Геніальне передбачення А. Ейнштейна, зроблену ним ще в 1917 році, про можливості індукованого випромінювання світла атомами, блискуче підтвердилося майже через півстоліття при створенні квантових генераторів радянськими фізиками Н. Г. Басовим і А. М. Прохоровим. Згідно англійській абревіатурі, цей пристрій ще називають лазером, а створюване ними випромінювання - лазерним.
Де ми зустрічаємося в повсякденному житті з лазерним випромінюванням? В наші дні лазери набули широкого поширення, - це різні галузі техніки і медицини, а також світлові ефекти в естрадних уявленнях і шоу. Краса переливаються і танцюючих лазерних променів зробила їх дуже привабливими для домашніх експериментаторів і виробників лазерних гаджетів. Але як лазерне випромінювання впливає на здоров'я людини?
Щоб розібратися з цими питаннями необхідно нагадати, що таке лазерне випромінювання.
Звичайний світ народжується в атомах. Лазерне випромінювання - так само. Однак при інших фізичних процесах і в результаті впливу зовнішнього електромагнітного поля. Тому випромінювання лазера є вимушеним (стимульованим).
Лазерне випромінювання - це електромагнітні хвилі, що поширюються майже паралельно один одному. Тому промінь лазера має гостру спрямованість, надзвичайно малий кут розсіювання і дуже значну інтенсивність впливу на опромінюється поверхню.
У чому ж полягає відмінність випромінювання лазера від, наприклад, випромінювання лампи розжарювання? Лампа розжарювання - це рукотворний джерело світла, що випромінює електромагнітні хвилі, на відміну від лазерного випромінювання, в широкому спектральному діапазоні з кутом поширення близько 360 градусів.
Можливість надзвичайно різноманітного застосування квантових генераторів, спонукало фахівців різних галузей медицини впритул зайнятися впливом лазерного випромінювання на організм людини. Було встановлено, що цей вид випромінювання має такі властивості:
- при роботі з джерелами лазерного випромінювання повреждающими факторами можуть з'явитися як пряме (з самої установки), так і розсіяне, а також відбите випромінювання;
- ступінь ураження залежить від параметрів електромагнітної хвилі і локалізації опромінюваної тканини;
- поглинається цими тканинами енергія може викликати ряд негативних ефектів - теплової, світлової та т. Д.
З фізики нам відомо, щоб зробити вплив на біологічний об'єкт, промінь світла повинен поглинатися тканиною повністю або частково. Без поглинання світла чутливим до нього органом- мішенню ніякого впливу на нього не відбувається.
При впливі лазерним променем на біооб'єкт частина випромінювання відповідно до властивостей опромінюваної поверхні відбивається, інша частина поглинається. Першими на шляху проникнення лазерного випромінювання в біооб'єкт лежать шкірні покриви. Коефіцієнт відображення шкірою електромагнітних хвиль оптичного діапазону досягає 43-55% і залежить від різних причин: охолодження ділянки впливу знижує значення коефіцієнта відображення на 10-15%; у жінок він на 5-7% вище, ніж у чоловіків, у осіб старше 60 років, нижче в порівнянні з молодими: збільшення кута падіння променя веде до зростання коефіцієнта відображення в десятки разів. Істотний вплив на коефіцієнт відбиття надає колір шкірних покривів: чим темніше, тим цей параметр нижче; так на пігментовані ділянки він становить 6-8%.
Глибина проникнення низькоенергетичного лазерного випромінювання в біооб'єкт залежить, в першу чергу, від довжини електромагнітної хвилі. Експериментальними дослідженнями встановлено, що проникаюча здатність випромінювання від ультрафіолетового до помаранчевого діапазону поступово збільшується від 1-20 мкм до 2,5 мм, з різким збільшенням глибини проникнення в червоному діапазоні (до 20-30 мм), з піком проникаюче здібності в ближньому інфрачервоному ( при довжині хвилі = 950 нм - до 70 мм) і різким зниженням до часток міліметра надалі інфрачервоному діапазоні.
Максимум пропускання шкірою електромагнітного випромінювання знаходиться в діапазоні довгих хвиль від 800 до 1200 нм. Поглинання низькоенергетичного лазерного випромінювання залежить від властивостей біологічних тканин. Так в діапазоні довжин від 600 до 1400 нм шкіра поглинає 25-40% випромінювання, м'язи і кістки - 30-80%, паренхіматозні органи (печінка, нирки, підшлункова залоза, селезінка, серце) - до 100.
Пошуки фоторецепторів і фотоакцепторов ведуться давно. Дані сучасної фізіології заперечують наявність на шкірі людини і тварин специфічних фоторецепторів. Відносно акцепторів електромагнітного випромінювання оптичного діапазону думки вчених розділилися: одні доводять наявність специфічних акцепторів суворо визначених довжин хвиль світлового випромінювання, інші схильні до узагальнення і вважають неспецифічними фотоакцепторов дві такі великі групи, як біополімери (білки, ферменти, біологічні мембрани, фосфоліпіди, пігменти і ін.) і біологічні рідини (лімфа, кров, плазма, внутрішньоклітинна вода). Експериментальні та клінічні дослідження з визначення специфічних фотоакцепторов дають підстави вважати такими в червоній області спектра каталазу, супероксиддисмутазу, цітохромоксідний комплекс, молекулярний кисень з утворенням синглетного кисню. Максимум фотоіндукованої биостимуляции електромагнітними хвилями в червоній (633 нм), зеленої (500 нм) і фіолетовою (415 нм) області спектра дає підставу думати про порфириновой природі первинного фотоакцепторов в клітинах.
Спектр поглинання біополімерів електромагнітних хвиль оптичного діапазону досить широкий.
Так білки, в залежності від складності їх структури, поглинають світло від ультрафіолетового до інфрачервоного спектра: елементарні білкові структури (амінокислоти, різні залишки білкових молекул і ін.) Реагують на випромінювання ультрафіолетового діапазону; чим довше система сполучених подвійних зв'язків в молекулі. Тим при більшій довжині хвилі розташовується довгохвильовий максиму поглинання. Ферменти теж є речовинами білкової природи, що несуть на собі певні компоненти - активаційні центри. Ферменти служать каталізаторами без біохімічних реакцій, а для ферментативного каталізу найважливіше значення має електронно-конформаційні взаємодії. З огляду на, що енергія конформаційних переходів біополімерів невелика (енергія, необхідна для освіти спірального ділянки биополимера з 4-х ланок, дорівнює близько 10 кДж / моль, енергія внутрішнього обертання пептидного зв'язку приблизно дорівнює 84 кДж / моль), можна пояснити відгук різних ферментативних систем навіть на слабкі енергетичні впливу, а саме, лазерне випромінювання червоного та ближнього інфрачервоного діапазону.
Послідовність ураження при біологічному дії лазерного випромінювання така:
- різке підвищення температури, що супроводжується опіком;
- за цим слід закипання межтканевой, а також клітинної рідини;
- утворюється пар створює величезний тиск, що завершується вибухом і ударною хвилею, яка руйнує навколишні тканини.
При малих і середніх інтенсивностях опромінення особливо страждають шкірні покриви. При більш сильному впливі, пошкодження на шкірі мають вигляд набряків, крововиливів і відмерлих ділянок. Зате внутрішні тканини зазнають значних змін. Причому найбільша небезпека виходить від прямого і дзеркально відбитого випромінювання. Воно ж викликає патологічні зміни в роботі найважливіших систем організму.
Особливо зупинимося на впливі лазерного випромінювання на органи зору.
Короткі імпульси випромінювання, що генеруються лазером, викликають сильне ураження сітківки, рогівки, райдужної оболонки і кришталика ока.
По-перше, за настільки короткі проміжки часу тривалості імпульсу (0,1 с) не встигає спрацювати захисний мігательний рефлекс.
Крім того, рогова оболонка і кришталик ока - надзвичайно легко вразливі органи.
Негативний внесок в поразку органів зору вносить і оптична система ока, фокусуючи лазерне випромінювання на очному дні. Точка лазерного випромінювання, що потрапила на сосудик сітківки, може закупорити його. Оскільки там немає больових рецепторів, то і пошкодження сітківки спочатку непомітно. Але, коли випалена лазерним променем область стає досить великою, що потрапили на неї зображення предметів зникають.
Характерними симптомами при ураженні очей є спазми і набряк повік, біль в очах, помутніння і крововилив сітківки. Після пошкодження клітини сітківки не відновлюються.
Інтенсивність випромінювання, що приводить до пошкодження органів зору, має більш низький рівень, ніж випромінювання, що викликає ушкодження шкіри. Небезпеку можуть представляти будь-які інфрачервоні лазери, а також пристрої, що дають випромінювання видимого спектру з потужністю понад 5 мвт.
Всі лазери, які використовуються в косметології, відносяться до 4 класу небезпеки. Це означає, пряме або дзеркально відбите випромінювання лазера надзвичайно небезпечно для очей.
Лазерні системи, що працюють в діапазоні хвиль 690-1400нм містять інфрачервоний промінь, який не володіє канцерогенну і мутагенну властивістю. Тому вагітність лікаря не є протипоказанням для роботи на такому лазері. Якщо ж мова йде про фотоепіляції або елос, промінь світла сильно відбивається від поверхні шкіри і розсіюється в навколишнє середовище, в зв'язку з чим різко зростає вплив світлових хвиль на організм лікаря і пацієнта. В цьому випадку вагітність є абсолютним протипоказанням до роботи на такій лазерної системі.
Кращою профілактикою лазерного випромінювання є дотримання правил експлуатації і захисту, а також своєчасне медичне обстеження.