Термин «лазер» является акронимом. Слово расшифровывается как «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» (усиление светового излучения путем стимуляции его эмиссии). Следовательно, лазер представляет собой устройство, которое вырабатывает и усиливает световое излучение. Механизм его действия, т. е. стимуляция эмиссии, был открыт Эйнштейном в 1917 г. Лазеры различаются в зависимости от излучаемой мощности (от нескольких милливатт в гелий-неоновом лазере до тысяч ватт в углекислотном). Лазеры способны работать либо в постоянном, либо в импульсном режиме, генерируя миллионы ватт энергии при каждом импульсе.
1. Дивергентность. Свет, испускаемый лазером, практически не подвергается дивергенции (не отклоняется от осевой линии луча). В связи с этим энергия в луче не рассеивается. Дивергенция лазерного пучка света измеряется в миллирадианах, или 1 х 10-3 радиана. В круге имеется 2 радиана — следовательно, один миллирадиан соответствует примерно 3 мин на дуге. Типичный гелий-неоновый лазер имеет номинальную дивергенцию, равную 0,5—1,5 миллирадиан (мрад).
2. Монохроматичность. Свет лазера весьма близок к монохроматичности. Термин «монохроматичность» подразумевает присутствие света одного цвета или одной длины волны. На деле очень мало лазеров генерирует свет только одной длины волны. Обычный гелий-неоновый лазер испускает свет с длиной волны 632— 638 нм, соответствующий оранжево-красной части спектра и 1150—3390 нм, приближается к инфракрасной полосе и захватывает ее до середины. Гелий-неоновый лазер разработан для того, чтобы получать свет только одной длины волны из трех возможных, поэтому разброс в данной полосе длин волн незначителен.
3. Когерентность. Когерентность — это особое взаимоотношение между двумя волновыми процессами. Волны с одинаковой частотой, фазой, амплитудой и направлением распространения считаются пространственно когерентными. На сегодняшний день не известно ни одного источника света, который испускал бы строго когерентный свет, однако луч лазера настолько близок к когерентности, что во многих практических ситуациях его можно считать строго когерентным.
4. Высокая интенсивность. Свет лазера бывает очень интенсивным. Солнце на уровне своей поверхности испускает около 7 х 1010 BT/см2/Sr/um. Имеющиеся на сегодняшний день лазеры продуцируют более 1 х 1010 BT/cM2/Sr/um.
На рисунке ниже отмечено место лазерного излучения в электромагнитном спектре.
а) Виды лазеров. К лазерам, генерирующим ультрафиолетовые лучи, относятся следующие: эксимер (возбужденный димер) и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG). Лазеры, испускающие видимый спектр, — аргоновый, криптоновый, цветовой лазер и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом. Лазеры, генерирующие инфракрасные лучи, — углекислотный лазер и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом.
б) Применение. Лазеры могут использоваться для разрушения микроскопических участков ткани, которые слишком малы и неразделимы с помощью лезвия. За счет изменения длины волны лазерный луч может быть адаптирован к конкретному виду ткани. Это необходимо, поскольку различные ткани поглощают свет определенного цвета. В медицине применяется 4 основных вида лазеров, вошедших в обиход 15—20 лет назад. Это углекислотный, аргоновый, не-одим/YAG и рубиновый лазеры. (В названии указано вещество, которое испускает свет и тем самым определяет длину волны лазерного луча.) На современном этапе уже разработаны устройства, позволяющие использовать луч света чуть ли не во всех сферах.
Фиброоптические волокна теперь могут проникать в такие места, которые раньше считались практически недосягаемыми, например в мелкие кровеносные сосуды. Лазеры коагулируют патологические сосудистые сплетения в желудочно-кишечном тракте, предотвращая потенциально смертельные кровотечения. Тепловая энергия лазера приводит к облитерации патологических сосудов. Лазерами дробят мочевые камни, причем лечение лазером дешевле, чем ударно-волновая литотрипсия. Оно может проводиться даже тогда, когда камни оказываются неуязвимыми для ударной ультразвуковой волны. Патологическое разрастание кровеносных сосудов в сетчатке глаза (частое осложнение сахарного диабета) можно устранять светом лазера; тот же лазерный луч способен проделывать каналы для оттока влаги из камер глаза при лечении глаукомы.
Самая новейшая сфера применения — воздействие на атеросклеротические бляшки в артериях. Цель состоит в иссечении бляшки путем подведения лазерного луча через оптоволоконный зонд. Проведение катетера, внутри которого проходит фиброоптика и лазерный канал, в коронарную артерию стало реальностью. Трудность состоит в том, чтобы точно атаковать непрерывно движущуюся цель, посылая пульсирующую с частотой в тысячи герц энергию и прослеживая отражение и флюоресценцию от каждого импульса. Еще предстоит научить лазер отличать нормальные ткани от патологических. Процесс может повторяться за 1 с много раз до тех пор, пока вся бляшка не отделится.
Читайте также: Чем отмыть руки от краски для ткани
в) Риск при использовании лазера:
1. Излучение. Большинство лазеров требует подведения тока высокого напряжения, превышающего 15 000 В.
2. Пожароопасность. Импульсный лазер способен воспламенить спирт в краске. Луч углекислотного лазера может поджечь материал, из которого сделана простыня больного.
3. Взрывоопасность. Импульсный лазер. Конденсатор импульсного лазера. Возможен взрыв при воздействии на взрывоопасные пары.
4. Токсичные химические вещества. Органическая краска может оказывать токсическое действие. Инфракрасные красители обладают канцерогенными свойствами. В процессе резки, сварки и нагревания могут выделяться монооксид углерода, токсичные хлор- и фторсодержащие газы.
5. Нелазерное оптическое излучение (например, флюоресценция через боковые стенки трубки и b-аргонионный лазер, позволяющая интенсивному ультрафиолетовому излучению распространяться в стороны от излучателя) иногда вызывает «солнечные» ожоги.
6. Высокий уровень шума. Ряд лазеров издает звук в момент вспышки, а некоторые даже получили названия в соответствии с издаваемыми звуками, как, например, «Молотилка», «Реактивный самолет».
7. Разлет опухолевых клеток. Клетки злокачественных опухолей могут разлетаться в разные стороны из-за парообразования.
8. Удар электрического тока высокого напряжения:
а. Избавьтесь от всех токопроводящих предметов (личные жетоны и т. п.).
б. При операции должен присутствовать человек, обученный приемам сердечно-легочной реанимации.
в. Заготовьте доску или веревку, которой можно оттащить попавшего под высокое напряжение.
г. Используйте толстые резиновые напольные коврики.
д. Проконтролируйте исправность электрической подводки, прежде чем открывать помещение, где находится лазер.
е. Талоны могут явиться причиной воспламенения.
г) В условиях стационара. FDA считает своим долгом предупредить всех врачей, персонал операционных, администраторов больниц и других сотрудников об опасности развития газовой или воздушной эмболии в тех случаях, когда для охлаждения наконечника волоконного лазерного зонда или для инсуффляции при выполнении внутриматочных процедур используется газ или воздух. Эмболия возникает в той ситуации, когда под давлением начинают нагнетать газ в сосудистую систему. FDA настойчиво рекомендует не использовать газ или воздух в указанных целях. Жидкость в качестве раздувающей среды позволяет достичь достаточной визуализации и одновременно охлаждает наконечник.
д) Клиническая картина. Большинство несчастных случаев происходит во время настройки прибора и наведения луча, когда работники позволяют себе работать без защитных темных очков. Лазерное излучение может либо поглощаться биологическим субстратом, либо рассеиваться, либо отражаться от него. В большинстве случаев имеет место комбинация всех перечисленных физических явлений. Однако биологический эффект обусловлен только поглощением. При длине волны от 280 нм до 3,0 мкм в инфракрасном спектре отражение может превышать 10 %, и одновременно большое количество энергии способно проникнуть вглубь, поэтому рассеяние в данном случае определяет итоговое воздействие на ткань-мишень.
е) Глаза. Если говорить о видимой части спектра и инфракрасном излучении (ИКИ), то, как правило, именно на глаза лазерное излучение действует в первую очередь. Повреждение сетчатки в области желтого пятна, самой чувствительной зоны, немедленно дает о себе знать, проявляясь тяжелой симптоматикой. Воздействие на близлежащие ткани или по периферии сетчатки может лишь в минимальной мере сказаться на зрении, а во многих случаях остается совсем не замеченным пострадавшим. Иногда после необширного ожога желтого пятна можно рассчитывать на ограниченное восстановление зрения, но это происходит л ишь через несколько месяцев после экспозиции.
Инфракрасный свет с длиной волны более 1,4 мкм способен вызвать термический ожог роговицы и конъюнктивы. Влияние ультрафиолетового лазерного излучения на биологический субстрат такое же, как при воздействии некогерентного ультрафиолета. Его следствием являются светобоязнь, слезотечение, конъюнктивальные выделения, поверхностная эксфолиация и смазанность стромального рисунка. Роговичный эпителий, по всей видимости, травмируется в результате фотохимической денатурации белков. Облучение роговицы светом в полосе УФ С (100-280 нм) и УФ В (280-315 нм) чревато развитием фотокератита. Эта патология обычно проявляется после латентного периода, который длится от 80 мин до 20 ч, в зависимости от мощности светового воздействия. Признаки поражения — ощущение песка в глазах на фоне более или менее выраженых фотофобии, слезотечения и блефароспазма.
Читайте также: Чем вывести тушь из ткани
В полосе УФИ—А (315—400 нм) фотокератит возникает при многократном повторении эпизодов облучения большой интенсивности.
ж) Кожа. Понятно, что последствия облучения кожи лазером менее тяжелы, чем поражение глаз, так как кожа способна достаточно быстро восстанавливаться. Тем не менее воздействие интенсивного света видимой части спектра вызывает депигментацию кожи, тяжелые ожоги, которые могут даже сопровождаться патологией внутренних органов. Апертура прибора, используемого для измерения воздействия лучей на кожу, из соображений максимального ограничения площади захватываемых тканей не расширяется более чем на 1 мм.
Облучение ультрафиолетовым лазером вызывает такие же изменения в коже, что и воздействие обычного УФИ, т. е. проявляется либо эритемой сразу после облучения, либо преждевременным старением и зарождением рака кожи при хроническом воздействии. Наши познания, касающиеся дозозависимых влияний УФИ на человека, в настоящее время недостаточны, особенно ощущается недостаток в эпидемиологических исследованиях по канцерогенезу, обусловленному УФИ.
з) Применение лазерного оружия. Лазеры, используемые против человека под названием «ослепляющее оружие», дают временную потерю зрения за счет ослепления или обесцвечивания фотопигментов, не влекущую за собой развития стойкого поражения глаз. В дневное время вряд ли возможно обратимое ослепление без стойких последствий. Эта мысль дала повод предложить аналогичный лазер для вооруженных сил. Примером могут служить Royal Navy Laser Dazzle Gun и противопехотные ружья, разработанные в Министерстве обороны США в рамках осуществления программ «Dazer» и «Cobra».
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
— Вернуться в оглавление раздела «Токсикология»
Как лазер воздействует на кожу?
На какие элементы в коже влияет лазерный луч?
После изобретения первых лазеров ученые стали анализировать влияние фотонов на организм человека. Вскоре было установлено, что лазер можно использовать в медицине в качестве высокоточного скальпеля. Это осуществимо, поскольку лазерный луч обладает уникальными свойствами:
- монохромность — длина волны задается с точностью до 1 нм;
- высокая энергия луча;
- коллимация — все фотоны распространяются в одном направлении, поэтому даже на большом расстоянии луч имеет малый угол расходимости;
- возможность сверхкороткого импульса.
Эти же свойства лазерного луча актуальны в эстетической медицине. В 1983 году было опубликовано исследование, которое определило современное развитие лазерной косметологии. Ученые из Гарвардского университета Рокс Андерсон и Джон Пэрриш описали явление селективного фототермолиза. Достоинство предложенного ими метода заключается в том, что лучом с пятном широкого диаметра можно избирательно воздействовать на микроскопические ферменты, расположенные в коже. Андерсон и Пэрриш взяли за основу известную на тот момент идею, что часть фотонов при попадании на кожу проникает в дерму. В тканях оптическая энергия преобразуется в тепловую. Гарвардские ученые доказали, что можно нагревать конкретные ткани-мишени (хромофоры), расположенные в коже. Для этого необходимо учитывать спектр поглощения (абсорбции) различных веществ. Если длина волны лазерного луча соответствует пику абсорбции хромофора, большая часть световой энергии будет поглощена этим хромофором. Данное явление получило название селективного фототермолиза. 
СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ХРОМОФОРОВВрачи-косметологи используют лазерные аппараты с различными длинами волн, чтобы обеспечить избирательное или широкое воздействие на хромофоры. В публикации 1983 года были представлены спектры поглощения двух хромофоров — оксигемоглобина и меланина. У меланина спектр поглощения широкий. Пик находится в ультрафиолетовом диапазоне, абсорбция снижается с увеличением длины волны. У оксигемоглобина существуют выраженные пики абсорбции: 418, 542 и 577 нм. Американские исследователи также определили, что при длине волны более 2000 нм основная часть энергии поглощается водой. В ходе дальнейших исследований было установлено, что хромофором может выступать метгемоглобин, дезоксигемоглобин, порфирины, искусственные хромофоры (татуировки). Андерсон и Пэрриш также назвали второй фактор, определяющий успешность лазерного воздействия на кожу. Это время температурной релаксации (ВТР) хромофора — период, за который облучённое вещество передает 50% тепловой энергии в окружающие ткани. Если длительность лазерного импульса меньше ВТР, прогрев кожи будет незаметным. Современные косметологические устройства построены с учетом этого фактора. В большинстве моделей длительность импульса находится в миллисекундном (1*10 -3 ) и наносекундном (1*10 -9 ) диапазоне, а несколько лет назад появились первые коммерческие устройства, которые испускают импульсы на протяжении нескольких пикосекунд (1*10 -12 ). Коллаген не принадлежит к числу хромофоров, поскольку белок рассеивает все оптические волны. Тем не менее, современные аппараты эстетической медицины спроектированы с учетом воздействия на коллаген. Прежде всего, соблюдается закономерность: с увеличением длины волны возрастает глубина проникновения фотонов. Это правило действует для излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Глубина проникновения эрбиевого (2940 нм) и углекислотного (10 600 нм) лазеров минимальна, потому что в обоих случаях световую энергию поглощает вода, расположенная в верхних слоях дермы. 
ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ЛУЧЕЙ Ближнее инфракрасное излучение обладает максимальной глубиной проникновения, что позволяет использовать лазерные аппараты даже для липоксации. Ценность селективного фототермолиза для косметологии в том, что теория определяет методику разностороннего восстановления кожи. Через воздействие на различные хромофоры осуществляется коррекция различных элементов:
- через гемоглобин — кровеносных сосудов;
- через меланин — меланосом;
- через воду, которая составляет 70% в массе дермы, — кожи в целом.
Кроме того, воздействие на коллаген позволяет повысить упругость кожи.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ НА ПРИМЕРЕ УДАЛЕНИЯ ТАТУИРОВОК
Под воздействием оптической энергии пигменты красителя дробятся. Клетки иммунной системы, фагоциты, поглощают мелкие частицы и выводят их из организма.
Как протекают процессы в хромофорах при селективном фототермолизе?
В зависимости от установленных параметров, фотоны оказывают определенный эффект на ткани: фототермический, фотомеханический или фотохимический. При фототермическом эффекте с повышением температуры хромофор разрушается или денатурирует.
Фотомеханический эффект наблюдается при использовании наносекундных или пикосекундных лазеров, когда высокая плотность оптической энергии попадает в ткани за сверхкороткий промежуток времени. При этом хромофоры не только нагреваются, но и подвергаются механическому повреждению в результате фотоакустического эффекта. То есть световой поток создает ударную волну. Этот явление критически важно, например, при удалении татуировок.
Фотохимический эффект происходит, когда после абсорбции света меняется скорость клеточного метаболизма или запускается цепная реакция в тканях. Примером такой реакции является фотодинамическая терапия при лечении акне. Световая энергия воздействует на порфирины, в результате чего вырабатывается синглетный кислород. В свою очередь кислород вступает в реакцию с бактериями P.acnes, которые и являются источником воспалительного процесса в коже.
От чего зависит реакция организма на лазер?
При выполнении лазерной терапии необходимо учитывать персональные особенности пациента. Организм людей по-разному воспринимает воздействие оптической энергии. В первую очередь, имеет значение цвет кожи пациента, ведь цвет зависит от количества меланина. Чтобы перед процедурой правильно настроить аппарат, врач-косметолог оценивает фототип кожи. Общепринятой является шкала Фитцпатрика, которую используют все производители косметологических приборов.
Ученые продолжают исследовать воздействие лазерного луча на кожу. В работах последних лет, в частности, освещается влияние оптической энергии на межклеточный матрикс и ДНК клеток кожи. Врачей также интересует возможность использования лазерных аппаратов для липосакции и для лечения кожных онкологических заболеваний.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом