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Interacción de los láseres con los tejidos biológicos

 

El cromóforo es una molécula constitutiva de un tejido con una estructura química bien definida y una absorción a picos de longitud de onda concretos. Por ejemplo, la hemoglobina absorbe luz visible, la melanina ultravioleta y el agua los infrarrojos. Se conocen muchos cromóforos según el tejido, incluso inyectados artificialmente, para poder actuar con el láser a longitudes de onda específicas. Según la longitud de onda de la luz láser, y la composición química del tejido, la radiación emitida puede transmitirse (transmitted), dispersarse (scattered), reflejarse (reflected) y/o absorberse (absorbed). Sin embargo, las acciones del láser también dependen de las propiedades del tejido que se está tratando, pues una longitud de onda determinada puede ser muy bien absorbida en un tejido, pero transmitida y dispersada en otro. No obstante, la absorcion y efectos del láser dejarían de tener su particular característica de selectividad de actuación en los cromoforos diana, si no va ligada a un tiempo de actuación, porque de lo contrario se produciria propagación de efectos térmicos a los tejidos vecinos. Por lo tanto, según las modificaciones histológicas que se pretenden, cada facultativo escoge una longitud de onda concreta, una fluencia adecuada y un tiempo de exposición suficiente para conseguir el efecto deseado. Tal efecto puede ser de tipo fototérmico-fototermolítico, fotomecánico, o fotoquímico, dirigido hacia una diana o cromóforo de manera selectiva.

Si la diana se interpreta como un cromóforo particular se define la teoría de la fototermolisis selectiva. Según el tamaño del spot y la focalización del láser pueden obtenerse manipulaciones de distinta índole. Spot significa punto o mancha y se refiere al diámetro o al área del haz láser que incide en el tejido, con la correspondiente reflexión, absorción y dispersión. La dispersión tisular del spot lo va ensanchando a medida que profundiza, disminuyendo la fluencia efectiva. Doblando el tamaño del spot se multiplica por ocho el volumen efectivo de ablación. Tamaños de spot amplios son los que se utilizan para la depilación o para el tratamiento de las lesiones vasculares. El punto donde se alcanza el mínimo spot se denomina punto focal o cintura del haz. Generalmente el diámetro del haz en el punto focal oscila entre 0,1mm hasta 5mm o más. Como regla general, un efecto equivalente sobre un cromóforo a una profundidad dada puede obtenerse reduciendo a la mitad la fluencia y doblando el diámetro del spot. Este principio es tanto más exacto cuanto mayor es la profundidad de la diana.

Reacciones fotomecánicas: Suelen usarse láseres pulsados con interruptor Q (Q-switched) que emiten pulsos muy cortos y de muy alta energía. Esta interacción provoca un calentamiento muy rápido de la diana u objetivo (target) con una rápida expansión térmica del plasma, entendiendo como plasma una especie de nube de electrones y moléculas ionizadas que se expande rápidamente provocando una onda acústica que desintegra el tejido. Las ondas de choque provocan cambios estructurales de la diana por efecto mecánico (mechanical disruption). Estas alteraciones fotomecánicas se emplean por ejemplo para tratar lesiones pigmentadas y eliminar tatuajes. En las reacciones fototérmicas con pulsos QS suelen participar acciones fotomecánicas.

Reacciones fotoquímicas: La energía del láser puede reaccionar químicamente con moléculas diferentes en un mismo tejido. La terapia fotodinámica (PTD) es un caso especial porque el mecanismo terapéutico se basa en una reacción fotoquímica provocada mediante crómoforos artificiales denominados fotosensiblilizantes. Manipulaciones muy distintas, como el procedimiento LASIK con láser de excímeros en la corrección de las ametropías, se fundamentan en una reacción fotoquímica específica. En este caso la radiación UV rompe selectivamente las uniones covalentes presentes en las proteínas corneales, con efectos de corte por la brevedad y altas fluencias de los pulsos.

Reacciones fototérmicas: Cuando el cromóforo absorbe la energía del láser el calor se disipa desde la diana y según el tiempo de exposición a la energía se producirá vaporización, coagulación o ambas. El prototipo de láser fototérmico es el de CO2 utilizado para cortar, vaporizar y coagular los tejidos. Como aproximación, los tejidos blandos vaporizan como el agua, a 100ºC. Cuando el láser contacta con un tejido blando el calor evapora inmediatamente el agua y el tejido.

Fototermólisis selectiva: La teoría de la fototermólisis selectiva considera un efecto térmico del láser específico sobre un cromóforo particular. Fue propuesta por R. Rox Anderson y Simon Parrish en 1983, demostrando una absorción selectiva y un daño térmico muy controlable distintivo del resto de posibilidades quirúrgicas. El Tiempo de Relajación Térmica (Thermal Relaxation Time, TRT) es el lapso que tarda el cromóforo en perder la mitad del calor alcanzado necesario para destruir la diana. Es decir, lo que tarda el cromóforo en perder el 50% de la temperatura alcanzada. El TRT puede calcularse para un cromóforo o para un tejido, y es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de la diana, que viene determinado por el tamaño del spot. El Tiempo de Contención Térmica (Thermal Containment Time, o TCT) es aquél durante el cual no se ejerce efecto térmico alrededor de la diana. En condiciones ideales debe ser menor al 25% del TRT. El TCT permite ajustar la amplitud del pulso al tratar cada cromóforo. En la fototermólisis selectiva el médico escoge la longitud de onda en función de la diana (cromóforo) que le interesa, el tiempo de exposición apropiado, que debe ser inferior al tiempo de relajación térmica de la diana y la densidad de energía o fluencia para alcanzar el efecto deseado, bien vaporización, coagulación o fotodisrupción. El tratamiento láser puede aplicarse de modo pulsado, con pulsos menores al TRT del cromóforo. El efecto deseado sólo se consigue si el cromóforo absorbe suficiente energía. Por ejemplo, los pulsos del láser de CO2, de duración menor a 1 milisegundo, son capaces de vaporizar muy selectivamente, con mínima necrosis térmica circundante (aprox. unas 100 micras). Su longitud de onda (10600nm) se absorbe por el agua, que en el caso de la piel también es abundante. En las aplicaciones dermatológicas el 90% de la energía del láser se absorbe en las primeras 20-30 micras de profundidad. El TRT y la disipación del calor dependen de la naturaleza biológica de cada cromóforo o diana, que es muy variable. En la fotodepilación láser para destruir el folículo se necesita alcanzar unos 70-80ºC a nivel del bulbo. Este calor puede afectar las estructuras vecinas de la piel causando complicaciones por quemaduras por transmisión del calor en todas direcciones fuera de la diana. La disipación de calor es más lenta en la piel que en el folículo, por lo que se necesita enfriar la piel para evitar quemaduras. Al incidir la luz en la piel, ésta tarda menos tiempo en enfriarse. En cambio, el bulbo absorbe más energía, se calienta más y tarda más tiempo en enfriarse. Mientras el TRT de la epidermis es de unos 8-10 milisegundos, el TRT del folículo pilosebáceo oscila entre los 20-60 milisegundos. Tales diferencias de TRT son importantes para dosificar la duración de los pulsos y el intervalo entre ellos.