CC BY
10Содержание липидов в обследуемых группах, M ± m
Группа Возраст Содержание липидов, ммоль/л
ХС ХС ЛВП ХС ЛНП ТГ
1-я — уровень шума > 99 дБ (п = 71) 59,7 ±1,8 5,97 ± 0,10 1,35 ± 0,05 3,72 ± 0,11 1,68 ± 0,10
2-я — уровень шума < 99 дБ (п = 125) 57,4 ± 1,9 5,64 ± 0,09 1,37 ± 0,03 3,48 ± 0,07 1,57 ± 0,06
3-я — абразивная пыль (алюминиевая) ПДК = 1,16;4,5 (п = 31) 55,9 ± 2,1 5,41 ± 0,12 1,42 ± 0,09 3,30 ± 0,12 1,64 ± 0,13
4-я — контрольная группа (п = 36) 58,3 ± 1,5 5,17 ± 0,11 1,33 ± 0,07 3,13 ± 0,13 1,22 ± 0,09
Целевые уровни* < 5,0 ммоль/л > 1,0 ммоль/л < 3,0 ммоль/л <1,7 ммоль/л
* Российские рекомендации третьего пересмотра 2007 г. для лиц, не имеющих ишемической болезни сердца.
тельно больше отклонений ХС ЛНП от целевых уровней по сравнению с лицами, не имевшими контакта с указанными вредностями.
Анализ триглицеридемии показал, что она значительна у работников с вредностью: под воздействием алюминиевой пыли встречалась в 38,7 %, под воздействием шума менее 99 дБ в 38,4 % и в 42,3 % при воздействии шума, превышавшим 99 дБ. Частота выявлений триглицеридемии в этих группах была сопоставимой (р > 0,5). У лиц контрольной группы превышение целевых уровней ТГ выявлялось в небольшом количестве случаев и составило 5,5 %. Триглицеридемия значительно чаще встречалась у работников, имевших производственные вредности по сравнению с лицами контрольной группы и это отличие было достоверным. (По шуму р < 0,001 и р < 0,001, по пыли р < 0,002).
В ы в о д ы. 1. Проведенное исследование выявило наличие дислипидемии во всех изучаемых группах, но более выраженное нарушение липидного обмена отмечалось в группах лиц, имевших производственные вредности.
Среди работников, имевших контакт с вредными факторами, дислипидемия была значительнее у лиц, которые работали в условиях воздействия шума, превышавшего 99 дБ. 2. Выявленные нарушения липидного обмена у рабочих, стаж которых превышает десять лет, подвергающихся воздействию шума и пылевого фактора, рекомендуется учитывать при проведении периодического медицинского осмотра в целях первичной профилактики атеросклероза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вермель А.Е., Зененко Г.М., Кочанова Е.М. // Тер. арх. 1988. № 9. С. 88—91.
2. Профессиональные заболевания: Руководство для врачей / Н.Ф. Измеров. М.: Медицина, 1996.
3. Рейзин А.Б., Тельных Ю.В. // Клин. мед. 2005. № 11. С 63—64.
4. Российское медицинское общество по артериальной гипертонии. Российские рекомендации (3-й пер.). М.,
2007.
Поступила 10.12.09
УДК 681.783.25:613.62
Ю.Ю. Кисляков, И.В. Бухтияров, А.Б. Прокофьев, Е.А. Каменкова
О БЕЗОПАСНЫХ УРОВНЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО
ИМПУЛЬСА
Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины
Министерства обороны РФ, Москва
Приведены результаты исследования очагов органического повреждения сетчатой оболочки глаза лабораторных животных при воздействии фемтосекундным лазерным импульсом. По-
казана целесообразность пересмотра ныне действующего нормативного документа по лазерной безопасности в части, касающейся импульсного воздействия лазерного излучения сверхкороткой длительности.
Ключевые слова: лазерная безопасность, фемтосекундный лазер, лазерное излучение.
Yu.Yu. Kisliakov, I.V. Boukhtiarov, A.B. Prokofiev, E.A. Kamenkova. On safe levels of exposure to femtosecond laser impulse. The authors present results of studies concerning organic retinal lesions in laboratory animals exposed to femtosecond laser impulse. Conclusions necessitate changes of present laser safety norms on impulse effects of extra-short laser rays.
Key words: laser safety, femtosecond laser, laser rays.
Со времени создания первых лазеров интерес к этим устройствам постоянно растет. Особенностью лазеров являются уникальные свойства их излучений, которые ранее не реализовывались ни у какого другого энергетического источника:
— монохроматичность излучения, которая непосредственно связана с высокой степенью когерентности;
— мощность излучения, достигающая у современных лазеров сотен гигаватт в импульсе и сотен киловатт в непрерывном режиме;
— направленность излучения, которая часто является главной характеристикой лазерного изделия. Благодаря этому лазеры нашли широкое применение во многих сферах человеческой деятельности.
Многочисленными исследованиями установлено, что лазерные излучения (ЛИ) могут вызвать различной степени выраженности местные и общие реакции организма человека в зависимости от энергетических параметров и времени воздействия (энергетической экспозиции). Наиболее уязвимым в отношении повреждения ЛИ является орган зрения. Именно поэтому со времени создания первых лазеров и по настоящее время в России и за рубежом проводятся работы по физиолого-гигиеническому нормированию параметров лазерного излучения, разработке государственных и отраслевых стандартов, устанавливающих требования по безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий [1—3, 6, 8].
Настоящая работа посвящена вопросам оценки повреждающего действия лазерных импульсов сверхкороткой длительности при их воздействии на ткань сетчатой оболочки глаза. Актуальность работы обусловлена достаточно интенсивным развитием за последние 10 лет прикладных областей квантовой электроники и нелинейной оптики, что послужило сильнейшим стимулом к разработке и распространению в практике лазерных устройств нового типа — фемтосе-кундных лазеров, обладающих уникальными свойствами — исключительно короткой длительностью импульса (~10-15 с) и высокой пиковой
мощностью (терраватты) излучения. Благодаря своим свойствам фемтосекундные лазеры широко применяются [5] в науке и технике (исследования сверхбыстрых явлений и процессов, спектроскопия во временной области, получение микроскопных изображений, лазерный термоядерный синтез, прецизионная микрообработка материалов, сверхбыстрая электроника, сверхвысокая скорость передачи информации). Интересны и важны результаты применения фемтосекундных лазеров в биологии и медицине (избирательная лазерная инактивация бактерий и вирусов [13], фемтосекундная оптическая томография [9], ДНК-диагностика [11, 12], рефракционная хирургия [10]).
К настоящему времени достаточно хорошо изучены особенности воздействия на орган зрения короткоимпульсного ЛИ микро- и наносе-кундного диапазона. В частности, установлено [4, 7], что наносекундный импульс вызывает повреждения, относящиеся к фотомеханическому типу, проявляющиеся в виде повреждений только тонкого поверхностного слоя материала при сравнительно меньших плотностях энергии, обусловленных отсутствием влияния теплопроводности. При высокой плотности мощности в пятне облучения и при очень малой длительности воздействия фотомеханические повреждения в виде отрыва наружных и внутренних элементов фоторецепторов, разброса клеток пигментного эпителия могут наблюдаться при воздействии излучения во всем диапазоне видимого спектра. В этом случае разрыв тканей связан с гидродинамическим ударом, вызванным акустической волной, вследствие ионизации в тканях и развития электрического пробоя.
В случае укорочения длительности импульса можно было бы ожидать дальнейшее увеличение доминирования фотомеханического механизма повреждения, обусловленного преобразованием световой энергии в акустическую, с резким увеличением размеров поврежденных областей за счет структурных изменений во всех слоях сетчатой оболочки глаза. Однако, как будет
показано ниже, при длительностях импульса в несколько десятков фемтосекунд картина повреждений глазного дна выглядит совершенно иным образом.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Объектом исследований являлись 10 кроликов (20 глаз) породы «Советская шиншилла» массой 2,5—3,0 кг. Все подопытные биообъекты прошли карантин и предварительное клиническое обследование. Отбор животных в опыт, их маркировка и группирование проводились за 2—3 дня до опыта. Одновременно осуществлялась общеклиническая оценка состояния животных и офтальмоскопическое обследование, которое включало оценку состояния прозрачных сред глаза, глазного дна и рефракции глаза. В опыт отбирались животные с умеренной равномерной пигментацией сетчатки и эмметропической рефракцией глаза. Осмотр глазного дна проводился методом прямой офтальмоскопии с помощью электрического офтальмоскопа ОР-2. Офталь-москопировались животные при расширенном зрачке. Стойкое расширение зрачка (до 6 — 8 мм) и паралич аккомодации достигались ежедневным двукратным закапыванием 1 % раствора сернокислого атропина в конъюнктивальный мешок на протяжении трех суток, предшествовавших облучению.
Исследование воздействия фемтосекундных лазерных импульсов на сетчатку глаза кролика проводилось на установке, собранной на основе титан-сапфирового лазера «Mira Seed», стрет-чера, регенеративного и многопроходового усилителей и компрессора излучения. Для накачки усилителей использовался YAG лазер Surelite III. Оптическое качество выходного излучения контролировалось с помощью М2-датчика.
Величина энергии подбиралась с помощью калиброванных светофильтров и зеркал. При каждом фиксированном значении энергии (вариации энергии в каждом случае были только за счет нестабильности работы установки) проводилась серия облучений со следующими параметрами: длина волны излучения — 800 нм; длительность импульса — 50 фс (5 ■ 10-14с); режим работы — моноимпульсный; расходимость лазерного пучка — 0,7 угл. мин. Количество наносимых лазерных аппликаций варьировалось от 7 до 15 на каждый глаз.
Эксперименты по определению пороговых уровней ЛИ начинались при таких значениях плотности энергии, при которых достигалось гарантированное повреждение глазного дна. Затем энергетические параметры снижали, добиваясь полного отсутствия очагов на сетчатке глаза
кроликов. Значения пороговых уровней энергии определяли исходя из построенных зависимостей размера очага от плотности энергии. Наблюдение очагов повреждения осуществлялось с помощью цифровой фундус-камеры высокого разрешения с возможностью фотографировать глазное дно кролика с 20 — 40-кратным увеличением, позволяющим регистрировать очаги повреждения размером 50 —100 мкм.
Р е з у л ь т а т ы. В настоящих исследованиях по изучению особенностей повреждения глазного дна фемтосекундным лазерным импульсом была выявлена следующая картина повреждений. Полученные очаги повреждения по своему характеру можно разделить на три группы. В первой группе наблюдались очаги повреждения в виде белых пятен круглой или овальной формы с достаточно четкими границами и практически однородной структурой. При воздействии с плотностью энергии 0,54 мДж/ см2 очаги были более выражены как по четкости границ, так и по цвету, чем при воздействии ЛИ с плотностью энергии 0,26 мДж/см2. Во второй группе наблюдались очаги повреждения с нечеткими границами, неоднородные по структуре, с характерным центральным пятном белого или темного цвета. В третьей группе были выявлены очаги полупрозрачного белого цвета с нечеткими границами и ватообразной структурой. Иногда повреждения сопровождались интраретинальным кровоизлиянием в виде ободка красного цвета.
Таким образом, можно заключить, что характер очагов повреждения при воздействии фемтосекундного лазерного импульса отличается от такового при наносекундном воздействии. Это выражается, в первую очередь, практически полным отсутствием кровоизлияний, что вызвано, по-видимому, меньшей глубиной повреждения тканей глазного дна. С другой стороны, степень коагуляции тканей в ряде случаев более выражена и соответствует 3—4 степени по Ь'Еврегапее. При пороговых уровнях плотности энергии лазер-коагуляты соответствуют 1—2-й степени выраженности. Картина, характерная для нано-секундного воздействия со следами прохождения микровзрывной волны в виде концентрических колец, в данном случае не наблюдается, что указывает на отсутствие механического фактора при повреждениях тканей глазного дна.
Результаты оценки размеров очагов по фотоснимкам, сделанным на цифровой фундус-камере, в зависимости от плотности энергии ЛИ показали следующее. При уровнях энергии ЛИ 0,025 и 0,01 мДж/см2 очаги повреждения визуально выявить не удалось. При дальнейшем
увеличении плотности энергии размеры очагов повреждения изменялись в среднем от 120 мкм при 0,26 мДж/см2 до 180 мкм при 0,54 мДж/ см2 (таблица).
Результаты сравнительного анализа размеров очагов повреждения наносекундным лазерным импульсом, полученных нами в ранее проведенных исследованиях на длинах волн 450, 535 и 630 нм, и очагов повреждения, полученных в настоящих исследованиях, показал следующее (рис. 1). При воздействии фемтосекундным импульсом средний размер очагов повреждения минимум в 1,5 раза меньше, чем при воздействии наносекундным импульсом. Это может свидетельствовать о повышении порога органического повреждения в случае воздействия с ЛИ фемтосекундного диапазона по сравнению наносекундным воздействием.
Таким образом, полученные результаты входят в определенные противоречия с действующими нормативными документами по определению предельно допустимых уровней (ПДУ) энергии ЛИ в фемтосекундном диапазоне импульсного воздействия. Это иллюстрирует следующий пример (рис. 2). Для воздействия лазерным импульсом длительностью 10 нс (10-8с) на длине волны 800 нм нормируемый ПДУ составляет 10-6 Д ж/ см2. Для импульса 50 фс (5 • 10-14с) ПДУ равен 3,5 • 10-9 Дж/см2, что на 3 порядка меньше, чем при воздействии наносекундного импульса.
Обычно при формировании ПДУ используется большой экспериментальный материал по оценке повреждающего действия на биологическую ткань с учетом коэффициентов гигиенического запаса. Поэтому представляется логичным предположить, что для получения минимальных размеров очагов органического повреждения пороговое значение плотности энергии фемто-секундного импульса должно быть примерно на 3 порядка меньше, чем при воздействии на-носекундного импульса и составлять 0,2—0,5 мкДж/см2. Однако, как было показано выше, порог повреждения для фемтосекундного импульса оказался даже в 1,5 раза выше, чем при воздействии наносекундным импульсом. Это
Размеры очагов повреждения фемтосекундным лазерным импульсом (М ± т), мкм
Плотность энергии, мДж/см2 Размер очага, мкм
0,26 119,9 ± 5,9 (72-164,5)
0,35 147,5 ± 8,0 (98-211,6)
0,47 148,9 ± 5,6 (114,6-196,6)
0,54 179,0 ± 7,4 (145,2-250,8)
может свидетельствовать о том, что воздействие сверхкороткими световыми импульсами менее «разрушительно», что объясняется совершенно иными энерговременными процессами, происходящими в тканях сетчатки.
В ы в о д. Действующий в настоящее время нормативный документ [8] по нормированию предельно допустимых уровней лазерного излучения не совсем точно определяет предельно допустимые уровни в зоне воздействия сверхкоротких импульсов, что вызвано, по-видимому, отсутствием на момент разработки документа достоверных экспериментальных данных о действии сверхкоротких импульсов на сетчатку. Таким образом, можно сделать заключение о необходимости проведения дальнейших исследований в данном направлении (в том числе с привлечением
800 нм, 50 фс, 630 нм, 10 не, 535 нм, 10 не, 450 нм, 10 не,
0,26 мДж/см2 0,18 мДж/см2 0,23 мДж/см2 0,24 мДж/см2
Условия воздействия (длина волны, длительность импульса, плотность
Рис. 1. Размеры очагов повреждения (средние значения в мкм) при воздействии лазерным импульсом длительностью 50 фс и 10 нс на разных длинах волн. Различия достоверны по уровню р < 0,01
Рис. 2. Графики зависимостей предельно допустимых уровней (ПДУ) плотности энергии в импульсе в зависимости от длительности импульса и длины волны излучения (зависимости построены по формулам расчета ПДУ, приведенным в [8])
гистологических методов) и возможном пересмотре существующих нормативов в части, касающейся фемтосекундных длительностей лазерного импульса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гигиена труда при работе с лазерами: Методические рекомендации. М.: Минздрав РСФСР, 1981.
2. ГОСТ 12.1.040—83. ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения. М.: Изд-во стандартов, 1984.
3. ГОСТ Р 50723—94. Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. М.: Изд-во стандартов, 1995.
4. Краснов М.М. Микрохирургия глаукомы. Изд. 2-е. М.: Медицина, 1980.
5. Крюков П.Г. Фемтосекундные импульсы. Введение в новую область лазерной физики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.
6. О введении в действие Правил безопасного проведения работ с лазерами в Советской Армии и Военно-Морском Флоте: Приказ МО СССР от 05.07.90 г. № 268. М., 1990.
7. Преображенский П.В., Шостак В.И., Балашевич Л.И. Световые повреждения глаз. Л.: Медицина, 1986.
8. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров. № 5804—91. М., 1993.
9. Щербатюк Т.Г., Кулакова К.В., Потехина Ю.П. и др. / / Нижегородский мед. журн. 2006. № 1. С. 24—29.
10. Burkhard von Jagow, Kohnen T. // J. Cataract & Refractive Surgery. 2009. Vol. 35, Issue 1. P. 35—41.
11. Hogan H. // Biophotonics Intern. magazine. 2006. Vol. 13, N 8. P. 50—51.
12. Till von Feilitzsch, Tuma J., Neubauer H. et al. // J. Phys. Chem. B. 2008. 112 (3). P. 973—989.
13. Tsen K.T., Tsen Shaw-Wei D., Chang Chih-Long et al. // J. Phys. 2007. N 32. P. 34—42.
Поступила 17.04.09
УДК 617.76:681.783.25
И.В. Бухтияров, А.Б. Прокофьев, Ю.Ю. Кисляков, Е.А. Каменкова
РЕТИНОПРОТЕКТОРНЫЕ И РЕПАРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БИОРЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ПОВРЕЖДЕНИИ ГЛАЗНОГО ДНА
Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины
Министерства обороны РФ, Москва
Описываются биологические эффекты при действии излучения импульсного лазера наносекунд-ной длительности в видимом диапазоне волн. В проведенных экспериментальных исследованиях установлено ретинопротекторное и репаративное действие препарата АВ-17 на основе синтетических биорегуляторных пептидов.
Ключевые слова: лазерное излучение, наносекундный импульс, биорегуляторные пептиды, сетчатая оболочка, ретинопротекторное действие.
I.V. Boukhtiarov, A.B. Prokofiev, Yu.Yu. Kisliakov, EA. Kamenkova. Retinoprotective and reparative properties of bioregulatory peptides for laser injury to eyeground. The article desribes biologic effects of impulse nanosecond length laser in visual range. Experimental studies proved retinoprotective and reparative properties of AV-17 preparation based on synthetic bioregulatory peptides.
Key words: laser rays, nanosecond impulse, bioregulatory peptides, retina, retinoprotective effect.
Разработка эффективных средств защиты от действия неблагоприятных факторов окружающей среды, в частности экстремального светового излучения, является актуальной задачей, стоящей перед медициной труда и военно-медицинской наукой. Наиболее опасными для органа зрения источниками светового излучения являются лазеры. Лазеры (генераторы электромагнитного излучения оптического диапазона, основанные на использовании вынужденного
излучения) находят все более многообразное применение практически во всех сферах человеческой деятельности.
В связи с широким распространением лазерных устройств учащаются случаи органического поражения глаз как в быту, так и в процессе профессиональной деятельности. Среди военных специалистов неблагоприятные последствия при воздействии лазерного излучения (ЛИ) на сетчатую оболочку глаза имеют место при вы-
