Сторінка
4

Техніка безпеки при експлуатації лазерів і лазерних установок

Ще більша кількість біологічних елементів тканин організму людини і тварин поглинають інфрачервоне випромінювання. При цьому інфрачервоне випромінювання ближньої області поглинається тими ж біологічними струк-турами, що і випромінювання видимого спектра. Інфрачервоне випроміню-вання дальньої області взаємодіє, головним чином, із тканинами, що містять воду.

Теплова дія ультрафіолетових випромінювань при високих рівнях енергії може бути досить вираженою. Ці випромінювання можуть викликати еритему і пігментацію, хемолюмінесценцію біологічних структур. Вони ма-ють генетичну і канцерогенну дію.

Термічна дія ЛВ має свою специфіку. Так, при впливі випромінювання імпульсного ЛР в опромінених тканинах відбувається швидке нагрівання тих структур, що добре поглинають цю енергію. Причому, якщо це випроміню-вання відповідає режиму вільної генерації, то за час імпульсу (який триває в межах 1 мс) тепло встигає впливати на досить великий об’єм тканин і викли-кати їхнє ушкодження, що має характер термічного опіку.

При дії випромінювання з укороченим імпульсом (випромінювання ЛР у режимі модульованої добротності з тривалістю імпульсу τ = 10 – 7 – 10 - 12 с) тепло практично не встигає поширитися в навколишні тканини і рідину. У результаті цього адсорбувавші енергію структури миттєво нагріваються до дуже високих температур. Таке миттєве нагрівання викликає подобу вибуху опромінених тканинних елементів, зокрема, пігментних утворень, наприк-лад, меланіну. При впливі на очне дно це випромінювання приводить до ва-жких ушкоджень (розриви, розшарування сітківки, кровотечі).

Під впливом дії ЛВ відбувається порушення життєдіяльності як ок-ремих органів, так і організму в цілому. При дії на клітини, тканини й органи в них виникають гістохімічні та біологічні зміни, а також патофізиологічні ефекти. У дії випромінювання на складні біологічні структури розрізня-ють три стадії: фізичну, фізико-хімічну і хімічну [15].

На першій стадії (фізичній) відбуваються елементарні взаємодії вип-ромінювання з речовиною, при цьому речовина нагрівається, спостерігають-ся фазові переходи в матеріалі клітини, кавітація у фізіологічних рідинах, перетворення енергії випромінювання в енергію механічних коливань, іоні-зація атомів і молекул, збудження і переведення електронів з валентних рів-нів у зону провідності, рекомбінація збуджених атомів і ін.

При впливі неперервного ЛВ переважає в основному тепловий меха-нізм дії, наслідком якого є коагуляція (згортання) білка, a при великих по-тужностях – випар біотканин. При потужності випромінювання в імпульсі понад 107 Вт і високій ступені фокусування лазерного променя можливе виникнення іонізуючих випромінювань.

В міру зменшення інтенсивності випромінювання тепловий механізм ушкодження тканини, що опромінюється, починає поступатися місцем кван-товим ефектам, що проявляються при поглинанні випромінювання і пере-носі енергії у всіх структурах, що входять до складу біологічної тканини.

На другій стадії (фізико-хімічній) з іонів і збуджених молекул утво-рюються вільні радикали (Н2О2, HO2 і ін.), що володіють високою здатністю до хімічних реакцій.

На третій стадії (хімічній) вільні радикали реагують з молекулами речовин, що входять до складу тканини, і при цьому виникають ті молеку-лярні ушкодження, які і визначають загальну картину впливу лазерного вип-ромінювання на опромінювану тканину і організм у цілому.

Енергія квантів ультрафіолетового випромінювання в діапазоні дов-жин хвиль 0,380-0,006 мкм змінюється в межах 3,26-123 еВ відповідно. Ква-нти з енергією 12-15 еВ здатні викликати іонізацію води й атомів кисню, водню, азоту, вуглецю. Виходячи з того, що вода і перераховані атоми ста-новлять основу живої тканини, випромінювання з енергією 12 еВ розгляда-ють як нижню межу для біологічних систем, а при енергії більш 12 еВ мож-ливе ураження тканини, викликане розкладанням молекулярного кисню з наступним утворенням озону.

Первинною ланкою біологічного ефекту УФ-випромінювання є чисто фізичний процес поглинання його молекулами біологічних структур. Далі, внаслідок реакції взаємодії розвиваються фізико-хімічні процеси збудження, іонізації і дисоціації, що приведуть до тих чи інших кінцевих біологічних ефектів, і головним у механізмі дії є фотохімічний ефект. При цьому напря-мок фотохімічних реакцій залежить від інтенсивності і дози опромінення. Малі дози стимулюють процеси біосинтезу тканинних колоїдів, сприяють росту і діленню клітин. Великі – гнітять ріст і ділення клітин, викликаючи фотоліз, що руйнує клітини. Зі зменшенням довжини хвилі вражаюча дія УФ-випромінювання зростає, але одночасно зменшується його проникаюча здатність, а це, у свою чергу, приводить до того, що ушкодження обмежу-ється поверхневими шарами тканин [З].

При впливі потужного імпульсу випромінювання на організм в опромінених тканинах виникає ударна хвиля безпосередньо від «удару» самого імпульсу. Тиск, що надається лазерним променем на опромінюванний об’єкт визначається за формулою [7]

p=W(l+ρ)/с, (9.3)

де с – швидкість світла у вакуумі; W – інтенсивність випромінювання в пло-щині об’єкта; ρ – коефіцієнт відбивання даного випромінювання від поверх-ні опромінюванного об’єкта. При W = 3∙109 Вт/см2 і ρ = 0,5 р ≈ 1,5∙105 Па.