Fototermólisis selectiva: el principio que gobierna toda la dermatología láser

El artículo de R. Rox Anderson y John A. Parrish publicado en Science en 1983 (220:524-527) bajo el título de fototermólisis selectiva es el fundamento conceptual de la dermatología láser contemporánea. Antes de ese trabajo, la energía luminosa se aplicaba sobre la piel esperando un efecto térmico global; el daño se controlaba reduciendo la potencia, lo que limitaba a la vez la eficacia y la precisión.

La propuesta consistió en algo distinto: si un blanco absorbe la luz mejor que el tejido que lo rodea, y la energía se entrega en un tiempo suficientemente breve, el calor generado queda confinado en ese blanco antes de que pueda difundir hacia el tejido vecino. El resultado es una lesión térmica localizada en una estructura microscópica, con el tejido adyacente esencialmente respetado.

La palabra clave del título es selectiva. No se trata de calentar poco, sino de calentar mucho en un lugar muy pequeño y durante muy poco tiempo. Todo el diseño de los equipos modernos, y cada control disponible en su panel, deriva de esa idea.

La fototermólisis selectiva no es un efecto que ocurra por el solo hecho de emplear un láser. Requiere tres condiciones simultáneas, y el incumplimiento de cualquiera de ellas anula el resultado.

La primera es la selección de una longitud de onda absorbida preferentemente por el cromóforo del blanco respecto del tejido circundante. Sin ese contraste de absorción no hay selectividad posible, únicamente calentamiento inespecífico.

La segunda es que la duración del pulso sea menor o comparable al tiempo de relajación térmica del blanco. Este es el requisito que distingue a la fototermólisis selectiva de la simple termocoagulación y el que suele entenderse peor en la práctica.

La tercera es que la fluencia entregada sea suficiente para elevar la temperatura del blanco por encima de su umbral de daño. Un pulso perfectamente elegido en longitud de onda y duración, pero con fluencia insuficiente, produce dolor y ningún efecto terapéutico.

El tiempo de relajación térmica se define como el tiempo requerido para que un blanco calentado disipe aproximadamente la mitad del calor acumulado hacia el tejido circundante. Depende de la difusividad térmica del tejido, que es prácticamente la del agua, y del cuadrado de la dimensión característica del blanco.

Que la dependencia sea cuadrática explica todo el orden de magnitudes clínicas. Un blanco diez veces mayor tarda cien veces más en enfriarse. Por eso una partícula de tinta de tatuaje exige pulsos de nanosegundos o picosegundos, un vaso telangiectásico exige milisegundos y un folículo piloso admite decenas de milisegundos.

La consecuencia práctica es que el ancho de pulso no es un ajuste de comodidad ni de tolerancia al dolor: es la variable que decide si el calor queda confinado o se dispersa. La tabla siguiente reúne los órdenes de magnitud que conviene tener memorizados.

En la piel humana existen tres cromóforos endógenos con relevancia clínica, melanina, hemoglobina y agua, a los que se suma el pigmento exógeno de los tatuajes. Cada uno tiene un perfil de absorción propio, y ese perfil determina qué longitud de onda tiene sentido para cada indicación.

La melanina absorbe de forma amplia y continua, con un coeficiente que disminuye de manera monótona conforme aumenta la longitud de onda. La hemoglobina, en cambio, presenta máximos definidos, lo que permite dirigirse a ella con precisión. El agua es prácticamente transparente en el visible y en el infrarrojo cercano, y se vuelve un absorbedor dominante en el infrarrojo medio.

La ventana óptica del tejido, aproximadamente entre 600 y 1200 nm, es la región donde la absorción por melanina ya ha caído y la del agua todavía no ha subido; es también la región de máxima penetración, motivo por el cual la mayoría de los blancos dérmicos profundos se tratan dentro de ella.

Analizar los modos de falla es más instructivo que memorizar los aciertos, porque cada complicación clínica corresponde a la violación de una de las tres condiciones.

Si la longitud de onda no ofrece contraste de absorción suficiente, el tejido circundante absorbe tanto como el blanco. El caso paradigmático es el tratamiento de un blanco dérmico con una longitud de onda corta en un fototipo alto: la melanina epidérmica compite, absorbe primero y la lesión se produce en la epidermis en lugar de en el blanco.

Si el pulso es demasiado largo respecto del tiempo de relajación térmica, el calor difunde durante la propia emisión y la lesión pierde confinamiento. Se obtiene una zona de daño térmico mayor que el blanco, con riesgo de cicatriz y de discromía. Este es el mecanismo del daño térmico difuso.

Si el pulso es demasiado corto para el blanco elegido, la energía se deposita en un tiempo tan breve que puede producirse un efecto fotomecánico en lugar de fototérmico, con onda de choque y ruptura. Ese efecto es exactamente el buscado en tatuajes y en pigmento, y es indeseable cuando el objetivo era coagular un vaso.

Si la fluencia es insuficiente, no se alcanza el umbral de daño: hay dolor, eritema transitorio y ausencia de resultado. La respuesta habitual, aumentar el número de pases, es peligrosa, porque el apilamiento de pulsos suma calor residual y transforma un procedimiento selectivo en uno difuso.

El modelo original describe un blanco que absorbe y se destruye a sí mismo. La depilación no encaja del todo en ese esquema. La melanina se concentra en el tallo del pelo y en la matriz, pero las estructuras cuya lesión determina el resultado a largo plazo, entre ellas las células madre localizadas en la región del bulge, contienen poca o ninguna melanina. Las revisiones sobre biología del folículo piloso publicadas por Paus en The New England Journal of Medicine describen esa arquitectura y la ciclicidad del folículo, que explica por qué solo la fracción de folículos en anágeno responde en cada sesión.

Para dar cuenta de este escenario, Altshuler, Anderson y colaboradores formularon en 2001, en Lasers in Surgery and Medicine, la teoría extendida de la fototermólisis selectiva. Su aportación central es que el absorbedor y el blanco pueden ser estructuras distintas: el calor generado en el absorbedor difunde de manera controlada hasta alcanzar el blanco adyacente.

De esa formulación surge el concepto de tiempo de daño térmico, que corresponde al tiempo necesario para que el blanco completo alcance la temperatura lesiva por conducción desde el absorbedor. Ese tiempo es considerablemente mayor que el tiempo de relajación térmica clásico, lo que justifica el uso de pulsos largos en depilación sin que ello constituya una violación del principio original, sino su extensión.

Esta idea también explica por qué los pulsos largos resultan más seguros en piel morena: dan tiempo a que la epidermis, mucho más delgada y con relajación térmica breve, se enfríe durante la emisión, mientras el conjunto folicular sigue acumulando energía.

Comprendido el principio, el panel de cualquier equipo deja de ser una lista de perillas y se vuelve la expresión directa de las tres condiciones.

• La longitud de onda, fija o seleccionable, corresponde a la primera condición: define el cromóforo al que se dirige el tratamiento y la profundidad alcanzable.
• El ancho de pulso corresponde a la segunda condición: se ajusta contra el tiempo de relajación térmica del blanco y contra el de la epidermis que debe protegerse.
• La fluencia corresponde a la tercera condición: determina si se alcanza el umbral de daño.
• El tamaño de spot modifica la distribución de la energía en profundidad, porque un haz ancho pierde proporcionalmente menos fotones por dispersión lateral.
• El enfriamiento no forma parte del modelo original, sino que es la maniobra que permite sostener las tres condiciones en una piel cuya epidermis compite por la absorción.
• La frecuencia de repetición y el número de pases determinan la acumulación de calor residual, es decir, hasta qué punto el procedimiento sigue siendo selectivo.

La fototermólisis selectiva es un modelo, y como todo modelo tiene supuestos. Asume propiedades ópticas homogéneas, un blanco de geometría simple y una absorción constante durante el pulso, condiciones que la piel real cumple solo de manera aproximada. La absorción puede cambiar durante la emisión, la perfusión modifica la disipación y la geometría de los blancos es irregular.

Por ese motivo el modelo orienta la elección de parámetros pero no sustituye la observación. El criterio final sigue siendo el punto final clínico observado en el paciente concreto, evaluado en una prueba en zona limitada antes de tratar áreas extensas.

Su valor formativo, sin embargo, es difícil de exagerar. Un médico que domina las tres condiciones puede razonar parámetros ante cualquier equipo, incluso uno que no conoce, en lugar de depender de la lista de preajustes que ofrece el fabricante. Esa capacidad de razonar desde la física es la que separa la operación de un aparato de la práctica de la medicina láser.