Действие лазерного излучения на организм человека

 

Лазерное излучение является для любого живого организма непривычным раздражителем, не встречающимся в естественных условиях. Его биологическое действие зависит от длины волны и интенсивности излучения. В связи с этим весь диапазон: длин волн делится на ряд областей: от 180 до 380 им – ультрафиолетовая область; от 380 до 780 нм – видимая область; от 780 до 1400 нм – ближняя инфракрасная область, свыше 1400 нм – дальняя инфракрасная область.

Различают шесть видов воздействия лазерного излучения на живой организм:

• термическое (тепловое) – выделение значительного количества теплоты в небольшом объеме за короткий промежуток времени;

• энергетическое – большая напряженность электрического поля, вызывающая поляризацию молекул и другие эффекты;

• фотохимическое – выцветание ряда пигментов;

• механическое – возникновение колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме;

• электрострикция – деформация молекул в электрическом поле лазерного излучения;

• образование микроволнового электромагнитного поля в пределах клетки.

Под воздействием лазерного излучения может происходить нарушение нормальной жизнедеятельности, как отдельных органов, так и организма в целом. При этом наиболее уязвимы глаза и кожа.

Характер поражения глаз в сильной степени зависит от длины волны излучения. В ультрафиолетовом диапазоне при длине волны от 180 до 380 нм ткани глаза для лазерного излучения непрозрачны, поэтому поражение глаз носит характер поверхностных ожогов. При этом обычно поражаются роговица и конъюнктива (слизистая оболочка глаза). В результате ожога возникает воспалительный процесс, сильное жжение в глазах.

При импульсно-периодическом или прерывистом воздействии ультрафиолетового излучения наблюдается накопление его действия, суммарный биологический эффект при этом приблизительно пропорционален суммарной плотности энергии излучения.

Диапазон видимого излучения (380...780 нм) является наиболее опасным для глаз, так как свободно проходит через оптические ткани глаза и фокусируется на поверхности сетчатки. При этом и плотность потока мощности на сетчатке может быть на 4...5 порядков выше, чем на роговице глаза за счет фокусировки.

При относительно небольшой энергии лазера наблюдается явление «вспышечной слепоты» – под действием излучения обесцвечиваются зрительные пигменты, и глаз на некоторое время теряет способность различать предметы. При плотности энергии на сетчатке более 2 Дж/см² (при импульсной работе) происходит ожог сетчатки. Чувствительность пораженного места к свету полностью утрачивается и в дальнейшем не восстанавливается.

Энергия лазерного луча, попадающая в глаз, зависит от диаметра зрачка, который в зависимости от освещенности окружающих предметов изменяется от 1,6...2 до 7...8 мм. При этом энергия, попадающая в глаз, изменяется в 15...20 раз. Таким образом, лазерное, излучение более опасно в затемненных помещениях.

Лазерное излучение ближней части инфракрасного диапазона с длиной волны от 780 до 1400 нм довольно хорошо проходит через оптические ткани глаза, при этом возможен ожог сетчатки. Излучение этого диапазона особенно опасно, так как оно невидимо для глаза. При длине волны больше 1,4 мкм излучение поглощается тканями, содержащими воду: роговицей, хрусталиком и жидкостью в передней камере глаза и не доходит до сетчатки. Особенно сильно нагревается при этом радужная оболочка, содержащая пигмент. При плотности энергии выше 4 Дж/см² происходит термический ожог, который может привести к помутнению хрусталика. Лазерное излучение с длиной волны более 1700 нм полностью поглощается роговицей и в ткани, расположенные глубже, не проникает, поэтому менее опасно для глаз; однако излучение мощного лазера может вызывать серьезный ожог роговицы.

Поражения кожи наблюдаются обычно на лице вокруг защитных очков, на внешней поверхности рук, выше линии воротника, т.е. на тех же местах, которые подвергаются солнечному облучению. Наиболее сильно действует на кожу излучение ультрафиолетового диапазона. Относительно небольшие дозы ультрафиолетового облучения вызывают покраснение (эритемный эффект), исчезающее на следующие сутки. Более мощное излучение приводит к распаду некоторых молекул, входящих в состав тканей. Воздействие излучения видимого и инфракрасного диапазонов сводится в основном к нагреванию кожи и может привести к ожогам, имеющим резко очерченные границы и напоминающим обычные термические ожоги.

Кожа человека достаточно хорошо противостоит непрерывному инфракрасному облучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру вследствие испарения влаги с поверхности. Импульсное излучение и особенно излучение лазеров в режиме модуляции добротности более опасны для кожи, так как тепло не успевает распространяться в соседние ткани. При этом возникают ожоги с резко очерченными границами, очаги ограниченного омертвления (некроза) тканей, пузырьки, наполненные серозной жидкостью (результат нарушения целостности стенок капилляров).

Под действием излучения лазеров с энергией от 3 до 100 Дж на коже возникают кровоизлияния различных размеров. При энергии излучения менее 3 Дж структурных изменений в коже не наблюдается, а происходит нарушение деятельности ферментов. Это понижает антимикробную сопротивляемость кожи, ухудшает ее питание и повышает чувствительность к повышенной температуре, раздражающему действию различных химических реактивов. Нарушение деятельности ферментов в коже может приводить к образованию токсических веществ, которые, распространяясь по всему организму, ухудшают общее состояние человека, вызывают чувство разбитости, раздражительность, головную боль. Эти неприятные явления могут сохраняться в течение нескольких часов после окончания рабочего дня. У людей, работающих с лазерными установками, обнаружено изменение состава крови, выражающееся в уменьшении гемоглобина, тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов.