Вредное воздействие лазерного излучения на здоровье работников

Рассмотрим физическую природу лазерного излучения. В научной литературе лазерное излучение рассматривается как вынужденное испускание атомами химического вещества особых порций-квантов электромагнитного излучения. Лазерное излучение вырабатывается соответствующими технологическими установками, которые получили широкое распространение как в производственной сфере, так и в быту. Например, бытовые проигрыватели дисков содержат соответствующие лазерные оптические считывающие системы.
 
Конструктивно лазерные установки, как правило, состоят из встроенных активных (лазерных) сред, содержащих оптический резонатор, соответствующий источник энергии и системы охлаждения. Лазерный луч характеризуется монохроматичностью и малой расходимостью. Данные физические свойства лазерных лучей позволяют добиться эффективного локального термоэффекта за счет высоких энергетических экспозиций. Такие уникальные характеристики определяют целый ряд полезных потребительских свойств лазеров, которые широко используются для промышленной обработки материалов, в практической медицине (хирургия, терапия), косметологии и т.д.
 
Важно отметить особенности оптических свойств современных лазеров, которые получили применение в системах навигации, в локаторах, телекоммуникациях. Инженеры-разработчики подбирают различные вещества для активных сред лазеров. Это необходимо для того, чтобы сформировать излучение нужной длины волны – от ультрафиолетового излучения до длинноволнового инфракрасного излучения.
 
Промышленное применение получили определенные виды лазеров, которые характеризуются определенными длинами волн – 0,33, 0,49, 0,69, 1,06 и 10,5 мкм.
  
Медицину труда, прежде всего, волнует особое биологическое воздействие излучения лазерных установок на здоровье работников. Такое воздействие неоднозначно, характеризуется сложностью воздействия в зависимости от длины волны, энергетических характеристик мощности, импульсной частоты излучения, размера зоны облучения, а также от особенностей анатомического и физиологического строения определенных органов, систем органов и тканей человеческого организма, подвергающихся соответствующей дозе излучения.
 
Физиологи рассматривают широкий спектр абсорбируемых частот органических молекул биологической ткани. Причем существенного значения не имеет характер излучения (монохроматичность, когерентность). Данные характеристики практически не влияют на повреждающий характер лазерного излучения. Это обусловлено явлениям теплопроводности в тканях и присущими глазу мелкими движениями, которые при относительно длительном воздействии излучения нарушают его интерференционную картину. Поэтому можно утверждать, что пропускание и поглощение излучения тканями человеческого организма специфического характера не носит и подчиняется обычным законам, присущим всем иным видам некогерентных излучений.
 
Поглотив определенную дозу лазерного излучения пораженные ткани подвергаются воздействию энергии, которая по своей физической природе видоизменяется, например, в тепловую, механическую, фотохимическую энергию. Такое мощное локальное энергетическое воздействие формирует соответствующие тепловые, фотохимические, ударные процессы и т.д.  Наиболее уязвимым органом человека здесь является глаз. Сетчатка зрительного анализатора подвергается вредному поражающему воздействию лазеров видимого излучения (диапазон длин волн от 0,38 до 0,7 мкм), а также ближнего инфракрасного излучения (диапазон длин волн от 0,75 до 1,4 мкм). 
 




Излучения других диапазонов не оказывая непосредственного вредного воздействия на сетчатку, могут повреждать роговицу, радужную оболочку и хрусталик глаза работника. Здесь важно отметить ряд важных физиологических особенностей зрительного анализатора человека. В частности лазерное излучения достигает сетчатки глаза, а затем попадает в оптическую систему органа зрения. При этом пучок излучения многократно усиливается (до 10 000 раз). Важно понимать, что короткие испускаемые импульсы лазерного излучения значительно по скорости опережают защитные возможности мигательного рефлекса. В тот промежуток времени (до 0,1 с), когда глаз оказывается незащищенным, короткие импульсы лазерного излучения оказывают свое вредное повреждающее действие.   
 
Другими воротами для проникновения вредных лазерных излучений являются кожные покровы человеческого организма. Характер физического действия лазера на кожу определяется, прежде всего, длиной испускаемого излучения и индивидуальными пигментными характеристиками кожных покровов конкретного человека, его особенностями, генетической предрасположенностью. Лазерные излучения видимого спектра в большей части отражаются кожными покровами человека. Ситуация усугубляется, когда на работника воздействуют излучения дальней инфракрасной области. Такие излучения активно поглощаются кожными покровами, которые в значительной мере состоят из воды. В данном случае возникает опасность ожогов кожных покровов.
 
Коварным врагом человеческого организма являются лазерные излучения, характеризующиеся значениями длин волн, уровни которых несколько превышают или соответствуют установленных нормативами предельным значениям. На здоровье человека оказывается незаметное, но неумолимое вредное воздействие. Негативные эффекты  от использования низкоэнергетических излучений, как правило, проявляется не сразу. У работников, в течение длительного времени обслуживающих лазерные установки, со временем выявляются различные неспецифические нарушения состояния здоровья. В перечень таких патологических состояний входят разнообразные по клинической картине неврологические и сердечно-сосудистые заболевания. У таких работников часто развиваются астенические состояния, астеновегетативные и вегетососудистые дистонии.  
 
Поэтому важнейшее значение в профилактике физиологических расстройств состояния здоровья приобрело  эффективное нормирование вредного воздействия лазерного излучения. В настоящее время получили распространение два научно-обоснованных подхода к нормированию лазерных излучений. Предметом рассмотрения первого подхода является изучение местных повреждающих эффектов на тканях и органах человека, подвергнувшихся воздействию излучения. Другой подход основывается на методиках выявления функциональных и морфологических нарушений систем и конкретных органов человеческого организма, на которые непосредственного воздействия излучения не было.


  
 
Критерии гигиенического нормирования биологического действия лазерного воздействия основаны на особой классификации в зависимости от спектра длин волн лазерных излучений. Диапазон действия лазерного излучения разделен на ультрафиолетовую область (длина волны от 0,18 до 0,38 мкм), видимую область (длина волны от 0,38 до 0,75 мкм), ближнюю инфракрасную область (длина волны от 0,75 до 1,4 мкм) и дальнюю инфракрасную область (длина волны от 0,75 до 1,4 мкм).  
 
Величины предельных допустимых уровней излучения соответствуют принципу установления минимальных пороговых повреждениях тканей организма (кожные покровы, зрительный анализатор), которые могут быть определены современными методами обследования. Важнейшими нормируемыми параметрами лазерных излучений являются энергетическая экспозиция Н (Дж х (м/100)) и облученность Е (Вт x (м/100)), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).
 
 В практике экспериментальных и клинико-физиологических исследований, медицинских осмотров работников, подвергшихся воздействию различного рода излучений, преобладают описанные выше неспецифические патологические состояния, а местные повреждения встречаются значительно реже.  

Исследователи отмечают наличие у пораженных лазерами видимого спектра сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обменов. Лазерные излучения с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятель­ности симпатоадреналовых и гипофиз-надпочечниковых систем человеческого организма.
 
За рубежом наиболее признанными гигиеническими нормативами являются стандарт США ANSI – Z 36 (1972 г.) и стандарт МЭК – публикация 825. В СССР нормирование лазерных излучений было установлено впервые в 1972 году. В 1981 году были введены в действие первые санитарные нормы и прави­ла. Отечественная и западная системы нормирования различаются. От­личительной особенностью российских нормативов  по сравнению с зарубеж­ными является регламентация значений предельно-допустимых уровней лазерного излучения с учетом не только повреждаю­щих эффектов глаз и кожи, но и с учетом функциональных изменений в организме.
 
На практике задача обоснования нормативов значительно усугублена тем, что имеется достаточно широкий диапазон длин волн лазерных излучений. Встречается большое разнообразие физических параметров тех или  иных источников излучений, а также разнообразны соответствующие повреждающие биологические эффекты. Такого рода исследования носят комплексный характер, требуют длительного времени исследования и обобщения статистических данных, являются крайне сложными, трудоемкими и дорогостоящими.
 
В практике физико-биологических исследований природы вредного воздействия лазерного излучения в научной исследовательской практике получило распространение применение различных методик математического моделирования. Применение сложных алгоритмов и статистических моделей значительно ускоряет ход исследований, позволяет в ряде случаев значительно уменьшить объем экспериментальных исследований в лабораториях с использованием подопытных животных. Применение математических моделей в частности позволяет учитывать характер распределения энергии и абсорбционные ха­рактеристики облучаемой ткани.
 
Научные методы широко применяются для разработки новых гигиенических норм и уточнения действующих ранее нормативов. В настоящее время актуализирована и используется последняя редакция  «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП № 5804-91 (далее по тексту – Правила № 5804-91), которые приняты на основании результатов научных исследований и учета основных положений разработанных ранее документов (СНиП 2392-81, стандарт МЭК /пуб­ликация № 825 1984 года с изменениями 1987 года/ – «Радиационная безопасность лазерных изделий, классификация оборудования, требования и руководство для по­требителей»).
 
Правилами № 5804-91 установлены ПДУ лазерного излучения при различных условиях воздействия на человека, классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения, а также требования к устройству и эксплуатации лазеров, к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест, персоналу, состоянию производственной среды, применению СИЗ и  медицинскому контролю. Кроме того значения ПДУ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте, оборудованном лазерной техникой, регулируются также ГОСТами, СНиПами, СН и иными документами, которые перечислены в Приложении 1 к Правилам № 5804-91. Однако многие из этих документов утратили силу или заменены новыми нормативами.
 
Правилами № 5804-91 установлено четыре класса опасности генерируемого излучения (см. таблицу ниже).

 

КЛАССЫ ОПАСНОСТИ ГЕНЕРИРУЕМОГО ЛАЗЕРАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Класс лазера	Опасно	Безопасно	Примечание
I	–	Для глаз и кожи	–
II	При облучении кожи  или глаз            коллимированным пучком	При облучении кожи   или глаз диффузно    отраженным излучением	–
III	При облучении кожи  или глаз            коллимированным пучком и облучении  глаз диффузно       отраженным          излучением          на расстоянии 10 см от отражающей       поверхности	При облучении кожи   диффузно отраженным  излучением	Класс распространяется  только на лазеры, генерирующие      излучение         в спектральном    диапазоне II
IV	При облучении глаз  или кожи диффузно   отраженным          излучением          на расстоянии 10 см от отражающей       поверхности	–	–

 
Отнесение той или иной лазерной установки к определенному классу осуществляет предприятие-изготовитель при помощи расчетный метода, основанного на анализе выходных характеристик излучения.
 
Одной из важнейших задач медицины труда в данной области является установление требований к методам, средствам измерения и контролю воздействия лазерных излучений на здоровье работников. Важно заострить внимание на дозиметрии лазерных излучений, которая включает комплекс методов определения значений пар метров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека. Расчетная, или теоретическая дозиметрия рассматривает методы расчета параметров лазерного излучения в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности. В свою очередь экспериментальная дозиметрия рассматривает методы и средства непосредственного измерения параметров лазерного излучения  в заданной точке пространства.
 
Используемые в гигиенической практике средства дозиметрического контроля называются лазерными дозиметрами. Данный вид исследований приобретает особое значение для оценки отраженных и рассеянных излучений. Это особенно актуально в случаях, когда расчетные методы лазерной дозиметрии, основанные на данных выходных характеристик лазерных установок, дают весьма приближенные значения уровней излучений в заданной точке контроля.
 
Зачастую использование расчетных методов диктуется отсутствием возможности проведения измерения параметров лазерного излучения при активном использовании на конкретном предприятии широкой номенклатуры лазерной техники Применение расчетного метода лазерной дозимет­рии позволяет оценить степень опасности излучения в заданной точке про­странства. В расчетах используются реальные паспортные данные лазерных установок. Данный метод, прежде всего, удобен для работ, которые характеризуются редко повторяющимися кратковременными импульсами излучения, когда ограничена возможность измерения максимального значения экспозиции, определения лазерно-опасных зон, классификации лазеров по степени опас­ности генерируемого ими излучения.
 
Методики лазерной дозиметрии основаны на принципе принцип наибольшего рис­ка, в соответствии с которым оценка степени опасности должна проводиться для наихудших с точки зрения биологического воздействия условий облуче­ния. В данном случае измерение уровней лазерного облучения проводят при работе лазера в режиме максимальной мощности.
 
При проведении гигиенической оценки лазерных установок не проводят измерения па­раметров излучения на выходе, а исследуют интенсивность облучения критических орга­нов человека (зрительный анализатор, кожные покровы), которая оказывает влияние на степень биологического действия. Данные измерения проводятся в конкретных зонах, в которых программой лазерной установки определены наличие обслуживающего персонала и уров­ни отраженного или рассеянного лазерного излучения невозможно полностью устранить.
 
Нужные пределы измерений дозиметров определяются предельными значениями установленных нормативов   и техни­ческими возможностями современной фотометрической аппаратуры. В отечественной практике применяются специально разработанные средства дозиметрического контроля лазерных излучений, так называемые лазерные дозиметры, которые отличаются высокой универсаль­ностью, заключающейся в возможности направленного, рассеянного непрерывного, моноимпульсного и импульсно-периодического воздействия излучения лазерных установок.
 
Таким популярным измерительным средством является, например, лазерный дозиметр ИЛД-2М (ИЛД-2). Прибор обеспечивает измерение парамет­ров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49 – 1,15 и 2 – 11 мкм. Кроме того ИЛД-2М позволяет измерять энергию (W) и энергетическую экспозицию (Н) от моноимпульсного и импульсно-периодического излучения, мощность (Р) и облученность (Е) от непрерывного лазерного излучения. К недостаткам при­бора можно отнести его большие габариты и массу. В производственных исследованиях более широкое распространение получили портативные лазерные дозиметры ЛД-4 и «ЛАДИН», которые позволяют производить измерения отраженного и рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 0,2 – 20 мкм.
 
В заключение рассмотрим перечень необходимых мероприятий по профилактике вредного воздействия лазерного излучения на здоровье работников.  На практике эффективными организационно-техническими методами профилактики воздействия лазерного излучения являются выбор, планировка и внутренняя отделка помещений, рациональное размещение лазерных технологических установок и порядка их обслуживания, использование минимального уровня излучения для решения производственных задач, правильное оборудование рабочего места и подбор эффективных СИЗ, а также ограничение времени воздействия излучения на конкретных работников.
 
Важнейшими организационно-техническим методами профилактики также являются назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и прове­дение работ, ограничение допуска к проведению работ, организация надзора за режимом работ, четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях, а также применение различных средств информирования персонала и наглядной агитации, проведение инструктажей, тренингов и повышения квалификации персонала.
 
К санитарно-гигиеническим и лечебно-профилактическим методам профилактики вредного воздействия лазерного излучения на здоровье работников относят контроль за уровнями опасных и вредных факторов на рабочих местах, а также регулярное прохождением персоналом предварительных и периодиче­ских медицинских осмотров.
 
Помещения цехов, где эксплуатируются лазеры, долж­ны отвечать требованиям действующих санитарных норм и правил. Важно организовать рабочий процесс так, чтобы лазерные установки были размещены с учетом минимизации уровней лазерного излучения. Средства защиты (индивидуальные и коллективные)  должны обеспечивать предотвращение воздейст­вия или снижение величины излучения до уровня, не превышающего допус­тимый. Применение надежных и эффективных СИЗ способствует повышению безопасности труда, снижают производственный травматизм и профессиональ­ную заболеваемость. К эффективным коллективным средствам защиты относят ограждения, защитные экраны, блокировки,  автоматические затворы и кожухи. В перечень СИЗ от лазерного из­лучения входят защитные очки, щитки и маски. Применение СИЗ должно быть предусмотрено на стадии проектирования и монтажа лазеров (лазерных установок), при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор СИЗ производит­ся в зависимости от класса лазера (лазерной установки), интенсивности из­лучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. СИЗ должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.
 
 Игорь Волошин,
научный сотрудник Клинского института охраны и условий труда,
обозреватель информационного портала "Труд-Эксперт. Управление"

Литература: 
1. Измеров Н.Ф., Суворов Г.А. Физические факторы производственной и природной среды. Гигиеническая оценка и контроль. – М.: Медицина, 2003. – 560 с.
2. Пантелеева Е. Правила эксплуатации лазерной техники // Бюджетные учреждения здравоохранения: бухгалтерский учет и налогообложение, № 11, 2009. С. 15-23

.

Источник: Клинский институт охраны и условий труда