Compartir

Efectos de la radiación láser CO2 sobre el esmalte dental

RESUMEN

En los últimos años se le viene dedicando una especial atención al estudio de la interacción de la radiación láser con los diferentes tipos de tejido humano. Se reportan valoraciones teóricas y experimentales realizadas sobre la interacción de la radiación de láser CO2 con el esmalte dental, que constituyen los primeros resultados obtenidos en nuestro país en esta dirección. El estudio se realizó in vitro, irradiando bicúspides sanas con densidades de energía entre 5 y 14 J/cm2, con pulsos de una duración de 1 ms y con régimen continuo. Mediante microscopia electrónica se determinaron los cambios producidos en la superficie del esmalte y, mediante la técnica Vikeps, los cambios producidos en la microdureza. En el rango de densidades de energía empleado se obtuvo una disminución de la porosidad del esmalte, provocada por la fusión del tejido, sin que aumentara apreciablemente la temperatura en la cámara pulpar. Los experimentos realizados con láser continuo demostraron que no se obtienen resultados de utilidad.

Palabras clave: ESMALTE DENTARIO/química; LASER/utilización.

[+/-] Ver / Ocultar

INTRODUCCION

En los últimos años se ha venido introduciendo la técnica láser para el tratamiento de las enfermedades bucales y especialmente se investigan, al nivel mundial, las posibilidades de la aplicación de los rayos láser como tratamiento preventivo de la caries dental.1,2
Esta nueva utilización del láser se basa en su posibilidad de modificar las propiedades físicas y químicas del esmalte y la dentina, por medio de la recristalización de sus estructuras y la volatilización de las sustancias orgánicas una vez irradiado, e incluso, cambios en la estructura química del tejido.3-16
El resultado final de estos cambios está dirigido a aumentar la resistencia del tejido a la acción de los ácidos cariogénicos y, del análisis de los resultados de diferentes autores se desprende que el aumento de la resistencia se debe, al parecer, a la conjunción de diversos factores, como son: aumento de la dureza, disminución de la porosidad, disminución de la permeabilidad y la aparición de compuestos químicos más resistentes.
Está descrito, que el mecanismo de interacción de la radiación láser con los tejidos se relaciona con el estado y tipo de tejido en el cual actúa: su densidad, composición, grado de saturación del agua, estado de la superficie, conductividad térmica, capacidad calorífica, microestructura, propiedades químicas, ópticas, etcétera, y que además, es necesario tener en cuenta determinados parámetros de la radiación: longitud de onda, potencia, intensidad de la energía, duración y frecuencia del pulso.8-17
Estudios de Stern,10,11 Borovsky12 y Lobene,13 al utilizar la radiación láser CO2 (longitud de onda 10,6 nm) encontraron la existencia de un pico de absorción de la radiación en el esmalte dental para esa longitud de onda, lo que permitía el hecho de que un pulso de radiación pudiera convertirse en calor en una profundidad muy pequeña14-15 y crear una fina capa de temperatura muy elevada, sin que se produjeran incrementos sustanciales de la temperatura en la cavidad pulpar.15,16,18-20
Al respecto, se plantea como objetivo reportar los resultados obtenidos en una serie de experimentos in vitro realizados con láser CO2 continuo y de pulsos sobre esmalte dental y los cambios térmicos producidos en la cavidad pulpar.

MATERIAL Y METODO

Se realizó la valoración matemática de la conducción del calor a través del diente, que permitió estudiar el conjunto de parámetros de la radiación para realizar un tratamiento térmico controlado.
Como consecuencia de la existencia del pico de absorción en el esmalte dental para la radiación en 10,6 nm se transforma en calor, de manera casi instantánea, una porción elevada de la energía electromagnética contenida en la radiación láser.
En el caso de la irradiación con un láser de pulsos con tiempos de duración del pulso en el orden de los microsegundos, este calor queda acumulado en un espesor del orden de los milímetros, por lo que pueden alcanzarse en la superficie del esmalte temperaturas muy elevadas.
Por otra parte, las evaluaciones teóricas indican que aunque toda la energía del pulso fuera utilizada para calentar el volumen total del diente, el incremento de la temperatura de la cavidad pulpar se mantendrá por debajo de los 5 ·C para valores relativamente altos de la energía en el pulso.
La situación en el caso de la irradiación con un láser de emisión continua es diferente. En este caso, la absorción de energía se realiza paulatinamente, lo que produce un incremento gradual de la temperatura del diente hasta que se alcanza un perfil estacionario de temperatura. Con esas características es esperable un incremento sustancial de la temperatura en la cavidad pulpar.
Los experimentos in vitro fueron realizados en dientes premolares (extraídos por indicación ortodóncica) de pacientes entre 10 y 13 años de edad, en los que se eliminó la raíz mediante corte horizontal con piedra de diamante en ultraaltavelocidad e irrigación agua-aire.
El diámetro de la cámara pulpar se amplió a expensas de sus paredes laterales. Estos dientes se conservaron en solución salina, al 0,5 % hasta el momento de la irradiación.
Se utilizó un láser de CO2 tipo TEA en régimen de pulsos con energías en el pulso entre 0,5 y 2,5 J, tiempo de duración de 1 ms y densidades de energía entre 3 y 14 J/cm2 durante 2 segundos y entre 0,6 y 2,8 W/cm2 durante 5 segundos.
Para determinar los efectos de la radiación láser CO2 sobre la superficie del esmalte, se utilizó el microscopio electrónico de barrido REM-100 con un voltaje aplicado de 30 KV, y se compararon por fotografías las variaciones de la superficie del tejido antes de irradiado, y después.
El estudio de la transmisión del calor en el diente fue realizado con una termorresistencia con rango de medición entre -50 y 155 grados centígrados, colocada en el interior de la cámara pulpar y conectada a un multímetro digital (error 0,1 ·C), en el que se medía la variación de la resistencia durante la irradiación, en la superficie del esmalte.

RESULTADOS

CAMBIOS EN LA SUPERFICIE DEL ESMALTE
La superficie de los dientes después de irradiados, presentaba en algunos casos un color blanco opaco a simple vista y se encontraba más lisa que la zona no irradiada (figuras 1-4b).
En la superficie irradiada con densidad de energía en los pulsos de 14 J/cm2 se observan los poros cerrados y la superficie irregular y rugosa en comparación con la misma zona antes de la irradiación.
En la superficie de esmalte irradiada con densidad de energía en los pulsos de 10 J/cm2, se observa disminución en la cantidad y tamaño de los poros y la superficie más lisa y homogénea que en la misma zona antes de la irradiación.
En la superficie de esmalte irradiada con densidad de energía en los pulsos de 9 J/cm2, se observa una disminución en la cantidad de poros, aunque la superficie presenta elevaciones alrededor de éstos comparada con la misma zona antes de la irradiación.
En la superficie de esmalte irradiada con densidad de energía en los pulsos de 8 J/cm2, se observa una disminución en el diámetro de los poros, aunque la superficie presenta elevaciones alrededor de éstos, comparada con la misma zona antes de la irradiación.
INCREMENTO DE LA TEMPERATURA EN LA CAMARA PULPAR
En la tabla 1 aparecen los valores de la máxima temperatura medida en la cámara pulpar después de la irradiación con pulsos de láser de 1 microsegundo. La mayor variación de temperatura se provocó con el valor de densidad de energía de 14 J cm2 y fue de 0,7 ·C.
Para los valores de 8 J/cm2 o menos, el equipo utilizado no detectó cambios.
En las tablas 2 y 3 se muestran los incrementos de temperatura en la cámara pulpar cuando se irradió con un láser CO2 continuo. Los cambios de temperatura en algunos valores de densidades de potencia, se encuentran por encima de los límites de seguridad para la pulpa (5 ·C).
ANALISIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSION
El aspecto blanco mate y la lisura de la superficie dental irradiada que se observó a simple vista en esta investigación, coincide con los hallazgos reportados por Borovsky.21
Los resultados de Pick,1 Sato,7 Magnini,14 Nelson15 y Serebro,19 sobre la menor permeabilidad del esmalte irradiado, puede estar dado entre otros factores por la disminución de la porosidad que se obtiene mediante la fusión del tejido y la disminución de la sustancia orgánica. Los resultados hallados por Stern10 con densidades de energía entre 50-13 J/cm2 y Yamamoto,4 con láser de Nd YAG en este aspecto de la porosidad, son similares a los resultados de esta investigación para las densidades de energía entre 14 y 8 J/cm2, en los que se aprecia disminución de la porosidad, tanto en número como en diámetro de los poros. Los mejores resultados encontrados fueron en los dientes, irradiados con densidades de energía de 10 J/cm2, lo que coincide con el parámetro óptimo propuesto por Borovsky12
Los reportes de Myers,5 Adrian21 y Benede-tto22 con potencias bajas y diferentes rayos láser platean que no hay cambios en la estructura cristalina irradiada, sino solamente en la estructura orgánica de la placa dentobacteriana, resultados similares se obtuvieron con densidades de energía de 3,4 y 5 J/cm2. Este aspecto resulta de interés para la limpieza de la superficie dental antes de la colocación de los sellantes de fosas y fisuras5 y la detección de caries.22
Uno de los grandes problemas a tener en cuenta cuando se trabaja con rayos láser de alta potencia, según plantean: Yamamoto4 y Borovsky16, está dado por las altas temperaturas generadas en la superficie del esmalte para su fusión y las características del tejido pulpar, cuyo aumento de temperatura en más de 5 ·C, provoca su necrosis.23 Esta situación señalada en los trabajos de Morioka,3 Stern10,11 y Borovsky,12 favorece el trabajo con los rayos láser de CO2, debido al pico de absorción del esmalte para la longitud de onda 10,6 nm, que fue encontrado en esta investigación utilizando densidades de energía entre 14 y 18 J/cm2 en régimen de pulso, donde se obtuvo fusión del esmalte y elevación de la temperatura en el interior de la cámara pulpar inferior a 1 ·C. Sin embargo, utilizando el láser CO2 en emisión continua, la elevación de la temperatura en la cámara pulpar es mucho mayor, lo que coincide con los resultados de Serebro,19 por lo que se llegó en algunos valores por encima del límite permisible de 5 ·C, lo cual podría provocar daños irreversibles a la pulpa dental.20
CONCLUSIONES
Estos resultados nos muestran que los rayos láser de CO2 continuos no permiten la fusión del esmalte dental con pequeños incrementos de la temperatura en la cavidad pulpar, mientras que con un láser de CO2 de pulsos sí puede lograrse la fusión del esmalte con una temperatura permisible que no lesiona el tejido pulpar.
En concordancia con los experimentos aquí reportados, las densidades de energía entre 8 y 10 J/cm2 en el pulso, parecen conducir a mejores resultados en la disminución de la porosidad de la superficie.
Estos elementos biofísicos señalados resultan de suma importancia, pues con la radiación láser CO2 se espera un incremento en la resistencia de los dientes a la producción de caries con la disminución de la porosidad.
AGRADECIMIENTOS
Queremos expresar nuestro agradecimiento a los compañeros del grupo láser y a los operadores del microscopio electrónico del CEADEN por el apoyo brindado lo cual hizo posible esta investigación.
TABLA 1. Variación de la temperatura con la densidad de la energía con pulsos de 1 microsegundo

Densidades de energía                             Temperatura

(J/cm2)                                               (·C)*

140,7

100,3

9 0,2

8no detectada   

* El error en la medición es de 0,1 ·C.
TABLA 2. Variación de la temperatura con la potencia en emisión continua durante 2 segundos de irradiación

Densidades de potencia                             Temperatura

(W/cm2)                                               (·C)*

107,3

6,64,6

4,52,6

2,51,5

1,60,9

0,60,2

* El error de la medición es de 0,1 ·C.
TABLA 3. Variación de la temperatura con la potencia en emisión continua durante 5 segundos de irradiación

Densidades de potencia                             Temperatura

(W/cm2)                                               (·C)*

2,88,4

2,55,5

1,63,4

1,32,5

0,61,4

* El error de la medición es de 0,1 ·C.
<1>Doctor en Ciencias Físicas. Profesor Titular. Instituto Superior de Ciencias y Tecnologías Nucleares. Ciudad de La Habana.
<2>Licenciado en Física. Asistente. Instituto Superior de Ciencias y Tecnologías Nucleares. Ciudad de La Habana.
<3>Ingeniería Física. Instituto de Ingeniería Genética y Biotecnología. Ciudad de La Habana.
<4>Estomatóloga General. Profesora Auxiliar. Clínica Estomatológica "Antonio Maceo". Ciudad de La Habana.
<5>Especialista de II Grado en Ortodoncia. Instructora Graduada. Hospital Clinicoquirúrgico Docente "10 de Octubre". Ciudad de La Habana.
<6>Licenciada en Física. Profesora Auxiliar. Instituto Superior Politécnico "José A. Echeverría". Ciudad de La Habana.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Pick RM, Miserendino LJ. Lasers in dentitry: an overiew. Laser Med Surg News Adv. 1989;(june):33-42.
2. Garrigó MI, Valiente C, Martín. Los láseres en Estomatología. Actualización. Parte III. Rev Cubana Estomatol 1990; 27(1):113-8.
3. Morioka T, Tagomori S, Nara Y. Aplicaction of NdYAG laser and fluoride in the prevention of dental caries. Lasers in dentistry, Elsevier Science, 1989:55-61.
4. Yamamoto H, Kayamo T. Prevention of dental caries and treatment of early caries using the Nd:YAG laser. Advances in NdYAG Laser Surgery, New York: Springer-Verlag, 1988:227-34.
5. Myers T. Myers W. The use. The use of a laser for debridment of incipient caries. J Prosth Dent 1985;53(6):776-79.
6. Nelson DGA, Shariati M, Glena R, Shields CP, Featherstone JDB. Effect of pulse low energy infrared laser irradiation on artificial caries-like lesion formation. Caries Res 1986;20: 289-99.
7. Sato K. Relation between acid dissolution and histological alteration of heathy tooth enamel. Caries Res 1983;17: 490-95.
8. Peck S, Peck H. Laser radiation: some specific dental effects and an evaluation of its potencial in dentistry. J Prosth Dent 1967;17(2):195-203.
9. Stern RH, Sognnaes RF, Goodman F. Láser effect on in vitro enamel permeability and solubility. JADA 1966;73(10): 838-43.
10. Stern RH, Vahl J, Sognnaes RF. Laser enamel: ultra-structural observations of pulsed carbon dioxide laser effects. J Dent Res 1972;51(2):455-60.
11. Stern RH, Sognnaes RF. Laser inhibition of dental caries suggested by first tests in vivo. JADA 1972;85(11):1087-90.
12. Borovsky EV, Lebedeva GK, Markin EP, Kosherhinsky VV, Koshelev EL, Gliva VT. Acción de la radiación láser CO2 sobre el esmalte dental. Stomatologiia (Mosk) 1983;62(1): 4-6.
13. Lobene RR, Bhussry B, Fine S. Interactiobn of carbon dioxide laser radiation with enamel and dentist. J Dent Res 1968;47(2):311-17.
14. Magnini F. II laser in odondtostomatologia. Minerva Stomatol 1988; 37(1):37-46.
15. Nelson DGA, Wefel JS, Jongebloed WL, Featherstone. Morphology, histology and cristallography of human dental enamel treates with pulsed low-energy infrared laser radiation. Caries Res 1987;21:411-26.
16. Borovsky EV, Markin EP, Lebedeva GK, Koshelev EL, Gliva VT, Isakov VA et al. Propiedades termofísicas de los tejidos duros del diente y cálculo de los regímenes de fusión del esmalte dental con radiación láser. Stomatologiica (Mosk) 1983;62(3):29-31.
17. Projonchakov AA, Llillina NA. Los láseres en Estomatología. Moscú: Meditzina, 1986:19-22.
18. Launay Y, Mordon S, Cornil A, Brunetaud JM, Moschetto Y. Thermal effects of lasers on dental tissues. Lasers Surg Med 1987;7(6):473-477.
19. Serebro L. Seal T, Nordenberg D, Gorfil C, Barlev M. Examination to tooth pulp following laser beam irradiation. Lasers Surg Med 1987;7:236-9.
20. Miseremdino LJ, Neiburger EJ, Walia H, Luebke N, Brandley K. Thermal effects of continuos wave CO2 laser exposure on human teeth: an in vitro study. J Endodont 1989;15(7): 302-5.
21. Adrian JC. Pulp effects of neodimium laser. Oral Surg 1977;44(2):301-5.
22. Benedetto MD, Antonson DE. Use of CO2 laser for visible detection of enanmel fissure caries. Quint Int 1988;19(3): 187-90.
23. Selzer S, Bender I. The dental pulp. Biologic considerations in dental procedures. Philadelphia: Lippincott, 1973:201.