цвета, которые можно увидеть в радуге, УФ-излучение подразделяется, и его компоненты обычно обозначаются как УФА, УФБ и UVC. Длины волн света и ультрафиолетового излучения обычно выражаются в нанометрах (нм); 1 нм — это одна миллиардная (10-9) метра. UVC (очень коротковолновое UVR) солнечного света поглощается атмосферой и не достигает поверхности Земли. UVC доступен только из искусственных источников, таких как бактерицидные лампы, которые излучают большую часть своей энергии на одной длине волны (254 нм), что очень эффективно для уничтожения бактерий и вирусов на поверхности или в воздухе.
UVB является наиболее биологически опасным ультрафиолетовым излучением для кожи и глаз, и хотя большая часть этой энергии (которая является компонентом солнечного света) поглощается атмосферой, она по-прежнему вызывает солнечные ожоги и другие биологические эффекты. Длинноволновое УФ-излучение, УФА, обычно присутствует в большинстве ламповых источников, а также является наиболее интенсивным УФ-излучением, достигающим Земли. Хотя УФ-А может проникать глубоко в ткани, он не так опасен с биологической точки зрения, как УФ-В, потому что энергия отдельных фотонов меньше, чем у УФ-В или УФ-С.
Источники ультрафиолетового излучения
Солнечный свет
Наибольшее профессиональное облучение УФ-излучением испытывают работники на открытом воздухе под солнечным светом. Энергия солнечного излучения сильно ослабляется озоновым слоем Земли, что ограничивает земное ультрафиолетовое излучение длинами волн более 290-295 нм. Энергия более опасных коротковолновых (УФБ) лучей солнечного света сильно зависит от наклонной траектории движения в атмосфере и меняется в зависимости от времени года и времени суток (Sliney 1986 и 1987; WHO 1994).
Искусственные источники
К наиболее значительным искусственным источникам облучения человека относятся следующие:
Промышленная дуговая сварка. Наиболее значительным источником потенциального воздействия ультрафиолетового излучения является энергия излучения оборудования для дуговой сварки. Уровни ультрафиолетового излучения вокруг оборудования для дуговой сварки очень высоки, и острое повреждение глаз и кожи может произойти в течение трех-десяти минут после воздействия на близком расстоянии в несколько метров. Защита глаз и кожи обязательна.
Промышленные/рабочие УФ-лампы. Многие промышленные и коммерческие процессы, такие как фотохимическое отверждение чернил, красок и пластмасс, включают использование ламп, сильно излучающих в УФ-диапазоне. Хотя вероятность вредного воздействия низка из-за экранирования, в некоторых случаях может произойти случайное воздействие.
«Черные огни». Чёрные огни — это специализированные лампы, которые излучают преимущественно в УФ-диапазоне и обычно используются для неразрушающего контроля с использованием флуоресцентных порошков, для проверки подлинности банкнот и документов, а также для создания спецэффектов в рекламе и на дискотеках. Эти лампы не представляют значительной опасности для человека (за исключением некоторых случаев фотосенсибилизированной кожи).
Медицинское лечение. Лампы УФР используются в медицине для различных диагностических и лечебных целей. Источники УФА обычно используются в диагностических целях. Воздействие на пациента значительно различается в зависимости от типа лечения, и УФ-лампы, используемые в дерматологии, требуют осторожного использования персоналом.
Бактерицидные УФ-лампы. УФО с длинами волн в диапазоне 250–265 нм является наиболее эффективным для стерилизации и дезинфекции, так как соответствует максимуму в спектре поглощения ДНК. В качестве источника УФ излучения часто используют ртутные газоразрядные трубки низкого давления, так как более 90% излучаемой энергии приходится на линию 254 нм. Эти лампы часто называют «бактерицидными лампами», «бактерицидными лампами» или просто «УФ-лампами». Бактерицидные лампы применяются в больницах для борьбы с туберкулезной инфекцией, а также применяются внутри боксов микробиологической безопасности для инактивации воздушно-капельных и поверхностных микроорганизмов. Очень важна правильная установка ламп и использование средств защиты глаз.
Косметический загар. Солярии есть на предприятиях, где клиенты могут получить загар с помощью специальных ламп для загара, которые излучают в основном в диапазоне УФ-А, но также и в некоторой степени УФ-В. Регулярное использование солярия может значительно увеличить ежегодное воздействие УФ-излучения на кожу человека; кроме того, персонал, работающий в соляриях, также может подвергаться воздействию низких уровней. Использование средств защиты глаз, таких как защитные очки или солнцезащитные очки, должно быть обязательным для клиента, и, в зависимости от договоренности, даже сотрудникам могут потребоваться защитные очки.
Общее освещение. Люминесцентные лампы широко распространены на рабочем месте и уже давно используются в быту. Эти лампы излучают небольшое количество УФ-излучения и составляют лишь несколько процентов от годового УФ-облучения человека. Вольфрамово-галогенные лампы все чаще используются дома и на рабочем месте для различных целей освещения и демонстрации. Неэкранированные галогенные лампы могут излучать уровни ультрафиолетового излучения, достаточные для того, чтобы вызвать острую травму на коротких расстояниях. Установка стеклянных фильтров над этими лампами должна устранить эту опасность.
Биологические эффекты
Кожа
Эритема
Эритема, или «солнечный ожог», представляет собой покраснение кожи, которое обычно появляется через четыре-восемь часов после воздействия УФИ и постепенно исчезает через несколько дней. Тяжелые солнечные ожоги могут сопровождаться образованием волдырей и шелушением кожи. UVB и UVC примерно в 1,000 раз более эффективны в отношении эритемы, чем UVA (Parrish, Jaenicke and Anderson, 1982), но эритема, вызванная более длинными волнами UVB (от 295 до 315 нм), более выражена и сохраняется дольше (Hausser, 1928). Повышенная тяжесть и длительность эритемы являются результатом более глубокого проникновения этих длин волн в эпидермис. Максимальная чувствительность кожи, по-видимому, возникает при длине волны примерно 295 нм (Luckiesh, Holladay and Taylor, 1930; Coblentz, Stair and Hogue, 1931), а гораздо меньшая (приблизительно 0.07) чувствительность возникает при длине волны 315 нм и более длинных волнах (McKinlay and Diffey, 1987).
Минимальная эритемная доза (МЭД) для 295 нм, о которой сообщалось в более поздних исследованиях для незагорелой, слегка пигментированной кожи, составляет от 6 до 30 мДж/см.2 (Эверетт, Олсен и Сайер, 1965; Фриман и др., 1966; Бергер, Урбах и Дэвис, 1968). МЭД на длине волны 254 нм сильно варьируется в зависимости от времени, прошедшего после облучения, и от того, подвергалась ли кожа воздействию солнечного света на улице, но обычно составляет порядка 20 мДж/см.2, или до 0.1 Дж/см2. Пигментация и загар кожи, а главное, утолщение рогового слоя могут увеличить этот МЭД как минимум на порядок.
Фотосенсибилизация
Специалисты по гигиене труда часто сталкиваются с неблагоприятными последствиями профессионального воздействия УФИ на фотосенсибилизированных рабочих. Использование некоторых лекарств может вызвать фотосенсибилизирующий эффект при воздействии УФ-А, равно как и местное применение определенных продуктов, включая некоторые духи, лосьоны для тела и т.д. Реакции на фотосенсибилизирующие агенты включают как фотоаллергию (аллергическая реакция кожи), так и фототоксичность (раздражение кожи) после воздействия УФИ от солнечного света или промышленных источников УФИ. (Реакции фоточувствительности во время использования солярия также распространены.) Такая фотосенсибилизация кожи может быть вызвана нанесением на кожу кремов или мазей, лекарствами, принимаемыми перорально или путем инъекций, или использованием рецептурных ингаляторов (см. рис. 1). ). Врач, назначающий потенциально фотосенсибилизирующее лекарство, всегда должен предупреждать пациента о принятии соответствующих мер для предотвращения побочных эффектов, но пациенту часто говорят избегать только солнечного света, а не источников УФИ (поскольку они редко встречаются среди населения в целом).
Рисунок 1. Некоторые фоносенсибилизирующие вещества
Задержка эффектов
Хроническое воздействие солнечного света, особенно компонента УФ-В, ускоряет старение кожи и повышает риск развития рака кожи (Fitzpatrick et al., 1974; Forbes and Davies, 1982; Urbach, 1969; Passchier and Bosnjakovic, 1987). Несколько эпидемиологических исследований показали, что заболеваемость раком кожи тесно связана с широтой, высотой над уровнем моря и покровом неба, которые коррелируют с воздействием УФИ (Scotto, Fears and Gori, 1980; ВОЗ, 1993).
Точные количественные зависимости доза-реакция для канцерогенеза кожи человека еще не установлены, хотя люди со светлой кожей, особенно лица кельтского происхождения, гораздо более склонны к развитию рака кожи. Тем не менее, следует отметить, что УФ-облучение, необходимое для выявления опухолей кожи на животных моделях, может осуществляться достаточно медленно, чтобы не возникала эритема, а относительная эффективность (относительно пика при 302 нм), о которой сообщалось в этих исследованиях, варьируется в одних и тех же пределах. как солнечный ожог (Cole, Forbes and Davies, 1986; Sterenborg and van der Leun, 1987).
Глаз
Фотокератит и фотоконъюнктивит
Это острые воспалительные реакции, возникающие в результате воздействия УФВ- и УФС-излучения, которые появляются в течение нескольких часов после чрезмерного воздействия и обычно проходят через один-два дня.
Повреждение сетчатки от яркого света
Хотя термическое повреждение сетчатки от источников света маловероятно, фотохимическое повреждение может произойти при воздействии источников, насыщенных синим светом. Это может привести к временному или постоянному снижению зрения. Однако нормальная реакция отвращения к яркому свету должна предотвращать это явление, если только не предпринимается сознательное усилие смотреть на яркие источники света. Вклад УФИ в повреждение сетчатки, как правило, очень мал, поскольку поглощение линзой ограничивает воздействие на сетчатку.
Хронические эффекты
Длительное профессиональное воздействие УФИ на протяжении нескольких десятилетий может способствовать возникновению катаракты и таких не связанных с глазами дегенеративных эффектов, как старение кожи и рак кожи, связанные с воздействием солнца. Хроническое воздействие инфракрасного излучения также может увеличить риск катаракты, но это очень маловероятно при наличии средств защиты глаз.
Актиническое ультрафиолетовое излучение (UVB и UVC) сильно поглощается роговицей и конъюнктивой. Чрезмерное воздействие на эти ткани вызывает кератоконъюнктивит, обычно называемый «вспышкой сварщика», «дуговым глазом» или «снежной слепотой». Питтс сообщил о спектре действия и динамике фотокератита в роговице человека, кролика и обезьяны (Pitts, 1974). Латентный период изменяется обратно пропорционально тяжести воздействия и составляет от 1.5 до 24 часов, но обычно длится от 6 до 12 часов; дискомфорт обычно исчезает в течение 48 часов. Далее следует конъюнктивит, который может сопровождаться эритемой кожи лица вокруг век. Конечно, воздействие УФИ редко приводит к необратимому повреждению глаз. Pitts и Tredici (1971) сообщили о пороговых данных для фотокератита у людей для волновых полос шириной 10 нм от 220 до 310 нм. Установлено, что максимальная чувствительность роговицы приходится на длину волны 270 нм, что заметно отличается от максимальной для кожи. Предположительно, излучение с длиной волны 270 нм является биологически более активным из-за отсутствия рогового слоя для ослабления дозы на ткань эпителия роговицы при более коротких длинах волн УФО. Реакция на длину волны, или спектр действия, не менялась так сильно, как спектры действия эритемы, с пороговыми значениями от 4 до 14 мДж/см.2 при 270 нм. Пороговое значение при длине волны 308 нм составляло примерно 100 мДж/см.2.
Многократное воздействие на глаза потенциально опасных уровней УФИ не повышает защитную способность пораженной ткани (роговицы), как это происходит при воздействии на кожу, что приводит к загару и утолщению рогового слоя. Рингволд и его коллеги изучали свойства поглощения УФ-излучения роговицей (Ringvold, 1980a) и водянистой влагой (Ringvold, 1980b), а также влияние УФ-В-излучения на эпителий роговицы (Ringvold, 1983), строму роговицы (Ringvold and Davanger, 1985) и эндотелий роговицы (Ringvold, Davanger and Olsen 1982; Olsen and Ringvold 1982). Их электронно-микроскопические исследования показали, что ткань роговицы обладает замечательными свойствами восстановления и восстановления. Хотя можно было легко обнаружить значительное повреждение всех этих слоев, по-видимому, первоначально появляющееся в клеточных мембранах, морфологическое восстановление было полным через неделю. Деструкция кератоцитов в стромальном слое была очевидной, а восстановление эндотелия было выраженным, несмотря на нормальное отсутствие быстрого обновления клеток в эндотелии. Каллен и др. (1984) изучали стойкое повреждение эндотелия при постоянном воздействии УФИ. Райли и др. (1987) также изучили эндотелий роговицы после воздействия УФ-В и пришли к выводу, что тяжелые единичные повреждения вряд ли будут иметь отсроченные последствия; однако они также пришли к выводу, что хроническое воздействие может ускорить изменения в эндотелии, связанные со старением роговицы.
Волны с длиной волны более 295 нм могут проходить через роговицу и почти полностью поглощаются хрусталиком. Питтс, Каллен и Хакер (1977b) показали, что катаракта может быть вызвана у кроликов длинами волн в диапазоне 295–320 нм. Пороги преходящего помутнения варьировались от 0.15 до 12.6 Дж/см.2, в зависимости от длины волны, с минимальным порогом 300 нм. Постоянные помутнения требовали большей радиационной экспозиции. Никакого двояковыпуклого эффекта в диапазоне длин волн от 325 до 395 нм не отмечалось даже при гораздо более высоких дозах излучения от 28 до 162 Дж/см.2 (Питтс, Каллен и Хакер, 1977а; Цуклич и Коннолли, 1976). Эти исследования ясно иллюстрируют особую опасность спектральной полосы 300-315 нм, как и следовало ожидать, поскольку фотоны этих длин волн эффективно проникают и обладают достаточной энергией, чтобы вызвать фотохимическое повреждение.
Тейлор и др. (1988) предоставили эпидемиологические доказательства того, что ультрафиолетовое излучение солнечного света является этиологическим фактором старческой катаракты, но не выявили корреляции катаракты с воздействием УФ-А. Гипотеза о том, что УФА может вызывать катаракту, хотя когда-то была широко распространена из-за сильного поглощения УФ-А хрусталиком, не была подтверждена ни экспериментальными лабораторными исследованиями, ни эпидемиологическими исследованиями. Из лабораторных экспериментальных данных, показавших, что пороги для фотокератита ниже, чем для катарактогенеза, следует сделать вывод, что уровни ниже тех, которые необходимы для ежедневного возникновения фотокератита, следует считать опасными для ткани хрусталика. Даже если предположить, что роговица подвергается воздействию уровня, почти эквивалентного порогу фотокератита, можно оценить, что суточная доза УФИ на хрусталик при 308 нм будет меньше 120 мДж/см.2 в течение 12 часов на открытом воздухе (Sliney 1987). Действительно, более реалистичное среднее дневное воздействие было бы меньше половины этого значения.
Хэм и др. (1982) определили спектр действия УФО на фоторетинит в диапазоне 320–400 нм. Они показали, что пороги в видимом спектральном диапазоне, составлявшие от 20 до 30 Дж/см2 при 440 нм были снижены примерно до 5 Дж/см2 для полосы 10 нм с центром на 325 нм. Спектр действия монотонно увеличивался с уменьшением длины волны. Поэтому мы должны заключить, что уровни значительно ниже 5 Дж/см2 при 308 нм должны вызывать поражения сетчатки, хотя эти поражения не проявляются в течение 24–48 часов после облучения. Нет опубликованных данных о порогах повреждения сетчатки ниже 325 нм, и можно только ожидать, что картина спектра действия фотохимического повреждения тканей роговицы и хрусталика применима и к сетчатке, что приводит к порогу повреждения порядка 0.1 Дж/см2.
Хотя было ясно показано, что УФВ-излучение оказывает мутагенное и канцерогенное воздействие на кожу, весьма примечательна крайняя редкость канцерогенеза в роговице и конъюнктиве. По-видимому, нет научных доказательств связи воздействия УФИ с раком роговицы или конъюнктивы у людей, хотя это не относится к крупному рогатому скоту. Это предполагает очень эффективную иммунную систему, действующую в человеческом глазу, поскольку, безусловно, есть работники, работающие на открытом воздухе, которые получают УФ-облучение, сравнимое с облучением крупного рогатого скота. Этот вывод также подтверждается тем фактом, что у людей, страдающих дефектным иммунным ответом, как при пигментной ксеродерме, часто развиваются новообразования роговицы и конъюнктивы (Stenson 1982).
Стандарты безопасности
Были разработаны пределы профессионального воздействия (EL) для УФИ, которые включают кривую спектра действия, охватывающую пороговые данные для острых эффектов, полученные в исследованиях минимальной эритемы и кератоконъюнктивита (Sliney 1972; IRPA 1989). Эта кривая существенно не отличается от данных коллективного порога, учитывая ошибки измерения и различия в индивидуальной реакции, и находится значительно ниже катарактогенных порогов УФ-В.
Самая низкая EL для УФ-излучения составляет 270 нм (0.003 Дж/см2 при 270 нм), а, например, при 308 нм составляет 0.12 Дж/см2 (ACGIH 1995, IRPA 1988). Независимо от того, происходит ли воздействие в результате нескольких импульсных воздействий в течение дня, однократного очень короткого воздействия или в результате 8-часового воздействия мощностью в несколько микроватт на квадратный сантиметр, биологическая опасность одинакова, и вышеуказанные ограничения применяются к полный рабочий день.
Охрана труда
Профессиональное воздействие УФИ должно быть сведено к минимуму, где это практически возможно. Применительно к искусственным источникам, по возможности, приоритет следует отдавать таким техническим мерам, как фильтрация, экранирование и ограждение. Административный контроль, такой как ограничение доступа, может снизить требования к личной защите.
Рабочие на открытом воздухе, такие как сельскохозяйственные рабочие, рабочие, строители, рыбаки и т. д., могут свести к минимуму свой риск воздействия солнечного УФ-излучения, надевая соответствующую одежду из плотной ткани и, что наиболее важно, шляпу с полями, чтобы уменьшить воздействие на лицо и шею. На открытые участки кожи можно наносить солнцезащитные кремы, чтобы уменьшить дальнейшее воздействие. Рабочие на открытом воздухе должны иметь доступ к тени и быть обеспечены всеми необходимыми защитными мерами, упомянутыми выше.
В промышленности существует множество источников, способных вызвать острую травму глаз в течение короткого времени воздействия. Доступны различные средства защиты глаз с различной степенью защиты, соответствующей предполагаемому использованию. К предназначенным для промышленного применения относятся сварочные маски (обеспечивающие дополнительную защиту как от интенсивного видимого, так и инфракрасного излучения, а также защиту лица), лицевые щитки, защитные очки и очки, поглощающие УФ-излучение. Как правило, защитные очки, предназначенные для промышленного использования, должны плотно прилегать к лицу, чтобы не было зазоров, через которые УФ-излучение может попасть прямо в глаза, и они должны быть хорошо сконструированы для предотвращения физических травм.
Уместность и выбор защитных очков зависит от следующих моментов:
- интенсивность и спектральные характеристики излучения источника УФИ
- модели поведения людей вблизи источников УФИ (важно расстояние и время воздействия)
- передаточные свойства материала защитных очков
- конструкция оправы очков для предотвращения периферийного воздействия на глаза прямого непоглощенного ультрафиолетового излучения.
В ситуациях промышленного воздействия степень опасности для глаз можно оценить путем измерения и сравнения с рекомендуемыми пределами воздействия (Duchene, Lakey and Repacholi 1991).
Анализ эффективности
Из-за сильной зависимости биологических эффектов от длины волны основным измерением любого источника УФИ является его спектральная мощность или спектральное распределение излучения. Это должно быть измерено с помощью спектрорадиометра, который состоит из подходящей входной оптики, монохроматора и детектора УФ-излучения и считывания. Такой инструмент обычно не используется в профессиональной гигиене.
Во многих практических ситуациях широкополосный УФ-метр используется для определения безопасной продолжительности воздействия. В целях безопасности спектральную характеристику можно настроить так, чтобы она соответствовала спектральной функции, используемой в рекомендациях по воздействию ACGIH и IRPA. Если соответствующие инструменты не используются, это может привести к серьезным ошибкам в оценке опасности. Имеются также персональные дозиметры ультрафиолетового излучения (например, полисульфоновая пленка), но их применение в основном ограничивается исследованиями в области безопасности труда, а не исследованиями по оценке опасности.
Выводы
Молекулярные повреждения ключевых клеточных компонентов, возникающие в результате воздействия УФ-излучения, происходят постоянно, и существуют механизмы восстановления для борьбы с воздействием ультрафиолетового излучения на кожу и ткани глаза. Только когда эти репарационные механизмы перегружены, становится очевидным острое биологическое повреждение (Smith, 1988). По этим причинам сведение к минимуму воздействия УФИ на рабочем месте продолжает оставаться важным предметом озабоченности работников по охране труда и технике безопасности.