Laser

• Skrót laser – wzmocnienie światła przez stymulację emisji promieniowania elektromagnetycznego (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

• Spektrum fal elektromagnetycznych jest szerokie. Zawiera bardzo wysokie długości fal radiowych i bardzo krótkie fal kosmicznych, a między tymi dwom krańcami i w porządku malejącym długości fal: fale TV, mikrofale i fale radiowe, podczerwone, widzialne, ultrafioletowe, promienie X, promienie Y

Zasady

• Prosty laser składa się z komory optycznej z komory optycznej z lustrami po przeciwnych stronach środka czynnego stałego, płynnego lub gazowego. Atomy lub cząsteczki tego ośrodka są wzbudzone do poziomów wyższych energii. Wzbudzenie lub ‘pompowanie’ jest zapewnione przez wyładowanie elektryczne lub spiralę świetlną.

• Powrót do poziomu energii początkowej jest połączony z emisją identycznych fotonów a długość ich fali zależy od używanego ośrodka.

• Za pośrednictwem przeciwstawnych luster otrzymuje się wąską wiązkę intensywnego światła monochromatycznego (składającego się tylko z jednej długości fali), spójną (zgodną w fazie) i jednokierunkową, która tworzy wiązkę lasera.

• Światło lasera jest monochromatyczne, jednokierunkowe co nadaje mu moc świetlną, nie mającą sobie równych w wyniku koncentracji fotonów w bardzo wąskiej przestrzeni.

• Wszystkie lasery stosowane w zabiegach natury estetycznej muszą mieć bardzo słabą moc.

Światło laserowe jest

• Koherentne, czyli spójne – tzn. cała wiązka ma jedną długość fali, ten sam kierunek oraz znajduje się w tej samej fazie

• Skoligowane – emitowane wiązki są prawie równoległe. Wiązka laserowa ulega bardzo małemu rozproszeniu, dlatego zyskujemy duże natężenie napromieniowania (moc na jednostkę powierzchni), nawet po przebyciu przez nią dużej odległości

• Monochromatyczne – czyli jednobarwne, wszystkie fotony opuszczające rezonator optyczny mają prawie taką samą częstotliwość.

Wiązkę laserową opisuje się wielkościami fizycznymi

• Długość fali określa się w nanometrach (1mm = 1*10^-8

• Częstotliwość fali (Hz)

• Moc (P) określa ilość energii dostarczanej w jednostce czasu. Jednostką mocy jest wat (1W = 1J/1s). W przypadku laserów małej mocy stosuje się jednostkę MW (1mW = 1*10^-3)

$$P = \frac{E}{t}$$

P – moc [W]

E – energia [J]

t – czas [s]

• Moc średnia dla pracy impulsowej lasera

P_śr.= E_i*f

E_i – energia pojedynczego impulsu

f – częstotliwość powtarzania impulsów na sekundę (Hz)

• Dawka terapeutyczna (D) – uznaje się całkowitą ilość energii dostarczoną do organizmu człowieka podczas zabiegu. Jednostką jest dżul (J)

D = P_śr.*t

P_śr - moc średnia [W]

t – czas ekspozycji (s)

• Ekspozycja (E_xp) lub napromienienie – dawka terapeutyczna przypadająca na jednostkę powierzchni skóry [J/cm²]

Exp = D:S

D – dawka terapeutyczna

S – powierzchnia [cm²]

• Powierzchniowa gęstość energii (G_E) – określa ile energii przechodzi przez jednostkową powierzchnię przekroju [J/cm²]

G_E = E:S

E – powierzchnia całkowita [J]

S – powierzchnia [cm²]

• Powierzchowna gęstość mocy (Gp) – określa ile energii przepływa przez daną powierzchnię w jednostce czasu [W/cm²]

Gp = Pśr:S

Pśr. – moc średnia

S – powierzchnia

Lasery można klasyfikować ze względu na

• Rodzaj ośrodka aktywnego

• Emitowaną długość fali

• Sposób modulacji pracy

• Moc

Rodzaj ośrodka aktywnego może być ciałem stałym, ciekłym lub gazowym. Do najczęściej stosowanych laserów z ośrodkiem gazowym należą lasery z mieszaniną helu i neonu (He-Ne), lasery CO₂, lasery zbudowane na bazie gazów szlachetnych (argon, krypton) oraz pary metali w gazach szlachetnych. Do laserów cieczowych zalicza się lasery chelatowe (metaloorganiczne) oraz bardzo popularne lasery barwnikowe, gdzie ośrodkiem aktywnym są substancje organiczne rozpuszczone w rozpuszczalniku. Do laserów z ośrodkiem aktywnym w postaci ciała stałego zaliczamy lasery zbudowane z kryształów, szkła, ceramiki. Do tej grupy laserów zaliczamy również lasery półprzewodnikowe, w których ośrodkiem czynnym jest półprzewodnik, czyli ciało stałe o przewodnictwie elektrycznym znacznie mniejszym niż metale. Jest to rodzaj diody luminescencyjnej o małych rozmiarach a dużej trwałości i efektywności. Wadą jest mniejsza koherentność wiązki laserowej.

Sposób modulacji pracy

Lasery mogą emitować promienie w sposób ciągły oznaczany jako CW lub impulsowy. Mogą się również różnić długością wytwarzanego impulsu. Lasery emitujące impulsy o bardzo krótkim czasie, rzędu nanosekund, określane jako lasery typu Q-Switch.

Moc

Lasery ze względu na moc emitowanej energii dzielimy na:

• Lasery niskoenergetyczne (lasery miękkie 1-6 mW)

• Lasery średnioenergetyczne 7-500 mW

• Lasery wysokoenergetyczne powyżej 500 mW

Lasery biostymulujące stosowane w fizykoterapii i kosmetologii zaliczane są do laserów nisko- i średnioenergetycznych. Lasery średnioenergetyczne stosowane są również w diagnostyce oraz w terapii nowotworów (terapia fotodynamiczna, z zastosowaniem fotosensybilizatorów i światła laserowego). Lasery wysokoenergetyczne służą do koagulacji, usunięcia (odparowanie) oraz cięcia struktur tkankowych. Głównie w wyniku ich gwałtownego miejscowego podgrzania.

Zjawiska biofizyczne zachodzące pod wpływem promieniowania laserowego

Promieniowanie laserowe padając na tkankę ulega częściowemu odbiciu i ugięciu, a pozostała energia wnika w tkankę, gdzie podlega rozproszeniu, jest absorbowana oraz transmitowana w głębne warstwy tkanki. Na granicy ośrodków o różnym współczynniku załamania (powietrze i tkanka) następuje częściowe odbicie promieni laserowych. Światło odbite ulega również rozproszeniu na nierównościach skóry i przestaje być koherentne. Rozproszenie światła osłabia intensywność wiązki laserowej wnikającej w głąb tkanki. Zjawisku temu towarzyszy chaotyczna zmiana kierunku rozchodzenia się światła. Tkanka ludzka może charakteryzować się dużą transmisją na konkretnej długości fali w wyniku małej absorpcji i rozproszenia. Zjawisko transmisji ma wpływ na głębokość penetracji wiązki laserowej o określonej długości. Z punktu widzenia zabiegów biostymulujących najważniejsze jest dobranie takich parametrów wiązki laserowej, aby energia dotarła na pożądaną głębokość i wywołała określony efekt terapeutyczny. Dlatego należy wybrać taką długość fal i moc promieniowania, żeby w czasie jej oddziaływania na tkankę dominowały procesy transmisji energii na określoną głębokość. Tam z kolei, żeby nastąpiła optymalna absorpcja energii przez poszczególne struktury tkankowe tzw. chromatofory (fotoakceptory), takie jak cząsteczki wody hemoglobiny, melaniny czy białka, mające specyficzny dla siebie zakres widma promieniowania o określonej długości fali, w stosunku do którego mają zdolność transmisji lub pochłaniania.

Istnieją obszary widma światła laserowego silnie pochłaniane przez określone chromatofory

• Woda i tkanki bogate w wodę najlepiej pochłaniają promieniowanie o długości fali poniżej 500 nm oraz powyżej 1200 nm

• Hemoglobina 500-590 nm (obszar widma laserowego)

• Melanina 350-1200 nm

• Najmniej przenikliwe są fale o dalekim nadfiolecie oraz dalekiej podczerwieni (pochłaniane przez powierzchowne warstwy skóry)

Okienko optyczne (terapeutyczne) skóry to obszar promieniowania laserowego w którym jego transmisja w komórkach jest największa (550-1200 nm). Fale promieniowania o tym zakresie długości są najbardziej przenikliwe dla skóry. W zakresie tym absorpcja tkanek jest najmniejsza, a straty gęstości energii wynikają głównie z rozproszenia. Szczególnie głęboką penetrację, a tym samym niską absorpcję przez tkanki ma promieniowanie o długości dal 820-840 nm.

Gdy rośnie długość fali zwiększa się jej penetracja w skórze, np. laser CO₂ o długości fali 10600 nm wnika na głębokość 20 µm, niszcząc struktury białkowe (cięcie tkanek – skalpel laserowy). Laser ekscymetrowy (193 m) wnika jedynie do warstwy rogowej naskórka, a zakres penetracji promieni laserowych w tkance zależy od:

• Właściwości tkanki (struktury, nawodnienia, zawartości chromatoforów)

• Właściwości promieniowania laserowego (długości fali, użytej mocy, czasu naświetlania)

Klasyfikacja laserów

• Klasa 1 – systemy laserowe o bardzo małej mocy, całkowicie bezpieczne. Nie stanowią zagrożenia dla narządu wzroku.

• Klasa 1M – lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 302,5 nm do 400 nm, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywanych warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przyrządu, odruch mrugania zazwyczaj wystarcza do ochrony narządu.

• Klasa 2 – lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 nm do 700 nm. Nie stanowią zagrożenia dla nieosłoniętego oka. Odruch mrugania zapewnia dostateczną ochronę w zakresie widzialnym.

• Klasa 2M – lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 do 700 nm. Ochrona oka zapewniona jest w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne w tym odruch mrugania, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne

• Klasa 3R – lasery emitujące promieniowanie w zakresie fal od 302,5 nm do 10⁶ nm, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest niebezpieczne

• Klasa 3b – lasery, które są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania. Patrzenie na odbicia rozproszone jest zwykle bezpieczne

• Klasa - lasery, które wytwarzają niebezpieczne odbicia. Rozproszone mogą one powodować uszkodzenie skóry oraz stwarzają zagrożenie pożarem; podczas obsługi lasera klasy 4 wymagane jest zachowanie szczególnej ostrożności.

Lasery biostymulujące

• Ze względu na moc promieniowania jej gęstość oraz długość fali emitowanej wiązki, lasery biostymulujące mieszczą się w klasach od 1 do 3B

• Klasa 3B określa promieniowanie niebezpieczne dla oczu, stąd też należy zachować następujące środki bezpieczeństwa

• Osoby znajdujące się w bezpośrednim zasięgu promieniowania laserowego powinny posiadać specjalne okulary

• Podczas naświetlania twarzy pacjent musi mieć nałożone okulary

• Pomieszczenie, w którym odbywają się zabiegi laserowe, powinno być odpowiednio oznakowane

• Pomieszczenie, w którym stosuje się laser nie może być wyposażone w lustra lub inne przedmioty odbijające światło

• Dostęp do urządzenia laserowego powinny mieć tylko osoby przeszkolone znające zasady bezpiecznego jego używania

• Niedopuszczalne jest kierowanie wiązki światła laserowego w stronę twarzy osoby niezaopatrzonej w okulary ochronne lub w kierunku przedmiotów zdolnych odbić światło

Biostymulacja laserowa (niskoenergetyczna)

• Biostymulacja laserowa polega na inicjowaniu bądź pobudzaniu (stymulacji) odpowiedzi fizjologicznej organizmu. Stosuje się w tym celu małe dawki energii, które nie powodują miejscowego wzrostu temperatury tkanek o więcej niż 1^oC

• W wyniku absorpcji promieniowania laserowego przez struktury skóry następuje promieniowanie elektronów danego atomu lub danej molekuły na wyższy poziom energetyczny (zjawisko absorpcji promieniowania)

Stan wzbudzenia należy do nietrwałych gdyż atom lub molekuła dążą do powrotu do poprzedniej postaci i muszą utracić przejrzysty nadmiar energii. Jest ona oddawana w postaci energii elektomagnetycznej – najczęściej ciepła i wywołuje w organizmie przemiany fotochemiczne, które z kolei inicjują reakcje biologiczne.

Oddziaływanie promieniowana laserowego na poziomie komórki

• W wyniku absorpcji energii laserowej przez fotoreceptory łańcucha oddechowego następuje zwiększona produkcja ATP, będąca nośnikiem energii dla komórek

• Zwiększenie liczby mitochondriów w komórce co prowadzi do zdynamizowania procesów metabolicznych po proliferacji komórek

• Znaczna aktywacja procesów odpornościowych. Wzrasta aktywność fagocytarna makrofagów, granulocytów obojętnochłonnych, wzrasta liczba białkowych mediatorów reakcji odpornościowych m.in. lizozymu (mur amidazy), cytokin i interferonu

• Obserwuje się zmiany w błonach komórkowych prowadzące do przyspieszenia wymiany elektrolitów między komórką a otoczeniem

• Poprawia zdolności przenoszenia tlenu przez krwinki czerwone

• Regeneracja włókien nerwowych oraz zwiększenie podziału komórek Schwanna

• Mniejsza skłonność do agregacji płytek krwi

• Wzrost syntezy RNA i DNA w komórkach, czego konsekwencją jest wzrost syntezy niektórych białek (np. kolagenu)

• Usprawniana jest miejscowa bariera immunologiczna, przez wzrost liczebności i aktywności limfocytów I

• Przyspieszone uwalnianie substancji czynnych takich jak

• Serotonina uwalniana z płytek krwi powoduje obkurczenie naczyń krwionośnych

• Histamina i heparyna – poprawiają mikrokrążenie oraz zmniejszają obrzęk pourazowy

• Prostaglandyny – działają przeciwzapalnie

• Endorfiny – zmniejszają odczucie bólu

• W fibroblastach zmianie ulega siateczka śródplazmatyczna, co przyspiesza syntezę kolagenu

• Pobudzane jest przekształcanie fibroblastów w miofibroblasty (fibroblasty z elementami kurczliwymi)

• Zwiększona proliferacja komórek warstwy podstawnej naskórka

• Wzrost ruchliwości keratynocytów

Oddziaływania promieniowania laserowego na poziomie tkanki (reakcje wtórne)

• Zwiększa się przepływ krwi w tkankach powodując lepszą wymianę elektrolitów pomiędzy komórkami

• Rozszerza naczynia limfatyczne oraz nasila przepływ limfy

• Zmniejsza przepuszczalność naczyń krwionośnych

• Hamuje narastanie obrzęku w ostrej fazie procesu zapalnego

• Działanie przeciwbólowe – zwiększone stężenie endorfiny

• Przyspiesza formowanie się ziarniny

• Pobudza proliferację fibroblastów oraz przekształcanie ich w miofibroblasty, co zabezpiecza przed tworzeniem się blizn i bliznowców

• W obrębie urazu obserwuje się przyspieszoną regenerację uszkodzonych włókien nerwowych i ich mielinizację

• Podwyższenie potencjału czynnościowego nieuszkodzonych nerwów obwodowych

Wskazania światła biosymulującego w kosmetologii

• Świeże blizny

• Bliznowce

• Blizny przerosłe

• Oparzenia

• Zapalenia skóry

• Trądzik pospolity

• Łysienie

• Stany zapalne towarzyszące wrastaniu paznokci

• Stany zapalne wału paznokciowego

• Stopa cukrzycowa

• Starzenie wewnątrzpochodne i zewnątrzpochodne

• Rozstępy

• Cellulit

Przeciwwskazania

• Ciąża

• Stany nowotworowe, zagrożenia nowotworowe oraz nowotwory do 5 lat od wyleczenia

• Czynna gruźlica płuc

• Młodzieńcza cukrzyca

• Krwawienie z przewodu pokarmowego

• Nadczynność tarczycy

• Osoby przyjmujące leki fotouczulające

Metodyka zabiegów laserem biostymulującym

• Stosuje się sondy punktowe, prysznicowe oraz laser wyposażony dodatkowo w skaner

• Wyróżnia się dwie techniki naświetlania promieniowaniem laserowym: kontaktową i bezkontaktową. Przy zastosowaniu techniki kontaktowej można dodatkowo wykonywać rytmiczne uciski końcówką aplikatura (zwłaszcza w przypadku obrzęków)

• W zależności od sposobu prowadzenia sondy wyróżnia się metodę stabilną i labilną

• Ogólnie nie powinno się przekraczać 200J dawki terapeutycznej na zabieg. Zgodnie z prawem Arndia – Schultza aplikowane dawki energii przekraczające 12J/cm² w terapii biostymulujące mija się z celem, ponieważ może spowodować ogrzanie tkanki powyżej 1^oC

• Czas zabiegu od kilku minut do 20 minut w zależności od wielkości naświetlanej powierzchni

• Zabiegi powinno się stosować 3-5 razy w tygodniu

• Seria zabiegów 6-15 zabiegów, można zwiększyć serię do 30 zabiegów

• Serie zabiegów można powtarzać 2-3 razy w roku