Учебное пособие: Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности

По классификации лазеры разделены на четыре класса:

1) безопасные - выходное излучение не опасно для глаз;

2) малоопасные - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

3) среднеопасные-опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

4) высокоопасные - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Электрические поля высокой интенсивности, высокотемпературная плазма, являющаяся источником кратковременного рентгеновского и нейтронного излучения (в фокусе лазерного луча).

При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов, и даже внутренних органов. Характер повреждений кожи или слизистых оболочек варьирует от легкой гиперемии (покраснения) до различной степени ожогов, вплоть до грубых патологических изменений типа некроза (омертвление).

Биологическое действие лазерного излучения. Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энергии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверхности), локализации воздействия и от анатомо-физиологических особенностей облучаемых . объектов.

Лазерное излучение способно вызвать первичные эффекты, к которым относятся органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях, и вторичные эффекты - неспецифические изменения, возникающие в организме в ответ на облучение.

Термический эффект импульсных лазеров большой интенсивности имеет специфические особенности. При действии излучения импульсного лазера в облучаемых тканях происходит быстрый нагрев структур. Если излучение соответствует режиму свободной генерации, т.е. за время импульса (длительность в пределах 1 мс) тепловая энергия вызывает термический ожог тканей. В результате быстрого нагрева структур до высоких температур происходит резкое повышение давления из-за моментального вскипания жидкостной части в облучаемых тканевых элементах, что приводит механическому повреждению тканей. Например, в момент воздействия на глаз или на кожу импульс излучения субъективно ощущается как точечный удар. С увеличением энергии в импульсе из­ лучения ударная волна возрастает. Таким образом, лазерное свечение приводит к сочетанному (термическому с эффекту.

При воздействии лазера на орган зрения эффект в степени зависит от длины волны и локализации Выраженность морфологических изменений может быть от потери зрения до инструментальна выявляемых нарушений. Лазерное излучение видимой и ближней инфракрасной области спектра при попадании в орган зрения вызывает разнообразные функциональные сдвиги в организме. В частности, развиваются изменения в центральной нервной, сердечно­сосудистой, эндокринной системах, которые могут приводить к нарушению здоровья. Указанные функциональные расстройства, если не принять соответствующих мер оздоровления условий тру­ да, могут закончиться возникновением заболеваний данных систем, что можно трактовать как производственно обусловленную заболеваемость.

Лазерное излучение как составная часть неионизирующего излучения при действии на организм человека может привести к его повреждению. В качестве профессиональных заболеваний в данном случае необходимо назвать местные поражения тканей: ожоги кожи и поражения роговицы и сетчатки глаза, возникающие довольно быстро.

Ожоги кожи возникают от прямого и отраженного излучения.

На ней возникают покраснения, отек, болезненность с последующим образованием пузырей, иногда вплоть до образования струпа и рубца. В зависимости от степени ожогов пострадавшие должны быть освобождены от работы и направлены на лечение.

Поражения роговицы и сетчатки глаза могут возникать через короткое время после облучения. Чаще всего последствия лазерного облучения органа зрения ограничиваются проходящими функциональными нарушениями в виде расстройства темновой адаптации, изменений чувствительности роговицы, временной слепоты.

Пострадавшие от более мощного пучка лазерных лучей могут испытать ощущение удара, толчка в глаз, после этого на глазном дне можно обнаружить отек сетчатки, ожог, кровоизлияния, а впоследствии - изменение остроты зрения. Ожоги роговицы болезненны и вызывают ее помутнение. Лица, длительно работающие с лазером, жалуются на повышенную утомляемость глаз к концу рабочего дня, тупые и режущие боли, жжение, непереносимость яркого света, слезотечение или сухость в глазах, чувство жара и тяжесть век при мало меняющейся остроте зрения. Помутнения наблюдаются и в хрусталике, и в стекловидном теле; возможно развитие катаракты.

Для ПДУ непрерывного лазерного излучения выбирают энергетическую экспозицию наименьшей величины, не вызывающей биологических эффектов (с учетом длины волны и длительности воздействия). Для импульсно-периодического действия ПДУ излучения рассчитывают с учетом частоты повторения и воздействия серии импульсов.

В целях исключения облучения работников необходимо ограждение лазерной зоны, экранирование пучка излучения. Экраны должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения. Для лазеров четвертого класса опасности рекомендуется применение дистанционного управления. Для удаления токсичных газов, паров и пыли рабочие места должны оборудоваться приточно-вытяжной вентиляцией. К индивидуальным средствам защиты относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до установленных уровней. Лица, поступающие на работу, должны быть заранее осмотрены медицинской комиссией и. раз в год проходить медицинский осмотр. Если у них обнаруживаются заболевания кожи или глаз, им не следует работать с лазерным излучением.

5.1.4 Излучения оптического диапазона

Электромагнитный спектр Солнца в разных областях имеет длину волны примерно от О, 1 до 100 000 нм:

Диапазон радиочастот > 100 000

Далекая инфракрасная область 100 000-10 000

Инфракрасная область 10 000-760

Видимая, или оптическая, область 760-400

Ультрафиолетовая область 400-120

Крайняя ультрафиолетовая область 120-10

Низкоэнергетическое рентгеновское излучение 1О- О, 1

Высокоэнергетическое рентгеновское излучение <О, 1

Солнечное электромагнитное излучение распространяется в космическом пространстве со скоростью 300 000 км/с и достигает поверхности Земли всего за 8 мин. Солнечное излучение, проходя через земную атмосферу, вследствие взаимодействия с последней, ослабляется. Излучение с длиной волны менее 290 нм (рентгеновское, короткое УФ- излучение) полностью поглощается кислородом и озоном в верхних слоях земной атмосферы. Излучение с длиной волны 700 нм (видимое и преимущественно инфракрасное) избирательно поглощается кислородом в верхнем слое земной атмосферы и водяными паром в околоземном. Для остальных длин волн земная атмосфера прозрачна. Кроме поглощения излучение ослабляется при рассеивании на молекулах воздуха, частичках пыли и водяных каплях.

Количество солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, зависит от большого числа природных и антропогенных факторов: географической широты местности, сезона года, времени суток, рельефа местности, загрязненности воздуха, климата, погоды. В зависимости от высоты стояния Солнца меняется соотношение составляющих солнечного излучения (табл. 5.13).

Различают солнечное излучение прямое, исходящее непосредственно от Солнца, рассеянное - от небесного свода и отраженное - от поверхности различных предметов. Сумма всех видов излучения, падающего на горизонтальную поверхность, называется суммарным излучением. Относительная доля рассеянного излучения в общем потоке солнечного излучения по мере увеличения высоты стояния Солнца уменьшается. Коротковолновое излучение рассеивается больше, чем длинноволновое. Об­ лака, отражая прямое излучение, обычно увеличивают общий поток рассеянного излучения. Это имеет значение тогда, когда отражательная способность земной поверхности (альбедо) увеличена. Величина альбедо зависит от характера подстилающей поверхности и длины волны падающего излучения: альбедо зеленой травы в общем потоке излучения составляет 26%, инфра­ красного (ИК) - 44%, видимого - 6%, коротковолнового - 2%. Свежий снег отражает 85% общего потока излучения, речной песок - 29%, вода при высоте стояния Солнца 60° - 5%. Облачность снижает интенсивность солнечного излучения в сред­ нем на 47-56%. Особенно значительны потери (15-50%) солнечного излучения в результате загрязнения атмосферы промышленными выбросами, автотранспортом в виде газообразных шлаков, дымов, пыли.

Потери в атмосфере вследствие поглощения и рассеяния больше всего отражаются на УФ-излучении. При длине волны менее 320 нм его интенсивность резко падает в результате поглощения его озоном стратосферы, излучение с длиной волны менее 288 нм практически не достигает поверхности земли.

На уровне земной поверхности ультрафиолетовая составляющая солнечного спектра колеблется от 0,6 до 10%. Здесь УФ-излучение на 70-75% состоит из рассеянного и на 25-30% из прямого излучения. В горах с увеличением на каждые 100 м его интенсивность повышается на 3-4% или на 15% на каждые 1000 м высоты над уровнем моря, а в чистой воде уменьшается с каждым метром глубины на 14%.

Изменение органа зрения и кожи под воздействием УФ-излучения видимого и ИК-излучения

Источником ИК-излучения является любое нагретое тело. Степень ИК-излучения обусловлена следующими основными закона­ ми, важными в гигиеническом отношении.

Лучеиспускание обусловлено только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Кирхгофа). Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощательной способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом основано применение отражающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерений теплового излучения.

С повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры. В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения с максимальной энергией - величина постоянная (закон Вина- закон смещения):

ЛmахТ =С,

где Лmах - длина волны, мкм; Т - абсолютная температура, К; С=2880 - константа.

По температуре источника можно ориентировочно определить длину волны максимального излучения и оценить биологический эффект его воздействия.

Тепловое излучение образуется всяким телом, температура которого выше абсолютного нуля. По закону Стефана-Больцмана мощность излучения Е увеличивается пропорционально четвертой степени абсолютной температуры Т:

Е= аТ 4 ,

где cr - константа Стефана- Больцмана, равная 5,67·ю-8 Втj(м2 * К4);

Т - абсолютная температура тела, К.

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Биологическое действие. Действие ИК-излучения при поглощении проявляется в основном глубинным или поверхностным прогреванием тканей. Длинноволновая (более 1400 нм) часть спектра задерживается в основном поверхностными слоями кожи, вызывая жжение (калящие лучи). Средневолновая и коротковолновая части ИК-излучения и красная часть видимого излучения проникают на глубину до 3 см и при высоких энергиях могут вызывать перегревание тканей, примерам чему может служить солнечный удар - результат перегревания тканей мозга. При оптимальных уровнях интенсивности ИК-излучение вызывает приятное тепловое ощущение, способствует тепловому равновесию организма с окружающей средой. Переносимость действия ИК-излучения кожей зависит от мощности этого излучения (см. ниже):

При локальном действии на ткани ИК-излучение несколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные процессы, рост клеток, кровоток. Активные продукты распада, образующиеся под его влиянием на кожу, и нервные импульсы от кожи распространяют местное действие излучения на весь организм. Такое влияние нормализует его работу, ослабляя тонус мышц, сосудов, чрезмерное напряжение, болевые ощущения. ИК-излучение обладает противовоспалительным действием и поэтому используется в лечебной практике как физиотерапевтическое средство.

Организм человека, благодаря экзотермическим реакциям обмена веществ, генерирует тепловую энергию, большая часть которой выделяется поверхностью кожи в виде ИК-излучения. Это лежит в основе обмена тепла организма с окружающей средой и, поддержании постоянства температуры тела.