WPŁYW PROMIENIOWANIA UV NA ZDROWIE CZŁOWIEKA FUNKCJE CZUŁOŚCI SPEKTRALNEJ: ERYTEMALNA, PREWITAMINA D3, SCUP-H

Transkrypt

1 Julita BISZCZUK Zenbia LITYŃSKA Aleksander CURYŁO WPŁYW PROMIENIOWANIA UV NA ZDROWIE CZŁOWIEKA FUNKCJE CZUŁOŚCI SPEKTRALNEJ: ERYTEMALNA, PREWITAMINA D3, SCUP-H STRESZCZENIE W ramach przedstawianej pracy zbadan wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka z zastswaniem 3 wybranych funkcji czułści spektralnej: erytemalna, prewitamina D3, SCUP-H (rak skóry). Pracę pdzieln na dwie części. W pierwszej części przeanalizwan zależnść prmieniwania UV złżneg z funkcjami czułści prewitamina D3 raz SCUP-H d a zenitalneg i znu całkwiteg w prównaniu z prmieniwaniem erytemalnym. W drugiej, zbadan rzkład bilgicznie czynneg prmieniwania UV dla Plski na pdstawie trzyletniej ( ) zreknstruwanej serii prmieniwania dla trzech stacji IMGW: Łeba, Warszawa, Zakpane. Słwa kluczwe: bilgicznie czynne prmieniwanie UV, funkcje czułści spektralnej mgr Julita BISZCZUK julita.biszczuk@imgw.pl dc. dr Zenbia LITYŃSKA zenbia.litynska@imgw.pl mgr Aleksander CURYŁO aleksander.curl@imgw.pl Ośrdek Aerlgii Instytut Meterlgii i Gspdarki Wdnej PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 234, 2008

2 206 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył 1. WSTĘP Prmieniwanie słneczne jest ważnym naturalnym czynnikiem twrzącym klimat Ziemi. Nadfiletwe pasm prmieniwania słneczneg (UV) dgrywa isttną rlę w wielu prcesach bisfery. Ma wiele dbrczynnych ddziaływań, ale mże być również bardz szkdliwe w przypadku przekrczenia prgu bezpieczeństwa. Dtyczy t również ludzkieg rganizmu, w szczególnści skóry. Natężenie bilgicznie czynneg prmieniwania UV (UVBE), prmieniwania złżneg z funkcjami czułści spektralnej dpwiedzialnymi za wywłanie kreślnej bilgicznej reakcji, zmienia się wraz z em m Słńca i zawartścią znu całkwiteg w atmsferze. Celem pniższej pracy jest przedstawienie wpływu prmieniwania UV na zdrwie człwieka przy użyciu różnych funkcji czułści spektralnej, przy zmiennej wartści znu całkwiteg i a zenitalneg Słńca. D zrealizwania celu pracy wybran trzy funkcje: erytemalna, prewitamina D3 raz SCUP-H. Pracę pdzieln na dwie części: 1. Przeanalizwanie zależnści prmieniwania UV z zastswaniem wybranych funkcji czułści spektralnej d a zenitalneg i zawartści znu w atmsferze w prównaniu z prmieniwaniem erytemalnym. 2. Zbadanie rzkładu bilgicznie czynneg prmieniwania UV dla Plski. Analiza na pdstawie trzyletniej ( ) zreknstruwanej serii prmieniwania dla trzech stacji IMGW: Łeba, Warszawa, Zakpane. 2. DANE I METODYKA Funkcje czułści spektralnej pisują wpływ prmieniwania UV w zależnści d długści fali na wywłanie kreślnej bilgicznej reakcji. W pracy wykrzystan trzy funkcje (rys. 1): Erytemalna dpwiedzialna za reakcję rumieniwą, pisuje szkdliwy wpływ prmieniwania UV na skórę. Prewitamina D3 prdukcja prewitaminy D3 w ludzkiej skórze, funkcja nrmalizwana d 1 przy 298 nm. SCUP-H pisuje pwstawanie raka skóry, funkcja zstała wyznaczna na myszach i skrygwana dla ludzkiej skóry, nrmalizwana d 1 przy 299 nm.

3 Wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka funkcje czułści 207 Rys. 1. Funkcje czułści spektralnej: erytemalna, prewitamina D3, SCUP-H D bliczenia bilgicznie czynneg prmieniwania UV krzystan z następująceg wzru gdzie: UVBE = F( λ) B( λ) dλ, UVBE bilgicznie czynne prmieniwanie UV [mw/m 2 ], F (λ) widm prmieniwania UV [mw/m 2 nm], B (λ) funkcja czułści spektralnej kreślneg bilgiczneg efektu, λ długść fali [nm]. W pierwszej części zstał wykrzystany mdel transferu prmieniwania libradtran v.1.1. Użyte d trzymania prmieniwania UVBE widm, bliczn przy następujących parametrach mdelu: bezchmurne nieb; aerzle: standardwe; prfile atmsferyczne: dla średnich szerkści gegraficznych w lecie;

4 208 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył albed: 0,03; wyskść nad pzimem mrza: 0 m; dzień w rku: 80; algrytm liczący: sdisrt; spectrum pza atmsferą: atlas plus madtran. D zbadania zależnści prmieniwania bilgicznie czynneg d a zenitalneg i zawartści znu w atmsferze w prównaniu z prmieniwaniem erytemalnym zstały wyliczne stsunki: UVBE / UVeryt. W drugiej części pracy wyknan analizę rzkładu prmieniwania UVBE nad bszarem Plski. W pracy wykrzystan trzyletnią ( ), zreknstruwaną serię prmieniwania UV dla 3 stacji IMGW: Łeba (54,75 N, 17,53 E), Warszawa (52,27 N, 20,98 E), Zakpane (49,30 N, 19,97 E) z 5 miesięcy: maj, czerwiec, lipiec, sierpień, wrzesień. Reknstrukcja zstała wyknana przez Aleksandra Curył przy użyciu własneg mdelu reknstrukcji prmieniwania UV pracwaneg w ramach Akcji COST 726. W mdelu tym autr wykrzystał zmierzne prmieniwanie całkwite i zreknstruwany całkwity zn. W przypadku każdej ze stacji, dla analizwaneg kresu wyliczn dawki dzienne prmieniwania UVBE [J/m 2 ] i wykreśln je w funkcji a zenitalneg i dnia w rku. 3. WYNIKI 3.1. Część I Jednym z efektów wywływanych przez prmieniwanie UV jest rumień skóry. Rysunek 2 przedstawia zależnść natężenia naprmienienia erytemalneg [mw/m 2 ] d a zenitalneg i znu całkwiteg. Obserwujemy dużą zmiennść prmieniwania erytemalneg w funkcji bu parametrów, przy czym najwyższe dawki prmieniwania występują przy małych ach ch Słńca i niskiej zawartści znu w atmsferze. W Plsce zakres a zenitalneg wynsi d 25 na płudniu Plski w lecie, d 75 zimą w półncnej części kraju, a średnie miesięczne wartści znu całkwiteg wahają się między DU (rys. 2 - ramka). Z pwdu takiej rzpiętści pwyższych parametrów, w Plsce bserwujemy dużą zmiennść natężenia naprmienienia erytemalneg w ciągu rku.

5 Wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka funkcje czułści 209 mw/m 2 Ozn całkwity [DU] Rys. 2. Natężenie naprmienienia erytemalneg [mw/m 2 ] w funkcji a zenitalneg i znu całkwiteg [DU]. Ramka przedstawia zakres a zenitalneg i znu całkwiteg dla Plski Pza pwstawaniem rumienia skóry, prmieniwanie UV wywłuje jeszcze wiele innych reakcji. Dbrczynnym ddziaływaniem prmieniwania nadfiletweg jest jeg wpływ na prdukcję witaminy D w ludzkiej skórze. Rzkład prmieniwania UV czułści prewitaminy D3 w funkcji a zenitalneg i znu różni się d rzkładu prmieniwania erytemalneg. Przy niskich ach ch Słńca wartści prmieniwania UV czułści prewitaminy D3 są wyższe w stsunku d prmieniwania erytemalneg (rys. 3). Przy ach ch pwyżej 70 bserwujemy sytuację dwrtną. W Plsce w kresie zimwym natężenie naprmienienia UV czułści prewitaminy D3 jest niższe niż prmieniwania erytemalneg. Analizując rysunek 3 bserwuje się pnadt większą zależnść prmieniwania UV z zastswaniem funkcji czułści prewitaminy D3 d a zenitalneg niż d zmiennej zawartści znu w atmsferze.

6 210 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył E vit / E er Ozn całkwity [DU] Rys. 3. Stsunek prmieniwania bilgicznie czynneg prewitaminy D3 d prmieniwania erytemalneg w funkcji a zenitalneg i znu całkwiteg [DU]. Ramka przedstawia zakres a zenitalneg i znu całkwiteg dla Plski Jedną z negatywnych właściwści prmieniwania UV jest jeg wpływ na twrzenie się raka skóry. Prmieniwanie UV z zastswaniem funkcji czułści spektralnej SCUP-H siąga wyższe wartści w stsunku d prmieniwania erytemalneg w całym zakresie a zenitalneg Słńca (rys. 4). Przy zastswanych parametrach mdelu, przy ach ch d 60 bserwujemy dwukrtną różnicę w wartści natężenia naprmienienia czułści raka skóry d prmieniwania erytemalneg. Pdbnie jak w pprzednim przypadku, prmieniwanie czułści raka skóry wykazuje większą zależnść d a zenitalneg niż znu całkwiteg.

7 Wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka funkcje czułści 211 E rak / E er Ozn całkwity [DU] Rys. 4. Stsunek prmieniwania bilgicznie czynneg SCUP-H d prmieniwania erytemalneg w funkcji a zenitalneg i znu całkwiteg [DU]. Ramka przedstawia zakres a zenitalneg i znu całkwiteg dla Plski 3.2. Część II Analizując prmieniwanie UVBE z 3 stacji IMGW: Łeba, Warszawa, Zakpane, z lat widzimy różnice w rzkładzie prmieniwania bilgicznie czynneg nad bszarem Plski (rys. 5, 6, 7). Głównym czynnikiem pwdującym taki rzkład jest zachmurzenie, ale isttną rlę dgrywa również Słńca. Najwyższe dawki prmieniwania UVBE bserwwane są w płudniwej Plsce, w kresie: czerwiec-lipiec. Wraz ze wzrstem wartści a zenitalneg i przesuwaniem się na półnc kraju natężenie prmieniwania UVBE maleje.

8 212 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył Na przedstawinych pniżej wykresach widać również różnicę w wielkści dawek prmieniwania bilgicznie czynneg. Ptwierdzając wyniki pierwszej części pracy, prmieniwanie czułści raka skóry przyjmuje najwyższe wartści. W Zakpanem dawki dzienne teg prmieniwania siągnęły wartść 5000 [J/m 2 ], przy czym dawki prmieniwania erytemalneg i czułści prewitaminy D3 nie przekrczyły wartści 4300 [J/m 2 ]. Różnice natężenia naprmienienia erytemalneg i prmieniwania bilgicznie czynneg prewitaminy D3 są niewielki, ale przy niskich ach ch widczne są wyższe wartści dawek dziennych prmieniwania czułści prewitaminy D3. 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI W przedstawinej pracy przeanalizwan zależnść prmieniwania UV z zastswaniem funkcji czułści: prewitaminy D3 raz SCUP-H d a zenitalneg i znu całkwiteg w prównaniu z prmieniwaniem erytemalnym raz zbadan rzkład bilgicznie czynneg prmieniwania UV dla Plski na pdstawie trzyletniej ( ) zreknstruwanej serii prmieniwania dla trzech stacji IMGW: Łeba, Warszawa, Zakpane. Z uzyskanych w pracy wyników nasuwają się następujące wniski: Przy kącie m d 70 bserwuje się wyższe wartści prmieniwania UV w czułści prewitaminy D3 w stsunku d prmieniwania erytemalneg. W całym zakresie a zenitalneg natężenie naprmienienia w czułści raka skóry siąga wyższe wartści niż natężenie naprmienienia erytemalneg. Prmieniwanie UVBE wykazuje większą zmiennść w funkcji a zenitalneg Słńca niż znu całkwiteg. Widczne są różnice w rzkładzie prmieniwania UVBE nad bszarem Plski. Najwyższe wartści prmieniwania UVBE bserwuje się w płudniwej Plsce i w kresie letnim: czerwiec-lipiec. PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 234, 2008

9 Wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka funkcje czułści 213 a) dawka dzienna prmieniwania dzień w rku b) dawka dzienna prmieniwania dzień w rku c) dawka dzienna prmieniwania dzień w rku Rys. 5. Dawki dzienne [J/m 2 ]: a) prmieniwania erytemalneg, b) czułści prewitaminy D3, c) czułści SCUP-H dla 3 stacji, z kresu maj-wrzesień 1999 r. w funkcji a zenitalneg i dnia w rku

10 214 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył a) b) dawka dzienna prmieniwania dawka dzienna prmieniwania dzień w rku dzień w rku c) dawka dzienna prmieniwania dzień w rku Rys. 6. Dawki dzienne [J/m 2 ]: a) prmieniwania erytemalneg, b) czułści prewitaminy D3, c) czułści SCUP-H dla 3 stacji, z kresu maj-wrzesień 2000 r. w funkcji a zenitalneg i dnia w rku

11 Wpływ prmieniwania UV na zdrwie człwieka funkcje czułści 215 a) dzień w rku b) c) dawka dzienna prmieniwania dawka dzienna prmieniwania dawka dzienna prmieniwania dzień w rku dzień w rku Rys. 7. Dawki dzienne [J/m 2 ]: a) prmieniwania erytemalneg, b) czułści prewitaminy D3, c) czułści SCUP-H dla 3 stacji, z kresu maj-wrzesień 2001 r. w funkcji a zenitalneg i dnia w rku

12 216 J. Biszczyk, Z. Lityńska, A. Curył LITERATURA 1. de Gruijl, F.R. and J.C. van der Leun: Estimate f the wavelength dependency f ultravilet carcingenesis in humans and its relevance t the risk assessment f a stratspheric zne depletin. Health Physics, 67:319-25, Hlick, M. and all: Actin spectrum fr the prductin f previtamin D3 in human skin. CIE Technical Reprt, MacKinley, A. F., Diffey, B.L.: A reference actin spectrum fr ultravilet induced erythema in human skin. CIE J.,6(1), 17-22, McKenzie, R. L.: UV radiatin climatlgy and trends. Prceedings f the UV Cnference One century f UV radiatin research, Davs, 13-14, Rękpis dstarczn, dnia r. Opiniwał: prf. dr hab. inż. Władysław Dybczyński UV RADIATION INFLUENCE ON HUMAN HEALTH ACTION SPECTRA: ERYTHEMAL, PREWITAMIN D3, SCUP-H Julita BISZCZUK, Zenbia LITYŃSKA, Aleksander CURYŁO ABSTRACT We analysed the UV radiatin influence n human health f used 3 actin spectra: erythemal, prewitamin D3, SCUP-H. The wrk cnsists f tw parts. In the first part we have studied the variatins f UV radiatin weighted with previtamin D3 and SCUP-H actin spectra, in cmparisn with erythemal as functins f ttal zne and slar zenith angle. In the secnd part we have shwed the variatins f UV bilgically effective radiatin ver Pland fr the perid, n the basis f recnstructed UV radiatin fr 3 IMWM statin: Leba, Warsaw, Zakpane.