3. Нормирование лазерного излучения

Нормирование лазерного излучения (ЛИ) осуществляется на основании «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91

Согласно этому документу ПДУ ЛИ устанавливаются для двух условий облучения глаз и кожи - однократного и хронического в трех диапазонах длин волн:

• I - от 180 до 380 нм (УФ область)

• II - от 380 до 1400 нм (видимая и ближняя ИК)

• III - от 1400 до 105 нм (дальняя ИК)

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются:

• энергетическая экспозиция Н - величина, определяемая интегралом облученности во времени, (Дж/м);

• облученность Е - отношение потока излучения, падающего на малый участок поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого участка, (Вт/м²).

Значения Н и Е принимаются усредненными по ограничивающей апертуре, диаметр которой принимается равным 1,1-10³ м при воздействии лазерного излучения на глаза в I и III диапазонах длин волн и при воздействии на кожу и 7*10^-3 м при воздействии на глаза во II диапазоне. Ограничивающая апертура - круглая диафрагма, ограничивающая поверхность, по которой производится усреднение облученности или энергетической экспозиции.

Наряду с энергетической экспозицией и облученное регламентируются также энергия W (Дж) и мощность излучения Р (Вт), прошедшего через ограничивающие апертуры указанного выше диаметра.

Указанные энергетические параметры связаны соотношениями:

где S_a – площадь ограничивающей апертуры, м².

При установлении ПДУ лазерного излучения учитывается длительность его воздействия, а также характер: импульсное или непрерывное, коллимированное или неколлимированное (рассеянное или диффузии отраженное).

Если на глаза или кожу воздействуют источники лазерного излучения с различными спектральными, временными или пространственными - характеристиками, действие их является аддитивным в следующих случаях:

• воздействие на кожу излучения любых длин ноли (от 180 до 10³ нм);

• воздействие на передние среды глаза излучения в I и III диапазонах длин волн;

● воздействие на сетчатку глаза излучения, но во II диапазоне длин волн.

3. Воздействие на организм человека

Воздействие лазерного излучения на организм человека имеет сложный характер и до конца еще не изучено.

Эффект воздействия лазерного излучения зависит от параметров лазерного излучения:

• энергетических - энергетической освещенности или энергетической экспозиции облучаемой ткани;

• пространственных — распределения интенсивности лазерного излучения в облучаемом участке ткани;

• временных - длительности воздействия при непрерывном облучении и длительности импульсов, частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов при импульсном излучении;

• анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани. Отличительной особенностью лазерного излучения от других видов излучения является монохроматичность, когерентность и направленность.

Монохроматичность и когерентность ЛИ не меняют существенно механизма повреждений излучением. Явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференционную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколько микросекунд. Вследствие этого ЛИ пропускается и поглощается биотканями по тем же законам, что и некогерентное и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов. Поскольку органические молекулы, из которых состоит биологическая ткань, имеют широкий спектр абсорбируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность лазерного излучения повышает опасность поражения ткани.

Направленность лазерного излучения (распространяющегося в пределах малого телесного угла) сильно влияет на специфику его поражающего действия. При небольшом расстоянии до лазера направленность его излучения на сетчатку глаза ведет к очень маленькому размеру пятна лазерного излучения на сетчатке глаза. Большая направленность излучения приводит также к тому, что внутрипучковая освещенность слабо убывает с расстоянием, вследствие чего опасность для зрения может сохраняться на очень больших расстояниях от лазера, вплоть до десятков километров.

Основным фактором, определяющим биологический эффект воздействия лазерного излучения, является его интенсивность. Под интенсивностью лазерного излучения понимают высокие значения величин, которые описывают энергетические параметры излучения, такие как мощность, плотность излучения и др.

Энергия ЛИ, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энергии: тепловую, энергию фотохимических процессов, энергию электронных переходов, механическую, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления, образование в пределах клетки микроволнового электрического поля. В зависимости от характеристик лазерного излучения удельный вес, вносимый в суммарное повреждение каждым из эффектов, может быть различным.

Спецификой наиболее важного теплового эффекта воздействия лазерного и лучения является то, что в тканях нагрев до высоких температур происходит лишь в некоторых слоях, а при воздействии коротких импульсов - только в некоторых элементах клеток, в то время как среднее по всей клетке приращение температуры мало. Для лазерного ожога, вызванного импульсом, характерно наличие резких границ пораженного участка.

Ударное действие лазерного излучения наблюдается при больших уровнях освещенности и при работе лазеров с длительностями импульсов порядка 10-12 с. Возникновение ударного эффекта происходит вследствие изменения агрегатного состояния тканевой воды, теплового расширения без изменения агрегатного состояния и явления отдачи при испарении вещества с поверхности облучаемой ткани. В результате этих явлений в ткани возникает резкое повышение давления, что приводит к ее повреждению.

Лазерное излучение представляет особую опасность для тех тканей, которые максимально поглощают излучение. Наиболее уязвимым для лазерного излучения является орган зрения человека.

Сетчатка глаза, наиболее важная его структура, может быть поражено лазерами видимого и ближнего ИК-диапазонов, поскольку в силу специфики «своей работы» она наиболее чувствительна к воздействию электромагнитных излучений видимого диапазона спектра. Лазерное УФ и дальнее ИК-излучении не достигают сетчатки, но могут повредить роговицу, радужку, хрусталик.

Роговая оболочка, хрусталик и стекловидное тело содержат большие количество жидкости, поэтому они обладают повышенной поглощающей способностью к УФ и дальнему ИК-излучениям. Вследствие этого, их повреждения могут наступать при сравнительно небольших интенсивностях .Степень повреждения радужной оболочки в некоторой мере зависит от ее окраски. Зеленые и голубые глаза более уязвимы, чем карие. Ультрафиолетвое излучение приводит к развитию кератита. Нагрев хрусталика, возникающий в результате воздействия лазерного излучения, ведет к образованию катаракты.

Основным механизмом поражения сетчатки при малой длительности облучения является тепловой. Повышение температуры сетчатки определяется главным образом энергетической экспозицией. Достигая сетчатки, ЛИ фокусируется преломляющей системой глаза, при этом плотность энергии на сетчатке становится в 1000 - 10 000 раз больше, чем в луче, падающем на глаз. Импульсное лазерное излучения (0,1 -10^-14 с) способно вызвать повреждение органа зрения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1с).

При большой длительности облучения сетчатки глаза в действие вступает фотохимический механизм поражения, для которого характерна зависимость oт длины волны - коротковолновое излучение оказывается более опасным, чем длинноволновое.

Степень поражения глаза в зависимости от энергетической экспозиции, временных параметров излучения, длины волны излучения может меняться в широких пределах - от быстропроходящих функциональных расстройств (ослепление при вспышке, послеобразы) до тяжелых разрушений, сопряженных с выбросом фрагментов в стекловидное тело и кровотечением. Гибель клеток фоторецептора приводит к необратимому нарушению зрения, поскольку пи клетки не восстанавливаются.

Вторым критическим органом к действию ЛИ являются кожные покровы. Взаимодействие лазерного излучения с кожей зависит от длины волны и пигментации кожи. Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. ЛИ дальней ИК-области начинает сильно поглощаться кожей, поскольку это излучение активно поглощается водой, которая составляет 80% содержимого большинства тканей, что приводит к возникновению опасности ожогов кожи.

При большой интенсивности облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутренних тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, а также свертывания или распада крови.

Длительное хроническое воздействие низкоэнергетического (на уроне или менее ПДУ) диффузно отраженного лазерного излучения может приводить к развитию неспецифических сдвигов в состоянии здоровья лиц, обслуживающих лазеры. Это, прежде всего, невротические состояния и сердечно - сосудистые расстройства. Наиболее характерными клиническими синдромами, обнаруживаемыми у работающих с лазерами, являются астенический, астеновегетативный и вегето - сосудистая дистония.