2.6.2. Повреждающее действие излучения лазеров

Лазеры - устройства для получения узких монохроматических пучков световой энергии высокой интенсивности, успешно ис­пользуются для терапии целого ряда забо­леваний (болезни глаз, опухолевые разрас­тания и др.).

Действие лазерного излучения измеря­ется стотысячными долями секунды, поэ­тому, несмотря на достаточно глубокое про­никновение лучей лазера в организм (до 20-25 мм), ощущения боли не возникает. Наибольшей чувствительностью к лазерному излучению обладают пигментированные тка­ни.

Механизм повреждающего действия ла­зерного излучения во многом остается неизу­ченным. Прямой повреждающий эффект ла­зерного излучения на клетку связан с воз­буждением атомов и в конечном счете с повреждением белковых молекул. Важную роль в повреждающем действии лазерного излучения играет свободнорадикальный ме­ханизм (см. разд. 3.1.4). Образование сво­бодных радикалов при действии лучей ла­зера было обнаружено в меланиносодержащих тканях и коже черных мышей, а также в пигментных участках кожи морских свинок.

Считается, что излучение лазера оказы­вает термическое и кавитационное действие. Термический эффект луча лазера может быть связан с поглощением тканью энергии инфра­красной части спектра излучения и тепло­вой инактивацией белка. Кавитационное действие лазерного излучения обусловлено быст­рым повышением температуры до уровня, при котором происходит испарение жидкой части клетки. Возникает «взрывной эф­фект» (кавитация) вследствие мгновенного образования микрополости с повышенным давлением (до десятков и сотен атмосфер) и распространяющейся от нее ударной волны, разрывающей ткани. Данный эффект лежит в основе работы лазерного скальпеля. Одним из механизмов повреждающего действия ла­зерного излучения может быть также вызы­ваемая им инактивация ферментов или из­менение их специфической активности.

Выраженность повреждающего эффекта лазерного излучения зависит от типа опти­ческого квантового генератора, плотности и мощности излучения, физико-химических и биологических особенностей облучаемых тканей (степень их пигментации, кровена­полнение, теплопроводность).

2.7. Болезнетворное действие электрического тока

Человек подвергается действию природно­го (молния) или технического электричества. Разряды молнии действуют как кратковре­менное (доли секунды, секунды) прохождение через тело человека тока огромного напряжения (до миллионов вольт). Смерть наступа­ет от паралича сердца и (или) дыхания (И.Р. Петров). В результате теплового действия молнии на теле остаются ожоги, кровоизлияния в виде особых ветвистых «фигур», почернение и некроз тканей; возможно и механическое действие - отрыв тканей и даже частей тела.

Патогенное действие технического электричества (электротравма) зависит от вида тока (постоянный, переменный), его силы, напряжения, направления и продол­жительности прохождения через тело, а так­же от сопротивления тканей и состояния реактивности организма в целом.

Сила тока. При одной и той же силе переменный ток более опасен, чем постоян­ный (табл. 3). Ток силой 100 мА является смертельно опасным. Переменный ток 50-60 Гц силой 12-25 мА вызывает судороги («неотпускающий»); основная опасность его заключается в «приковывании» пораженного к захваченному им токоведущему предме­ту.

Напряжение. Напряжение действующего на организм источника тока до 40 В смер­тельных поражений не вызывает, при напря­жении 1000 В летальность достигает 50%, при напряжении 30000 В - 100%. Опасность поражения переменным током при напря­жении 42,5 В равна опасности поражения постоянным током при напряжении 120 В. Однако постоянный ток менее опасен, чем переменный, только до напряжения 450-500 В. При более высоком напряжении по­стоянный ток становится более опасным, чем переменный.

Сопротивление тканей. Суммарное (пол­ное) сопротивление тела человека к пере­менному электрическому току называется импедансом и складывается из активного (омического) и реактивного (емкостного) со­противления тканей. Наибольшим сопротив­лением электрическому току обладает наруж­ный эпидермальный слой кожи (до 2000000 Ом), далее по убывающей следуют сухожилия, кости, нервы, мышцы, кровь. Наименьшим сопротивлением обладает спин­номозговая жидкость. Общее сопротивление тела человека составляет в среднем 100000 Ом (от 1000 до миллионов ом).

Влажная кожа обладает меньшим сопро­тивлением, чем сухая. Сопротивление кожи зависит также от силы и напряжения тока. Ток напряжением 10-40 В вызывает про­бой эпидермиса; пробой кожи, вызываемый электрическим напряжением 220 В, приводит к резкому снижению сопротивления тела с приближением к таковому при отсутствии эпидермиса.

Направление прохождения электричес­кого тока через тело. Восходящий постоян­ный ток (анод ниже, а катод выше) опаснее нисходящего (противоположное расположе­ние электродов) в том же направлении. Это связано с тем, что при восходящем токе синусовый узел сердца находится под воз­буждающим влиянием катода, а верхушка - под подавляющим возбуждение действием анода. Исходящее при этом из синусового узла возбуждение сталкивается с нарастаю­щим торможением проводимости, что в ко­нечном счете приводит к возникновению фибрилляции желудочков сердца при зам­кнутой цепи. При нисходящем потоке волна возбуждения, нисходящая из подавленного анодом синусового узла, усиливается като­дом, в связи с чем условия для фибрилля­ции сердца возникают только в момент размыкания цепи.

Фактор времени. С увеличением времени прохождения через тело постоянный эффект действия электрического тока возрастает. Так, если действие тока напряжением 1000 В в течение 0,02 с не сопровождается разви­тием выраженных нарушений, то при экспо­зиции в 1 с оно неизбежно приводит к смертельному исходу.

Частота переменного тока. Считается, что постоянным эффектом (возникновение фи­брилляции желудочков) обладает перемен­ный ток частотой 40-60 Гц. Переменные токи частотой 1000000 Гц и выше не являют­ся патогенными, зато при высоком напряже­нии (токи Тесла, д’Арсонваля, диатермические токи) они оказывают тепловое действие и применяются с лечебной целью.

Состояние реактивности организма. Утом­ление, ослабление внимания, легкое и уме­ренное алкогольное опьянение, гипоксия, пе­регревание, тиреотоксикоз, сердечно-сосу­дистая недостаточность снижают резистентность организма к электротравме. Тя­жесть поражения электротравмой в значи­тельной степени снижается при эмоциональ­ном напряжении, вызванном ожиданием дей­ствия тока, в состоянии наркоза и глубо­кого (близкого к наркозу) опьянения.

Механизмы повреждающего действия эле­ктрического тока. Электротравма может выз­вать местные (знаки тока, ожоги) и общие изменения в организме.

М е с т н ы е р е а к ц и и о р г а н и з м а н а э л е к т р о т р а в м у. Знаки тока, ожоги возникают главным образом на местах входа и выхода тока в результате превра­щения электрической энергии в тепловую (тепло Джоуля-Ленца). Знаки тока появля­ются на коже, если температура в точке про­хождения тока не превышает 120°С, и пред­ставляют собой небольшие образования серо­вато-белого цвета («пергаментная» кожа), твердой консистенции, окаймленные волно­образным возвышением. В ряде случаев по окружности поврежденной ткани проступает ветвистый рисунок красного цвета, обуслов­ленный параличом кровеносных сосудов.

При температуре в точке прохождения тока свыше 120°С возникают ожоги: контакт­ные - от выделения тепла при прохождении тока через ткани, оказывающие сопротив­ление, и термические - при воздействии пла­мени вольтовой дуги. Последние являются наиболее опасными.

О б щ и е р е а к ц и и о р г а н и з м а н а э л е к т р о т р а в м у. При прохождении че­рез тело электрический ток вызывает воз­буждение нервных рецепторов и проводни­ков, скелетной и гладкой мускулатуры, железистых тканей. Это приводит к возник­новению тонических судорог скелетных и гладких мышц, что может сопровождаться отрывным переломом и вывихом конечнос­тей, спазмом голосовых связок, остановкой дыхания, повышением кровяного давления, непроизвольным мочеиспусканием и дефе­кацией. Возбуждение нервной системы и органов внутренней секреции приводит к «выбросу» катехоламинов (адреналин, норадреналин), изменяет многие соматические и висцеральные функции организма.

Важное значение в механизмах поражаю­щего эффекта электрического тока имеет его электрохимическое действие (электро­лиз). Преодолев сопротивление кожного по­крова, электрический ток вызывает наруше­ние равновесия в клетках различных тка­ней, изменяет их биологический потенциал, приводит к поляризации клеточных мембран: на одних участках тканей - у анода скап­ливаются отрицательно заряженные ионы (возникает кислая реакция), у катода скап­ливаются положительно заряженные ионы (возникает щелочная реакция). В результате значительным образом изменяется функцио­нальное состояние клеток. Вследствие пере­движения белковых молекул в участках кис­лой реакции под анодом возникает коагу­ляция белков (коагуляционный некроз), в участках щелочной реакции под катодом - набухание коллоидов (колликвационный некроз). Процессы электролиза в сердечном синцитии могут вызвать укорочение рефрактерной фазы сердечного цикла, приводящей к развитию кругового нарастающего ритма его работы. Вызываемое электротравмой поражение дыхательного и сосудодвигательного центров обусловлено повреждением нервных клеток в результате деполяризации их мембран и коагуляции протоплазмы.

При несмертельной электротравме возни­кает судорожное сокращение мышц с вре­менной потерей сознания, нарушением сер­дечной деятельности и (или) дыхания; может наступить клиническая смерть (мнимая). При своевременном оказании помощи пострадав­шие ощущают головокружение, головную боль, тошноту, светобоязнь; могут сохранять­ся нарушения скелетной мускулатуры.

Непосредственной причиной смерти при электротравме являются остановка дыхания и остановка сердца.

Остановка дыхания может быть обуслов­лена: 1) поражением дыхательного центра; 2) спазмом позвоночных артерий, снабжаю­щих кровью дыхательный центр; 3) спазмом дыхательной мускулатуры; 4) нарушением проходимости дыхательных путей вслед­ствие ларингоспазма.

Остановка сердца может возникнуть вследствие: 1) фибрилляции желудочков; 2) спазма коронарных сосудов; 3) пораже­ния сосудодвигательного центра; 4) повы­шения тонуса блуждающего нерва.

2.8. ПОВРЕЖДАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

2.8.1. Общая характеристика повреждающего действия ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение может действо­вать на организм как из внешних, так и из внутренних источников облучения. Чело­век подвергается действию ионизирующего излучения в производственных условиях, работая с рентге- новской аппаратурой, на ядерных реакторах и ускорителях заряжен­ных частиц (бетатроны, циклотроны, син­хрофазотроны, линейные ускорители), с радиоактивными изотопами, при добыче и переработке радиоактивных руд. В клини­ческой практике больные принимают курс облучения с лечебными целями. Наконец, облучение может быть следствием приме­нения ядерного оружия и при аварийных вы­бросах технологических продуктов атомных предприятий в окружающую среду.

Источником внутреннего облучения могут быть радиоактивные вещества, поступающие в организм с пищей, водой, через кожные покровы. Возможно комбинированное действие внешнего и внутреннего облучения.

Ионизирующие излучения, обладая спо­собностью вызывать ионизацию атомов и мо­лекул, характеризуются высокой биологичес­кой активностью. По своей природе все ио­низирую-щие излучения подразделяются на электромагнитные (рентгеновские излучения и -лучи, сопровождающие радиоактивный распад) и корпускулярные (заряженные час­тицы: ядра гелия - -лучи, электроны - -лучи, протоны, -мезоны, а также нейтро­ны, не несущие электрического заряда).

Повреждающее действие различных ви­дов ионизирующей радиации зависит от ве­личины плотности ионизации в тканях и их проникающей способности. Чем короче путь прохождения фотонов и частиц в тканях, тем больше вызванная ими плотность иони­зации и сильнее повреждающее действие (табл. 4). Наибольшая ионизирующая спо­собность у -лучей, имеющих длину пробега в биологических тканях несколько десятков микрометров, наименьшая - у -лучей, об­ладающих большой проникающей способ­ностью.

Биологические эффекты разных видов ионизирующей радиации определяются не только общим количеством поглощенной энергии, но и распределением ее в тканях. Для сравнительной количественной оценки биологического действия различных видов излучения определяют их относительную биологическую эффективность (ОБЭ). Наи­большей биологической эффективностью ха­рактеризуются -излучения, протоны и быст­рые нейтроны, ОБЭ для которых равняется 10. В качестве критерия для определения ОБЭ используются показатели смертности, степень гематологических и морфологичес­ких изменений в тканях и органах, дей­ствие на половые железы и др. В связи с этим ОБЭ не является постоянной величиной (табл. 5).

Биологические эффекты определяются не только видом и величиной поглощенной дозы излучения, но также ее мощностью. Единицей измерения дозы является грей (Гр), а для сравнительной биологической оценки различных видов излучений исполь­зуется специальная единица - бэр. Чем вы­ше мощность дозы, тем больше биологи­ческая активность. Повреждающее действие ионизирующей радиации при кратковремен­ном облучении более выражено, чем при длительном облучении в одной и той же дозе. Облучение может быть однократным, дробным и длительным. При дробном (фрак­ционированном) и длительном облучении по­ражение организма вызывается более высо­кими суммарными дозами. Тяжесть пора­жения ионизирующей радиацией зависит также от площади облучаемой поверхности тела (общее и местное), особенности индивидуальной реактивности, возраста, пола и функционального состояния организма перед облучением. Считается, что физическая на­грузка, изменение температуры тела и дру­гие воздействия, отражающиеся на метабо­лизме, оказывают заметное влияние на радиоустойчивость. Молодые и беременные животные более чувствительны к действию ионизирующей радиации (табл. 6). Даже в одном ор­ганизме различные клетки и ткани отли­чаются по радиочувствительности. Наряду с радиочувствительными тканями (кроветвор­ные клетки костного мозга, половые железы, эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются устойчивые, радиорезистентные (мышечная, нервная и костная).