Путешественники, возвращавшиеся в начале XX века из джунглей Амазонки, задавались вопросом — почему смертность от ран у местных жителей так мала? Ведь они не применяли для лечения травм никаких лекарств, не обрабатывали их, а просто лежали на солнце ожидая, пока ранения заживут.
Эксперименты дали решений этой загадки. Культуры бактерий, обитающих в сточных водах поместили под ультрафиолетовую лампу. И буквально в мгновение ока — менее, чем за секунду, все микробы были убиты. Яркий солнечный свет, частью спектра которого является ультрафиолет и который туземцы Южной Америки применяли для лечения ран, оказался очень мощным нехимическим бактерицидным средством.
Ультрафиолетовые лучи были открыты почти 300 лет назад, но только в ХХ веке они начали широко использоваться в прикладных целях. В наше время УФ-лампы применяют не только для лечения различных заболеваний, но и для ускорения развития растений, тестирования качества тканей и красок, выдерживания древесины и обработки водопроводной воды.
Ультрафиолетовые лампы не следует путать с лампами «синего света».
Ультрафиолет — бесцветная, невидимая часть солнечного спектра. Если пропустить солнечный луч через стеклянную призму, она разложит его в спектр — лучи красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового цвета — каждый цвет имеет свою длину волны. Но, кроме этих цветов, по краям спектра имеются волны слишком длинные или, наоборот, слишком короткие для того, чтобы их можно было увидеть человеческим глазом.
В спектре солнечного света за фиолетовыми (самыми короткими волнами, которые мы видим), находятся невидимые волны ещё меньшей длины, хотя и не оказывающие действия на сетчатку глаза, но засвечивающие фотоплёнку. Это — ультрафиолетовые волны, которые можно изучить с помощью специальных приборов, преобразующих свет в электрический ток или регистрирующих тепловой эффект. УФ-волны настолько короткие, что для выражения их длины не используют обычные меры, а пользуются единицей под названием «ангстрем». 1 ангстрем (Å) равен приблизительно 1/10 000 000 миллиметра. Для сравнения — человеческий волос средней толщины имеет диаметр около 1 000 000 ангстремов.
Длина волн видимого света — от 4000 до 8000 Å. Ультрафиолетовые волны занимают диапазон от длинных (сразу за границей видимости для человеческого глаза) — 3900 ангстремов, до коротких — около 1000 ангстремов. За ультрафиолетом находится область ещё более коротких, высокочастотных волн — рентгеновское излучение.
В исследования было установлено, что более короткие, «жёсткие» ультрафиолетовые лучи оказывают более выраженное губительное действие на микробов, но и «мягкий» ультрафиолет убивает микробов — при более длительном воздействии и большей мощности источника. Для обеззараживания помещений и оборудования в медицине используются специальные бактерицидные ультрафиолетовые лампы, длина волны которых короче, чем длина «естественного ультрафиолета» в солнечном спектре.
Ультрафиолетовое излучение испускается электрической дугой, возникающей в разрыве мощной цепи. Такие мощные источники света — дуговые лампы — применялись в прожекторах, лампах кинопроекционных аппаратов и других устройствах, требовавших сильного источника света. Лампы, используемые в медицине, имеют ртутные полюса, а их корпус (колба) представляет собой кварцевую трубку.
Применение в таких лампах кварца вместо стекла обусловлено тем, что кварц, в отличие от стекла, пропускает ультрафиолет. Если долго находиться на солнце, ультрафиолетовые лучи могут вызвать ожог кожи, а концентрированный поток ультрафиолета от ртутной или дуговой лампы приведёт к ожогу очень быстро. Два часа, проведенные под ультрафиолетовой лампой равнозначны целому лету солнечных ванн на пляже (разумеется, таких длинных сеансов светотерапии не бывает, потому что это опасно). При облучении следует обязательно защищать глаза специальными защитными очками из тёмного стекла.
Впервые лечение светом (в виде солнечных ванн) была применено швейцарскими врачами для лечения детей, больных туберкулёзом. Дети играли на снегу и, поскольку снег отражает почти все ультрафиолетовые лучи, получали удвоенную дозу ультрафиолета — прямого и отражённого.
Почти сразу стала ясна огромная роль ультрафиолета в профилактие и лечении рахита — при этом заболевании кости у детей развиваются неправильно, из-за нарушения обмена кальция и фосфора, который регулируется витамином D, вырабатываемом организмом на свету). Другие болезни, характеризующиеся нарушением обмена этих элементов — сенная лихорадка (аллергический ринит), астма и цинга.
После того, как учёные установили, что причина рахита заключается в нарушении обмена, больным начали давать препараты солей фосфора и кальция — но без ощутимого результата, оказалось, что организмом усваивается только 5% этих соединений. Но солнечные ванны и облучение УФ-лампами поднимали усвояемость кальция и фосфора до 60% (хотя на тот момент никто не понимал роли витамина D в этом процессе).
Воздействие ультрафиолетом на коже головы способствует росту волос и предотвращает их выпадение (кроме тех случаев старческого облысения). Ультрафиолет солнца вызывает приток крови к коже, что улучшает снабжение волосяных луковиц кислородом и питательными веществам. Поэтому мнение, что постоянное ношение головных уборов может приводить к выпадению волос — вполне обосновано.
Лучи ультрафиолета проникают в кожу на глубину 1–3 миллиметров, в зависимости от длины волны. До появления антибиотиков для «глубокой» ультрафиолетовой терапии существовали специальные лампы, кварцевое стекло которых охлаждалось водой — их прижимали к коже, и глубина проникновения УФ в мягкие ткани увеличивалась до 5–6 миллиметров. Причиной отказа от метода глубокого облучения стали значительные побочные эффекты — жёсткий ультрафиолет не только убивал микробов, но и сильно травмировал кожу.
Как средство антимикробной терапии ультрафиолетовое облучение наиболее широко применяется в лечении заболеваний кожи (особенно фурункулёза) и ожогов. Использование ультрафиолетовых ламп с изогнутыми колбами позволяет проводить УФ-облучение труднодоступных мест — особенно слизистых оболочек полости рта и носа, для облучения волосистой части головы применяют специальные насадки-расчёски.
Хотя ультрафиолетовые лампы знакомы нам в основном по медицинским кабинетам, ультрафиолет получил не меньшее распространение и в сельском хозяйстве и промышленности.
Облучение ультрафиолетом кур-несушек в течение 10 минут каждый день увеличивает их яйценоскость (в некоторых случаях — до 4 раз), а количество вылупляющихся здоровых цыплят увеличивается вдвое. Суточные цыплята, получающие мягкие ультрафиолетовые или солнечные ванны набирают вес растут впятеро быстрее чем цыплята в помещениях, свет в которые попадает через оконные стёкла.
Производители автомобилей используют ультрафиолетовые установки для испытания свойств красок и отделочных материалов. Несколько часов, которые окрашенная деталь или кусок ткани проводят под УФ-лампой равнозначны многим месяцам пребывания под солнцем.
Пигменты изменяют свой цвет и выцветают под действием ультрафиолетовой части спектра солнечного света. Например литопон, широко распространённый белый пигмент, иногда может становиться чёрным. Несколько часов тестирования позволяют установить, как будет выглядеть автомобиль через несколько лет службы, а кроме того — заранее отбраковать краску, лак и обивку плохого качества.
Лучи ультрафиолета, направленные на детали, покрытые тонким слоем воды, позволяют предсказать, как воздействие будут оказывать дождь и роса на автомобиль, хранящийся на улице.
Во множестве опытов и на практике было подтверждено, что облучение УФ-лампами стимулирует рост растений. Несколько видов цветов и огородных растений растут вдвое быстрее, если их облучать мягким ультрафиолетом 9 часов в день (по сравнению с высаженными в открытый грунт). Например, на Гавайях экспериментировали с воздействием ультрафиолета на сахарный тростник, ананасы и бананы. Тропические фрукты созревали намного быстрее, а сахарный тростник был готов к сбору уже через двенадцать месяцев, тогда как в обычных условиях для вызревания и достижения нужной концентрации сахара в тростнике требуется не менее полутора лет (около 20 месяцев).