Нормирование лазерного излучения

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Действие ЛИ на человека весьма сложно. Оно зависит от параметров ЛИ, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излу­чения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области («размерный эффект») и анатомо-физиологических осо­бенностей облучаемой ткани (глаз, кожа). Поскольку органические молеку­лы, из которых состоит биологическая ткань, имеют широкий спектр абсор­бируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность ЛИ мо­жет создавать какие-либо специфические эффекты при взаимодействии с тканью.
Пространственная когерентность также не меняет существенно меха­низма повреждений излучением, так как явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференци­онную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколь­ко микросекунд. Таким образом, ЛИ пропускается и поглощается биотканя­ми по тем же законам, что и некогерентное, и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов. Энергия ЛИ, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энер­гии – тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр. ЛИ представляет опасность для органа зрения. Сетчатка глаза может быть поражена лазерами видимого (0,38 – 0,7 мкм) и ближнего инфракрасного (0,75 – 1,4 мкм) диапазонов. Лазерное ультрафиолетовое (0,18 – 0,38 мкм) и дальнее инфракрасное (более 1,4 мкм) излучения не достигают сетчатки, но могут повредить роговицу, радужку, хрусталик.

Достигая сетчатки, ЛИ фо­кусируется преломляющей системой глаза, при этом плотность мощности на сетчатке увеличивается в 1000 – 10 000 раз по сравнению с плотностью мощ­ности на роговице. Короткие импульсы (0,1 с – 10-14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждение органа зрения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатыва­ния защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с).
Вторым критическим органом к действию ЛИ являются кожные покровы. Взаимодействие лазерного излучения с кожным покровом зависит от длины волны и пигментации кожи. Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. ЛИ дальней инфракрасной области на­чинает сильно поглощаться кожными покровами, поскольку это излучение активно поглощается водой, которая составляет 80% содержимого боль­шинства тканей, возникает опасность возникновения ожогов кожи.
Хроническое воздействие низкоэнергетического (на уровне или менее ПДУ ЛИ) рассеянного излучения может приводить к развитию неспецифических сдвигов в состоянии здоровья лиц, обслуживающих лазеры. При этом оно является своеобразным фактором риска развития невротических состоя­ний и сердечно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными клиниче­скими синдромами, обнаруживаемыми у работающих с лазерами, являются астенический, астеновегетативный и вегетососудистая дистония.

 

НОРМИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Научно обоснованы два подхода к нормированию ЛИ: первый – по повреж­дающим эффектам тканей или органов, возникающим непосредственно в месте облучения; второй – на основе выявляемых функциональных и мор­фологических изменений ряда систем и органов, не подвергающихся непо­средственному воздействию. Гигиеническое нормирование основывается на критериях биологическо­го действия, обусловленного в первую очередь областью электромагнитного спектра. В соответствии с этим диапазон ЛИ разделен на ряд областей:

 

· от 0,18 до 0,38 мкм – ультрафиолетовая область;

· от 0,38 до 0,75 мкм – видимая область;

· от 0,75 до 1,4 мкм – ближняя инфракрасная область;

· свыше 1,4 мкм – дальняя инфракрасная область.

 

В основу установления величины ПДУ положен принцип определения минимальных «пороговых» повреждений в облучаемых тканях (сетчатка, ро­говица глаза, кожа), обнаруживаемых современными методами исследова­ния во время или после воздействия ЛИ. Нормируемыми параметрами яв­ляются энергетическая экспозиция Н (Дж х (м/100)) и облученность Е (Вт x (м/100)), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).
Данные экспериментальных и клинико-физиологических исследований свидетельствуют о превалирующем значении общих неспецифических реак­ций организма в ответ на хроническое воздействие низкоэнергетических уров­ней ЛИ по сравнению с местными локальными изменениями со стороны органа зрения и кожи. При этом ЛИ видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обменов. ЛИ с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятель­ности симпатоадреналовых и гипофиз-надпочечниковых систем.
Длительное хроническое действие ЛИ длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетососудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здо­ровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Следовательно, низкоэнергетическое ЛИ при хроническом действии высту­пает как фактор риска развития патологии, что и определяет необходимость учета этого фактора в гигиенических нормативах.

Первые ПДУ ЛИ в России для отдельных длин волн были установлены в 1972 г., а в 1981 г. введены в действие первые санитарные нормы и прави­ла. В США существует стандарт ANSI – Z 136. Разработан также стандарт Международной электротехнической комиссии (МЭК) – публикация 825. От­личительной особенностью отечественного документа по сравнению с зарубеж­ными является регламентация значений ПДУ с учетом не только повреждаю­щих эффектов глаз и кожи, но и функциональных изменений в организме.
Широкий диапазон длин волн, разнообразие параметров ЛИ и вызывае­мых биологических эффектов затрудняют задачу обоснования гигиенических нормативов. К тому же экспериментальная и особенно клиническая провер­ка требуют длительного времени и средств. Поэтому для решения задач по уточнению и разработке ПДУ ЛИ используют математическое моделирова­ние. Это позволяет существенно уменьшить объем экспериментальных ис­следований на лабораторных животных. При создании математических мо­делей учитываются характер распределения энергии и абсорбционные ха­рактеристики облучаемой ткани.
Метод математического моделирования основных физических процессов (термический и гидродинамические эффекты, лазерный пробой и др.), приво­дящих к деструкции тканей глазного дна при воздействии ЛИ видимого и ближ­него инфракрасного диапазонов с длительностью импульсов от 1 до 10-12 с, был использован при определении и уточнении ПДУ ЛИ, вошедших в по­следнюю редакцию «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП № 5804-91 (далее по тексту – Правил № 5804-91, прим. ред.), которые разработаны на основании результатов научных исследований и учета основных положений следующих документов:

 

· Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81;

· Стандарт Международной электротехнической комиссии (МЭК), пуб­ликация 825, издание первое, 1984 – «Радиационная безопасность лазерных изделий, классификация оборудования, требования и руководство для по­требителей»;

· изменения к стандарту МЭК – публикация 825 (1987).

Тот факт, что эти нормы в настоящее время подлежат применению, засвидетельствован Письмом Роспотребнадзора от 16.05.2007 № 0100/4961-07-32. В нем приведен Перечень основных действующих нормативных и методических документов по гигиене труда, а также сказано следующее: в соответствии с законодательством Российской Федерации на территории Российской Федерации действуют санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, утвержденные, в частности, Минздравом СССР, в части, не противоречащей санитарному законодательству Российской Федерации. Указанные документы действуют впредь до отмены либо принятия новых нормативных правовых актов взамен существующих.
Правила № 5804-91 устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения при различных условиях воздействия на человека, классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения, а также требования:

к устройству и эксплуатации лазеров;

· к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;

· к персоналу;

· к состоянию производственной среды;

· к применению средств защиты;

· к медицинскому контролю.

 

Следует иметь в виду, что значения ПДУ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте, оборудованном лазерной техникой, регулируются также ГОСТами, СНиПами, СН и иными документами, которые перечислены в Приложении 1 к Правилам № 5804-91. Однако многие из этих документов утратили силу или заменены новыми нормативами. Как уже говорилось выше, биологическое воздействие лазерного излучения на организм зависит от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Механизм взаимодействия излучения с тканями может быть тепловым, фотохимическим, ударно-акустическим и др. Классификация лазеров по степени опасности генерируемого излучения приведена в разделе 4 Правил № 5804-91. Класс лазера определяется с учетом его мощности и ПДУ при однократном воздействии генерируемого излучения. В Правилах упоминаются четыре класса опасности генерируемого излучения (см. таблицу ниже).

Классы опасности генерируемого лазерами излучения

 

Класс лазера	Опасно	Безопасно	Примечание
I	–	Для глаз и кожи	–
II	При облучении кожи или глаз коллимированным пучком	При облучении кожи или глаз диффузно отраженным излучением	–
III	При облучении кожи или глаз коллимированным пучком и облучении глаз диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности	При облучении кожи диффузно отраженным излучением	Класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II
IV	При облучении глаз или кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности	–	–

 

Классификацию лазеров осуществляет предприятие-изготовитель. Оно использует расчетный метод, основанный на анализе выходных характеристик излучения. Пример расчета приведен в разделе «Контроль уровней опасных и вредных факторов при работе с лазерами» Правил № 5804-91. В этом разделе есть специальная таблица, в которой отражена зависимость опасных и вредных факторов от класса лазера (ГОСТ 12.1.040).