Ультрафиолетовое излучение вызывает появление связей смежных пирамидинов в клетках ДНК. При этом образуются цикло-бутанобъединенные соединения пирамидина. Их часто называют димерами пирамидина. При этом образуются тимин-тимин, тимин-цитозин и цитозин-цитозин димеры. Каждая из этих структур может существовать в четырех стереоизмерениях. Эти повреждения в организме существенны. Правда, у людей они обычно восстанавливаются. Под действием ультрафиолетового излучения образуются в ДНК и другие фотопродукты, другие димеры. Ими могут быть односвязные объединенные дипирамидины, тиминлипиды и др. Образуются также недимерные продукты, которые включают тимин, глюкель, цитозин гидрат, кросс-связи ДНК — ДНК и др. Не все из этих повреждений способны восстанавливаться. Большинство из них являются жизненно важными.

Последствия облучения ультрафиолетовым излучением изучались как экспериментально, так и по данным медицинской статистики. Воздействие на глаза изучалось на кроликах. Пропускание глаза кролика примерно такое же, что и глаза человека. Было показано, что очень мало ультрафиолетового излучения с длинами волн короче 300 нм проникает к роговой оболочке глаза. Излучение с длинами волн короче 400 нм в малой степени проникает в глаз глубже, чем до хрусталика. Естественно, что большая часть видимого света (400–780 нм) достигает сетчатки глаза. Поэтому он и является видимым. Эти эксперименты свидетельствуют о том, что действие ультрафиолетового излучения на глаза ограничивается роговой оболочкой.

Эксперименты с действием излучения на кожу показывают, что излучения с длинами волн от 250 до 3000 нм (это инфракрасное излучение) проникают в ткань на разную глубину. Оптические свойства кожи изменчивы, они зависят от многих внешних и внутренних факторов. Индивидуальная чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению определяется пигментацией меланина. Меланин предохраняет кожу (ткань) от действия излучения с длинами волн короче 1200 нм (в том числе и от ультрафиолетового).

Известно, что кожа человека имеет способность адаптироваться к ультрафиолетовому облучению. При постепенном увеличении УФ в диапазоне В кожа становится менее чувствительной к загару. Это происходит вследствие утолщения эпидермиса и пигментации. Это же относится к ненормальным реакциям на ультрафиолетовое облучение тех, кто страдает фотодерматозом. Речь идет о кратковременных реакциях. Но возможности адаптации все же ограничены. Кожа не в состоянии справиться с долговременными повреждениями.

Наибольший объем информации был получен при изучении данных медицинской статистики. При этом информация о различных заболеваниях (например, кожи) сопоставлялась с уровнем ультрафиолетового излучения, которое действовало на изучаемые объекты. Правда, не всегда было известно именно ультрафиолетовое изучение, но тем не менее неопределенность при этом не очень велика, поскольку естественные изменения этого излучения Солнца неплохо изучены. При проведении этих исследований ученые пользуются понятием «фактор радиационного усиления». Суть его состоит в следующем. Если общее содержание озона уменьшится на 1 %, то должно произойти радиационное усиление, то есть усиление ультрафиолетового излучения. Это радиационное усиление должно вызвать определенное увеличение канцерогенной эффективности ультрафиолетового излучения, что, естественно, скажется на числе случаев заболеваний, вызванных этим излучением. Поскольку у каждой биосистемы имеется свой «спектр действий», то и «фактор радиационного усиления» для каждой системы (для людей, животных) будет различным.

Повреждающее действие ультрафиолетового излучения определяется дозой облучения, но это не значит, что увеличение дозы в определенное число раз ровно во столько же раз увеличит повреждение организма. Увеличение дозы облучения может быть незначительным, а повреждение организма при этом может оказаться роковым. Специалисты называют такую зависимость одной величины от другой нелинейной (на графике она изображается непрямой линией). Чтобы эту зависимость определить не вообще, а в числах, было введено понятие «фактор биологического усиления». Это понятие нужно потому, что мало знать, как увеличится ультрафиолетовое излучение при уменьшении озона на 1 %. Важно знать, что при этом произойдет с биосистемами, с людьми. А это можно оценить только в том случае, если мы учтем, как каждая доза облучения подействует на биосистему, то есть учтем зависимость повреждающего эффекта излучения от дозы его действия. Ясно, что для каждого заболевания фактор биологического усиления будет своим. Так, по данным эпидемиологических исследований, число заболеваний бази-целлюлярным раком кожи примерно пропорционально квадрату канцерогено-эффективной дозы ультрафиолетового излучения в диапазоне В. Это значит, что если эта доза увеличилась в 2 раза, то заболеваемость возрастет в 2² = 4 раза. Эта закономерность в основном выполняется достаточно хорошо. Поэтому она используется при составлении различных прогнозов и оценок. Какой в этом случае будет фактор биологического усиления? Он равен двум, то есть равен показателю степени в приведенном состоянии. Так, для другого типа рака кожи (спин-целлюлярного) зависимость заболеваемости от дозы более сильная. Если доза увеличилась вдвое, то заболеваемость возрастает в 2³ = 8 раз! В этом случае фактор биологического усиления равен трем. Таким образом, надо учитывать как радиационные, так и биологическое усиления. Умножая оба фактора друг на друга, находят обобщенный фактор усиления. Например, для кардинемы основных клеток (бази-целлюлярный рак кожи) обобщенный фактор равен 2 × 2 = 4. Здесь учтено, что фактор радиационного усиления равен 2. Соответственно для кардинемы «чешуйчатых» клеток обобщенный фактор усиления равен 2 × 3 = 6.

Эпидемиологические и клинические обследования больных, страдающих злокачественной меланомой, показывают, что чем меньше географическая широта данного места, тем больше там случаев заболевания меланомой. Другими словами, чем больше ультрафиолета, тем больше заболеваемость. Люди со слабой пигментацией кожи чаще заболевают меланомой. Белые люди, которые переселились в тропики, болеют меланомой чаще, чем аборигены. Чаще заболевают меланомой и те, кто имеет генетический дефицит к предохранению повреждений ДНК, вызванных облучением ультрафиолетом.

Случаи заболевания меланомой и смертности от нее сопоставлялись с данными измерений ультрафиолетового излучения. Из этих сопоставлений можно сделать вывод, что если общее содержание озона уменьшится на 1 %, то число случаев заболеваний злокачественной меланомой увеличится примерно на 1–2 %. Другие исследователи сопоставляли случаи смертности от меланомы со спутниковыми данными о потоках ультрафиолетового излучения. Они получили, что 1 % уменьшения общего содержания озона может вызывать увеличение смертности от меланомы примерно на 0,8–1,5 %.

Изучалось влияние ультрафиолетового излучения на меланому на 511 пациентах, страдающих этим заболеванием и проживающих в Западной Австралии. Было показано, что заболевание возникло и развилось у тех лиц, которые дольше находились на солнце, то есть облучались ультрафиолетом. Изучение немеланомного рака кожи в Кувейте показало, что несмотря на то, что аборигены обладают предохранительной пигментацией, примерно 4/5 случаев рака кожи имели место на тех участках кожи (всего 10 %), которые облучались солнечным светом.

Злокачественная меланома является самой опасной формой рака кожи. Примерно одна треть страдающих им живут не более 5 лет. В период с 1950 по 1967 год смертность от злокачественной меланомы составляла примерно 1–2 человека на 100 тысяч человек (в год). Начиная с 1935 года наблюдается устойчивое увеличение заболеваемости злокачественной меланомой. Заболеваемость не просто растет — она удваивается каждые 10 лет!

Большие дозы облучения приводят к формированию опухолей. Меньшие дозы более часто вызывают возникновение немеланомного рака кожи. Это связано с тем, что защитные реакции (загар, гиперплазия эпидермиса) протекают более активно при больших дозах.