Фотоны К-БИК диапазона обладают наибольшей глубиной проникновения в ткани, и величина 1/(m_s' + m_а) определяет глубину проникновения [1]. В ИК диапазоне выше 930 нм излучение сильно поглощается водой. В видимой и ультрафиолетовой области преобладает поглощение белками и водой.

Гемоглобин является наиболее сильным поглотителем фотонов вне диапазона 700 – 900 нм, в зелёной области спектра (490-570 нм). Как окси-, так и дезокси-гемоглобин ответственны за 90% поглощения К-БИК излучения в мышцах. Различия в поглощении двумя указанными фракциями гемоглобина обеспечивают раздельное определение их концентраций по спектрам поглощения [1,6].

Обширные данные по оптическим свойствам тканей содержатся в различных литературных источниках. Однако приведенные в них значения оптических коэффициентов существенно разняться. Одними из причин таких отличий являются разные методики приготовления препаратов и измерения, различные инструментальные методы. Измеренные in vitro и in vivo параметры различны для одних и тех же тканей. Измерение оптических параметров биологических тканей in vivo с заданной точностью и воспроизводимостью результатов является актуальной на сегодняшний день задачей. Приведенные в литературе диапазоны значений оптических параметров биотканей соответствуют интервалам: m_а - от 0,05 до 1 см^-1 и m_s - от 0,1 до 1000 см^-1 [1]. Рассеяние в биоткани имеет четкую прямую направленность; в основном заявленные значения соответствуют g=0,9 и выше, и, как минимум, для ткани печени g не зависит от длины волны излучения [1]. Типичные значения для m_s' сильно рассеивающих тканей (мышечной, головного мозга и др.) находятся в диапазоне от 3 до 20 см^-1, для m_а - от 0,1 до 0,3 см^-1.

Излучение К-БИК диапазона характеризуется значительной глубиной проникновения в ткани, но имеет низкий оптический контраст для тканевых хромофоров, отличных от гемоглобина, т.к. максимумы их поглощения находятся вне К-БИК диапазона. Это ограничивает возможности применения К-БИК СФМ для исследования различных физиологических, метаболических процессов в тканях. В медицинских приложениях, где достижение высокого контраста крайне необходимо, перспективна флуоресцентная спектроскопия. Экзогенные флуорофоры призваны повысить чувствительность и специфичность и решить проблему недостаточного контраста К-БИК СФМ. Количественными регистрируемыми параметрами ткани являются m_а и m_s'. Многократное рассеяние излучения в биоткани влияет на восстановление оптических параметров. Определение этих параметров с высокой точностью является значительным шагом для реализации количественной спектрофотометрии тканей и актуальной задачей.

  Биологическое действие электромагнитного излучения оптического диапазона. Видимое, УФ и ИК излучения.

Лазер, или оптический квантовый генератор – это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазеры широко применяются в различных областях промышленности, науке, технике, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии, военной технике и др.

Под действие лазерного излучения происходит быстрый нагрев, плавление и вскипание жидких сред, что особенно опасно для биологических тканей. Особенно уязвимы глаза и кожа. Непрерывное лазерное излучение оказывает в основном тепловое действие, приводящее к свертыванию белка и испарению тканевой жидкости. В импульсном режиме возникает ударная волна, импульс сжатия вызывает повреждение глубоко лежащих органов, сопровождающееся кровоизлияниями.

Лазерное излучение оказывает воздействие на биохимические процессы. В зависимости от энергетической плотности облучение может быть временное ослепление или термический ожог сетчатки глаз, в инфракрасном диапазоне - помутнение хрусталика.

Повреждение кожи лазерным излучением имеет характер термического ожога с четкими границами, окруженными небольшой зоной покраснения. Могут проявляться вторичные эффекты – реакция на облучение: сердечно-сосудистые расстройства и расстройства центральной нервной системы, изменения в составе крови и обмене веществ.

Действия лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энергии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверхности), локализации воздействия и анатомо-физиологических особенностей облучаемых объектов.

Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров №5804 – 91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величину ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей.

Эксплуатация лазеров должна осуществляться в отдельных помещениях, снабженных вентиляцией, удаляющей вредные газы и пары с рабочего места. Ограждения и экраны должны предохранять окружающую среду от прямых и отражаемых лазерных лучей.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.

2. Ультрафиолетовое излучение (УФ) представляет собой невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее в электромагнитном промежуточное положение между светом и рентгеновским излучением (200 – 400 нм).

УФ-лучи обладают способностью выдавать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность (развитие фотохимических реакций), вызывать люминесценцию и отличаются значительной биологический активностью.

УФ-облучение малыми дозами оказывают благоприятное стимулирующее действие на организм (активизируются обменные процессы и тканевое дыхание).

Активизируется деятельность сердца, улучшается обмен веществ, понижается чувствительность к некоторым вредным веществам из-за усиления окислительных процессов в организме (марганец, ртуть, свинец) и более быстрого выведения их из организма, улучшается кроветворение, снижается заболеваемость простудными заболеваниями, снижается утомляемость, повышается работоспособность.

Недостаток ультрафиолета неблагоприятно отражается на здоровье, особенно в детском возрасте. От недостатка солнечного облучения у детей развивается рахит, у шахтеров проявляются жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, плохой сон, отсутствие аппетита. Это связано с тем, что под влиянием ультрафиолетовых лучей в коже из провитамина образуется витамин Д, регулирующий фосфорно-кальциевый обмен.

Длительное действие УФ-лучей ускоряет старение кожи, создает условия для злокачественного перерождения клеток.

УФ-излучения от мощных искусственных источников (светящаяся плазма сварочной дуги, дуговой лампы, дугового разряда короткого замыкания и т.п.) вызывает острые поражения глаз – электроофтальмию. Через несколько часов после воздействия появляется слезотечение, спазм век, рези и боль в глазах, покраснения и воспаления кожи и слизистой оболочки век. Подобное явление наблюдается также в снежных горах из-за высокого содержания ультрафиолета в солнечном свете. Для защиты кожи от УФ-излучения используют защитную одежду, противосолнечные экраны (навесы и т.п.) специальные защитные кремы.

Чрезмерное воздействие инфракрасных лучей (вблизи от мощных источников тепла, в период высокой солнечной активности) при повышенной влажности может вызвать нарушения терморегуляции – острое перегревание или тепловой удар.

Важное гигиеническое значение имеет способность УФ-излучения производственных источников изменять газовый состав атмосферного воздуха вследствие его ионизации. При этом в воздухе образуется озон и оксиды азота. Эти газы обладают высокой токсичностью и представляют большую опасность, особенно при выполнении сварочных работ, сопровождающихся УФ-излучением, в ограниченных, плохо проветриваемых помещениях или замкнутом пространстве.

Интенсивность УФ-излучения на промышленных предприятиях установлена санитарными нормами ультрафиолетового излучения в производственных помещениях № 4557 – 88.

 Фоторегуляторные системы: механизмы действия и виды реакций на облучение.

Биологическое действие ионизирующей радиации выражается в развитии местных лучевых реакций (ожоги и катаракты) и особого генерализованногр процесса— лучевой болезни. В процессе радиационного повреждающего действия условно можно вы­делить три этапа:

а) первичное действие ионизирующего излучения;

б) влияние радиа­ции на клетки;

в) действие радиации на целый организм.

Первичное действие ионизирующего из­лучения на живую ткань проявляется иони­зацией, возбуждением атомов и молекул и, образованием при этом свободных радика­лов (НО' , НО' г) и перекись водорода Н2О2), время существования которых не превышает 10~5 — 10~6 с (прямое действие радиации). Ионизация и возбуждение атомов и моле­кул облученной ткани обусловливают пуско­вой механизм биологического действия из­лучений.

Свободные радикалы вызывают цепные химические реакции, вступают во взаимо­действие с наиболее реактивными белко­выми структурами ферментных систем (8Н-группами) и переводят их в неактив­ные дисульфидные группы (8 = 8). Непрямое (косвенное) действие .ионизи­рующей радиации связано с радиационно-химическими изменениями структуры ДНК, ферментов,,белков и т. д., вызываемыми продуктами радиолиза воды или растворен-йых в ней веществ, обладающими высокой биохимической активностью и способными вызывать реакцию окисления дю ддобым, связям.

При окислении ненасыщенных жирных кислот и фенолов образуются липидные (пе­рекиси, эпрксиды, альдегиды, кетоны) и хино-новые первичные радиотоксины, угнетающие синтез нуклеиновых кислот, подавляющие активность различный ферментов, повышаю­щие проницаемость биологических мембран и изменяющие диффузионные процессы в клетке. В результате этого возникают нару­шения процессов обмена, функциональные и структурные повреждения клеток, органов и систем организма.