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 (1999-2001) zreknstruwanej serii prmieniwania dla trzech stacji IMGW: Łeba, Warszawa, Zakpane. Słwa kluczwe: bilgicznie czynne prmieniwanie UV, funkcje czułści spektralnej mgr Julita BISZCZUK e-mail: julita.biszczuk@imgw.pl dc. dr Zenbia LITYŃSKA e-mail:zenbia.litynska@imgw.pl mgr Aleksander CURYŁO e-mail:aleksander.curl@imgw.pl Ośrdek Aerlgii Instytut Meterlgii i Gspdarki Wdnej PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 234, 2008
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 (1999-2001) 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.
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;
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 (1999-2001), 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 270-390 DU (rys. 2 - ramka). Z pwdu takiej rzpiętści pwyższych parametrów, w Plsce bserwujemy dużą zmiennść natężenia naprmienienia erytemalneg w ciągu rku.
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.
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.
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 1999-2001 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.
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 (1999-2001) 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
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
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
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
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, 67:319-25,1994. 2. Hlick, M. and all: Actin spectrum fr the prductin f previtamin D3 in human skin. CIE Technical Reprt, 2006. 3. MacKinley, A. F., Diffey, B.L.: A reference actin spectrum fr ultravilet induced erythema in human skin. CIE J.,6(1), 17-22,1987. 4. McKenzie, R. L.: UV radiatin climatlgy and trends. Prceedings f the UV Cnference One century f UV radiatin research, Davs, 13-14, 2007. Rękpis dstarczn, dnia 04.04.2008 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 1999-2001 perid, n the basis f recnstructed UV radiatin fr 3 IMWM statin: Leba, Warsaw, Zakpane.