Энергия поглощенного тканями лазерного излучения преобразуется в другие виды энергии: тепловую, энергию фотохимических процессов, энергию электронных переходов, механическую энергию. При больших плотностях энергии могут возникать различные нелинейные оптические процессы. Лазерное излучение может вызывать в биологической ткани ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления, электрострикции, образования в пределах клетки микроволнового электрического поля. В зависимости от характеристик действующего лазерного излучения удельный вес, вносимый в суммарное повреждение каждым из эффектов, может быть различным.
Тепловой эффект — важнейший эффект взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями. Спецификой теплового действия лазерного излучения, в отличие от контактного термического ожога, является то, что в сложных структурах тканей могут нагреваться до высоких температур лишь некоторые слои, а при воздействии коротких импульсов — лишь некоторые элементы клеток, в то время как среднее по всей клетке приращение температуры мало. Кроме того, для лазерного ожога, вызванного импульсом, характерно наличие резких границ пораженного участка. Это объясняется тем, что за короткое время действия импульса тепло не успевает распространиться за пределы облучаемого участка.
Рассмотрим влияние повышения температуры на состояние белков живой ткани. При температуре до 40° С параметры белков сохраняются полностью, в области 40 ... 42° С изменения незначительны. При достижении температуры 45° С изменения максимальны и при дальнейшем повышении температуры неизменны. Температура 45° С является рубежом, при превышении которого возможно образование ожогов. Надо отметить, что поражающее действие зависит не только от значения температуры, но и от продолжительности ее действия. Общее повышение температуры тела до 42° С не вызывает необратимых изменений в тканях, хотя и существенно нарушает характер обменных процессов.
Таким образом, температуру в 42° С можно рассматривать как предельно допустимую температуру, кратковременный нагрев до (которой дает пренебрежимо малое количество отравляющих продуктов обмена в тканях. Следовательно, безопасным уровнем непрерывного лазерного излучения будет такой уровень, при котором максимальная температура в любой точке ткани не превышает 42° С. Этот критерий можно использовать при условии длительности облучения более 10~5 с. За такой промежуток времени выделившееся тепло успевает перераспределиться в ткани. При коротких импульсах (например, при действии лазера с модулированной добротностью) среднее повышение температуры невелико.
Например, при действии на сетчатку импульса лазерного излучения плотностью 0,07 Дж/см2 и длительностью 3-10~8 с уже наблюдается поражение, хотя повышение температуры сетчатки составляет всего 5° С. Это позволяет предположить, что при деиствии на сетчатку излучения лазеров с модулированной добротностью тепловая модель поражения неприменима.
В основном излучение поглощается гранулами меланина, имеющими размеры порядка 1 мкм. Температура гранул меланина может повышаться до больших значений, в том числе и превышающих 100° С. Превышение этого уровня приводит к парообразованию на поверхности гранул, появлению ударных волн, резкому повышению давления внутри клетки и, как следствие этого, к ее механическому разрушению. Таким образом, возникает процесс физического усиления действия поглощенного тепла в связи с изменением агрегатного состояния тканевой воды. Тепловая модель поражения сетчатки полностью соответствует наблюдаемой картине при уровнях освещенности, близких к пороговым.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.