Действие лазерного излучения на организм человека

Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1 – 1000 мкм. Отличие ЛИ от других видов излучения заключается в монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности. При оценке биологического действия следует различать прямое, отраженное и рассеянное ЛИ. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия ЛИ с тканями (тепловым, фотохимическим, ударно-акустическим и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Лазерное излучение с длиной волны 380 – 1400 нм представляет наибольшую опасность для сетчатки глаза, а излучение с длиной волны 180 – 380 нм и свыше 1400 нм – для передних сред глаза.

Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны в спектральном диапазоне  = 180 – 100 000 нм. Этот диапазон может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра:

· 180 – 400 нм –      ультрафиолетовая область;

· 400 – 700 нм –      видимая область;

· 750 – 1400 –          ближняя инфракрасная область;

· свыше 1400 –        дальняя инфракрасная область.

При воздействии ЛИ в непрерывном режиме преобладают в основном тепловые эффекты, следствием которых является коагуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях – испарение биоткани. Степень повреждения кожи зависит от первоначально поглощенной энергии. Повреждения могут быть различными: от покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Значительные повреждения развиваются на пигментированных участках кожи (родимых пятнах, местах с сильным загаром). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 0,1 – 1 Дж/см².

Лазерное излучение, особенно дальней инфракрасной области (свыше 1400 нм), способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое ЛИ).

Импульсный режим воздействия ЛИ с длительностью импульса меньше 10^-2 с связан с преобразованием энергии излучения в энергию механических колебаний, в частности, ударной волны. Ударная волна состоит из группы импульсов различной длительности и амплитуды. Максимальную амплитуду имеет первый импульс сжатия, который является определяющим в возникновении повреждения глубоких тканей. Например, прямое облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов брюшной полости; при облучении головы возможны внутричерепные и внутримозговые кровоизлияния. Обычно различают локальное и общее повреждения организма.

Лазерное излучение представляет особую опасность для тех тканей, которые максимально поглощают излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии (мощности) излучения видимого и ближнего ИК-диапазона (750 – 14000 нм) на глазном дне до 6-10⁴ раз по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом. Степень повреждения глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки до полной потери зрения.

Повреждения сетчатки дифференцируют на временные нарушения, например ослепление от высокой яркости световой вспышки при плотности излучения на роговице около 150 Вт/см², и повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки в форме термического ожога с необратимыми повреждениями или в виде «взрыва» зерен пигмента меланина, причем сила взрыва такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело.

Степень повреждения радужной оболочки ЛИ в значительной мере зависит от ее окраски. Зеленые и голубые глаза более уязвимы, чем карие. Длительное облучение глаза в диапазоне близкого инфракрасного ЛИ может привести к помутнению хрусталика; воздействие ЛИ ультрафиолетового диапазона (20 – 400 нм) поражает роговицу, развивается кератит. Наибольшим фотокератическим действием обладает излучение с длиной волны 280 нм. Излучение с длиной волны 320 нм почти полностью поглощается в роговице и в передней камере глаза, а с длиной волны 320 – 390 нм – в хрусталике.

Длительное хроническое действие диффузно отраженного лазерного излучения вызывает неспецифические, преимущественно вегетативно-сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться а нервной, сердечно-сосудистой системах, в железах внутренней секреции.

Нормирование лазерного излучения

При нормировании ЛИ устанавливают предельно допустимые уровни ЛИ для двух условий облучения – однократного и хронического, для трех диапазонов длин волн:

1) 80 – 300 нм;

2) 380 – 1400 нм;

3) 1400 – 100 000 нм.

Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция (Н) и облученность (Е). Гигиеническая регламентация ЛИ производится по СанПиН 5804 – 91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров».

Для определения ПДУ (Н_пду и Е_пду) при воздействии ЛИ на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 – 10^-3 (площадь апертуры S_а = 10^{-6 м2}). Для определения Н_пду и Е_пду при воздействии ЛИ на глаза в диапазонах 180 – 380 нм и 1400 – 100 000 нм усреднение производится также по апертуре диаметром 1,1 10^{-3 м, а в диапазоне 380 – 1400 нм – по апертуре диаметром 7 10-3 м.}

Нормируются также энергия (W) и мощность (Р) излучения, прошедшего через указанные ограничивающие апертуры. Предельно допустимые уровни ЛИ существенно различаются в зависимости от длины волны, длительности одиночного импульса, частоты следования импульсов; установлены раздельные ПДУ при воздействии на глаза и кожу.

В зависимости от выходной энергии (мощности) и ПДУ при однократном воздействии генерируемого излучения по степени опасности лазеры разделяют на четыре класса:

· к лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи;

· у лазеров II класса выходное излучение представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком (пучком, заключенным в ограниченном телесном угле); диффузно отраженное их излучение безопасно как для кожи, так и для глаз;

· выходное излучение лазеров III класса представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным пучком. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. К этому классу относятся только те лазеры, генерирующее излучение которых в спектральном диапазоне составляет 380 – 1400 нм;

· к лазерам IV класса относят такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Способы защиты от лазерного излучения

Способы защиты от лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.

К коллективным средствам защиты от лазерного излучения относятся:

· телевизионные системы наблюдений за ходом процесса;

· защитные экраны (кожухи);

· системы блокировки и сигнализации, ограждение (маркировка) лазерно-опасной зоны. Размеры лазерноопасной зоны определяют расчетным и экспериментальным методами. Так, для количественной оценки прямого и отраженного излучения и определения лазерно-опасной зоны можно использовать обычные формулы оптики.

В качестве средств индивидуальной защиты применяют специальные противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Технологические халаты изготавливают из хлопчатобумажной или бязевой ткани светло-зеленого или голубого цвета.

Созданы также защитные очки, представляющие собой набор фильтров с различными значениями коэффициентов поглощения. При этом коэффициент поглощения увеличивается для каждого последующего фильтра.

Для уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрачка оператора в помещениях должна быть хорошая освещенность рабочих мест: коэффициент естественной освещенности должен быть не менее 1,5 %, а общее искусственное освещение должно создавать освещенность не менее 150 лк.