El láser en la cirugía plástica

A principios del siglo pasado, Einstein explicó teóricamente los procesos que deben ocurrir cuando un láser emite energía en un artículo titulado "La teoría cuántica de la radiación". Maiman construyó el primer láser en 1960. Desde entonces, la tecnología láser ha evolucionado rápidamente, produciendo una variedad de láseres que abarcan todo el espectro electromagnético. Desde entonces, se han combinado con otras tecnologías, como sistemas de imagen, robótica y computadoras, para mejorar la precisión de la aplicación del láser. Gracias a la colaboración en física y bioingeniería, los láseres médicos se han convertido en una parte importante de las herramientas terapéuticas de los cirujanos. Al principio, eran voluminosos y solo los utilizaban cirujanos con formación específica en física láser. En los últimos 15 años, el diseño de láseres médicos ha avanzado para facilitar su uso, y muchos cirujanos han aprendido los fundamentos de la física láser como parte de su formación de posgrado.

En este artículo se tratan: la biofísica de los láseres; la interacción de los tejidos con la radiación láser; los dispositivos utilizados actualmente en cirugía plástica y reconstructiva; los requisitos generales de seguridad al trabajar con láseres; las cuestiones relacionadas con el uso futuro de los láseres en intervenciones cutáneas.

Biofísica de los láseres

Los láseres emiten energía luminosa que viaja en ondas similares a la luz ordinaria. La longitud de onda es la distancia entre dos picos adyacentes de la onda. La amplitud es el tamaño del pico, que determina la intensidad de la luz. La frecuencia, o período, de una onda luminosa es el tiempo que tarda la onda en completar un ciclo. Para comprender cómo funciona un láser, es importante comprender la mecánica cuántica. El término LÁSER es un acrónimo de Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación. Cuando un fotón, una unidad de energía luminosa, incide en un átomo, hace que uno de sus electrones salte a un nivel de energía superior. El átomo se vuelve inestable en este estado excitado, liberando un fotón cuando el electrón vuelve a su nivel de energía original, más bajo. Este proceso se conoce como emisión espontánea. Si un átomo está en un estado de alta energía y colisiona con otro fotón, al volver a un estado de baja energía liberará dos fotones que tienen longitud de onda, dirección y fase idénticas. Este proceso, llamado emisión estimulada de radiación, es fundamental para comprender la física del láser.

Independientemente del tipo, todos los láseres tienen cuatro componentes básicos: un mecanismo de excitación o fuente de energía, un medio láser, una cavidad óptica o resonador y un sistema de eyección. La mayoría de los láseres médicos utilizados en cirugía plástica facial tienen un mecanismo de excitación eléctrica. Algunos láseres (como el láser de colorante excitado por lámpara de destello) utilizan la luz como mecanismo de excitación. Otros pueden utilizar ondas de radiofrecuencia de alta energía o reacciones químicas para proporcionar energía de excitación. El mecanismo de excitación bombea energía a una cámara resonante que contiene el medio láser, que puede ser un material sólido, líquido, gaseoso o semiconductor. La energía vertida en la cavidad del resonador eleva los electrones de los átomos en el medio láser a un nivel de energía superior. Cuando la mitad de los átomos en el resonador están altamente excitados, se produce una inversión de población. La emisión espontánea comienza a medida que los fotones se emiten en todas direcciones y algunos colisionan con átomos ya excitados, lo que resulta en la emisión estimulada de fotones pareados. La emisión estimulada se potencia a medida que los fotones que viajan a lo largo del eje entre los espejos se reflejan preferentemente de un lado a otro. Esto produce una estimulación secuencial al colisionar estos fotones con otros átomos excitados. Un espejo es 100 % reflectante, mientras que el otro transmite parcialmente la energía emitida desde la cámara del resonador. Esta energía se transfiere al tejido biológico mediante un sistema de eyección. En la mayoría de los láseres, este sistema es de fibra óptica. Una notable excepción es el láser de CO₂, que cuenta con un sistema de espejos en un brazo articulado. Si bien existen fibras ópticas para el láser de CO₂, estas limitan el tamaño del punto y la energía de salida.

La luz láser es más organizada y cualitativamente intensa que la luz ordinaria. Dado que el medio láser es homogéneo, los fotones emitidos por emisión estimulada tienen una sola longitud de onda, lo que crea monocromaticidad. Normalmente, la luz se dispersa mucho al alejarse de la fuente. La luz láser está colimada: se dispersa poco, lo que proporciona una intensidad de energía constante a gran distancia. Los fotones de la luz láser no solo se mueven en la misma dirección, sino que también tienen la misma fase temporal y espacial. Esto se denomina coherencia. Las propiedades de monocromaticidad, colimación y coherencia distinguen la luz láser de la energía desordenada de la luz ordinaria.

Interacción láser-tejido

El espectro de efectos del láser sobre los tejidos biológicos abarca desde la modulación de funciones biológicas hasta la vaporización. La mayoría de las interacciones láser-tejido utilizadas clínicamente se relacionan con la capacidad térmica de coagular o vaporizar. En el futuro, los láseres podrían utilizarse no como fuentes de calor, sino como sondas para controlar las funciones celulares sin efectos secundarios citotóxicos.

El efecto de un láser convencional sobre el tejido depende de tres factores: absorción tisular, longitud de onda láser y densidad de energía láser. Cuando un rayo láser incide en el tejido, su energía puede ser absorbida, reflejada, transmitida o dispersada. Los cuatro procesos ocurren en distintos grados en cualquier interacción tejido-láser, de los cuales la absorción es el más importante. El grado de absorción depende del contenido de cromóforos del tejido. Los cromóforos son sustancias que absorben eficazmente las ondas de cierta longitud. Por ejemplo, la energía del láser de CO2 es absorbida por los tejidos blandos del cuerpo. Esto se debe a que la longitud de onda correspondiente al CO2 es bien absorbida por las moléculas de agua, que constituyen hasta el 80% del tejido blando. Por el contrario, la absorción del láser de CO2 es mínima en el hueso, debido al bajo contenido de agua del tejido óseo. Inicialmente, cuando el tejido absorbe la energía del láser, sus moléculas comienzan a vibrar. La absorción de energía adicional causa la desnaturalización, la coagulación y, finalmente, la evaporación de la proteína (vaporización).

Cuando la energía láser se refleja en el tejido, este no sufre daños, ya que se modifica la dirección de la radiación en la superficie. Además, si la energía láser atraviesa los tejidos superficiales hacia la capa profunda, el tejido intermedio no se ve afectado. Si el haz láser se dispersa en el tejido, la energía no se absorbe en la superficie, sino que se distribuye aleatoriamente en las capas profundas.

El tercer factor relacionado con la interacción del tejido con el láser es la densidad de energía. En la interacción entre el láser y el tejido, cuando todos los demás factores se mantienen constantes, modificar el tamaño del punto o el tiempo de exposición puede afectar el estado del tejido. Si el tamaño del punto del haz láser disminuye, la potencia que actúa sobre un determinado volumen de tejido aumenta. Por el contrario, si el tamaño del punto aumenta, la densidad de energía del haz láser disminuye. Para modificar el tamaño del punto, el sistema de eyección sobre el tejido puede estar enfocado, preenfocado o desenfocado. En los haces preenfocados y desenfocados, el tamaño del punto es mayor que el del haz enfocado, lo que resulta en una menor densidad de potencia.

Otra forma de variar los efectos en el tejido es pulsar la energía láser. Todos los modos pulsados alternan entre periodos de encendido y apagado. Dado que la energía no llega al tejido durante los periodos de apagado, existe la posibilidad de que el calor se disipe. Si los periodos de apagado son más largos que el tiempo de relajación térmica del tejido objetivo, se reduce la probabilidad de dañar el tejido circundante por conducción. El tiempo de relajación térmica es el tiempo necesario para que se disipe la mitad del calor en el objetivo. La relación entre el intervalo activo y la suma de los intervalos de pulsación activos y pasivos se denomina ciclo de trabajo.

Ciclo de trabajo = encendido/encendido + apagado

Existen varios modos de pulso. La energía se puede liberar en ráfagas configurando el periodo de emisión del láser (p. ej., 10 s). La energía se puede bloquear, bloqueando la onda constante a intervalos determinados mediante un obturador mecánico. En el modo superpulso, la energía no se bloquea simplemente, sino que se almacena en la fuente de energía del láser durante el periodo de inactividad y se libera durante el periodo de activación. Es decir, la energía pico en el modo superpulso es significativamente mayor que en el modo constante o de bloqueo.

En un láser de pulso gigante, la energía también se almacena durante el periodo de inactividad, pero en el medio láser. Esto se logra mediante un mecanismo de obturador en la cámara de la cavidad entre los dos espejos. Cuando el obturador está cerrado, el láser no emite láser, sino que la energía se almacena a cada lado del obturador. Cuando el obturador está abierto, los espejos interactúan para producir un haz láser de alta energía. La energía pico de un láser de pulso gigante es muy alta con un ciclo de trabajo corto. Un láser de modo bloqueado es similar a un láser de pulso gigante en que existe un obturador entre los dos espejos en la cámara de la cavidad. El láser de modo bloqueado abre y cierra su obturador en sincronía con el tiempo que tarda la luz en reflejarse entre los dos espejos.

Características de los láseres

• láser de dióxido de carbono

El láser de dióxido de carbono se utiliza con mayor frecuencia en otorrinolaringología y cirugía de cabeza y cuello. Su longitud de onda es de 10,6 nm, una onda invisible en el infrarrojo lejano del espectro electromagnético. Es necesario guiar el haz láser de helio-neón para que el cirujano pueda visualizar el área de acción. El medio láser es CO₂. Su longitud de onda es bien absorbida por las moléculas de agua del tejido. Los efectos son superficiales debido a su alta absorción y mínima dispersión. La radiación solo se puede transmitir a través de espejos y lentes especiales colocados en una varilla articulada. El brazo articulado se puede conectar a un microscopio para realizar trabajos de precisión con aumento. La energía también se puede inyectar a través de un mango de enfoque unido a la varilla articulada.

• Láser Nd:YAG

La longitud de onda del láser Nd:YAG (granate de itrio-aluminio con neodimio) es de 1064 nm, es decir, se encuentra en el infrarrojo cercano. Es invisible al ojo humano y requiere un haz láser de helio-neón. El medio láser es granate de itrio-aluminio con neodimio. La mayoría de los tejidos corporales absorben mal esta longitud de onda. Sin embargo, los tejidos pigmentados la absorben mejor que los no pigmentados. La energía se transmite a través de las capas superficiales de la mayoría de los tejidos y se disipa en las capas profundas.

En comparación con el láser de dióxido de carbono, la dispersión del láser Nd:YAG es significativamente mayor. Por lo tanto, la profundidad de penetración es mayor y el láser Nd:YAG es muy adecuado para la coagulación de vasos profundos. En el experimento, la profundidad máxima de coagulación es de aproximadamente 3 mm (temperatura de coagulación +60 °C). Se han reportado buenos resultados en el tratamiento de formaciones cavernosas y capilares periorales profundas utilizando el láser Nd:YAG. También hay un informe sobre la fotocoagulación láser exitosa de hemangiomas, linfangiomas y formaciones arteriovenosas congénitas. Sin embargo, la mayor profundidad de penetración y la destrucción no selectiva predisponen a un aumento de la cicatrización postoperatoria. Clínicamente, esto se minimiza mediante ajustes de potencia seguros, un enfoque puntual a la lesión y evitando el tratamiento de áreas de la piel. En la práctica, el uso del láser Nd:YAG rojo oscuro ha sido prácticamente reemplazado por láseres con una longitud de onda que se encuentra en la parte amarilla del espectro. Sin embargo, se utiliza como láser adyuvante en lesiones nodulares de color rojo oscuro (vino de Oporto).

Se ha demostrado que el láser Nd:YAG inhibe la producción de colágeno tanto en cultivos de fibroblastos como en piel normal in vivo. Esto sugiere éxito en el tratamiento de cicatrices hipertróficas y queloides. Sin embargo, clínicamente, las tasas de recurrencia tras la escisión de queloides son altas, a pesar del potente tratamiento adyuvante con esteroides tópicos.

• Láser de contacto Nd:YAG

El uso del láser Nd:YAG en modo de contacto modifica significativamente las propiedades físicas y la absorción de la radiación. La punta de contacto consiste en un cristal de zafiro o cuarzo fijado directamente al extremo de la fibra láser. Esta punta interactúa directamente con la piel y actúa como un bisturí térmico, cortando y coagulando simultáneamente. Existen informes sobre el uso de la punta de contacto en una amplia gama de intervenciones en tejidos blandos. Estas aplicaciones se asemejan más a las de la electrocoagulación que las del modo Nd:YAG sin contacto. En general, los cirujanos utilizan actualmente las longitudes de onda inherentes del láser no para cortar tejido, sino para calentar la punta. Por lo tanto, los principios de la interacción láser-tejido no son aplicables en este caso. El tiempo de respuesta del láser de contacto no está tan directamente relacionado con el de la fibra libre, por lo que existe un periodo de retardo para el calentamiento y el enfriamiento. Sin embargo, con la experiencia, este láser resulta adecuado para aislar colgajos de piel y músculo.

• láser de argón

El láser de argón emite ondas visibles con una longitud de onda de 488-514 nm. Gracias al diseño de la cámara resonadora y a la estructura molecular del medio láser, este tipo de láser produce un rango de onda largo. Algunos modelos pueden incorporar un filtro que limita la radiación a una sola longitud de onda. La energía del láser de argón es bien absorbida por la hemoglobina, y su dispersión es intermedia entre la de un láser de dióxido de carbono y la de Nd:YAG. El sistema de radiación del láser de argón es un portador de fibra óptica. Debido a la alta absorción por la hemoglobina, las neoplasias vasculares de la piel también absorben la energía láser.

• Láser KTF

El láser KTP (fosfato de titanilo y potasio) es un láser Nd:YAG cuya frecuencia se duplica (la longitud de onda se reduce a la mitad) al pasar la energía láser a través de un cristal KTP. Esto produce luz verde (longitud de onda de 532 nm), que corresponde al pico de absorción de la hemoglobina. Su penetración y dispersión tisular son similares a las de un láser de argón. La energía láser se transmite mediante una fibra. En modo sin contacto, el láser se vaporiza y coagula. En modo de semicontacto, la punta de la fibra apenas toca el tejido y se convierte en un instrumento de corte. Cuanto mayor sea la energía utilizada, más actúa el láser como un bisturí térmico, similar a un láser de dióxido de carbono. Las unidades de menor energía se utilizan principalmente para la coagulación.

• Láser colorante excitado por lámpara de destello

El láser colorante excitado por lámpara de destello fue el primer láser médico diseñado específicamente para el tratamiento de lesiones vasculares benignas de la piel. Se trata de un láser de luz visible con una longitud de onda de 585 nm. Esta longitud de onda coincide con el tercer pico de absorción de la oxihemoglobina, por lo que la energía de este láser es absorbida predominantemente por la hemoglobina. En el rango de 577-585 nm, la absorción por cromóforos competidores, como la melanina, es menor, y la dispersión de la energía láser en la dermis y la epidermis es menor. El medio láser es el colorante rodamina, excitado ópticamente por una lámpara de destello, y el sistema de emisión es un portador de fibra óptica. La punta del láser colorante cuenta con un sistema de lentes intercambiables que permite la creación de un tamaño de punto de 3, 5, 7 o 10 mm. El láser emite pulsos con un período de 450 ms. Este índice de pulsatilidad se seleccionó en función del tiempo de relajación térmica de los vasos ectásicos presentes en las lesiones vasculares benignas de la piel.

• Láser de vapor de cobre

El láser de vapor de cobre produce luz visible con dos longitudes de onda distintas: una onda verde pulsada de 512 nm y una onda amarilla pulsada de 578 nm. El medio láser es cobre, que se excita (vaporiza) eléctricamente. Un sistema de fibras transmite energía a la punta, que tiene un tamaño de punto variable de 150 a 1000 µm. El tiempo de exposición varía de 0,075 s a constante. El tiempo entre pulsos también varía de 0,1 s a 0,8 s. La luz amarilla del láser de vapor de cobre se utiliza para tratar lesiones vasculares benignas en el rostro. La onda verde puede utilizarse para tratar lesiones pigmentadas como pecas, lentigos, nevos y queratosis.

• Láser de colorante amarillo que no se decolora

El láser colorante amarillo de onda continua (CW) es un láser de luz visible que produce luz amarilla con una longitud de onda de 577 nm. Al igual que el láser colorante excitado por lámpara de destello, se ajusta modificando el colorante en la cámara de activación láser. El colorante se excita mediante un láser de argón. El sistema de eyección de este láser también consiste en un cable de fibra óptica que puede enfocarse a diferentes tamaños de punto. La luz láser puede pulsarse mediante un obturador mecánico o una punta Hexascanner que se conecta al extremo del sistema de fibra óptica. El Hexascanner dirige aleatoriamente los pulsos de energía láser dentro de un patrón hexagonal. Al igual que el láser colorante excitado por lámpara de destello y el láser de vapor de cobre, el láser colorante amarillo de onda continua es ideal para el tratamiento de lesiones vasculares benignas en el rostro.

• láser de erbio

El láser Erbium:UAS utiliza la banda de absorción del agua de 3000 nm. Su longitud de onda de 2940 nm corresponde a este pico y es absorbido fuertemente por el agua tisular (aproximadamente 12 veces más que el láser de CO₂). Este láser de infrarrojo cercano es invisible al ojo humano y debe utilizarse con un haz de luz visible. El láser es bombeado por una lámpara de destello y emite macropulsos de 200-300 μs de duración, que consisten en una serie de micropulsos. Estos láseres se utilizan con una pieza de mano acoplada a un brazo articulado. También se puede integrar un escáner en el sistema para una eliminación de tejido más rápida y uniforme.

• láser rubí

El láser rubí es un láser bombeado por una lámpara de destello que emite luz a una longitud de onda de 694 nm. Este láser, ubicado en la región roja del espectro, es visible a simple vista. Puede contar con un obturador láser para producir pulsos cortos y lograr una penetración más profunda en el tejido (superior a 1 mm). El láser rubí de pulso largo se utiliza para calentar preferentemente los folículos pilosos en la depilación láser. Esta luz láser se transmite mediante espejos y un sistema de brazo articulado. Es poco absorbida por el agua, pero fuertemente absorbida por la melanina. Diversos pigmentos utilizados para tatuajes también absorben rayos de 694 nm.

• láser de alejandrita

El láser de alejandrita, un láser de estado sólido que puede ser bombeado por una lámpara de destello, tiene una longitud de onda de 755 nm. Esta longitud de onda, en la parte roja del espectro, no es visible a simple vista y, por lo tanto, requiere un haz guía. Es absorbido por los pigmentos azules y negros de los tatuajes, así como por la melanina, pero no por la hemoglobina. Es un láser relativamente compacto que puede transmitir la radiación a través de una guía de luz flexible. El láser penetra con relativa profundidad, lo que lo hace adecuado para la eliminación de vello y tatuajes. Los tamaños de punto son de 7 y 12 mm.

• láser de diodo

Recientemente, se han acoplado diodos sobre materiales superconductores directamente a dispositivos de fibra óptica, lo que permite la emisión de luz láser en diversas longitudes de onda (según las características de los materiales utilizados). Los láseres de diodo se distinguen por su eficiencia. Pueden convertir la energía eléctrica entrante en luz con una eficiencia del 50 %. Esta eficiencia, asociada a una menor generación de calor y menor consumo de energía, permite diseñar láseres de diodo compactos sin necesidad de grandes sistemas de refrigeración. La luz se transmite mediante fibra óptica.

• Lámpara de flash filtrada

La lámpara pulsada filtrada utilizada para la depilación no es un láser. Se trata de un espectro pulsado intenso y no coherente. El sistema utiliza filtros de cristal para emitir luz con una longitud de onda de 590-1200 nm. La anchura y la densidad integral del pulso, también variables, cumplen los criterios de fototermólisis selectiva, lo que sitúa a este dispositivo a la altura de los láseres para la depilación.

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