Профзаболевания, вызываемые воздействием лазерного излучения
Биологическое действие лазерного излучения. Лазерные установки, представляющие собой новый тип мощных источников света, генерируют электромагнитные излучения оптического диапазона, отличающиеся от излучений обычных световых источников монохроматичностью (ограниченностью в узком интервале длин волн), когерентностью (упорядочением световых волн во времени и пространстве), строгой направленностью, т. е. наличием малого угла расходимости лазерного луча, а также высокой интенсивностью излучаемой энергии, достигающей величин порядка 109 Вт, что сопоставимо лишь с энергией солнечного излучения.
Эти специфические особенности лазерного луча, обеспечивающие достижение колоссальных концентраций световой энергии в чрезвычайно малых пространственных объемах, во многом обусловливают и характер биологических эффектов, развивающихся в живых клетках, тканях, органах и организмах в целом при облучении их лазерным лучом. Так, от конкретных длин волн излучения зависит избирательность воздействия лазерного луча па определенные жизненно важные биологические структуры. В частности, на многие витамины, коэнзимы, пурины и аминокислоты, для которых максимум поглощения энергии лежит в ультрафиолетовой части спектра, наиболее активное воздействие окажут лазеры, генерирующие излучения с длиной волны менее 400 нм, тогда как для гемоглобина и дыхательного фермента цитохрома С, имеющих максимум поглощения энергии в сине-зеленой части спектра, наиболее действенными окажутся лучи аргонового лазера с длиной волны 490 нм. Вместе с тем вследствие высокой энергетической плотности лазерного луча в облучаемых структурах может наблюдаться эффект так называемой двухфотонной абсорбции, когда за счет одновременного участия в едином акте светоабсорбции двух фотонов из красной части спектра (например, при излучении рубинового лазера с длиной волны 694,3 нм) возникает такой же энергетический эффект, как и от поглощения одного фотона ультрафиолетового света с вдвое меньшей длиной волны. Следовательно, при достаточной мощности лазеров, генерирующих излучения в красной части спектра, в облучаемых биообъектах может быть получена ответная реакция, сходная с возникающей при ультрафиолетовом облучении.
На конечные результаты взаимодействия лазерных излучений с биосубстратами, помимо конкретных характеристик лазерного луча (длины волны, степени когерентности и поляризации луча, плотности, мощности и интенсивности действующей энергии), существенное влияние оказывают и специфические свойства облучаемых структур, их теплоемкость и теплопроводность, насыщенность водой и пигментом, их механические и акустические качества. Именно от конкретных свойств облучаемых биологических тканей зависит количество поглощенной и отраженной ими энергии. Существует мнение, что нет тканей и клеток организма абсолютно прозрачных для лазерных лучей. Однако степень поглощения лазерной энергии существенно отличается. Максимум поглощения отмечается у пигментированных клеток и тканей. Так, черная кожа поглощает больше энергии, чем белая. Активно поглощает лазерные лучи гемоглобин, меланин, серое вещество мозга, по сравнению с белым, радужка глаза, по сравнению с роговицей и т. п.
Энергия лазерного излучения, поглощенная биосубстратами, может преобразовываться в тепловую, излучаться уже с другой длиной волны флюоресценции, расходоваться на фотохимические процессы, возбуждать электронные переходы, что в свою очередь может вести к повреждению облученных тканей.
Наиболее хорошо изучен тепловой или термический эффект лазерного облучения, который особенно отчетливо проявляется в пигментированных тканях и в зависимости от величины поглощенной энергии приводит либо к мгновенному испарению вещества в месте поражения, либо к развитию ожогов, различной степени, выраженности. При этом вследствие чрезвычайной кратковременности лазерного воздействия, быстрого восстановления нормальной температуры и малой теплопроводности большинства биологических структур возникающие ожоги четко отграничены от окружающих тканей, чем они напоминают электрокоагуляционные ожоги при поражениях электротоком или молнией. Следовательно, термический эффект всегда строго локализован, хотя непосредственный очаг поражения может быть расположен и в глубине, по ходу прохождения луча, при абсолютно неповрежденной коже. Последнее зависит как от степени пигментированности. тканей по ходу луча, так и от возможной фокусировки луча в глубине облучаемого объекта. Например, вследствие фокусирования лазерных лучей хрусталиком глаза очаг поражения локализуется на сетчатке.
С тепловым эффектом тесно связан ударный эффект лазерного воздействия, поскольку тепловая энергия, выделяющаяся в месте фокусирования лазерных лучей, вызывает тепловое объемное расширение облучаемых тканей, сопровождающееся давлением на окружающие структуры и их деформацией. Меньшее значение в развитии ударного эффекта принадлежит волне мгновенно испаряющихся частиц ткани.
Возникающая в очаге поражения ударная волна распространяется в окружающих тканях сначала с ультразвуковой, затем со звуковой и, наконец, со скоростью менее звуковой. Поэтому эффект ударной волны может отмечаться даже на значительном расстоянии от места непосредственного облучения.
Давление ударной волны может достигать значительных величин. Особенно опасны случаи возникновения ударной волны за счет теплового объемного расширения в замкнутых полостях (в полости черепа, глаза, грудной клетки и т. п.), тем более если в этих случаях действие ударной волны сочетается с парообразованием.
Распространяясь в тканях с ультразвуковой скоростью, ударная волна может вызывать явление кавитации, т. е. образования полостей, за счет быстрого испарения частиц вещества. Образующиеся полости, спадаясь после прохождения ударной волны, в свою очередь вызывают дополнительный компрессионный удар. Помимо теплового и ударного эффекта, вследствие своей большой энергетической плотности, лазерный луч индуцирует возникновение или изменение напряжения существующих в биообъектах: электрических и магнитных полей. При действии достаточно мощных лазерных излучений напряженность возникающего электрического поля может достигать максимальную величину, что достаточно для ослабления и даже разрыва химических связей, образования свободных радикалов, катализа различных химических реакций. Таким образом, под влиянием лазерного излучения будут происходить разнообразные фотоэлектрические и фотохимические эффекты.
Относительная роль различных биологических эффектов в формировании ответных реакций биообъектов на лазерное облучение чрезвычайно варьирует в зависимости от конкретных параметров, излучения и, в частности, от мощности и длительности импульса. Для газовых лазеров с непрерывным режимом генерации и для маломощных импульсных лазеров, при достаточной длительности: их импульса наиболее характерно тепловое действие. По мере же укорочения импульса и роста его энергии на первый план выступает ударный эффект в сочетании с фотохимическими и фотоэлектрическими явлениями.
Следовательно, по своему биологическому действию радиация лазеров существенно отличается от излучений других видов. Под ее влиянием в биологических тканях развивается сложный комплекс изменений, являющихся результатом взаимодействия с тканями ряда факторов, среди которых на первый план выступают термический и ударный эффекты.
Поскольку повреждающее действие на биологические объекты; оказывает лишь лазерное излучение достаточно высокой мощности, принято считать, что в обычных производственных условиях подобные ситуации могут возникать только в случае грубых нарушений техники безопасности. Вместе с тем в процессе работы лазерными установками обслуживающий персонал может подвергаться длительному, хроническому воздействию маломощных как прямых, так и диффузно-отраженных и рассеянных лазерных излучений, вопросы биологического действия которых на организм работающих остаются недостаточно изученными. Следует также учитывать, что работающие с лазерами подвергаются отнюдь не изолированному воздействию лазерных излучений, а испытывают влияние целого комплекса неблагоприятных факторов производственной среды, из которых ведущими являются:
1) прямое лазерное излучение, попадающее при выполнении ряда технологических операций на кожные покровы рук работающих. Не исключено также попадание в глаза работающих прямого лазерного луча от маломощных гелий-неоновых лазеров, используемых для юстировки;
2) диффузно-отраженное и рассеянное лазерное излучение, которое может значительно превышать уровни, вызывающие при прямом облучении минимальное повреждение органа зрения;
3) яркие световые вспышки от образующегося факела и ламп накачки, причем частота таких импульсных световых раздражений за рабочую смену может достигать 230 000-250 000 только от одной лазерной установки;
4) недостаточная освещенность помещений, где проводится работа с лазерами, поскольку нередко существует необходимость выполнения работы в частично или полностью затемненных помещениях;
5) повышенная нагрузка на орган зрения создается и особенностями ряда технологических операций (при юстировке лазерного луча с помощью микроскопа, при пайке микросхем и прошивке отверстий в камнях под контролем бинокулярного увеличителя и т. п.);
6) стабильный и импульсный шум, сопровождающий работу лазерных установок; при этом уровни стабильного шума, создаваемого работающими насосами, вентиляторами, осциллографами и т. п., обычно не превышают ПДУ, тогда как импульсный шум - звуковые «выстрелы» и «хлопки», сопровождающие генерацию импульса, могут значительно превышать ПДУ;
7) под влиянием лазерного луча меняется ионизация воздуха рабочих помещений, образуются озон, окись и двуокись азота, а также аэрозоли конденсации от обрабатываемых металлов и соединений. Все эти вещества в случае превышения их ПДК в воздухе могут оказывать токсическое воздействие на организм работающих;
8) работа с лазерами сопровождается и значительным нервно-эмоциональным напряжением, обусловленным большой ответственностью и опасностью поражения прямым лазерным лучом и электротоком высокого напряжения.
Клинические формы патологии. Критическими органами к воздействию лазерных излучений принято считать глаза и кожные покровы. При этом поражение глаз лазерной радиацией не имеет явных специфических проявлений и обычно имитируют другие формы глазной патологии. Ожоги хрусталика лазерным лучом могут вызывать катаракты, сходные по своим проявлениям с врожденными или возрастными, ожоги радужки имитируют меланомы, помутнения роговой оболочки, вызванные лазерным излучением, не различимы с помутнениями иной этиологии.
В наиболее легких случаях поражения глаз прямым или зеркально-отраженным лазерным лучом могут ограничиваться лишь преходящими функциональными расстройствами: сдвигами тем новой адаптации, изменениями чувствительности роговицы, преходящей слепотой и т. п.
В более тяжелых случаях попадание в орган зрения лазерного луча достаточной интенсивности, с длиной волны в видимой или ближней инфракрасной части спектра, сопровождается внезапным выпадением части поля зрения (развитием скотомы) без каких-либо болевых ощущений. Пострадавшие отмечают лишь ощущение толчка, удара в глаз. На глазном дне в таких случаях обнаруживаются различной степени выраженности ожог и отек сетчатки, кровоизлияния в сетчатку и стекловидное тело. В дальнейшем на месте хориоретинального ожога, обычно в макулярной или парамакулярной области, образуется рубец, что сопровождается снижением остроты зрения.
Лазерное излучение в ультрафиолетовой и дальней инфракрасной части спектра поглощается в основном поверхностными элементами оптической системы: роговицей, хрусталиком, стекловидным телом. Поэтому лазеры, работающие в ультрафиолетовом диапазоне, могут вызывать очень болезненные ожоги роговицы, сходные с ожогами, наблюдающимися при дуговой сварке. Газовые лазеры на С02, с длиной волны 1060 нм, могут приводить к развитию преходящих очагов помутнений в роговице глаза, обусловленных денатурацией белков.
У лиц, длительно работающих с лазерами и подвергающихся: преимущественному воздействию не прямого, а диффузно-рассеянного лазерного излучения и ярких световых вспышек, также могут наблюдаться различные органические и функциональные сдвиги со стороны органа зрения. Объективно они проявляются жалобами на чувство утомления глаз к концу рабочего дня, сопровождающееся в ряде случаев появлением тупых или режущих болей в глазных яблоках, ощущением «непереносимости яркого света», слезотечением или значительной сухостью в глазах («как будто песок насыпан»), жара и тяжести в веках.
Острота зрения, как правило, не меняется, но может отмечаться повышение порогов цветоразличения, увеличение времена темновой адаптации, иногда сужение полей зрения. Наблюдаются фазные сдвиги латентного периода зрительно-моторной реакции; и снижение величины критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) света, что указывает на нарушения в деятельности центральных отделов зрительного анализатора.
У большинства работающих с лазерами при обследовании со щелевой лампой выявляются единичные и множественные помутнения в различных слоях хрусталика. Подобные изменения не являются специфическими и в достаточно большом проценте случаев встречаются у лиц различных возрастных групп. Однако под влиянием хронического воздействия лазерной энергии небольшой интенсивности может наблюдаться ускорение процесса формирования мелкоточечных и штриховидных помутнений в субкапсулярных зонах хрусталиков, что свидетельствует о преждевременном старении хрусталика у длительно работающих с лазерами.
При обслуживании лазеров, генерирующих излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, у работающих могут обнаруживаться мелкие сухие, беловатые или желтоватые, иногда с вкраплениями пигмента, очажки в макулярной и парамакулярной областях, свидетельствующие о развитии явлений центральной дегенерации сетчатки. При исключении других этиологических факторов (например, сосудистой патологии, туберкулеза, токсоплазмоза и т. п.) наличие признаков центральной дегенерации сетчатки может расцениваться как следствие хронического воздействия лазерной радиации.
Поражения кожи человека прямым или зеркально-отраженным лазерным пучком могут носить самый разнообразный характер, в строгой зависимости от параметров действующего излучения. В наиболее тяжелых случаях наблюдается развитие ожогов, напоминающих электрокоагуляционные ожоги при поражениях молнией и электротоком, или полное разрушение и разрывы кожных покровов. В более легких случаях все может ограничиваться либо функциональными сдвигами в активности внутрикожных ферментов, электропроводности кожи и т. п., либо развитием очень легкой эритемы в месте облучения.
При воздействии на кожные покровы малоинтенсивных рассеянных лазерных излучений, даже при длительном хроническом их действии, каких-либо дерматологических нарушений не отмечалось.
Нарушения, обусловленные лазерной радиацией, не ограничиваются изменениями со стороны органов зрения и кожных покровов. У работающих с лазерами могут наблюдаться функциональные нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем организма, ряда биохимических и гематологических показателей. Однако далеко не все обнаруживаемые у работающих с лазерами сдвиги в состоянии здоровья правомерно расценивать как проявления профессиональной болезни. Часть из них, особенно сдвиги, обнаруживаемые у лиц с малым стажем работы, являются проявлением компенсаторно-приспособительных реакций организма на хроническое воздействие таких мощных стрессорных факторов, как световые стимулы. По мере увеличения стажа работы с лазерами может наблюдаться как развитие адаптации, с нивелированием первичных расстройств, так и дальнейшее углубление патологических сдвигов, с последующим срывом защитно-приспособительных механизмов и формированием четко очерченных клинических симптомокомплексов.
К наиболее характерным клиническим синдромам, обнаруживаемым у работающих с лазерами с существенно большей частотой, чем в адекватных контрольных группах, относят астенический и астеновегетативный синдром, а также вегетативно-сосудистые дистонии. По мере увеличения стажа работы с лазерами у ряда лиц может наблюдаться развитие гипертонии I и I- II стадии.
Для работающих с лазерами характерны жалобы на повышенную утомляемость, общую слабость, ощущение разбитости, вялости, особенно к концу рабочего дня. Отдельные лица отмечают, что работа с лазерами вызывает у них повышенную чувствительность к яркому свету, резким звукам и другим раздражителям и связывают развитие подобного состояния с утомлением глаз от ярких вспышек света. Среди других субъективных расстройств следует отметить повышенную раздражительность, склонность к слезам, иногда нарушения ритма сна, наличие тупых головных болей и реже несистемных головокружений, а также колющих болей и неприятных ощущений в области сердца. Судя по характеру предъявляемых жалоб, большинство из них обусловлено либо функциональными расстройствами в деятельности центральной Нервной системы, либо сосудистой дистонией.
Объективная неврологическая симптоматика проявляется в основном в оживлении сухожильных рефлексов, треморе рук и в меньшей степени век, угнетении или усилении дермографизма, общем и локальном гипергидрозе.
У работающих с лазерами нередко обнаруживаются нарушения функций вестибулярного анализатора, преимущественно центрального генеза (асимметрия возбудимости лабиринтов при вращательной и калорической пробах, изменения ритма экспериментального нистагма - «симптом уплывания глаз», дисгармоничные отклонения рук, выраженные вегетативные реакции). Эти вестибулярные расстройства обычно не сопровождаются жалобами на нарушение равновесия и головокружения и не сочетаются с какой-либо патологией слуха.
Выявляемые сдвиги биоэлектрической активности коры головного мозга характеризуются либо общемозговыми изменениями ирритативного характера с доминированием в записи бета-активности, острых волн, пикоподобных колебаний в сочетании со снижением альфа-индекса, либо проявляются преобладанием высоко синхронизированной активности в полосе частот альфа-диапазона (гиперсинхронный тип электроэнцефалограмм). В ряде случаев электроэнцефалографические изменения указывают на нарушения функционального состояния мезодиэнцефального и стволового уровней головного мозга.
Нарушения в деятельности сердечно-сосудистой системы имеют функциональный характер и прежде всего проявляются неустойчивостью пульса и артериального давления. Сравнительно часто обнаруживаются аритмии сердечных сокращений, отмечается ареактивность и извращение ответных реакций пульса при исследовании вегетативных рефлексов положения (орто- и клиностатической проб). Аускультативно нередко отмечаются глухие сердечные тоны, наличие функционального систолического шума над верхушкой сердца.
С помощью механокардиографии в таких случаях выявляются отчетливые сдвиги показателей общей гемодинамики: изменение тонуса сосудов эластического и мышечного типов и коэффициента тонического напряжения сосудов, повышение среднединамического артериального давления, а также несоответствие показателей фактического и рабочего удельного периферического сосудистого сопротивления. Сдвиги реоэнцефалографических показателей указывают на повышение тонуса церебральных сосудов. На ЭКГ отмечаются синусовые аритмии и бардиаритмии, а также высокие зубцы Т в грудных отведениях, что свидетельствует об усилении экстракардиальных вегетативных влияний на сердце.
Со стороны периферической крови может наблюдаться нерезкое увеличение количества эритроцитов, реже ретикулоцитов, умеренное снижение уровня гемоглобина и цветного показателя, небольшой лейкоцитоз. У рабочих с большим стажем работы, помимо количественных, отмечаются и качественные изменения красных кровяных клеток - уменьшение среднего диаметра и объема эритроцитов, повышение активности фермента кислой фосфатазы в эритроцитах. Сдвиги в системе гемостаза могут проявляться умеренной тромбоцитопенией, снижением содержания протромбина, увеличением времени длительности кровотечения.
При биохимических исследованиях могут обнаруживаться не резко выраженные сдвиги белкового, жирового, углеводного и минерального обмена, изменения активности ряда ферментов и медиаторов (холинэстеразы, гистамина, щелочной фосфатазы, катехоламинов).
Несмотря на то что персонал, обслуживающий лазерные установки, подвергается воздействию комплекса неблагоприятных производственных факторов, в генезе описанных выше клинических симптомокомплексов значительная роль, очевидно, принадлежит малоинтенсивному лазерному излучению, поскольку отмечается отчетливая корреляция между частотой выявляемых клинических нарушений и интенсивностью рассеянного лазерного излучения на рабочих местах.
Экспертиза трудоспособности. При выявлении патологии, обусловленной воздействием лазерного излучения, врачебная тактика зависит от характера и степени выраженности нарушений. Так, изменения роговицы, как правило, нестойки и при соответствующем лечении легко обратимы. Изменения хрусталика и сетчатки требуют динамического врачебного наблюдения. В случае прогрессирования процесса следует отстранять заболевшего от продолжения работы с лазерами. Под динамическим врачебным наблюдением должны находиться лица с невротическими, астеническими синдромами, вегетативно-сосудистыми дистониями. В таких случаях должно проводиться соответствующее лечение, при необходимости с временным отстранением от работы. В тех случаях, когда патология органа зрения, нервной и сердечно-сосудистой системы возникла в период работы с лазерами и в анамнезе заболевших отсутствуют указания на другие причины заболевания, рекомендуется углубленное клиническое обследование и лечение в отделениях или клиниках профессиональных заболеваний. Эти лица должны пользоваться преимущественным правом получения путевок на санаторно-курортное лечение, в профилактории и дома отдыха.
Профилактика предусматривает комплексные санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия, направленные на предупреждение неблагоприятного влияния лазерного изучения на состояние здоровья работающих.
Среди санитарно-гигиенических мероприятий существенное значение имеет систематический контроль за соблюдением ПДУ лазерных излучений на рабочих местах, проведение технических мер по экранированию источников излучений, введению автоматической блокировки, ограничителей лазерного пучка, дистанционную управления, а также использование индивидуальных мер защиты: специальной одежды, очков и т. п.
Большое внимание должно уделяться удалению с пути лазерного луча возможных источников сто отражения или рассеивания (предметов с гладкими, отполированными поверхностями). Линзы, призмы и другая оптика, устанавливаемая по ходу лазерного .луча, должны снабжаться блендами. Все приспособления для визуальной юстировки лазерного луча должны иметь вмонтированные защитные фильтры с полосой поглощения, совпадающей с длиной волны генератора.
Одним из важнейших звеньев в системе лечебно-профилактических мероприятий, обеспечивающих сохранение здоровья работающих с лазерами, является проведение регламентированных действующим приказом предварительных, при поступлении на работу, и периодических медицинских осмотров.
Обязательным условием качественного проведения медицинских осмотров является их целенаправленность, с обращением особого внимания на исследование именно тех функций и систем организма, которые наиболее чувствительны к действию лазерного излучения.
В случае обнаружения у работающих с лазерным излучением функциональных расстройств в деятельности отдельных органов и систем необходимо, с учетом времени их появления и динамики развития, отдифференцировать симптомы, обусловленные воздействием лазерного излучения от симптомов других, непрофессиональных заболеваний.
К мерам медицинской профилактики относятся лечебно-оздоровительные мероприятия. Рекомендуется проведение во время рабочей смены специальных физкультурных пауз по 10-15 мин. Обязательна витаминизация работающих, в особенности в зимне-весенние месяцы; предпочтительно назначение препарата аэровита, разработанного специально для витаминизации рациона питания лиц, подвергающихся воздействию различных экстремальных физических факторов. Аэровит рекомендуется принимать по одной дозе в сутки в течение 30-60 дней. При отсутствии аэровита рекомендуется использование витамина B1 и аскорбиновой кислоты. Помимо витаминов, рекомендуются профилактические курсы глютаминовой кислоты, аминалона и др.
Поскольку диапазон функциональных расстройств, отмечающихся у работающих с лазерными установками, довольно значителен, для профилактики неблагоприятных сдвигов целесообразно использовать лекарственные средства, обладающие широким спектром активирующего и нормализующего действия на различные системы организма. В качестве таких средств могут быть использованы препараты из группы адаптогенов и, в частности, элеутерококк, повышающий неспецифическую сопротивляемость организма к воздействию физических и химических факторов окружающей среды. Элеутерококк в профилактических целях назначается по 1 чайной ложке 1 раз в сутки, в течение месяца, с повторением курса через 2-3 месяца.
Эти специфические особенности лазерного луча, обеспечивающие достижение колоссальных концентраций световой энергии в чрезвычайно малых пространственных объемах, во многом обусловливают и характер биологических эффектов, развивающихся в живых клетках, тканях, органах и организмах в целом при облучении их лазерным лучом. Так, от конкретных длин волн излучения зависит избирательность воздействия лазерного луча па определенные жизненно важные биологические структуры. В частности, на многие витамины, коэнзимы, пурины и аминокислоты, для которых максимум поглощения энергии лежит в ультрафиолетовой части спектра, наиболее активное воздействие окажут лазеры, генерирующие излучения с длиной волны менее 400 нм, тогда как для гемоглобина и дыхательного фермента цитохрома С, имеющих максимум поглощения энергии в сине-зеленой части спектра, наиболее действенными окажутся лучи аргонового лазера с длиной волны 490 нм. Вместе с тем вследствие высокой энергетической плотности лазерного луча в облучаемых структурах может наблюдаться эффект так называемой двухфотонной абсорбции, когда за счет одновременного участия в едином акте светоабсорбции двух фотонов из красной части спектра (например, при излучении рубинового лазера с длиной волны 694,3 нм) возникает такой же энергетический эффект, как и от поглощения одного фотона ультрафиолетового света с вдвое меньшей длиной волны. Следовательно, при достаточной мощности лазеров, генерирующих излучения в красной части спектра, в облучаемых биообъектах может быть получена ответная реакция, сходная с возникающей при ультрафиолетовом облучении.
На конечные результаты взаимодействия лазерных излучений с биосубстратами, помимо конкретных характеристик лазерного луча (длины волны, степени когерентности и поляризации луча, плотности, мощности и интенсивности действующей энергии), существенное влияние оказывают и специфические свойства облучаемых структур, их теплоемкость и теплопроводность, насыщенность водой и пигментом, их механические и акустические качества. Именно от конкретных свойств облучаемых биологических тканей зависит количество поглощенной и отраженной ими энергии. Существует мнение, что нет тканей и клеток организма абсолютно прозрачных для лазерных лучей. Однако степень поглощения лазерной энергии существенно отличается. Максимум поглощения отмечается у пигментированных клеток и тканей. Так, черная кожа поглощает больше энергии, чем белая. Активно поглощает лазерные лучи гемоглобин, меланин, серое вещество мозга, по сравнению с белым, радужка глаза, по сравнению с роговицей и т. п.
Энергия лазерного излучения, поглощенная биосубстратами, может преобразовываться в тепловую, излучаться уже с другой длиной волны флюоресценции, расходоваться на фотохимические процессы, возбуждать электронные переходы, что в свою очередь может вести к повреждению облученных тканей.
Наиболее хорошо изучен тепловой или термический эффект лазерного облучения, который особенно отчетливо проявляется в пигментированных тканях и в зависимости от величины поглощенной энергии приводит либо к мгновенному испарению вещества в месте поражения, либо к развитию ожогов, различной степени, выраженности. При этом вследствие чрезвычайной кратковременности лазерного воздействия, быстрого восстановления нормальной температуры и малой теплопроводности большинства биологических структур возникающие ожоги четко отграничены от окружающих тканей, чем они напоминают электрокоагуляционные ожоги при поражениях электротоком или молнией. Следовательно, термический эффект всегда строго локализован, хотя непосредственный очаг поражения может быть расположен и в глубине, по ходу прохождения луча, при абсолютно неповрежденной коже. Последнее зависит как от степени пигментированности. тканей по ходу луча, так и от возможной фокусировки луча в глубине облучаемого объекта. Например, вследствие фокусирования лазерных лучей хрусталиком глаза очаг поражения локализуется на сетчатке.
С тепловым эффектом тесно связан ударный эффект лазерного воздействия, поскольку тепловая энергия, выделяющаяся в месте фокусирования лазерных лучей, вызывает тепловое объемное расширение облучаемых тканей, сопровождающееся давлением на окружающие структуры и их деформацией. Меньшее значение в развитии ударного эффекта принадлежит волне мгновенно испаряющихся частиц ткани.
Возникающая в очаге поражения ударная волна распространяется в окружающих тканях сначала с ультразвуковой, затем со звуковой и, наконец, со скоростью менее звуковой. Поэтому эффект ударной волны может отмечаться даже на значительном расстоянии от места непосредственного облучения.
Давление ударной волны может достигать значительных величин. Особенно опасны случаи возникновения ударной волны за счет теплового объемного расширения в замкнутых полостях (в полости черепа, глаза, грудной клетки и т. п.), тем более если в этих случаях действие ударной волны сочетается с парообразованием.
Распространяясь в тканях с ультразвуковой скоростью, ударная волна может вызывать явление кавитации, т. е. образования полостей, за счет быстрого испарения частиц вещества. Образующиеся полости, спадаясь после прохождения ударной волны, в свою очередь вызывают дополнительный компрессионный удар. Помимо теплового и ударного эффекта, вследствие своей большой энергетической плотности, лазерный луч индуцирует возникновение или изменение напряжения существующих в биообъектах: электрических и магнитных полей. При действии достаточно мощных лазерных излучений напряженность возникающего электрического поля может достигать максимальную величину, что достаточно для ослабления и даже разрыва химических связей, образования свободных радикалов, катализа различных химических реакций. Таким образом, под влиянием лазерного излучения будут происходить разнообразные фотоэлектрические и фотохимические эффекты.
Относительная роль различных биологических эффектов в формировании ответных реакций биообъектов на лазерное облучение чрезвычайно варьирует в зависимости от конкретных параметров, излучения и, в частности, от мощности и длительности импульса. Для газовых лазеров с непрерывным режимом генерации и для маломощных импульсных лазеров, при достаточной длительности: их импульса наиболее характерно тепловое действие. По мере же укорочения импульса и роста его энергии на первый план выступает ударный эффект в сочетании с фотохимическими и фотоэлектрическими явлениями.
Следовательно, по своему биологическому действию радиация лазеров существенно отличается от излучений других видов. Под ее влиянием в биологических тканях развивается сложный комплекс изменений, являющихся результатом взаимодействия с тканями ряда факторов, среди которых на первый план выступают термический и ударный эффекты.
Поскольку повреждающее действие на биологические объекты; оказывает лишь лазерное излучение достаточно высокой мощности, принято считать, что в обычных производственных условиях подобные ситуации могут возникать только в случае грубых нарушений техники безопасности. Вместе с тем в процессе работы лазерными установками обслуживающий персонал может подвергаться длительному, хроническому воздействию маломощных как прямых, так и диффузно-отраженных и рассеянных лазерных излучений, вопросы биологического действия которых на организм работающих остаются недостаточно изученными. Следует также учитывать, что работающие с лазерами подвергаются отнюдь не изолированному воздействию лазерных излучений, а испытывают влияние целого комплекса неблагоприятных факторов производственной среды, из которых ведущими являются:
1) прямое лазерное излучение, попадающее при выполнении ряда технологических операций на кожные покровы рук работающих. Не исключено также попадание в глаза работающих прямого лазерного луча от маломощных гелий-неоновых лазеров, используемых для юстировки;
2) диффузно-отраженное и рассеянное лазерное излучение, которое может значительно превышать уровни, вызывающие при прямом облучении минимальное повреждение органа зрения;
3) яркие световые вспышки от образующегося факела и ламп накачки, причем частота таких импульсных световых раздражений за рабочую смену может достигать 230 000-250 000 только от одной лазерной установки;
4) недостаточная освещенность помещений, где проводится работа с лазерами, поскольку нередко существует необходимость выполнения работы в частично или полностью затемненных помещениях;
5) повышенная нагрузка на орган зрения создается и особенностями ряда технологических операций (при юстировке лазерного луча с помощью микроскопа, при пайке микросхем и прошивке отверстий в камнях под контролем бинокулярного увеличителя и т. п.);
6) стабильный и импульсный шум, сопровождающий работу лазерных установок; при этом уровни стабильного шума, создаваемого работающими насосами, вентиляторами, осциллографами и т. п., обычно не превышают ПДУ, тогда как импульсный шум - звуковые «выстрелы» и «хлопки», сопровождающие генерацию импульса, могут значительно превышать ПДУ;
7) под влиянием лазерного луча меняется ионизация воздуха рабочих помещений, образуются озон, окись и двуокись азота, а также аэрозоли конденсации от обрабатываемых металлов и соединений. Все эти вещества в случае превышения их ПДК в воздухе могут оказывать токсическое воздействие на организм работающих;
8) работа с лазерами сопровождается и значительным нервно-эмоциональным напряжением, обусловленным большой ответственностью и опасностью поражения прямым лазерным лучом и электротоком высокого напряжения.
Клинические формы патологии. Критическими органами к воздействию лазерных излучений принято считать глаза и кожные покровы. При этом поражение глаз лазерной радиацией не имеет явных специфических проявлений и обычно имитируют другие формы глазной патологии. Ожоги хрусталика лазерным лучом могут вызывать катаракты, сходные по своим проявлениям с врожденными или возрастными, ожоги радужки имитируют меланомы, помутнения роговой оболочки, вызванные лазерным излучением, не различимы с помутнениями иной этиологии.
В наиболее легких случаях поражения глаз прямым или зеркально-отраженным лазерным лучом могут ограничиваться лишь преходящими функциональными расстройствами: сдвигами тем новой адаптации, изменениями чувствительности роговицы, преходящей слепотой и т. п.
В более тяжелых случаях попадание в орган зрения лазерного луча достаточной интенсивности, с длиной волны в видимой или ближней инфракрасной части спектра, сопровождается внезапным выпадением части поля зрения (развитием скотомы) без каких-либо болевых ощущений. Пострадавшие отмечают лишь ощущение толчка, удара в глаз. На глазном дне в таких случаях обнаруживаются различной степени выраженности ожог и отек сетчатки, кровоизлияния в сетчатку и стекловидное тело. В дальнейшем на месте хориоретинального ожога, обычно в макулярной или парамакулярной области, образуется рубец, что сопровождается снижением остроты зрения.
Лазерное излучение в ультрафиолетовой и дальней инфракрасной части спектра поглощается в основном поверхностными элементами оптической системы: роговицей, хрусталиком, стекловидным телом. Поэтому лазеры, работающие в ультрафиолетовом диапазоне, могут вызывать очень болезненные ожоги роговицы, сходные с ожогами, наблюдающимися при дуговой сварке. Газовые лазеры на С02, с длиной волны 1060 нм, могут приводить к развитию преходящих очагов помутнений в роговице глаза, обусловленных денатурацией белков.
У лиц, длительно работающих с лазерами и подвергающихся: преимущественному воздействию не прямого, а диффузно-рассеянного лазерного излучения и ярких световых вспышек, также могут наблюдаться различные органические и функциональные сдвиги со стороны органа зрения. Объективно они проявляются жалобами на чувство утомления глаз к концу рабочего дня, сопровождающееся в ряде случаев появлением тупых или режущих болей в глазных яблоках, ощущением «непереносимости яркого света», слезотечением или значительной сухостью в глазах («как будто песок насыпан»), жара и тяжести в веках.
Острота зрения, как правило, не меняется, но может отмечаться повышение порогов цветоразличения, увеличение времена темновой адаптации, иногда сужение полей зрения. Наблюдаются фазные сдвиги латентного периода зрительно-моторной реакции; и снижение величины критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) света, что указывает на нарушения в деятельности центральных отделов зрительного анализатора.
У большинства работающих с лазерами при обследовании со щелевой лампой выявляются единичные и множественные помутнения в различных слоях хрусталика. Подобные изменения не являются специфическими и в достаточно большом проценте случаев встречаются у лиц различных возрастных групп. Однако под влиянием хронического воздействия лазерной энергии небольшой интенсивности может наблюдаться ускорение процесса формирования мелкоточечных и штриховидных помутнений в субкапсулярных зонах хрусталиков, что свидетельствует о преждевременном старении хрусталика у длительно работающих с лазерами.
При обслуживании лазеров, генерирующих излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, у работающих могут обнаруживаться мелкие сухие, беловатые или желтоватые, иногда с вкраплениями пигмента, очажки в макулярной и парамакулярной областях, свидетельствующие о развитии явлений центральной дегенерации сетчатки. При исключении других этиологических факторов (например, сосудистой патологии, туберкулеза, токсоплазмоза и т. п.) наличие признаков центральной дегенерации сетчатки может расцениваться как следствие хронического воздействия лазерной радиации.
Поражения кожи человека прямым или зеркально-отраженным лазерным пучком могут носить самый разнообразный характер, в строгой зависимости от параметров действующего излучения. В наиболее тяжелых случаях наблюдается развитие ожогов, напоминающих электрокоагуляционные ожоги при поражениях молнией и электротоком, или полное разрушение и разрывы кожных покровов. В более легких случаях все может ограничиваться либо функциональными сдвигами в активности внутрикожных ферментов, электропроводности кожи и т. п., либо развитием очень легкой эритемы в месте облучения.
При воздействии на кожные покровы малоинтенсивных рассеянных лазерных излучений, даже при длительном хроническом их действии, каких-либо дерматологических нарушений не отмечалось.
Нарушения, обусловленные лазерной радиацией, не ограничиваются изменениями со стороны органов зрения и кожных покровов. У работающих с лазерами могут наблюдаться функциональные нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем организма, ряда биохимических и гематологических показателей. Однако далеко не все обнаруживаемые у работающих с лазерами сдвиги в состоянии здоровья правомерно расценивать как проявления профессиональной болезни. Часть из них, особенно сдвиги, обнаруживаемые у лиц с малым стажем работы, являются проявлением компенсаторно-приспособительных реакций организма на хроническое воздействие таких мощных стрессорных факторов, как световые стимулы. По мере увеличения стажа работы с лазерами может наблюдаться как развитие адаптации, с нивелированием первичных расстройств, так и дальнейшее углубление патологических сдвигов, с последующим срывом защитно-приспособительных механизмов и формированием четко очерченных клинических симптомокомплексов.
К наиболее характерным клиническим синдромам, обнаруживаемым у работающих с лазерами с существенно большей частотой, чем в адекватных контрольных группах, относят астенический и астеновегетативный синдром, а также вегетативно-сосудистые дистонии. По мере увеличения стажа работы с лазерами у ряда лиц может наблюдаться развитие гипертонии I и I- II стадии.
Для работающих с лазерами характерны жалобы на повышенную утомляемость, общую слабость, ощущение разбитости, вялости, особенно к концу рабочего дня. Отдельные лица отмечают, что работа с лазерами вызывает у них повышенную чувствительность к яркому свету, резким звукам и другим раздражителям и связывают развитие подобного состояния с утомлением глаз от ярких вспышек света. Среди других субъективных расстройств следует отметить повышенную раздражительность, склонность к слезам, иногда нарушения ритма сна, наличие тупых головных болей и реже несистемных головокружений, а также колющих болей и неприятных ощущений в области сердца. Судя по характеру предъявляемых жалоб, большинство из них обусловлено либо функциональными расстройствами в деятельности центральной Нервной системы, либо сосудистой дистонией.
Объективная неврологическая симптоматика проявляется в основном в оживлении сухожильных рефлексов, треморе рук и в меньшей степени век, угнетении или усилении дермографизма, общем и локальном гипергидрозе.
У работающих с лазерами нередко обнаруживаются нарушения функций вестибулярного анализатора, преимущественно центрального генеза (асимметрия возбудимости лабиринтов при вращательной и калорической пробах, изменения ритма экспериментального нистагма - «симптом уплывания глаз», дисгармоничные отклонения рук, выраженные вегетативные реакции). Эти вестибулярные расстройства обычно не сопровождаются жалобами на нарушение равновесия и головокружения и не сочетаются с какой-либо патологией слуха.
Выявляемые сдвиги биоэлектрической активности коры головного мозга характеризуются либо общемозговыми изменениями ирритативного характера с доминированием в записи бета-активности, острых волн, пикоподобных колебаний в сочетании со снижением альфа-индекса, либо проявляются преобладанием высоко синхронизированной активности в полосе частот альфа-диапазона (гиперсинхронный тип электроэнцефалограмм). В ряде случаев электроэнцефалографические изменения указывают на нарушения функционального состояния мезодиэнцефального и стволового уровней головного мозга.
Нарушения в деятельности сердечно-сосудистой системы имеют функциональный характер и прежде всего проявляются неустойчивостью пульса и артериального давления. Сравнительно часто обнаруживаются аритмии сердечных сокращений, отмечается ареактивность и извращение ответных реакций пульса при исследовании вегетативных рефлексов положения (орто- и клиностатической проб). Аускультативно нередко отмечаются глухие сердечные тоны, наличие функционального систолического шума над верхушкой сердца.
С помощью механокардиографии в таких случаях выявляются отчетливые сдвиги показателей общей гемодинамики: изменение тонуса сосудов эластического и мышечного типов и коэффициента тонического напряжения сосудов, повышение среднединамического артериального давления, а также несоответствие показателей фактического и рабочего удельного периферического сосудистого сопротивления. Сдвиги реоэнцефалографических показателей указывают на повышение тонуса церебральных сосудов. На ЭКГ отмечаются синусовые аритмии и бардиаритмии, а также высокие зубцы Т в грудных отведениях, что свидетельствует об усилении экстракардиальных вегетативных влияний на сердце.
Со стороны периферической крови может наблюдаться нерезкое увеличение количества эритроцитов, реже ретикулоцитов, умеренное снижение уровня гемоглобина и цветного показателя, небольшой лейкоцитоз. У рабочих с большим стажем работы, помимо количественных, отмечаются и качественные изменения красных кровяных клеток - уменьшение среднего диаметра и объема эритроцитов, повышение активности фермента кислой фосфатазы в эритроцитах. Сдвиги в системе гемостаза могут проявляться умеренной тромбоцитопенией, снижением содержания протромбина, увеличением времени длительности кровотечения.
При биохимических исследованиях могут обнаруживаться не резко выраженные сдвиги белкового, жирового, углеводного и минерального обмена, изменения активности ряда ферментов и медиаторов (холинэстеразы, гистамина, щелочной фосфатазы, катехоламинов).
Несмотря на то что персонал, обслуживающий лазерные установки, подвергается воздействию комплекса неблагоприятных производственных факторов, в генезе описанных выше клинических симптомокомплексов значительная роль, очевидно, принадлежит малоинтенсивному лазерному излучению, поскольку отмечается отчетливая корреляция между частотой выявляемых клинических нарушений и интенсивностью рассеянного лазерного излучения на рабочих местах.
Экспертиза трудоспособности. При выявлении патологии, обусловленной воздействием лазерного излучения, врачебная тактика зависит от характера и степени выраженности нарушений. Так, изменения роговицы, как правило, нестойки и при соответствующем лечении легко обратимы. Изменения хрусталика и сетчатки требуют динамического врачебного наблюдения. В случае прогрессирования процесса следует отстранять заболевшего от продолжения работы с лазерами. Под динамическим врачебным наблюдением должны находиться лица с невротическими, астеническими синдромами, вегетативно-сосудистыми дистониями. В таких случаях должно проводиться соответствующее лечение, при необходимости с временным отстранением от работы. В тех случаях, когда патология органа зрения, нервной и сердечно-сосудистой системы возникла в период работы с лазерами и в анамнезе заболевших отсутствуют указания на другие причины заболевания, рекомендуется углубленное клиническое обследование и лечение в отделениях или клиниках профессиональных заболеваний. Эти лица должны пользоваться преимущественным правом получения путевок на санаторно-курортное лечение, в профилактории и дома отдыха.
Профилактика предусматривает комплексные санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия, направленные на предупреждение неблагоприятного влияния лазерного изучения на состояние здоровья работающих.
Среди санитарно-гигиенических мероприятий существенное значение имеет систематический контроль за соблюдением ПДУ лазерных излучений на рабочих местах, проведение технических мер по экранированию источников излучений, введению автоматической блокировки, ограничителей лазерного пучка, дистанционную управления, а также использование индивидуальных мер защиты: специальной одежды, очков и т. п.
Большое внимание должно уделяться удалению с пути лазерного луча возможных источников сто отражения или рассеивания (предметов с гладкими, отполированными поверхностями). Линзы, призмы и другая оптика, устанавливаемая по ходу лазерного .луча, должны снабжаться блендами. Все приспособления для визуальной юстировки лазерного луча должны иметь вмонтированные защитные фильтры с полосой поглощения, совпадающей с длиной волны генератора.
Одним из важнейших звеньев в системе лечебно-профилактических мероприятий, обеспечивающих сохранение здоровья работающих с лазерами, является проведение регламентированных действующим приказом предварительных, при поступлении на работу, и периодических медицинских осмотров.
Обязательным условием качественного проведения медицинских осмотров является их целенаправленность, с обращением особого внимания на исследование именно тех функций и систем организма, которые наиболее чувствительны к действию лазерного излучения.
В случае обнаружения у работающих с лазерным излучением функциональных расстройств в деятельности отдельных органов и систем необходимо, с учетом времени их появления и динамики развития, отдифференцировать симптомы, обусловленные воздействием лазерного излучения от симптомов других, непрофессиональных заболеваний.
К мерам медицинской профилактики относятся лечебно-оздоровительные мероприятия. Рекомендуется проведение во время рабочей смены специальных физкультурных пауз по 10-15 мин. Обязательна витаминизация работающих, в особенности в зимне-весенние месяцы; предпочтительно назначение препарата аэровита, разработанного специально для витаминизации рациона питания лиц, подвергающихся воздействию различных экстремальных физических факторов. Аэровит рекомендуется принимать по одной дозе в сутки в течение 30-60 дней. При отсутствии аэровита рекомендуется использование витамина B1 и аскорбиновой кислоты. Помимо витаминов, рекомендуются профилактические курсы глютаминовой кислоты, аминалона и др.
Поскольку диапазон функциональных расстройств, отмечающихся у работающих с лазерными установками, довольно значителен, для профилактики неблагоприятных сдвигов целесообразно использовать лекарственные средства, обладающие широким спектром активирующего и нормализующего действия на различные системы организма. В качестве таких средств могут быть использованы препараты из группы адаптогенов и, в частности, элеутерококк, повышающий неспецифическую сопротивляемость организма к воздействию физических и химических факторов окружающей среды. Элеутерококк в профилактических целях назначается по 1 чайной ложке 1 раз в сутки, в течение месяца, с повторением курса через 2-3 месяца.