Penetración de la luz en el tejido vivo
por Lars Hode
En algún momento de los años de formación de todo joven científico, ha experimentado utilizando una linterna a través de sus dedos o, aún más gracioso, a través de su propia nariz para descubrir que la luz blanca de la linterna no sólo brilla a través de sus apéndices, sino que también se ilumina de color rojo en el otro lado, lo que les lleva a la conclusión de que alguna luz, pero no toda, puede penetrar en el tejido. Ahora nuestra joven científica es mayor y más docta, y entiende que el tejido vivo es un medio turbio altamente complejo y dinámico cuyas propiedades ópticas están determinadas por diferentes tasas de absorción, dispersión, transmisión y reflexión. También sabe que las diferentes técnicas de imagen, como la tomografía de coherencia óptica (TCO), la medición del flujo Doppler por láser (LDF) y la imagen de manchas por láser transmisivo (TLSI), se basan en la comprensión de estas complejas propiedades ópticas.
La penetración en los tejidos vivos depende de parámetros como la longitud de onda, la intensidad, la polarización y la coherencia de la fuente de luz, la compresión de los tejidos y la del propio tejido, como la pigmentación, la estructura fibrótica, la hidratación y la composición, además de factores más evidentes como el cabello y la ropa. (¡Gracias Peter por esta elegante formulación!)
Para muchas indicaciones en la fototerapia con láser una buena penetración a través de los tejidos es una ventaja.
Longitud de onda
Ahora nuestro joven científico ya ha notado que la luz roja pasa bien a través del tejido. ¿Pero qué pasa con el resto de la luz, las partes azules, verdes y amarillas? Es absorbido por el tejido y convertido en energía térmica. Puede comprobarlo usted mismo: compare un puntero láser rojo y verde con la misma potencia, es decir, 5 mW (legal en la mayoría de los países) - la luz roja pasa por el dedo, la verde no. Para la luz infrarroja necesitamos un convertidor de visualización IR que sea lo suficientemente sensible para la longitud de onda utilizada. Este espectro se registró con un espectrofotómetro muy sensible con la mano muy cerca del fotocátodo (datos inéditos de Karl H. Norris, de The Science of Photobiology, KC Smith, ed., Plenum Press, 1977; p. 400). Como se puede ver, la mejor transmisión a través de una mano es aproximadamente entre 670 nm y 910 nm y luego a partir de unos 1050 nm en adelante. Página web original: Photobiological Sciences Online (PSO) (photobiology.info)
Figura 1: Espectro de absorción de la mano humana
Aquí podemos estimar que la D.O. (Densidad Óptica) es de alrededor de 4,7 para 980 nm y de alrededor de 3,3 para 810 nm. La transmisión (T) y la densidad óptica (OD) son dos formas comunes de expresar el rendimiento de un filtro u otro objeto como el tejido. La transmisión puede expresarse como T = l0-OD. Esto significa que la transmisión para la luz de 810 nm es 25 veces mayor que para la luz de 980 nm (T3.3 = 0.0005 o T4.7 = 0.00002).
Figura 2: Otro diagrama interesante es el siguiente
Esto se corresponde bastante bien con la transmisión espectral mostrada de una mano. En ambos casos usamos luz continua (o cambiada). Los pulsos convencionales no tienen efecto sobre la penetración.
La primera barrera para la luz suele ser la piel. La transmisión a través de la piel ha sido investigada en varios estudios. Jan Bjordal y sus colegas han resumido la transmisión de la piel con diferentes láseres.
Una revisión sistemática de la terapia de láser de bajo nivel con dosis específicas para el dolor causado por enfermedades de las articulaciones. Bjordal JM, Couppé C, Chow RT, Tunér J y Ljunggren AE (2003). Australian Journal of Physiotherapy 49: 107-116
"La pérdida de energía debido a la barrera de la piel para el láser continuo HeNe (632nm) es del 90%, para los láser continuos GaAlAs (820nm) y Nd:YAG (1064nm) IR, del 80%. Para los láseres de pulso infrarrojo GaAs (904nm), 50%".
Lo más sorprendente de esto es que los GaAs son tan diferentes de los otros. ¿Qué tiene de especial esta longitud de onda, 904 nm? ¡Nada! No es la longitud de onda, es el extremo pulsante (superpulsante). Hoy en día es posible encontrar láseres de GaAlAs con una longitud de onda de 904 nm y la pérdida de energía a través de la barrera de la piel es de alrededor del 80%.
Bjordal lo explica con más detalle:
"Estudios in vivo con láseres pulsados de 904 nm han demostrado que estos láseres tienen efectos similares en la producción de colágeno a dosis mucho más bajas sobre la piel del animal que los láseres de potencia continua (Enwemeka 1991a; van der Veen y Lievens 2000). Este efecto ca se atribuye al fenómeno del fotoblanqueo, en el que el primer pulso fuerte blanquea la barrera opaca del tejido y el segundo pulso pasa a través de la barrera del tejido con menos pérdida de energía (Kusnetzow y otros, 2001), (Fig. 7)". Esto fue investigado más a fondo por Jon Joensen y presentado por él mismo en la reunión de WALT en Bergen, Noruega, en septiembre de 2010. Figura 3 y 4.
Otros factores
La luz fuerte penetra más profundamente que la luz débil. Sin embargo, el doble de potencia no significa el doble de profundidad, sino quizás un 5-10% más profundo. Asumamos que un láser de 100 mW tiene una cierta intensidad a una profundidad de 10 mm. Si impulsamos el mismo láser con más fuerza para que emita 200 mW, la mencionada cierta intensidad se encuentra a 10,5 - 11 mm de profundidad, y si aumentamos la potencia a 400 mW, la profundidad aumentará a 11 a 12 mm.
Otro factor que influye en la penetración es la compresión del tejido: una sonda que se presiona mecánicamente contra la piel obliga a la sangre que está delante de ella a alejarse del haz penetrante. La pigmentación puede absorber una gran parte de la luz incidente.
Conclusión
Los factores más importantes que influyen en la penetración de la luz en los tejidos son la longitud de onda, el superimpulso, la potencia, la intensidad, el contacto con los tejidos y la compresión. Otros factores a considerar son la polarización y la coherencia. Véase, por ejemplo, L. Hode, The Importance of the Coherency. Fotomedicina y cirugía láser. Volumen 23, número 4, 2005, págs. 431 a 434
