Як діє лазер на організм людини
лазер і його вплив на організм
В даний час розрізняють наступні типи лазерів:
- твердотільні лазери з твердим робочим речовиною (кристали штучного рубіна, неодимові скла, фтористий кальцій, деякі рідкоземельні елементи та ін.), що володіють великою потужністю випромінювання;
- газові лазери, в яких в якості активної речовини використовуються різні інертні гази (гелій, неон, аргон та ін.); вони менш потужні в порівнянні з твердотільними лазерами;
- напівпровідникові лазери з використанням арсеніду галію і ін. володіють великим коефіцієнтом корисної дії і щодо великий питомою потужністю в порівнянні з іншими лазерами.
В даний час є багато типів різних лазерів, призначених для наукових досліджень, для використання в області техніки і промисловості. Створено лазери з різними спеціальними пристроями (приставками) у вигляді мікроскопів, телевізорів і т. П. Для біологічних і медичних цілей. Поєднання лазера з мікроскопом ( «лазерний мікроскоп») дозволяє опромінювати не тільки окремі клітини, але навіть і різні освіти, що знаходяться в них, як наприклад, ядра і інші. Залежно від матеріалу, службовця активною речовиною, змінюється інтенсивність випромінювання і довжина хвилі. Більшість лазерів, що застосовуються в даний час, працює в червоному і інфрачервоному діапазоні світлового спектру.
Імпульсні лазери, дають короткочасні імпульси великої енергії, можуть застосовуватися в медицині, в основному, для одно- або багаторазового впливу на різні патологічні осередки, наприклад, для «обстрілу» пухлин і ін. Менш потужні лазери безперервної дії призначаються переважно для виробництва різних оперативних втручань. У першому випадку лазерний промінь можна образно назвати «світловий кулею», що вражає обрану мета, а в другому - «світловим ножем» (або «світловим скальпелем»).
Нефокусірованний промінь лазера зазвичай має ширину в 1-2 см, а з наведеним фокусом - від 1 до 0,01 мм і менше. Завдяки цьому виникла можливість концентрувати величезну світлову енергію на площі в кілька мікрон, тобто менше поперечного перерізу за людську волосину, і досягати при цьому дуже високих температур - до багатьох мільйонів градусів! Саме завдяки такій здатності концентрувати енергію на мінімальній площі опромінюваної поверхні лазери і представляють величезний інтерес для медицини. Інтенсивність випромінювання лазерів визначається за величиною енергії імпульсу, що припадає на квадратний сантиметр, і виражається в джоулях (Дж / см2) або калоріях, а для лазерів безперервного дії у ВАТ на см2. Енергія кожного спалаху лазера може коливатися від часток джоуля до 1000 джоулів і більш. Сфокусований пучок потужного лазера буквально не знає перешкод. Досить сказати, що промінь лазера здатний «просвердлювати», плавити і звертати на пару сталь, вольфрам, алмаз, корунд і всі інші відомі людству матеріали. В даний час потужність оптичних квантових генераторів досягла колосальної величини. Протягом імпульсу тривалістю в кілька наносекунд (10-11 сек) вона перевершує 10 мільйонів кіловат! За останні роки сконструйовані лазери, яскравість випромінювання яких в мільйон разів більше яскравості сонця, а імпульсна потужність перевищує потужність великих електростанцій.
Загальні принципи дії лазера на організм людини
В основі впливу лазера на різні біологічні об'єкти лежить по суті дуже короткочасне (стотисячні частки секунди!) Вплив світлового променя небаченої потужності в десятки і сотні кіловат. Глибина проникнення променя лазера в тканини регулюється шляхом фокусування за допомогою оптичної системи і може доходити до 20-25 мм і більше. При впливі променя лазера на тканини слід враховувати одну дуже важливу обставину. Якщо ж світловий пучок сфокусований на певну глибину об'єкта, що опромінюється, то вже на глибині в 3-4 мм можна отримати таку інтенсивність опромінення, яка іноді навіть перевершує його інтенсивність на поверхні об'єкту.
Важливо підкреслити, що завдяки блискавичній швидкості дії променів лазера вони не викликають болю та інших неприємних відчуттів. Це властивість променів лазера має величезне значення для хірургії, так як при короткочасних операціях за допомогою лазера не потрібно, як правило, будь-якого знеболення, без чого в даний час не обходиться жодне хірургічне втручання.
Ступінь поглинання променів лазера в значній мірі залежить від забарвлення об'єкта, який піддається опроміненню. Найбільше промені лазера поглинаються пігментованими тканинами, червоними кров'яними кульками (еритроцитами) і т. І. Так, наприклад, опромінення променями лазера дозою в мілліджоуль веде до загибелі червоних кров'яних кульок, але не впливає ні на форму, ні на рух білих кров'яних кульок (лейкоцитів). З метою підвищити ступінь (коефіцієнт) поглинання енергії випромінювання лазера і, отже, посилити його дію іноді вдаються до штучного фарбування тканин шляхом застосування різних барвників: наприклад, розчину туші, метиленової синьки і ін.
Впливаючи променем лазера, наприклад, на пофарбовану пухлина, можна домогтися руйнування пухлинної тканини без пошкодження сусідніх здорових і нефарбованих тканин. Поглинання лазерного пучка збільшується при гіперкератозі і гемосидерозе шкіри і т. Д. Загальне поглинання енергії випромінювання лазера залежить також від глибини його проникнення в різні тканини і їх оптичних властивостей. Так, наприклад, шкіра миші поглинає до 40 відсотків цієї енергії, а шкіра з підлеглими м'язами вже до 80 відсотків.
В силу новизни в цьому складному питанні багато неясного і він ще далекий від свого вирішення. Все ж є підстави вважати, що в механізмі біологічної дії променів лазера мають значення вельми різноманітні фактори. Перш за все слід мати на увазі, звичайно, вплив високої температури як самого променя лазера, так і температури, що розвивається в клітинах і тканинах в результаті поглинання енергії випромінювань і досягає декількох десятків і навіть сотень градусів. В результаті теплового впливу променів лазера в тканинах виникають своєрідні зміни, що нагадують теплові (термічні) опіки різних ступенів, наприклад, коагуляція (згортання) білків.
Важливу роль відіграє вплив на клітини і тканини отруйних речовин (ендотоксинів), що виникають в них в результаті дії променів лазера, що викликають прогресуюче омертвіння (некроз) уражених клітин після опромінення. Необхідно також враховувати різке зниження активності або зміна специфічної дії ферментів, які беруть участь, наприклад, в обміні речовин клітин пухлинної та інших тканин. Крім того, певне значення приписують фотохимическим процёссам, так званому светогідравліческому ефекту, іонізації тканин, ультразвуковим коливанням, виникнення електромагнітних полів та ін.
Говорячи про вплив променів лазера на біологічні об'єкти, слід врахувати одну дуже важливу обставину. Йдеться про те, що органи тваринного мають досить складний пристрій: вони складаються з багатьох шарів клітин і тканин, що мають різну будову, фізіологічні особливості, фізико-хімічні властивості і мн. ін. Зокрема, особливого значення набувають різні оптичні властивості тканин і проміжних шарів, тобто їх здатність відображати або поглинати промені лазера. Тому не дивно, що при впливі випромінювань лазера на тканини і органи, тобто на багатошарову біологічну систему, в самих шарах і на кордоні між ними виникають і розвиваються численні і найрізноманітніші реакції. Сутність цих реакцій поки що багато в чому невідома і підлягає подальшому всебічному вивченню.