Laser: valutare il rischio per evitare danni

I fasci di solito hanno un’unica o un numero limitato di lunghezze d’onda discrete.

Sempre più utilizzati in ambito sanitario, necessitano di una attenta valutazione del rischio. Per fare questo sono necessarie informazioni molto dettagliate sulle loro caratteristiche e sul loro funzionamento.

L’evoluzione tecnologica delle sorgenti laser e delle loro applicazioni in ambito sanitario rende necessaria una crescente attenzione per la sicurezza e la salute degli operatori e dei pazienti. È necessario proporre un metodo per la valutazione dei rischi secondo il titolo VIII (agenti fisici), capo V (radiazioni ottiche artificiali – roa), del D.Lgs. n. 81/2008, per tutte le classi dei laser, con particolare attenzione per quelli di classe 3B e 4 a maggior rischio, prendendo in considerazione anche le caratteristiche degli ambienti dove sono ubicati i laser, i fattori organizzativi e il fattore umano, con particolare riferimento all’informazione, alla formazione e all’addestramento degli operatori laser. Per arrivare a questo obiettivo in modo sintetico, è opportuno fornire alcune indicazioni essenziali sulle caratteristiche e sul loro funzionamento (roa coerenti), sui principali obblighi per i fabbricanti e per gli utilizzatori. Inoltre, occorre fornire le principali nozioni sulle interazioni tra tessuti biologici e radiazioni e sui possibili effetti nocivi per quanto riguarda la salute (occhi e cute).

Principali obblighi
Nei secoli scorsi, le scoperte scientifiche e tecnologiche relative alla luce e alle sue proprietà hanno continuamente innovato l’industria degli apparecchi medicali che si basano sull’utilizzo della luce (procedure chirurgiche, terapie, eccetera). Solo dopo la realizzazione del primo laser, nel 1960, il ruolo della luce in medicina è diventato importante. Infatti, l’anno successivo alla sua realizzazione si è iniziato a utilizzare il laser nei trattamenti di melanomi cutanei e, successivamente, in oculistica per le micro-saldature durante gli interventi chirurgici
alla retina.
Il nome laser è l’acronimo di light amplification by stimulated emission of radiation. I laser sono sorgenti di luce coerente, basati sull’emissione stimolata di radiazioni da parte di un sistema di atomi eccitati all’interno del quale avvengono transizioni da uno stato quantico a un altro stato quantico di energia inferiore. La teoria dell’emissione stimolata di radiazioni era stata formulata da Albert Einstein, nel 1917. L’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia avviene mediante tre fenomeni fondamentali: assorbimento, emissione spontanea ed emissione stimolata, tutti relativi all’emissione di un fotone da parte di un atomo. In particolare quando un fotone a frequenza f0 e, quindi, energia h*f0 interagisce con un atomo, quest’ultimo può essere assorbito provocando la transizione di un elettrone dal livello E1 al livello E2 > E1 (E2 = E1 + h*f0). Gli elettroni eccitati, a partire da questo stato, possono tornare allo stato originario attraverso l’emissione spontanea di un fotone con energia h*f0 oppure, se un fotone interagisce con un atom con un elettrone sul livello E2, si può avere
emissione stimolata di un ulteriore fotone con energia h*f0, che accompagna il fotone originario e la transizione dell’atomo
sul livello E1. I fasci laser sono di solito caratterizzati dal fatto di avere un’unica o un numero limitato di lunghezze d’onda discrete; l’emissione ha bassa divergenza, quindi, mantiene pressappoco la stessa potenza o energia entro una determinata area su distanze considerevoli; inoltre, il fascio laser è coerente o le singole onde del fascio sono allineate. In genere, i fasci laser possono essere messi a fuoco su un piccolo punto, con il rischio potenziale di provocare lesioni e danni alle superfici. Queste, però, sono tutte generalizzazioni. Esistono laser che producono fasci laser su un ampio spettro di lunghezze d’onda, oppure dispositivi che producono raggi ampiamente divergenti, o ancora fasci laser che non sono coerenti per la maggior parte della lunghezza del loro percorso.

Le emissioni di fasci laser possono essere:
• continue, nel qual caso si parla di onda continua (cw);
• pulsate, questa ultima tipologia di emissione varia nel tempo con periodi “on” e “off” e può essere suddivisa a impulsi ultracorti con “t” minore di 10^-9 (mode locking) o a impulsi giganti con “t” compresa tra 10^-9 e 10^-7 (Q-switched).

Per quanto riguarda la trasmissione della radiazione laser, può essere per trasmissione diretta (bracci, manipoli eccetera)
oppure mediante fibre ottiche. I laser sono divisi in categorie a seconda del “mezzo attivo” usato per generare il fascio laser. Questo mezzo può essere un solido, un liquido o un gas. I laser con un mezzo solido si dividono in solidi tipo cristalli,
detti laser allo stato solido, e in laser semiconduttori. La classificazione dei laser a opera del fabbricante si basa sul concetto di limite di emissione accessibile, definito per ogni classe di laser. Il limite di emissione accessibile considera non solo l’emissione del pro dotto laser ma anche l’accesso umano a questa emissione.
I laser sono raggruppati in sette classi (1,1M, 2, 2M, 3R, 3B e 4): quanto più alta è la classe,quanto maggiore è la possibilità di provocare danni.
Uno dei parametri caratteristici di un’apparecchiaturalaser è la “Distanza nominale di rischio oculare” (Dnro), definita come la distanza alla quale l’esposizione energetica del fascio laser uguaglia l’”Esposizione massima permessa” (Emp). La Dnro può essere calcolata con formule opportune riportate nella Cei En 60825-1. Il valore di Dnro viene fornito normalmente dal costruttore del laser e riportato nel manuale delle istruzioni del laser.

La norma Cei En 60825-1: 2003 ha fornito una classificazione dei laser, effettuata dal
costruttore sulla base della combinazione della potenza di emissione e della lunghezza d’onda della radiazione laser accessibile:
• classe 1: laser sicuri nelle condizioni di funzionamento ragionevolmente prevedibili, compreso l’impiego di strumenti ottici per la visione diretta del fascio;
• classe 1M: laser che emettono radiazione nell’intervallo di lunghezze d’onda tra 302,5 nm e 4000 nm (nano metro), sicuri nelle condizioni di funzionamento ragionevolmente prevedibili, ma che possono essere pericolosi se l’utilizzatore impiega ottiche all’interno del fascio;
• classe 2: laser che emettono radiazione visibile nell’intervallo di lunghezze d’onda tra nm 400 e nm 700, in cui la protezione dell’occhio è normalmente assicurata dalle reazioni di difesa compreso il riflesso palpebrale. Questa reazione può essere prevista per fornire una protezione adeguata nelle condizioni di funzionamento ragionevolmente prevedibili, compreso l’impiego di strumenti ottici per la visione diretta del fascio;
• classe 2M: laser che emettono radiazione visibile nell’intervallo di lunghezze d’onda tra nm 400 e nm 700, in cui la protezione dell’occhio è normalmente assicurata dalle reazioni di difesa compreso il riflesso palpebrale. Tuttavia, l’osservazione dell’emissione può risultare pericolosa se, all’interno del fascio, l’utilizzatore impiega ottiche;
• classe 3R: laser che emettono nell’intervallo di lunghezze d’onda compreso tra nm 302,5 e nm 106, in cui la visione diretta del fascio è potenzialmente pericolosa, ma il rischio è inferiore a quello dei laser di classe 3B;
• classe 3B: laser normalmente pericolosi in caso di visione diretta del fascio (cioè all’interno della distanza nominale di rischio oculare – Dnro). Le riflessioni diffuse sono normalmente sicure;
• classe 4: laser anche in grado di produrre riflessioni diffuse pericolose. Possono causare lesioni alla pelle e potrebbero anche costituire un pericolo di incendio.

Il loro uso richiede estrema cautela.

Occorre evidenziare che le apparecchiature laser in ambito medico sono dispositivi medici definiti dalla direttiva 93/42/Cee recepita con il D.Lgs. n. 46/1997 e aggiornata dalla direttiva 2007/47/Ce recepita con il D.Lgs. n. 37/2010, pertanto, su ogni apparecchiatura deve essere apposta la marcatura Ce e, inoltre, il fabbricante deve rilasciare una dichiarazione di conformità Ce in cui, tra le altre cose, evidenzia il rispetto dei res (requisiti essenziali di sicurezza e salute dell’apparecchio) e il manuale d’uso e manutenzione dell’apparecchio laser che deve dare indicazioni su come installarlo, come utilizzarlo e come fare gli appositi interventi di manutenzione. Quindi, il fabbricante di queste apparecchiature laser deve seguire le direttive di prodotto provvedendo all’apposita marcatura Ce, fornendo a corredo del laser la dichiarazione di conformità Ce e il manuale d’uso e manutenzione. Inoltre su ogni apparecchio laser deve essere apposta apposita etichetta di colore nero su sfondo giallo, che siano leggibili e visibili durante il funzionamento e fissate in modo permanente. L’utilizzatore (datore di lavoro) in seguito all’acquisto del laser, acquisendo e riscontrando quanto evidenziato, deve seguire nell’utilizzo della sorgente laser (attrezzatura di lavoro) il D.Lgs. n. 81/2008 con particolare riferimento a:
• titolo III, capo I, «Uso delle attrezzature di lavoro»;
• titolo III, capo II, «Uso dei dispositivi di protezione individuale»;
• titolo III, capo III, «Impianti e apparecchiature elettriche»;
• titolo VIII, capo V, del D.Lgs. n. 81/2008, «Protezione dei lavoratori dai rischi di esposizione a radiazioni ottiche artificiali».

In definitiva le posizioni di garanzia che il datore di lavoro ricopre per la salvaguardia della sicurezza e salute di operatori e pazienti nell’uso di attrezzature laser non può essere disgiunta da quella del fabbricante: queste due figure hanno ruoli e responsabilità ben distinte, ma contigue dalle quali derivano due approcci speculari rispetto agli obiettivi di sicurezza e salute prima richiamati. Infine il lavoratore che utilizza l’attrezzatura laser è responsabile dell’uso corretto della stessa (art. 19 del D.Lgs. 81/2008).

Rischi per la salute
L’assorbimento della radiazione laser nei tessuti biologici dà origine a diversi tipi di processi che, se controllati in modo opportuno, permettono interventi clinici di alta precisione ed efficacia.
I vari tipi di interazione laser-tessuto biologico possono essere rappresentati nella mappa di interazione medica. Il riporta, in scala logaritmica sui due assi, in ascissa il tempo di esposizione in secondi e in ordinata l’irradiamento in W/ cm2; mentre le rette oblique rappresentano condizioni di esposizione energetica costante in J/cm2.
A parità di flusso di energia erogato, al variare del tempo di esposizione e di lunghezza d’onda (λ) della radiazione coerente si hanno interazioni di natura diversa con i tessuti biologici: fotochimica, fototermica, fotoablativa, fotomeccanica.
In breve, nell’interazione fotochimica l’energia assorbita nel tessuto è utilizzata per modifiche strutturali delle molecole in seguito a reazioni chimiche attivate dalla radiazione laser. Questo tipo di interazione diventa significativa per esposizioni a basso irradiamento e di durata superiore al secondo ed è quasi esclusivamente limitata a λ < 600 nm.
Nell’interazione fototermica l’energia assorbita nel tessuto è trasformata in energia termica; la generazione di calore nei
tessuti è determinata dall’assorbimento locale di radiazione laser da parte delle molecole presenti nei tessuti. Questo tipo di interazione si verifica per laser a emissione continua con irradiamenti superiori a 10 W/cm2, o per laser pulsati con durata dell’impulso superiore al microsecondo. Per esposizioni molto lunghe e per λ > 600 nm è l’unica interazione che determina il danno ai tessuti.
L’interazione fotomeccanica si verifica quando la radiazione laser è focalizzata ad alta esposizione energetica (~1000 J/cm2)
su un tessuto, usando impulsi brevissimi (dell’ordine dei nanosecondi o dei picosecondi).
L’elevatissimo campo elettrico associato all’impulso laser porta alla generazione di elettroni liberi che, assorbendo l’energia ottica incidente, producono una ionizzazione secondaria a valanga. Si crea, così, un microscopico volume di plasma ionizzato con temperatura (> °C 10.000) e pressione (> bar 10.000) elevatissime. La rapidissima espansione del plasma dà origine a un’onda d’urto che può portare a rottura meccanica localizzata dei tessuti investiti.

Nell’interazione fotoablativa l’energia erogata dal laser provoca ablazione (rimozione esplosiva di materiale dal tessuto in seguito all’irraggiamento) della zona trattata senza provocare effetti termici nei tessuti adiacenti. Questo tipo di interazione predomina nel caso di impulsi di elevata potenza, soprattutto nell’ultravioletto. Nella fotoablazione laser sono comunque presenti processi di tipo fototermico, fotochimico e fotomeccanico.
Gli effetti biologici e gli eventuali effetti dannosi per la salute correlati agli stessi dipendono, oltre che dalle caratteristiche
fisiche della sorgente laser già evidenziate, anche da fattori biologici del soggetto esposto (operatori laser e pazienti) quali l’età, lo stato di salute, l’ipersensibilità eccetera.
Gli organi più a rischio, se esposti a radiazione laser, sono gli occhi e la pelle. L’occhio è l’organo più delicato e, a differenza della pelle, per la quale una involontaria esposizione provoca l’immediata reazione del soggetto esposto anche in caso di radiazione fuori dal campo del visibile, può non percepire repentinamente questa esposizione.
Anche per le radiazioni ottiche (come per le radiazioni ionizzanti) gli effetti possono essere di tipo deterministico (si manifestano al di sopra di una soglia di esposizione) o di tipo stocastico (non esiste una soglia ma la probabilità che l’effetto si verifichi aumenta con l’esposizione).
Gli effetti deterministici sono costituiti da eritemi, bruciature, eczemi per quanto riguarda la cute; mentre, per quanto riguarda l’occhio, è possibile avere danni retinici, cataratta, fotocongiuntiviti eccetera. Il rischio maggiore, per quanto riguarda gli effetti stocastici, riguarda l’esposizione a radiazioni ultraviolette (uv) e consiste nell’insorgenza di tumori cutanei.

In estrema sintesi, il rischio per gli occhi è particolarmente elevato per laser che producono radiazioni di lunghezza d’onda compresa tra nm 400 e nm 1400, in quanto l’occhio focalizza queste radiazioni sulla retina, esponendola a una densità di energia 105 più elevata di quella incidente sulla superficie dell’occhio. La pelle è in grado di tollerare una esposizione al fascio laser molto più elevata; la penetrazione del fascio laser è massima tra nm 600 e nm 1.000. Il titolo VIII, capo V, del D.Lgs. n. 81/2008, all’art. 213, nello stabilire il campo di applicazione, evidenzia che le radiazioni ottiche oggetto dello stesso decreto sono esclusivamente quelli artificiali, in questa impostazione si parla, quindi, di radiazioni ottiche artificiali (roa). Il capo V stabilisce prescrizioni minime di protezione dei lavoratori contro i rischi per la salute e la sicurezza che possono derivare dall’esposizione alle radiazioni ottiche artificiali durante il lavoro con particolare riguardo ai rischi diretti dovuti agli effetti nocivi sugli occhi e sulla cute; questi sono gli organi più a rischio. Oltre ai rischi diretti (involontaria esposizione alla radiazione laser) si debbono considerare i rischi collaterali: rischio elettrocuzione (prevedere controlli periodici di sicurezza elettrica), rischio incendio (allontanare materiali infiammabili), rischio contaminazione aria nel caso di uso di laser con impieghi chirurgici prevedendo un apposito estrattore di fumi per i contaminanti aerei dispersi nell’aria ecc. In merito alle radiazioni ottiche artificiali (roa) sono distinte in non coerenti (prodotti da forni che emettono radiazioni infrarosse, da saldature, sorgenti per il trattamento cosmetico, da sorgenti utilizzate nell’industria farmaceutica e di ricerca eccetera)
e coerenti (laser).

La radiazione ottica comprende le componenti dello spettro elettromagnetico di lun ghezza d’onda minore dei campi elettromagnetici (trattati dal titolo VIII, capo IV, del D.Lgs. n. 81/2008) e maggiore di quelle delle radiazioni ionizzanti (trattate dal D.Lgs. n. 230/1995, cosi come evidenziato dal titolo VIII, capo I, art. 180, comma 3). Quindi, la radiazione ottica comprende tutte le radiazioni aventi lunghezza d’onda compresa tra 1 mm e 100 nm rientranti tra le radiazioni non ionizzanti. All’interno di questo intervallo è presente una ulteriore suddivisione in:
• radiazione infrarossa (ir), con lunghezza d’onda tra mm 1 e nm 760, suddivisa a sua volta in:
– ira, con lunghezza d’onda nm 1.400 a nm 780;
– irb, con lunghezza d’onda nm 3.000 nm e nm 1.400;
– irc, con lunghezza d’onda nm 3.000 a mm 1 (pari a nm 1.000.000);
• radiazione visibile con lunghezza d’onda compresa tra 780 nm e 380 nm;
• radiazione ultravioletta (UV) con lunghezza d’onda compresa tra nm 380 nm e nm 100, suddivisa a sua volta in:
• uva, con lunghezza d’onda che va da nm 400 a nm 315, detta anche “regione della luce nera” per la proprietà di indurre fluorescenza in diverse sostanze;
• uvb, con lunghezza d’onda tra nm 315 e nm 280, detta “regione eritemale” per la capacità di provocare arrossamento alla cute;
• uvc, con lunghezza d’onda tra nm 280 e nm 100, detta “regione germicida” per l’efficacia nell’attivazione di virus e batteri.

In conformità all’art. 218 del D.Lgs. n. 81/2008, la sorveglianza sanitaria è effettuata periodicamente, di norma una volta
l’anno o con periodicità inferiore decisa dal medico competente con particolare riguardo ai lavoratori particolarmente
sensibili al rischio, tenuto conto dei risultati della valutazione dei rischi trasmessi dal datore di lavoro. La sorveglianza sanitaria è effettuata con l’obiettivo di prevenire e scoprire tempestivamente effetti negativi per la salute, nonché prevenire effetti a lungo termine negativi per la salute e rischi di malattie croniche derivanti dall’esposizione a radiazioni ottiche. Laddove i valori limite sono superati, oppure sono identificati effetti nocivi sulla salute:
• il medico o altra persona debitamente qualificata comunica al lavoratore i risultati che lo riguardano. Il lavoratore riceve in particolare le informazioni e i pareri relativi al controllo sanitario al quale dovrebbe sottoporsi dopo la fine dell’esposizione;
• il datore di lavoro è informato di tutti i dati significativi emersi dalla sorveglianza sanitaria tenendo conto del segreto professionale.

Conclusioni
Scopo del presente lavoro è proporre sinteticamente ai sensi del D.Lgs. 81/2008, un metodo di valutazione dei rischi ad indice basato sulla norma Uni Iso 31000:2010, che permette di valutare (identificare, analizzare e ponderare) il rischio generale delle postazioni laser al fine di tutelare la sicurezza e salute sia degli operatori/lavoratori che dei pazienti, il tutto nell’ambito di una visione integrata della sicurezza e salute che comprende sia i requisiti di sicurezza dell’attrezzatura laser, sia i fattori organizzativi, sia il comportamento umano (utilizzo corretto dell’attrezzatura laser).