Biofysica van lasers voor resurfacing van het gezicht

Het concept van selectieve fotothermolyse stelt de chirurg in staat de lasergolflengte te selecteren die maximaal wordt geabsorbeerd door het doelweefselcomponent - de weefselchromofoor. De belangrijkste chromofoor voor koolstofdioxide- en erbium:YAG-lasers is water. Het is mogelijk om een curve te tekenen die de absorptie van laserenergie door water of andere chromoforen bij verschillende golflengten weergeeft. Het is belangrijk om rekening te houden met andere chromoforen die een golf van deze lengte kunnen absorberen. Bij een golflengte van 532 nm wordt laserenergie bijvoorbeeld geabsorbeerd door oxyhemoglobine en melanine. Bij het kiezen van een laser moet rekening worden gehouden met de mogelijkheid van competitieve absorptie. Het bijkomende effect van een competitieve chromofoor kan wenselijk of ongewenst zijn.

In moderne lasers die gebruikt worden voor ontharing, is melanine het doelchromofoor. Deze golven kunnen ook worden geabsorbeerd door hemoglobine, een competitief chromofoor. Absorptie door hemoglobine kan ook leiden tot schade aan de bloedvaten die de haarzakjes van bloed voorzien, wat ongewenst is.

De opperhuid bestaat voor 90% uit water. Water dient daarom als de belangrijkste chromofoor voor moderne lasers voor huidvernieuwing. Tijdens laservernieuwing absorbeert intracellulair water de laserenergie, kookt onmiddellijk en verdampt. De hoeveelheid energie die de laser overdraagt aan het weefsel en de duur van deze overdracht bepalen het volume van het verdampte weefsel. Bij huidvernieuwing is het noodzakelijk om de belangrijkste chromofoor (water) te verdampen, terwijl een minimale hoeveelheid energie wordt overgedragen aan het omliggende collageen en andere structuren. Collageen type I is extreem temperatuurgevoelig en denatureert bij een temperatuur van +60... +70 °C. Overmatige thermische schade aan collageen kan leiden tot ongewenste littekens.

De energiedichtheid van een laser is de hoeveelheid energie (in joule) die wordt toegepast op een weefseloppervlak (in cm2). Daarom wordt de energiedichtheid uitgedrukt in J/cm2. Voor koolstofdioxidelasers is de kritische energie om de weefselablatiebarrière te overwinnen 0,04 J/cm2. Voor huidvernieuwing worden meestal lasers gebruikt met een energie van 250 mJ per puls en een spotgrootte van 3 mm. Het weefsel koelt af tussen pulsen. De thermische relaxatietijd is de tijd die het weefsel nodig heeft om volledig af te koelen tussen pulsen. Laservernieuwing gebruikt zeer hoge energieën om het doelweefsel bijna onmiddellijk te verdampen. Dit maakt een zeer korte puls mogelijk (1000 μs). Hierdoor wordt ongewenste warmtegeleiding naar aangrenzende weefsels geminimaliseerd. Het specifieke vermogen, meestal gemeten in watt (W), houdt rekening met de geïntegreerde energiedichtheid, de pulsduur en de oppervlakte van het behandelde gebied. Een veelvoorkomend misverstand is dat een lagere energiedichtheid en vermogensdichtheid het risico op littekens verminderen. In werkelijkheid zorgt een lagere energie ervoor dat het water langzamer kookt, waardoor er meer thermische schade ontstaat.

Histologisch onderzoek van biopten die direct na laserresurfacing zijn genomen, toont een zone van weefselverdamping en -ablatie, met een basofiele zone van thermische necrose onder het weefsel. De energie van de eerste passage wordt geabsorbeerd door het water in de epidermis. Eenmaal in de dermis, waar minder water is om de laserenergie te absorberen, veroorzaakt warmteoverdracht bij elke volgende passage meer thermische schade. Idealiter resulteert een grotere ablatiediepte met minder passages en minder geleidende thermische schade in een lager risico op littekenvorming. Ultrastructureel onderzoek van de papillaire dermis toont kleinere collageenvezels die georganiseerd zijn in grotere collageenbundels. Na laserresurfacing, terwijl collageen wordt geproduceerd in de papillaire dermis, accumuleren moleculen die betrokken zijn bij wondgenezing, zoals het glycoproteïne tenascine.

Moderne erbiumlasers kunnen twee stralen tegelijk uitzenden. Eén straal in de coagulatiemodus kan echter de schade aan omliggend weefsel vergroten. Zo'n laser veroorzaakt grotere thermische schade door de langere pulsduur en daardoor langzamere weefselopwarming. Omgekeerd kan te veel energie leiden tot diepere verdamping dan nodig is. Moderne lasers beschadigen collageen door de hitte die vrijkomt tijdens het slijpen. Hoe groter de thermische schade, hoe groter de aanmaak van nieuw collageen. In de toekomst zouden slijplasers die goed water en collageen absorberen, klinisch toepasbaar kunnen zijn.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]