67. Биологическое действие лазерного излучения

Три стадии воздействия лазерного излучения на биологическую структуру

- физическую

-физико-химическую

- химическую

На первой стадии (физической) происходят элементарные взаимодействия излучения с веществом, характер которых зависит от анатомических, оптико-физических и функциональных особенностей ткани, а также от энергетических и пространственных характеристик излучения и, прежде всего, от длины волны и интенсивности излучения. На этой стадии происходит нагревание вещества, преобразование энергии электромагнитного излучения в механические колебания, ионизация атомов и молекул, возбуждение и переход электронов с валентных уровней в зону проводимости, рекомбинация возбужденных атомов и др. При воздействии непрерывного лазерного излучения преобладает в основном тепловой механизм действия, в результате которого происходит свертывание белка, а при больших мощностях -- испарение биоткани. При импульсном режиме (с длительностью импульсов меньше 10^-2 с) механизм взаимодействия становится более сплошным и приводит к преобразованию излучения в энергию механических колебаний среды, в частности ударной волны. При мощности излучения свыше 10⁷ Вт и высокой степени фокусировки лазерного луча возможно возникновение ионизирующих излучений.

На второй стадии (физико-химической) из ионов и возбужденных молекул образуются свободные радикалы, обладающие высокой способностью к химическим реакциям.

На третьей стадии (химической) свободные радикалы реагируют с молекулами веществ, входящих в состав живой ткани, и при этом возникают те молекулярные повреждения, которые в дальнейшем определяют общую картину воздействия лазерного излучения на облучаемую ткань и организм в целом. Основные факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения, представлены на рис. 3.7.

Лазерное излучение представляет опасность главным образом для тканей, которые непосредственно поглощают излучение, поэтому с позиций потенциальной опасности воздействия и возможности защиты от лазерного излучения рассматривают в основном глаза и кожу.

Известна высокая чувствительность роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений. Способность оптической системы глаза на несколько порядков увеличивать плотность энергии видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне по отношению к роговице, наиболее чувствительны к воздействию лазерного излучения.

Длительное действие лазерного излучения видимого диапазона на сетчатку глаза (не намного меньше порога ожога) может вызвать необратимые изменения в ней, а в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика глаза. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреждения не восстанавливаются.

Действие лазерного излучения на кожу в зависимости от первоначальной поглощенной энергии приводит к различным поражениям: от легкой эритемы (покраснения) до поверхностного обугливания и, в конечном итоге, образования глубоких дефектов кожи.

Биологическое действие ЭМП радиочастот характеризуется тепловым действием и нетепловым эффектом. Под тепловым действием подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных его частей при общем или локальном облучении. Нетепловой эффект связан с переходом электромагнитной энергии в объекте в нетепловую форму энергии (молекулярное резонансное истощение, фотохимическая реакция и др.). Чем меньше энергия электромагнитного излучения, тем выше тепловой эффект, который он производит.

По своим биофизическим свойствам ткани организма неоднородны, поэтому может возникнуть неравномерный нагрев на границе раздела с высоким и низким содержанием воды, что определяет высокий и низкий коэффициент поглощения энергии. Это может привести к образованию стоячих волн и локальному перегреву ткани, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, желчный пузырь, кишечник, семенники).

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических параметров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения -- непрерывный и прерывистый, а также от продолжительности воздействия на организм, комбинированного действия с другими производственными факторами (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения, шума и др.), которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭМП. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность почти всегда возрастает. Комбинированное действие ЭМП с другими факторами производственной среды -- повышенная температура (свыше 28° С), наличие мягкого рентгеновского излучения -- вызывает некоторое усиление действия ЭМП, что было учтено при гигиеническом нормировании СВЧ-поля.

Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот. Оценка воздействия ЭМИ РЧ на человека согласно СаНПиН 2.2.4/2.1.8.055--96 осуществляется по следующим параметрам:

По энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека. Оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ (кроме лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров по данному фактору и получения положительного заключения по результатам медицинского осмотра.

По значениям интенсивности ЭМИ РЧ; такая оценка применяется для лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ, для лиц, не проходящих предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров по данному фактору или при наличии отрицательного заключения по результатам медицинского осмотра; для работающих или учащихся лиц, не достигших 18 лет, для женщин в состоянии беременности; для лиц, находящихся в жилых, общественных и служебных зданиях и помещениях, подвергающихся воздействию внешнего ЭМИ РЧ (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов); для лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

В диапазоне частот 30 кГц...300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля (Е, В/м) и напряженности магнитного поля (Н, А/м).

В диапазоне частот 300 Мгц...300 Гц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м², мкВт/см²).

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) ЭМИ РЧ в диапазоне частот 30 кГц...300 МГц определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека.

68. Предельно допустимыми уровнями ПДУ облучения приняты энергетические экспозиции. Для ПДУ непрерывного лазерного излучения выбирают энергетическую экспозицию наименьшей величины, не вызывающих первичных и вторичных биологических эффектов. Для импульсно периодического излучения, ПДУ облучения рассчитывают с учетом частоты повторения и воздействия серии импульсов.

Степень опасности лазерного излучения

По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:

* класс I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

* класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

* класс III (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;

* класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.

По характеру генерации излучения лазеры подразделяются на импульсные и лазеры непрерывного действия. Энергетические параметры лазеров зависят от их вида. Воздействие лазерного излучения на организм человека носит сложный характер и обусловлено как непосредственным действием лазерного излучения на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме в результате облучения. Различают термическое и нетермическое действия лазерных излучений.

69. Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) — электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм (7,5·10¹⁴—3·10¹⁶ Гц). Термин происходит от лат. ultra — сверх, за пределами и фиолетовый. В разговорной речи может использоваться также наименование «ультрафиолет»

Ультрафиолетовые излучения оказывают на организм человека действия физико-химического и биологического характера. При длине волны от 400 нм до 320 нм они характеризуются слабым биологическим действием; от 320 до 280 нм – действуют на кожу; от 280 нм до 200 нм – на тканевые белки и липоиды. Ультрафиолетовое излучение более короткого диапазона (от 180 нм и ниже) сильно поглощается всеми материалами и средами, в том числе и воздухом, а потому может иметь место только в условиях вакуума. Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вызывать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность (развитие фотохимических реакций), вызывать люминесценцию и обладают значительной биологической активностью. При этом ультрафиолетовые лучи области А отличаются сравнительно слабым биологическим действием, возбуждают флюоресценцию органических соединений. Лучи области В обладают сильным эритемным и антирахитическим действием, а лучи области С активно действуют на тканевые белки и липиды, вызывают гемолиз и обладают выраженным антирахитическим действием. Избыток и недостаток этого вида излучения представляет опасность для организма человека. Воздействие на кожу больших доз ультрафиолетового излучения вызывает кожные заболевания – дерматиты. Пораженный участок имеет отечность, ощущаются жжение и зуд. При воздействии повышенных доз ультрафиолетового излучения на центральную нервную систему характерны следующие симптомы заболеваний: головная боль, тошнота, головокружение, повышение температуры тела, повышенная утомляемость, нервное возбуждение и др. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,32 мкм, дей-ствуя на глаза, вызывают заболевание, называемое электроофтальмией. Человек уже на начальной стадии этого заболевания ощущает резкую боль и ощущение песка в глазах, ухудшение зрения, головную боль. Заболевание сопровождается обильным слезотечением, а иногда светобоязнью и поражением роговицы. Оно быстро проходит (через один-два дня), если не продолжается воздействие ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение характеризуется двояким действием на организм: с одной стороны, опасностью переоблучения, а с другой, – его необходимостью для нормального функционирования организма человека, поскольку ультрафиолетовые лучи являются важным стимулятором основных биологических процессов. Наиболее выраженное проявление «ультрафиолетовой недостаточности» – авитаминоз, при котором нарушаются фосфорно-кальциевый обмен и процесс костеобразования, а также происходит снижение защитных свойств организма от других заболеваний. Установлено, что под воздействием ультрафиолетового излучения наблюдается более интенсивное выведение химических веществ (марганца, ртути, свинца) из организма и уменьшение их токсического действия. Повышается сопротивляемость организма, снижается заболеваемость, в частности простудными заболеваниями, повышается устойчивость к охлаждению, снижается утомляемость, повышается работоспособность. Ультрафиолетовые излучение от производственных источников, в первую очередь электросварочных дуг, может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений. Наиболее подвержен действию ультрафиолетового излучения зрительный анализатор. Острые поражения глаз, так называемые электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют собой острый конъюнктивит или кератоконъюнктивит. Заболеванию предшествует латентный период, продолжительность которого чаще всего составляет 12 ч. Проявляется заболевание ощущением постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением, блефароспазмом. Нередко обнаруживается эритема кожи лица и век. Заболевание длится до 2-3 суток. С хроническими поражениями связывают хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика. Кожные поражения протекают в виде острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться общетоксические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями, диспепсическими явлениями. В дальнейшем наступают гиперпигментация и шелушение. Классическим примером поражения кожи, вызванного ультрафиолетовым излучением, служит солнечный ожог. Хронические изменения кожных, покровов, вызванные УФ-излучением, выражаются в «старении» (солнечный эластоз), развитии кератоза, атрофии эпидермиса, возможно развитие злокачественных новообразований. Важное гигиеническое значение имеет способность УФ-излучения (область С) производственных источников изменять газовый состав атмосферного воздуха вследствие его ионизации. При этом в воздухе образуются озон и оксиды азота. Эти газы, как известно, обладают высокой токсичностью и могут представлять большую профессиональную опасность, особенно при выполнении сварочных работ, сопровождающихся УФ-излучением, в ограниченных, плохо проветриваемых помещениях или в замкнутых пространствах.

70. Электротравма – это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. При этом электрический ток, проходя через тело человека, производит тепловое, химическое и Биологическое воздействие, тем самым нарушая нормальную жизнедеятельность человека.

Химическое действие тока ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их химического состава и, следовательно, к нарушении их функций.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток организма, в частности нервных клеток и всей нервной системы. Такое возбуждение может сопровождаться судорогами, явлениями паралича. В ряде случаев возможен паралич дыхательного аппарата (паралич мышц грудной клетки) и паралич сердца (мышц желудочков сердца).

Паралич дыхания и паралич сердца приводит к смертельному исходу.

При электротравме могут быть поражения отдельных частей тела, электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения тела и др.

71. ^{Важнейшими факторами, влияющими на исход поражения электрическим током, являются:}

• ^{величина тока, протекающего через тело человека;}

• ^{продолжительность воздействия тока;}

• ^{частота тока;}

• ^{путь прохождения тока;}

• ^{индивидуальные свойства организма человека.}

Степень поражения человека и тяжесть электрического удара зависят главным образом от величины тока, проходящего через тело человека, и длительность его прохождения. В свою очередь величина тока по закону Ома зависит от приложенного к телу напряжения и от сопротивления тела. Вещество, составляющее живые ткани организма, его внутренние органы и кожный покров, весьма сложно по своему химическому составу, поэтому величина электрического сопротивления тела, человека может быть различной как для разных людей, так и для одного человека, но в разных условиях. Электрическое сопротивление внутренних органов и тканей живого организма невелико, а кожа, особенно сухая, оказывает значительное сопротивление току. Верхний роговой слой кожи (эпидермис) по своей структуре и химическому составу представляет собой плохой проводник электрического тока. Если же кожа влажная, то сопротивление ее, а следовательно, и всего участка пути тока через человека резко снижается. Кроме эпидермиса, другие слои кожи, насыщенные кровеносными сосудами, нервными окончаниями, так же как и внутренние органы, имеют малое электрическое сопротивление. Измерения показывают, что при сухой коже сопротивление тела человека по пути тока «рука - рука» равно 20-50 кОм. Если же руки увлажнить, то сопротивление и принимают за расчетную величину.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменной тока промышленной частоты (50 Гц) при токе около 1 мА и постоянного тока около 5 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами и не представляют собой опасности, поскольку при таком раздражении человек свободно может самостоятельно освободиться от действия электрического тока.

При переменном токе 5-10 мА раздражающее действие становится более сильным, судороги и боль ощутимее. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук и ног столь сильными, что человек не в состоянии  самостоятельно освободится от действия электрического тока. Длительное пребывание под таким током может вызвать тяжелое состояние под таким током может вызвать тяжелое состояние, вплоть до паралича дыхания. Переменные токи 10-15 мА называют неотпускающими токами.

Переменный ток промышленной частоты 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук ног, но и на мышцы грудной клетки, что может быть причиной остановки дыхания. Ток около 50 мА вызывает быстрое нарушение дыхания, а ток в 100 мА при частоте 50 Гц за короткое время (1-2с) поражает сердечную мышцу, вызывая ее фибрилляцию (трепетание). При фибрилляции сердца его нормальная работа и, следовательно кровообращение в организме прекращается. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода прекращаются. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода прекращается жизнедеятельность всех органов, т.е. наступает смерть.

Чем продолжительнее протекание тока через человека, тем тяжелее его последствия, вероятнее смертельный исход.

Степень тяжести поражения зависит и от пути тока через тело человека. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются такие органы, как сердце, мышцы грудной клетки, головной и спинной мозг. Наиболее опасными путями тока являются пути «правая рука-нога», «рука-рука». Мене опасный путь «нога-нога».

73. Электробезопасность - система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих вредное и опасное воздействие на работающих электрического тока и электрической дуги. Электробезопасность включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование.

Методы защиты:

· применение малых напряжений;

· электрическое разделение сетей;

· электрическая изоляция;

· защита от опасности при переходе с высшей стороны на низшую;

· контроль и профилактика повреждения изоляции;

· защита от случайного прикосновения к токоведущим частям;

· защитное заземление, зануление, защитное отключение;

· применение индивидуальных защитных средств.