اشعه UV یا فرابنفش یکی از طیفهای تابش نور خورشید است که کاربرد بسیار زیادی در بخشها و صنایع مختلف دارد. انسان توانسته به تکنولوژی دست پیدا کند تا منبعی به جز نور خورشید جهت دستیابی به اشعه UV داشته باشد و بتواند هر لحظه که نیاز دارد از اشعه فرابنفش برای مقاصد خود استفاده کند.
یکی از بخشهایی که از اشعه UV به مقدار بسیار زیادی بهرهمند میشود، بخش پزشکی است. از دوزهای متفاوت فرابنفش در امور درمانی یا ضدعفونی کردن و گندزدایی مراکز درمانی استفاده میشود و توانسته انقلابی در عرصه پزشکی ایجاد کند. در این مقاله با ما همراه باشید تا بدانید چرا پزشکان به فناوری UV نیازمندند، جایگاه اشعه فرابنفش و فناوری UV در پزشکی، مضرات اشعه فرابنفش، مزایا اشعه فرابنفش، روش استفاده از این اشعه و استانداردها و نکات مهم استفاده از UV چیست.
اشعه UV چیست و چرا فناوری UV در پزشکی مهم است؟
نور خورشید فقط همین شاخه نور زرد رنگی که به چشم ما میرسد نیست؛ بلکه نور خورشید مجموعهای از تشعشعات نوری با طیفهای رنگی مختلف است که بخش بسیار زیادی از امواج الکترومغناطیس با طول موجهای متفاوت را شامل میشود. اشعه فرابنفش یا همان اشعه UV بخشی از امواج الکترومغناطیسی است که اثرات زیانبار و مؤثر شناختهشدهای بر باکتریها، ویروسها، قارچها، هاگها و بهطور کلی بر میکروبها دارد.
از نظر علمی، اشعه UV به سه طیف UVA که دارای طول موج ۳۱۵ تا ۴۰۰ نانومتر است، UVB با طول ۲۸۰ تا ۳۱۵ نانومتر و UVC با طول موج ۱۰۰ تا ۲۸۰ نانومتر تقسیم میشود.
علاوه بر این تقسیمبندی، متخصصین محیط زیست و پوست به تقسیمبندی دیگری بر اساس تأثیر بیولوژیکی طول موجهای مختلف بر روی پوست بدن انسان و حیوان و تأثیر بر محیط زیست رسیدهاند که در آن اشعه UV به سه طیف UVA با طول موج ۳۲۰ تا ۴۰۰ نانومتر، UVB با طول موج ۲۹۰ تا ۳۲۰ نانومتر و UVC با طول موجی بین ۲۰۰ تا ۲۹۰ نانومتر تقسیم میشود.
طبق تحقیقات انجام شده، در ظهر یک روز آفتابی و تابستانی، اشعه تابشی ساطع شده از نور خورشید شامل ۹۵ درصد طیف UVA و ۵ درصد طیف UVB است و یعنی کل طیف UVC و بخش بسیار زیادی از طیف UVB توسط لایه اوزون استراتوسفری جذب شده است. واحد اندازهگیری میزان انرژی اشعه بر حسب j/m2 و میزان انرژی ساطعشده بر یک سطح مشخص در یک زمان مشخص بر اساس W/m2 است.
طیف UVA و UVB میتواند بر ملانوسیتهای پوست اثرگذار باشد و باعث آزادسازی ملانین شود. بخش UVB اغلب باعث حساسیت و التهابهای شدید پوستی میشود و بخش UVC همانطور که دانستید دارای طول موج پایینتر از ۲۸۰ نانومتر است و قدرت و توان میکروبکشی بسیار خوبی دارد که در عرصه پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد. بهطور کلی اشعه UV تأثیر بسیار زیادی بر منهدم شدن ژنوم میکروارگانیسمها که شامل باکتریها، ویروسها، قارچها و … است، میگذارد و به همین جهت است که لامپهای UV را یکی از قدرتمندترین روشها جهت گندزدایی آب در مراکز پرورش ماهی یا سیستمهای تصفیه آب به حساب میآورند و بهطور کلی ویژگیهای گندزدایی فناوری UV در پزشکی جهت ضدعفونی مراکز درمانی کاربرد بسیاری دارد.
همهگیری COVID-19 باعث شد تکنولوژی ضدعفونی کردن و گندزدایی در سرتاسر دنیا مورد توجه زیادی قرار بگیرد. استفاده از فناوری UV در پزشکی و تابش اشعه فرابنفش یا UV بهعنوان یکی از روشهای بسیار کارآمد و امیدوارکننده جهت جلوگیری از ابتلا به عفونتهای سیستم تنفسی و عفونتهای ناشی از قرار گرفتن اشخاص در معرض سطوح آلوده بیشتر مطرح شد.
لازم به ذکر است استفاده از این روش مدت بسیار زیادی است که بهعنوان یک گزینه جهت غیرفعال کردن میکروارگانیسمهای عفونی و بیماریزا، بهخصوص برای ضدعفونی کردن و گندزدایی آب استفاده میشود و در روزگار جدید، استفاده از آن به طرز قابل توجهی افزایش یافته و جهت ضدعفونی کردن سطوح مختلف نیز به کار میرود.
در این مقاله با روشهای استفاده از آن و مکانیسمهای اندازه گیری دوز مناسب اشعه و فناوری UV در پزشکی جهت ضدعفونی مراکز درمانی بهطور کامل آشنا میشویم.
منابع اشعه فرابنفش یا UV چیست؟
همانطور که دانستید، تابش الکترومغناطیسی در محدوده طول موجی بین 200 تا 280 نانومتر بهعنوان بخش UVC اشعه فرابنفش شناخته میشود که پایینترین طول موج را بعد از UVA و UVC دارد. با اینکه منبع طبیعی ایجاد اشعه UV، تابش نور خورشید است، بیشتر UVC ای که از نور خورشید به دست میآید توسط لایه اوزونی که در جو وجود دارد، مسدود میشود و به ما نمیرسد.
منابع مختلفی برای تولید اشعه UVC توسط انسان ساخته شده است که از شایعترین و متداولترین آنها میتوان به لامپهای تخلیه گاز اشاره کرد. در طی مدتزمان بسیار طولانی، لامپهای بخار جیوه مهمترین منبع تابش اشعه فرابنفش در بازار محسوب میشدند.
در حال حاضر آخرین پیشرفتهای تکنولوژی LED باعث شده که LED های UVC در محدوده ۲۶۰ تا ۲۸۰ نانومتر بهعنوان ضدعفونیکننده تولید شود.
این LED ها بسیار گران و پرمصرف هستند اما میشود به شکل مناسبی از آنها در سیستمهای ضدعفونیکننده و گندزدا در مراکز عفونی، درمانی و بیمارستانی استفاده کرد. از مزایای LED های UVC میتوان به مواردی چون ابعاد بسیار کوچک، استحکام و مقاومت بالا، تنظیم بسیار دقیق طول موج و کنترل صحیح جریان گرما اشاره کرد.
کاربرد فناوری UV در پزشکی جهت غیرفعالسازی پاتوژنها
پاتوژن در واقع همان میکروارگانیسمهای عفونی مانند باکتریها، قارچها، ویروسها و سلولها انگلی هستند که باعث بروز بیماریهای مختلف میشوند.
بیشتر از ۱۴۰ سال است که متخصصان و دانشمندان طی تحقیقات علمی خود به این نتیجه رسیدهاند که اشعه UV دارای خواص ضدباکتریایی است و قادر است میکرواورگانیسمها را با ایجاد تخریب شیمیایی اسیدهای نوکلئیک یا DNA و RNA بهطور کامل غیرفعال کند یا از بین ببرد و به همین جهت استفاده از فناوری UV در پزشکی بسیار پرکاربرد شده است.
در واقع با این روش پاتوژنها از بین نمیروند و تنها از نظر تکثیر شدن کاملاً ناتوان میشوند و این دقیقاً در مقابل روش استریلیزاسیون قرار میگیرد که حیات میکروبیولوژیکی کاملاً از بین میرود. در نهایت غیرفعالسازی پاتوژنها باعث میشود آنها دیگر توان آلوده کردن موجودات دیگر را نداشته باشند.
لامپهای جیوه با فشار پایین پیکی در حدود ۷.۲۵۳ نانومتر دارند که بسیار برای UVGI بسیار مناسب هستند. این لامپهای جیوهای به لامپهای میکروبکش معروف هستند.
از این روش ضدعفونی و گندزدایی که در طی آن از اشعه UV جهت غیرفعال سازی میکروارگانیسمهای بیماریزا و آسیبزا استفاده میشود، تحت عنوان تابش UV میکروبکش یا UVGI نام میبرند. کلیت این فرآیند میکروبکشی به فاکتورهای زیادی ازجمله حساسیت میکروارگانیسم پاتوژنها، طول موج تابش و مقدار انرژی تابشی که میکرواورگانیسمها در معرض آن قرار گرفتهاند، بستگی دارد.
کاربردهای فناوری UV در پزشکی و اشعه UV در ضدعفونی کردن
روش UVGI و استفاده از فناوری UV در پزشکی در مقایسه با استفاده از ضدعفونیکنندههای شیمیایی مزیتی دارد که برگ برنده این روش محسوب میشود؛ اشعه UV قادر است پس از ضدعفونی و گندزدایی، هیچ گونه ماده شیمیایی مضری باقی نگذارد. پس میتوان از UVGI برای کاربردهای متنوعی مثل ضدعفونی کردن آب، سطوح و هوا استفاده کرد.
- پیشرفتهترین کاربرد اشعه UVC، ضدعفونی کردن آب است.
- ضدعفونی کردن هوا با UVGI از قطرات تنفسی که آلودگی به همراه دارند، برای اولین بار در دهه ۱۹۳۰ میلادی مطرح شد.
با پیشرفت تکنولوژیهای موجود، عمل ضدعفونی کردن هوا را میتوان به چند روش مختلف انجام داد؛ تابش اشعه UV به هوای داخلی یک فضای اتاق، به شکل جزئی یا تمام فضای اتاق و یا تابش اشعه به هوایی که بهوسیله سیستم گردش هوا بسته مخصوص مثل ونتیلاتور یا تهویه هوا عبور میکند از این روشها است.
برای میکرواورگانیسمهای هوابرد که در نهایت سقوط و سطوح را آلوده میکنند، از ضدعفونیکننده مخصوص سطوح استفاده میشود. برای حصول نتایج دلخواه، به دلیل اهمیت هر دو بخش، باید ضدعفونی کردن هوا و سطوح هر دو در کنار هم با اشعه UV انجام شود.
همانطور که در بین فاکتورهای اثرگذار اشاره کردیم، مقدار انرژی اشعه UV بر میکروارگانیسمهایی که در معرض تابش آن قرار میگیرند، نقش بسیار موثری در غیرفعالسازی و از بین بردن اثر آنها دارد؛ اما باید مشخص شود در صورتی که اشعه UV بر میکروبها تابیده شود، چه میزانی از انرژی تابشی به آنها میرسد و چه اثری دارد؟
برای تعیین و محاسبه میزان تابش اشعه UV، کمیتهای رادیومتری متعارف متنوعی موجود است؛ مثلاً:
- توان تابشی (شار تابشی) منبع اشعه UV که در واقع میزان انرژی تابشی ساطع شده در واحد زمان (W) است.
- ایرادیانس که به معنای توان جذب شده بهوسیله سطح در واحد سطح (W / m2) است.
- نمایه تابشی که همان انرژی تابشی است که در نهایت توسط یک سطح مشخص (J / m2) دریافت شده و تحت عنوان دوز اشعه UV نام برده میشود (این پارامتر برای درک مکانیسمهای UVGI اهمیت زیادی دارد)
دوز اشعه UV جهت غیرفعالسازی پاتوژنها
کاهش لگاریتمی اصطلاحی است که در آزمایشهای ضد میکروبی مورد استفاده قرار میگیرد و در واقع به همان مقدار تغییر در تعداد میکروارگانیسم غیرفعالشده یا از بین رفته اشاره مینماید. کاهش لگاریتم ۳ (log3) به معنای این است که تعداد میکروارگانیسمهایی در یک نمونه با فاکتوری برابر با ۱۰۰۰ کاهش یافته است و از میزان اولیه آنها تنها ۰.۱٪ پس از قرار گرفتن در معرض تابش دوز خاصی از اشعه UV باقی مانده است.
قارچها، باکتریها، ویروسها و بهطور کلی میکروبهای مختلف میزان حساسیت متفاوتی نسبت به UVGI دارند و به همین جهت به دوزهای مختلفی از تابش اشعه UV برای غیرفعال شدن نیازمند هستند. در ادامه تصویری از جدول شماره ۱ را میگذاریم که دوز مناسب اشعه UV برای کاهش سطح پاتوژن میکرواورگانیسمهای مختلف را نشان میدهد.
این مقادیر و سطح غیر فعالسازی با نتایج آزمایشگاهی و در شرایطی خاص به دست آمده است و منطقاً ممکن است با شرایط واقعی و خارج از محیط آزمایشگاهی متفاوت باشد. اگر قرار باشد دوزهایی بالاتر از دوزهای پیشنهادی استفاده شود، در مکانهای مورد نظر اتفاق میافتد.
در حال حاضر تعدادی از محققان و متخصصان در حال تحقیق و کار بر روی تعیین میزان دوز کشنده UV و استفاده از فناوری UV در پزشکی برای تأثیر بر ویروس SARS-CoV-2 هستند و هنوز هم نتیجه خاص آزمایشگاهی در دسترس همگان قرار نگرفته است.
حال که برای یک میکروارگانیسم مشخص یک دوز کاهش لگاریتمی خاصی مشخص شد، باید دید که برای اینکه از شیوع این میکروارگانیسم خاص جلوگیری شود، چه سطح از کاهش لگاریتمی مورد نیاز است؟
دستورالعملهایی از آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده امریکا وجود دارد که در آن در مورد گندزدایی مطرح میشود که برای ضدعفونی شدن و گندزدایی یک پاتوژن مشخص کاهش لگاریتمی باید بیشتر یا مساوی با log6 در کمتر از مدت زمان ۱۰ دقیقهای باشد. اگر پاتوژن زنده باقی بماند، قادر است رشد بسیار سریع و مجدد دیگر پاتوژنها را به همراه داشته باشد.
ایمنی و کارآمدی فناوری UV در پزشکی و اهمیت اندازهگیری اشعه UV
دو جنبه بسیار مهم در فرآیند گندزدایی و ضدعفونی با اشعه UVC، کارایی و ایمنی آن روش است. اگر فردی قصد دارد گندزدایی و ضدعفونی صحیح و کارآمدی داشته باشد، باید کاملاً فضا و سطوح مورد نظر خود را با جزئیات دقیق، محدودیتها و تواناییهای منبع اشعه UV که قرار است استفاده شود و همچنین عوامل بیماریزایی را که میخواهد از بین ببرد، بهخوبی بشناسد.
علاوه بر این، باید مراقب موارد ایمنی نیز باشد که هنگام استفاده از اشعه به کسی آسیبی نرسد. یکی از معیارهای اصلی و مهم که باید در امر ضدعفونی مورد توجه قرار بگیرد، سایهزدایی است که به طرز چشمگیری میتواند در اثربخشی ضدعفونیکننده اشعه UVC نمایان باشد.
این فرآیند ممکن است در دو حالت ماکروسکوپی (میکروبی که پشت اشیا هستند) و یا میکروسکوپی (جایی که میکروبهای ریز در شکاف میان سطوح پنهان میشوند) باشد. لازم است تمام اشیا غیر ضروری اتاق که سایههای ماکروسکوپی ایجاد میکنند از فضا خارج شوند. پارچههایی که در کف یا داخل کمد لباسها قرار گرفتهاند، اگر بهطور کامل به اشعه UV دسترسی پیدا نکنند و در معرض تابش آن قرار نگیرند، میکروبهایشان غیرفعال نخواهد شد. باید مراقب بود که اگر میکروبها در هر دوی این حالتها در مناطق سایهدار قرار گرفته باشند، غیرفعال نمیشوند و میتوانند مجدداً تکثیر شوند.
مسئله مهم دیگر استفاده از فناوری UV در پزشکی رعایت موارد ایمنی است. مشخصاً اشعه UV بر موجودات زندهای که در مسیر تابش مستقیم آن قرار میگیرند، اثر میگذارد؛ پس باید پیش از شروع فرآیند گندزدایی و ضدعفونی کردن فضا و سطوح، تمام افراد و سایر موجودات زندهای که نیاز نیست در معرض اشعه فرابنفش قرار بگیرند، اتاق را ترک کنند.
همچنین باید تمام مواد و وسایل موجود در اتاق مورد بررسی قرار بگیرد؛ زیرا قرار گرفتن چند باره وسایل و سطوح در معرض اشعه UVC بهمدت طولانی و مداوم باعث آسیب به سطوح (بهویژه سطوح پلیمری) میشود.
این نکته نیز حائز اهمیت است که بین اثر بیولوژیکی اشعه و عمق نفوذ تابش UV تفاوتهایی وجود دارد. با اینکه محدوده طول موج UVC از نظر بیولوژیکی فعالترین نوع تابش اشعه UV است، برای افراد خطر بسیار کمی دارد زیرا بخش زیادی از اشعه پیش از رسیدن به داخل بدن فرد، توسط لایه خارجی و مرده پوست جذب میشود.
اما بخش UVB و UVA قدرت بیشتری در نفوذ به بافت بدن انسان دارند. البته که رعایت ایمنی بسیار مهم است؛ به این دلیل که قرار گرفتن در معرض اشعه ۲۵۴ نانومتر UV باعث بروز اثرات آفتاب سوختگی میشود و یک وضعیت دردناک در چشم به وجود میآورد که تحت عنوان «فلش جوشکاری» شناخته میشود.
مورد بعدی این است که جهت ضدعفونی شدن با اشعه UV، و استفاده از فناوری UV در پزشکی، فضا و سطحی که قرار است ضدعفونی و گندزدایی شود باید در ابتدا کاملاً و به شکل دقیق تمیز شود. برای مثال مایعاتی مانند خون که خاصیت جذبکنندگی دارند، روند صحیح و کامل غیرفعالسازی پاتوژنها را مختل میکنند.
در سطوح مختلف شکافهای بسیار زیادی وجود دارد که برخی از آنها به چشم انسان نمیآید و در تمام آنها باکتریها و ویروسها توان رشد و تکثیر دارند.
در ضدعفونی محیطی تمام اتاق و فضا، استفاده کردن از سیستمهای پیشرفته که امکان دسترسی به هر نوع سطحی از جمله کف را بدون اینکه به مسافت توجه کنند، دارند، بسیار ضروری است. در فرآیند گندزدایی و ضدعفونی کردن، توجه به اشیا یا موادی که بین منبع UV و سطح تابش قرار گرفتهاند نیز بسیار مهم است.
مسئله سوم مدت زمان قرار گرفتن سطوح و فضا در معرض تابش اشعه UV است. از آن جهت که تابش اشعه فرابنفش با مربع فاصله از منبع اشعه نسبتی عکس دارد و همچنین توان تابشی منبع هم معمولاً ثابت میماند، رعایت فاصله و مدت زمان قرار گرفتن سطح یا اشیا در معرض تابش برای دست یافتن به دوز مناسب و مورد نیاز بسیار مهم و حیاتی است.
برای حصول نتیجه بهتر و کاملتر، چندین منبع اشعه UV میتوانند در کنار هم ترکیب شوند. اگر چند سیستم تابش اشعه در قسمتهای مختلف مانند گوشههای اتاق، سقف، دیوارها و یا روباتهای متحرک قرار بگیرند، مشخصاً قدرت تابشی را تا حد زیادی افزایش میدهند.
استفاده از این روش بسیار مطمئن است، زیرا میتوان اطمینان حاصل کرد که کاهش لگاریتمی مربوط به دوز تابشی اشعه UV که برای زدودن نوع خاصی از پاتوژنها مورد نیاز است، در اتاق حاصل میشود. جهت دریافت نتایج بهتر ضدعفونی و استفاده از زمان کمتر برای انجام این کار، بهترین اقدام این است که منبع اشعه در نزدیک سطوح قرار بگیرد.
شیب زاویه مکان قرارگیری منبع اشعه UV به سمت جسم یا سطح نیز اهمیت دارد؛ زیرا سطوح در شیب عمودی، میتوانند انرژی بیشتری از منبع جذب کنند و سایههای میکروسکوپی نیز بهصورت کامل در معرض تابش اشعه UV قرار میگیرند و ضد عفونی میشوند. در این حالت بافت سطح نیز به شکل بهتری قابل دسترس است.
ابزارهای اندازهگیری اشعه UV
برای حصول نتایج صحیح و قابل اعتماد در ضدعفونی، انتخاب یک حسگر مناسب و طرز استفاده درست آن بسیار مهم است.
معمولاً از رادیومترهای اشعه UV که به آنها حسگر تابش و دوزسنج نیز میگویند برای اندازهگیری اشعه UV و دوز آن و استفاده از فناوری UV در پزشکی جهت گندزدایی و ضدعفونی استفاده میشود.
یکی از راههایی که با آن میتوان توان تابشی منبع اشعه UV را اندازهگیری کرد، استفاده کردن از یک کره یکپارچهای است که به یک سنسور و یک طیفسنج متصل و مجهز است؛ و نهایتاً اطمینان میدهد نتایجی که بهدست آمده کاملاً دقیق و قابل اعتمادند. البته که وجود شرایط خاص میدانی ممکن است باعث شود برای اندازهگیری به برخی از روشهای خاص و یا راهحلهای سفارشی و ویژه نیاز باشد.
کاربردهای درمانی اشعه و فناوری UV در پزشکی
اشعه UV در موارد درمانی کاربردهای بسیاری دارند. یکی از مهمترین خواص پرتوهای ماورابنفش ایجاد تغییرات شیمیایی است که با استفاده از آن میتوان چسبهایی را ساخت که هنگام قرار گرفتن در معرض پرتو UV سریعاً سفت میشوند. این مورد کاربرد زیادی در زمینه دندانپزشکی و ساخت پروتزهای دندانی دارد. علاوه بر این میشود از پرتو ماورا بنفش در بلیچینگ کردن یا همان روش سفید کردن دندانها استفاده نمود.
از فناوری UV در پزشکی و خاصیت ایجاد حرارت آن میتوان در فیزیوتراپی و جهت درمان نواحی مختلف بدن استفاده کرد؛ این حرارت ایجاد شده از اشعه UV باعث خونرسانی بهتر به نواحی آسیب دیده و در نهایت موجب تسریع روند درمان میشود. علاوه بر اینها، متخصصین بیماریهای پوستی نیز برای درمان برخی بیماریها مانند پسوریازیس از اشعه UVB استفاده میکنند.
عوارض استفاده از اشعه UV
قرار گرفتن در معرض اشعه UV یکی از مهمترین علتها بروز سرطان پوستی در بیماران است. دلیل این امر این است که مقادیری از موتاسیونهای ژنتیکی در سلولهای بنیادی ملانوسیتی جمع میشوند و باعث به وجود آمدن سلولهای سرطانی میگردند.
به جزء این عامل، تابش اشعه UV منجر به ایجاد نوعی آسیب به DNA میشود که اصطلاحاً به آن «دایمر سیکلوبوتان» یا CPD گفته میشود. این آسیب در واقع اصلیترین و مهمترین عامل ایجاد سرطان پوست است.
همچنین، اشعه فرابنفشی که از خورشید آزاد میشود، منجر به آزادسازی ملانین از ملانوسیتهای پوست میشود که همان عامل ایجاد رنگدانههای پوستی است.
غیرفعالسازی اثر پاتوژنهایی مانند ویروس SARS-CoV-2 یا COVID-19 بر روی سطوح و اشیا مختلف با استفاده از اشعه UV یک روش ضدعفونی بسیار مؤثر، ایمن و دوستدار محیط زیست است. اشعه UV بهطور طبیعی از تابش نور خورشید به دست میآید با پیشرفت تکنولوژیهای روز دنیا باعث شده است که انسان بتواند منابع مختلفی برای دستیابی به اشعه فرابنفش تولید کند.
این اشعه با طول موجهای مختلف در صنایع متنوعی به کار برده میشود یکی از بخشهایی که از این فرآیند بسیار زیاد بهره میبرد، بخش پزشکی و درمانی است. همانطور که دانستید، اشعه UV در ضدعفونی مراکز درمانی نقش بسزایی دارد. همچنین از این اشعه در درمان بسیاری از امراض و بیماریها استفاده میشود و با کنترل عوارض آن میتوان یک نتیجه بسیار خوب از به کار بردن آن گرفت. در این مقاله صفر تا صد کاربرد فناوری UV در پزشکی و اشعه UV در مراکز درمانی و صنعت پزشکی را برایتان شرح دادیم.
