مخاطر سلامة الليزر الناتجة عن الليزرات العاملة في الطيف المرئي

المخاطر على الشبكية: لماذا تشكل الليزرات المرئية (400–700 نانومتر) مخاطر فريدة على سلامة العين

الكفاءة الضوئيّة الحيوية للشبكية عند الأطوال الموجية المرئية والحساسية القصوى للتلف الحراري الضوئي والكيميائي الضوئي

تعمل عيوننا بشكلٍ أمثل في رؤية الأشياء ضمن نطاق الطيف المرئي، الذي يبلغ حوالي ٤٠٠ إلى ٧٠٠ نانومتر. وفي هذا النطاق بالذات، تُركِّز عدسات أعيننا بدقةٍ عاليةٍ الضوء الليزري الداخل، وقد تُركِّزه أحيانًا بما يصل إلى ١٠٠ ألف مرة على الجزء الخلفي من العين. وبسبب هذه التركيز الشديد، تصبح شبكية العين معرَّضةً بشكلٍ خاصٍ للتلف. ويتم امتصاص معظم الضوء ذي المدى بين ٥٠٠ و٦٠٠ نانومتر بواسطة خلايا خاصة تُسمى «خلايا الظهارة الصبغية للشبكية» (RPE cells) الموجودة في الشبكية، ما يؤدي إلى بدء نوعين ضارين من التفاعلات في وقتٍ واحد. فعندما يرتفع درجة الحرارة في بقعةٍ معينةٍ فوق ٤٥ درجة مئوية، تبدأ البروتينات في التحلل وتضطرب هياكل الخلايا فورًا تقريبًا. وهناك أيضًا نوعٌ آخر من التلف الناجم عن التعرض الطويل للضوء الأزرق، لا سيما في النطاق من ٤٠٠ إلى ٤٥٠ نانومتر، والذي يولِّد أنواعًا عديدةً من الجذور الحرة التي تغمر فعليًّا أنظمة الدفاع الطبيعيّة في أجسامنا ضد هذه الجذور. بل حتى جهاز إشارات ليزري من الفئة الثانية (الذي تبلغ قوته حوالي ملليواط واحد) — وهو أمرٌ يبدو غير ضارٍ ظاهريًّا — يمكن أن يُوجِّه إلى الشبكية طاقةً تفوق ما نراه عادةً في يومٍ مشمسٍ حارٍ بستين ضعفًا، وفقًا لأحدث الأبحاث المتعلقة بمعايير السلامة.

القيود الحرجة في الاستجابات الواقية الطبيعية — مثل انعكاس الرمش ورد الفعل الانقباضي — في سيناريوهات السلامة من الليزر في العالم الحقيقي

إن دفاعات جسمنا الطبيعية لا تكفي أصلًا عندما نتعرَّض لمواقف الليزر في العالم الحقيقي. فعلى سبيل المثال، يستغرق الرمش حوالي ٠,١٥ إلى ٠,٢ ثانية حتى تتفاعل عيوننا، وهذا لا يُجدي نفعًا أمام نبضات الليزر التي تدوم أقل من ١٠٠ ميكروثانية؛ وهذه النبضات القصيرة شائعةٌ فعلًا في إجراءات مثل العمليات الطبية والعمليات العسكرية والأبحاث العلمية. وماذا عن استجابة الابتعاد؟ فالغالبية العظمى من الناس لا تلتفت بعيدًا عن مصدر الليزر إلا بعد أن يشعروا بعدم الراحة لمدة تقارب ٠,٢٥ ثانية. لكن العمال غالبًا ما يحدِّقون مباشرةً في أشعة الليزر عمداً أثناء استخدامهم معدات مثل المجاهر أو العدسات التصحيحية، أو في ظروف الإضاءة الخافتة التي توسِّع حدقتهم وتسمح بدخول كمية أكبر من الضوء الضار. بل إن الأمر أسوأ من ذلك: إذ يمكن للأسطح المعدنية اللامعة أن تُحدث انعكاسات قصيرة الأمد لكنها خطرة. وتُظهر البيانات الواقعية أمرًا مقلقًا: فقد وقعت ما يقارب ٤ من أصل ١٠ إصابات في أماكن العمل حتى مع الالتزام الظاهري بمعايير السلامة، وفق دراسة حديثة نُشرت في مجلة «بي إم جي أوكوباشنال ميديسين» (BMJ Occupational Medicine). ويوضّح هذا الواقع سبب تركيز برامج السلامة الجادة من الليزر على الحلول الهندسية بدلًا من الاعتماد على استجاباتنا البيولوجية المحدودة باعتبارها الاستراتيجية الرئيسية للحماية.

فجوة معايير سلامة الليزر: عندما تفشل حدود الجرعة القصوى المسموح بها (MPE) في ظل ظروف التعرُّض الواقعية

كيف تُحسب الجرعة القصوى المسموح بها (MPE)— ولماذا تقلِّل هذه الحسابات من تقدير المخاطر الناجمة عن التعرُّض العابر أو المتكرِّر أو المُساعَد بالأجهزة البصرية

تُعَدُّ حدود التعرُّض القصوى المسموح بها (MPE) أو العتبات المقابلة لها الأساس الذي ترتكز عليه لوائح سلامة الليزر. وتحدد هذه العتبات حدودًا محددة لمختلف الأطوال الموجية ومدد التعرُّض، وهي محسوبة استنادًا إلى أطر زمنية قياسية. لكن هناك مسألة جوهرية هنا: فهذه الأرقام صحيحة فقط في ظل ظروف مختبرية مثالية، حيث يتعرَّض الشخص لحزمة الليزر مرة واحدة فقط، دون أن يساعده انعكاس الرمش الطبيعي في عينيه. وهذا بالكاد يحدث في الحياة الواقعية. فعند التعامل مع ليزر المسح الضوئي أو نبضات الليزر القصيرة جدًّا، يكون التعرُّض سريعًا جدًّا لدرجة أن العين لا تتاح لها فرصة الاستجابة بشكلٍ كافٍ. وعندما يتعرَّض الأشخاص مرارًا وتكرارًا لنبضات تقع تحت عتبة MPE، فإن ذلك يؤدي إلى تراكم الحرارة وحدوث أضرار على المستوى الخلوي، وهي أضرار لا تأخذها معادلات MPE القياسية في الحسبان إطلاقًا. وتتفاقم الأمور أكثر عندما ينظر شخصٌ ما من خلال معدات بصرية مثل المناظير الثنائية أو المجاهر أو النظارات العادية، لأن هذه الأجهزة تركِّز بالفعل ضوء الليزر مباشرةً على مؤخرة العين، مما يرفع شدة الإشعاع إلى مستويات تفوق بكثير الحدود الآمنة المقررة. ووفقًا لدراسات حديثة نُشِرت في مجلة «تطبيقات الليزر» (Journal of Laser Applications) العام الماضي، فإن نحو ٤٠٪ من الإصابات الناجمة عن أشعة الليزر المرئية النابضة لا تزال تحدث رغم الالتزام التام بإرشادات MPE. والمشكلة أن أساليب الاختبار لدينا لم تواكب التطورات الواقعية؛ فهي لا تراعي التعرُّض المتكرر، ولا تأثير التكبير البصري للأجهزة، ولا حتى الاختلافات الفردية في استجابة الناس للخطر. ومع اعتماد عدد متزايد من الشركات لأجهزة الليزر من الفئة ٣R والفئة ٤ في مختلف المجالات، بدءًا من العمل الصناعي وحتى الأجهزة الاستهلاكية، فإن هذا التفاوت المتزايد بين النظرية والممارسة يصبح أكثر خطورةً باستمرار.

طريقة العرض مهمة: الانعكاسات المباشرة والانعكاسات المُتحيِّزة والانعكاسات المنتشرة في تقييم سلامة الليزر

لماذا تُصنَّف الانعكاسات المُتحيِّزة الناتجة عن أشعة الليزر المرئية من الفئة 3R والفئة 4 بشكلٍ خاطئٍ في كثيرٍ من الأحيان على أنها «منخفضة الخطورة»

عندما يصطدم الضوء بمواد لامعة مثل المعادن المصقولة أو الزجاج أو السيراميك، فإنه يُحدث ما نسمّيه الانعكاسات المميزة (Specular Reflections)، والتي تحتفظ بمعظم شدتها واتجاهها الأصليين، وتتصرف أساسًا كأشعة منحرفة مباشرةً من المصدر. وللأسف، غالبًا ما تُصنَّف هذه الانعكاسات خطأً على أنها «منخفضة الخطورة» أثناء التقييمات الأمنية، وذلك لأن الأشخاص يقعون في ثلاث فخاخ شائعة. أولًا، يعتقد الكثيرون أن جميع الانعكاسات تقلل تلقائيًّا من مستوى الخطر. لكن المفارقة هنا هي أن انعكاس ليزر من الفئة 3R (بين ١–٥ ملليواط) أو ليزر قوي من الفئة ٤ (>٥٠٠ ملليواط) عن سطح أملس قد يتجاوز في الواقع حدود التعرُّض الآمن للعين وفق معايير ANSI. أما المشكلة الثانية فهي أن الأجسام العاكسة المنحنية — مثل الأدوات أو العدسات أو حتى وجوه الساعات الراقية — لا تُبدِّد الضوء المنعكس فقط، بل قد تركِّز الطاقة بدلًا من ذلك، مما يجعل الإضاءة أكثر سطوعًا بكثيرٍ مما هو متوقع. والمشكلة الثالثة هي أن رد فعل الرمش الطبيعي لا يعمل بكفاءة كافية ضد الليزر الذي يُطلق نبضات أو يمسح المناطق بسرعة. ومن المهم جدًّا التمييز بين الانعكاسات المميزة (Specular Reflections) والانعكاسات المنتشرة (Diffuse Reflections)، حيث يتشتت الضوء على الأسطح الخشنة، ما يجعل هذه الأخيرة أكثر أمانًا بكثيرٍ بشكل عام. وإن أُسيء فهم هذا الاختلاف، فإن التصنيفات لن تعبِّر بدقة عن المخاطر الفعلية، وقد لا يرتدي العمال المعدات الواقية المناسبة، ما يؤدي إلى وقوع الحوادث في المنشآت البحثية والمصانع في كل مكان.

عدم التوافق في التصنيف التنظيمي: مخاطر سلامة الليزر الناتجة عن أشعة الليزر المرئية من الفئة ٢ و٢م و٣ر

تفنيد خرافة «الليزر الآمن للعين»: كيف يؤدي الاعتماد على استجابة التجنُّب التي تستغرق ٠٫٢٥ ثانية إلى إيجاد ثقة كاذبة خطيرة

يعتقد الكثير من الناس أن الليزر المرئي من الفئة ٢، و2M، و3R آمنٌ على العين بطريقةٍ ما، لكن هذه المعتقدات تستند إلى لوائح قديمة تعتمد بشكل مفرط على ظاهرة انعكاس الابتعاد عن الضوء خلال ٠٫٢٥ ثانية. والمشكلة تكمن في أن أجسامنا لا تعمل دائمًا وفق الجدول الزمني المتوقع. فتتباطأ أوقات رد الفعل عندما يكون الشخص متعبًا أو مشتت الانتباه أو يتعرض لظروف إضاءة مختلفة. وأحيانًا يحدّق الأشخاص مباشرةً في شعاع الليزر دون رمشٍ على الإطلاق. وإليك ما يحدث عند فشل هذا الانعكاس الوقائي: فحتى النظرة السريعة إلى ليزر من الفئة 3R ذي القدرة الخرجية ٥ مليواط قد تؤدي فعليًّا إلى حروق دائمة في الشبكية. وهناك أيضًا مشكلة الليزر من الفئة 2M: فهو مصمم ليكون آمنًا عند النظر إليه مباشرةً، لكنه يصبح مفاجئًا خطيرًا عند النظر إليه عبر المناظير أو العدسات المكبرة، لأن هذه الأدوات البصرية تقضي تمامًا على انعكاس الرمش الوقائي الذي نمتلكه عادةً. أما إهمالٌ كبيرٌ آخر في معايير السلامة الحالية فهو تجاهُلها للأضرار الناجمة عن التعرُّض المتكرر القصير الأمد للليزر على مدى فترة زمنية. فهذه التعرُّضات الصغيرة تتراكم وتسبب أضرارًا في العين لا تُشعر بالألم فور حدوثها ولا تظهر عليها علامات واضحة، ما يجعل من السهل أن تتفاقم المشكلات دون أن يلاحظها أحد. وللأسف، فإن هذه الفجوة بين ما تنص عليه اللوائح التنظيمية وما يحدث فعليًّا تؤدي إلى وقوع عدد كبير من إصابات العين التي يمكن تجنُّبها في المدارس والمرافق الطبية وورش الهواة، حيث يزداد انتشار هذه الليزرات ذات القدرة المنخفضة يومًا بعد يوم.

وراء العين: المخاطر الثانوية المتعلقة بالسلامة عند استخدام الليزر المرئي عالي القدرة (الفئة 4)

حروق الجلد، ومخاطر الاشتعال، والمخاطر الجانبية الأخرى—حتى عند الأطوال الموجية المرئية الشائعة مثل 532 نانومتر

تركّز معظم المناقشات حول سلامة الليزر على إصابات العين، لكننا نحتاج إلى إيلاء اهتمامٍ مماثلٍ للمخاطر الجسيمة غير المرتبطة بالعين الناجمة عن أنظمة الفئة الرابعة التي تتجاوز قوتها 500 مليواط. وعندما يتعرَّض شخصٌ ما مباشرةً أو عبر انعكاساتٍ لأشعة الليزر، فإن بشرته تتعرض فورًا لأضرار حرارية. فعلى سبيل المثال، تفوق أشعة الليزر الخضراء ذات الطول الموجي 532 نانومترٍ بسهولةٍ الحد الأقصى البالغ 80 مليواط لكل سنتيمتر مربع، والذي حددته المعايير الدولية كحدٍّ يُسبِّب حروقًا مؤلمةً في الجلد. ولا تمتلك البشرة تلك الانعكاسات التلقائية التي تمتلكها العيون، ولذلك يبقى الأشخاص عادةً معرَّضين للإشعاع لفترة أطول، ما يؤدي إلى تفاقم الإصابات. كما تشكّل مخاطر الاشتعال نقطةً أخرى بالغة الأهمية: إذ يمكن لهذه الليزرات القوية أن تشعل جميع أنواع المواد القابلة للاشتعال — كالأقمشة والمواد المذيبة والغبار وحتى البلاستيك — خلال جُزءٍ من الثانية، وبخاصةٍ على الأسطح الداكنة أو ذات القدرة العالية على الامتصاص. وأي شدة تفوق الواط الواحد لكل سنتيمتر مربع تخلق مخاطر اشتعالٍ جسيمة في المصانع وورش العمل. وهناك مشكلاتٌ أخرى أيضًا: فعند معالجة المعادن باستخدام هذه الليزرات، تتكوَّن بلازماٌ تطلق شراراتٍ وأشعةً فوق بنفسجيةً. وقد يستنشق العمال أبخرةً سامةً عند تبخُّر الطلاءات أو المواد، كما قد تؤدي القطيرات الساخنة الطائرة إلى حروق ثانوية. كما أن معرفة الطول الموجي وحده لا تكفي لتقييم المخاطر. فالعامل الحقيقي المؤثر هو كمية الطاقة التي تصل إلى نوعٍ معينٍ من المادة. فليزرٌ بقوة 5 واط يعمل عند طول موجي 532 نانومتر يحمل نفس مخاطر الحروق والاشتعال تمامًا كليزرٍ يعمل عند 635 نانومتر أو 1064 نانومتر. وبالمثل، فإن السلامة الفعلية في استخدام الليزر تعني دمج مجموعةٍ من وسائل الحماية معًا: غرفٌ محكمة الإغلاق ومترابطةٌ إلكترونيًّا، وأنظمة تهويةٍ مناسبة، وملابس مقاومةٍ للحريق، ومناطق وصولٍ خاضعةٍ للرقابة، وبرامج تدريبٍ مخصصةٍ لمختلف المخاطر. ولا يكفي ارتداء النظارات الواقية وحدها.

الأسئلة الشائعة

لماذا تُعتبر الليزرات المرئية خطرة على العين مقارنةً بأنواع الليزر الأخرى؟

تركّز الليزرات المرئية تركيزًا شديدًا على الشبكية، مسببةً أضرارًا حرارية ضوئية وكيميائية ضوئية، وتتفاقم هذه الأضرار بسبب هشاشة الشبكية ضمن نطاق الطيف من ٤٠٠ إلى ٧٠٠ نانومتر.

هل تساعد ردود الفعل الوقائية الطبيعية مثل الرمش في الحماية من التعرّض للليزر؟

لا تكفي الردود الفعلية الطبيعية مثل الرمش وردود الفعل الانسحابية أمام نبضات الليزر السريعة عالية الشدة، التي تظهر عادةً في البيئات الطبية والعسكرية والعلمية.

لماذا تُعتبر قيمة التعرض المسموح به القصوى (MPE) غير فعّالة في كثير من السيناريوهات الواقعية؟

تستند حدود التعرّض المسموح به القصوى (MPE) إلى ظروف مثالية لا تأخذ في الاعتبار التعرّض المتكرر أو المُعزَّز، أو النبضات الليزرية العابرة، أو التأثيرات التكبيرية للأجهزة البصرية التي قد تزيد من درجة الخطر.

ما المقصود بالانعكاسات المميزة ولماذا تشكّل خطرًا؟

تحدث الانعكاسات المميزة عندما يصطدم ضوء الليزر بأسطح لامعة، مما يحافظ على شدته واتجاهه. وغالبًا ما تُصنَّف هذه الانعكاسات خطأً على أنها منخفضة الخطورة، رغم إمكانية تجاوزها لحدود التعرُّض الآمن.

هل الليزرات من الفئة 2 و2M و3R حقًّا «آمنة للعين»؟

يمكن أن تكون هذه الليزرات خطرةً بسبب المفاهيم الخاطئة المتعلقة بانعكاس الابتعاد الذاتي الذي يستغرق ٠٫٢٥ ثانية، والذي لا يوفِّر حمايةً كافيةً ضد التعرُّض السريع أو عند مشاهدة الشعاع عبر عدسات مكبِّرة، ما قد يؤدي إلى تلف في الشبكية.

ما المخاطر الأخرى التي تشكِّلها الليزرات المرئية عالية القدرة خارج نطاق الإصابات العينية؟

يمكن أن تسبِّب الليزرات عالية القدرة حروقًا جلديةً، واشتعال المواد القابلة للاشتعال، وإنتاج أبخرة سامة، مما يتطلَّب اتخاذ تدابير أمان شاملة تتجاوز استخدام النظارات الواقية وحدها.