Apostila Laser

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O LASER aplicado às Ciências
de Saúde.
Luciana Canela, 2020.
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Sumário:
Introdução ao módulo de Laser: .......................................... 3
Lasers nas ciências da vida: ............................................... 5
Lasers de Baixa Potência: ..................................................10
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Aula 1 - Laser
- Introdução:
Quais os objetivos do estudo no módulo de Laser?
Entender as indicações, contraindicações, efeitos da terapia com o laser,
atender as demandas da tecnologia aplicada na Medicina atual e conhecer as
possibilidades para a cura e restauração das lesões.
Ex: Na oftalmologia, 90% das lesões são tratadas a Laser.
Propriedades específicas do Laser:
O laser é uma biotecnologia em saúde, sendo uma luz com propriedades físicas
específicas diferentes da luz comum. É importante conhecer a física do laser para
entender a interação dessa tecnologia com o tecido biológico, como por meio do
estímulo à angiogênese e fatores de crescimento.
Classificações dos tipos de Laser:
O Laser pode ser de 2 tipos:
1- Laser de baixa potência - Apresenta potência menor que 1000mV ou 1V. Esse
tipo de laser é atérmico, ou seja, não gera calor no tecido.
OBS - Porém, pode aquecer a níveis moleculares.
Com isso, ele tem efeito de analgesia, cicatrizante e anti-inflamatório ->
Servindo para feridas cutâneas.
2- Laser de alta potência - Apresenta potência maior que 1000mV ou 1V. Esse tipo
de laser consegue aquecer o tecido.
Com isso, ele possui efeito de corte e coagulação de vasos.
Ex- Laser cirúrgico e bisturi a laser usado na oftalmologia, ginecologia e obstetrícia,
cardiologia.
Conceitos Gerais:
As ondas eletromagnéticas também podem ser chamadas de partículas de luz.
Elas possuem diferentes comprimentos de onda e quantidade de energia carregada.
Essa energia é carregada na forma de fótons. Quanto mais energético for o fóton,
maior o risco para a saúde. São exemplos dessas ondas a luz solar, o laser, o
microondas.
Elas ainda podem ser subdivididas em ionizantes ou não. As ondas ionizantes têm
capacidade de realizar alterações nas células e desorganizar o material genético
(DNA e RNA).
Exemplos:
-> Laser - Não ionizante.
-> Microondas - Não ionizante;
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-> Raio X - Ionizante, possui muita energia - Por isso, deve-se usar placa de chumbo ao
fazê-lo.
-> Bombas atômicas - Ionizantes e com alta energia - Por isso, gerações de 20 anos
após a explosão de ondas eletromagnéticas podem apresentar câncer.
-> Luz solar - Em alguns horários os raios UVA e UVB são ionizantes. Por isso, usa-se
protetor solar, pois eles são capazes de alterar o DNA e RNA das células, podendo causar
câncer de pele.
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Aula 2 - Laser
Lasers nas Ciências da Vida:
O laser é uma luz, com propriedades físicas específicas, diferentes da luz comum.
Isso gera efeitos fisiológicos nos tecidos irradiados. Ele segue o princípio de
dualidade da luz, sendo uma onda e partícula (fóton de luz).
Histórico:
Em 1672, Isaac Newton desenvolve a teoria corposcular, na qual diz-se que a luz
é formada por um feixe de partículas que se deslocam em linha reta, a partir de uma
fonte emissora.
Em 1900, Max PLanck estuda que a radiação emitida por um corpo aquecido é
formada por pacotes de energia - fótons.
Em 1905, Albert Einstein desenvolve a teoria dos fótons de luz (teoria
fotoelétrica), na qual explicava a emissão estimulada da radiação. Porém, apenas 60
anos depois foi criado o 1º laser, de cristal rubi.
Em 1913, Neils Bohr cria o modelo atômico com elétrons negativos, que giram
em determinada órbita, ao redor do núcleo positivo.
Nesse modelo, quando o elétron é excitado -> Ele salta para um nível de energia
mais distante do núcleo.
Quando o elétron está em repouso -> Ele permanece em uma órbita
próxima do núcleo.
Em 1970, é criada a LLLT - Terapia Laser de baixa potência - Essa terapia foi
criada a partir de aplicações de lasers de baixa potência em pacientes com feridas.
Após um tempo, os pacientes apresentaram boa cicatrização tecidual.
Tal fato foi estudado e concluiu-se que os lasers de baixa potência (atérmicos)
possuem efeito analgésico, anti-inflamatório e cicatrizante.
Em 1984, Tina Karu demonstrou o processo fotoquímico do LLLT.
Princípios da Luz:
- Comprimento de Onda:
É a distância entre 2 cristas ou 2 vales. O que difere uma luz de outra é o seu
comprimento de onda.
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Quanto maior o comprimento de onda -> Menor energia e baixa frequência,
atingindo uma camada mais superficial dos tecidos.
Quanto menor o comprimento de onda -> Maior a energia e mais alta frequência,
atingindo uma camada mais profunda dos tecidos.
Questão - Com isso, quem possui maior comprimento de onda: Rádio ou Raios-x?
Rádio, pois ele possui
menor comprimento
de onda, se
repetindo mais vezes
em um intervalo de
tempo.
- Frequência:
É o número de repetições em um intervalo de tempo. Quanto mais a onda se
repete em um determinado intervalo de tempo, mais energia a onda carregará.
Essa grandeza é medida em Hz.
- Amplitude:
É o valor máximo que a onda atinge em uma crista ou um vale.
- Período:
É o tempo necessário para produzir uma onda completa, sendo o inverso da
frequência. É representado pela letra T e medido em segundos.
F = 1/T
T = 1/f
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- Velocidade (c):
A velocidade de propagação depende do meio em que a onda se propaga.
Todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela
distância percorrida sobre o tempo gasto.
=> Reflexão:
Quando um feixe de luz incide com um ângulo em uma superfície lisa, ela será
refletida e o ângulo de reflexão será igual ao ângulo de incidência.
Por isso, é indicado que o paciente limpe a ferida antes de passar pela terapia a
laser, pois os cremes e pomadas fazem com que, ao aplicar a luz sobre a ferida, ela
reflita.
Para evitar a reflexão, aplica-se o laser num ângulo de 90º e mais perto possível
da pele/tecido, pois ao diminuir o ângulo de aplicação, aumenta-se a reflexão.
=> Refração:
Ocorre quando um feixe se propaga de um meio para outro, com desvio na
direção do feixe transmitido. Isso ocorre pois cada meio possui um índice de refração
diferente.
Quando a luz entra no tecido, ela bate em moléculas, células e será refratada.
Por isso, ajusta-se a dose e potência do equipamento de acordo com o peso do
paciente.
=> Transmissão:
Ocorre quando um feixe de luz atravessa um meio sem sofrer desvio, depois de
se refratar.
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=> Absorção:
Ocorre quando os fótons da radiação eletromagnética são absorvidos pela
matéria. Na interação laser e tecido, a absorção é fundamental e depende do
comprimento de onda e das dimensões moleculares do tecido irradiado.
- Espectro Eletromagnético:
Corresponde ao amplo intervalo espectral com vários comprimentos de onda e de
frequência. Cada comprimento de onda possui uma cor específica. O laser está
contido no intervalo de luz visível e não é uma radiação ionizante.
Princípios da Luz Laser:
O laser apresenta 3 características principais:
1 ) Monocromaticidade -> O laser é composto por um único comprimento de onda,
gerando uma única cor. “Todos os fótons produzidos pelo laser apresentam a mesma
quantidade de energia quantal, e portanto, a mesma cor.”
Por isso, cada tipo de laser possui uma cor específica.
2 ) Coerência -> Os picos e as depressões do campo elétrico e magnético ocorrem ao
mesmo tempo (coerência temporal) e na mesma direção (coerência espacial), com o
mesmo comprimento de onda.
Colimação -> O feixe de luz se propaga na mesma direção, com o mínimo de
dispersão. A concentração da luz ocorre em um ponto específico (paralelismo).
Isso é importante para que em cirurgias um ponto seja cortado com em um
determinado ponto.
Princípios físicos: Interação dos átomos com o meio
A radiação eletromagnética do laser interage com os sistemas biológicos e físicos
como as células e tecidos biológicos.
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Emissão espontânea:
Os elétrons giram ao redor do núcleo em níveis de energia chamados órbitas.
Quando um elétron absorve determinada quantidade de energia, ele se torna
excitado e sofre uma transição eletrônica, indo parauma órbita de maior energia
(mais distante do núcleo).
A tendência desse elétron é retornar para sua órbita de origem. Com isso, o
átomo volta para seu estado fundamental. Nesse retorno, o elétron libera toda a
energia de excitação na forma de fóton.
Ao ligar a luz,os átomos ficam excitados e saltam para uma órbita mais distante. Eles
tendem, então, a retornar para a órbita original, emitindo uma onda (luz).
Emissão Estimulada de Radiação:
Uma fonte de energia incide sobre o meio ativo, o que causa a excitação dos
elétrons.
Os elétrons passam para uma órbita mais energética (distante). Nessa órbita,
os elétrons recebem uma energia adicional, liberada pelos fótons de outros átomos
que estão dentro do ressonador.
A partir disso, serão emitidos 2 fótons na mesma direção e com mesma energia
(fótons gêmeos).
O comprimento de onda emitido depende do tamanho do “pulo” que o elétron
realiza.
-> Quanto maior a diferença entre os níveis de energia -> Maior energia quantal,
menor o comprimento de onda e maior a frequência.
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Aula 3 Laser - Laser de Baixa Potência
Características:
- Possui menos de 1W de potência;
- A elevação de temperatura não passa de 1ºC, sendo considerado atérmico. Devido
a isso, esse tipo de laser não gera destruição tecidual.
- Gera efeitos fotoelétricos e fotoquímicos;
- Gera efeito cumulativo de dose;
- Tem função de modular os processos biológicos no tecido alvo. - Promovendo a
homeostase tecidual.
- Estruturas Fotorreceptoras - Cromóforos:
Essas estruturas são moléculas especializadas (Ex- rodopsinas e clorofila) ou não
(hemoglobinas, oxihemoglobinas, hidroxiapatita, água) na absorção de luz. A partir
dessa absorção, geram uma fotorresposta celular.
Toda molécula tem uma frequência de ressonância, absorvendo um
comprimento de onda específico. Com isso, os fótons da radiação laser são
absorvidos pelas bandas de vibração molecular (comprimento de onda) que
pertencem à molécula que age como cromóforo.
Exemplos:
-> Proteínas e DNA - Atuam como cromóforos, absorvendo comprimento de onda
ultravioleta (UV) - abaixo de 400nm.
-> Oxihemoglobina, hemoglobina e melanina - Atuam como cromóforos,
absorvendo luz visível.
-> Água e hidroxiapatita - Atuam como cromóforos absorvendo radiação
infravermelha (IV) - acima de 800nm.
Os fotorreceptores podem ser classificados em:
- Endógenos -> São substâncias intracelulares que absorvem luz e geram efeito
biológico, como NAD, FAD, citocromo C oxidade.
- Exógenos -> São substâncias extracelulares que absorvem luz e transformam em
resposta biológica.
Com isso, são capazes de absorver radiação laser:
As biomoléculas fotorreceptoras se diferenciam quanto aos comprimentos de
onda que são capazes de absorver (espectro de absorção). Comprimentos de ondas
diferentes possuem efeitos biológicos diferentes em cada tecido irradiado.
Além disso, os fotorrecptores se diferenciam quanto a localização (superficial ou
profunda), concentração de células (que pode ser diferente em raças diferentes),
existência de células normais ou patológicas.
A partir disso, é possível saber que ao irradiar um melanócito com UV não
ocorrerá a absorção adequada, pois cada cromóforo absorve um comprimento de
onda específico.
Dessa forma, com o estudo dos lasers de baixa potência, torna-se necessário
analisar:
- Qual comprimento de onda é específico e adequado para cada molécula;
- Qual comprimento de onda apresenta maior ou menor penetração;
- Que tipo de luz cada tecido absorve.
Componentes da cadeia respiratória mitocondrial;
Enzimas;
Membranas moleculares;
Substâncias extracelulares
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- Efeito fotoelétrico:
Esse efeito gera respostas a nível molecular, que é transcrito para a célula e
depois para o tecido.
As alterações afetam o funcionamento da bomba de Na+/K+ e o potencial de
membrana da célula. Com isso, ocorre a transmissão de impulsos nervosos.
A membrana celular se torna mais permeável a íons Na+, gerando uma variação
no potencial de membrana mitocondrial, que resulta:
-> A curto prazo - Aceleração na síntese de ATP, glicólise e oxidação fosforilativa.
-> A longo prazo - Transcrição e replicação do DNA, gerando efeito anti-
inflamatório, analgésico e cicatrizante.
- Efeito Fotoquímico:
Esse efeito é produzido pela interação do fotorreceptor com a luz laser.
Ele promove a captação de energia eletromagnética e com isso, a transfere para
a cadeia respiratória mitocondrial, causando uma aceleração na transferência de
elétrons por aumento da produção de superóxido e formação de O2 molecular.
Com isso, aumenta-se a formação de radicais livres, que em pequenas
quantidades não geram resposta tecidual.
Ocorre absorção da luz pela mitocôndria, podendo alterar a síntese de DNA e
RNA -> Resultando no aumento da proliferação celular -> O que gera o efeito
terapêutico.
Ocorre aumento na produção de ATP e síntese de endorfinas - prostaglandinas,
prostaciclinas, histamina, serotonina, bradicinina e leucotrienos. Com isso, o laser
controla as substâncias que são responsáveis pela dor na inflamação (analgesia).
-> Mecanismos de Interação em nível molecular:
A bioestimulação é um efeito fotobiológico. Os fotorreceptores primários do
laser de baixa potência são componentes da cadeia respiratória mitocondrial, que
podem causar inibição ou estimulação do metabolismo celular, dependendo da dose
de laser.
Com isso, o estímulo luminoso age regulando o metabolismo celular e a
magnitude da biomodulação depende do estado fisiológico da célula antes da
radiação (nutrientes teciduais, pH e idade). Isso ocorre pois o laser atua
reestabelecendo a homeostasia, acelerando ou inibindo a cadeia respiratória, o que
é mais útil para células patológicas.
A biomodulação refere-se as aplicações de energia eletromagnética pelos lasers
de baixa potência nos tecidos biológicos, o que pode estimular ou inibir atividades
bioquímicas, fisiológicas e proliferativas.
O efeito biomodulador é dependente de:
A energia dos fótons de uma radiação laser absorvida por uma célula será
transformada em energia bioquímica e utilizada na cadeia respiratória mitocondrial.
Com isso, ocorre aumento da concentração de ATP e do potencial redox da
mitocôndria.
Essa energia pode tanto estimular, quanto inibir a atividade tecidual e isso
depende da dose de irradiação ou densidade de energia.
Comprimento de onda;
Dose;
Potência;
Frequência de tratamento;
Tipo de lesão;
Espectro de absorção das moléculas fotorreceptoras.
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Doses baixas de baixa energia -> Promovem a bioestimulação - Excitação da cadeia
de citocromos.
Doses de alta energia -> Promovem a bioinibição - Quando se ultrapassa a capacidade
celular de transferir pares redox para a cadeia respiratória, a célula tem seu
metabolismo celular inibido.
- Teoria Fotoquímica:
“Energia eletromagnética (radiação laser) estimula moléculas fotorreceptoras ou
cromóforos, os quais respondem a uma faixa específica de radiação, realizando
assim, a conversão da energia eletromagnética em energia fotoquímica.”
- Efeitos da Luz laser nos tecidos:
- Nível molecular: Efeitos primários ou diretos -> Efeito bioelétrico, bioenergético e
bioquímico.
- Nível Celular: Efeitos secundários ou indiretos -> Estímulo a microcirculação e
proliferação celular.
- Nível Sistêmico: Efeitos terapêuticos -> Anti-INflamatórios, anti-edematoso,
reparador e analgésico.