4.3.3. Инфракрасное (тепловое) излучение

Инфракрасное излучение, поглощаясь тканями, вызы­вает тепловой эффект. Наиболее поражаются 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), повышается температура тела, ухудшается самочувст­вие, снижается работоспособность.

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. Длительное УФИ умеренного уровня вызыва­ет изменение пигментации кожи (загар), может привести к хроническому конъюктивиту, воспалению век, помутнению хрусталика. Длительное воздействие излучения приводит к старению кожи, развитию рака кожи. Однако УФИ небольших уровней полезно и даже необходимо для че­ловека. Но в производственных условиях УФИ, как правило, явля­ется вредным фактором.

Воздействие лазерного излучения 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. 9 представлены факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения. Лазерное излучение действует изби­рательно на различные органы. Выделяют локальное и общее по­вреждение организма.

Рис. 9. 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 коже повреждения различных сте­пеней – от покраснений до обугливания и образования глубоких дефектов кожи, особенно на пигментированных участках (родимые пятна, места с сильным загаром).

Лазерное излучение, 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 и сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, повышению артериального давления, утомляемости, сни­жению работоспособности.

Инфракрасное 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 (52000 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. Инфракрасные спект­ры излучения возбужденных атомов являются линейчатыми, соответствующими отдельным электронным переходам; промежуточные – межлинейчатыми и непрерывными – так называемыми полосатыми спектрами; инфракрасные спектры излучения возбужденных молекул обусловлены их колебательным и вращательным движением.

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 инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение является 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.

Реакция организма на действие инфракрасное излучения зависит от мощности излучения, экспозиции, величины облучаемой поверхности, локализации воздействия и др. 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, ускорении 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.

Терапия инфракрасным излучением 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 излучатели:

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.

Гигиена труда при работе с лазе­рами. 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 организации 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, сердечно-сосудистой и 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 небольшой интенсивности. Как показали работы И.Р. Петрова, А.И. Семенова и других исследователей, 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 ч 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/см² и зависят от отражательных способностей облучаемых тканей.

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. Воздействие излучения ламп накачки возможно при их разэкранировании или при недостаточ­ной экранировке, главным образом при испы­тании режима работы импульсных ламп. Наиболее опасны 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 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. 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 лазеров 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/см². 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. Перед началом эксплуатации лазерной установки обязательным является требование оценки 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 (превышающие ПДУ) уровни излучения.

Для обеспечения безопасных условий труда помимо строгого соблюдения коллективных мероприятий рекомендуется пользование средствами индивидуальной защиты (очками, щитками, масками, обладающими 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. При работе с мощными лазерами более эффективны защитные щитки и маски, на руки надеваются перчатки из замши, кожи. Рекомендуется ношение передников и халатов. Выбор средств защиты должен производиться квалифицированными специалистами индивидуально в каждом конкретном случае.

Медицинское наблюдение за работающими с лазером. Работы, связанные с обслуживанием лазерных установок, включены в списки работ с вредными условиями труда, а работники 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, так как 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 биологического 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 др.). После непосредственного воздействия лазерного излучения на ткани и органы в них возникают ограниченные очаги поражения различной площади и глубины в зависимости от характера или органа. Можно определить три зоны морфологических изменений: зону поверхностного коагуляционного некроза; зону кровоизлияния; зону дистрофических и некробиотических изменений клетки.