Folosirea puterii energiei luminii

Originally published in Compendium, an AEGIS publication.

Harnessing the Power of Light Energy by Scott D. Benjamin, DDS. Originally published in Compendium of Continuing Education in Dentistry 38(1) January 2017 . ©2017 AEGIS Publications, LLC. All rights reserved. Reprinted with permission of the publishers.
Traducere & redactare: Lector Univ. Dr. Blanka Petcu

Despre autor:

Scott D. Benjamin, DDS
Past President, Academy of Laser Dentistry
Committee Member, American National Standards Institute Z136 Series of Laser Safety Standards
Private Practice
Sidney, New York

Primul laser pentru incizarea ţesutului moale şi hemostază a fost aprobat în urmă cu 35 ani. Deşi pionierii timpurii au înţeles că această tehnologie oferea un mare potenţial pentru îmbunătăţirea rezultatelor terapeutice, aceşti inovatori probabil că nu şi-au imaginat niciodată paleta largă de proceduri în care se poate implementa în îngrijirea orală din zilele noastre.

Astăzi laserele şi tehnologiile bazate pe lumină au devenit o modalitate terapeutică de rutină pentru multe cabinete stomatologice. Gama tot mai mare de proceduri efectuate cu laser include decontaminarea pungilor parodontale, prepararea conservatoare a dinţilor pentru restaurări şi proceduri avansate cum ar fi: dezinfectarea sistemului de canale radiculare, terapia apneei în somn, managementul complicaţiilor orale induse de chimio- şi radioterapie. Chiar dacă procedurile actuale par diferite, ele sunt cel mai probabil vârful icebergului în ceea ce priveşte valorificarea puterii energiei luminoase pentru a spori îngrijirea orală şi efectul aferent asupra calităţii vieţii.

Educaţie

Pentru a realiza potenţialul acestei tehnologii este necesară o bază solidă, fundamentată ştiinţific, cu privire la proprietăţile luminii şi compoziţia structurilor biologice pentru a permite clinicienilor să obţină cele mai bune rezultate în îngrijirea pacienţilor. Seria de standarde Z136 cu privire la siguranţa laserului emisă de American National Standards Institute (ANSI) solicită pregătire hands-on specifică dispozitivului pentru toţi utilizatorii unui laser de clasa a 4-a (un laser capabil să îndepărteze ţesut şi să afecteze ochii).1,2 În plus, standardele ANSI impun ca toate dispozitivele laser de clasa 4 să fie supuse service-ului la intervale de 24 luni pentru asigurarea funcţionării sigure şi corecte. Aceste cerinţe se aplică la toate laserele, indiferent că se folosesc în industrie, divertisment, comerţ, apărare sau îngrijirea sănătăţii.1

În opinia autorului, unele programe de educaţie continuă stomatologică de azi se focalizează mai mult pe dispozitiv şi vânzarea tehnologiei, decât pe adevărata ştiinţă a modului în care lumina interacţionează cu ţesutul sau pe siguranţa laserului. Iar unul dintre principalele impedimente în progresul tehnologiei laser şi încorporarea utilizării în practica de rutină este tocmai lipsa din curricula programelor dentare predoctorale contemporane a principiilor ştiinţifice şi a modului în care laserele pot fi aplicate în contextul clinic adecvat pentru a spori eficient rezultatele.

Ştiinţa laserului

Legea conservării energiei afirmă că energia nu este nici creată, nici distrusă; ea doar se transferă de la o stare la alta. Principiile fundamentale ale modului în care tehnologiile laser şi luminoase funcţionează sunt relativ simple, având doar două sarcini: fie încălzesc ţinta, fie stimulează un răspuns la nivelul ei. Un simplu exemplu ar fi lampa de fotopolimerizare. Pe măsură ce lumina este absorbită în compozit, ea stimulează o reacţie de polimerizare chimică a materialului. Energia luminii sau a fotonului este transformată în energie chimică cu un efect secundar de generare a căldurii.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale tehnologiilor laser şi a celor bazate pe lumină este lungimea de undă a energiei luminoase emise. Gama de lungimi de undă disponibile pentru procedurile din mediul oral variază de la valoarea mică de 400 nanometri (nm) din spectrul luminii vizibile până la razele termice invizibile din secţiunea infraroşie îndepărtată a spectrului electromagnetic cu lungimi de undă de peste 10.600nm. Spre deosebire de razele gama şi ultraviolete cu lungimi de undă sub 400nm din porţiunea ionizantă a spectrului electromagnetic ce poate cauza modificări mutagene nocive în ADN-ul celulelor, lungimile de undă de peste 400nm din spectrul vizibil şi porţiunea termală a spectrului nu exercită acest efect. Combinând acest lucru cu proprietăţile hemostatice crescute ale celor mai multe lungimi de undă cu o necesitate redusă de anestezie locală minimizează marcat contraindicaţiile utilizării laserului, putând deveni astfel tratamentul ideal pentru mulţi pacienţi, îndeosebi cei cu multiple afecţiuni sistemice.

Lungimea de undă a laserului determină cât de eficient se absoarbe energia fotonică în ţesutul ţintă (dentină, smalţ, os, ţesuturi moi). Substanţa care absoarbe energia luminoasă este numită cromofor. Obţinerea unui rezultat ideal şi eficient impune potrivirea lungimii de undă a laserului cu compoziţia chimică/cromoforă a ţesutului biologic ce absoarbe lumina. Aceasta necesită ca practicianul să înţeleagă clar compoziţia chimică şi structura ţesutului ţintă, adesea greşit percepute. Apa fiind componenta principală a ţesuturilor moi, reprezentând peste 70% din volum3 devine principalul cromofor al respectivului ţesut. Cu cât mai eficient se absoarbe lungimea de undă luminoasă în apă, cu atât mai eficient se încălzeşte ţesutul respectiv. Când apa este transformată în vapori (vaporizată), creşte presiunea intracelulară, celula explodează şi conţinutul ei este înlăturat ca parte a efectului laser.

Mai mult, sângele conţine apă în proporţie de peste 90%.3 Cu cât mai mult sânge conţine ţesutul ţintă, cu atât mai mare este conţinutul de apă şi cu atât mai mare devine absorbţia lungimii de undă în apă. Concentraţia hemoglobinei din sânge este de numai 1,4%4 şi chiar mai redusă în ţesut. Deci în pofida faptului că hemoglobina şi melanina absorb lumina puternic în spectrul apropiat de infraroşu,5 concentraţia acestor substanţe la nivel tisular este atât de mică încât ele au rol nesemnificativ în încălzire şi vaporizare.

Funcţia laserelor în decontaminarea pungilor parodontale constă în inactivarea bacteriilor şi crearea unui mediu pentru ţesutul moale favorabil pentru a se reataşa la cementul dentar. Pentru a inactiva bacteriile şi a preveni reproducerea lor, temperatura bacteriilor trebuie să se ridice peste 50°C.6 Compoziţia chimică a bacteriilor este deseori greşit percepută. Ca şi ţesuturile moi, bacteria este formată preponderent din apă, procentajul apei fiind nu mai puţin de 92%7.

Absorbţia luminii în apă este un factor important de luat în considerare. Se sugerează în mod frecvent că energia luminii este absorbită în pigmentul bacteriilor. Cu toate acestea, bacteriile pigmentate negru sau maro şi-au dobândit denumirea din cauza aspectului lor când se cultivă în vasele cu agar, unde dobândesc pigmentul. Un studiu efectuat în acest scop nu a reuşit să ofere dovezi care să arate că bacteriile din pungile parodontale conţin vreun pigment8.

Deşi selectarea lungimii de undă corecte este un considerent important în procesul terapeutic, deţinerea puterii necesare şi a abilităţii de a o direcţiona sunt la rândul lor factori esenţiali. Controlul interacţiunii energiei cu ţesuturile variază în funcţie de dispozitivul utilizat. Studiile au arătat că lungimile de undă sub 950nm, din care fac parte multe dintre diode, sunt foarte slab absorbite în apă, cromoforul principal al ţesuturilor moi.9 Pentru a compensa handicapul, aceste dispozitive necesită înnegrirea fibrei laser, deseori denumită ca iniţiată, cu un material cum ar fi pluta sau hârtia de articulaţie pentru a absorbi energia luminoasă. Aceasta ţinteşte conversia fibrei într-o canulă de sticlă fierbinte pentru a încălzi ţesutul prin transfer de căldură conductiv. Unele lasere din această gamă susţin în manualul de utilizare că vârfurile fibrelor ar trebui să fie strălucitoare pentru a fi eficiente.

Laserele diodă cu lungimile de undă în intervalul 970–980nm au o absorbţie de aproximativ 12 ori mai mare în apă decât laserele cu lungimea de undă sub 950nm.9 Aceasta permite laserelor de mare putere de 970-980nm cu niveluri de putere maximă de peste 6W să utilizeze atât radiaţia cât şi transferul de căldură conductivă pentru a interacţiona cu ţesutul moale şi a permite răcirea convenţională cu apă care să ajute la protejarea ţesutului adiacent.

Similar laserelor de 940nm, laserele cu granat de ytriu-aluminiu dopat cu neodim  (Nd:YAG) cu lungimea de undă de 1064nm prezintă o absorbţie în apă comparabilă; cu toate acestea puterea lor maximă de 1000W compensează absorbţia redusă în apă. Duratele extrem de scurte ale pulsului laserelor Nd:YAG permit utilizarea puterii medii reduse şi controlul căldurii dispersate şi a afectării colaterale a ţesutului învecinat.

Laserele cu dioxid de carbon (CO2) cu lungimea de undă de 10.600nm au fost primele introduse în domeniul medical la începutul anilor 1980. Aceste lasere au o absorbţie mare în apă, substanţial mai mare decât toate diodele sau laserele Nd:YAG.5 Laserele CO2 sunt capabile să detaşeze (vaporizeze) eficient ţesutul moale fără contact, utilizând strict energia lumini radiante. O valoare cheie a acestor lasere constă în faptul că sunt atât de eficiente încât pot focaliza sau defocaliza energia fasciculului luminos şi să genereze rezultate excelente pentru majoritatea procedurilor chirurgicale asupra ţesuturile moi.

Recent, s-a introdus un laser CO2 cu lungimea de undă de 9.250 ce se poate utiliza pentru a efectua procedurile atât la nivelul ţesuturilor moi cât şi dure, acţiuni posibile parţial datorită absorbţiei mari a lungimii de undă atât în apă, cât şi în hidroxiapatită.

Structurile tari (dentina, smalţul şi osul) deţin un procentaj mic de apă. Laserele utilizate pentru a interacţiona cu aceste structuri necesită o absorbţie mare în apă. Actualmente, laserele disponibile pentru procedurile destinate ţesuturilor dure sunt laserul CO2 cu lungimea de undă 9250 nm, scandiu galiu garnet dopat cu erbiu şi crom (Er,Cr:YSGG) cu lungimea de undă 2.780nm şi laserul ytriu aluminiu garnet dopat cu erbiu (Er:YAG) de 2.940nm. Absorbţia crescută a acestor lasere în apă determină microexplozia, cu vaporizarea rapidă a apei, întrerupând matricea cristalină a structurilor dure.

Una dintre funcţiile valoroase ale laserului Er:YAG este durata pulsului de 50microsecunde cu abilitatea de a dezinfecta întregul sistem de canale radiculare, permiţând obturarea completă a sistemului, chiar şi a canalelor accesorii.10-12

Anumite proceduri interesante şi incitante se realizează cu lasere şi tehnologii bazate pe lumini, extinzând paleta indicaţiilor medicale orale. Un laser Er:YAG dotat cu piesă de mână specializată se utilizează în controlul neinvaziv al apneei de somn, consolidând abilitatea pacientului de a beneficia de un somn odihnitor13-15; de asemenea, laserul Er:YAG este implicat în manipularea ţesuturilor intraorale în cadrul procedurilor de lifting facial16.

Utilizarea laserelor şi a tehnologiilor luminoase pentru fotobiomodulaţie – termenul adecvat pentru ceea ce este denumit în mod obişnuit terapia cu laserul de nivel redus (sau cu lumină) sau fototerapia – este fără îndoială unul dintre aspectele interesante ale îngrijirii medicale actuale. Fotobiomodulaţia utilizează o energie luminoasă la un nivel nonablativ fie pentru a stimula sau pentru a inhiba un răspuns la nivel celular. Se utilizează pentru reducerea inflamaţiei, controlul durerii, facilitarea vindecării şi poate ajuta în managementul disfuncţiilor articulaţiei temporomandibulare şi al disconfortului postchirurgical.

Un studiu realizat la University of Pittsburgh Medical Center demonstrează rezultate promiţătoare în controlul şi gestionarea mucozitei orale secundară terapiei oncologice. Se efectuează foarte multe cercetări de calitate în domeniul fotobiomodulaţiei şi, în opinia autorului, viitorul arată promiţător.

Selectarea dispozitivului adecvat

Sunt disponibile numeroase tipuri de lasere alături de indicaţiile producătorilor cu privire la tipurile de proceduri posibile pentru fiecare dispozitiv, deseori generând contradicţii şi confuzie pentru practicianul care doreşte să achiziţioneze un laser. Prima întrebare pe care clinicianul trebuie să o formuleze este: “Care sunt procedurile pe care doresc sau am nevoie să le fac imediat şi care sunt procedurile planificate pentru viitorul apropiat şi pe termen lung?” Deşi unele lasere pot realiza numeroase proceduri cu diferite eficienţe, nu există nicio lungime de undă sau vreun laser universal pentru toate procedurile. Adesea, clinicienii utilizează mai multe dispozitive pentru a obţine rezultatele dorite pentru multitudinea de proceduri ce se efectuează în cabinetele contemporane.

O eroare comună constă în faptul că “toate laserele şi toate laserele diodă sunt la fel”. Nimic nu poate fi mai departe de adevăr! La evaluarea laserelor, o serie de factori trebuie consideraţi şi abordaţi ca atare (tabelul 1).

Tabelul 1
Întrebări pertinente pentru evaluarea unui laser

Care sunt procedurile ce urmează a fi efectuate şi care sunt obiectivele tratamentului?
Ce fel de proceduri extinse se pot face în viitor?
Care este compoziţia ţesutului ţintă?

De reţinut:

– ţesutul moale are peste 70% apă

– sângele conţine apă peste 90% şi doar 1,4% hemoglobină

Care este lungimea de undă a energiei laser?

– cum se absoarbe respectiva lungime de undă de ţesutul ţintă

Care este puterea (în W) a laserului?
Cum se controlează puterea?

– puterea se poate controla de clinician în mod incremental?

– clinicianul poate ajusta rata pulsului (Hz) ?

– operatorul poate ajusta ciclul de lucru? Pe ce durată sau procent de timp este pornit pulsul (emisia de energie) versus oprit (timpul de relaxare termică) ?

Cum se livrează energia laserului (fibră optică, braţ articulat, tub de undă gol sau fibră)?
Care este procesul de control al infecţiei?
Care sunt cerinţele de alimentare pentru a folosi laserul?

– baterie

110 VAC sau 220 VAC

Cât de uşor poate fi deplasat dintr-o sală de tratament în alta?

cât de bine se va potrivi în sala de tratament a cabinetului Dvs?

Clinicianul poate defini şi salva parametrii personali?
Care sunt costurile per utilizare?

– ce accesorii sunt incluse la achiziţionarea unui laser?

Care sunt cursurile de pregătire incluse sau disponibile şi la ce tarife?
Ce garanţie are dispozitivul laser?
Dispozitivul întruneşte toate standardele impuse de legile statului?
Unde este produs dispozitivul?
Cum este susţinut dispozitivul?
Care este stabilitatea companiei şi angajamentul ei pentru stomatologie?

Referinţe bibliografice:

  1. American National Standard for the Safe Use of Lasers. ANSI Z-136.1-2014. Orlando, FL: Laser Institute of America; 2014.
  2. American National Standard for the Safe Use of Lasers in Healthcare; ANSI Z-136.3-2011. Orlando, FL: Laser Institute of America; 2011.
  3. Water Facts. The Water Information Program Website. http://www.waterinfo.org/resources/water-facts. Accessed October 7, 2016.
  4. Hemoglobin. MedlinePlus Website. https://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003645.htm. Accessed October 7, 2016.
  5. Hale GM, Querry MR. Optical constants of water in the 200-nm to 200-μm wavelength region. Applied Optics. 1973;12(3):555-563.
  6. Russell AD. Lethal effects of heat on bacterial physiology and structure. Sci Prog. 2003;86(Pt 1-2):115-137.
  7. Romanova ND, Sazfin AF. Relationships between the cell volume and the carbon content of bacteria. Oceanology. 2010;50(4):522-530.
  8. Teles RP, Haffajee AD, Socransky SS. Microbiological goals of periodontal therapy. Periodontol 2000. 2006:42:180-218.
  9. Cecchetti W, Guazzieri C, Tasca A, et al. 980-nm diode laser and fiber optic resectoscope in endourological surgery. Proc SPIE 2922, Laser Applications in Medicine and Dentistry. 1996;291.
  10. Lloyd A, Uhles JP, Clement DJ, Garcia-Godoy F. Elimination of intracanal tissue and debris through a novel laser-activated system assessed using high-resolution micro-computed tomography: a pilot study. J Endod. 2014;40(4):584-587.
  11. Arslan H, Akcay M, Capar ID, et al. An in vitro comparison of irrigation using photon-initiated photoacoustic streaming, ultrasonic, sonic and needle techniques in removing calcium hydroxide. Int Endod J. 2015;48(3):246-251.
  12. Guneser MB, Arslan D, Usumez A. Tissue dissolution ability of sodium hypochlorite activated by photon-initiated photoacoustic streaming technique. J Endon. 2015;41(5):729-732.
  13. Svahnström K. Er:YAG laser treatment of sleep-disordered breathing. J Laser Health Acad. 2013;1(2):13-16.
  14. Cameron YS, Lee CY. Evaluation of a non-ablative Er:YAG laser procedure to increase the oropharyngeal airway volume: a pilot study. Craniofac Res. 2015;1(3):56-59.
  15. Miracki K, Vizintin Z. Nonsurgical minimally invasive Er:YAG laser snoring treatment. J Laser Health Acad. 2013;2013(1):36-41.
  16. Gaspar A, Gasti GA. Tightening of facial skin using intraoral 2940 nm Er:YAG SMOOTH mode. J Laser Health Acad. 2013;2013(2):17-20.

written by

The author didn‘t add any Information to his profile yet.

Comments are closed.

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!