Вилен Барабой - Солнечный луч

При импульсном режиме работы лазеров в облучаемом веществе нередко образуются механические колебания атомов и молекул. Когерентное импульсное излучение как бы раскачивает молекулы, и они начинают колебаться с ультра- и даже гиперзвуковой частотой. Образующиеся при этом упругие волны распространяются в живой ткани гораздо дальше и глубже, чем проникают световые волны, усиливают действие лазера и делают его более распространенным.

Кожа и другие ткани организма имеют сложную структуру; они состоят из слоев клеток различного строения, обладающих разными механическими свойствами. При прохождении ультразвуковых волн молекулярные и клеточные слои колеблются, резонируют неодинаково. Поэтому между молекулами биополимеров, между клеточными слоями возникают микроскопические разрывы, просветы, полости. Это явление называется кавитацией (от латинского кавитас — полость). Разрывы возникают на очень короткое время (ничтожные доли секунды), но сопровождаются определенным нарушением структуры и функции живой ткани.

Очень большое значение имеет присутствие в клетках пигмента. Беспигментные клетки почти не поглощают лучей рубинового и неодимового лазеров (наиболее распространенных и в основном использующихся пока в биологии и медицине) и потому мало чувствительны к ним. Луч, прожигающий отверстие в стальном листе толщиной 1—5 мм, не вызывает никаких заметных повреждений в клетках кожи, лишенных пигмента. Но присутствие гранул меланина делает клетку особенно «привлекательной» для луча лазера, и в крохотный промежуток времени такая клетка испаряется, исчезает, тогда как ее беспигментные соседки остаются невредимыми. В белой незагоревшей коже луч лазера проникает поэтому на большую глубину и больше рассеивается, не давая сильного местного поражения. Имеет значение и степень кровенаполнения ткани. Прилив крови облегчает поглощение лазерного луча гемоглобином; страдают при этом в первую очередь клетки крови, а также стенки сосудов.

А теперь познакомимся непосредственно с картиной лазерного поражения живой ткани. Ожог и мгновенное испарение части вещества кожи в месте падения лазерного луча завершаются образованием кратерообразного углубления. Дно кратера обожжено, покрыто тонким слоем сухой омертвевшей ткани. Все произошло в считанные доли секунды. Но случившееся — не конец, а начало процесса. Мгновенное испарение вещества, закипание жидкостей тела вызывает быстрое и резкое повышение давления в клетках облученной ткани. Как волны от упавшего в воду камня, во все стороны от облученного участка распространяется ударная волна. Чем меньше продолжительность лазерного импульса, тем более мощная волна распространяется по ткани. Обычно она не вызывает серьезных повреждений. Но если ударная волна распространяется внутри замкнутой полости — черепа, грудной, брюшной — она вызывает более или менее сильный ушиб мягких тканей (мозга, легкого, сердца) о твердые костные стенки полости. Возникают кровоизлияния.

Если лазерный импульс большой мощности проникает внутрь глаза (оболочка глазного яблока достаточно жестка), происходят частичное испарение стекловидного тела с образованием пузырей в нем, кровоизлияния в сетчатку и ее отслойка, а при особо мощной ударной волне — даже разрыв глазного яблока. Лазерный импульс, упавший на лобную кость мыши, вызывает мгновенную гибель в результате ушиба мозга ударной волной и массивных кровоизлияний. В то же время кожа лба, кость остаются неповрежденными. У более крупных животных лобная кость толще, и мозг не повреждается.

Другой фактор распространения лазерного поражения — ультразвуковые упругие колебания. Степень их опасности и особенности действия изучены недостаточно.

Итак, можно говорить о двух основных формах взаимодействия лазерного луча с живой тканью. При большой концентрации лучистой энергии на первый план выдвигается чисто тепловое действие — ожог, испарение, выгорание ткани. В этом случае длина волны лазерного излучения значения не имеет. При нефокусированном облучении в малых дозах основное значение имеет избирательное поглощение лучистой энергии теми или иными хромофорными группами. При этом лучи разной длины волны поглощаются разными веществами ткани и вызывают различные биологические эффекты. Однако в обоих случаях главные события разыгрываются в клетках, снабженных пигментом или иным хромофором. Белки и нуклеиновые кислоты — основные компоненты живых тканей — непосредственно не поглощают излучения рубинового и неодимового лазера. Чтобы возник биологический эффект, необходимо присутствие фотосенсибилизатора — красителя, переносящего поглощенную энергию света на молекулы биополимеров. И там, где такой посредник имеется, эффект лазерного луча сильнее и развивается при значительно меньших дозах облучения. Вот почему легко разрушаются в поле лазерного облучения красные клетки крови — эритроциты, пигментированные клетки кожи, клетки печени, а беспигментные клетки способны переносить без ущерба воздействие весьма значительных количеств лучистой энергии.

Глаз — наименее защищенный, наиболее уязвимый орган в условиях лазерного воздействия. Проникший внутрь глаза лазерный луч беспрепятственно проходит прозрачные среды глаза, которые фокусируют его (как и любой луч) на сетчатку. Фокусирующие свойства глаза создают в определенной точке сетчатки очень большую плотность лучистой энергии, даже если луч лазера маломощен и попадает в глаз не прямо, а будучи отражен от стен, предметов и т. п. Основные слои сетчатки также почти совершенно прозрачны для лучей лазера. Но внутренний, пигментный слой полностью их поглощает. В точке на сетчатке, где фокусируется свет лазера, пигментный эпителий и слой светочувствительных палочек и колбочек мгновенно выгорает, оставляя после себя плоский белый рубец диаметром около 1 мм (погибшие клетки замещает соединительная ткань). Одно-два таких пятнышка, особенно если они локализуются не в области желтого пятна, быть может, и не окажут серьезного влияния на функции зрения. Но при повторных ожогах число таких участков возрастает, и постепенно может наступить слепота.

При ожоге сетчатки часть ее вещества испаряется; в этом случае также образуются пузырьки, которые нарушают зрение еще больше, чем локальные повреждения сетчатки. На радужной оболочке, содержащей пигмент, при попадании луча также возникает участок омертвения, замещающийся в дальнейшем рубцом из соединительной ткани. Рубец вызывает сужение зрачка или изменение его формы. Могут образоваться и сращения между радужкой и роговицей или хрусталиком. При попадании луча на склеру поражаются сосуды из-за поглощения лучей гемоглобином. Образуются тромбы или кровоизлияния.