APLICACIONES DE LA FISICA CUANTICA EN LA MEDICINA: OPTICA CUANTICA
En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica. En el primero, son utilizados los sistemas láser, que aprovechan la cuantificación energética de los orbitales nucleares para producir luz monocromática, monocromática, entre otras características. En el segundo, la resonancia magnética nuclear permite visualizar la forma de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magnético en la que se ha introducido al paciente.
Antecedentes
La primera indicación de que la luz puede ser cuantizada vino de Max Planck en 1899 en 1899 cuando modeló correctamente la radiación la radiación del cuerpo negro asumiendo que el intercambio de energía entre la luz y la materia solamente ocurría en cantidades discretas que él llamó cuantos. Era cuantos. Era desconocida si la fuente de estas cantidades discretas discretas era la materia o la luz. En 1905, En 1905, Albert Albert Einstein publicó la teoría del efecto del efecto fotoeléctrico. Parecía fotoeléctrico. Parecía que la única explicación posible para el efecto fotoeléctrico era la existencia de partículas de luz llamadas fotones. Más fotones. Más adelante, Niels adelante, Niels Bohr demostró que los átomos los átomos estaban también cuantizados, en el sentido que solamente podían emitir cantidades discretas de energía. La comprensión de la interacción entre la luz y la materia que siguieron después de estos desarrollos no solamente formaron la base de la óptica cuántica sino también fueron cruciales para el desarrollo de la mecánica cuántica como un todo. Sin embargo, los subcampos de la mecánica cuántica que se ocupaban de la interacción de la materia-luz fueron considerados principalmente más como investigación sobre la materia que sobre luz y por lo tanto, se hablaba más de la física la física atómica y la electrónica la electrónica cuántica que sobre la óptica cuántica. Esto cambió con la invención del máser en 1953 en 1953 y del láser del láser en 1960. en 1960. Con Con la ciencia la ciencia del láser, es láser, es decir, la investigación de los principios, diseño y el uso de éstos dispositivos, dispositivos, la óptica cuántica se convirtió en un campo importante, importante, y la mecánica cuántica que fundamenta los principios del láser fue estudiada ahora con más énfasis en las características de la luz, y así el nombre de óptica cuántica llegó a ser habitual. Un láser, a diferencia de las lámparas comunes, emite los fotones en un rayo muy estrecho, coherente, perfectamente definido y muchas veces polarizado. Esta luz se la considera de tipo monocromática, debido a que tienen una sola longitud de onda.
Albert Einstein estableció, estableció, en 1916, 1916, los fundamentos fundamentos para desarrollar desarrollar el láser láser y sus predecesores, los máseres, usando la ley de radiación de radiación de Max Planck que se basa en los conceptos de emisión inducida y espontánea de radiación, esta teoría fue olvidada hasta después de la Segunda la Segunda Guerra Mundial. Luego en 1953, Charles H. Townes y un grupo un grupo de estudiantes de posgrado, confeccionaron el primer máser, este dispositivo funcionaba funcionaba mediante los mismos principios mismos principios físicos que el láser pero produce un haz coherente de microondas de microondas en lugar de un haz de luz que pueda verse. Este láser de Townes, no podía funcionar de forma continua.
En 1969, se descubre la primera aplicación industrial del láser al ser empleado en soldaduras de los elementos de chapa en el armado de vehículos. En 1980, un grupo de físicos pertenecientes a la Universidad de Hull registran la primer emisión de láser en el campo de los rayos X.
Funcionamiento del laser
El láser posee un medio activo capaz de generar el mismo láser; existen 4 procesos que son básicos en la generación de dicho láser: bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de la misma y absorción. La primer parte del proceso, el bombeo, es provocado mediante una fuente de radiación (lámpara), el paso de una corriente eléctrica o la utilización de cualquier otra clase de fuente energética. La emisión espontánea de radiación, por su parte, es cuando los electrones que regresan al estado fundamental, emiten fotones. Este es un proceso de tipo aleatorio y la radiación resultante se encuentra formada por fotones que se desplazan en diferentes direcciones y con fases distintas, produciéndose así, una radiación monocromática incoherente. La emisión estimulada de radiación, que vale aclarar, es la base de la generación de radiación de cualquier láser, se produce cuando un átomo que se encuentra en estado excitado, recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo del que hablamos, proviene de la llegada de un fotón. La absorción, es el proceso por el cual se absorben los fotones; el sistema atómico, se excita a un estado de energía muy alto, el electrón pasa a un estado meta-estable. Este fenómeno compite ciertamente con el de la emisión estimulada de radiación. Tipos de laser
En grandes rasgos, los láser pueden clasificarse en dos categorías de emisión: - Onda continua: Emiten de modo continuo con una potencia constante - Pulsados: La emisión es en picos breves de máxima energía. Los láseres Qswiched producen pulsos muy cortos de muy elevada energía. Según el medio láser empleado existen diferentes aparatos de características técnicas específicas y diferentes aplicaciones:
LÁSER DE CO2-Longitud de onda: 10600 nm (infrarrojo). -Cromóforo: agua intracelular y extracelular. -Puede ser usado en: - Onda continua: Usado de forma focalizada, como un instrumento de corte quirúrgico, o desfocalizado, con efecto vaporizador para tratar múltiples lesiones tumorales cutáneas benignas y malignas y tatuajes, permitiendo intervenciones con poca hemorragia. En un 1-4 % puede producir cicatrices hipertróficas. - Pulsado: Uso cosmético por su efecto ablativo para rejuvenecimiento cutáneo. -Sus efectos secundarios implican un tiempo de reepitelización de 6-8
semanas, con edema, eritema y trastornos de la pigmentación transitorios.
LÁSER ERBIO:YAG -Siglas de YAG: Itrio-Aluminio-Garnet. -Longitud de onda: 2940 nm (infrarrojo). -Cromóforo: agua intracelular y extracelular. -Presenta las mismas indicaciones que el láser de CO2, aunque profundiza 10 veces menos en la piel y por tanto implica un tratamiento menos agresivo, con un menor tiempo de recuperación. Actualmente pueden combinarse ambos láser (de CO2 y erbio:Yag).
LÁSER ND:YAG
-Siglas: Neodinio: Itrio-Aluminio-Garnet. -Longitud de onda: 1060 nm (infrarrojo) y 1320 nm. -Cromóforo: agua intracelular y extracelular. -Diferentes modos: - Onda continua: Produce menor daño en dermis que el láser de CO2, por lo que se usa en cosmética para el rejuvenecimiento cutáneo. - Pulso largo (vasculight): Uso sobre todo para lesiones vasculares. Al tener una longitud de onda más larga que los de colorante pulsado, tiene mayor poder de penetración y por tanto alcanza vasos de mayor calibre y más profundos. - Q-Switched: Usado para eliminar pigmentos profundos y tatuajes así como en depilación, donde necesita un material exógeno que se deposite en el folículo y que sea el que absorba la energía del láser, puesto que la absorción de la melanina se aleja de su longitud de onda. -No produce apenas trastornos de la pigmentación, pero sí puede inducir un oscurecimiento irreversible del pigmento en algunos tatuajes.
LÁSER DE ARGÓN
-Longitud de onda: Dos picos de emisión en onda continua de 488 y 514 nm. -Cromóforo: hemoglobina. Primer láser usado para el tratamiento de lesiones vasculares. Ya no se usa, salvo casos muy concretos, por el alto porcentaje de formación de cicatrices hipertróficas, atrofia y trastornos de la pigmentación.
DYE LÁSER O DE COLORANTE PULSADO: -Longitud de onda variable según el colorante usado. Las más frecuentes oscilan entre los 577 (hoy en desuso) y 585 nm en emisión de onda continua. -Cromóforo: hemoglobina. Son los más usados para el tratamiento de las lesiones vasculares. -El láser de colorante pulsado de 510 nm es útil para el tratamiento de las lesiones pigmentadas epidérmicas y para el pigmento rojo y amarillo de los tatuajes. -Efectos secundarios: formación de púrpura (presencia de sangre extravasada en la piel, a modo de pequeños puntos violáceos que no desaparecen al ejercer presión sobre la piel), edema (hinchazón) y conversión del pigmento rojo a negro por oxidación del metal utilizado en los tatuajes. LÁSER KTP-PULSADO -Láser de fosfato de titanio y potasio. -Longitud de onda: 532 nm. -Cromóforo: hemoglobina. LÁSER DE ALEJANDRITA
La alejandrita es el nombre común del cromo dopado con crisoberilio. -Longitud de onda: 755 nm (situada en el intervalo de luz visible cercano al infrarrojo). -Cromóforo: melanina. -Diferentes modos de emisión: - Pulso largo: Uso para depilación. La absorción de su longitud de onda por la melanina es menor que la del rubí, pero penetra más profundamente y se absorbe menos por la melanina epidérmica, por lo que las posibles complicaciones derivadas del daño superficial epidérmico son menores. - Q- Switched: indicado para el tratamiento de lesiones pigmentadas benignas y de tatuajes (todos los colores excepto el rojo). -Efecto secundario principal: hipopigmentación transitoria que aparece en casi el 50% de los casos.
LÁSER DE RUBÍ
-Longitud de onda: 694 nm (emisión como luz roja). -Cromóforo: hemoglobina. -Diferentes modos de emisión: - Pulso largo: Uso en depilación por el daño selectivo sobre la melanina del folículo pilosebáceo. - Q-Switched: Uso para lesiones pigmentadas y tatuajes. -Efecto secundario principal: alteraciones de la pigmentación, tanto por hipopigmentación (45 %) como por hiperpigmentación (5 %).
LÁSER DE DIODO
-Longitud de onda: 800 nm. -Cromóforo: hemoglobina. -Uso en depilación, con gran profundidad de penetración.
El láser en la medicina
El láser en la medicina es cada vez más usado al actuar muy selectivamente sobre la lesión, dañando mínimamente los tejidos adyacentes. Por eso produce muy pocos efectos secundarios en cuanto a destrucción de otro tejido sano de su entorno e
inflamación, así como presentar una esterilización completa al no ser necesario instrumental quirúrjico. En la dermatología, éstos pueden eliminar casi todos los defectos de la piel bajo anestesia local, la depilación con laser es otra de sus aplicaciones dermatológicas.
En oftalmología son utilizados los láseres de excímero, que eliminan capas submicrométricas de la córnea, modificando su curvatura. El ojo es transparente a la luz entre aproximadamente 0.38 y 1.4 . A menores longitudes de onda el cristalino y la córnea absorben la radiación y a mayores longitudes de onda son las moléculas de agua presentes en el ojo las que absorben la luz. Por medio de radiación láser (en este caso con láser de argón ionizado) es posible en la actualidad tratar casos de desprendimiento de retina. Como se muestra en la figura, el haz láser es focalizado en la retina por el propio cristalino del paciente. Los láseres de He-Ne han sido utilizados con éxito en dermatología para el tratamiento de manchas en la piel, o como auxiliares para estimular la regeneración de tejido en cicatrices.
En odontología existen dos tipos de láseres los terapéuticos y los quirúrgicos. El láser terapéutico también se les conoce como láser blando o de baja potencia y el láser quirúrgico se les conoce como láser duro.
La diferencia entre el láser terapéutico y los lásers quirúrgicos no depende de el tipo de tejido a el que se aplique el láser sino a la interacción que tiene la energía sobre ellos que puede ser Fototermica o Bioestimulante.
Un láser duro o quirurgico produce una acción foto-térmica con un efecto ablativo por su efecto directo sobre el tejido a diferencia de un láser terapéutico donde su efecto sobre el tejido no es directo sino de bio-estimulación. Por lo cual la aplicación de la terapia láser de baja potencia por su efecto de bioestimulación dentro de el área odontolgica es una excelente opción para las siguientes aplicaciones. Aplicaciones para el láser de baja potencia: • Herpes simple Ulceras aftosas • Post extracción dental Alveolitis • Fracturas mandibulares Dolor por oclusión traumático • Endodoncia Ortodoncia • Acupuntura láser Sinusitis • Síndrome del túnel del Carpiano Neuralgia del trigemino • Regeneración tisular Analgesia dental • Desensivilisación Molestia de la ATM • Tratamientos periodontales Cirugia maxilofacial • Lesiones en mucosa bucal Micosis • Liquen plano Edema • • • •
Pericoronitis Traumatismos Lupus eritematoso Paralisis Facial Cavidades Profundas Preparación de coronas Pulpectomias Granulomas
• Quistes per iapicales Recubrimientos directos • Lengua geográfica Bioestimulacion Osea • Parestesias Reducción de Bacterias • Hipersensibilidad
REFERENCIAS
El láser de baja potencia en la medicina actual. (s.f.). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de QUE ES EL LÁSER: http://www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/rehabilitacionLa piel. (07 de junio de 2004). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de Tipos de Láser: http://www.lapiel.com/frontend/lapiel/noticia.php?id_noticia=510&PHPSESSID=507 37d0541b67a0bd3a330deb15c0ee5 LÁSER DE DIODO. (s.f.). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de http://www.seeic.org/articulo/laser/las-diodo.htm Láser: Qué es y para qué sirve. (20 de Marzo de 2001). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de http://www.arturosoria.com/fisica/art/laser.asp Sistema de Láser Específico. (s.f.). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/105/htm/sec_7.ht m TECNICAS EN MEDICINA ESTETICA . (17 de Noviembre de 2010). Recuperado el 21 de Noviembre de 2010, de EFECTOS INDESEABLES: ACCIDENTES: http://www.esteticasincirugia.es/12_laser.htm
