RADIATIILE ELECTROMAGNETICE SI CORPUSCULARE

RADIATIILE ELECTROMAGNETICE SI CORPUSCULARE

Radiatiile electromagnetice si corpusculare reprezinta, in esenta fluxuri variabile de linii invizibile de forte de natura electrica si magnetica ce se propaga simultan in spatiu si timp cu o viteza de 300.000 km/s. Cercetarile intreprinse pana acum au aratat ca amploarea efectelor biologice provocate de acestea variaza invers proportional cu patratul distantei dintre punctul de emisie al radiatiei si cel de interceptie a materiei organice si depinde atat de energia si densitatea radiatiei, cat si de durata expunerii.

In functie de tipul efectelor biologice pe care le produc, radiatiile electromagnetice sunt grupate in radiatii neionizate, care determina accelerarea vitezei de deplasare a electronilor si ridicarea lor pe orbitali superiori, ceea ce impune dilatarea materiei organice printr-un efect fotodinamic care modifica intensitatea fortelor de coeziune interna ale bioelementelor (in aceasta categorie incadrandu-se undele corespunzatoare spectrului de audiofrecventa, undele radiometrice, microundele, radiatiile infrarosii, radiatiile luminoase si radiatiile ultraviolete); si radiatiile ionizante (roentgen si gamma) care produc efecte electrochimice reprezentate prin dizlocarea electronilor din atomii bioelementelor iradiate si ionizarea materiei organice. Acelasi efect este generat si de radiatiile corpusculare alcatuite dintr-un flux de particule elementare ce se deplaseaza cu viteze foarte mari.

Impactul acestor tipuri de radiatii asupra organismului uman se resimte pan la nivelul invelisului de electroni din masa substantelor organice. Dar datorita neomogenitatii tesuturilor si multitudinii de combinatii chimice din structurile celulare, se diferentiaza trei tipuri de procese de interactiune:

- prin reflexie, o parte din fluxul radiativ intrat in coliziune cu electronii din atomii bioelementelor va fi directionat inapoi spre sursa de emisie, reducand sensibil amploarea efectelor biologice.

- prin difuzie, o parte a radiatiilor electromagnetice sunt deviate lateral, ciocnindu-se cu electronii din atomii altor bioelemente si isi consuma energia initiala, provocand o serie de perturbatii fiziologice a caror amploare depinde de profunzimea la care acestea se produc.

- prin absorbtie, radiatiile electromagnetice patrund in tesuturile organice printr-un efect fotodinamic, care provoaca un transfer energetic la nivelul electronilor expusi radiatiei, prin care este posibila ruperea unor legaturi de valenta dintre bioelemente si aparitia radicalilor liberi (de exemplu, o unda radiativa cu energia de 3,9 - 4,2 eV poate determina ruperea legaturilor C-C si C-N din numeroase molecule organice) (conf. Coulson, 1952); sau printr-un efect de ionizare; in urma caruia, prin coliziune radiativa, electronii sunt dizlocati de pe orbitalii lor energetici obisnuiti si proiectati cu mare viteza in afara atomului din care fac parte, determinand ionizarea acestuia. De multe ori, acest fenomen se propaga "in cascada", afectand grav proprietatile chimice si electrochimice ale bioelementelor. In acest caz, fenomenul de ionizare tisulara incepe din straturile superficiale ale invelisului cutanat si se propaga in adancime in functie de energia si densitatea radiatiilor ionizante.

Organismul uman prezinta tendinte de relativa permeabilitate pentru toate tipurile de unde electromagnetice desi spectrul undelor radiometrice si microundelor sunt in principal reflectate sau difuzate inca de la nivelul tesuturilor cutanate superficiale datorita energiei lor foarte scazute. Absorbtia radiatiilor infrarosii la nivelul epidermei se datoreaza prezenti proteinelor intramoleculare (Scheuplein, R.J., 1964) si melaninei (Edwards, E.A., 1951) si se efectueaza gradat, in functie de lungimea lor de unda.

Astfel, radiatiile infrarosii cu l = 0,3 mm - 3 m sunt total absorbite la nivelul epidermei; cele cu l m se transmit prin epiderma si sunt anihilate in derma de profunzime (corium); iar cele cu l m sunt deviate de la directia initiala de propagare, patrunzand in tesutul subcutanat pana la o adancime de 2 mm (Tregeaer, R.T., 1966). Majoritatea radiatiilor luminoase, cu l m A, traverseaza epiderma si patrund in tesuturile subcutanate pana in vasele de sange de unde sunt reflectate inapoi, dand culoarea pielii si evidentiind partial si culoarea lichidului circulant (hemoglobinei) (Edwards, E.A., 1951). Pe masura aparopierii de spectrul radiatiilor ultraviolete (l < 3.000 A), permeabilitatea tesuturilor organice se reduce inca de la nivelul stratului cornos. In plus, procesul de intensificare a pigmentarii pielii contribuie semnificativ la stoparea propagarii acestor radiatii cu pronuntate efecte fotochimice nocive. Din nefericire, toate tesuturile organice devin aproape complet permeabile pentru radiatiile roentgen, gamma si corpusculare care produc efecte fiziologice ireversibile pe intreaga lor directie de propagare (Grodstein, 1957).

Multitudinea efectelor biologice induse prin actiunea radiatiilor electromagnetice permite evaluarea potentialului de adaptare fiziologica a organismului uman numai prin defalcarea lor in functie de tipul dominant de radiatii generatoare.

1. Radiatiile corespunzatoare spectrului de audiofrecventa (radiatii infraacustice, acustice si ultraacustice), care dispun de o putere energetica extrem de scazuta (sub 1 eV) ce se propaga sub forma undelor electromagnetice, cu o viteza de 300.000 km/s, se deosebesc in mod radical de sunete, care reprezinta condensari si rarefieri consecutive ale aerului, provocate de vibratiile diverselor corpuri din natura (si au viteze de propagare de numai 335 m/s). Acestea sunt prezente in permanenta in atmosfera terestra, sub forma de trenuri de unde care, in cazul apropierii unor fronturi de dipoli norosi ce produc descarcari electrice, isi maresc intensitatea, devenind perceptibile. In calotele senine, efectul lor acustic se atenueaza foarte mult, fondul lor energetic datorandu-se descarcarilor electrice din zonele mai indepartate (cca. 100 fulgere/secunda pe intregul Glob).

In prezent, la aceste tipuri de radiatii se adauga si cele generate de transmisiile radio, reteaua liniilor de inalta tensiune ce transporta curentul alternativ de la electrocentrale in orase, sau de diversele utilaje industriale si aparate electrotehnice casnice.

Desi initial s-a crezut ca radiatiile electromagnetice corespunzatoare spectrului de audiofrecventa nu prezinta nici o importanta pentru organismul uman, prin efectuarea unor experiente in vivo, s-a constatat ca structurile invelisului cutanat uman nu numai ca le receptioneaza, dar chiar determina cresterea amplitudinii lor, punind in evidenta functia de antena a acestui organ. Receptia semnalelor acustice se face diferit in diverse parti ale corpului (fenomenul datorindu-se probabil impedantei variabile a epiteliului cutanat), astfel incit fiecarei zone corporale ii corespunde un anumit interval de frecventa pentru care amplitudinea captata este maxima.

Aceasta ar putea avea o semnificatie fiziologica deosebita deoarece punctele electrodermice receptoare se afla in stransa legatura cu organele interne prin intermediul sistemului nervos central, ceea ce presupune functionarea unui sistem integrat de protectie interna adecvata. In plus, frecventa semnalelor acustice culese in diferite puncte electrodermice variaza intre 2 si 25 kHz, ingloband complet intervalul de 16-20 kHz aferent sunetelor care pot fi percepute de urechea umana, indicand uriasa capacitate de toleranta a organismului uman la agresiunea unor stimuli externi.

2. Undele radiometrice, avand potential energetic foarte scazut, sunt prezente in atmosfera terestra, atat in timpul zilelor senine, cat si al celor noroase, cand intensitatea lor se amplifica ca urmare a descarcarilor electrice ce au loc intre dipolii norosi. Desigur ca la acestea se adauga si cele induse pe cale antropica, in activitatile industriale sau casnice.

Inca de la inventarea aparatelor de receptie radio este cunoscut faptul ca organismul uman capteaza si amplifica radiatiile electromagnetice cu proprietati radiometrice, putand inlocui cu succes o antena obisnuita de receptie pe lungimile de unda medii, lungi sau foarte lungi. Practica depanarilor aparatelor de radio-TV a demonstrat insa ca intervalul de amplificare de 2 - 25 kHz nu este fix, ci se poate deplasa spre frecventele mai inalte din domeniul undelor medii, intermediare sau scurte, in functie de situatiile sinoptice. Astfel, intr-o zi senina, inlocuirea antenei aparatului de receptie radio-TV cu corpul depanatorului determina diminuarea semnalului sonor sau luminos, in timp ce intr-o zi innorata, cand vaporii de apa continuti in aerul atmosferic formeaza un ecran ce reduce amplitudinea semnalului ajuns la receptor, inlocuirea antenei metalice cu corpul depanatorului va determina intensificarea sunetului sau imaginii receptorului, demonstrand calitatile "radio-conductive" ale organismului uman. Aceste efecte se datoreaza modificarilor rezistentei transmembranale produse de-a lungul traseelor electrodermice (care sunt legate de functia de antena a organismului). De aceea, in zilele innorate, cresterea conductivitatii punctelor si traseelor electrodermice determina deplasarea intervalului de amplificare a undelor electromagnetice spre frecvente mai scurte.

Pe de alta parte, prin observatii atente efectuate asupra unor subiecti umani nevrotici, sensibili la procesele aeroelectrice, s-a constatat ca trenurile de unde emise cu prilejul descarcarilor electrice din timpul noptii provoaca senzatii de intepaturi violente la nivelul cutanat in punctele situate pe fata, piept, ceafa sau spate; tresariri sau spasme scurte, dar violente, ale membrelor inferioare sau superioare in fazele premergatoare instalarii somnului; insomnii urmate de o stare de iritare generala. In aceleasi conditii, la subiectii normali se inregistreaza un somn animat de multe miscari incoerente, de multe rasuciri si visuri cu scene violente pe care subiectii pot sa le povesteasca daca sunt treziti imediat, sau le uita daca sunt lasati sa-si continue somnul. Aceste fenomene au fost puse pe seama socurilor repetate provocate de trenurile de unde radiometrice care pun in alerta sistemul nervos vegetativ.

3. Microundele, a caror energie nu depaseste valori de 10-5 eV, sunt prezente in atmosfera terestra atat ca produse ale activitatii solare, ajungand la nivelul solului prin ferestrele ionosferice, sau fiind generate de miscarile sarcinilor electrice din timpul formarii dipolilor norosi si a descarcarilor electrice, cat si ca urmare a emisiilor radar sau radio-TV. Ele se propaga in unde continue, daca sunt de origine solara, sau pulsatile, ca in cazul celor produse prin descarcari electrice si emisii radar.

Din punct de vedere biologic, microundele pulsatile au un efect penetrant mai puternic datorita intensitatii mari a undei si distributiei sale spatiale eterogene. Acestea provoaca doua tipuri de efecte fiziologice:

- un efect specific, datorat radiatiilor de mica intensitate, ce consta din demodularea vibratiilor electromagnetice ale structurilor microscopice din celule, afectand activitatea bioelectrica a sistemului nervos central, ce se manifesta prin astenie, cefalee, tulburari de comportament, ameteli; a celui cardiovascular, care determina scaderea tensiunii arteriale, si endocrin, prin diminuarea potentei sexuale. Cercetari efectuate pe operatorii statiunilor radar au confirmat acest sindrom asteno-vegetativ care poate duce la incapacitate de munca de diferite grade.

- un efect termic, datorat microundelor cu intensitati mai ridicate, care afecteaza sistemul de termoreglare umana. Astfel, undele cu l = 10-30 cm sunt absorbite in proportie de 20 - 100% la nivelul tesutului adipos in functie de grosimea acestuia, iar cele cu l < 10 cm (avand frecvente > 3.000 MHz) sunt absorbite in intregime de epiteliul cutanat, cresterea temperaturii tesuturilor interne datorandu-se fenomenului de conductibilitate termica a epidermei. Avand in vedere asemenea efecte, state ca S.U.A. sau Rusia au impus legiferarea unor standarde de toleranta in functie de tipul activitatii de productie.

4. Radiatiile infrarosii dispun de o energie cuprinsa intre 0,001 si 0,1 eV, avand lungimi de unda de 2,3 - 0,76 m. Sursa principala de emisie a acestui tip de radiatii este Soarele, dar, teoretic, la nivelul suprafetei terestre, acestea pot proveni si de la orice aglomerare de particule materiale, a caror temperatura este mai mare decat 0K (-273C). In principiu, se considera ca organismul uman capteaza radiatii infrarosii si din atmosfera, atunci cand temperatura acesteia o depaseste pe cea corporala. Printre sursele artificiale care emit astfel de radiatii putem mentiona cuptorul de topit metale, de preparat sticla sau procese de prelucrare ale unor elemente materiale aflate in stare incandescenta (blooming, forje etc.)

Totusi, la nivelul solului, ponderea cea mai importanta revine radiatiilor infrarosii de origine solara. Acestea prezinta mari variatii cantitative si calitative in cursul unei zile sau unui an. De exemplu, in regim diurn, atat cantitatea, cat si intensitatea acestora prezinta variatii pulsatorii, in functie de unghiul inaltimii Soarelui deasupra orizontului (Tabel 6).

Tabelul Compozitia radiatiilor infrarosii la nivelul solului in raport cu pozitia soarelui pe bolta cereasca.

In acest caz, se observa cu claritate ca ponderea cea mai mare de radiatii infrarosii este detinuta de spectrul cuprins intre 1 -3 , alcatuit din unde scurte, cu mare putere de penetrare. Regimul anual se caracterizeaza prin prezenta unui maxim de intensitate, continut si durata in timpul sezonului cald si un minim in timpul sezonului rece.

In ciuda caracterului lor variabil, radiatiile infrarosii solare reprezinta sursa indispensabila de energie care intretine procesele vitale ale materiei vii in general, si organismului uman in special. Prin absorbtia lor la diferite niveluri organice structurale (bioelemente - organite celulare - tesuturi - organe), se produce, in principal, un efect termodinamic, caracterizat prin ridicarea electronilor pe orbitali corespunzatori energiei termice absorbite si transportul caloric, prin conductibilitate moleculara spre tesurile invecinate, si, de acolo, prin sange, in intregul organism. Acest fenomen determina micsorarea fortelor de coeziune dintre atomi sau molecule, permitand cresterea reactivitatii lor chimice in schimburile biologice, care asigura energia metabolica necesara intretinerii functiilor vitale. Apa, care constituie mediul fundamental de desfasurare al tuturor reactiilor chimice din organism, reprezinta compusul chimic cu cel mai intens spectru de absorbtie al radiatiilor infrarosii. Dar, daca aceasta ar absorbi intreaga cantitate de radiatii infrarosii receptionata la suprafata corpului omenesc, intregul sistem de reglare si integrare fiziologica ar suferi dereglari ireversibile datorita intensificarii ritmului reactiilor moleculare. Pentru prevenirea acestei situatii hazardante, organismul uman este inzestrat cu un eficient sistem de filtrare radiativa selectiva, localizat la nivelul invelisului cutanat. Astfel, datorita marii sale capacitati de absorbtie, epiderma actioneaza ca un ecran radiativ, regland cantitatea de caldura pe care trebuie s-o primeasca fiecare organ, in functie de necesitatile energetice proprii. Acest lucru se vede clar si in figura 21 care prezinta variatiile temperaturii mediului intern si al epiteliului cutanat in raport cu cantitatea de caldura absorbita din exterior (temperatura aerului).

Fig.21. Variatia temperaturii interne a corpului omenesc in functie de temperatura aerului.

De altfel, se stie ca radiatiile infrarosii cu lungimi de unda de peste 1,5 sunt complet absorbite de straturile superficiale ale epiteliului cutanat, iar cele cuprinse intre 0,7 si 1,3 pot strabate epiderma, patrunzand in derma pana la o adancime de 5 mm, unde incalzesc hemoglobina din capilarele sanguine.

De asemenea, masuratorile efectuate la nivelul globului ocular arata ca, spre exemplu, cristalinul absoarbe radiatiile cu l = 1,4 - 1,6 si 1,8 - 2,0 ; iar umoarea apoasa retine radiatiile cu l = 0,95; 1,2; 1,43 si 1,95 . In ceea ce priveste craniul, unde grosimea epiteliului cutanat este destul de mica, se precizeaza ca numai 1% din cantitatea totala de radiatii infrarosii incidenta pe surafata sa poate strabate oasele craniene si afecta direct tesuturile meningeale, provocand leziuni cerebrale ireversibile.

In ansamblu, limita pana la care organismul uman suporta actiunea radiatiilor infrarosii, expunand reactii de protectie prin intermediul sistemelor de integrare si reglare fiziologica, este de 1 - 3 cal./cm² x min (Carsteanu M., Dumitru R., 1976). Dincolo de acest prag, organismul uman dezvolta reactii patologice temporare, reprezentate prin eritem, arsuri, colaps caloric, crampe calorice, soc termic sau insolatie, iar daca expunerea se prelungeste, apar modificari patologice ireversibile, cum ar fi cataractele oculare, afectiunile nervoase, endocrine etc.

O imagine interesanta in acest sens ne ofera figura 22 care prezinta repartitia pe judete a numarului de cazuri de boli de piele si tesut celular subcutanat din Romania (1992). Harta, intocmita pe baza datelor statistice obtinute de la Institutul de Igiena din Bucuresti, ne arata ca, in general, cel mai mare numar de imbolnaviri se inregistreaza in judetele de campie (Satu Mare, Bihor, Arad, Timis, Dolj, Teleorman, Constanta, Iasi, Vaslui, Mures), care, datorita asezarii lor geografice, dispun de cel mai ridicat potential radiativ de pe intreaga suprafata a tarii (sumele medii anuale ale radiatiei solare totale atingand valori de peste 115 kcal/cm² in Campia de Vest si Moldovei si 120 - 125 kcal/cm² in Campia Romana).

Desigur, nu putem absolutiza aceste corelatii intr-atat incat sa sustinem ca intensitatea mare a radiatiei solare (predominant infrarosie) incidenta in aceste regiuni constituie cauza unica a acestui gen de morbiditate, pentru ca, de exemplu, un numar la fel de mare de cazuri se inregistreaza si in judetele Hunedoara, Alba, Cluj sau Brasov, ceea ce ne face sa credem ca, in aceste cazuri, procesele industriale cu un anumit specific ar putea constitui o cauza suplimentara generatoare de astfel de boli, dar nici nu putem neglija evidenta influentei factorilor radiativi, cu atat mai mult cu cat, urmarind gradul de incidenta pe un sir mai lung de ani, observam ca relatia se pastreaza (anul 1992 fiind considerat ca an reprezentativ in acest sens, datorita bogatei sale activitatii solare).

Fig.22. Harta repartitiei pe judete a numarului de cazuri de

boli de piele si tesut celular subcutanat in Romania, 1992.

Asemeni tuturor celorlalte corpuri materiale din mediul terestru, si organismul uman expune un comportament radiativ caracterizat prin mentinerea unui echilibru rational intre fluxurile radiative (infrarosii) absorbite si cedate din/si spre exterior (aer). In consecinta, acesta dispune de mecanisme fiziologice capabile nu numai sa absoarba radiatii infrarosii (calorice), dar ca le si emita, in acelasi scop de mentinere a functiilor sale vitale. Se stie ca, prin reactii biochimice exoterme, corpusculi celulari specializati (mitocondriile) elibereaza surplusul caloric acumulat in celule in urma proceselor oxidative. Radiatiile calorice (infrarosii) degajate in aceste reactii sunt preluate de fondul de apa libera din compozitia circulatiei sistemice, omogenizand nivelul energetic al tuturor bioelementelor din organism la o valoare relativ constant exprimata prin temperatura interna conventionala de 37C.

Avand in vedere faptul ca organismul uman trebuie sa asigure schimburi calorice cu aerul din jurul sau pe o suprafata de peste 140 m², el trebuie sa dispuna de eficiente mecanisme de termoreglare, care sa asigure functionalitatea schimbului radiativ extern. Principalele modalitati prin care organismul uman emite radiatii infrarosii (calorice) sunt:

- Transferul de caldura prin radiatie reprezinta cca 40-60% din cantitatea totala de energie cedata mediului extern, fiind alcatuit din radiatii infrarosii cu l = 9,44 emise la nivelul epiteliului cutanat.

- Transferul de caldura prin conductie si convectie reprezinta 15-20% din cantitatea totala de energie cedata mediului extern, si consta in incalzirea, prin excitatie electronica, a moleculelor de aer aflate in contact direct cu pielea umana si inlocuirea lor cu molecule a caror temperatura este inferioara celei corporale.

- Transferul de caldura prin evaporarea apei de pe suprafata epiteliilor de separatie atinge 30-32% din totalul energetic cedat mediului (18% prin piele +14% prin plamani si mucoase).

Intrucat nivelul energetic al electronilor moleculelor de aer este permanent variabil, rezulta ca si aceste trei tipuri de transferuri calorice ale organismului uman variaza direct proportional cu diferenta de temperatura dintre corp si aerul din jurul sau (Fig. 23).

Fig. 23. Schema proportiei pierderilor de caldura ale organismului uman

in functie de temperatura de la suprafata corpului (C).

Dupa opinia lui M.I. Budyko (1974), in conditiile unui regim stationar, cand temperatura de la suprafata corpului inregistreaza slabe variatii in timp, ecuatia bilantului caloric al organismului uman are forma: R + M = E + C in care:

R = bilantul radiativ de la suprafata corpului ;

M = cantitatea de caldura metabolica determinata pe baza aportului cantitativ si caloric de alimente asimilat intr-o perioada de timp considerata ;

E = transferul caloric prin evaporare ;

C = schimbul caloric turbulent (prin conductie si convectie) de la suprafata pielii.

Se observa ca aceasta ecuatie nu include si componentii minori ai bilantului caloric dintre organism si mediul inconjurator, cum ar fi pierderile calorice prin procesele de respiratie, desi, atunci cand temperatura aerului scade sub -40C, acestea se ridica la aproape 1/5 din pierderile calorice totale.

Conform calculelor efectuate de acest autor, cantitatea de caldura metabolica (M) degajata de o persoana aflata in stare de repaus in conditii de confort termic, este mai mult sau mai putin stabila si se cifreaza la aproximativ 40-50 kcal/m² x h^-1 (= 1,1 x 10^-3 - 1,4 x 10^-3 cal/cm² x sec) depinzand si influetand nemijlocit regimul termic al organismului (Fig.24), care se mentine in zona confortului termic. In ceea ce priveste pierderile calorice pe care organismul uman le sufera prin evaporarea apei de pe suprafata pielii, se apreciaza ca valoarea coeficientului de evaporare (a) nu mai prezinta aceeasi stabilitate ca in cazul productiei de caldura metabolica ci variaza in limite foarte largi in functie de temperatura corporala. Aceste rapide modificari se datoreaza in mare parte activitatii diferentiate a glandelor sudoripare, care constituie un eficient sistem de reglare a regimului termic uman. In figura 25 se observa ca pentru temperaturi corporale cuprinse intre 29 si 35C, coeficientul de evaporare (a) inregistreaza valori din ce in ce mai mari, devenind factorul substantial de influenta a procesului de termoreglare. La valori termice corporale mai mari de 35C, a devine aproape punctiform, corespunzand, probabil, unei stari de disfunctionalitate fiziologica datorata hipertermiei.

Fig. 24. Cantitatea de caldura metabolica kcal/cm² x sec) produsa de organismul uman in functie de temperatura de la suprafata corpului (C)

Fig. 25. Variatia cantitatii de caldura pierduta de organismul uman prin evaporare (a)

in functie de temperatura de la suprafata corpului (C)

O evaluare generala a bilantului caloric al organismului uman, efectuata de acelasi M.I. Buyko (1974), apreciaza ca la latitudini temperate, intr-o zi de vara, principala sursa de caldura este reprezentata de cantitatea totala de energie radiativa calorica (infrarosie) incidenta pe suprafata pielii (reprezentand 70-75% din aportul caloric total al organismului), la care se adauga cantitatea de caldura metabolica produsa prin procese oxidative celulare (= 30-25%). Acestea sunt consumate diferentiat, in functie de regimul temperaturii aerului. Astfel, la temperaturi ambientale mari, transportul caloric prin evaporare devine cel mai important mijloc de pierdere calorica (totalizand 75-80% din cantitatea totala emisa in exterior) dar la temperaturi scazute, valoarea acestuia, care scade la 20-25%, este depasita de cea a transportului caloric turbulent prin conductie si convectie, care se ridica la 50-60%.

Data fiind importanta vitala a mentinerii constante a temperaturii sale interne, organismul uman este dotat cu senzori specializati, repartizati pe intreaga suprafata a corpului, prin intermediul carora sistemul nervos central este permanent informat asupra starii energetice interne si externe. Temperatura mediului extern la care cantitatea de energie absorbita de mediu este egala cu cantitatea de energie transferata de organism si nu necesita interventia mecanismelor de termoreglare poarta numele de temperatura de neutralitate termica, si variaza in limite destul de largi, in functie de varsta si sexul subiectilor (aceasta fiind de 17-25C pentru indivizii care locuiesc la latitudini temperate sau 29-34C pentru cei de la latitudini tropicale).

5. Radiatiile vizibile sunt unde electromagnetice alcatuite din particule de fotoni care se propaga in linie dreapta, cu lungimi de unda l m si putere energetica de 1 - 7 eV (situata la limita dintre radiatiile infrarosii si cele ultraviolete). Radiatiile vizibile sunt, in principal, de provenienta solara, dar o cantitate redusa este emisa si de alte corpuri ceresti (in special Luna), prin reflexia luminii solare. De asemenea, acestea pot fi induse pe cale artificiala, prin procedee foarte variate (de la flacara deschisa pana la gaze aflate in stare de excitatie electrostatica).

Radiatiile vizibile au o mare putere de penetrare, in structurile biologice; efectul lor termic fiind cu aprox. 60% mai redus decat cel al radiatiilor infrarosii. In schimb, acestea provoaca un efect fotodinamic accentuat, reprezentat prin ridicarea nivelului energetic al orbitalilor electronici si captarea surplusului energetic de catre oxigenul intracelular care, astfel, devine foarte activ din punct de vedere chimic, combinandu-se cu proteinele celulare si formand peroxizii (importanti produsi de sinteza).

Din cercetarile efectuate pana in prezent reiese ca structurile celulare din compozitia organismului uman reflecta cca. 50% din cantitatea totala a radiatiilor continute in spectrul luminos. Aceasta proprietate este determinata printre altele, si de valoarea destul de ridicata a albedoului pielii umane, care este egala, in medie, cu 30%. Trebuie insa sa mentionam faptul ca valoarea albedoului pielii uman variaza de la o populatie la alta, in functie de gradul lor de pigmentare (vezi 2.1.2). Prin urmare, si cantitatea radiatiilor luminoase absorbite de tesuturile epiteliale depinde de gradul lor de transparenta si, implicit, de cantitatea de pigment din substratul acestora. In ceea ce priveste strict puterea de penetrare a diverselor radiatii din spectrul luminos in structurile tegumentelor, se constata ca aceasta difera in functie de lungimea de unda caracteristica. Astfel, radiatiile galbene, portocalii si rosii patrund cu atat mai adanc cu cat lungimea lor de unda este mai mare, iar cele verzi, albastre, indigo si violet sunt respinse daca lungimea lor de unda se micsoreaza prea mult.

Prin proprietatile de care dispun, radiatiile luminoase reprezinta stimulul fizic al activitatii intregului ansamblu de celule din care este constituit organismul uman, coordonand intensitatea travaliului principalelor sisteme de integrare si reglare fiziologica.

In primul rand, radiatiile vizibile determina inervatia senzorilor neuronali ai retinei oculare, singurul organ specializat in acest tip de relatii cu mediul extern. Aceasta este alcatuita din straturi succesive de neuroni fotosensibili dispusi in doua structuri distincte: celule tip "bastonase", specializate in captarea radiatiilor albe si negre (culori acromatice) si celule tip "conuri", specializate in captarea radiatiilor colorate (culori cromatice). Prin actiunea radiatiilor electromagnetice luminoase, bioelementele din compozitia neuronilor fotosensibili sufera reactii fotochimice reversibile, din care rezulta compusi proteici care determina modificarea potentialului de membrana al nervilor fotosensibili. Aceste impulsuri chimice sunt preluate de neuronii urmatori si transmise, prin nervul optic, pana in zona de proiectie din scoarta cerebrala, unde se compune imaginea perceputa.

In al doilea rand, radiatiile vizibile rosii, portocalii si galbene, apropiate spectrului infrarosu, produc, prin absorbtie, un efect termic care activeaza mecanismul de termoreglare.

In al treilea rand, radiatiile vizibile albastru-violete, apropiate de cele ale spectrului ultraviolet, determina intensificarea productiei de melanina (pigment epidermic) si proliferarea (stimularea) productiei de melanina, ca reactie de protectie la efectul fotochimic indus de acestea.

In fine, desi nu in ultimul rand, caracterul alternant al radiatiilor vizibile, datorat miscarilor de rotatie si revolutie ale Pamantului, determina instalarea ritmurilor nictemerale (veghe-somn) si anuale in toate structurile fiziologice ale corpului omenesc.

In principu, bioritmul circadian (diurn) reprezinta caracterul fundamental al timpului biologic uman si are un tipar de evolutie bifazic, exprimat prin alternarea unei perioade de intensa activitate metabolica (in timpul zilei) cu una de repaus relativ (in timpul noptii). Acest ritm zilnic are caracter filogenetic si se definitiveaza de abia la varsta de 10 ani, caracterizand activitatea tuturor structurilor fiziologice din organismul uman. (Tabel 7).

Tabelul 7. Bioritmul principalelor functii fiziologice umane.

Instalarea bioritmului circadian are loc prin adaptarea sincrona a functiilor organismului la fenomenele externe. Dar modificarea fortata a conditiilor ambientale care le-au stabilit un anumit bioritm, poate determina grave dereglari senzoriale si psihice, reprezentate prin amnezii, pierderi ale capacitatii de orientare in timp, derglarea organelor centrale de coordonare nervoasa etc. Uneori, tulburarile se pot extinde si in sfera somatica, impunand(generand) dereglarea ritmului cardiac, al ciclului menstrual etc., cu urmari semnificative asupra randamentului uman.

Unul din cazurile crono-patologice frecvent intalnite in conditiile civilizatiei moderne este sindromul jet-lag, datorat dezadaptarii cronobiologice survenite in urma unei calatorii aeriene transcontinentale, cand trecerea de la un fus orar la altul se face extrem de rapid.

Modificarea stimulilor ritmici initiali, prin schimbarea brusca a caracteristicilor climatice sau comprimarea ritmului veghe-somn, creeaza un adevarat stress biologic, care ridica probleme dificile de adaptare. Din fericire insa, constiinta joaca un rol important in reglarea    bioritmului circadian, ceea ce face ca efectele sindromului jet-lag sa fie reversibile. Cu toate acestea, el reprezinta un important factor de conduita a comportamentului uman. De exemplu, sportivii care se deplaseaza la competitii internationale desfasurate in localitati situate la distante mari, au nevoie de cel putin 3 - 5 zile de reglare a bioritmului, in vederea recuperarii integrale a capacitatii initiale de efort.

Bioritmul anual (sau sezonier) prezinta un ritm mai lent de evolutie, permitand organismului uman sa se adapteze gradat la conditiile climatice ce se modifica de la un anotimp la altul.

Pe de alta parte insa, radiatiile vizibile pot avea si efecte nocive asupra organismului uman. De exemplu, avand in vedere faptul ca lumina solara are o intensitate de ordinul a peste 100.000 de luscsi (in timp ce in interiorul caselor patrund de abia 50 - 1.000 de lucsi), structurile cutanate pot fi afectate, prin expunere indelungata, de fotodermatoze, arsuri sau eritemuri, iar ochii de fototraumatisme retiniene care se accentueaza in timpul iernii, datorita albedoului ridicat al zapezii (80-90%). Pentru prevenirea acestor efecte negative, oamenii au adoptat reactii culturale de protectie, specifice zonelor in care traiesc: cum ar fi ochelarii de soare sau de zapada, vestimentatia si accesoriile vestimentare caracteristice.

Radiatiile ultraviolete, cu lungimi de unda cuprinse intre 2.800 si 4.000 A, dispun de cel mai mare potential energetic din categoria radiatiilor neionizate (energia lor masurand cateva zeci de eV). Desi principala lor sursa emisiva este Soarele, la nivelul suprafetei terestre nu ajunge decat cca 45% din totalul cantitatii de radiatii ultraviolete emise de acesta (33% prin absorbtie directa si 12% prin procese de difuzie si reflexie), deoarece o parte din acestea sunt absorbite de moleculele de oxigen din componenta straturilor succesive de ozon localizate intre 25-60 km altitudine.

Proportia acestora creste semnificativ in regiunile montane situate la mari inaltimi, unde datorita gradului ridicat de transparenta a atmosferei, cantitatea lor se poate chiar dubla, sau in regiunile acoperite cu zapada proaspata, al carui albedo ridicat intensifica procesele de reflexie. De asemenea, radiatiile ultraviolete se gasesc si in componenta spectrelor radiative emise de dipolii norosi in timpul descarcarilor electrice, sau de unele procese tehnologice din instalatiile de sudura sau cu arc voltaic.

Prin absorbtie in structurile celulare ale organismului uman, radiatiile ultraviolete produc doua tipuri de efecte biologice, in functie de lungimea lor de unda si de durata expunerii. Astfel, radiatiile ultraviolete cu = 3.200-4.000 A exercita, in principal, efecte de fotoionizare, cu rol preponderent eritematogen, in timp ce radiatiile ultraviolete cu = 2.800-3.200 A, genereaza efecte de fotosinteza, cu rol antirahitic. Din nefericire insa, cele din prima categorie reprezinta 90% din cantitatea totala de radiatii ultraviolete incidente pe suprafata pielii, impunand organismului uman severe masuri de protectie si control.

In ceea ce priveste modificarile biochimice bazate pe efecte de ionizare, trebuie sa precizam ca amploarea si gravitatea lor depinde nemijlocit de durata expunerii. De exemplu, reactiile de reglare si protectie normala a organismului se dezvolta dupa o expunere de numai 30 de minute; manifestari patologice temporare (fotodermatoze) apar dupa o iradiere de 60 de minute; iar modificarile patologice ireversibile, de tipul cancerelor de piele, apar in cazul expunerilor ce depasesc 80 de minute.

Prin efectul de fotoionizare produs de radiatiile ultraviolete in structura chimica a bioelementeldor cuprinse in organitele celulare, organismul uman dezvolta eficiente reactii de protectie inca de la nivelul epiteliului cutanat care suporta primul actiunea agresiva a acestora. Cele mai importante dintre acestea sunt: pigmentarea, hiperkeratoza si eritemul.

Pigmentarea (bronzarea) pielii constituie o reactie biochimica reflexa si se produce in doua etape. Pigmentarea imediata are eficienta maxima la actiunea radiatiilor ultraviolete cu lungimi de unda de 2.940-2.570 A si se observa la aproximativ 90% din subiectii cu pielea normal colorata. Ea se datoreaza intunecarii cantitatilor de melanina existente in structurile epidermice, ca urmare a unei reactii fotochimice oxigen-dependente. Procesul de formare a unor cantitati suplimentare de melanina se declanseaza, insa, numai atunci cand radiatiile ultraviolete ating lungimi de unda de 3.400-3.500 A. De obicei, procesul de productie excedentara a melaninei debuteaza dupa un interval de latenta de 2-3 zile de la iradiere, realizeaza un maxim de 19 zile si inceteaza la 30 de zile, dupa care pigmentul melanic este eliminat progresiv intr-o perioada de 8-9 luni. Desigur, reactiile biochimice implicate sunt deosebit de complexe, dar ele au rolul de a proteja structurile interne de actiunea nociva a radiatiilor ultraviolete.

Hiperkeratoza se manifesta prin proliferarea accelerata a celulelor epiteliale, ducand la ingrosarea stratului cornos. Ea este o reactie de aparare ce contribuie la absorbirea a peste 50% din cantitatea de radiatii ultraviolete incidenta pe suprafata pielii.

Reactia inflamatorie sau eritemul apare dupa o expunere de 30-60 de minute si devine vizibil numai dupa 6 ore, persistand 3-5 zile. Mecanismul intim raspunzator pentru declansarea sa nu a fost inca pe deplin elucidat, desi se crede ca s-ar datora unor reactii de alterare a moleculelor de ADN (acizi dezoxiribonucleici).

Reactiile de sinteza stimulate de actiunea radiatiilor ultraviolete sunt deosebit de numeroase si au repercursiuni asupra intregului organism uman. O importanta vitala prezinta reactia de sinteza a provitaminei D₂ care, prin procese fotochimice ireversibile se transforma in vitamina D₂, cu rol de fixare a calciului in structurile osoase.

In tara noastra, un mare numar de cazuri de rahitism evolutiv s-a inregistrat, in 1991 de exemplu, mai ales in judetele al caror teritoriu se extinde preponderent in zonele de munte: Maramures - 0,13%, Salaj - 0,31%, Alba - 0,13%, Brasov - 0,13%, Suceava - 0,11%, Bihor - 0,18% (fata de media pe tara de 0,07%). Din aceasta cauza, suntem tentati sa credem ca, in aceste situatii, datorita rolului ecranator al pantelor muntilor, cantitatea de radiatii ultraviolete incidenta pe fundul vailor umbrite este destul de redusa pentru a permite populatiei locale o expunere eficienta. Pe de alta parte insa, aceeasi situatie se intalneste si in unele judete de campie: Bacau - 0,26%, Satu Mare - 0,14%, Timis - 0,10%, Iasi - 0,12%, Galati - 0,08%, Braila - 0,17%, Constanta - 0,10%, care infirma validitatea relatiei mentionate anterior. De data aceasta credem ca numarul mare de imbolnaviri se datoreaza fie intensei activitati industriale care genereaza apreciabile cantitati de pulberi sedimentabile ce, odata emise in atmosfera, ecraneaza radiatiile ultraviolete; fie aportului caloric neadecvat adoptat in conditiile unui nivel de trai mai scazut (ca in cazul judetului Bacau sau Salaj).

Efectul general produs de radiatiile ultraviolete asupra organismului este reprezentat prin tendintele de activare a circulatiei sistemice, de stimulare a hemato- si leucopoezei, de accelerare a activitatii aparatului digestiv, respirator, endocrin, etc. In schimb, daca actiunea acestor radiatii depaseste doza maxim admisibila de iradiere, poate determina modificari cromozomiale in celulele din maduva osoasa. Aceasta arata ca, in esenta, actiunea acestui tip de radiatii este mult mai profunda decat se crede, ceea ce ar putea confirma supozitia referitoare la rolul pe care l-au jucat in aparitia si evolutia speciei umane.

7. Radiatiile ionizante sunt emise fie in timpul eruptiilor cromosferice solare de ordin superior (radiatii corpusculare), fie de elemente radioactive naturale sau artificiale (radiatii radioactive). Din fericire, actiunea radiatiilor cosmice nu este resimtita in straturile inferioare ale atmosferei terestre, decat rareori si in mica masura, in perioadele de intensificare a activitatii solare, in timp ce emisiile radioactive afecteaza fondul radiativ natural al acesteia. Radiatiile cosmice sunt compuse din radiatii cosmice primare, de natura corpusculara, reprezentate de nuclee de atomi (de la hidrogen pana la fier) lipsiti de electroni periferici si radiatii cosmice secundare (protoni, neutroni, electroni, etc.) produse prin 'atomizarea' particulelor dintai sub actiunea radiatiilor primare. Energia acestora depaseste deseori cateva zeci de eV, avand o oscilatie periodica de cca 50%, cu o amplitudine de 11 ani (efectul Forbush), prezentand riscuri biologice numai in cazul zborurilor cosmice.

Radiatiile elementelor radioactive sunt reprezentate, in principal, de radiatii alfa emise de unele roci minerale: ⁵⁷Co, ⁶⁰Co, ⁵⁴Mg, ¹⁴⁴Ce, ⁶⁵Zn, ⁹⁵Zr, ¹¹⁰Ag, ⁴⁵C, ⁸⁹Sr, ²³⁴Th, ²²⁶Ra, ³²P, ¹³¹I, ²⁴Na, ⁴²K, ⁵¹Cr, ⁶⁴Cu, etc., sau de utilajele de productie, transport si exploatare a izotopilor radioactivi artificiali. In natura, proportia mineralelor radioactive (Uraniu si Thoriu) este neinsemnata (~6 x 10³% din compozitia scoartei terestre), iar repartitia lor este neuniforma (de la 1pCi/m³ deasupra oceanelor la 500 pCi/m³ deasupra uscatului).

Cercetarile efectuate personal in judetul Bihor (Romania), pe loturi de populatie situate in doua zone diferite din punct de vedere al fondului natural de radioactivitate, au aratat ca cifrele de acumulare ale uraniului si plumblului radioactiv variau amplu intre zona de exploatare (Baita) si zona neutra (Beius) de la 24 la 6,2 remi pentru uraniu si 10,5-3,3 remi pentru plumb. Desi acestea se incadreaza in limitele maxim admisibile (25 remi pentru uraniu si 12 remi pentru plumb), exista pericolul ca, prin expunere indelungata, populatia sa manifeste semne clinice de iradiere. In acest sens, poate nu este chiar intamplator faptul ca, spre deosebire de alte judete, Bihorul prezinta cele mai ridicate valori ale indicilor de mortalitate standardizata pe cauze tumorale - 173,6 la 100.000 locuitori (fata de media nationala de 144,7 la 100.000 locuitori in 1991) si ai mortalitatii generale - 13,0% in 1966, 10,7% in 1975, 12,5% in 1985. De asemenea, numarul decedatilor cu varsta sub 1 an (24,5%) este superior numarului mediu pe tara (= 22,7% in 1991), iar prevalenta cazurilor de anomalii congenitale (0,19% in 1991 si 0,16% in 1992) detine suprematia in intreaga tara (a carei valoare medie este de 0,05%). Desigur ca aceste corelatii pot fi contestate, insa ne vine greu sa credem ca numai factorii sociali-economici pot fi responsabili pentru asemenea situatie, mai ales daca stim ca respectivul judet detine un potential economic apreciabil.

In mod normal, organismul uman acumuleaza izotopi radioactivi de C¹⁴, K¹⁴, Na²⁴ in mod natural, ceea ce ne permite sa apreciem ca el joaca un rol activ in reactiile de sinteza a aminoacizilor si glucidelor din hialoplasma celulara. Dar cand intensitatea radiatiilor emise de elemente radioactive depaseste anumite limite, in organismul uman se produc reactii biochimice intense, desfasurate in trei etape.

In prima etapa, in urma coliziunii directe dintre radiatiile radioactive cu atomii moleculelor din structurile celulare, se formeaza o 'avalansa' de ioni si atomi excitati prin absorbtie fotoelectrica care dezintegreaza oxigenul si apa libera intracelulara, necrozand tesuturile in care acestea se afla.

In etapa urmatoare, datorita gravelor dezechilibre electrice produse in plasma celulara (unde, de exemplu, intr-o celula cu volumul de 300 m³ expusa unei radiatii cu intensitatea de 100 remi, s-au depistat 130.000-140.000 atomi ionizati si 260.000-280.000 atomi excitati), se declanseaza unde de soc de depolarizare care modifica repartitia ionilor de Na⁺, K⁺ si Cl^- de pe membranele celulelor, perturband intregul proces metabolic. Modificarile de acest gen incep de la 40-50 remi pentru proteine si continua pana la 2.000-2.500 remi pentru acizii grasi, desi pentru alte celule, dozele de numai 100 remi declanseaza reactii letale.

In cea de-a treia etapa, apar dereglari la nivel cromozomial care altereaza tiparul genetic transmis urmatoarelor generatii.

Daca ar fi sa prezentam o scara a efectelor fiziologice ale radiatiilor radioactive asupra comportarii clinice a organismului uman, ea ar avea forma:

Comparand doza periculoasa de 50 remi pentru om, cu doza primita sub actiunea radiatiilor naturale, care este de numai 0,16 remi/an si se ridica la cel mult 10-12 remi intr-o viata de 70 de ani, se observa ca organismul uman dispune de apreciabile rezerve de rezistenta la variatiile radiatiilor ionizate. Cu totul altfel se pune insa problema in cazul elementelor radioactive utilizate in diverse domenii ale activitatii umane, care emit doze mari de radiatii ce pot genera mutatii biochimice ireversibile. Boala de iradiere astfel aparuta se caracterizeaza prin: formarea radiodermditelor ulceroase sau necrotice (inflamatii cutanate), incetinirea travaliului tractului digestiv (care prin diminuarea mobilitatii si activitatii secretorii permite patrunderea florei bacteriene in sange), instalarea hemofiliei, stoparea procesului de osificare, diminuarea fertilitatii, alterarea biocurentilor cerebrali, aparitia tumorilor cancerigene etc. Data fiind severitatea acestor efecte biologice, se apreciaza ca traumatismele fiziologice provocate de radiatiile ionizante sunt cele mai periculoase deoarece lipsesc organismul de capacitatea de regenerare si ii scad potentialul de aparare impotriva altor factori environmentali de risc.