Патологические эффекты воздействия лазерного излучения

На орган зрения

Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений самых различных длин волн, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии (мощности) излучения видимого ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне на несколько порядков по отношению к роговице, выделяет его в наиболее уязвимый орган.

Степень повреждения глаза главным образом зависит от таких физических параметра как время облучения, плотность потока энергия, длина волны и вид излучения (импульсное или непрерывное), а также индивидуальных особенностей глаза. При рассмотрении воздействия лазерного излучения на орган зрения необходимо отдельно разбирать действие излучения с длинами волн в интервале 0,4-1,4 мкм и длин волн вне этого интервала. Для электромагнитного излучения длинами волн короче 0,4 мкм и длиннее 1,4 мкм оптические среды глаза являются непрозрачными, и поэтому фокусирующее действие не имеет места.

Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы (кератит). Наибольшим поражающим действием обладает излучение с длиной волны 0,288 мкм. Излучение с длиной волны короче 0,32 мкм почти полностью поглощается в роговице и водянистой влаге передней меры глаза, а с длинами волн 0,32-0,39 мкм - в хрусталике. За счет высокого коэффициента поглощения излучения в роговице и водянистой влаге передней камеры даже на длине волн 0.32 мкм минимальная величина энергии, необходимая для возникновения нежелательных химических реакций в хрусталике, в 2 раза больше, чем соответствующая энергия для роговицы. Поэтому помутнение хрусталика (катаракта) под влиянием ультрафиолетового излучения наблюдается редко. Локальные ожоги роговицы лазерным излучением с длиной волны в пределах ультрафиолетовой области спектра устраняются в процессе самозаживания.

Для лазерного излучения с длиной волны 0,4-1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Несмотря на то, что и здесь (при больших мощностях) может происходить повреждение переднего отдела глаза, основное значение приобретает повреждение сетчатки, которое начинает происходить при уровнях энергии, еще не вызывающих повреждения прозрачных сред глаза. Она представляет собой функционально наиболее значимый элемент глаза, обладает высокой чувствительностью к электромагнитным волнам видимой области спектра и характеризуется большим коэффициентом поглощения электромагнитных волн видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областей.

Повреждение глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки, сопровождающихся незначительными или полностью отсутствующими изменениями зрительной функции, до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже к полной его потере.

Длительное облучение сетчатки в видимом диапазоне на уровнях, не намного меньших порога ожога, может вызывать необратимые изменения в ней.

Повреждение сетчатки обязательно сопровождается нарушением функции зрения. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреждения не восстанавливаются.

Повреждения сетчатки под влиянием лазерного излучения можно разделить на две группы. К первой относятся временные нарушения зрительной функции глаза без видимых изменений глазного дна. Примером такого повреждения является ослепление от яркости световой вспышки. Ко второй относятся повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки, проявляющиеся в виде термического повреждения ожогового или «взрывного» характера.

Ослепление от яркости световой вспышки является самым слабым проявлением поражающего действия лазерного излучения. Оно носит обратимый характер и выражается в возникновении слепого пятна в поле зрения. Результатом такого ослепления является полный распад зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки под действием видимого света большой яркости. Ослепление наступает при наблюдении источника яркого света, который создает на роговице плотность излучения порядка 150 Вт/см². Восстановление зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки иногда затягивается на несколько минут.

Воздействие на глаз сверхпороговых интенсивностей излучения вызывает тепловой ожог глазного дна с необратимым повреждением сетчатки. Минимальное повреждение проявляется мельчайшим, видимым в офтальмоскоп изменением сетчатки, представляющее собой небольшое белое пятно из свернувшихся белков с областью кровоизлияния в центре. Поврежденный участок окружен зоной отека. После несколько дней на месте повреждения появляется рубец из соединительной ткани, не способный нести функцию зрительного восприятия.

Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное, так как в этом случае повреждение глазного дна вызывается комбинированным действием — термическим и механическим. Механическое действие излучения проявляется в виде «взрыва» зерен меланина, причем сила «взрыва» такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело.

Облучение меньшими уровнями может вызывать начальные изменения, при которых восстановление зрительной функции возможно, однако считается, что повторное облучение при таких же, достаточно низких энергетических уровнях может привести к невосстанавливающимся повреждениям.

При воздействии лазерного излучения на сетчатку особенно опасны повреждения центральной ямки и желтого пятна — наиболее важных функциональных областей глаза. Повреждение этих областей сопровождается почти полной потерей зрения. Чем больший угол между зрительной осью и направлением падения лазерного луча, тем меньше степень нарушения функции зрения.

Непроизвольные движения глазного яблока приводят к тому, что отдельные участки сетчатки изменяют свое положение относительно падающего излучения много раз в секунду. Поэтому непрерывное и импульсно-периодическое излучение вызывают повреждения сетчатки в области, большей, чем площадь сфокусированного на ней изображения, даже в том случае, если во время облучения пучок не отклоняется от прямой линии видения.

В стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры удерживается около 5% проходящей через них энергии электромагнитных волн видимой области спектра.

Поглощение энергии излучения различными структурами глаза растет с увеличением длины волны излучения в ближней инфракрасной области. Излучения с длинами волн более 1,4 мкм практически полностью поглощаются в стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры. При умеренных повреждениях эти среды глаза способны самовосстанавливаться.

Небольшие ожоги радужной оболочки могут закончиться самозаживлением и не вызывают постоянных нарушений зрения. Тяжелые ожоги приводят к образованию рубцовой ткани, деформации радужной оболочки с потерей остроты зрения. Степень повреждения радужной оболочки лазерным излучением в значительной мере зависит от ее окраски. Например, зеленые и голубые глаза характеризуются большим повреждением, а карие — небольшим.

Лазерное излучение средней инфракрасной области света может причинить тяжелое повреждение роговице, сопровождающееся денатурацией белков и полной потерей прозрачности (образованием бельма). Главный механизм воздействия инфракрасного излучения - тепловой. Степень теплового повреждения роговицы зависит от поглощенной дозы излучения, причем травмируется не сосудистая оболочка, расположенная глубже, а тонкий эпителиальный слой. Если доза излучения велика, то может произойти полное разрушение защитного эпителия с одновременным помутнением радужной оболочки из-за коагуляции белка и хрусталика, развивается катаракта. Хрусталик повреждается около обожженных участков радужной оболочки. Это свидетельствует о том, что изменения в хрусталике носят вторичный характер, т. е. инфракрасное излучение поглощается пигментным эпителием радужной оболочки, и, превращаясь в тепло, приводит к повреждению соседних участков хрусталика.

Таким образом, лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основной механизм повреждений - тепловое действие.