Princípios da física do laser e interação com os tecidos biológicos

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Aula 1: Princípios da física do laser e interação com os tecidos biológicos
Laser: é um tipo de luz/radiação com características diferentes, que causam efeitos diferentes nos tecidos.
Como funciona?
Fóton: é a partícula da luz, um pacote de energia, que percorrem o espaço na forma de ondas, que se
diferenciam pelo seu comprimento de onda (lâmbda) e a amplitude.
Emissão espontânea: Um elétron em seu estado fundamental orbitando o núcleo recebe uma energia
externa (fóton), ele absorve esse fóton, fica mais energético e passa por uma camada externa de maior
energia (estado excitado). Como esse estado excitado não é natural para o elétron, ele tende a voltar para a
camada menos energética, nessa volta é emitido um fóton, esse é o processo de emissão espontânea, que
acontece o tempo todo na natureza.
Emissão estimulada: é o que acontece no laser. Elétron já está no seu estado estimulado e antes que ele
volte naturalmente para seu estado de menor energia, recebe um segundo fóton, que não é absorvido, mas
faz com que ele volte para seu estado natural. A energia que já estava no elétron é emitida e a segunda
energia continua sendo propagada, porque não foi absorvida. Ou seja, um elétron acaba gerando 2 outros
fótons, que ao estimular outros dois elétrons, acabam gerando 4 fótons, assim numa progressão.
Convenção de uso:
- Lâmbda (comprimento de onda): quanto maior o lambda, menor a energia associada.
- Frequência (Hz) e elétron-volts (eV): medidas que usamos para medir ondas.
Espectro eletromagnético:
O espectro visível da luz é uma faixa bem
pequena e possui as cores do arco-íris. Os
comprimentos do espectro visível vai de 400nm a
700nm.
A maioria dos lasers da odontologia ficam na
faixa do espectro visível e do infravermelho
próximo e distante. Portanto os lasers não
possuem energia suficiente para causar
mutações ou ações deletérias.
Dentro de cada laser possui um elemento
químico, ex: Hélio, Neônio, Argônio, Neodímio,
Érbio, Arsênio, Alumínio,... Cada elemento
químico vai produzir uma onda específica com diferentes utilidades.
LASER: significa Light Amplification by stimulated emission of radiation, ou seja, tem uma amplificação do
processo de emissão estimulada.
O meio ativo (elemento químico) é energizado (ligando
o laser na tomada), muitos elétrons ficam no estado
excitado, com a fonte de bombeamento é, então, dada
a segunda fonte de energia (quando clico no pedal ou no
botão do laser) e acontece o processo de emissão
estimulada. Essa cavidade com dois espelhos permite
que a energia estimulada seja refletida e propagada para
mais elétrons e a maior porção do meio ativo é assim
atingida. O espelho semi-refletor permite que parte da
energia atravesse o espelho em forma de feixe, que é o que utilizamos.
Inversão da população: quando a maioria dos elétrons estão no estado excitado.
Características da luz laser:
- Monocromaticidade: cada laser vai emitir apenas um comprimento de onda.
- Direcionalidade: todos os fótons emitidos estão indo na mesma direção.
- Coerência espacial e temporal: estão todos os fótons na mesma fase, se tirássemos uma foto, todos
os fótons estariam ou no pico ou no vale do comprimento de onda.
Diferente do que acontece com a luz, que produz diferentes comprimentos de onda, emite em diferentes
direções e cada um numa fase diferente.
LED possui monocromaticidade, mas não possui direcionalidade e nem coerência.
Laser é ionizante? Não! Para ser ionizante a energia precisa ser de, pelo menos, 10 eV.
Na imagem estão os valores de energia de alguns lasers utilizados na clínica odontológica.
Princípios básicos:
● Reflexão: não há nenhuma interação com o tecido, energia bate e volta. Pode até
chegar a penetrar, mas acaba sendo revertida. Para evitar reflexão do laser: sempre
coloque-o em contato, realizando uma leve pressão no tecido, e colocando, sempre que possível a 90º
a radiação.
● Transmissão: energia passa pelo tecido e sai da estrutura.
● Espalhamento: energia penetra e se divide em diferentes direções.
● Absorção:quando o tecido consegue receber e estabelecer a energia, ocorrendo alterações biológicas
no tecido. É o que queremos na irradiação com laser.
Essa absorção ocorre através da interação do laser com os cromóforos (moléculas do tecido alvo
responsáveis pela interação com a radiação LASER, que irão desencadear diversas reações celulares e
teciduais) ex: hemoglobina, mioglobina, porfirinas, flavinas e citocromos mitocondriais.
Laser vermelho: 400-660nm de comprimento de onda e são principalmente absorvidas por hemoglobina e
melanina. Profundidade ação pequena de: 0,5 a 2,5mm de tecido, por isso são principalmente utilizados para
pele e mucosa. Indicado para irradiação de afta, por exemplo.
Laser infravermelho: 660-1500nm, tem uma profundidade de ação em tecidos, por volta de 8 a 10mm, e são
principalmente absorvidos por água e hidroxiapatita. Ex: para irradiar nervo alveolar inferior, esse laser é mais
recomendado, porque tem que atravessar osso, é mais profundo.
Interação laser-tecido: vai depender de características do laser e do tecido.
Laser: vai depender do comprimento de onda e protocolo de irradiação: potência, tempo de exposição,
energia, exposição radiante, duração,...
Tecido: vai depender do tipo de cromóforo presente, profundidade da estrutura, percentual de gordura,
integridade tecidual, quantidade de melanina, coeficiente de espalhamento, coeficiente de absorção,
condução térmica,...
Melanina: laser vermelho tem grande afinidade por melanina, vai ser muito mais absorvido em uma pele com
mais melanina. Ajustar o protocolo de acordo com o paciente.
Queratina: pele com menos queratina possui menos barreiras físicas para o laser atravessar.
Qualidade do tecido: mucosa com epitélio rompido é uma barreira mais fácil para o laser atravessar.
Reações:
Algumas reações que acontecem quando há irradiação:
aumento de ATP, aumento de potencial de membrana,
produção de enzimas, calor, reações adversas,
aumento de nível de cálcio intracelular. Isso tudo vai
estimular a proliferação celular, diferenciação celular,
quimiotaxia e diversas reações que, em geral, vão gerar
os efeitos que queremos.
Laser de baixa potência x laser de alta potência:
Os lasers de alta potência agem
principalmente pelo aumento da temperatura.
Em geral, os lasers de baixa potência são
menores em tamanho. Isso não é regra, hoje
existem lasers de alta potência no tamanho de
uma caneta.
Laser de baixa potência: o que mais utilizamos é o de diodo (formado por GaAlAs, GaAs ou GaInAs) e
possui tanto no infravermelho, quanto no vermelho.
Laser de alta potência: de neodímio, dióxido de carbono, diodo, argônio, érbio.
A hemoglobina e melanina interagem com o laser de
neodímio, já a hidroxiapatita tem uma baixa interação
com o neodímio, mas possui picos de interação com
laser de Érbio e CO2.
Então se o objetivo é cortar tecido gengival, por exemplo,
temos que pensar o que esse tecido é composto. A
gengiva é ricamente composta por sangue (hemoglobina)
e é pigmentado (melanina). Assim sabemos que
devemos usar o laser de neodímio, porque possui mais
cromóforos com interação com esse laser no tecido.
Indicações de uso clínico: sempre associado a outro tratamento convencional (é um coadjuvante).
Baixa potência: afta, desordens musculares de cabeça e pescoço, dor e DTM, Herpes ou herpes zoster,
hipersensibilidade dentinária, trismo, mucosite oral, nevralgia do trigêmio, paralisia facial, parestesia,
pericoronarite, PO, queilite angular. Pode ser usado em muitas áreas da odontologia, quando queremos
ações de analgesia, biomodulatório (recrutar células, fechar uma ferida, diferenciar célula) e antiinflamatório.
Em casos de parestesia: deve ser irradiar todo o trajeto do nervo pontualmente, para causar estimulação
(bioestimular o nervo) a voltar sua ação.
Alta potência: mais utilizado em cirurgias: incisão, redução microbiana (pelo calor), coagulação (cirurgia com
menos sangue); mas também para remoção de tecido cariado, preparo cavitário, hipersensibilidade
(consegue derreter a camadasuperficial e selar os túbulos dentinários), prevenção de cárie (derretimento dos
prismas, diminuindo espaços interprismáticos, aumentando a ácido-resistência dos tecidos), aumento de
coroa clínica, despigmentação melânica, tratamento de hemangioma.
Para remoção de tecido cariado: laser em pulsos que remove o tecido cariado em camadas e deixa o tecido
com aspecto de condicionamento ácido, favorecendo a adesão (em esmalte não é nem necessário o
condicionamento ácido). Quando utiliza a broca, deixa uma camada de esfregaço (smear layer), no laser essa
camada não existe.
Parâmetros do laser:
- Potência: está ligada ao número de fótons que está sendo emitido pela fonte. Em Watts.
- Densidade da potência ou Intensidade: quantidade de potência por unidade de área que a fonte
está emitindo (W / cm3).
- Densidade de energia: É a energia (J) entregue no tecido por unidade de área (cm2).
- Frequência: pulsos por segundo (Hz).
- Área: em cm2.
Não existem protocolos fechados e protocolos que funcionem para todos os pacientes. Tem que identificar
características do tecido e dosar com as características do laser.