10.3.3. Инфракрасное (тепловое) излучение.

Инфракрасное излучение, поглощаясь тканями, вызы­вает тепловой эффект. Наиболее поражаемые ИК-излучением – кожный покров и органы зрения. При остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пиг­ментации кожи. При хроническом облучении появляется стойкое изменение пигментации, красный цвет лица, например у стеклоду­вов, сталеваров. Повышение температуры тела ухудшает самочувст­вие, снижает работоспособность человека.

Воздействие лазерного излучения (ЛИ) на человека зависит от интенсивности излучения (энергии лазерного луча), длины волны (инфракрасного, видимого или ультрафиолетового диапазона), характера излучения (непрерывное или импульсное), времени воздействия. На рис. 17 представлены факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения. Лазерное излучение действует изби­рательно на различные органы, выделяют локальное и общее по­вреждение организма.

Рис. 17. Факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения.

При облучении глаз легко повреждаются и теряют прозрачность роговица и хрусталик. Нагрев хрусталика приводит к образованию катаракты. Для глаз наиболее опасен видимый диапазон лазерного излучения, для которого оптическая система глаза становится про­зрачной и поражается сетчатка глаза. Поражение сетчатки глаза мо­жет привести к временной потере зрения, а при высоких энергиях лазерного луча даже к разрушению сетчатки с потерей зрения.

Лазерное излучение наносит повреждения кожи различных сте­пеней – от покраснений до обугливания и образования глубоких дефектов кожи, особенно на пигментированных участках (родимые пятна, места с сильным загаром).

ЛИ, особенно инфракрасного диапазона, способно проникать через ткани на значительную глубину, поражая внутренние органы. Например, прямое облучение поверхности брюшной стенки вызы­вает повреждение печени, кишечника и других органов, при облуче­нии головы возможны внутричерепные кровоизлияния.

Длительное воздействие лазерного излучения даже небольшой интенсивности может привести к различным функциональным на­рушениям нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, повышению утомляемости, сни­жению работоспособности.

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ИК-излучение, ИК-лучи – об­ласть электромагнитного излучения, находящаяся в диапазоне между длинноволновым участком красно­го видимого света (0,4 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (2000 мкм). Инфракрасное излучение обычно подразде­ляют на ближнюю область (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далекую (50-2000 мкм). В обыч­ных условиях глаз человека не ви­дит излучение, однако, существуют при­боры, превращающие инфракрасное излучение в види­мое излучение (так называемые приборы «ночного» видения). Этой же цели служат специальные приемы фото­графирования. Инфракрасное излучение нашло широкое применение в медицинской практике. Источниками инфракрасного излучения служат лампы накаливания, угольная электричес­кая дуга, излучатели из нихрома и других сплавов, различные газо­разрядные лампы. Излучение ряда лазеров также находится в инфракрасном диапазоне. Солнечная радиация почти на 50% состоит из инфракрасного излучения. В земной атмосфере инфракрасное излучение наи­более интенсивно поглощают молеку­лы воды, углекислого газа и озона. Загрязнение атмосферы приводит к задержке инфракрасного излучения и развитию так называемого парникового эффекта. Некоторые животные – ямкоголовые змеи, на­секомые (тараканы, кузнечики и др.) обладают высокочувствительными рецепторами, воспринимающими инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение впервые обнаружено английским ученым Гершелем (F.W.Herschel) в 1800 г. Инфракрасное излучение в зависимости от источника может быть дискретным (состоять из отдельных линий) или непрерывным. Инфракрасные спект­ры излучения возбужденных атомов являются линейчатыми, соответствующими отдельным электронным переходам; промежуточными межлинейчатыми и непрерывными – так называемыми полосатые спектрами; возбужденными молекулами, обусловленными их колебательным и вращательным движением. Исследование колебательно-вращательных инфракрасных спектров проводят для качественного анализа смесей различных веществ, для определения их состава и структуры различных молекул, в т.ч. полимеров и биологически важных, как аминокислоты, углеводы, гормоны, липиды и белки. Инфракрасное излучение является непрерывно действующим на организм человека фактором окружающей среды, человек постоянно излучает и поглощает инфракрасные лучи (радиационный теплообмен). Преобладание процессов поглощения над процессами излучения может привести к перегреванию организма и развитию теплового удара. Пределы переносимости человеком составляют 1,33-1,79 кал/см³ в зависимости от длины волны.

Термография и инфраскопия – методы, основанные на регистрации интенсивности. Инфракрасное излучение являются ценным диагностическим средством, применяемым в офтальмологии, дерматологии, а также для определения локализации глубоко расположенных в организме воспалительных процессов. Инфракрасная техника используется также в судебной медицине при фотографировании вещественных доказательств, выявлении следов выстрела, обнаружении карбоксигемоглобина в крови.

Инфракрасное излучение в физиотерапии. Действие инфракрасного излучения на человека обусловлено его тепловым эффектом. Повышение температуры в результате поглощения инфракрасного излучения тканями вызывает реакции местного (гиперемии увеличение проницаемости сосудов) и общего характера (интенсификация обмена, терморегуляции). Под действием инфракрасного излучения на месте облучения образуется ряд физиологически активных веществ (ацетилхолин и др.), которые попадают в общий круг кровообращения, вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от места облучения тканях и органах.

Реакция организма на действие инфракрасное излучение зависит от мощности излучения, экспозиции, величины облучаемой поверхности, локализации воздействия и др. На коже под влиянием инфракрасного излучения определенной интенсивности через несколько минут после облучения появляется гиперемия, сохраняющаяся после окончания облучения до 60-90 минут, реже дольше. Инфракрасное излучение улучшает кровообращение в тканях, что ведет к нормализации питания тканей, ускорению регене­ративных процессов. Под влиянием инфракрасного излучения меняется функциональное состояние рецепторов кожи: повышается порог теплового и болевого ощущения, понижается порог тактиль­ной чувствительности. Умеренные дозы облучения оказывают болеутоляющее действие, под влиянием тепла снижается тонус мышц.

Общая реакция организма на инфракрасное излучение выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов (на фоне общего уменьшения числа лейкоцитов) в периферической крови, ускорении РОЭ, повышении процессов обмена веществ. Облучение инфракрасным излучением рефлексогенных зон вызывает расширение сосудов, ускорение крово- и лимфотока не только в зоне воздействия, но и во внутренних органах (почках, желудке, кишечнике).

Инфракрасное излучение оказывает нормализующее действие на функции желудка, поджелудочной железы, почек, стимулирует иммуногенные свойства орга­низма и может быть использовано в целях повышения общей сопротивляемости организма.

У животных под влиянием инфракрасного излучения происходит ослабление анафилактической реакции, судорог, вызываемых действием стрихнина, а также эффекта кураризации.

Терапия инфракрасного излучения сочетается с применением ультрафиолетового излучения, электропроцедур нетеплового действия (постоянные и импульсные токи), лечебной физкульту­ры и массажа и не проводится с одновременным применением других тепловых процедур.

С лечебной целью используются следующие инфракрасные излучения:

1) инфра­красный излучатель на штативе, источником излучения в котором служит нить из нихрома, намотанная на керамическое основа­ние;

2) лампа соллюкс: стационарная, переносная и настольная, мощностью от 200 до 1000 Вт. Спектр излучения лампы соллюкс состоит из 88-90% инфракрасных лучей и 10-12% видимого излучения;

3) лампа Минина с электри­ческой лампой накаливания в 40-80 Вт вмонтированной в параболический рефлектор, закрепленный на деревянной ручке;

4) местная электросветовая ванна.

Световое излучение при высоких энергиях также представляет опасность для кожи и глаз. Пульсации яркого света ухудшают зрение, снижают работоспособность, воздействуют на нервную систему.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) большого уровня может вы­звать ожоги глаз вплоть до временной или полной потери зрения, острое воспаление кожи с покраснением, иногда отеком и образова­ние пузырей, при этом возможно повышение температуры, появле­ние озноба, головная боль. Острые поражения глаз называются электроофтальмией. Хроническое УФИ умеренного уровня вызыва­ет изменение пигментации кожи (загар), вызывает хронический конъюктивит, воспаление век, помутнение хрусталика. Длительное воздействие излучения приводит к старению кожи, развитию рака кожи. УФИ небольших уровней полезно и даже необходимо для че­ловека. Но в производственных условиях УФИ, как правило, явля­ется вредным фактором.

Гигиена труда при работе с лазе­рами.

Гигиеническая ха­рактеристика производ­ственных факторов, сопровождающих работу лазерных установок. Клинико-гигиенические и экспери­ментальные исследования показали, что лазерное излучение относится к числу биологически активных физических факторов и может представить опас­ность для человека. Это обстоятель­ство определяет необходимость разработки мероприятий по гигиене труда и технике безопасности при работе с лазерными установками и организацию текущего и предупредительного санитарного надзора за их вне­дрением и эксплуатацией.

В механизме биологического действия лазера с непрерывным излучением на пер­вое место выступает термический эффект. По мере укорочения импуль­са и повышения мощности излучения возрастает значение механического эффекта. Экспериментальные ис­следования, касающиеся механизма действия, показали, что биологический эффект зависит от длины волны излучения, энергии, длительности импульса, частоты следования импульсов, ха­рактера излучения (прямое, зеркаль­но или диффузно отраженное), а так­же от анатомо-физиологических особенностей облучаемого объекта.

При действии лазерных излучений сравнительно большой интенсивности наряду с морфологическими изменениями тканей непосредственно в месте об­лучения возникают разнообразные функциональные сдвиги рефлекторного харак­тера. Установлено также, что у лиц, обслуживающих лазерные установ­ки, при воздействии лазерных излу­чений небольшой интенсивности раз­виваются функциональные изменения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой, эндокринной системах, в зрительном анализаторе. Экспериментальные данные и наблю­дения на людях свидетельствуют о том, что функциональные сдвиги при этом могут носить выраженный характер и приводить к нарушению здоровья. Поэтому гигиенические мероприятия должны учитывать возможность не только повреждающего действия лазерной энергии, но и исходить из того, что этот фактор является неадекватным раздражителем для организма даже при небольших интенсивностях. Как показали работы И.Р.Петрова, А.И.Семенова и других, биологический эффект от воздействия лазерного излучения может усиливаться при повторных воздействиях и при комбинации с другими факторами производствен­ной среды.

Непосредственный контакт медпер­сонала с лазером является периодическим и составляет от 3 до 40 час в неделю. При выполнении дополнительных экспериментальных работ время ра­боты с лазером может возрастать вдвое. Инженеры и техники, занимающиеся настройкой и юстировкой лазера, мо­гут подвергаться непосредственному действию прямого лазерного излу­чения. Врачи и медсестры подверга­ются воздействию отраженного от тканей излучения. Уровни излуче­ния на рабочих местах медперсона­ла могут составлять 4 10^-4-1 10^-5 Вт/см и зависят от отражательных способностей облучаемых тканей.

При применении гелий-неоновых лазеров с выходной мощностью 40- 50 мВт плотность потока мощности, на рабочих местах персонала может_; составлять 1,5-l0^-4-2,2-l0^-4 Вт/см³. При выходной мощности лазеров 10-25 мВт плотность потока мощ­ности снижается на 2-3 порядка. При изготовлении алмазных волок и пробивке отверстий в часовых камнях с помощью неодимовых лазеров с энергией в импульсе до 8-10 Дж плотность потока энергии на уровне глаз рабочих составляет 3 10^-4 – 3 10^-5 Дж/см* и 5 10^-5 - 2 10^-6 Дж/смІ. Высокие плотности энергии диффузно отраженного излучения могут создаваться на рабочих местах при применении мощных углекислотных лазеров для резки стального листа, раскроя тканей, кожи и пр.

Помимо возможного неблагопри­ятного действия прямого, зеркально или диффузно отраженного лазер­ного излучения, вредное влияние на функцию зрения работающих может оказывать световая энергия от импульсных ламп накачки, дости­гающая в ряде случаев 20 кДж. При этом яркость вспышки ксеноновой лампы составляет около 4 10⁸ нт (кд/м²) при длительности импульса 1 – 90 мсек. Воздействие излучения ламп накачки возможно при их разэкранировании или при недостаточ­ной экранировке, главным образом при испы­тании режима работы импульсных ламп. Наиболее опасными являются случаи самопроизвольного разряда разэкранированных ламп, так как при этом персонал не успевает принять предохранительных мер. Одновре­менно возможно не только нарушение зрительной адаптации, сохра­няющееся в течение нескольких ми­нут, но и органические поражения различных отделов глаза. Субъек­тивно разряд разэкранированной лампы воспринимается как «непере­носимая слепимость». Спектр излу­чения импульсных ламп содержит также длинноволновые УФ-лучи, ко­торые могут действовать на персонал только при работе с открытыми или недостаточно экранированными импульсными лампами, вызывая допол­нительную, специфическую, реак­цию глаза.

Необходимо также уделять внима­ние ряду неспецифических факторов, сопутствующих работе с лазером. В связи с тем, что наибольшую опасность лазерное излучение пред­ставляет для глаз, особое внимание следует обращать на освещенность рабочих мест и помещений. Харак­тер работы с лазером, как правило, тре­бует большого зрительного напря­жения. Кроме того, в условиях низ­кой освещенности биологический эффект от воздействия лазерного излучения на сетчатку усиливается, так как при этом площадь зрачка глаза и чувстви­тельность сетчатки будут существен­но возрастать. Все это диктует необ­ходимость создания достаточно вы­соких уровней освещения производственных помещений при работе с лазером. Работа лазерных установок может сопровождаться шумом. На фоне стабильного шума, достигающего 70-80 дБ, имеют место звуковые импульсы в виде хлопков или щелчков за счет воздействия лазерного луча на обрабатываемый материал или за счет работы механических затворов, лимитирующих длитель­ность импульса излучения. В тече­ние рабочего дня количество хлоп­ков или щелчков может достигать многих сотен и даже тысяч, а уровни громкости 100-120 дБ. Разряды импульсных ламп накачки, а также, возможно, и процесс взаимодействия лазерного луча с обрабатываемым материалом (плазменный факел) сопровождаются образованием озо­на, содержание которого может варь­ировать в широких пределах.

Клинические проявления общего воздействия лучей лазера.

В проблеме обеспечения безопасных условий труда с лазером особое место занимает орган зрения. Прозрачные среды глаза свободно пропускают излуче­ния оптического диапазона, вклю­чающего видимую часть спектра и ближнюю область инфракрасного излучения (0,4-1,4 мкм), и фокусируют их на глазном дне, вследствие чего плотность энергии на нем возрастает во много раз. Тяжесть по­вреждения сетчатки и сосудистой оболочки зависит от параметров излучения. Выраженность патоморфологических изменений и клиническая картина расстройств функции зрения может быть различной от незначитель­ных, функциональных изменений, выявляемых инструментально, до полной потери зрения. Наиболее типичным повреж­дением являются хориоретинальные ожоги. Патологические изменения в передних отделах глаза могут возникать при более значительных уровнях энергии лазерного излучения. Появле­ние подобной патологии при приме­нении лазера в технологии и в медицине практически исключается. Однако в связи с ростом мощности лазера и освоением новых диапазонов излуче­ний (ультрафиолетового, инфракрас­ного) вероятность повреждения пе­редних отделов глаза возрастает. Ожоги кожи могут возникать при воздействии больших уровней энергии лазерного излучения, порядка нескольких Дж/смІ. Имеющиеся дан­ные свидетельствуют о том, что при воздействии на кожу лазерного из­лучения небольшой интенсивности в организме возникают общие функциональные и биохимические изменения.

При случайном облучении глаз и кожи лазерной энергией большой плотности пострадавший должен немедленно обратиться к врачу для диагностики поражения и оказания медицинской помощи. Принципы оказания первой помощи в этих случаях такие же, как и при ожогах глаз и кожи другой этиологии.

Профилактические мероприятия против пора­жения лучами лазера. Защитные и гигиенические мероприятия, для профилактики неблагоприятного действия излучений лазера и других со­путствующих факторов должны включать мероприятия коллектив­ного характера: организационные инженерно-технические, планиро­вочные, санитарно-гигиенические, а также предусматривать индивидуальные средства защиты. Обязательным является требование оценки перед началом эксплуатации лазерной установки основных небла­гоприятных факторов и особенностей распространения лазерного излуче­ния (как прямого, так и отраженно­го). Инструментальным измерением (в крайнем случае, расчетным путем) определяют вероятные направления и участки, на которых возможны опасные для организма (превышают ПДУ) уровни излучения.

Для обеспечения безопасных условий труда, помимо строгого соблюдения коллективных мероприятий рекомендуется пользование средствами индивидуальной защиты: очками, щитками, масками, дающими спектрально-селективной прозрачностью и специальной защитной одеждой. Примером отечественных защитных очков от лазерных излучений в области спектра с длиной волны 0,63-1,5 мкм являются очки, изготовленные из зеленого стекла СЗС-22, обеспечивающие защиту глаз от излучения рубинового и неодимового Л. При работе с мощными Л. более эффективны защитные щитки и маски, на руки надеваются перчатки из замши кожи. Рекомендуется ношение передников и халатов различных цветов. Выбор средств защиты должен изводиться индивидуально в каждом конкретном случае квалифицированными специалистами.

Медицинское наблюдение за работающими с лазером.

Работы, связанные с обслуживанием лазерных установок, включены в списки работ с вредными условиями труда, а работающие подлежат предварительным периодическим (один раз в год) осмотрам. В осмотрах обязательно участие окулиста, терапевта, невропатолога. При исследовании органа зрения применяют щелевую лампу.

Механизм действия лазерного луча на биологические ткани основан на том, что энергия светового пучка резко повы­шает температуру на небольшом участке тела. Температура в облу­чаемом месте по данным Минтона (J.P.Minton), может подняться до 394°, и поэтому патологически изме­ненный участок мгновенно сгорает и испаряется. Тепловое воздействие на окружающие ткани при этом распространяется на очень неболь­шое расстояние, т.к. ширина пря­мого монохроматического фокуси­рованного пучка излучения равна 0,01 мм. Под влиянием лазерного излучения происходит не только коа­гуляция белков живой ткани, но и взрывное ее разрушение от дейст­вия своеобразной ударной волны. Эта ударная волна образуется в ре­зультате того, что при высокой температуре тканевая жидкость мгно­венно переходит в газообразное со­стояние. Особенности биологические действия зависят от длины волны, длитель­ности импульсов, мощности энер­гии лазерного излучения, а также от структуры и свойств облучаемых тканей. Имеют значение окраска (пигментация), толщина, плотность, степень наполнения кровью тканей их физиологическое состояние и наличие в них патологических изменений. Чем больше мощность лазерного излучения, тем глубже оно проникает и сильнее действует.

В экспериментальных исследованиях было изучено влияние светового излучения различного диапазона на клетки, ткани и органы (кожу, мышцы, кости, внутренние органы и другие), результаты которого отличаются от термических и лучевых воздействий. После непосредственного воздействия лазерного излучения на ткани и органы в них возникают ограниченные очаги поражения различной площади и глубиной в зависимости от характера или органа. При гистологическом изучении тканей и органов, подвергшихся действию лазера, в них можно определить три зоны морфологических изменений: зону поверхностного коагуляционнго некроза; зону кровоизлияния; зону дистрофических и некробиотических изменений клетки.