La luz es una forma de energía electromagnética que viaja a una velocidad constante y se puede comportar como una onda o una partícula. La unidad fundamental de la luz se denomina fotón. Esta se puede definir a partir de dos propiedades: la amplitud y la longitud de onda. La amplitud se define como el tamaño total de la oscilación de onda desde la punta superior del pico hasta la parte inferior en un eje vertical e indica la cantidad de intensidad de la onda. Así, entre más amplitud, más cantidad de trabajo útil que se puede realizar [2,6,10] (figura 1).

Figura 1 Figura 1 Propiedades de la onda electromagnética

Por otra parte, la longitud de onda se define como la distancia entre dos puntos correspondientes de la onda en el eje horizontal. La longitud de onda indica cómo la luz láser se libera al sitio quirúrgico y cómo reacciona con el tejido. La longitud de onda se expresa en micrones o nanómetros. Una propiedad de la longitud de onda es la frecuencia (número de oscilaciones de onda por segundo y es inversamente proporcional a la longitud de onda). El hertzio (Hz) se define como el número de pulsos de láser emitidos por segundo; mientras un pulso se define como la emisión de luz en forma de destellos [11,12,13].

La luz láser presenta algunas características que la diferencian de la luz ordinaria. Este tipo de luz, como la emitida por linternas, presenta un resplandor blanco difuso que consiste en la suma de muchos colores del espectro visible (violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo). Se puede utilizar un prisma para separar los colores individualmente, de la misma manera que las gotas de lluvia rompen la luz solar en los colores del arcoíris. Por su parte, la luz láser refiere un color específico, es monocromática, puede ser visible o invisible, de espectro continuo y con poca longitud de onda [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15].

Las propiedades específicas que caracterizan la luz láser son: colimación (haz con límites espaciales específicos, la cual asegura un tamaño y una forma de onda constante emitida de la cavidad láser), coherencia (las ondas de luz producidas en un instrumento son las mismas, sincronizadas y en las mismas formas, es decir, picos y valles equivalentes) y eficiencia (a menor potencia, mayor aprovechamiento de energía para el efecto deseado) [16].

La amplificación delimita el proceso que sucede en el interior del láser y determina cómo se produce la luz láser. El centro del láser se denomina cavidad láser y los componentes que la producen son el medio activo, el mecanismo de bombeo y el resonador óptico. El medio activo se define como los elementos químicos que pueden ser cristales sólidos, gases, líquidos o semiconductores que, al aplicarles energía atómicamente, se estimulan en sus capas internas y se tornan inestables. Inmediatamente, al buscar su estabilización, se libera energía en forma de fotones [1,2,5,10] (figura 2).

Figura 2 Figura 2 Elementos de la cavidad óptica que permiten la amplificación de la luz láser

El mecanismo de bombeo es aquella fuente de energía externa (que pueden ser sistemas eléctricos, lámparas de luz o bobinas eléctricas) que transmite energía a los átomos para excitarlos en la capa más externa de los átomos del medio activo. Estos electrones externos admiten una cantidad de energía y pasan al nivel más lejano del núcleo, que están a un nivel de energía más alto. Allí se produce un fenómeno denominado inversión de población; en estos átomos se observan más electrones con energía alta que electrones con energía inicial [17]. Posteriormente, los electrones emiten la energía espontáneamente en forma de fotón en un proceso denominado emisión espontánea. La cavidad láser presenta dos espejos, uno a cada extremo de la cavidad láser, en disposición paralela, que actúan como resonadores ópticos, y cuya función es reflejar las ondas hacia adelante y atrás y ayudar a colimar/amplificar el nuevo haz de luz [1,2,5,10].

La emisión estimulada se define como el proceso por el cual los haces de luz láser se producen dentro de la cavidad láser. Este fenómeno se describe a partir de la teoría de cuerpo negro de Albert Einstein, de 1916, que describe la transcripción espontánea de fotones desde las teorías de Max Planck y Niels Bohr. Según esta, la energía se irradia como fotones en una onda coherente; así la emisión hace que el haz de luz se expanda/amplifique geométricamente y da la posibilidad de cuantificar la energía [6,7,14]. Einstein propuso que en este intercambio de electrones entre el exterior y el átomo pueden existir dos procesos: absorción o emisión. A su vez, dentro de los procesos de emisión existen dos fenómenos: emisión espontánea (de un fotón a partir de la desestimulación espontánea del átomo) y emisión estimulada (de dos fotones similares a partir de un fotón incidente). Esta última clase de emisión es el principio físico del láser [2,4,10] (figura 3).

figura 3 figura 3 Procesos de absorción-emisión descritos por Einstein en 1916

Las ondas de luz son una forma específica de radiación o energía electromagnética. El espectro electromagnético en odontología maneja ondas no ionizantes, con longitudes de onda que oscilan entre 0,5 µm (500 nm) y 10,6 µm (10600 nm). Estas longitudes de onda están ubicadas en la luz infrarroja en una porción denominada radiación térmica (0,7-10,6 µm). Por otra parte, las longitudes de onda ubicadas en el rango ultravioleta (menor de 500 nm) presentan un efecto ionizante. En otras palabras, producen secuelas mutagénicas en el ADN celular, razón por la cual poco se utilizan en odontología directamente sobre tejidos con fines terapéuticos [1,4,10,14,15,18].

La interacción fototérmica se caracteriza por un aumento de la temperatura local inducida por la acción del láser, característica distintiva de los láseres quirúrgicos [4]. Así, las principales interacciones fototérmicas son incisión/escisión de tejidos, ablación/vaporización y hemostasia/coagulación [1,2,4,5,10]. La energía de luz se contacta con el tejido por un tiempo determinado y produce una interacción térmica. Dependiendo de la temperatura alcanzada, el efecto varía. Cuando la temperatura se encuentra entre 37 °C y 50 °C, se produce inactivación bacteriana, muy útil en procesos periodontales y endodónticos. Allí es donde se han reportado varios estudios que apoyan la efectividad de la terapia láser como descontaminante de alto nivel en tejidos periodontales y endodónticos [21,22,23,24,25].

Cuando la temperatura se encuentra entre 60 °C y 70 °C, se observa coagulación y desnaturalización de proteínas. Así, cuando la temperatura aumenta a 100 °C, se produce vaporización de agua en un fenómeno que se denomina ablación. Varios estudios muestran mayor capacidad de cicatrización y mejores efectos postoperatorios cuando se comparan las terapias láser con otras terapias, ya que muestran simultáneamente efectos analgésicos, antinflamatorios, cicatrizantes y hemostáticos que no se observan con otras técnicas [26,27,28,29,30,31]. Cuando el proceso térmico sobrepasa los 200 °C, se produce un efecto denominado carbonización, donde el carbón se desarrolla como producto final y actúa como disipador del calor, causando trauma en los tejidos adyacentes [1,2,5,10].

Se estimulan reacciones químicas como el fotocurado de una resina, efectos de fluorescencia para detección de caries o la denominada terapia fotodinámica en la cual, gracias a la interacción de una sustancia sensibilizadora (generalmente un pigmento afín al láser) con el láser, se produce un radical de oxígeno con propiedades específicas, que ayuda a desinfectar bolsas periodontales y canales endodónticos [1,2,5,10].

Este efecto produce una onda de choque con acción vibratoria. Algunos estudios han reportado su efecto en odontología operatoria para el retiro de caries [1,2,4] y la descontaminación endodóntica [31] mediante vibración para remoción de la capa de barrillo, caries y bacterias sin contacto directo con el tejido.

Los principales elementos orgánicos que absorben energía en los tejidos dependen de la longitud de onda del láser que se maneje. Para los láseres ubicados en el espectro del cercano infrarrojo, la afinidad se encuentra en elementos pigmentados como la hemoglobina y la melanina, las cuales se denominan cromóforos. Por otra parte, los láseres ubicados en el espectro infrarrojo presentan mayor afinidad al agua de los tejidos [1,2,4,5,18].

La boca es un órgano que presenta gran cantidad de tejidos con diversas propiedades ópticas, pero adicionalmente la interacción entre estos puede presentar respuestas diferenciales a diversos estímulos. Por ello, además de la absorción por parte de los tejidos, se debe tener en cuenta que cada longitud de onda presenta una capacidad de penetración diferente, que se debe considerar para no presentar efectos colaterales indeseables sobre los tejidos. Por ejemplo, una longitud de onda afín a los cromóforos que penetre sobre hueso puede producir necrosis [1,2,5,10].

Adicionalmente, Coluzzi y Convissar [1,2,5,10] proponen el concepto de longitud de extinción a la propiedad que combina la absorción y la penetración del láser en el tejido. Esta propiedad fundamenta que el grosor de una sustancia absorbe el 98 % de la energía del láser. Así, a mayor longitud de extinción, menor absorción y mayor penetración. Por el contrario, a menor longitud de extinción, mayor absorción y menor penetración. Los láseres afines al agua como el Er:YAG y el de dióxido de carbono son afines al agua, por lo que presentan una longitud de extinción baja, porque presentan baja penetración en tejidos blandos. Otros láseres de menor longitud de onda, como el de neodimio, tienen alta penetración por su afinidad a los pigmentos [5].