Лазерное излучение в медицине. Лазерное излучение

Лазерное излучение — электромагнитное излучение оптического диапазона, источником которого являются оптические квантовые генераторы — лазеры. Для объяснения сущности и принципов получения лазерного излучения можно воспользоваться планетарной моделью атома, предложенной Э. Резерфордом. Согласно этой модели атомы представляют собой квантово-механические системы, состоящие из ядра и вращающихся вокруг него электронов, занимающих строго определенное, дискретное энергетическое положение. ПеСхема спонтанного (а) и вынужденного (б) излучений атомов реход из одного энергетического состояния в другое осуществляется скачкообразно и сопровождается поглощением или выделение кванта энергии.
Получение лазерного излучения базируется на свойстве атомов (молекул) под влиянием внешнего воздействия переходить в возбужденное состояние. Это состояние неустойчиво, и спустя некоторое время (примерно через 10-8 с) атом может самопроизвольно (спонтанно) или вынужденно под влиянием внешней электромагнитной волны перейти в состояние с меньшим запасом энергии, излучая при этом квант света (фотон). Согласно сформулированному А. Эйнштейном (1917) принципу энергия возбужденными атомами или молекулами будет излучаться с той же частотой, фазой и поляризацией и в том же направлении, что и возбуждающее излучение. При определенных условиях (наличие большого количества падающих квантов и большого числа возбужденных атомов) может происходить процесс лавинообразного увеличения числа квантов за счет вынужденных переходов. Лавинообразный переход атомов из возбужденного состояния, совершаемый за очень короткое время, и приводит к образованию лазерного излучения. Оно отличается от света любых других известных источников монохроматичностью, когерентностью, поляризованностью и изотропностью потока излучения.
Когерентность (от лат. cohaerens находящийся в связи, связанный) — согласованное протекание во времени нескольких колебательных волновых процессов одной частоты и поляризации; свойство двух или более колебательных волновых процессов, определяющее их способность при сложении взаимно усиливать или ослаблять друг друга. Обычные источники генерируют некогерентное излучение, а лазеры — когерентное. Благодаря когерентности лазерный луч максимально фокусируется, он более способен к интерференции, имеет меньшую расходимость и возможность получения более высокой плотности падающей энергии.
Монохроматичность (греч. monos — один, единственный + chroma — цвет, краска) — излучение одной определенной частоты или длины волны. Условно за монохроматическое можно принимать излучение с шириной спектра 3-5 нм.
Поляризация — симметрия (или нарушение симметрии) в распределении ориентации вектора напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне относительно направления ее распространения. Если две взаимно перпендикулярные составляющие вектора напряженности электрического поля совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз, такая волна называется поляризованной. Если изменения происходят хаотично, то волна является неполяризованной. Лазерное излучение — высокополяризованный свет (от 75 до 100 %).
Направленность — важное свойство лазерного излучения. Под направленностью лазерного пучка понимается его свойство выходить из лазера в виде светового луча с чрезвычайно малой расходимостью.
Основными характеристиками лазерного излучения являются длина волны и частота, а также энергетические параметры. Все они являются биотропными характеристиками, определяющими действие лазерного излучения на биологические системы.
Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за один период колебаний. В медицине чаще выражают в микрометрах (мкм) или нанометрах (нм). От длины волны зависит отражение, глубина проникновения, поглощение и биологическое действие лазерного излучения.
Частота, являясь величиной обратной длине волны, указывает на число колебаний, совершаемых в единицу времени. Принято выражать в герцах (Гц) или кратных величинах. Чем больше частота, тем выше энергия кванта света. Различают собственную частоту излучения, которая для конкретного источника неизменна, и частоту модуляции, которая в медицинских лазерах чаще всего может изменяться от 1 до 1000 Гц. Весьма важны энергетические характеристики лазерного облучения.
Мощность излучения (потокизлучения, поток лучистой энергии, Р) — средняя мощность электромагнитного излучения, переносимая через какую-нибудь поверхность. Измеряют в Вт или кратных величинах.
Плотность излучения (плотность потока мощности, или ППМ, интенсивность излучения, Е). Е = P/S, измеряется в Вт/м2 или мВт/см2.
Энергетическая экспозиция (доза излучения, Н) — энергетическая облученность за определенный промежуток времени. Н = Е t = Р t: S, измеряется в Дж/м2 (1 Дж = 1 Вт с).
При использовании лазерного излучения в медицине, в частности в лазеротерапии, важно ориентироваться на параметры не излучения, а облучения (см. Лазерная терапия).
При использовании непрерывного лазерного излучения по контактным методикам доза облучения (Д) равна энергии излучения(W) и измеряется в джоулях: Д = W = Р t.
Для импульсных воздействий дозу облучения рассчитывают в Дж по формуле:
Димп = Римп t f tau,
где Римп — мощность одиночного импульса в Вт; t — время воздействия в с; f — частота повторения импульсов в Гц; tau — длительность лазерного импульса в с.
В отличие от дозы облучения, поглощенная доза, которая и определяет действие лазерного излучения, всегда будет меньше, что связано с отражением части энергии от облучаемой поверхности. Величину отраженной энергии, которая может варьировать в значительных пределах, определяют с помощью биофотометров.
Поглощенная биообъектом доза лазерного излучения определяется по следующей формуле:
Дпогл = Р t (l — Котр) ,
где Котр — коэффициент отражения кожи или других тканей.
Соответственно для импульсного лазерного излучения эта формула будет выглядеть так:
Дпогл = PИМП t f tau (1 — К) .
При отсутствии биофотометров пользуются усредненными данными: для красного лазерного излучения коэффициент отражения у кожи равен 030, у слизистых оболочек 0,45; для инфракрасного лазерного излучения они соответственно равны 0,40 и 0,35.
В клинической медицине лазерное излучение используется по хирургическому и физиотерапевтическому направлениям. По первому направлению применяют более мощное лазерное излучение, вызывающее микродеструкцию тканей, являющуюся основой лазерной хирургии. Характерными эффектами действия интенсивного лазерного излучения являются коагуляция, сильный нагрев и испарение, абляция, оптический пробой, гидравлический удар и др. В физиотерапии используется низкоинтенсивное лазерное излучение, механизмы действия которого более разнообразны и сложны, но менее известны. Несомненно лишь то, что основу его действия составляют фотофизические и фотохимические процессы, происходящие при молекулярном поглощении энергии излучения и приводящие к различным фотобиологическим эффектам. Важно подчеркнуть, что за счет триггерных механизмов локальные молекулярные изменения трансформируются в системную приспособительную реакцию с ее различными проявлениями на всех уровнях жизнедеятельности организма.
Среди первичных механизмов действия лазерного излучения на биологические системы решающую роль отводят происходящим в митохондриях.
Один из возможных механизмов воздействия лазерного излучения на клетку заключается в ускорении переноса электронов в дыхательной цепи благодаря изменению редокс-свойств ее компонентов. При этом ключевая роль отводится ускоренному переносу электронов в молекулах цитохром-Соксидазы и НАДН-дегидрогеназы. Одновременно из каталитического центра может освободиться оксид азота, играющий, как и повышение дыхательной активности, важную роль в регуляции многих жизненно важных процессов.
За счет различных механизмов лазерное излучение может вызывать усиленную генерацию синглетного кислорода, являющегося химически и биологически высокоактивным соединением. Его образование усиливается при повышении рО2 в тканях. Синглетный кислород инициирует перекисное окисление липидов, изменяет проницаемость мембран, увеличивает транспорт ионов, вызывает ускорение пролиферации клеток и др. Высказывается предположение, что синглетный кислород может вызывать минимальные (додеструктивные) повреждения, выводящие систему из равновесия и стимулирующие ее деятельность в дальнейшем. Это прежде всего относится к мембранам клеток крови.
Фотоакцепторами лазерного излучения могут быть многие витамины, ферменты, в т.ч. рибофлавин (440 нм), каталаза (628 нм), цитохромрксидаза (600 нм), сукцинатдегидратеназа и супероксиддисмутаза. При терапевтических дозировках их активность и содержание в различных тканях повышается, одним из следствий чего является повышение антиоксидантного статуса в тканях и снижение ПОЛ.
Лазерное излучение может прямо или косвенно влиять на мембраны, изменять их конформацию, ориентацию на них рецепторов и состояние фосфолипидных компонентов. К следствиям таких изменений относят повышение проницаемости мембран в отношении Са2+, а также увеличение активности аденилатциклазной и АТФ-азной систем, сказывающееся на биоэнергетике клетки.
Многие авторы первичное действие лазерного излучения объясняют его влиянием на структуру воды, а через нее на реакции, протекающие в водных системах, и на белки, микроокружение которых представлено молекулами воды.
В последнее время активно разрабатывается фотодинамический механизм первичного действия низкоинтенсивного излучения. Согласно ему, хромофорами лазерного излучения являются эндогенные порфирины, содержание которых подвергается изменению при многих заболеваниях. Порфирины, поглощая излучение, индуцируют свободнорадикальные реакции, приводящие к предстимуляции (праймингу) клеток. Повышение активности клеток сопровождается увеличением различных биологически активных соединений (оксид азота, супероксидный анион-радикал, гипохлорит-ион, цитокины и др.), влияющих на микроциркуляцию, иммуногенез и другие физиологически значимые процессы.
Под влиянием лазерного излучения существует возможность локализованного нагрева абсорбирующих хромофоров, что может сопровождаться структурными изменениями биомолекул и их активности. Лазерное излучение кроме того может приводить к возникновению неоднородного температурного поля в биологических тканях вследствие неравномерного распределения поглощающих структур. Такая неравномерность нагрева может оказать существенное влияние на обменные процессы в тканях и клетках. Результатом многих первичных реакций является изменение редокс-статуса клетки: смещение в сторону более окисленного состояния связано со стимуляцией жизнеспособности клетки, смещение в сторону более восстановительного состояния — с ее подавлением.
Названные и другие первичные эффекты низкоэнергетического лазерного излучения сопровождаются спектром вторичных изменений, которые и определяют его физиологическое и лечебное действие. Оно зависит от многих факторов, среди которых важнейшими являются длина волны используемого излучения (и, соответственно, энергия его фотонов) и длительность воздействия. Поскольку в лазеротерапии применяют почти исключительно низкие плотности мощности лазерного излучения (до 100 мВт/см2), то влияние этого фактора менее существенно. В настоящее время наиболее востребованными являются биостимулирующий эффект лазеротерапии. Он определяет наиболее широкий диапазон терапевтического действия и максимально выражен у лазеров красного и ближнего инфракрасного спектров с длиной волны от 620 до 1300 нм. Важно отметить, что лазерная биостимуляция возникает лишь при непродолжительных (до 3-5 мин) воздействиях. Ингибирующий эффект лазеротерапии, присущий в основном коротковолновому излучению УФ-спектра, наблюдающийся при длительной экспозиции, используется значительно реже.
Вызванные поглощением энергии лазерного излучения фотохимические и фотофизические процессы развиваются прежде всего в месте его воздействия (кожа, доступные слизистые оболочки), поскольку глубина его проникновения зависит от длины волны и не превышает нескольких сантиметров. Основное звено в биостимулирующем эффекте лазеротерапии — активация ферментов. Она является следствием избирательного поглощения энергии лазерного излучения отдельными биомолекулами, обусловленного совпадением максимумов их спектра поглощения с длиной волны лазерного излучения. Так, лазерное излучение красного спектра поглощается преимущественно молекулами ДНК, цитохрома, цитохромоксидазы, супероксиддисмутазы, каталазы. Энергия лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона поглощается в основном молекулами кислорода и нуклеиновых кислот. В результате увеличивается содержание свободных (более активных) биомолекул и радикалов, синглетного кислорода, ускоряется синтез белка, РНК, ДНК, возрастает скорость синтеза коллагена и его предшественников, изменяется кислородный баланс и активность окислительно-восстановительных процессов. Это приводит к ответным реакциям клеточного уровня — изменению заряда электрического поля клетки, ее мембранного потенциала, повышению полиферативной активности, что определяет такие процессы, как скорость роста и пролиферации тканей, кроветворение, активность иммунной системы и системы микроциркуляции, затем ответная реакция организма переходит на тканевой, органный и организменный уровни.
Низкоэнергетическое лазерное излучение является неспецифическим биостимулятором репаративных и обменных процессов в различных тканях. Лазерное облучение ускоряет заживление ран, что обусловлено улучшением локального кровотока и лимфооттока, изменением клеточного состава раневого отделяемого в сторону увеличения количества эритроцитов и полинуклеаров, увеличением активности обменных процессов в ране, торможением перекисного окисления липидов. При облучении пограничных тканей по краям раны наблюдается стимуляция пролиферации фибробластов. Кроме того известно о бактерицидном эффекте лазерного излучения, связанного с его способностью вызывать деструкцию и разрыв оболочек микробной клетки. Активация гормонального и медиаторного звена общей адаптационной системы, наблюдающаяся при применении лазерного излучения, также может рассматриваться как один из механизмов стимуляции репаративных процессов.
При лазерном облучении стимулируется регенерация костной ткани, что послужило основанием для использования его при переломах костей, в т.ч. и с замедленной консолидацией. Под влиянием лазерного излучения улучшается регенерация в нервной ткани, снижается импульсная активность болевых рецепторов. Наряду с уменьшением интерстициального отека и сдавления нервных проводников, это определяет болеутоляющее действие лазеротерапии.
Лазерное излучение обладает выраженным противовоспалительным эффектом, который, вероятно, прежде всего обусловлен улучшением кровообращения и нормализацией нарушенной микроциркуляции, активацией метаболических процессов в очаге воспаления, уменьшением отека тканей, предотвращением развития ацидоза и гипоксии, непосредственным влиянием на микробный фактор. Существенную роль также играет активация иммунной системы, выражающаяся в повышении интенсивности деления и росте функциональной активности иммунокомпетентных клеток, увеличением синтеза иммуноглобулинов. Противовоспалительному эффекту способствует стимулирующее влияние лазерного излучения на эндокринные железы, в частности на глюкокортикоидную функцию надпочечников. Важно подчеркнуть, что как при бактериальном загрязнении раневой поверхности, так и при обострении хронического воспалительного процесса более целесообразно применение лазеров УФ-диапазона (использование ингибирующего эффекта для подавления альтерации и экссудации), а в стадии пролиферации и регенерации — красного и инфракрасного диапазонов. При вялотекущих воспалительных и при дегенеративно-дистрофических процессах следует воздействовать излучением только красного и инфракрасного спектра.
Под влиянием лазерного низкоэнергетического излучения происходит увеличение количества эритроцитов и ретикулоцитов, наблюдается усиление митотической активности клеток костного мозга, активируется противосвертывающая система, снижается СОЭ. Это действие на кроветворение развивается как прямым, так и косвенным путями. В первом случае генерируемый лазером свет, поглощаясь порфиринами эритроцитов, приводит к уменьшению резистентности и даже к распаду небольшого количества их. Продукты распада, очевидно, и активируют костно-мозговое кроветворение. Косвенное действие лазерного излучения реализуется вследствие активации деятельности эндокринных желез, прежде всего гипофиза и щитовидной железы, которые имеют непосредственное отношение к регуляции функции кроветворения.
Лазерное излучение, увеличивая энергетический потенциал клетки, способствует повышению устойчивости организма в целом к действию неблагоприятных факторов, в т.ч. и к ионизирующей радиации.
В общем, наиболее выраженными эффектами лазеротерапии, возникающими преимущественно в месте воздействия, являются: трофико-регенераторный, улучшающий микроциркуляцию, противовоспалительный, иммуностимулирующий, десенсибилизирующий, противоотечный, болеутоляющий.
При лазеротерапии регистрируются не только изменения в месте облучения, но и наблюдается общая ответная реакция организма. Генерализация местного эффекта происходит благодаря нейрогуморальным реакциям, которые запускаются с момента появления эффективной концентрации биологически активных веществ в облученных тканях, а также за счет нервно-рефлекторного механизма. Возникающие сдвиги основных показателей деятельности ЦНС, сердечно-сосудистой системы, ряда биохимических процессов носят, как правило, отсроченный характер и проявляются через некоторое время (минуты, часы) после процедуры. При этом они наиболее выражены при облучении акупунктурных зон.
Лазерное излучение с его уникальными свойствами нашло широкое и разнообразное использование в медицине. Источниками его являются квантовые генераторы — лазеры с различными физическими характеристиками (см. Лазер). Медицинские лазеры излучают в УФ-, видимом (чаще всего в красной области) и инфракрасном диапазонах оптического спектра, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. По терапевтическому направлению используется низкоинтенсивное лазерное излучение, генерируемое чаще всего гелий-неоновыми и полупроводниковыми лазерами (см. Лазерная терапия). Лазеротерапию применяют в самых различных клиниках при очень многих заболеваниях.
Показания: Высокоинтенсивное лазерное излучение, вызывающее видимые изменения тканей, используется по хирургическому направлению. Такое излучение способно вызывать резку и сварку тканей, коагуляцию, абляцию и гемостаз. С этой целью наиболее часто используют лазеры на аргоне, парах меди, на красителях, углекислоте, неодимовые и близкие к ним лазеры. Эксимерные лазеры нашли широкое применение в офтальмохирургии. Лазерное излучение (чаще средней интенсивности) применяется в так называемой фотодинамической терапии. Использование в этой технологии фотосенсибилизатора облегчает динамическую деструкцию патологически измененной клетки, но отнюдь не является обязательным условием ее. Фотодинамическая терапия сегодня наиболее широко применяется в лечении онкологических заболеваний, но границы ее применения постепенно расширяются. Весьма своеобразная область использования лазерного излучения — лазерная косметология. В косметологии наиболее часто пользуются углекислыми и эрбиевыми лазерами, а также лазерами на алюмо-иттрий-гранатовом кристалле. Лазерные технологии в косметологии применяют для таких косметологических процедур, как дермабразия, лифтинг, удаление гемангиом и телеангиоэктазий на лице, эпиляция волос и др. Лазерное излучение начинают использовать в программах эфферентной терапии, в лабораторных технологиях, а также в галографии. Совершенно очевидно, что возможности медицинской лазерологии далеко не исчерпаны.

Лазерное излучение представляет собой электромагнитные колебания (электромагнитные волны) оптического диапазона, источником которых являются оптические квантовые генераторы (ОКГ) - лазеры.

В них используются способы усиления и генерирования электромагнитных колебаний, основанные на принципе индуцирования излучения в атомах и молекулах активной среды (например, смеси газов гелия и неона, помещенной в специальное устройство -зеркальный резонатор).

С принципами генерации лазерного излучения связаны его основные свойства: монохроматичность (излучение лазером электромагнитных колебаний практически одной длины волны); когерентность (упорядоченность распределения фазы лазерного излучения как во времени, так и в пространстве); поляризация (упорядоченность в ориентации векторов напряженности электрических и магнитных полей световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу); направленность (малая расходимость лазерного излучения).

Совокупность этих свойств обусловливает технические преимущества лазерного излучения: возможность локального равномерного облучения в широком диапазоне интенсивности светового потока; более высокая точность дозирования (по сравнению с традиционно применяемыми в физиотерапии источниками света); использование волоконной оптики и специализированного световодного инструмента для подведения энергии лазерного излучения к патологическим очагам при их внутриполостной локализации.

Лазерное излучение проникает в ткани организма на глубину от 1-20 мкм (УФ-диапазон) до 2-3 мм (красный диапазон) и до 50-70 мм (ближний ИК-диапазон спектра длин волн). При поглощении энергии лазерного излучения, наряду с местной реакцией облученных поверхностных тканей (расширение сосудов микроциркуляторного русла, фазовые изменения локального кровотока и др.), формируются рефлекторные реакции (внутренних органов и окружающих зону воздействия тканей), а также генерализованные реакции целостного организма (активация желез внутренней секреции, гуморального иммунитета, репаративных процессов в нервной, мышечной и костной тканях и др.).

Аппараты. Для физиотерапевтических целей используют различные лазерные аппараты на основе газовых (гелий-неоновых) лазеров типа «ЛГН-207», «ЛГН-208», «ЛГ-75» или полупроводниковых (арсенид-галлиевых) лазеров типа «ЛПИ-101(102)», «ИЛПН-108» и др.

Эти аппараты обеспечивают генерацию лазерного излучения красного (0,63 мкм) и ближнего ИК-диапазона (0,8-1,3 мкм) спектра длин волн в непрерывном (прерывистом) и в импульсном режимах. Отечественная промышленность выпускает более 50 наименований лазерных физиотерапевтических аппаратов и установок, типичными представителями каждой разновидности которых являются следующие.

Аппарат «Мустанг»

Аппарат «Мустанг» (модели 016, 017, 022) представляет собой (рис. 344) портативное устройство, состоящее из базового блока (питания и управления) и сменных выносных излучателей, генерирующих лазерное излучение в импульсном и непрерывном режимах.

Импульсная мощность излучения 0,89 мкм-5-80 Вт; максимальная мощность непрерывного излучения 0,83 мкм - 30 мВт; непрерывного излучения 0,63-0,67 мкм - 4-12 мВт. На передней панели аппарата базового блока расположены органы управления: кнопка «Сеть», кнопки «Частота», «Время», ручка «Мощность», окно фотоприемника и индикатор излучения.

Рис. 344. Схема панели управления аппарата «Мустанг»: 1 - выключатель питания, 2 - кнопки задания частоты повторения импульсов, 3 - кнопки задания времени экспозиции, 4 - ручка регулировки мощности, 5 - кнопка «Пуск», 6 - окно фотоприемника, 7 - индикатор мощности, 8 - кнопка включения биорежима, 9 - светодиод «Пульс» 10 - светодиод «Дыхание»

Включение аппарата. 1. Подключить одну или две излучающие головки (выносные излучатели) к разъему на задней панели базового блока. 2. Включить сетевую вилку в сетевую розетку. 3. Включить на панели аппарата кнопку «Сеть», при этом загораются светодиоды «Частота», «Время».

4. Убедиться в исправности аппарата, для чего поднести излучатель к окну фотоприемника, перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Пуск», при этом загорается светодиод «Раб.» и линейка светодиодов индикатора (в некоторых моделях - цифровое значение импульсной мощности).

5. Вращая ручку «Мощность» вправо, убедиться в возможности настройки аппарата на необходимую импульсную мощность излучения, после чего выключить излучение повторным нажатием кнопки «Пуск». 6. При подготовке лечебной процедуры по пп. 4 и 5 с помощью ручки «Мощность» (по индикатору мощности) установить нужную импульсную мощность излучения, затем при выключенном излучении нажатием кнопок «Частота» и «Время» задать необходимую частоту следования импульсов и время процедуры. 7. Для осуществления лазерного воздействия нажать кнопку «Пуск».

Выключение аппарата. 1 . Лазерное излучение прекращается автоматически по прошествии заданного времени процедуры. При работе аппарата без таймера (т. с. при нажатой кнопке «Н») излучение выключают повторным нажатием кнопки «Пуск». 2. Для выключения аппарата нажать кнопку «Сеть» и вынуть вилку сетевого шнура из сетевой розетки.

Магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат

Магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат (сокр. «МИЛТА-Ф-01») предназначен для лечения заболеваний широкого профиля путем сочетанного или раздельного воздействия на пораженные области постоянным магнитным полем, импульсным лазерным и непрерывным светодиодным излучением ифракрасного диапазона, а также для диагностики патологического процесса сравнением уровней сигналов, отраженных от контрлатеральных областей больного.

Одним из существенных преимуществ аппарата по сравнению с аналогами является то, что он имеет фоторегистратор. Последний даст возможность уточнить дозу облучения больного в зависимости от тяжести заболевания и скоррегировать ее в ходе лечения.

Магнитная индукция на оси магнита колеблется от 20 до 80 мТл. Максимальная суммарная мощность излучения светодиодов на выходе терминала равна не мене 120 мВт, максимальная плотность мощности - не менее 22 мВт/см2. Средняя мощность излучения лазера на выходе терминала составляет не менее 2 мВт при частоте повторения 5 кГц, максимальное значение средней плотности мощности - не менее 0,4 мВт/см2.

Аппарат обеспечивает световую индикацию включения, контроль частоты повторения лазерных импульсов при внутреннем запуске лазера, цикла работы лазера, светоцифровую индикацию отраженного излучения светодиодов.

На корпусе аппарата размещены кнопки: «Сеть», «Частота», «Таймер», «Пуск» и «Стоп». Сам аппарат выполнен в виде настольной конструкции, включающей пульт питания (1), терминал (2), неразъемный электрошнур (3), сетевой кабель с вилкой (4). Общий вид аппарата представлен на рис. 345. На лицевой стороне аппарата расположены: кнопка включения (5), индикаторный диод включения (6), кнопка переключения режимов работы (7), индикаторные диоды режимов работы (8), индикаторные диоды частоты лазерного излучения (9), цифровое табло (10), кнопки установки параметров (11), корпус терминала (12), гайка терминала (13), кнопка «Пуск» («Ray») (14), дно ложа терминала (15).

Рис. 345. Схематическое изображение магнито-инфракрасно-лазерного аппарата «Милта-Ф-01» (объяснение в тексте)
Рис. 346. Схема терминала аппарата «МИЛТА-Ф-01» (объяснение в тексте)

Терминал представляет выносную часть аппарата, посредством которой осуществляется запуск лазера и светодиодов. Им обеспечивается непосредственное воздействие на больного. Терминал (рис. 346) включает корпус (1), неразъемный электрошнур (2), постоянный кольцевой магнит (3), гайку терминала (4), кнопку «Пуск» (5), индикаторный диод включения лазера (6).

Дно ложа терминала является диффузным отражателем для ИК-излучения. Встроенный фоторегистратор обеспечивает светоцифровую индикацию облучения больного непрерывным излучением свстодиодов и выдаст цифровые данные о мощности излучения.

В аппарате предусмотрена звуковая, световая и светоцифровая индикация. Индикаторный светодиод указывает на работу лазера; цифры на табло (10) говорят о работе четырех светодиодов в непрерывном режиме излучения. Восемь зеленых индикаторных диодов указывают на выбранную частоту повторения импульсов излучения.

Звуковой сигнал возникает при нажатии кнопки (5) и длится ис менее 0,5 с. При этом зажигаются все индикаторные светодиоды. Прекращение звука говорит о готовности аппарата к работе. Длительность экспозиции устанавливается кнопками (11) в режиме «Время» по показаниям цифрового табло.

Принцип лечебной работы аппарата основан на сочетанном и раздельном воздействии на больного постоянным магнитным полем, импульсным лазерным и непрерывным светодиодным излучениями ближнего ИК-диапазона оптического центра. При этом фоторегистратор позволяет фиксировать наличие и уровень отраженного излучения от тела больного или от дна ложа терминала.

Для лечения определенных заболевании к аппарату придаются различные насадки. Для лечения болезней шейки матки «МИЛТЛ-Ф» имеет насадку № 1, влагалища - № 2, заболевания влагалища и прямой кишки - № 3, ЛОР-болезней - № 4, стоматологических заболеваний - № 5, для рефлексотерапии аппарат имеет насадку № 6.

Перед началом работы аппарат следует проверить на: 1. исправность сетевого шнура и кабеля терминала, 2. целостность терминала, 3. наличие звуковой сигнализации при включении в есть и по окончании работы лазера, 4. свечение индикатора, 5. наличие свечения цифровых индикаторов и светоиндикаторов на блоке питания. При работе с лазером следует руководствоваться приказом Минздрава РФ от 14.03.96 г. № 90 и ГОСТ 12.4.026-76.

Аппарат «Мулат»

Аппарат «Мулат» предназначен для нсинвазивного и внутрисосудистого облучения крови лазерным излучением красного диапазона длин волн (рис. 347).

Рис. 347. Общий вид аппарата «Мулат»: 1 - базовый блок, 2 - оптический выход лазерного излучателя, 3 - кнопка выбора внутреннего (внешнего) фотоприемника, 4 - окно внешнего фотоприемника, 5 - кнопка «Вкл./Выкл.», 6 - индикатор мощности излучения, 8 - кнопка «Пуск», 9 - ручка регулировки мощности излучения, 10 - магистральный световод

Источником излучения 0,63 мкм является полупроводниковый лазер с мощностью излучения на оптическом выходе лазера не менее 4 мВт. На передней панели базового блока расположены органы управления: кнопка «Вкл./ Выкл.», индикатор мощности излучения, кнопки задания времени процедуры «Время», кнопка «Пуск», ручка регулировки мощности излучения «Мощность», кнопка выбора внутреннего (внешнего) фотоприемника «Фотопр.», окно внешнего фотоприемника. Для осуществления наружных и внутрисосудистых облучений к оптическому выходу лазерного излучателя подключается магистральный световод.

Включение аппарата. 1. Включить вилку сетевого шнура в сетевую розетку, затем перевести кнопку сетевого выключателя в положение «Вкл.», при этом загораются светодиоды «Внутр.» 5 мин; на индикаторе мощности излучения высвечивается 0,0 мВт. 2. Перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Пуск», при этом раздастся звуковой сигнал и загорается светодиод «Раб.».

3. Вращать ручку «Мощность» вправо, при этом индикатор мощности излучения показывает соответствующее значение этого параметра на оптическом выходе лазера. 4. Перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Фотопр.», при этом загорается евстодиод «Внешн.».

5. Поднести выход магистрального евстодиода вплотную к окну внешнего фото-приемника, затем вращать ручку «Мощность» вправо, при этом индикатор мощности показывает соответствующее значение этого параметра на выходе магистрального световода - аппарат исправен. 6. Выключить излучение повторным нажатием кнопки «Пуск», при этом раздастся звуковой сигнал.

7. При подготовке лечебной процедуры по пп. 2-5 с помощью ручки «Мощность» (по индикатору мощности) установить нужную выходную мощность лазерного излучения. 8. Нажатием кнопки «Время» задать необходимую продолжительность процедуры. 9. Для осуществления лазерного воздействия нажать кнопку «Пуск».

Выключение аппарата. 1. Лазерное излучение прекращается автоматически по истечении заданного времени процедуры. При необходимости излучение можно выключить в процессе процедуры повторным нажатием кнопки «Пуск». При этом раздастся звуковой сигнал. 2. Перевести кнопку сетевого выключателя в положение «Выкл.» и вынуть вилку сетевого шнура из сетевой розетки.

Боголюбов В.М., Васильева М.Ф., Воробьев М.Г.

Чтобы было понятно, что там внутри и зачем оно вообще там нужно, хотелось бы начать с краткого описания того как лазеры работают вообще. Итак:

Теория (скучная)

Лазер это гениально простое для понимания принципа его функционирования устройство. В то же время, для того, чтобы лазер заработал, нужно учесть кучу нюансов, что открывает огромный простор для творчества инженеров. Это как с атомной бомбой: вот есть два куска урана по половине критической массы, складываем их – ан нет, не взрывается что-то, только на сапоги стекает.

Все мы знаем, что если атому или молекуле вещества сообщить некоторую энергию, то через какое-то время этот атом/молекула от нее избавится – возможно даже, испустив квант излучения (если не столкнется с каким-нибудь другим атомом раньше). Это спонтанное излучение, и так работает лампочка: спираль нагревается электрическим током, тепловая энергия атомов (и вольфрама и всех примесей) переходит в энергию излучения. При этом спектр такого излучения примерно соответствует спектру абсолютно черного тела и представляет собой кучу разных длин волн с характерным пиком интенсивности для данной температуры.

В то же время, если по возбужденному атому ударить фотоном определенной частоты, не дожидаясь, пока атом скатится на нижний энергетический уровень сам, то в результате поглощения такого фотона атом снизит свою энергию на энергию фотона и выпустит два совершенно одинаковых фотона, идентичных тому, что прилетел. Идентичных абсолютно: по направлению, по фазе, по поляризации, и, конечно по энергии, т.е. длине волны. Это вынужденное излучение.

Если у нас много одинаковых возбужденных атомов, то велика вероятность, что «раздвоившийся» фотон ударит по такому атому, раздвоится снова и т.д., пока не кончатся возбужденные атомы в направлении распространения волны. Таким образом, всего один влетевший в пространство с нашими возбужденными атомами фотон правильной длины волны размножается многократно – усиливается, а атомы теряют энергию. Отсюда понятно, что для того, чтобы лазер работал непрерывно, излучившим атомам непрерывно же нужно сообщать энергию, переводящую их обратно на верхний энергетический уровень – «накачивать». Причем, для успешного усиления атомов на верхнем энергетическом уровне должно быть больше, чем на нижнем, это состояние вещества называется «инверсная населенность». Одного прохода усиленного пучка квантов через рабочее тело обычно недостаточно, поэтому его помещают в резонатор – два зеркала, одно из которых отражает излучение полностью, а второе – частично выпускает наружу усиленный пучок.

Атомы, о которых пойдет речь в контексте данного лазера – это ионы неодима, которые находятся в узлах решетки кристалла ванадата иттрия. Если бы они просто болтались в вакууме и находились в форме газа, то лазер был бы газовый, а поскольку они «закреплены» в кристалле, то лазер получается твердотельный. Кристалл подбирается такой, чтобы он был прозрачным для нужных нам длин волн, крепким механически, и подходил по ряду других параметров, которые для понимания работы не критичны. Собственно, кристалл ванадата иттрия YVO 4 с примесью (иначе говоря – легированием) неодимом Nd и называется рабочим телом лазера, а полностью формула записывается как Nd:YVO 4 . Тут важно понимать, что главное у нас здесь – именно неодим, а кристаллов с подходящими параметрами для легирования существует множество: Nd:Y 3 Al 5 O 12 (или короче Nd:YAG), Nd:YAlO 3 и др. У всех есть нюансы, но суть одна.

В примере вынужденного излучения у нашего атома было всего два энергетических уровня – верхний и нижний, но реальность выглядит более сурово:

Здесь мы видим «интересные» с точки зрения излучения и поглощения энергетические уровни иона неодима в кристалле аллюмо-иттриевого граната. Следует понимать, что ион неодима (как и любой квантовый объект) может поглотить только кванты определенных длин волн – энергия которых соответствует разности энергий его уровней. Это синие стрелки.

Хотя энергетически гораздо более выгодно накачивать кристалл длиной волны 869nm, мощных и дешевых источников такой длины волны нет. Поэтому используются лазерные диоды, излучающие 808nm (зато интенсивно), которые загоняют ионы на уровень выше, чем нужно. Через небольшое время происходит безызлучательный переход на уровень 4 F 3/2 . Это т.н. метастабильный энергетический уровень. «Метастабильный» означает, что на этом уровне ион остается относительно долгое время, не сбрасывая энергию, но в то же время, этот уровень и не основной (не с минимальной энергией). Это важно, поскольку в этом состоянии ион неодима должен «дождаться» своего кванта, который и будет усилен с переходом на более низкий уровень.

Возбужденный ион неодима может излучить квант с одой из четырех длин волн, пригодных к дальнейшему усилению (красные стрелки). Причем, хотя наибольшая вероятность излучения – на длине волны 1064nm, остальные переходы также возможны. С ними борются, применяя дихроичные зеркала резонатора, которые отражают только волны длиной 1064nm, а остальные – выпускают наружу, не давая усилиться в резонаторе. Таким образом можно выбрать одну или несколько из возможных частот излучения лазера просто заменяя зеркала.

Итак, накачивая лазерным диодом наш кристалл, помещенный в резонатор, мы получаем лазерное излучение с длиной волны 1064nm. Стоит отметить, что накачивать неодим можно не только лазерным диодом, но и лампами-вспышками и другими источниками излучения, у которых в спектре есть нужные длины волн, т.е. именно лазер как источник накачки тут не обязателен. Просто лазерный диод очень эффективен в плане преобразования электрической энергии в излучение одной нужной нам частоты (КПД достигает более 50%), а то, что его излучение имеет поляризацию и когерентность – это положительные, но не обязательные качества.

ИК-излучение 1064nm превращается в зеленое 532nm в процессе, называемом «генерация второй гармоники» (SHG). Боюсь, у меня не получится доступно объяснить суть этого процесса не увеличивая объем статьи вдвое, поэтому примем просто, что нелинейный кристалл, в котором это происходит, является черным ящиком, который получает на вход два кванта, а на выходе выдает один, но удвоенной частоты. Причем эффективность этого процесса зависит от амплитуды соответствующей кванту волны (в этом и есть его нелинейность), поэтому смотря через кристалл на окружающий мир, мы не увидим никаких сдвигов цвета – интенсивность света слишком мала. А вот при лазерных плотностях энергии эти эффекты проявляются во всей красе.

Так же как и с рабочим телом, существует множество нелинейных кристаллов: KTP (титанил-фосфат калия, KTiOPO 4), LBO (триборат лития, LiB 3 O 5) и множество других – все со своими плюсами и минусами. В непрерывных (CW) лазерах нелинейный кристалл помещают внутрь резонатора, чтобы добиться большей поляризации диэлектрика за счет многократного прохождения ИК-пучка через кристалл и тем самым повышая эффективность генерации второй гармоники. Лазеры такой конструкции называются лазерами с внутрирезонаторным удвоением частоты (intracavity second harmonic generation). В импульсных лазерах этим не заморачиваются – плотности энергии в импульсе и так достаточно чтобы еще усложнять резонатор.

Все DPSS лазеры средней мощности строятся по приблизительно одной оптической схеме:

LD – диод накачки, F – фокусирующая линза, HR – входное зеркало (пропускает 808nm и отражает 1064nm), Nd:Cr – кристалл, легированный неодимом (на его правую по схеме поверхность напылено отражающее покрытие для 532nm), KTP – нелинейный кристалл, OC – выходное зеркало (отражает 1064nm и пропускает все остальное).

Зеркала HR и OC образуют полусферический резонатор Фабри-Перо. Зеркало HR обычно напылено на кристалл рабочего тела, его стараются сделать с максимальной отражающей способностью для длины волны, генерируемой лазером. Отражающую способность зеркала OC выбирают так, чтобы максимизировать КПД лазера: чем выше коэффициент усиления среды (т.е. чем меньше проходов по кристаллу с неодимом нужно сделать пучку чтобы достаточно усилиться), тем больше коэффициент пропускания.

Как видно из схемы, единственным элементом, который задерживает излучение 808nm от лазерного диода, является кристалл рабочего тела. Все, что он не смог поглотить, проходит через зеркала в выходную апертуру. Поэтому после зеркала OC обычно ставят дихроичный фильтр, отражающий непоглощенное излучение накачки.

Теперь, зная основные теоретические принципы работы лазера и основы его конструкции, можно переходить к следующей части.

Практика

Откручиваем нижнюю панель и получаем доступ к четырем винтам, крепящим верхнюю крышку:

Аккуратно снимаем крышку, смещая ее вперед, чтобы не задеть линзу объектива:

Сам лазер занимает относительно небольшой объем излучателя. Видно два юстируемых держателя оптики – это хороший признак: значит, во-первых есть что юстировать, и во-вторых, значит, что лазер сделан не на «склейке» рабочего тела и нелинейного кристалла. Склейка непригодна для извлечения больших мощностей и не поддается юстировке.

Все щели тщательно замазаны силиконовым гелем, который исключает доступ пыли и влаги в резонатор. По паре юстировочных винтов расположено по центру на верхней части и сбоку от каждого из держателей. Основание лазера крепится к радиатору всего двумя винтами, которые прижимают его к термоэлементу. Таким образом, передний край платформы просто висит над радиатором, что внушает сомнения в общей жесткости конструкции.

Свободного места между оптическими элементами нет: моя идея поставить в резонатор модовую диафрагму и ИК-фильтр перед объективом оказалась обречена на провал. Об эталонах частоты и других оптических элементах, конечно, и речи быть не может; конструкция лазера не подразумевает модификации.

Снимаем вентилятор, чтобы получить доступ к лазерному диоду

Снимаем объектив и оба держателя:

Открывается вид на кристалл ванадата иттрия размером 5x5x3 мм, который может выдержать до 15 Вт накачки и выдать до порядка 6 Вт излучения на длине волны 1064nm. Доля примеси неодима составляет скорее всего около 1 атомного процента. На эту сторону нанесено просветляющее покрытие для 1064nm и отражающее для 532nm.

Теперь посмотрим на элементы в юстируемых держателях

Держатели выполнены из дюраля, позволяют производить юстировку в горизонтальной плоскости боковыми винтами и в вертикальной – верхними. Юстировку предполагается выполнять так: отпустить оба винта для одной оси, потом найти нужное положение держателя одним из винтов и зафиксировать его вторым винтом. Винты – самые обычные китайские M3, не микрометрические или точные.

Кристалл KTP имеет размеры 3x3x7 мм, и теоретически может «обслужить» гораздо большую мощность – до порядка 20 Вт @ 532nm. На его торцы нанесено просветляющее покрытие для волн длиной 532 и 1064nm, коэффициент отражения которого составляет менее 0.5%. Для юстировки кристалла неплохо было бы иметь и третью степень свободы – вращение вдоль оси резонатора, но тут изготовители положились на точность огранки и вклеивания.

В выходной держатель вклеено дихроичное вогнутое зеркало (на глаз вогнутости не видно): оно пропускает свет на длине волны 532nm и отражает 1064nm. При этом значительная часть излучения 808nm тоже проходит его насквозь.

Снимаем лазерный диод

Диод в корпусе F-mount закреплен на массивном латунном основании с нанесенной на него термопастой. В этом типе корпусов предусмотрено отверстие для установки терморезистора, контролирующего температуру диода; терморезистор присутствует на штатном месте. Произведён диод компанией Focuslight; т.к. кроме серийного номера, другой маркировки на нем нет, его мощность, скорее всего, составляет 5 Вт – это самая низкая мощность для диодов в таком корпусе, и логично предположить, что ничего мощнее и дороже китайцы туда ставить не станут. Исходя из даташита на этот тип диода, максимальный ток составляет 5.5A, т.е. без превышения допустимых величин установленный на заводе ток можно увеличить на 200 мА, что должно добавить еще порядка 50 мВт выходной мощности. Диод легко можно заменить на 10-ваттный, благо остальные компоненты позволяют, и получить на выходе более 3 Вт зеленого пучка (о его качестве, стабильности и модовом составе судить не берусь).

Крепление диода позволяет вращать его вдоль оси резонатора, чтобы подобрать оптимальную поляризацию накачивающего излучения.

Вид на рабочее тело с дугой стороны

На эту сторону кристалла нанесено просветляющее покрытие для 808nm и отражающее более 99.5% для 1064nm, которое образует плоское зеркало резонатора.

Как видим, никакой фокусирующей оптики между диодом и кристаллом нет: это снижает эффективность накачки.

Откручиваем основание лазера от радиатора

Под основанием находится распространенный элемент Пельтье марки TEC1-12706. Его характеристики: питание до 15В, ток до 6А, отводимая мощность до 50Вт при температуре горячей поверхности 60°C; размеры 40x40x4 мм. Под выходным держателем оптики проделано отверстие – вероятно, для нагревающего элемента при другой компоновке: в этом держателе крепился бы нелинейный кристалл, в предыдущем – фокусирующая оптика, а выходное зеркало крепилось бы отдельно (заодно это бы частично решило бы проблему с температурным расширением основания). Но это только мое предположение.

Собираем все обратно

Стоит ли говорить, что после сборки лазер не заработал? Однако я довольно-таки быстро поймал генерацию, играя юстировками выходного зеркала. Дальнейшая настройка зеркала не составила труда. С юстировкой же кристалла KTP все оказалось гораздо сложнее: честно говоря, я не представляю, как это делали китайцы, крутя отверткой филипсовские винты. Поэтому все юстировочные винты я заменил на болты под шестигранник, что дало возможность производить более точную юстировку ключом, при этом не давя на крепления.

И даже несмотря на это, точный критический угол KTP мне зафиксировать не удалось: все равно мощность пучка заметно скачет даже при простом надавливании пальцем и даже сама по себе. Тут нужно отметить, что генерация была в очень широких пределах юстировки кристалла, но в некоторых положениях мощность скачкообразно росла и так же скачкообразно падала при малейших внешних возмущениях. В итоге, вспоминая байку про лаборанта, колотившего пассатижами по корпусу лазера, чтобы вернуть на место люфтящее зеркало, мне удалось достичь стабильной мощности порядка 1650 мВт, то есть потеря составила порядка 200 мВт.

Теперь становится понятно, почему у этих лазеров такой большой разброс по мощности: возможно, что 1.8 Вт сделались возможными только благодаря счастливому удару при транспортировке, а с завода лазер выходил совсем с другой мощностью. К сожалению, никакого бланка об испытаниях к лазеру приложено не было.

Заключение

На кристаллах в лазере не сэкономили: они допускают гораздо большие мощности накачки. Предполагаю, что это сделано для унификации, и трехваттый лазер отличается от одноваттного только мощностью лазерного диода, блоком питания и в три раза большей ценой. Жесткость и точность механики оставляют желать лучшего – видно желание сделать недорого, но хотя бы конструкция ремонтопригодна. Заявленная долговечность конструкции, похоже, определяется в основном долговечностью лазерного диода (а найти ее в документации не удалось) и чистотой сборочного помещения – при разборке лазера никаких загрязнений на оптике я не увидел.

И подводя итог, хочу ответить на основной вопрос к первой части статьи, который возник у многих – «Зачем этот лазер вообще такой нужен?» Исходя из его мощности, недостаточной для эффективной накачки титан-сапфира и красителей, модового состава и стабильности, которые тоже так себе, основная сфера его применения – OEM компонент для лазерных проекторов. Его также можно использовать в целях подсветки: для регистрации люминесценции, в конфокальной микроскопии и т.п. областях где требуется высокая мощность подсветки при относительно стабильной частоте.

Электромагнитное излучение как совокупность электрического и магнитного полей является одним из основных факторов влияния окружающей среды. Электрическое и магнитное поля отдельно не существуют, и их взаимные преобразования обусловливают возникновение единого электромагнитного поля, распространяющегося в окружающей среде в виде электромагнитных волн.

Этиология

К основным показателям электромагнитного излучения (ЭМИ) относятся частота колебаний и длина волны. Частота колебаний измеряется в герцах (1 Гц - одно колебание в 1 с), а длина волны - в метрах (м). Производными этих единиц соответственно являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 мГц = 106 Гц), а также километр (км), сантиметр (см) и др. По частоте колебаний электромагнитные волны делятся на диапазоны низких (НЧ), средних (СЧ), высоких (ВЧ), ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) частот.

Единицей измерения плотности потока энергии является 1 Вт на 1 квадратный метр (Вт/м2). ПДУ плотности потока энергии облучения в диапазоне низких частот при облучении на протяжении всего рабочего дня составляет 0,1 Вт/м2, не более 2 ч - 1 Вт/м2, не более 15-20 мин - 10 Вт/м2 при условии обязательного применения защитных очков.

Источниками излучения радиоволн служат ламповые генераторы, превращающие энергию постоянного тока в энергию переменного тока высокой частоты.

Электромагнитные волны разных частотных диапазонов широко применяются в промышленности, науке, технике, медицине, радиолокации, радиометеорологии, радиоастрономии, радионавигации, космических исследованиях, ядерной физике и других направлениях деятельности человека.

Профессиональные заболевания, вызванные влиянием электромагнитного поля, чаще всего развиваются у работников радиовещания, телевидения, связи, медицинских отраслей, у лиц, выполняющих работы, связанные с термической обработкой металлов, дерева и других материалов, нагреванием и свариванием диэлектриков.

В условиях производства значительное количество работников может также подвергаться хроническому влиянию электромагнитного излучения малой интенсивности.

Электромагнитное излучение

Индукционное нагревание металлов и полупроводников осуществляется в основном магнитным полем диапазонов ВЧ и УВЧ. ВЧ и УВЧ оборудование используется: для сушки разных материалов (дерева, бумаги, кожи), нагревания пластмассы, сварки синтетических материалов (изготовление обложек для книг, папок, пакетов, игрушек), стерилизации продуктов.

Особенно широко применяется электромагнитное излучение ВЧ-, УВЧ- и СВЧ- диапазонов в радиосвязи и телевидении, а СВЧ-диапазона - для радиорелейной связи, радиолокации, радионавигации, радиодефектоскопии. Заслуживает внимания активное внедрение радиоизлучения в физиотерапию. Свойство радиоизлучения нагревать ткани организма используется в таких процедурах, как низкочастотная магнитотерапия (аппараты “Полюс-1”, “Полюс-101”), индуктотермия (аппараты ДК.В-2, ИКВ-4), микроволновая терапия сантиметровыми (аппараты “Луч-2”, “Луч-3”, “Луч-58”) и дециметровыми волнами (аппараты “Волна-2”, “Ранет”).

Основным источником искусственного электромагнитного излучения являются радио- и телевизионные станции, радиолокаторы, высоковольтные линии электропередач. Необходимо помнить, что наряду с радиоизлучением обслуживающий персонал нередко подвергается влиянию других вредных производственных факторов. На участках индукционного нагревания и при обработке электронных схем с применением пайки, в кабинах радиорелейных станций возможно загрязнение воздушной среды аэрозолями свинца, олова, углеводородов, оксидами азота. В кабинах радиорелейных станций, помещениях радио- и телерадиостанций, на участках индукционного нагревания отмечается высокая температура воздуха, а уровень шума может достигать 75-99 дБ. Трудовая деятельность операторов радиорелейных станций, персонала радио- и телерадиостанций сопровождается значительным нервно-эмоциональным напряжением и нагрузкой на орган зрения.

Патогенез

Механизм действия радиоизлучения на человека очень сложен и до конца не изучен. Установлено, что электромагнитное излучение оказывает на биологические объекты радиоволновое и тепловое действие. Тепловое действие микроволн сводится к тому, что при каждом изменении направления электромагнитного поля возникают релаксационные колебания и перемещение ионов в тканях организма, на которые направлено электромагнитное излучение, сопровождаемое выделением тепла и повышением температуры тканей. Больше всего нагреваются кровь, лимфа, паренхиматозные органы, мышцы, а также хрусталик глаза.

Таким образом, тепловое действие электромагнитного излучения основано на первичных процессах взаимодействия электромагнитных волн с молекулами тканей. Электромагнитная энергия в биологической среде превращается в кинетическую энергию поглощающих молекул, что приводит к нагреванию тканей. Степень повышения температуры тканей зависит от напряженности поля, продолжительности и частоты облучения, а также от того, какая часть тела подвергается его действию, эффективности терморегуляции и некоторых других факторов.

Механизм действия радиоизлучения небольшой (ниже тепловой) интенсивности реализуется, прежде всего, посредством его рефлекторного влияния на центральную нервную систему. Наиболее чувствительным к влиянию радиоволн является гипоталамус, где сосредоточены высшие вегетативные центры. Установлено, что парасимпатическая часть вегетативной нервной системы более чувствительна к действию радиоизлучения, чем симпатическая.

Действие радиоизлучения на головной мозг реализуется благодаря сложному комплексу биофизических, физико-химических, квантово-биологических эффектов. На клеточном и субклеточном уровне обнаруживают изменения калий-натриевого градиента в клетках, поляризацию биологических мембран с нарушением их проницаемости, деформацию структур водных систем, изменение активности ферментов, нарушение окислительных процессов и др.

Условно выделяют следующие механизмы биологического действия электромагнитного поля:

непосредственное влияние на ткани и органы, что приводит к изменению функций центральной нервной системы и связанной с ними нейрогуморальной регуляции;

рефлекторные изменения нейрогуморальной регуляции;

сочетание основных механизмов патогенеза действия электромагнитного излучения с преобладающим нарушением обмена веществ, активности ферментов.

Возможно, все три механизма действенны и удельный вес каждого определяется физическими и биологическими изменениями в организме.

Кроме того, влияние электромагнитных волн вызывает дезадаптацию организма, т. е. нарушает приобретенную ранее стойкость к разным неблагоприятным факторам, а также некоторые приспособительные реакции. Влияние электромагнитного поля характеризуется кумуляцией биологического эффекта. Экспериментально установлена особая чувствительность нервной и сердечно-сосудистой системы к действию электромагнитного поля, а также наличие дистрофических изменений в семенных железах и отставание в развитии у животных.

Клиническая картина влияния радиоизлучения зависит от его спектра, интенсивности и продолжительности и, возможно, от режима излучения.

Наиболее активными в биологическом смысле являются волны СВЧ-диапазона, затем УВЧ-диапазона, наименее активными - ВЧ-диапазона.

В зависимости от интенсивности и продолжительности влияния электромагнитных волн выделяют острые и хронические формы поражения организма.

Острая форма поражения организма

Острая форма патологического влияния электромагнитного излучения имеет три степени поражения: легкую, средней степени тяжести и тяжелую. Острая форма возникает во время аварий или в случае грубого нарушения техники безопасности, т. е. в том случае, если интенсивность излучения во много раз превышает тепловой порог. Клиническая картина характеризуется высокой фебрильной температурной реакцией (39-40 °С), лейкоцитозом, общей слабостью, недомоганием, покраснением лица, потливостью, лабильностью пульса и артериального давления. Иногда возникают гипоталамические кризы симпатоадреналового характера. Также у потерпевших наблюдаются брадикардия с периодическим сердцебиением в виде приступов пароксизмальной тахикардии, головная боль, повышение артериального давления. Возникают повторные носовые кровотечения. Появляются одышка, ощущение жажды, беспокойства и страха, тревоги, боль и ломота в конечностях и мышцах, адинамия, мышечная слабость.

В результате однократного интенсивного влияния электромагнитного излучения может развиться катаракта.

После острого поражения электромагнитным излучением могут возникнуть функциональные нарушения нервной системы в виде вегетососудистой дистонии или астеноневротического синдрома. Эти состояния длятся 2-3 мес.

Хроническая форма поражения организма

Хроническая форма поражения возникает в результате продолжительного влияния электромагнитного излучения, интенсивность которого превышает ПДУ, но находится ниже теплового порога.

Реакция-ответ организма в этом случае заключается как в адаптационной перестройке нервной и сердечно-сосудистой системы, так и в развитии кумулятивного эффекта, сопровождаемого усилением патологических реакций в организме с увеличением стажа работы. Наибольшее внимание привлекает нарушение функций нервной и сердечно-сосудистой системы. У лиц, долго работающих в условиях действия электромагнитного поля, повышается адренокортикотропная активность гипофиза, снижается активность половых желез, развиваются энзимопатия, нейроциркуляторная дистония по гипер- или гипотензивному типу, изменяется иммунобиологическая реакция организма, происходит угнетение эритроцитопоэза, возникают трофические расстройства.

Итак, хроническое влияние электромагнитных волн на организм человека приводит к возникновению:

Астеновегетативного синдрома: головная боль, головокружение, потемнение в глазах, кратковременная потеря сознания, повышенная утомляемость, общая слабость, снижение трудоспособности, адинамия, нарушение сна, неприятные ощущения в области сердца, потливость, одышка, акроцианоз, общий гипергидроз, стойкий ярко-красный дермографизм, дрожание век и пальцев вытянутых рук, оживление сухожильных рефлексов.

Астеноневротического синдрома: чрезмерная раздражительность, эмоциональная лабильность, резкие колебания настроения, неадекватная реакция на внешние раздражители.

Ангиодистонического синдрома: лабильность пульса и артериального давления, сердцебиение, сужение артериол сетчатки.

Энцефалопатии: ослабление памяти, депрессия, психические нарушения, ипохондрические состояния, навязчивые мысли об угрозе смерти.

Диэнцефального синдрома: приступообразная интенсивная головная боль, приступы внутренней дрожи, боль в области сердца, общая слабость, тахикардия, артериальная гипертензия, повышение температуры тела, кратковременные расстройства сознания, беспокойство, чувство страха, бледность кожи.

Миокардиодистрофии: неприятные ощущения, боль в области сердца, смещение границ сердца влево, приглушенность тонов, систолический шум на верхушке, снижение сократительной функции миокарда, нарушение проводимости и ритма сердечных сокращений, амплитуды зубца Т.

Нейроциркуляторной дистонии по гипотоническому, а затем - по гипертоническому типу.

Диспептического синдрома.

Болевого синдрома.

Синдрома функциональной недостаточности клеток печени (повышение уровня билирубина, холестерина, уменьшение содержания протромбина; диспро- теинемия, снижение альбумино-глобулинового коэффициента).

Гипертиреоидизма.

Гематологического синдрома: лейкопения с нейтропенией, лимфоцитоз, моноцитоз, анемия с компенсаторным ретикулоцитозом, тромбоцитопения.

Синдрома дегенеративно-дистрофических изменений в хрусталике, катаракты: помутнение в области заднего полюса, вблизи экватора в виде белых точек, мелкой пыли, отделыудх нитей, по форме напоминающих цепочки, бляшки и пятна.

В зависимости от выраженности изменений, возникших в разных органах и системах, выделяют три стадии заболевания.

Первая (I) стадия характеризуется развитием астенического синдрома, который нередко сочетается с незначительно выраженными ваготоническими симптомами. У больных наблюдается повышение функциональной активности щитовидной железы. Эти изменения имеют функциональный характер и почти не сказываются на трудоспособности больных.

Вторая (II) стадия патологического процесса сопровождается развитием астеновегетативного синдрома со стойкой брадикардией и артериальной гипотензией. Хотя возможно возникновение и вегетососудистой дистонии с лабильностью пульса и артериального давления. В миокарде наблюдаются более глубокие дистрофические изменения; также обнаруживают изменения в периферической крови, умеренные эндокринно-обменные нарушения.

Третья (III) стадия заболевания развивается очень редко. У больных наблюдается гипоталамический синдром, симпатоадреналовые кризы приобретают стойкий характер. Пострадавшие жалуются на приступообразную головную боль, озноб, сдавливающую боль в сердце, выраженную общую слабость, артериальную гипертензию. При большой мощности электромагнитного поля может развиться энцефалопатия с психическими нарушениями, ослаблением памяти, депрессией, ипохондрическим состоянием.

Диагностика

При постановке диагноза профессионального заболевания, вызванного влиянием электромагнитного излучения, нужна детальная санитарно-гигиеническая характеристика с указанием частотного спектра колебаний, интенсивности излучения, продолжительности контакта, стажа работы во вредных условиях производства. С учетом неспецифичности проявлений этого заболевания следует исключить другие общие болезни, которые могут обусловить развитие астении, вызвать нейроциркуляторные нарушения.

Характерными признаками воздействия электромагнитного излучения на организм человека являются астенический или астеновегетативный синдром с ваготоническими нарушениями, которые в дальнейшем сменяются синдромом вегетативно-сенсорной дистонии с преобладанием симпатико-тонических реакций, возникновением эндокринно-обменных нарушений, изменений показателей крови, катаракты. Быстрое обратное течение, особенно в начальных стадиях, под влиянием лечения и в результате нормализации условий труда служит подтверждением этого диагноза.

Лечение

Лечение заболевания, вызванного влиянием электромагнитного излучения, преимущественно симптоматическое и направлено на восстановление нормального соотношения возбудительно-тормозных процессов в коре большого мозга и тонуса отделов вегетативной нервной системы, а также нормализацию кровоснабжения головного мозга.

Астенические состояния являются показанием к назначению:

транквилизаторов (триоксазин по 0,3 г, сибазон по 5 мг 2-3 раза в сутки);

общеукрепляющих препаратов (инъекции 5 мл 5 % раствора аскорбиновой кислоты с 20 мл 40 % раствора глюкозы внутривенно 1 раз в сутки, на курс - 15 инъекций, 1 мл 6 % раствора тиамина бромида, 1 мл 5 % раствора пиридоксина гидрохлорида внутримышечно 1 раз в сутки, на курс - 15-20 инъекций);

тонизирующих препаратов (сапарал по 0,05 г 2-3 раза в сутки, настойка женьшеня по 25 капель 3 раза в сутки).

В случае парасимпатико-тонической направленности вегетативных нарушений применяются холинолитические препараты (эрготамина гидротартрат - беллоид, беллатаминал по 1 таблетке 2-3 раза в сутки), антигистаминные средства (димедрол по 0,05 г, супрастин по 0,025 г).

При наличии гиперкинетического синдрома (тахикардия, сердцебиение, тенденция к повышению артериального давления) назначают малые дозы адреноблокаторов: анаприлин по 0,02 г 2-3 раза в день; препараты, расширяющие сосуды и имеющие антигипертензивное действие (раунатин по 2 мг, циннаризин по 25 мг, кавинтон по 5 мг 3 раза в сутки, но-шпа или папаверина гидрохлорид по 2 мл 2 % раствора внутримышечно 1 раз в сутки на протяжении 10-15 дней).

Кроме того, назначают лечебную гимнастику, рефлексо- и психотерапию, диету с небольшой энергетической ценностью, но с высоким содержанием белков, радоновые и хвойные ванны.

Экспертиза трудоспособности

В начальной стадии заболевания трудоспособность больных не нарушена. После активного лечения таких лиц следует перевести на работу, не связанную с действием электромагнитного излучения, сроком на 1 мес. В случае благоприятного течения заболевания они могут выполнять обычную для себя работу.

Лица, перенесшие заболевание в умеренно выраженной стадии, нуждаются в лечении в условиях специализированного стационара, после чего для закрепления результатов лечения и динамического наблюдения их следует перевести на работу, не связанную с действием электромагнитного излучения, сроком на 1-2 мес. Возвращение к обычной трудовой деятельности возможно лишь при условии полного восстановления функций организма.

Если не наблюдается явного лечебного эффекта, а также в случае тяжелой стадии поражения больные нуждаются в рациональном трудоустройстве вне действия электромагнитных колебаний. Резкое снижение квалификации является основанием для направления таких работников на МСЭК и определения степени потери трудоспособности на период обретения другой профессии (1 год). При наличии катаракты дальнейшая работа, связанная с электромагнитным излучением, запрещена.

Профилактика

Для защиты от влияния энергии электромагнитного поля рекомендуются следующие методы и мероприятия: организационные, технологические, санитарно-технические, индивидуальные, лечебно-профилактические.

К основным организационным мероприятиям, позволяющим улучшить состояние окружающей среды в местах размещения источников электромагнитного излучения, относятся уменьшение продолжительности их действия и увеличение расстояния от них до работника.

Технологические мероприятия предусматривают обеспечение механизации и автоматизации производственных процессов, применение манипуляторов и дистанционного управления.

Санитарно-технические мероприятия включают экранирование всех источников электромагнитного излучения.

К средствам индивидуальной защиты относятся радиозащитная одежда, очки.

Лечебно-профилактические мероприятия состоят в проведении предварительных и периодических медицинских осмотров, во время которых важным является исследование систем организма, подвергающихся наибольшему поражению в результате воздействия электромагнитного излучения.

Профессиональные болезни, обусловленные воздействием лазерного излучения

Научно-технический прогресс ознаменовался внедрением во многих отраслях хозяйства оптических квантовых генераторов - лазеров. Диапазон применения лазеров довольно широк, а темпы внедрения чрезвычайно высоки. Термин “лазер” образован из начальных букв пяти слов словосочетания “Light amplification by stimulated emission of radiation”, что в переводе с английского означает “усиление света посредством его вынужденного излучения”.

Этиология

Излучение оптических квантовых генераторов (лазеров) является сравнительно новым фактором производственной среды. Лазеры - это качественно иные источники мощного направленного электромагнитного излучения. В результате концентрации большой энергии излучения в относительно небольшом объеме лазеры дают возможность осуществлять плавку, сварку и резку твердых металлов, образовывать высокотемпературную плазму, проводить термоядерные и инициировать химические реакции. На сегодня лазерное излучение применяется при геодезических работах, в системах передачи информации и наведения, в разных научных исследованиях по медицине, при решении сложных медико-биологических проблем, выполнении хирургических операций в онкологии, офтальмологии, дерматологии и др.

Основными физическими величинами лазерного излучения (и его единицами) являются:

длина волны (мкм);

мощность излучения (Вт);

плотность потока излучения (Вт*м2);

энергия излучения (Дж);

плотность потока энергии (Дж*м2).

Лазерное излучение даже небольшой интенсивности за счет своих свойств, влияя на зрительный анализатор, способно совершать выраженное неблагоприятное влияние, прежде всего, на центральную нервную систему и подкорковые образования, вследствие чего происходит нарушение подвижности основных нервных процессов - возбуждения и торможения. Таким образом, реализуется рефлекторный механизм общих реакций организма, обусловленный влиянием лазерного излучения на зрительный анализатор.

Клиническая картина

Острые поражения в результате лазерного излучения характеризуются поражением кожи (эритема, ожог, глубокий некроз), ожогами сетчатки глаза (развиваются скотомы, хориоретинальные рубцы), кровоизлияниями в сетчатку, коагуляцией белков роговицы. Действие лазерного излучения на здоровую сетчатку и другие структуры глаза зависит от пигментации глазного дна и диапазона излучения. При этом видимый диапазон излучения действует преимущественно на фотосенсорный слой сетчатки, вызывая временную потерю зрения, а в случае ожога - потерю зрения в данной области зрительного пространства.

Лазерное лечение

В ультрафиолетовом диапазоне (240-450 нм) лазерного излучения энергию поглощают все белковые структуры глаза, в том числе роговица и хрусталик. В результате ожога поражению в первую очередь подвергается слизистая оболочка глаза. При высоком уровне энергии излучения коагуляция белков роговицы приводит к необратимой и полной потере зрения. В инфракрасном диапазоне (ближний и средний участки - 820-1500 нм) лазерного излучения энергию поглощают радужка, хрусталик и стекловидное тело. Радужка быстро нагревается, и происходит коагуляция белков хрусталика. Субъективно нагревание радужки обусловливает ощущение раздражения и мигательный рефлекс. При высоком уровне энергии излучения в результате температурного помутнения хрусталика наступает необратимая потеря зрения. Поражение глаз при лазерном излучении этого диапазона наступает обычно после его продолжительного действия. Диапазон ближнего участка инфракрасного спектра (1000-1600 нм) является наименее опасным для глаз, так как временные поверхностные поражения возникают даже при высоком уровне энергии излучения.

Лица, долго работающие с лазерами, жалуются на утомление глаз в конце рабочего дня, тупую или режущую боль в глазных яблоках, непереносимость яркого света, слезотечение или сухость. Острота зрения, как правило, не изменяется, но может наступить повышение порога цветораспознавания, увеличение продолжительности адаптации в темноте, иногда - сужение полей зрения.

Поражение кожи при влиянии прямого или диффузно отраженного лазерного излучения может иметь самый разнообразный характер - от эритемы до ожога. В легких случаях обнаруживают функциональные изменения активности внутрикожных ферментов, а также электропроводности кожи.

Хронические поражения характеризуются развитием:

астенического синдрома (общая слабость, утомляемость в конце рабочего дня);

астеновегетативного синдрома (гипергидроз, акроцианоз, стойкий красный дермографизм, усиление пиломоторного рефлекса, головная боль, нарушение сна, сердцебиение, “замирание” сердца);

астеноневротического синдрома (раздражительность, вспыльчивость, плаксивость, невнимательность);

ангиодистонического синдрома (лабильность, асимметрия пульса и артериального давления, нарушение ритма сердечных сокращений (чаще всего по типу синусовой брадикардии), снижение тонуса сосудов, неадекватная реакция сердечно-сосудистой системы при проведении функциональных проб);

миокардиодистрофии (уплощенный, двухфазный или отрицательный зубец Т, уменьшение интервала P-Q, снижение и деформация желудочкового комплекса QRS)",

болевого синдрома (кардиалгия);

нейроциркуляторной дистонии по гипотоническому типу (нейроциркуляторного криза с сильной головной болью, головокружением, кратковременными расстройствами сознания, болью в области сердца, сердцебиением, похолоданием конечностей, потливостью);

астенопии (резкое утомление глаз во время работы, туман перед глазами, снижение четкости зрения, тупая или режущая боль и ощущение давления в глазных яблоках, непереносимость яркого света, слезотечение или сухость глаза);

синдрома дегенеративно-дистрофических изменений (точечные помутнения стекловидного тела и хрусталика глаза, лучевая катаракта);

коагулопатии (умеренная тромбоцитопения, снижение уровня протромбина);

лейкемоидного синдрома (лейкоцитоз, моноцитоз и лимфоцитопения).

Лазерное излучение при продолжительном воздействии вызывает нарушение функции нервной и сердечно-сосудистой системы, изменение гематологических, иммунологических показателей, активности некоторых ферментов и медиаторов. В большинстве случаев они объединяются в астенические и астеновегетативные синдромы, сопровождаемые компенсаторно-приспособительными реакциями. Клиническая симптоматика в данном случае не имеет специфического характера и является результатом действия комплекса неблагоприятных производственных факторов, возникающих при нарушении эксплуатации лазеров.

Диагностика профессиональных заболеваний, обусловленных влиянием лазерного излучения, основывается на результатах субъективного и объективного обследования и данных санитарно-гигиенической характеристики условий работы.

Данное заболевание может быть заподозрено при наличии очевидной связи с началом работы с лазерным оборудованием, а также при отсутствии других этиологических причин (вегетососудистой дистонии, астеновегетативного синдрома, поражения органа зрения, кожи). Детальное обследование в условиях стационара, наблюдение в процессе лечения могут подтвердить или исключить профессиональное происхождение нейродинамических и сосудистых расстройств.

Лечение

При повреждении глаз или кожи характер медицинской помощи определяется видом поражения, которое зависит от длины волны излучения. В случае воздействия ультрафиолетового излучения назначаются холодные примочки на веки. В конъюнктивальный мешок закапывают 0,25 % раствор дикаина или 2,5 % раствор новокаина. При ожоге радужки, вызванном излучением видимого или близкого инфракрасного участка спектра, в конъюнктивальный мешок закапывают 0,1 % раствор атропина сульфата, на пораженный глаз накладывают асептическую повязку, потерпевшего срочно направляют к офтальмологу.

В случае хронического влияния назначается комплексное лечение, направленное на восстановление нарушенных функций организма. В его состав входят:

адаптогены - настои пустырника, женьшеня, китайского лимонника, элеутерококка;

общеукрепляющие средства - раствор глюкозы с аскорбиновой кислотой, витамином В, внутривенно;

аминазин, мепротан, триоксазин, элениум, диазепам (седуксен) в небольших дозах при невротических состояниях с признаками нарушения гипоталамических отделов головного мозга;

кальция глюконат, глутаминовая кислота, беллатаминал (белласпон) - при выраженных симптомах нейроциркуляторной дистонии;

физиотерапевтические процедуры (гальванический воротник, массаж, общие ванны, душ);

высококалорийная диета с достаточным содержанием витаминов;

рациональный режим труда и отдыха.

Экспертиза трудоспособности

Решение экспертных вопросов зависит от степени поражения того или иного органа. Если повреждена роговица, больных нужно временно отстранить от работы на период лечения (1-2 недели). Пациенты с поражением хрусталика и сетчатки нуждаются в более длительном лечении (до 1 мес.) с дальнейшим переводом (сроком до 2 мес.) на работу, не связанную с влиянием лазерного излучения. Если наблюдается прогрессирование заболевания, работника отстраняют от работы с лазерами и на период переквалификации устанавливают III группу инвалидности.

Профилактика

Во время работы с лазерами уровни вредных производственных факторов не должны превышать установленных государственными стандартами и действующей нормативно-технической документацией.

Лазеры должны быть размещены в отдельных помещениях (лазеры III- IV классов) или иметь экраны и ограждения (лазеры II-III классов). Лазерная установка должна быть оснащена экранирующими щитами, ширмами, шторами. Для защиты работников от поражения электрическим током используются дистанционное управление, блокировка; для защиты рук - хлопчатобумажные перчатки, глаз - защитные очки.

Организационные мероприятия включают внедрение рациональной организации работы с проведением регламентированных физкультурных пауз и плановой санитарно-образовательной работы среди работников лазерных лабораторий по вопросам профилактики возможной патологии.

Санитарно-технические профилактические мероприятия:

Эксплуатация лазеров в помещениях площадью не менее 20 м2.

Экранирование установок (щиты, ширмы, шторы), установление ограждения.

Окрашивание стен, приборов, оборудования темной матовой краской, которая имеет минимальный коэффициент отражения.

Предотвращение превышения уровня вредных производственных факторов, установленных государственными стандартами и действующей нормативно-технической документацией.

Соблюдение правил техники безопасности при работе с лазерными установками.

Защита работников (дистанционное управление, блокировка; хлопчатобумажные перчатки, защитные очки).

Предварительный и периодический инструктаж персонала.

Проведение постоянных исследований в области лазерной дозиметрии и обеспечение постоянного контроля уровней отраженного и рассеянного лазерного излучения.

Медико-профилактические мероприятия:

Обязательное проведение предварительных и периодических медицинских осмотров работников, допущенных к работе с лазерами.

Обязательное проведение витаминизации (ретинол, аскорбиновая кислота, витамины группы В) в весенне-зимние месяцы с целью профилактики возникновения профессиональной патологии.

Профессиональные болезни, обусловленные воздействием ультразвука

Ультразвук - это механические колебания упругой среды, которые отличаются от обычного звука более высокой частотой колебаний (свыше 20 кГц) и не воспринимаются ухом человека.

Этиология

Ультразвук эффективен для изготовления эмульсий из жидкостей, которые не смешиваются, ускоряет электролитические процессы в гальванотехнике. Ультразвук широко применяется в медицине, в частности в следующих направлениях:

сварка органов в местах повреждения в эксперименте;

изготовление фармацевтических препаратов (ускорение процессов созревания, растворения компонентов);

диагностическая и лечебная ультразвуковая аппаратура;

“скальпель” для вскрытия ткани на границе контакта клеточных оболочек благодаря высокочастотной энергии;

разработка устройств по ориентации для людей с нарушениями органа зрения и т. п.

Ультразвук применяется в разных отраслях народного хозяйства: металлургии, машино- и приборостроении, радиотехнической, химической и легкой промышленности, медицине и т. п. Распространенное применение ультразвука обусловливает увеличение количества работников, находящихся под его влиянием. Основными профессиональными группами, на которые влияет ультразвук в условиях производства, являются: дефектоскописты, монтажники, операторы очистительных установок, сварщики, паяльщики, врачи и медицинские сестры, обслуживающие терапевтическую и диагностическую ультразвуковую аппаратуру, установки для хирургического вмешательства и стерилизации инструментов.

Кстати, наиболее опасно для организма человека контактное влияние ультразвука, реализующееся при удержании инструмента в процессе обработки деталей в производственных условиях и при работе с ультразвуковой диагностической аппаратурой.

Патогенез

В зависимости от интенсивности ультразвуковых волн и влияния его на живые ткани различают три вида ультразвука:

Ультразвук малой интенсивности (до 1,5 Вт/см2), рассматриваемый в качестве физического катализатора. Он служит причиной некоторых изменений физико-химических реакций организма, ускорения обменных процессов, незначительного нагревания тканей, микромассажа и не приводит к морфологическим нарушениям внутри клеток.

Ультразвук средней интенсивности (до 1,5-3,0 Вт/см2), обусловливающий реакцию угнетения в нервной ткани. Скорость восстановления функций зависит от интенсивности и продолжительности влияния ультразвука.

Ультразвук большой интенсивности может послужить причиной необратимого изменения ткани, вплоть до полного ее разрушения.

Биологическое действие ультразвука заключается в нарушении:

функционального состояния рецепторного аппарата и периферических вегетативных образований (раздражение температурных, тактильных, болевых виброрецепторов);

перехода энергии механических колебаний в тепловую с расширением сосудов, что в дальнейшем сменяется их спазмом.

Это сопровождается усилением поглощения клетками кислорода и снижением концентрации углекислого газа, накоплением азотистых шлаков, оказывающих выраженное токсическое действие на центральную и периферическую нервную систему, вызывающих повреждение клеточных мембран.

Таким образом, ультразвуковые колебания обусловливают механический, термический и физико-химический эффект. Механизм действия ультразвука (сжатие-разрежение) обеспечивает механический эффект, в то время как переход механической энергии в тепловую, усиливающийся на границе распределения (например, твердое тело-жидкость) - термический. Особым свойством ультразвука является образование кавитации (микроскопических пузырьков), что обеспечивает его физико-химический эффект: развитие фото- и электрохимических процессов в кавитационных полостях.

Следует отметить, что длительное или периодическое, но в целом хроническое влияние на организм работников контактного ультразвука может привести сначала к функциональным, а со временем - и к органическим нарушениям центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата.

Доказано, что в низких дозах ультразвук малой интенсивности дает положительный общебиологический эффект на организм, благодаря чему он применяется в терапевтической практике. Ультразвуковая энергия малой интенсивности обусловливает перестройку “внутренней” среды организма, повышает проницаемость кожи, гематоэнцефалического барьера, изменяет структуру клеточных мембран, стимулирует процессы кровоснабжения, гидролиза, гликолиза.

Клиническая картина

При систематическом влиянии ультразвука, интенсивность которого и время контакта с которым превышают ПДУ, могут возникать функциональные изменения со стороны центральной нервной, сердечнососудистой и эндокринной системы, слухового и вестибулярного анализаторов в виде астенического, астеновегетативного, астеноневротического, гипоталамического, ангиодистонического синдромов, полиневропатии, энцефалопатии, нейроциркуляторная дистония, миокардиодистрофии, синдромы дегенеративно-дистрофических изменений.

Лица, длительное время обслуживающие ультразвуковое оборудование, жалуются на головную боль, головокружение, общую слабость, быструю утомляемость, нарушение сна, раздражительность, ухудшение памяти, повышенную чувствительность к звукам, непереносимость яркого света, нередко на диспепсические расстройства.

До конца рабочего дня у таких работников возникают брадикардия и артериальная гипертензия, на ЭКГ обнаруживают брадисистолию, нарушение внутрисердечной и внутрижелудочковой проводимости. В крови - моноцитоз, эозинофилия, позже переходящая в эозинопению. Нередко наблюдаются снижение концентрации глюкозы в крови, гиперпротеинемия. Все эти проявления имеют неустойчивый характер.

В тех случаях, когда ультразвук передается не только через воздух (это касается низкочастотного ультразвука), но и контактным путем (высокочастотный ультразвук), указанная симптоматика более выражена.

При клиническом обследовании обнаруживают астеновегетативный синдром, иногда наблюдаются диэнцефальные нарушения: снижение массы тела, субфебрильная температура тела, пароксизмальные приступы по типу висцеральных кризов, повышение механической возбудимости мышц, зуд.

При длительной работе с ультразвуковыми дефектоскопами у операторов могут развиться вегетососудистые нарушения в виде ангиодистонического синдрома, вегетативного полиневрита, вегетомиофасцита рук и вегетососудистой дисфункции.

Общемозговые нарушения обычно сочетаются с симптомами вегетативного полиневрита рук разной степени выраженности, что проявляется акроцианозом, отечностью, гипергидрозом, снижением всех видов чувствительности по типу коротких или длинных перчаток.

Лечение

При наличии в клинической картине астенического синдрома больным показано назначение транквилизаторов: мепробамата по 0,2 г 1-2 раза в сутки, триоксазина по 0,3 г 2 раза в сутки. Наряду с этим рекомендуется применение аскорбиновой кислоты по 0,05 г 3 раза в сутки. Из общеукрепляющих процедур - теплый душ, хвойные ванны, прогулки перед сном.

Лицам с более выраженной симптоматикой - постоянными жалобами астенического характера, признаками нейроциркуляторной дистонии - наряду с транквилизаторами (3 раза в сутки) необходимо назначать витамины группы В (тиамин по 1 мл 6 % раствора внутримышечно, рибофлавин по 0,005-0,01 г 2-3 раза в сутки на протяжении 15 дней, кокарбоксилазу по 0,05 г одноразово внутримышечно 20-25 дней подряд).

Вегетативный полиневрит с чувствительными и трофическими нарушениями нуждается в более длительном лечении. Таким больным показаны массаж, озокеритовые аппликации, радоновые ванны в комплексе с внутривенным введением 10 мл 0,5 % раствора новокаина, всего - 15-20 инъекций. Хороший результат дает санаторно-курортное лечение.

Экспертиза трудоспособности

При наличии ранних, резко выраженных проявлений астенизации и вегетососудистых нарушений больным разрешается дальнейшая работа по специальности при условии постоянного наблюдения и амбулаторного лечения. Таким больным рекомендуется лечение в условиях санатория-профилактория. В отдельных случаях показана временная (на 1-2 мес.) трудовая деятельность, не связанная с влиянием ультразвука.

Новейшие достижения квантовой электроники привнесли в ряд технологических процессов новый мощный вид излучения- лазерное излучение, вызываемое оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) -лазерами (название это составлено из начальных букв английского полного наименования: Light amplification by stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света путем стимулированного излучения»). Приборы эти трансформируют один из видов энергии - электрическую, световую, тепловую, химическую - в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) высокой частоты.

Источники лазерного излучения нашли применение при обработке высокопрочных жаростойких материалов, сплавов, для сверления, резки, сварки при сверхвысоком давлении, для калибровки в радиотехнической промышленности, для изготовления матриц с микроотверстиями в текстильной промышленности, в системе связи, в приборостроении, при исследованиях в биологии, медицине и других областях науки.

Основной частью лазера, его излучателем является активная среда - твердая (кристаллы и стекла с добавками ионов хрома, неодима, эрбия и др.), жидкая, газообразная или плазменная, в которой генерируется и накапливается электромагнитная энергия. Помещается эта среда в систему из двух параллельных зеркал - резонатор.

Существуют квантовые генераторы: газовые или ионовые (для возбуждения применяется электрический заряд); лазеры с оптической накачкой на кристаллы, стекло, жидкость и пластмассы; лазеры полупроводниковые; лазеры на органических красителях.

Принцип действия ОКГ основан на использовании вынужденного (стимулированного) электромагнитного излучения некоего рабочего вещества (твердое тело, жидкость, газ), т. е. излучения, возникшего в результате действия на него внешнего источника энергии - энергии «накачки». Таким источником могут быть яркие лампы-вспышки для твердого рабочего вещества и постоянное или переменное электрическое поле для газообразного рабочего вещества.

В зависимости от длины волны излучения различают лазеры в ультрафиолетовом, инфракрасном и видимом диапазоне спектра. В зависимости от энергетических параметров системы накачки действие генератора может быть импульсным или непрерывным. Важной особенностью импульсного режима излучения является большая мощность кратковременных импульсов, достигающая нескольких мегаватт при продолжительности импульса от долей секунды до нескольких миллисекунд; при непрерывном режиме мощность не превышает нескольких милливатт.

При воздействии на организм лазерного излучения большой интенсивности наиболее типичным является термический эффект. При этом в облученных тканях происходит быстрый нагрев структур, адсорбировавших энергию; жидкость, окружающая эти структуры, абсорбирует энергию и мгновенно вскипает. Вследствие этого резко повышается давление, возникает ударная волна, усиливающая термический эффект лазерного излучения, происходит механическая травма ткани (разрыв ее).

Таким образом, лазерное излучение приводит к сочетанному термическому и механическому действию. Наряду с этим специфическое влияние лазерного излучения сказывается в изменении генетических, ферментативных и других свойств ткани, некоторых составных частей крови (гамма-глобулины и др.). В основе механизма действия лежат процессы, связанные с избирательным поглощением тканями электромагнитной энергии, а также электрическим и фотометрическим эффектом. Лазерное излучение видимыми, инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами воздействует на специальные образования организма - фото- и терморецепторы.

Местный эффект лазерного излучения проявляется главным образом в повреждающем действии тканей глаза. Характер изменений зависит от величины энергии и длины волны лазерного излучения, диаметра луча, расстояния глаза от источника излучения, диаметра зрачка и др. У лиц, длительно работающих в условиях лазерного излучения, наблюдается точечное помутнение хрусталика, изменение глазного дна, снижение темновой адаптации.

Общие изменения в организме под влиянием лазерного излучения многообразны. Изменения зависят от термического (фокусированный пучок выделяет значительное количество тепла за короткий отрезок времени в малом объеме), электрического (высокий градиент электрического поля), фотохимического, механического и фотогидравлического действия (при фокусировке на поверхности или вблизи тела в жидкости - вскипание ее и взрыв).

Небольшой интенсивности излучение вызывает функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез и др. Как правило, эти изменения носят обратимый характер и чаще наблюдаются при облучении монохроматическими когерентными лучами видимой части спектра. После многократного лазерного облучения надолго удерживаются изменения сердечно-сосудистой системы.

Условия труда на лазерных установках . Основной неблагоприятный с гигиенической точки зрения фактор - это отраженное монохроматическое излучение лазера. Возможно как прямое зеркальное отражение (с выхода прибора), так и рассеянное излучение различными промежуточными элементами и мишенями (при пробивке отверстий и других операциях, связанных с лазерным излучением). Чрезмерным раздражителем органа зрения оказывается и свет ламп «накачки».

Серьезную опасность для органа зрения представляет инфракрасное излучение лазера при значительной плотности энергии (0,07 Дж/см 2). При этом происходит разрушение или снижение активности некоторых энзимов и вследствие этого - помутнение хрусталика.

Неблагоприятное действие может оказать шум при настройке генератора ОКГ, достигающий 95-100 дБ и имеющий частоту 1000-1250 Гц, звуковые импульсы- хлопки, число которых достигает нескольких сотен при громкости 100-120 дБ. При разрядах импульсных ламп накачки образуется озон, при обработке металла лучами лазера, когда происходит переход из твердого состояния в парообразное с выбиванием струи пара со сверхзвуковой скоростью, выделяется мелкодисперсный аэрозоль.

При выборе помещения для лазерных установок (ОКГ) обязательно участие промышленно-санитарного надзора. Для предотвращения возможного поражения прямым или отраженным потоком лазерного излучения в помещении не следует размещать какие-либо другие зеркальные поверхности. Особое внимание следует обратить на защиту глаз соответствующими очками-светофильтрами.