Promieniowanie ultrafioletowe jest niewidzialnym promieniowaniem, będącym częścią promieniowania słonecznego. Wywiera ogromny wpływ na organizm, wywołując w głównej mierze reakcje fotochemiczne. Po ekspozycji na promienie nadfioletowe poprawia się ukrwienie skóry, zwiększa się liczba białych krwinek, wzmaga się ilość reakcji oksydo-redukcyjnych hormonów, enzymów i witamin. Naświetlanie UV odpowiedzialne jest za powstanie opalenizny, a także indukuje wytwarzanie substancji przeciwkrzywiczych. Posiada przy tym ogromne działanie przeciwbakteryjne i immunosupresyjne.

RUMIEŃ FOTOCHEMICZNY

W wyniku naświetlania skóry promieniami ultrafioletowymi, głównie UVB, pojawia się zaczerwienienie skóry, zwane rumieniem fotochemicznym. Powstaje on w wyniku uwolnienia histaminy, powodującej rozszerzenie naczyń krwionośnych. Jest to reakcja fotochemiczna skóry w odpowiedzi na ekspozycję na promienie UV.

Intensywność rumienia uzależniona jest od wielu składowych:

• długości fali promieniowania,

• intensywności emisji,

• czasu ekspozycji,

• odległości źródła od skóry,

• wrażliwości skóry,

• okolicy naświetlanej,

• wrażliwości osobniczej.

Niecały zakres promieniowania nadfioletowego jest w stanie wywołać odczyn rumieniowy skóry. Zdolność ta wzrasta wraz ze skracaniem długości fali. Dowiedziono, że największe właściwości wywołania rumienia ma promieniowanie w zakresie 250-297nm. Skóra wykazuje zróżnicowanie pod względem wrażliwości na promienie UV. Przekrwiona i cienka skóra jest bardziej wrażliwa od suchej i grubej, a części ciała eksponowane na światło cały czas mniej podatne na działanie promieniowania niż części okryte ubraniami. Najbardziej wrażliwa jest skóra tułowia, w okolicy pachowej i pachwinowej, zgięcia podkolanowego i podbrzusza, natomiast najmniej wrażliwa jest powierzchnia stóp i dłoni (12).

Intensywność rumienia zależy nie tylko od okolicy naświetlanej, lecz także od typu skóry.

Jak już wspomniano, odczyn rumieniowy jest reakcją fotochemiczną, zachodzącą w dwu fazach. W pierwszej fazie dochodzi do uszkodzenia komórek warstwy kolczystej naskórka i denaturacji znajdujących się tam białek. W drugiej fazie z uszkodzonych komórek uwalniają się związki rozszerzające naczynia krwionośne, które powodują przekrwienie skóry. Jedną z kluczowych substancji tej fazy jest histamina, powstająca w organizmie w wyniku dekarboksylacji aminokwasu histydyny (ryc.1), (8).

Rozważając mechanizm powstania rumienia  z punktu widzenia dermatologa, jest on niczym innym jak oparzeniem słonecznym. Dlatego po zastosowaniu dawek przekraczających tolerancję skóry może pojawić się obrzęk skóry lub wypełnione płynem surowiczym pęcherze, co jest wynikiem zwiększonej przepuszczalności naczyń. Wówczas osocze gromadzi się w przestrzeni międzykomórkowej lub między warstwami naskórka. Przy zbyt dużych dawkach promieniowania dojść może do nieodwracalnego uszkodzenia komórek i do ich martwicy (8, 9, 12).

Rumień fotochemiczny charakteryzuje się okresem utajenia, czyli pojawia się w 1-6 godzin od ekspozycji skóry na działanie ultrafioletu. W tym czasie zachodzą wszelkie reakcje w odpowiedzi na fotochemiczne działania promieni UV. Według naukowców okres utajenia potrzebny jest na stopniowe uwalnianie z komórek wszelkich substancji rozszerzających naczynia. Największa kondensacja tych związków ma miejsce w fazie maksymalnego nasilenia rumienia fotochemicznego (9). Długość okresu utajenia jest różna, zależna w głównej mierze od długości fali oraz intensywności i czasu naświetlania. Im dłuższy był czas ekspozycji i większe natężenie promieniowania, tym odczyn rumieniowy pojawia się wcześniej. Po maksymalnym nasileniu rumienia następuje jego osłabienie i stopniowe zanikanie. To jak długo utrzyma się odczyn fotochemiczny zależy także w dużej mierze od zakresu ultrafioletu. Po naświetlaniu krótkofalowym UV rumień ustępuje dość szybko, zaś po długofalowym może nawet utrzymać się do kilku dni.

Na powstanie i intensywność odczynu fotochemicznego wpływa także promieniowanie podczerwone, zwłaszcza, jeśli rumień powstaje w wyniku ekspozycji na słońce. Jednoczesne naświetlanie promieniami UV oraz IR powoduje nasilenie rumienia, natomiast naświetlanie promieniami podczerwonymi skóry z rumieniem fotochemicznym powoduje jego osłabienie i szybsze zanikanie. Po naświetlaniu UV rumień fotochemiczny może być znacznie osłabiony, gdy mamy do czynienia z uszkodzeniem nerwów obwodowych na tle zakaźnym, toksycznym lub urazowym. W przypadku uszkodzenia rdzenia, występującego z zaburzeniem czucia i porażeniem, odczyn rumieniowy może nie wystąpić wcale. Bezpośrednim następstwem wystąpienia rumienia fotochemicznego jest zgrubienie naskórka, jego łuszczenie oraz powstanie barwnika w skórze. Następuje także szybszy wzrost komórek naskórka oraz zwiększa się liczba leukocytów we krwi (8, 9).

TWORZENIE PIGMENTU

Bezpośrednim następstwem naświetlania promieniami UV jest powstanie rumienia fotochemicznego i w efekcie brunatne zabarwienie skóry. Powstaje ono w skutek przemiany bezbarwnych związków znajdujących się w komórkach w brązową melaninę. Barwnik powstaje w procesie melanogenezy w komórkach zwanych melanoblastami, które znajdują się w podstawnej warstwie naskórka. Sam barwnik gromadzony jest w ziarnach – melanosomach. Po aktywacji przez promienie ultrafioletowe melanina jest uwalniana z pękniętych melanosomów i gromadzi się w przestrzeni między jądrem a błoną komórkową, chroniąc w ten sposób DNA (7).

Proces melanogenezy jest ciągiem reakcji biochemicznych, których prekursorem jest bezbarwny aminokwas – tyrozyna. Znajduje się ona w komórkach barwnikowych – melanoblastach. Tyrozyna ulega utlenieniu przy udziale enzymu tyrozynazy, w wyniku czego powstaje wciąż bezbarwny jeszcze związek 3,4-dihydroksyfenyloalanina (DOPA) (ryc. 2). Związek ten jest tylko pośrednim produktem reakcji, ulega dalszemu utlenieniu i polimeryzacji. Induktorem tych przemian jest enzym dopa-oksydaza, aktywowana przez promienie UV, oraz jony miedzi. W wyniku tych reakcji powstaje brunatny barwnik melanina (ryc. 3), (8, 12).

Barwnik ten jest polimerem, który występuje w dwóch formach:

• ciemnego barwnika, brązowoczarnej eumelaniny,

• jasnego barwnika, czerwonożółtej feomelaniny.

Odcień karnacji zależy od ilości melaniny oraz od stosunku obu tych form. Od tego zależy też odcień przebarwienia skóry po naświetleniu ultrafioletem.

U osób o jasnej skórze pigmentacja jest słaba, zaś osoby o ciemnej karnacji mają wyraźną opaleniznę. Pigmentacja powstaje dwuetapowo.  Pierwsze i najszybsze przebarwienie skóry jest wynikiem działania długofalowych  promieni UVA. Wówczas melanina jest uwalniana do komórek naskórka. Za późniejszą i trwałą opaleniznę odpowiada promieniowanie UVB. Krótkofalowe promienie ultrafioletowe indukują powstanie nowych cząstek melaniny i ich uwolnienie, co daje ciemniejszy odcień pigmentacji. Promieniowanie UVB aktywuje substancje hormonalne, które powodują produkcję nowych melanoblastów. Uwolniona melanina wraz z komórkami warstwy podstawnej naskórka wędruje na powierzchnię skóry. Gdy znajdą się na szczycie obumierają i złuszczają się, a wraz z nimi cząsteczki melaniny, dlatego opalenizna z czasem zanika (7).

Powstawanie barwnika może być wynikiem także innych mechanizmów niż naświetlanie promieniami UV. Stan zapalny skóry, niektóre jony metali, jak miedź, żelazo, złoto, arsen czy bizmut, hormony przysadki mózgowej lub niedobory witamin A, PP mogą zapoczątkować proces melanogenezy. Przeciwny efekt, czyli hamująco na tworzenie melaniny wpływają hormony nadnercza i szyszynki, a także witamina C.

Rola jaką pełni melanina jest jak dotąd niejasna. Nie ma zgodności jakoby spełniała rolę ochronną przed nadmiernym promieniowaniem. Powszechnie uważa się, że to zgrubienie naskórka chroni głębiej położone tkanki. Jasne jest natomiast to, iż jest ona skutecznym antyoksydantem (8,12).

TWORZENIE WITAMINY D

Promieniowanie ultrafioletowe pełni istotną rolę w wytwarzaniu związków przeciwkrzywiczych. Szczególnie aktywne w tym względzie jest promieniowanie w zakresie 280-310 nm. Prekursorami tych związków są występujące w organizmie sterole. Są to acykliczne, wielopierścieniowe alkohole, które dzięki energii pochłoniętej z promieni UV zmieniają strukturę i stają się witaminami. Witamina D₂ (ryc. 4) powstaje z roślinnego ergosterolu, zaś witamina D₃ (ryc. 5) z 7-dehydrocholesterlu występującego w organizmach zwierzęcych.

U ludzi witamina D₃ wytwarzana jest w wyniku przemian biochemicznych zachodzących w ustroju. W toku tych przemian 7-dehydrocholesterol indukowany promieniowaniem UV przekształca się w prowitaminę D₃, a ta spontanicznie ulega izomeryzacji do właściwej witaminy, cholekalcyferolu. Jak ostatnio dowiedziono, to związki powstające z cholekalcyferolu mają właściwości przeciwkrzywicze, a nie sama witamina D, co tłumaczy dalsze jej przemiany w organizmie. Na drodze hydroksylacji  powstaje w wątrobie 25-hydroksycholekalcyferol, a ten krwioobiegiem dostaje się do nerek, gdzie ulega dalszym modyfikacjom do 1,25-dihydroksycholekalcyferolu (ryc. 6), (1, 8).

Wytwarzanie witaminy D₃ jest hamowane na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Duża ilość cholekalcyferolu pobudza tworzenie barwnika, co powstrzymuje dalszą produkcję witaminy D. Dodatkowo powstają związki biologicznie nieczynne: lumisterol i tachysterol (12).

Niedobór witaminy D powoduje krzywicę u dzieci, objawiającą się zaburzeniem równowagi między wapniem i fosforem w ustroju. Dochodzi wówczas do gorszej mineralizacji kości i ich zmiękczenia. Ponieważ tworzenie witaminy D jest stymulowane promieniowaniem nadfioletowym, codzienne przebywanie na słońcu przez około 20 min zapewnia odpowiedni poziom tej witaminy w organizmie. W razie niedoboru można uzupełniać je dostarczając cholekalcyferol w pokarmach. Jednak mało jest naturalnych źródeł tej witaminy. Obecnie można uzyskać produkty zwierzęce i roślinne wzbogacone w witaminę D przez sztuczne naświetlanie promieniami UV. Lecz jest to proces bardzo trudny i wymaga dużej kontroli, gdyż łatwo uzyskać w niekontrolowanym procesie tokosterole, czyli związki toksyczne pochodne steroli (8).

DZIAŁANIE BAKTERIOSTATYCZNE I BAKTERIOBÓJCZE

Bakterie wykazują zróżnicowane reakcje na działające na nie promieniowanie. Jedne drobnoustroje wykazują większą wrażliwość, inne są bardziej oporne. Jednak największy wpływ na mikroorganizmy wywiera promieniowanie ultrafioletowe, zwłaszcza w zakresie 250-270 nm.

Promieniowanie to wywołuje głównie skutki mutacyjne, ale także unieczynnia swoiste surowice i toksyny bakteryjne. Promienie UV są pochłaniane w komórkach bakteryjnych przez zasady purynowe i pirymidynowe DNA oraz aminokwasy aromatyczne białek. Zmiany, jakie zachodzą w komórkach bakterii pod wpływem UV są różnorodne. Efekt letalny tych oddziaływań związany jest z powstawaniem dimerów tyminy, cytozyny lub tyminy z cytozyną (3). Częściej dotyczy to tyminy, która tworzy dimer o budowie cyklobutanu (ryc. 7).  Cząsteczki te pod wpływem promieniowania zwłaszcza długości 260 nm reagują ze sobą tworząc dimery, które nie pasują do struktury dwuniciowej helisy, jaką posiada DNA, gdyż nie są zdolne do tworzenia wiązań wodorowych. Dlatego wówczas replikacja oraz ekspresja genów zostaje wstrzymana do czasu usunięcia uszkodzonych nukleotydów (1, 6).

Dimeryzacja nukleotydów nie jest jedynym skutkiem działania promieni UV na bakterie. W łańcuchu DNA dochodzi także do hydroksylacji cytozyny i uracylu, głównie między 6 i 5 węglem. Jednak dość szybko uwodniona cytozyna przemienia się w normalną formę. Ponadto w DNA mikroorganizmów poddanych działaniu promieni ultrafioletowych mogą powstać wiązania krzyżowe między dwoma łańcuchami lub dochodzi do połączeń pomiędzy białkami i DNA. Promieniowanie UV może także oddziaływać na bakterie pośrednio przez tworzenie wolnych rodników i nadtlenków, które wywierają toksyczny wpływ na komórki (3, 6). Zwiększenie działania przeciwbakteryjnego promieni ultrafioletowych można uzyskać przez dodatek pewnych substancji zwiększających wrażliwość mikroorganizmów na promieniowanie. Badania naukowców wykazały, że dodatek do hodowli barwnika eozyny pozwala osiągnąć efekt letalny przy większej długości fali działającego promieniowania (8).

Jak już wspomniano reakcje bakterii na promieniowanie są osobliwe. Niektóre drobnoustroje, jak maczugowce błonicy, prątki gruźlicy, pałeczki okrężnicy czy duru brzusznego są bardzo wrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe. Jednak niektóre bakterie wytwarzające przetrwalniki oraz wirusy są na nie oporne. Bakteriobójcze działanie promieni UV pozwala wykorzystać je do wyjaławiania pomieszczeń (sale operacyjne, gabinety zabiegowe, boksy bakteriologiczne, linie technologiczne do wyrobu leków w warunkach jałowych), narzędzi i wody (6, 8).

INNE DZIAŁANIE

Oprócz wymienionych właściwości promieniowanie ultrafioletowe wywiera również działanie bodźcowe na zakończenia nerwowe w skórze. Po naświetlaniu UV skóra staje się lepiej odżywiona, unaczyniona, nabiera sprężystości i elastyczności. Jak już wspomniano pod wpływem promieni nadfioletowych powstaje odczyn rumieniowy, w następstwie, którego wzrasta ilość leukocytów w skórze. Przez to wzrasta odporność skóry, gdyż białe ciałka krwi odgrywają dużą rolę w walce z infekcjami. Ponadto długofalowe promieniowanie ultrafioletowe powoduje tworzenie nowych komórek naskórka i powoduje lepsze przekrwienie skóry, co sprawia, że jest ono wykorzystywane do leczenia trudno gojących się ran (8).

Naświetlania promieniami UV działają aktywująco na gruczoły wydzielania wewnętrznego jak przysadka mózgowa, nadnercza, tarczyca czy jajniki, przez co wpływają na wzrost ogólnej przemiany materii. Poza tym wpływa znacząco na gospodarkę mineralną ustroju, głównie fosforu i wapnia. Zaburzenia gospodarki fosforowo-wapniowej skutkuje niedoborami w mineralizacji kości. Promieniowanie ultrafioletowe indukuje tworzenie witaminy D w organizmie, co zabezpiecza przed odwapnieniem (7, 8).

Naświetlanie słońcem lub sztucznymi źródłami światła ma odbicie w ilości komórek krwi. Stwierdzono zwiększoną ilość czerwonych krwinek, leukocytów oraz trombocytów, poprawę ogólnego stanu krwi. Ma to duże znaczenie zwłaszcza w niektórych chorobach  m.in. anemii, gdzie po naświetlaniu wzrasta ilość zdrowych, normalnych erytrocytów oraz rośnie poziom hemoglobiny. Zmiany poziomu jonów wodorowych, lepkości krwi oraz obecność ciał histaminopodobnych  powodujących rozszerzenie naczyń krwionośnych, wpływają na obniżenie ciśnienia krwi. U zdrowych ludzi ciśnienie wraca do normy po krótkiej chwili, u osób z nadciśnieniem utrzymuje się przez dłuższy czas. Wzrost leukocytów we krwi w następstwie bodźcowego działania promieni UV sprawia, że zwiększa się ogólna odporność ustroju (7, 8).

Znane jest niekorzystne działanie, jakie wywiera promieniowanie ultrafioletowe na materiał genetyczny komórki. Wykorzystywane jest to jako przeciwbakteryjna ochrona i sterylizacja pomieszczeń bądź narzędzi. Jednak te same czynniki, które działają na mikroorganizmy, mają wpływ także i na ludzi, dlatego w toku ewolucji wykształciły się pewne mechanizmy naprawcze uszkodzeń dokonanych promieniami UV.  Powstałe dimery tymidynowe w łańcuchu DNA mogą być usuwane przez układy enzymatyczne, aktywowane promieniami ultrafioletowymi (3). Enzymy te hamują replikacje i prowadzą do wycięcia zmienionego fragmentu DNA. Jeśli mechanizm ten zawiedzie, możliwa jest eliminacja uszkodzonych komórek na drodze programowanej śmierci, czyli apoptozy. Kluczowym elementem tych przemian jest fosfoproteina p53, indukowana pod wpływem UV. Jej główną rolą jest przedłużenie fazy G1 cyklu komórkowego, wstrzymując replikację daje czas na naprawę uszkodzenia. Alternatywną drogą eliminacji zmienianych komórek jest apoptoza, wywoływana przez proteinę p53 wraz z czynnikami białkowymi p21 i Bax, uwalnianymi po naświetlaniu nadfioletem (3, 13). Tak więc zmiany, które mogą zachodzić w organizmie nawet po krótkiej ekspozycji na światło słoneczne są prawie natychmiast usuwane, nie prowadząc do mutagenezy czy karcenogenezy.

UVB indukuje powstanie immunosupresji. Jest to stan osłabienia lub zahamowanie odpowiedzi immunologicznej. Zjawisko to może być wykorzystywane zarówno w leczeniu alergii jak i w przypadku przeszczepów narządowych. Komórkami szczególnie wrażliwymi na działanie głównie promieni UVB są komórki Langerhansa, u których powoduje wystąpienie swoistej immunosupresji. Po naświetleniu dochodzi do zmniejszenia ekspresji ATPazy oraz antygenów HLA-DR. Ponadto małe dawki UV powodują zaburzenia miejscowych mechanizmów prezentacji antygenów, czego mediatorem może być czynnik martwicy nowotworu TNF. Wykazano, że można zahamować reakcję alergiczną wskutek napromieniowania UVB, lecz zjawisko to nie występuje po podaniu przeciwciał neutralizujących TNF, co jednoznacznie wskazuje na jego immunosupresyjny mechanizm działania. Co więcej, TNF hamuje migrację komórek Langerhansa ze skóry do węzłów limfatycznych, co upośledza prezentację antygenów (2, 4).   

Upośledzenie prezentacji antygenu oraz wywołanie mechanizmu immunosupresji po działaniu promieni UV pozwoliło wykorzystać to w transplantologii. Dowiedziono, że limfocyty, które uprzednio napromieniowano ultrafioletem nie są zdolne do wytworzenia odpowiedzi immunologicznej oraz tworzenia limfocytów cytotoksycznych (Tc). To sprawia, że nowy narząd po przeszczepie nie jest rozpoznawany jako obcy i nie zostaje odrzucony (2).

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1.    Berg M.J., Tymoczko J.L., Stryer L.: Biochemia. PWN, 2007.

2.    Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W.: Immunologia. PWN, 2006.

3.    Koreck A. et al.: Effects of intranasal phototherapy on nasal mucosa in patients with allergic rhinitis.  Journal of photochemistry and photobiology 2007 Dec 14;89(2-3): 163-9.

4.    Kousis P.C. et al.: Photodynamic therapy enhancement of antitumor immunity is regulated by neutrophils. Cancer research. 2007 Nov 1;67(21):10501-10.

5.    Kubasova T. et al.: Effects of visible light on some cellular and immune parameters. Immunology and Cell Biology (1995) 73, 239-244.

6.    Kunicki-Goldfinger W.J.H.: Życie bakterii. PWN, 1998.

7.    Kwiatkowska B.: Proces powstawania opalenizny. www.mediweb.pl

8.    Mika T. Kasprzak W.: Fizykoterapia. PZWL, 2001.

9.    Miturska R.: Ochrona przeciwsłoneczna. Nowa medycyna − Dermatologia VI(2/2005).

10.    Sieroń A., Cieślar G.: Współczesne metody leczenia światłem-aktualne możliwości wykorzystania w warunkach uzdrowiskowych. Balneologia Polska, (3/2007;148-153).

11.    Skiba K. i wsp.: Nowe możliwości leczenia fotodynamicznego nowotworów – terapia kombinowana. Balneologia Polska, (3/2007;160-165).

12.    Straburzyński G., Straburzyńska-Lupa A.: Fizjoterapia. PZWL, 2006.

13.    Wolska H.: Fototerapia (UV) w dermatologii. Czelej, 2006.

..............................................................................................................................................................

Adres do korespondencji:

Krzysztof Sokołowski
Oddział Rehabilitacji, IMW
ul. Jaczewskiego 2
20-950 Lublin
tel. służbowy: 0-81 718-44-50

Artykuł nadesłano: 14.04.2008
Zaakceptowano do druku: 21.05.2008