Электромагнитное излучение с длиной волны от 100 нм до 1 мм в современной физике принято называть оптическим. Этот спектр включает в себя ультрафиолет (УФИ) (100-400 нм), видимую область спектра (380-780 нм) и инфракрасное излучение (ИК) с длиной волны от 9780 нм до 1 мм. Но как оптическое излучение влияет на процессы канцерогенеза? Давайте разберемся.
УФ-излучение подразделяется на три области: УФ-С (100-280 нм), УФ-B (280-315 нм) и УФ-А (315-400 нм), минимально пересекаясь с видимым спектром в диапазоне волн 380–400 нм. ИК-излучение также делится на ИК-А (780-1400 нм), ИК-B (1400-3000 нм) и ИК-C (от 3000 нм до 1 мм). В 1987 году Международная комиссии по освещению (МКО) определила эти спектральные диапазоны как отправную точку для рассмотрения биологических эффектов оптического излучения.
Ультрафиолет
В безоблачный полдень на средиземноморском побережье солнечное излучение содержит примерно 95–96% ультрафиолета типа А и 4-5% – типа В.
Интенсивность солнечного излучения за пределами атмосферы достигает примерно 1350 Вт/м2, однако в действительности лишь около 900 Вт/м2 достигает поверхности Земли из-за отражающего эффекта стратосферы. Ультрафиолетовая составляющая этого излучения составляет весьма ограниченную часть (около 5%) – остальное приходится на видимый и инфракрасный диапазоны. Максимальная плотность потока УФИ на уровне земли составляет:
Чтобы иметь более полное представление об особенностях достигающего поверхности Земли ультрафиолета нужно отметить, что в безоблачный полдень на средиземноморском побережье солнечное излучение содержит примерно 95-96% УФ-А и 4-5% УФ-В.
Для численной оценки степени опасности ультрафиолета был введен единый стандарт – УФ-индекс, выражаемый по шкале от 1 до 10. Он является показателем уровня солнечного ультрафиолетового излучения у поверхности Земли. С его помощью можно прогнозировать безопасное время нахождения людей на солнце, что помогает предотвратить развитие негативных биологических эффектов.
Повреждающее действие солнечного излучения может проявляться как в ближайшее время, так и в долгосрочной перспективе. Некоторые из побочных эффектов, возникающие через несколько часов после воздействия солнечных лучей (например, покраснение и неприятное жжение) связаны с выделением веществ, которые провоцируют расширение сосудов.
Долгосрочные эффекты включают в себя ускоренное старение кожи (фотостарение), сопровождающееся потерей эластичности, а также появление пигментных пятен, различных опухолей и развитие катаракты. Кроме того, УФ-излучение оказывает иммунодепрессивное действие.
Повреждение генома
Проникающая способность УФИ с длиной волны ниже 290 нм в основном ограничена эпидермисом – лишь около 10% достигает дермы. Примерно 50% ультрафиолета с длиной волны более 320 нм проходит сквозь эпидермис: то есть УФ-А способен проникать в кожу глубже, чем УФ-В. Поскольку именно УФ-А составляет большую часть ультрафиолетового спектра, получается, что именно он достигает базального слоя эпидермиса, где располагаются стромальные стволовые клетки – предшественники кератиноцитов и меланоцитов.
Многочисленные исследования подтвердили наличие мутагенных свойств УФ-излучения. Ультрафиолет типа В является канцерогенным агентом, который поглощается непосредственно ДНК и оказывает прямое повреждающее действие на геном. Зачастую это связано с образованием циклобутан-пиримидиновых димеров (ЦПД) и 6-4 фотопродуктов (6-4Ф). Индуцированные УФ-В мутации представляют собой преобразования азотистых оснований ДНК, такие как превращение цитозина в тимин и «ЦЦ→ТТ» замену. Это воздействие очень специфично и, по сути, является аналогом отпечатков пальцев или особенностей подписи конкретного человека. УФ-В также может индуцировать образование синглетного кислорода (O2-) – чрезвычайно активного окислительного соединения, которое обуславливает косвенное повреждение ДНК [11].
В отличие от УФ-В, ультрафиолет типа А не поглощается ДНК и не оказывает прямого повреждающего действия на ее структуру. Вместо этого, УФ-А индуцирует косвенное повреждение ДНК за счет поглощения фотонов другими клеточными структурами (хромофорами) и последующим образованием активных форм кислорода. Причем эти соединения преимущественно атакуют гуанин, тем самым вызывая геномные мутации. Это повреждение характеризуется «Т→Г» преобразованием, наиболее специфичным для УФ-А.
Ультрафиолетовые волны типа А и В вызывают повреждение клеток с помощью различных механизмов, хотя оба нарушают структуру белков p53 и bcl-2, которые участвуют в регуляции индуцированного УФ-излучением апоптоза. Некоторые исследования показывают четкую патогенетическую связь между воздействием ультрафиолетового излучения и раком кожи.
Канцерогенный эффект
Многие исследования подтверждают защитный эффект непрерывного солнечного облучения в детстве и юности, особенно у лиц, относящихся к III-IV фототипам. В то же время чрезмерное воздействие УФИ — особенно у людей со светлой кожей и в первые 10 лет жизни — связано с повышенным риском формирования меланомы.
Некоторые авторы отметили интересный факт: далеко небезопасное получение искусственного загара – например, перед праздниками – провоцировало людей проводить больше времени на солнце. От этого увеличивалась степень повреждения ДНК и шансы на получение рака кожи. Таким образом, посещение соляриев перед поездкой в страны с высоким уровнем солнечной активности не является защитой мерой в отношении повреждающего действия ультрафиолета на ДНК.
Недавние эпидемиологические исследования также показали, что солнечное УФИ играет определенную роль в появлении меланомы конъюнктивы и радужной оболочки (меланомы глаза). Патогенетические механизмы этих заболеваний аналогичны кожной меланоме. При этом существует лишь ограниченная корреляция между воздействием солнца и развитием меланомы цилиарного тела и сосудистой оболочки глаза, поскольку эти области не подвергается прямому воздействию света.
Базальноклеточная карцинома и плоскоклеточный рак кожи также связаны с воздействием УФИ. Наблюдается зависимость между отдельными эпизодами интенсивного солнечного воздействия в детском возрасте и возникновением базально-клеточной карциномы. В то же время частота плоскоклеточного рака кожи более интенсивно коррелирует с высокими дозами общего или хронического облучения (например, в профессиональных условиях).
