Вопрос 16 Влияние лазерного излучения на человека

В отличие от вакуумных электронных приборов СВЧ, где электроны являются свободными и процессы их взаимодействия описываются классической механикой, квантовые приборы отличаются рядом особенностей от своих классических собратьев. Принцип действия квантовых приборов объясняется на основе положений квантовой механики. Оптические и микроволновые квантовые генераторы особенно в зарубежной литературе называются соответственно «лазерами» и «мазерами» (по первым буквам английских названий):

Следовательно, мазеры — квантовые усилители и генераторы, работающие в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн, а лазеры — квантовые приборы, работающие в оптическом диапазоне от дальней области инфракрасного излучения до вакуумного ультрафиолета, включая видимый диапазон. Принцип работы этих квантовых приборов одинаков, за исключением конструктивных особенностей, обусловленных различием. техники, применяемой на отдельных участках электромагнитного спектра.

В отличие от всех известных оптических источников, излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интенсивностью. Мощность твердотельного оптического квантового генератора (ОКГ) может достигать 10¹² Вт. При фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне. Из оптики известно, что минимальный радиус пятна r_s при фокусировке пропорционален длине волныПредположим, что мкм. Учитывая,

что на практике получить теоретический предел довольно трудно из-за несовершенства оптических систем, примем Тогда интенсивность излучения составит

 (3.1)

Таким образом, плотность мощности лазерного излучения может достигать чрезвычайно высоких значений порядка и более.

При воздействии такого излучения на вещество развиваются чрезвычайно высокие температуры порядка

 К и выше.

Лазерное излучение, обладая чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяет получать высокие значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с внутриатомными полями. Максимальное значение электромагнитной связи электрона с протоном было определено у водорода:

 (3.2) где е — заряд электрона; — радиус электронной орбиты.

При см величина

Как известно, интенсивность поля (плотность мощности) связана с напряженностью электрического поля Е соотношением

 (3.3)

где — диэлектрическая проницаемость вакуума; с — скорость света.

Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать мощность лучевого потока, изменять направление его распространения с помощью фокусирующих линз, внешних коллиматоров, отражающих зеркал или специальных устройств. В настоящее время разработано значительное число методов и устройств, позволяющих производить модуляцию с использованием эффектов Фарадея, Керра, Покельса и других явлений.

Свойства лазеров позволяют получить необычайно высокое значение яркости излучения. Яркость лазерного ис-точника на много порядков превышает яркость Солнца и мощность искусственных источников спонтанного оптического излучения.

Лазерные системы, являясь продуктом созидательной деятельности человека, помимо широчайшего научно-технического и промышленного применения имеют чрезвычайно разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п. Воздействие лазерного излучения на человека, живой организм, живую клетку многолико и противоречиво. С одной стороны, осторожное, продуманное использование лазерного излучения дает возможность получить много нового, неожиданного, полезного. В настоящее время лазерное излучение используется и как хирургический нож для удаления злокачественных опухолей и других образований, и как тонкий инструмент в микрохирургии глаза, и как целительный луч для лечения самых разнообразных заболеваний сердца, печени, вегетативно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т. д.

С другой стороны, лазерное излучение представляет определенную опасность при неосторожном и неумелом его использовании. Даже работа с маломощным лазером представляет опасность прежде всего для глаз. При более мощном излучении могут быть получены долго незаживающие ожоги кожи. При соответствующих мерах безопасности и правильной оценке степени риска работа с лазерными источниками может быть сведена до такого же уровня, как работа с другим электротехническим оборудованием.

Человечество и все живое со дня своего рождения подвергается воздействию прежде всего электромагнитного излучения. Поэтому для человека излучения мазеров и лазеров не представляют принципиально нового вида из-

лучений, хотя и обладают рядом специфических свойств _по сравнению с другими некогерентными источниками видимого света, УФ-, инфракрасного и СВЧ-излучений. Лазерное излучение даже очень малой интенсивности при определенных условиях может сфокусироваться в глазной среде и представить опасность для сетчатки глаза, которая является светочувствительной поверхностью дна глазного яблока.

Сетчатка глаза подвержена опасности воздействия лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,4 мкм до 1,4 мкм. Вне этого участка падающее излучение поглощается роговой оболочкой, которая является передним прозрачным слоем глаза и может быть тоже поражена в указанном диапазоне длин волн.

Глазная линза обладает фокусирующими свойствами и вследствие этого сетчатка становится наиболее чувствительной и поражаемой областью глаза. Поток лазерного излучения, падающего на глаз, может фокусироваться на поверхности сетчатки в малое пятно, поэтому на площади фокального пятна интенсивность излучения может оказаться значительно выше, чем на роговой оболочке, т. е. на входе глаза. Например: отношение интенсивностей на входе глаза и на фокальном пятне сетчатки пропорционально , где — соответственно радиусы зрачка глаза и фокального пятна. При характерных размерах г_о«0,2 см и г_п «10 мкм, имеем . Отсюда видно, что благодаря фокусирующим свойствам глаза интенсивность на сетчатке глаза может быть увеличена примерно на четыре порядка по сравнению с интенсивностью на входе глаза. Из этого следует, что для сетчатки может оказаться губительной та интенсивность, которая совершенно не опасна для Других частей тела. Для оценки биологического воздействия лазерных излучений на сетчатку вводятся пороговые значения мощности на единицу поверхности сетчатки, вызывающие обнаруживаемые повреждения на ее поверхности. Значения этих пороговых мощностей зависят от размеров пятна, длительности импульса, длины волны падающего лазерного излучения, режимов работы лазера, угла падения лучей, расстояния до источника и других факторов.

Лазерное излучение голубой области видимого света опаснее для сетчатки, чем излучение в красной области при равенстве мощности облучения. Это объясняется дополнительным фотохимическим действием коротковолнового участка видимого диапазона. При работе с когерентными источниками УФ-диапазона следует проявлять особую осторожность, так как излучения с длиной волны менее 0,32 мкм даже при низких уровнях мощности приводят к фотоофтальмии (солнечному «ожогу»). Излучение в этой области спектра обладает кумулятивным эффектом и сразу после облучения не вызывает ощущения «песка в глазу». Болевое ощущение проявляется спустя некоторое время (несколько часов после облучения).

Излучение вызывает по-

вреждение эпителия роговой оболочки. Механизм повреждения в этом случае имеет тепловую природу в отличие от фотохимического действия УФ-излучения.

Определенную опасность для зрения представляют спонтанные излучения ламп оптической накачки, тепловое излучение поглотителей, используемых при работе мощных лазеров, газоразрядных трубок. Эти устройства необходимо учитывать с целью уменьшения влияния вредных и опасных факторов, возникающих при работе с ними.

Все аспекты воздействия лазерных излучений на зрение в настоящее время до конца не изучены и требуют дальнейших исследований.

При рассмотрении процессов воздействия лазерного излучения на кожный покров прежде всего необходимо учитывать длину волны и мощность падающего излучения и пигментацию кожи. Чем выше пигментация кожи в видимом диапазоне, тем меньше ее отражательная способность. Однако при больших уровнях мощности и длинах волн более 2 мкм и менее 0,3 мкм пигментация кожи большой роли не играет. В средней и дальней областях инфракрасного диапазона кожный покров сильно поглощает излучение, так как клетки кожного покрова содержат более 60% воды, которая является широкополосным поглотителем.

Особую опасность для кожного покрова представляет излучение СО₂-лазеров по следующим причинам:

• на длине волны 10,6 мкм коэффициент поглощения кожного покрова очень высок и падающее излучение почти целиком поглощается в очень тонком слое, что усиливает эффект ожога;

• излучение на этой длине волны невидимое (без специальных мер визуализации), что усиливает степень риска при работе;

• этот тип лазеров очень распространен и имеет значительные мощности, что требует особых мер безопасности.

При воздействии мощных коротких импульсов на кожный покров могут возникать ударные волны, вызывающие смещение и повреждение органов.

 

Вопрос 17   Оценка опасности вредных веществ в воде

Основным показателем оценки опасности вредных веществ при их поступлении в воду, является подпорого-вая (максимальная недействующая) концентрация МНК, мг/л, определяемая по санитарно-токсикологическим признакам при поступлении вещества в организм с водой. Другим показателем является подпороговая максимальная недействующая доза вещества МИД

 (5.4)

Таким образом, подпороговая доза в 20 раз меньше, чем соответствующая концентрация данного вещества в воде.

Поскольку наряду с раздражающим, токсическим или комплексным действием на организм многие вещества обладают специфическими привкусами и запахами, оценивается также подпороговая органолептическая концентрация , определяемая восприятием вещества органами чувств.

К токсикометрическим характеристикам вредных веществ в воде относятся также:

• пороговая концентрация, не влияющая на санитарные характеристики воды в водном объекте,

• пороговая доза по отдаленным эффектам, ПД_отд;

• пороговая доза по общетоксическому действию,

Класс опасности вещества в воде устанавливается в четыре этапа. Для установления класса опасности используют различные отношения между экспериментально установленными характеристиками

 

Вопрос 18   Оценка опасности загрязняющих веществ в почве

Загрязнение почвы — это антропогенное изменение ее физических, химических и биологических характеристик, вызывающее снижение плодородия или опасность для здоровья населения, животных и растительных организмов. Почва может загрязняться преимущественно твердыми и жидкими отходами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, бытовыми отходами. К числу наиболее значимых загрязняющих компонентов почвы принадлежат патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы и др.), вызывающие заболевания человека и животных. Химическое загрязнение почвы происходит в сельском хозяйстве в результате применения пестицидов и удобрений, а на территориях свалок-полигонов — вследствие накопления токсичных твердых отходов.

Вредные химические вещества, содержащиеся в почве, непосредственно на человека не влияют, но могут поступать в организм в основном через разные звенья пищевых цепей, а также в результате загрязнения воздуха и воды.

Экспериментальными методами устанавливаются токсикометрические характеристики загрязняющих веществ в почве:

• миграционный воздушный показатель вредности МА, мг/м³, характеризующий переход веществ из пахотного слоя почвы в атмосферный воздух;

• транслокационный показатель вредности ТВ, мг/кг, характеризующий переход химического вещества из пахотного слоя почвы через корни в растение и накопление его в зеленой массе;

• общесанитарный показатель вредности ОС, мг /кг, характеризующий влияние химического вещества на способность почвы к самоочищению и на микрофлору почвы (на 1 кг воздушно-сухой почвы).

 

Вопрос 19:   Нормирование вредных веществ в воздухе

Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 загрязнением атмосферы называется изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примесей.

Загрязнение, обусловленное деятельностью человека, называется антропогенным загрязнением. Под примесью понимается рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Таким образом, к примесям могут относиться не только токсичные, но и не-

токсичные вещества, например уменьшающие прозрачность воздуха..

Все загрязняющие вредные вещества в токсикологии принято оценивать по их воздействию на организм. Наиболее характерными являются собственно токсические (ре-зорбтивные) и рефлекторные (органолептические) воздействия.

Рефлекторные реакции могут проявляться в форме ощущения запаха, световой чувствительности и т. п. Ре-зорбтивное действие может быть общетоксическим, канцерогенным, мутагенным и т.д.

Эти обстоятельства вызывают необходимость устанавливать для загрязняющих воздух веществ два вида предельно допустимых концентраций: максимальную разовую и среднесуточную. Первая вводится с целью предупреждения негативных рефлекторных реакций при кратковременном воздействии и обозначается , а вторая — для предупреждения токсического действия

(ПДК,_С).

Слово «разовая» имеет определенный количественный смысл: кратковременным рефлекторным действием вещества считается 20 мин и поэтому при контроле загрязненности воздуха такими веществами пробы берутся однократно в течение 20 или 30 мин.

С

сравнивают концентрации, определяемые несколько раз в течение суток (обычно 4 раза, иногда — каждый час). При этом учитываются следующие обстоятельства.

1. Из-за неустойчивости направлений ветра примеси могут присутствовать или отсутствовать в населенном пункте: ветер может быть направлен от источника выброса к населенному пункту или в сторону от него. Поэтому концентрации могут быть выше или ниже  в течение того или иного отрезка времени.

 

Вопрос 20:   Задачи промышленной токсикологии

Важнейшей задачей промышленной токсикологии является токсикологическая оценка вредных веществ промышленного происхождения с целью их гигиенической регламентации. В условиях, когда избежать присутствия вредных веществ в окружающей среде нельзя, необходимо устанавливать предельные (максимальные) значения их содержания, при которых эти вещества не оказывают негативного воздействия на организм человека, т.е. проводится нормирование загрязняющих веществ: установление так называемых предельно допустимых концентраций или других ограничительных нормативов.

В условиях производства человек, как правило, находится под воздействием не одного, а нескольких разных

_ксенобиотиков, а также под совместным (комбинированным) воздействием химических веществ и физических факторов (шума, вибрации, высоких температур, электромагнитных полей и др.). В совокупности все они называются вредными и опасными производственными факторами.

Второй задачей промышленной токсикологии является изучение и регламентация совместного воздействия на организм различных неблагоприятных факторов окружающей (в том числе и производственной) среды.

В задачи токсикологии входят также исследования механизмов воздействия ядов на организм их поведения в живых системах, включая распространение по пищевым цепям в экосистемах и др.

Токсикология изучает проявления различных эффектов действия ядов в организме: гонадотропных (влияние на половые железы), эмбриотропных (воздействие на зародыши), мутагенных (вызывание мутаций в генно-хромосомном аппарате), канцерогенных (вызывание злокачественных новообразований).

 

Вопрос 21:   Механизмы адаптации

Процесс адаптации носит фазовый характер.

Первая фаза — начальная фаза. Она характеризуется тем, что при первичном воздействии внешнего необычного по силе или длительности фактора возникают гене-рализованные физиологические реакции, в несколько раз превышающие потребности организма. Эти реакции протекают некоординированно, с большим напряжением органов и систем. Поэтому их функциональный резерв скоро истощается, а приспособительный эффект низкий, что свидетельствует о «несовершенстве» данной формы адаптации. Адаптационные реакции на начальном этапе протекают на основе готовых физиологических механизмов. При этом «программы» поддержания гомеостаза могут быть врожденными или приобретенными в процессе предшествующего индивидуального опыта. Такие «программы» могут существовать на уровне клеток, тканей, на уровне фиксированных связей в подкорковых образованиях и, наконец, в коре больших полушарий благодаря ее способности образовывать временные связи. Примером проявления первой фазы адаптации может служить рост легочной вентиляции и минутного объема крови при гипоксическом воздействии и т.п.

Вторая фаза — переходная к устойчивой адаптации. Она проявляется в условиях сильного или длительного влияния возмущающего фактора либо комплексного воздействия. При этом возникает ситуация, когда имеющиеся физиологические механизмы не могут обеспечить должного приспособления к среде. Необходимо создание новой системы, в которой на основе элементов старых программ создаются новые связи.

В целом во вторую фазу адаптации идет поиск организмом более выгодных механизмов функционирования. Третья фаза — фаза устойчивой или долговременной адаптации. Основным условием наступления этого этапа адаптации является многократное либо длительное действие на организм факторов, мобилизующих вновь созданную функциональную систему. Организму нужна тренировка, во время которой происходит «фиксация сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой» (Е.П. Гора).

Организм переходит на новый уровень функционирования. Он начинает работать в более экономном режиме за счет уменьшения затрат энергии на неадекватные реакции. На данном этапе преобладают биохимические процессы на тканевом уровне. Накапливающиеся в клетках под влиянием новых факторов среды продукты распада становятся стимуляторами реакций анаболизма. В результате перестройки клеточного обмена процессы анаболизма начинают преобладать над катаболическими. Происходит активный синтез АТФ из продуктов ее распада. Метаболиты ускоряют процесс транскрипции РНК на структурных генах ДНК. Увеличение количества информационной РНК вызывает активацию трансляции, приводящую к интенсификации синтеза белковых молекул.

Усиленное функционирование органов и систем оказывает влияние на генетический аппарат ядер клетки. Это приводит к формированию структурных изменений, которые увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию. Именно этот «структурный след» является основой долговременной адаптации.

По своей физиологической и биохимической сути адаптация — это качественно новое состояние, характеризующееся повышенной устойчивостью организма к экстремальным воздействиям. Главная черта адаптированной системы — это экономичность функционирования, т.е. рациональное использование энергии. Состояние адаптации характеризуется физиологическими, биохимическими и морфологическими сдвигами, возникающими на разных уровнях организации от организменного до молекулярного.