Калашникова Крістіна Сергіївна ВлГУ
Світло як елемент життєвого середовища людини являє собою один з основних факторів найважливішої медико-біологічної проблеми сучасності - організм і середовище.
Видатний натураліст, творець вчення про біосферу В.І. Вернадський писав, що "кругом нас, в нас самих, скрізь і всюди, без перерви, вічно змінюючись, що збігалося і стикаючись, ідуть випромінювання різної довжини хвиль - від хвиль, довжина яких обчислюється десятимільйонна частками міліметра, до довгих, що вимірюються кілометрами".
У цьому діапазоні лежать і випромінювання оптичної області спектра променистої енергії - світло сонця, неба і штучних джерел світла.
Зараз в століття науково-технічного прогресу, в самих різнобічних областях широко застосовуються джерела променевої енергії. У зв'язку з цим людина піддається впливу природних і штучних джерел променистої енергії з самої різної спектральної характеристикою і надзвичайно великим діапазоном інтенсивності: від 100000 лк і більш днем при прямому сонячному світлі до 0.2 лк вночі при світлі місяця.
Разом з тим про роль променевої енергії, зокрема світла, в біології людського організму, на жаль, знаємо ще поки дуже мало.
Всі види випромінювання оптичної області спектра мають однакову фізичну природу. Але кожен окремий ділянку спектра (видимі, ультрафіолетові і інфрачервоні промені) має певні довжини хвиль і частоту електромагнітних коливань, що в свою чергу якісно характеризує ці ділянки спектру, їх біологічну дію і гігієнічне значення.
Світло - видиме випромінювання - є єдиним подразником очі, що викликає зорові відчуття, що забезпечують зорове сприйняття світу. Однак дія світла на око не обмежена тільки аспектом бачення - виникненням на сітківці ока зображень і формуванням зорових образів. Крім основного процесу бачення, світло викликає й інші важливі реакції рефлекторного і гуморального характеру. Впливаючи через адекватний рецептор - орган зору, він викликає імпульси, що поширюються по зоровому нерву до оптичної області великих півкуль головного мозку (в залежності від інтенсивності) збуджує або пригнічує центральну нервову систему, перебудовуючи фізіологічні і психічні реакції, змінюючи загальний тонус організму, підтримуючи діяльну стан .
Видиме світло робить ще вплив на імунні і алергічні реакції, а також на різні показники обміну, змінює рівень аскорбінової кислоти в крові, в надниркових залозах і мозку. Він діє і на серцево-судинну систему. Останнім часом встановлено також і гуморальний вплив нервового збудження, що виникає при світловому роздратуванні очі.
Хоча найбільша кількість реакцій викликаються світлом в організмі людини, мають позитивний ефект, все ж має місце і шкідливі аспекти дії видимого світла. І тут будуть викладені найбільш поширені види шкідливого впливу оптичного випромінювання видимого спектру на організм людини. А саме будуть розглянуті різні механізми світлових ушкоджень очей. Особливу увагу в цьому рефераті вирішено приділити механізму заснованому на фотохімічних процесах, що відбуваються на сітківці під впливом світлового випромінювання.
Для найбільш повного розуміння матеріалу, доцільно спочатку ознайомиться з анатомією органу зору.
Око складається з двох частин: власне очі - очного яблука і допоміжних частин - окорухових м'язів, століття, слізного апарату. Очне яблуко можна поділити екваторіальним розрізом на дві частини: передню і задню. Задня частина очного яблука, яку з деякою натяжкою можна назвати дном очного яблука, буде становити той чутливий екран, на який відкидаються зображення діоптричним апаратом, закладеним в передній частині очі і складається з кришталика, радужіни, циліарного тіла і рогівки; сюди ж можна віднести рідина передньої камери і склоподібне тіло.
Задня стінка очного яблука складається з трьох оболонок: світлочутливої нервової оболонки, або сітківки (retina), пигментированной судинної оболонки (chorioidea) і зовнішньої білкової оболонки, або склери (sclera).
Сітківка представляє найбільшу внутрішню оболонку очного яблука і межує безпосередньо з склоподібним тілом.
Сітківка продовжується і на циліарного тіло і на радужина, проте в цих місцях вона вже втрачає свою світлочутливість. Тому в сітківці розрізняють оптичну (pars optica), радужина (pars iridica) і цилиарную (pars ciliaris) частини.
Світлові пошкодження очей
Сонячне світло, будучи джерелом всього живого на Землі, а також першопричиною появи самого органу зору, за певних умов може викликати небезпечні незворотні пошкодження очей. Створені людиною потужні штучні джерела світлових випромінювань, покликані задовольняти потреби науки, виробництва та медицини, також нерідко є причиною функціональних і органічних ушкоджень очей у людей.
Різка зміна рівня загальної освітленості або яскравості розглянутих об'єктів обумовлює порушення зорового сприйняття протягом проміжку часу, необхідного для переходу на новий рівень адаптації. Це явище у фізіологічній оптиці отримало назву "засліплення".
Органічні пошкодження очей неіонізуючими електромагнітними випромінюваннями оптичного діапазону можуть виникнути як під впливом прямого і відбитого сонячного світла, так і в результаті дії створених людиною світлотехнічних пристроїв, причому викликані останніми пошкодження в міру розвитку технічного прогресу висуваються на перший план.
В даний час до видимого випромінювання оптичного діапазону відноситься випромінювання з довжинами хвиль від 400 до 780 нм. Світлове випромінювання здатне викликати пошкодження тільки в тієї тканини, в якій воно поглинається. Своєрідність органу зору полягає в тому, що в його складі є прозорі для видимого світла оптичні середовища, які фокусують його на очному дні.
Причини світлових ушкоджень очей
Пошкодження очей видимим світловим випромінюванням Сонця були відомі ще лікарями давнини. Галілео Галлілей був, ймовірно, першою людиною, яка одержала таке пошкодження при спостереженні сонячного диска через телескоп.
Найбільш часто сонячні опіки очного дна виникають при тривалому спостереженні сонячного затемнення оком, не озброєним засобами захисту. В результаті фокусирующего дії оптичні середовищ ока на очному дні утворюється зображення сонячного диска діаметром 0,15 мм, в якому навіть з вузькою зіницею концентрується енергія, достатня для хоріоретинальні опіку (близько 0.7-1 кал / (см2 * с)) (1).
Відомі сонячні опіки очного дна у служителів культу, зокрема брамінів, для яких тривалий спостереження сонячного диска було елементом релігійного ритуалу.
Під час другої світової війни такі опіки спостерігалися у корабельних зенітників, які стежили за ворожими літаками, підлітали з боку сонця.
Технічний прогрес призвів до створення штучних джерел світла, яскравість яких не лише порівнянна з яскравістю Сонця, а й у багато разів перевершує її.
У 30-ті роки з'явилися описи хоріоретинальні опіків у людей світлом вольтової дуги, що застосовувалася в прожекторах на кінозйомках і при інших видах діяльності.
Особливості впливу на орган зору
Лазери, винайдені в 1955 р стали принципово новим джерелом випромінювань оптичного діапазону, що відрізняються рядом нових властивостей, якими не володіли випромінювання раніше відомих джерел світла. Найважливішим із цих властивостей є тимчасова і просторова когерентність. Тимчасова когерентність визначає монохроматичность випромінювання (весь випромінюється пучок має строго певну довжину хвилі). Просторова когерентність, під якою розуміють збіг фази що випускаються світлових хвиль в часі і просторі, так що в певній точці простору зберігається постійна форма хвильового фронту коливання, а фаза хвилі в цій же точці змінюється регулярно, забезпечує малу розбіжність пучка лазерного випромінювання, який завдяки цьому зберігає високий рівень енергії на значній відстані від джерела випромінювання.
Високий рівень тимчасової і просторової когерентності лазерного випромінювання дозволяє здійснити його фокусування за допомогою звичайних оптичних систем в пляма мінімального розміру, який можна порівняти з довжиною хвилі, з відповідним гігантським збільшенням щільності потужності.
В даний час створена велика кількість різних лазерів, що випромінюють в УФ, видимій та ІЧ областях спектру, що дозволило вперше детально вивчити в експерименті особливості біологічної дії на орган зору оптичних випромінювань різних довжин хвиль.
Найбільш широке поширення в техніці і медицині отримали газові і твердотільні лазери. У перших в якості активного середовища використовуються різні гази, в яких оптичне випромінювання индуцируется струмом високої напруги. Ці лазери мають, як правило, безперервне випромінювання, так що імпульси потрібної тривалості отримують за допомогою затворів різних конструкцій.
Більшість твердотільних лазерів є імпульсними. В якості активного середовища використовується кристал рубіна, а також скло, активований неодимом, ітербієм, ербієм і іншими елементами. Світлове випромінювання индуцируется зовнішнім джерелом некогерентного світлового випромінювання. Залежно від конструктивного виконання ці лазери працюють в різних режимах. Ми не будемо вдаватися в суть цих режимів, нас цікавить тільки тривалість імпульсів і їх потужність при кожному з режимів. Нас цікавлять тільки три з них - вільної генерації, модульованим добротності і синхронізації мод.
Режим вільної генерації забезпечують тривалість імпульсу від 10 мкс до 1-2 мс. У режимі модульованої добротності енергія лазера виділяється за дуже короткий проміжок часу близько 100 нс і менше, в зв'язку з чим потужність імпульсу може становити сотні мегават.
Нарешті режим синхронізації мод забезпечує виділення енергії лазера за час, що обчислюється пікосекунди (10-12 с) (1).
Імпульсні лазери, що працюють в режимі вільної генерації та модульованим добротності, давно знайшли своє застосування в техніці і медицині. Останнім часом лікарі-офтальмологи виявляють значний інтерес до лазерів, що працюють в режимі синхронізації мод, хоча вони застосовуються поки що переважно в наукових дослідженнях.
Лазерне випромінювання представляє для органа зору значно більшу небезпеку, ніж всі відомі джерела некогерентного світла, так як воно здатне викликати його пошкодження за значно коротший проміжок часу, ніж той, який необхідний для спрацювання фізіологічних захисних механізмів.
Лазерне випромінювання пропускається оболонками очного яблука і поглинається ними за тими ж законами, що і некогерентного і не викликає в тканинах будь-яких специфічних ефектів. Як і некогерентного випромінювання, залежно від довжини хвилі воно може бути причиною виникнення різних видів пошкодження очей. Так, зокрема, видима область оптичного спектру може викликати фотохімічні пошкодження сітківки блакитним світлом, термічний опік сітківки і власне судинної оболонки і термічний опік райдужної оболонки.
Для оцінки ступеня небезпеки для очей випромінювання того чи іншого лазера необхідно знати мінімальну потужність або енергію випромінювання, достатню для появи порогового ушкодження. За порогове приймають мінімальне пошкодження оболонок ока, яке може бути зареєстровано візуально безпосередньо після впливу або через деякий час після нього (як правило, не більше доби).
Виняткова важливість проблеми шкідливої дії видимого світла на зір людини очевидна. Вивчення умов, в яких видиме світло щодо помірної інтенсивності здатний викликати дегенеративні зміни в оці людини і тварин, а також дослідження механізмів ушкоджуючої дії світла надзвичайно важливі в зв'язку з тим, що в клініці і на виробництві нерідко виникають ситуації з потенційною можливістю розвитку фотодегенерацій. З тієї ж причини особливого значення набуває пошук препаратів, здатних послабити шкідливу дію світла і прискорити період відновлення після нього.
Також, необхідно розробити нові стандарти безпеки для офтальмологічних приладів, широко використовуваних для діагностики та лікування очних захворювань. Необхідно переглянути деякі світлотехнічні норми для здорових людей, професійна діяльність яких пов'язана або з тривалою роботою при підвищеній освітленості, або з інтенсивними спалахами світла. Абсолютно необхідно продовжити і поглибити дослідження механізмів фотоповрежденія сітківки та інших структур очі.
Для прогнозу ступеня пошкодження тканин світловим випромінюванням необхідно побудувати термальні математичні моделі ушкоджень, в тому числі і для оболонок ока. При створенні таких моделей потрібно врахувати характер розподілу світлової енергії в формованому даної оптичною системою пучку та абсорбції характеристики облучаемой біологічної тканини.
Нагальною є завдання вишукування засобів захисту здорового і, особливо, хворого або схильного до захворювання ока від світлового пошкодження.